DE69520624T2

DE69520624T2 - Anordnung mit einer mehrschichtigen Leiterplatte und einem Träger

Info

Publication number: DE69520624T2
Application number: DE69520624T
Authority: DE
Inventors: Brian D. Young
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1994-08-26
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2015-08-26
Also published as: JP2703522B2; IL115050A0; DE69520624D1; IL115050A; EP0698921A3; EP0698921A2; ES2155490T3; EP0698921B1; JPH08172275A; US5498905A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung einer vereinheitlichten Mehrschicht-Schaltungsstruktur mit einer Vielzahl von planaren dielektrischen Isolationsschichten, die in einer geschichteten Weise gestapelt sind, um ein Substrat mit einer Oberfläche zu bilden.
JP-A-59088852 offenbart eine Baueinheits-Vorrichtung für integrierte Schaltungen, die ein Substrat umfaßt, das eine Vielzahl von keramischen dünnen Scheiben aufweist. In dem Substrat ist eine Vertiefung für eine Stifthülse vorgesehen. Die Baueinheits-Vorrichtung ist mit einer Anordnung einer höheren Ordnung, nämlich einer Leiterplatte, durch Beine befestigt, die auf die Leiterplatte gelötet sind.
Hybride mehrschichtige Schaltungsstrukturen, auch als hybride Mikroschaltungen bekannt, setzen das Verbinden und Kapseln einzelner Schaltungsvorrichtungen um, und umfassen normalerweise eine vereinheitlichte Mehrschicht-Schaltungsstruktur, die aus einer Vielzahl von einheitlich verschmolzenen Isolationsschichten (z. B. keramische Schichten) mit dazwischen verteilten Leiterbahnen besteht. Die einzelnen Schaltungsvorrichtungen (z. B. integrierte Schaltungen) werden normalerweise so auf die oberste Isolationsschicht aufgebracht, daß sie nicht durch eine andere Isolationsschicht bedeckt werden oder auf eine Isolationsschicht, auf welcher Chip-Ausnehmungen ausgebildet sind, um Hohlräume für einzelne Vorrichtungen zu schaffen. Passive Komponenten, wie Kondensatoren und Widerstände können auf derselben Schicht angebracht werden, die die einzelnen Vorrichtungen stützt, beispielsweise durch Dickschicht-Verfahren oder sie können zwischen den Isolationsschichten gebildet werden, hier ebenfalls z. B. durch Dickschicht-Verfahren. Eine elektrische Verbindung der Leitungen und Komponenten auf den unterschiedlichen Schichten wird mittels Durchkontakten (Vias) oder Löchern erreicht, die in den Isolationsschichten geeignet angebracht, ausgebildet und mit leitfähigem Material aufgefüllt werden, wobei das leitfähige Material mit bestimmten Leiterbahnen zwischen den Schichten in Verbindung steht, die sich über oder unter den Durchgängen erstrecken.
Vereinheitlichte Mehrschicht-Schaltungsstrukturen sind im allgemeinen gemäß der Verschmelzungs-Technologie ausgearbeitet, wobei ein vereinheitlichtes Mehrschicht-Schaltungsmodul aus Schichten eines pyrolytischen dielektrischen Bandes gemacht wird (wie z. B. keramisches Material), was in der Technik als "Grünes Band" bezeichnet wird. Allgemein ist jede der Grünen- Band-Schichten eines einzelnen Moduls gestanzt und siebbedruckt, um ein bestimmtes Muster von leitenden Durchgängen verbindenden Leiterbahnen und elektrischen Komponenten wie Widerstände und Kondensatoren oder Teilstücke von Kondensatoren zu umfassen. Die einzelnen, siebbedruckten Grünen-Band-Schichten eines einzelnen Moduls werden darauf in der benötigten Weise gestapelt und mittels ausgewählter Temperatur- und Druckwerte übereinander geschichtet. Die geschichtete Struktur wird dann bei hoher Temperatur verschmolzen. Diese Verschmelzungs- Technologie wird sowohl bei Keramik verwendet, die mit niedriger Temperatur verschmolzen wird (LTCC), als auch bei mit hoher Temperatur verschmolzener Keramik (HTCC).
Beispiele für Verfahren mit niedriger Verschmelzungstemperatur können gefunden werden in "Development of a Low Temperature Co-fired Multilayer Ceramic Technology", von William A. Vitriol et al., 1983 ISHM Proceedings, Seiten 593-598;
"Processing and Reliability of Resistors Incorporated Within Low Temperature Co-fired Ceramic Structures", VOfl Ramona G. Pond et al., 1986 ISHM Proceedings, Seiten 461-472; und "Low Temperature Co-Fireable Ceramics with Co-Fired Resistors", von H. T. Sawhill et al., 1986 ISHM Proceedings, Seiten 268-271. Eine vereinheitlichte Mehrschicht-Schaltungsstruktur wird gewöhnlich durch Löten oder Verschrauben der vereinheitlichten Schaltungsstruktur in Anordnungen höherer Ordnung eingebaut und Befestigungen werden daran durch Löten, Kleben oder Schweißen erreicht. Bei diesen Techniken muß die Erfordernis von komplexen Robotertechniken und/oder von Hitze in Betracht gezogen werden. Außerdem benötigen solche Sicherungs- und Befestigungstechniken normalerweise einen Ausrichtungsmechanismus, der vom Sicherungs- und Befestigungsmechanismus getrennt ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung einer Mehrschicht-Schaltungsstruktur vorzusehen, die eine effiziente und leichte Integration eines solchen Substrats und einer Basis der Anordnung sichert.
Die Aufgabe wird durch die Anordnung einer vereinheitlichten Mehrschicht-Schaltungsstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung liefert die Vorteile durch eine vereinheitlichte Mehrschicht-Schaltungsstruktur mit einer Vielzahl von dielektrischen Isolationsschichten, die in einer geschichteten Weise gestapelt sind, um ein Substrat zu bilden, dessen Seiten durch Kanten der Vertiefungen der dielektrischen Isolationsschichten gebildet werden, die auf einer oder mehr als einer Seite des Substrats gebildet werden, um die vereinheitlichte Mehrschicht-Schaltungsstruktur an einer höheren Anordnung zu befestigen oder um eine elektrische Kontaktschaltung an der vereinheitlichten Mehrschicht-Schaltungsstruktur zu befestigen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Vorteile und Merkmale der offenbarten Erfindung sind von Fachleuten aus der folgenden detaillierten Beschreibung einfach zu erkennen, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird. Es zeigen:
Fig. 1A ist eine Seiten-Ansicht, die gemeinsam gebrannte Mehrschicht-Schaltungsstrukturen zeigt und Schichtmerkmale gemäß der Erfindung darstellt.
Fig. 1B ist eine Draufsicht auf die gemeinsam gebrannten Mehrschicht-Schaltungsstrukturen in Fig. 1A.
Fig. 1C ist eine Endansicht der gemeinsam gebrannten Mehrschicht-Schaltungsstrukturen aus Fig. 1A.
Fig. 2A ist eine Seitenansicht, die gemeinsam gebrannte Mehrschicht-Schaltungsstrukturen darstellt, und die weiterhin Schichtmerkmale gemäß der Erfindung umfaßt.
Fig. 2B ist eine Draufsicht auf eine der gemeinsam gebrannten Mehrschicht-Schaltungsstrukturen aus Fig. 2A.
Fig. 2C ist eine Endansicht auf eine der gemeinsam gebrannten Mehrschicht-Schaltungsstrukturen aus Fig. 2A.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG

In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und in den einzelnen Figuren der Zeichnung sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die vorliegende Erfindung ist in einer vereinheitlichten Mehrschicht-Schaltungsstruktur ausgeführt, die verwendet wird, um verschiedene diskrete Schaltungen, die auf der Außenfläche der vereinheitlichten Struktur angebracht wurden, miteinander zu verbinden. Die vereinheitlichte Mehrschicht- Schaltungsstruktur wird aus einer Vielzahl von dielektrischen Schichten (die z. B. Keramik umfassen), von zwischen den Schichten angeordneten Leiterbahnen und von in den Schichten ausgebildeten Durchgangsleitungen gebildet, die zusammen mit allen darin vergrabenen Elementen (z. B. Elemente, die auf einer dielektrischen Schicht angebracht und von einer darüber liegenden dielektrischen Schicht bedeckt werden), zu einer einheitlich verschmolzenen Mehrschicht-Schaltungsstruktur verarbeitet werden. Nach der vereinheitlichenden Herstellung wird die Außenfläche der vereinheitlichten Struktur einer geeigneten Metallisierung, wie z. B. Grundflächen-Metallisierung, unterzogen und die diskreten Schaltungen werden aufgebracht und elektrisch verbunden.
Bezugnehmend auf die Fig. 1A und 1B sind davon ausgehend schematische Seitenansichten und Draufsichten einer ersten und einer zweiten vereinheitlichten Mehrschicht- Schaltungsstruktur 10 vereinfacht dargestellt, die zueinander Spiegelbilder sind und die erfindungsgemäße Schichtmerkmale umfassen, die für die Integration der vereinheitlichten Mehrschicht-Schaltungsstrukturen in eine Anordnung einer höheren Ordnung gut verwendbar sind. Im einzelnen besteht jede vereinheitlichte Mehrschicht-Schaltungsstruktur 10 aus einer Vielzahl von planaren dielektrischen Schichten 11, die in einer geschichteten Weise gestapelt sind, um ein Substrat zu bilden, dessen Seiten 12 durch Kanten der dielektrischen Isplationsschichten gebildet werden. Die Substrate sind zu illustrativen Zwecken in einer Kopf-an-Kopf Darstellung gezeigt, und die Stufen 13 sind an beiden Enden jeder vereinheitlichten Mehrschicht-Schaltungsstruktur 10 so ausgebildet, daß eine Stufe eines Substrats einer entsprechenden Stufe des anderen Substrats gegenüberliegt. Jede Stufe umfaßt eine Vorderkante 13a und Seitenkanten 13b.
Vertiefungen 15 werden sowohl in den einander gegenüberliegenden Seiten jedes Substrats gebildet, die unter den Stufen 13 liegen, als auch in den beiden gegenüberliegenden Seiten des Substrats über den jeweiligen Stufen 13. Kontakte werden auf den jeweiligen einander gegenüberliegenden Stufen angeordnet und sind durch Drahtkontaktierungungen 17 miteinander verbunden.
In einem Ausführungsbeispiel wirken die Vertiefungen 15, die unter den einander gegenüberliegenden Stufen liegen, mit einem Vorsprung einer starren Stütze 19 zusammen, die an einer Basis 21 einer höheren Ordnung befestigt ist. Die Vertiefungen unter den Stufen an den anderen Substratenden wirken mit abgeschrägten Vorsprüngen jeweiliger elastischer Einschnappbefestiger 23 zusammen, die an der Basis 21 befestigt sind. Jedes Substrat ist an einer Basis 21 z. B. dadurch angebracht, daß ein Substratende mit dem Vorsprung der starren Stütze 19 in Eingriff gebracht und anschließend das andere Substratende in Richtung der Basis 21 gedrückt wird, um den abgeschrägten Vorsprung einer der Einschnappbefestiger 23 mit der Vertiefung 15, die an einem solchen Ende liegt, in Eingriff zu bringen.
In einem erläuternden Beispiel nehmen die Vertiefungen, die über den einander gegenüberliegenden Stufen liegen, die abgeschrägten Vorsprünge einer Einschnappkappe 25 auf, die wiederum über den Drahtkontaktierungen und den Kontakten, die auf den einander gegenüberliegenden Substratstufen aufgebracht sind, einschnappt.
Erfindungsgemäß werden durch Verwendung von Schichten aus kürzeren keramischen Bändern die Stufen für die Schichten gebildet, die über den Stufen liegen, und die Vertiefungen 15 werden durch Schneiden oder Stanzen von Öffnungen entlang der entsprechenden Kanten der Schichten aus keramischen Bändern gebildet, in welchen die Vertiefungen gebildet werden sollen.
Bezugnehmend auf die Fig. 2A und 2B sind vereinfachte schematische Seiten- und Draufsichtdarstellungen einer ersten und einer zweiten vereinheitlichten Mehrschicht- Schaltungsstruktur 20 dargestellt, die Spiegelbilder voneinander sind und die weitere Schichtmerkmale gemäß der Erfindung umfassen, die dazu geeignet sind, die vereinheitlichten Mehrschicht-Schaltungsstrukturen in einer höheren Ordnung zu integrieren. Im einzelnen entspricht jede vereinheitlichte Mehrschicht-Schaltungsstruktur 20 der vereinheitlichten Mehrschicht-Schaltungsstruktur 10 aus Fig. 1 und besteht aus einer Vielzahl von planaren dielektrischen Schichten 11, die in einer beschichteten Weise gestapelt sind, um ein Substrat zu bilden, dessen Seiten durch die Kanten der dielektrischen Isolationsschichten gebildet werden. Zu erläuternden Zwecken sind die Substrate als Kopf-an-Kopf Darstellungen gezeigt, und die Stufen 13 werden an den Enden der Substrate gebildet, die nebeneinander liegen, so daß eine Stufe von einem Substrat einer korrespondierenden Stufe des anderen Substrats gegenüberliegt. Jede Stufe umfaßt eine Vorderkante 13a und Seitenkanten und in jeder Seitenkante der nach innen weisenden Stufen der vereinheitlichten Mehrschicht-Schaltungsstrukturen 20 sind Nuten 31 ausgebildet. Dagegen ist nicht gezeigt, daß die Mehrschicht- Schaltungsstrukturen 20 Vertiefungen - ähnlich den in Fig. 1A und 1B gezeigten Vertiefungen 15 - umfassen können, um sie an eine Basis höheren Ordnung zu befestigen, wie oben bezüglich der Strukturen 10 der Fig. 1A und 1B beschrieben ist.
Auf den nach innen weisenden Stufen 13 sind Metalleitungen 33 aufgebracht und ein Band 37, auf welchem Metalleitungen 39 aufgebracht werden, überspannt die nach innen weisenden Stufen 13. Ein Trägerelement 35 ist an dem Band 37 befestigt und dient der seitlichen Ausrichtung der Metalleitungen 39 auf dem Band 37 zu den jeweiligen Metalleitungen 33 auf den nach innen weisenden Stufen, so daß die Metalleitungen 39 auf dem Band 37 mit den Metalleitungen 33 auf den nach innen weisenden Stufen 13 passend elektrisch verbunden werden können, zum Beispiel durch Löten. Wenn insbesondere der Träger 35 und das an diesem befestigte Band 37 auf den nach innen weisenden Stufen 13 aufgebracht werden, wobei die nach unten weisenden Kanten des Trägers in den Nuten 31 befestigt sind, sind die Metalleitungen 39 seitwärts zu den entsprechenden Metalleitungen 33 auf den nach innen weisenden Stufen 13 ausgerichtet.
Erfindungsgemäß werden die Stufen 13 durch die Verwendung von Schichten mit kürzeren keramischen Bändern für die Schichten gebildet, die über den Stufen liegen, wohingegen die Nuten durch Schneiden oder Stanzen von Öffnungen entlang der entsprechenden Kanten der Schichten mit keramischen Bändern gebildet werden, auf denen die Nuten aufgebracht werden sollen.
Das Vorstehende ist eine Offenbarung von Anwendungsbeispielen der Erfindung, die den Einschluß in ein gemeinsam gebranntes vereinheitlichtes Mehrschicht-Schaltungssubstrat mit eingekerbten oder ausgesparten Merkmalen vorsieht, die durch individuelles Stanzen oder Schneiden von Kanten ausgewählter benachbarter Schichten mit keramischen Bändern gebildet werden, welche schließlich die Abschnitte der vereinheitlichten Schaltung bilden, die die eingekerbten oder ausgesparten Merkmale vor der Laminierung und dem Sintern der grundlegenden Schichten mit keramischen Bändern aufweisen. Die Erfindung erleichtert die Integration der vereinheitlichten Mehrschicht- Schaltungsstrukturen in höhere Ordnungen vorteilhaft, wobei nur eine geringfügig höhere Komplexität in der Herstellung von vereinheitlichten Mehrschicht-Schaltungsstrukturen damit einhergeht.
Obwohl das Vorstehende eine Beschreibung und Darstellung einzelner Anwendungsbeispiele der Erfindung ist, können verschiedene Abwandlungen und Änderungen dazu von Fachleuten durchgeführt werden, ohne den Rahmen oder den Sinn der Erfindung zu verlassen, wie sie durch die nachstehenden Patentansprüche definiert ist.

Claims

1. Anordnung mit einem Substrat, das an einer Basis (21) einer Anordnung höherer Ordnung befestigt ist, wobei das Substrat eine vereinheitlichte Mehrschicht-Schaltungsstruktur umfaßt, die eine Vielzahl von planaren dielektrischen Isolationsschichten (11) aufweist, die in einer geschichteten Weise gestapelt sind und eine Oberfläche besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mit einer Vertiefung (15) versehen ist, wobei die Basis (21) ein Befestigungsmittel (23) aufweist, das an der Basis (21) befestigt ist, wobei das Befestigungsmittel (23) sich von der Basis (21) erstreckt und einen Vorsprung aufweist, der mit der Vertiefung (15) auf dem Substrat zusammenwirkt; daß die Schichten (11) Kanten (13a, 13b) haben; und daß die Vertiefung (15) an einer Kante (13a, 13b) vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (15) entsprechende Öffnungen entlang der Kanten (13a, 13b) einer Vielzahl von benachbarten Schichten der Vielzahl von dielektrischen Isolationsschichten (11) umfaßt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mit einer Stufe (13) versehen ist, wobei die Stufe (13) oben auf dem Substrat benachbart einer Seite (12) des Substrats ausgebildet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (13) benachbarte Schichten der Vielzahl von dielektrischen Isolationsschichten (11) umfaßt, die kürzer sind als die anderen der Vielzahl von planaren dielektrischen Isolationsschichten (11).

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mit einer Nut (31) versehen ist.

6. Struktur nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (31) entlang einander gegenüberliegenden Kanten (13a, 13b) der Stufe (13) ausgebildet sind.

7. Struktur nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (31) jeweilige Öffnungen entlang der Kanten (13a, 13b) einer Vielzahl von benachbarten Schichten der Vielzahl von dielektrischen Isolsationsschichten (11) umfassen.

8. Anordnung einer Basis und einer Struktur wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 beansprucht, mit einer zweiten Struktur, wobei das Befestigungsmittel als eine Einschnappkappe (25), die die Drahtkontaktierung (17) abdeckt, oder als ein Einschnappbefestiger (23) oder als ein Trägerelement (35) zur seitlichen Ausrichtung von Metalleitungen (39) auf benachbarten dielektrischen Isolationsschichten (11) ausgebildet ist.