WO2004021438A1 - Hermetisches to-gehäuse mit keramikanschluss für hochfrequenzanwendungen - Google Patents

Hermetisches to-gehäuse mit keramikanschluss für hochfrequenzanwendungen Download PDF

Info

Publication number
WO2004021438A1
WO2004021438A1 PCT/EP2003/008587 EP0308587W WO2004021438A1 WO 2004021438 A1 WO2004021438 A1 WO 2004021438A1 EP 0308587 W EP0308587 W EP 0308587W WO 2004021438 A1 WO2004021438 A1 WO 2004021438A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
ceramic substrate
housing according
metallizations
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/008587
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Hettler
Original Assignee
Schott Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott Ag filed Critical Schott Ag
Priority to AU2003251686A priority Critical patent/AU2003251686A1/en
Publication of WO2004021438A1 publication Critical patent/WO2004021438A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/64—Impedance arrangements
    • H01L23/66—High-frequency adaptations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/045—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body the other leads having an insulating passage through the base
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/049—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body the other leads being perpendicular to the base
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3011—Impedance

Definitions

  • TO housing stands for transistor outline housing. These housings are used for electronic components such as transistors, but above all for optoelectronic components. This applies increasingly to the area of network technology in the computer area. It has a stamped part as a base, which carries the electronic components, which is closed by means of a cup-shaped cover. Electrical connecting conductors are guided through through holes in the stamped part and hermetically separated from the stamped part and locked in place in the lead-through area by the stamped part by glazing.
  • a digital signal has the shape of a square wave.
  • a fundamental frequency of 1 GHz of a square-wave signal With a fundamental frequency of 1 GHz of a square-wave signal, a minimum bandwidth of approximately 10 GHz must therefore be assumed, ie the 10-fold harmonics must also be transmitted.
  • the wavelength of the signal is approximately 1.5 cm in the medium.
  • the medium in a TO housing is the melting glass of the glazing.
  • a tenth of this wavelength results in a glass section of approximately 1.5 mm, which corresponds to the actual thickness in the area of the melting glass in the TO housing. Therefore, not the corpuscle theory, but the wave theory is to be used in this application.
  • a TO housing with a stamped part as a base, which carries the electronic components, which is closed by means of a cup-shaped cover, that a ceramic substrate is guided through a punched-out portion in the base and locked by a glazing therein, and that the electrical Connection conductors for the electronic components are realized by metallization on the ceramic substrate.
  • the punched-out section in the base can be adapted to the shape of the ceramic substrate, for example, it can be rectangular in cross section, or it can also be circular, for example.
  • Discrete electrical conductors as in the prior art are basically no longer used in the present case. Rather, these conductors are metallized on the ceramic substrate by suitable processes, such as screen printing or sputtering. This allows a much more precise formation of the conductor structures in relation to the use of discrete conductors, which considerably improves the impedance matching at a low level. The more precise design of the conductor structures manifests itself in the fact that the gaps between individual metallizations can be reduced to 10 to 20 ⁇ m. This means that considerably more IOs can be implemented than in the case of discrete conductors. Overall, the overall RF design of the TO housing can be significantly improved with the finer structures.
  • a thermally conductive ceramic substrate is used as a support for the metallizations used.
  • Aluminum oxide or aluminum nitride is particularly preferably used. The latter has the advantage of a very high thermal conductivity of 180 W / m * K.
  • beryllium oxide with a thermal conductivity of approximately 250 W / m * K can also be particularly preferred.
  • the materials used ensure that the heat of the active components arranged in the TO housing, such as a laser diode, is safely dissipated without affecting the operation of the components.
  • the metallization of the ceramic substrate is otherwise designed in such a way that the materials, typically tungsten, molybdenum / manganese, survive subsequent processing at conventional glass melting temperatures of approximately 1000 ° Celsius. Subsequent electroplating can be used to apply nickel and gold to increase the corrosion resistance of the TO stamped part and to make the surfaces bondable.
  • an additional ground potential-carrying connecting conductor is soldered to the stamped part.
  • a metallic angle part can be soldered to the stamped part for connection to a metallization that carries ground potential on the substrate.
  • impedances 50 or 25 ohms are common. These can be produced using the structures described. Since the electromagnetic wave, the HF signal, is only partially guided in the substrate and the rest moves in the surrounding material, a so-called effective dielectric constant must be assumed instead of the dielectric constant of the substrate.
  • the effective dielectric constant is a calculated value that lies between the dielectric numbers of the substrate and the surrounding material (air or glass).
  • planar structures is particularly preferred, since then there is no change of geometry in the transmission chain board to the TO header and from there to the chip.
  • the metallizations of the ceramic are arranged in such a way that a signal-carrying metallization lies between two metallizations at ground potential. This is particularly favorable for the course of the field lines, since these can then change from the signal-carrying metallization directly to metallization to ground potential.
  • Another advantageous embodiment provides that one side of the ceramic substrate is metallized over the entire surface and this Metallization is at ground potential and the signal-carrying metallizations are arranged on the opposite side of the substrate.
  • the concrete design must be based on the application parameters.
  • a particular advantage of the TO housing according to the invention is that it can be surface-mounted on the boards and that more IO lines can be implemented due to the small structures.
  • 1 is a plan view of the stamped part of the TO housing with the ceramic substrate locked in a punched-out part of the stamped part
  • FIG. 3 shows a view along the line III-III in FIG. 2,
  • FIG. 5 is a view along the line V-V in Fig. 2,
  • FIG. 1 provides a first overview. This shows the top view of a stamped part 2 of the TO housing, in which the cup-shaped cover and the electronic components have not been shown.
  • a punch 4 is arranged in the bottom of the stamped part.
  • the ceramic substrate 3 is placed through this punch 4 and locked in the punch 4 by a glazing 5.
  • the ceramic substrate 3 is metallized on one side in such a way that connecting conductors 6 are formed, as can be seen in particular from FIG. 3, which also applies to the embodiment from FIG. 1.
  • the ceramic substrate 3 has a rectangular cross section.
  • the contours of the punching 4 are adapted to this. This is not mandatory.
  • a circular punch (not shown) through which the ceramic substrate runs would also be conceivable.
  • FIG. 2 shows a further developed embodiment. Only the differences from the embodiment according to FIG. 1 are explained below.
  • a further punching 8 is provided in the stamped part 2 in the present case.
  • a further discrete connecting conductor 7 runs through this and is locked in the punched-out area 8 by a further glazing 5.
  • This embodiment illustrates the diversity that the concept according to the invention offers.
  • a further conductor 9 is soldered to the underside of the stamped part 2, which pulls the stamped part 2 to ground potential in a defined manner.
  • FIG. 3 shows the more detailed version of the ceramic substrate 3 with conductive paths 6 metallized thereon and corresponding gaps between these individual conductive paths. Not shown here is the embodiment mentioned above, according to which the width of the metallizations 6 decreases as air passes into the glazing 5.
  • FIG. 4 shows the view along line IV-IV and FIG. 5 shows the view along line V-V in FIG. 2 and serves to round off the picture.
  • FIG. 6 shows the so-called slotline design.
  • a signal-carrying metallization 6 S and a ground-carrying metallization 6 M are shown on the substrate 3.
  • FIG. 7 shows the so-called grounded slotline design.
  • the underside of the ceramic substrate is completely metallized in the present case.
  • the ground potential is conducted to a further metallization path on the upper side of the substrate 3.
  • the signal-carrying metallization 6 S is provided on the opposite side.
  • FIG. 8 shows the microstrip design, in which the underside of the substrate is completely metallized with a mass-conducting metallization 6 M.
  • a signal-conducting metallization 6 S is provided on the opposite side of the substrate 3.
  • FIG. 9 shows the so-called coplanar waveguide (CPW) design, in which a signal-carrying metallization 6 S is enclosed on both sides of the ground-carrying metallizations 6 M on the substrate 3.
  • CPW coplanar waveguide
  • GCPW grounded coplanar waveguide
  • the ceramic substrate serves as a heat sink, especially in the case of highly heat-conductive ceramics.
  • the TO housings are surface mountable (SMD).

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)

Abstract

Es wird ein TO-Gehäuse für Hochfrequenzanwendungen mit einem Stanzteil (2), welcher die elektronischen Bauelemente trägt, das mittels einer tassenförmigen Abdeckung verschlossen ist, beschrieben. Es wird vorgeschlagen, ein wärmeleitendes keramisches Substrat 3 durch eine Ausstanzung (4) im Sockel zu führen und darin durch eine Einglasung (5) zu arretieren. Die elektrischen Anschlussleiter (6, 6 M, 6 S) für die elektronischen Bauelemente sind gemäß dem Vorschlag durch Metallisierungen auf dem keramischen Substrat (3) realisiert.

Description

HERMETISCHES TO-GEHÄUSE MIT KERAMIKANSCHLUSS FÜR HOCHFREQUENZANWENDUNGEN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein TO-Gehäuse für Hochfrequenzanwendungen. TO-Gehäuse steht für Transistor Outline- Gehäuse. Diese Gehäuse werden für elektronische Bauelemente wie beispielsweise Transistoren, aber vor allem auch für optoelektronische Bauelemente verwendet. In zunehmenden Maße trifft dies zu für den Bereich der Netzwerktechnik im Computerbereich. Es weist ein Stanzteil als Sockel auf, welcher die elektronischen Bauelemente trägt, das mittels einer tassenförmigen Abdeckung verschlossen ist._ Elektrische Anschlußleiter sind durch Durchgangsbohrungen in dem Stanzteil geführt und im Durchführungsbereich durch das Stanzteil durch Einglasungen hermetisch vom Stanzteil getrennt und darin arretiert.
Das Design dieser Gehäuse datiert aus den fünfziger Jahren. Der Grund dafür, weswegen diese Gehäuse bei der heutigen Hochtechnologie immer noch Einsatz findet, ist darin zu sehen, dass sie zum einen sehr verläßlich sind, vor allem aber auch sehr bekannt sind und die betreffenden Industriebereiche entsprechend mit den notwendigen Werkzeugen ausgestattet sind.
Dies trifft auch zu bei den heute zum Einsatz kommenden Übertragungsraten von 1 ,25 oder 2,5 Gbit/s.
Gegenwärtig ist ein technologischer Quantensprung zu bemerken, insbesondere im Bereich der schon erwähnten Netzwerktechnik. Hier sind Taktraten von 10 Gbit/s üblich. An den sogenannten Switches im Netzwerk findet stets eine Umwandlung der elektrischen Signale in optische Signale und umgekehrt in Wandlern, sogenannten Transceivern, statt. In diesem Zusammenhang wird auch von einer Vernetzung durch optische Verbindungen gesprochen. Insbesondere in dieser Technologie kommen die TO-Gehäuse zur Anwendung. Aufgrund der schon genannten Zuverlässigkeit und Bekanntheit der TO-Gehäuse besteht ein breites Interesse daran, die TO-Gehäuse auch weiterhin zu verwenden, insbesondere bei den hohen zur Anwendung kommenden Taktraten.
Dieses Interesse spiegelt sich schon darin wider, dass in der Industrie heute bei Taktraten von 2,5 Gbit/s TO-Gehäuse zur Anwendung kommen, obwohl diese bauartbedingt hohe Signalverluste mit sich bringen, die bis zu 50 % (~3 db) liegen.
Das zugrunde liegende Problem bei noch höheren Taktraten besteht darin, dass die Frequenzen so hoch sind, dass die Gesetze der klassischen Elektrotechnik keine Anwendung mehr finden, sondern vielmehr Hochfrequenztechnologie gefordert ist, so dass man im theoretischen Bereich sich im Übergang von der Korpuskulartheorie hin zur Wellentheorie bewegt. Eine weitverbreitete Faustformel besagt, dass die Wellentheorie dann anzuwenden ist, wenn die Pfadlänge des Wellenleiters größer als 1/10 der Wellenlänge λ der Frequenz ist.
Gemäß der Idealvorstellung der klassischen Nachrichtentechnik hat ein Digitalsignal die Form eines Rechteckzuges. Man rechnet etwa mit der 10-fachen Bandbreite, damit die Grundfrequenz des Signals überhaupt als Rechteck darstellbar ist. Bei einer Grundfrequenz von 1 GHz eines Rechtecksignales ist daher von einer Mindestbandbreite von etwa 10 GHz auszugehen, d. h. dass die 10-fachen Harmonischen ebenfalls mit übertragen werden müssen. Diese Gesetze gelten im vorliegenden Anwendungsfalle nicht mehr. Vielmehr geht man in der Optoelektronik von einer hinreichenden Wahrscheinlichkeit aus, dass ein Signalwechsel stattgefunden hat. Hierzu wird ein sogenanntes Augendiagramm erzeugt, in welchem die noch übertragenen Wellenzüge eingetragen werden. Bei einer Häufung in einem "Auge" geht man nun davon aus, dass ein Signalwechsel stattgefunden hat. Diese Unscharfe dieser Aussage bedeutet jedoch eine erhebliche Reduzierung der erforderlichen Bandbreite, so dass man bei einem Signal mit einer Taktfrequenz von 2,5 Gbit/s davon ausgeht, dass lediglich ungefähr 2,5 - 3,2 GHz Bandbreite vorhanden sein muß, wohingegen in der Nachrichtentechnik theoretisch eine Mindestbandbreite von 25 GHz bereitgestellt werden müßte.
In Anwendung der oben erwähnten λ/10-Regel ergibt sich nun folgendes: Bei einer Taktfrequenz von 10 Gbit/s ergibt sich eine Wellenlänge des Signals von ca. 1 ,5 cm im Medium. Das Medium bei einem TO-Gehäuse ist das Medium das Einschmelzglas der Einglasungen. Ein Zehntel dieser Wellenlänge ergibt eine Glasstrecke von ca. 1 ,5 mm, was durchaus der tatsächlichen Dicke im Bereich des Einschmelzglases im TO-Gehäuse entspricht. Daher ist in diesem Anwendungsfall nicht die Korpuskeltheorie, sondern die Wellentheorie anzuwenden.
Ein wichtiger Parameter in der Wellentheorie ist die Impedanz. Deren Grunddefinition lautet: Z = elektrische Feldstärke/magnetische Feldstärke. Wie in der Optik ist in der Wellentheorie davon auszugehen, dass jeder Impedanzwechsel aufgrund einer Reflexion mit einem Signalverlust verbunden ist. Hier läßt sich durchaus eine Parallele ziehen zum Übertritt von Licht von einem optischen Medium in ein anderes optisches Medium.
Grundsätzlich spielen hierbei die gegebenen Geometrien eine entscheidende Rolle. Die Fachwelt ist bestrebt, bei Übergängen von einem Medium in ein anderes Medium die Impedanz nach der oben wiedergegebenen Grunddefinition möglichst gleich zu halten. In der Praxis spricht man in den meisten Fällen von 50 Ohm-Abschlüssen.
Aus impedanztechnischen Betrachtungen lassen sich dann theoretische Geometrien angeben, welche bei Leitern, wie sie beim TO- Gehäuse Einsatz finden, einzuhalten wären, um eben einen optimalen Abschluß zu garantieren. Diese Geometrien lassen sich jedoch praktisch nicht in die Realität zu einem vertretbaren Aufwand umsetzen. So sind die Pins eines idealen TO-Gehäuses kaum fertigungstechnisch herstellbar, da diese Pins nämlich gestufte Pins sein müßten, welche zwischen sich einen konstanten Abstand von etwa 0,1 mm - in Luft - aufweisen müßten. Darüber hinaus ist diese Geometrie im Anschluß problematisch wegen der Geometriewechsel, die zu Fehlanpassungen führen. Darüber hinaus aber wirken die Pins wie kleine Antennen, und zwar aufgrund des Feldlinienverlaufs. Die Feldlinien bei sogenannten PIN-PIN Geometrien verlaufen nämlich nicht nur direkt zwischen den Signalleitern und dem masseführenden Leiter, sondern auch auf gekrümmtem Verlauf außerhalb hiervon. Dies führt zu einem Übersprechen der Signale, welches bei der schon oben erwähnten Taktrate von 2,5 Gbit/s gerade noch tolerabel erscheint. Bei höheren Frequenzen sind die Verluste zu hoch.
Ein weiteres Problem in Verbindung mit dem Hochfrequenzeinsatz der bekannten TO-Gehäuse ist in der Wärmeentwicklung in den elektronischen Bauelementen, die in dem TO-Gehäuse eingekapselt sind, zu sehen. Hier treten leicht Hitzeüberschreitungen auf, die zum Totalausfall der Schaltkreise führen können.
Vor diesem Hintergrund ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein präzise impendanzanpaßbares TO-Gehäuse zu schaffen, welches für wesentlich höhere Frequenzen oder Taktraten als bisher geeignet ist und dabei für eine hohe Wärmeableitung von den im TO-Gehäuse untergebrachten elektronischen Komponenten zu sorgen. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein TO-Gehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demgemäß ist bei einem TO-Gehäuse mit einem Stanzteil als Sockel, welcher die elektronischen Bauelemente trägt, das mittels einer tassenförmigen Abdeckung verschlossen ist, vorgesehen, dass ein keramisches Substrat durch eine Ausstanzung im Sockel geführt und durch eine Einglasung darin arretiert ist und dass die elektrischen Anschlussleiter für die elektronischen Bauelemente durch Metallisierungen auf dem keramischen Substrat realisiert sind.
Die Ausstanzung im Sockel kann der Form des keramischen Substrates angepasst sein, also beispielsweise rechteckig im Querschnitt sein, oder aber sie kann beispielsweise auch kreisförmig sein. Diskrete elektrische Leiter wie im Stand der Technik finden vorliegend grundsätzlich keinen Einsatz mehr. Vielmehr sind diese Leiter auf das keramische Substrat aufmetallisiert durch geeignete Verfahren, wie beispielsweise Siebdruck oder Sputtern. Dies erlaubt eine sehr viel genauere Ausbildung der Leiterstrukturen im Verhältnis zum Einsatz von diskreten Leitern, wodurch die Impendanzanpaßung auf niedrigem Niveau erheblich verbessert wird. Die genauere Ausbildung der Leiterstrukturen äußert sich darin, dass die Spalte zwischen einzelnen Metallisierungen auf 10 bis 20 μm reduziert werden können. Hierdurch sind auch wesentlich mehr lO's realisierbar als im Falle von diskreten Leitern. Insgesamt lässt sich mit den feineren Strukturen das gesamt HF-Design des TO-Gehäuses erheblich verbessern.
Hinsichtlich der Wärmeableitungsproblematik wird ein wärmeleitendes keramisches Substrat als Träger für die Metallisierungen herangezogen. Besonders bevorzugt wird Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid verwendet. Letzteres hat den Vorteil einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit von 180 W/m*K. Für noch höhere Wärmeableitungsanforderungen kann auch besonders bevorzugt Berryliumoxid mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 250 W/m*K in Betracht gezogen werden. Durch die verwendeten Materialien wird gewährleistet, dass die Wärme der im TO-Gehäuse angeordneten aktiven Bauteile, wie beispielsweise eine Laserdiode, sicher abgeleitet wird, ohne dass der Betrieb der Bauteile beeinflusst würde.
Die Metallisierung des keramischen Substrates ist im übrigen derartig ausgelegt, dass die Materialien, typischerweise Wolfram, Molybdän/Mangan, eine nachfolgende Bearbeitung bei üblichen Glaseinschmelztemperaturen von ca. 1000° Celsius überstehen. Bei einer nachfolgenden Galvanisierung können Nickel und Gold aufgetragen werden, um die Korrosionsbeständigkeit des TO-Stanzteils zu erhöhen und die Oberflächen bondfähig zu machen.
Hinsichtlich der präzisen Impedanzanpassbarkeit kann bevorzugt vorgesehen sein, dass mit dem Stanzteil ein zusätzlicher massepotentialführender Anschlussleiter verlötet ist. Alternativ hierzu kann mit dem Stanzteil ein metallisches Winkelteil zur Verbindung mit einer massepotentialführenden Metallisierung auf dem Substrat verlötet sein. Durch diese Maßnahmen wird bewirkt, dass das Stanzteil des TO- Gehäuses auf definiertes Spannungspotential gebracht wird, mit entsprechend günstigen Beeinflussungsmöglichkeiten auf das HF- Verhalten.
Die geometrischen Verhältnisse zwischen Substrat-, Metallisierungsdicke, Spaltbreite zwischen zwei Metallisierungen und der Pfadbreite der Metallisierungen sowie darüber hinaus die Dielektrizitätskonstante des Substrats bestimmen den Wellenwiderstand oder Impedanz. Für Bauteile in der Datenkommunikation sind Impedanzen von 50 bzw. 25 Ohm gebräuchlich. Diese lassen sich mit den beschriebenen Strukturen herstellen. Da die elektromagnetische Welle, das HF Signal, nur zum Teil im Substrat geführt ist und sich der Rest im umgebenden Material fortbewegt, muß statt der Dielektrizitätskonstante des Substrats eine sogenannte effektive Dielektrizitätszahl angenommen werden. Die effektive Dielektrizitätskonstante ist ein errechneter Wert, der zwischen den Dielektrizitätszahlen des Substrates und des umgebenden Materials (Luft oder Glas) liegt.
Beim Übergang von Luft mit der Dielektrizitätskonstante εr = 1 in das Glas mit der Dielektrizitätskonstante εr > 4 im Durchführungsbereich durch das Stanzteil kommt es daher zu einer Erhöhung der effektiven Dielektrizitätszahl. Zur Kompensation dieser Änderung ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Breite der Metallisierungen im Übergangsbereich von Luft in die Einglasung abnimmt und die Spaltbreite zwischen zwei Metallisierungen entsprechend zunimmt. Hierdurch werden Impedanzunterschiede und damit Signalreflektionen vermieden.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung planarer Strukturen, da dann kein Geometriewechsel in der Übertragungskette Board zum TO- Header und von dort weiter zum Chip stattfindet. Gemäß einer besonders bevorzugten Geometrie ist vorgesehen, dass die Metallisierungen der Keramik so angeordnet sind, dass eine signalführende Metallisierung zwischen zwei Metallisierungen auf Massepotential liegt. Dies ist besonders günstig für den Verlauf der Feldlinien, da diese dann von der signalführenden Metallisierung direkt in Metallisierungen auf Massepotential übergehen können. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass eine Seite des keramischen Substrates vollflächig metallisiert ist und diese Metallisierung auf Massepotential liegt und die signalführenden Metallisierungen auf der gegenüberliegenden Seite des Substrates angeordnet sind.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Massepotential mittels Durchkontaktierungen durch das Substrat zu einzelnen Metallisierungen auf der anderen Seite des Substrates geführt ist.
Das konkrete Design muß anhand der Einsatzparameter erfolgen. Besonders vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen TO-Gehäuse ist deren Oberflächenmontierbarkeit auf den Boards und dass aufgrund der kleinen Strukturen mehr IO-Leitungen realisierbar sind.
Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele gemäß der Zeichnungsfiguren näher erläutert. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Aufsicht auf das Stanzteil des TO-Gehäuses mit dem der in einer Ausstanzung des Stanzteils arretierten keramischen Substrat,
Fig. 2 eine ähnliche Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform,
Fig. 3 eine Ansicht entlang der Linie lll-lll in Fig. 2,
Fig. 4 eine Ansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 2,
Fig. 5 eine Ansicht entlang der Linier V-V in Fig. 2,
Fig. 6 ein erstes Design des keramischen Substrates,
Fig. 7 ein weiteres Design des Substrates, Fig. 8 ein noch weiteres Design des Substrates,
Fig. 9 ein noch anderes Design des Substrates, und
Fig.10 ein schließlich noch weiteres Design des Substrates.
Nachfolgend sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Einen ersten Überblick verschafft Fig. 1. Darin dargestellt ist die Aufsicht auf ein Stanzteil 2 des TO-Gehäuses, bei dem auf die Darstellung der tassenförmigen Abdeckung sowie der elektronischen Bauelemente verzichtet worden ist. Im Boden des Stanzteils ist eine Ausstanzung 4 angeordnet. Durch diese Ausstanzung 4 ist das keramische Substrat 3 gesetzt und in der Ausstanzung 4 durch eine Einglasung 5 arretiert. Auf der einen Seite ist das keramische Substrat 3 metallisiert, derart, dass Anschlussleiter 6 ausgebildet sind, wie sich insbesondere aus Fig. 3 ergibt, welche auch auf die Ausführungsform von Fig. 1 zutrifft. Vorliegend weist das keramische Substrat 3 einen rechteckigen Querschnitt auf. Diesem angepasst sind die Konturen der Austanzung 4. Dies ist nicht zwingend. Denkbar wäre auch eine kreisförmige Ausstanzung (nicht dargestellt) durch welche das keramische Substrat verläuft.
Fig. 2 zeigt eine weiterentwickelte Ausführungsform. Nachfolgend werden lediglich die Unterschiede zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 erläutert. Zusätzlich zu dem keramischen Substrat 3 mit den Metallisierungen 6 ist vorliegend eine weitere Ausstanzung 8 im Stanzteil 2 angebracht. Durch diese verläuft ein weiterer diskreter Anschlussleiter 7, der in der Ausstanzung 8 durch eine weitere Einglasung 5 arretiert ist. Diese Ausführungsform veranschaulicht die Vielfalt, welche das erfindungsgemäße Konzept bietet. Zusätzlich hierzu ist mit der Unterseite des Stanzteils 2 ein weiterer Leiter 9 verlötet, der das Stanzteil 2 definiert auf Massepotential zieht.
Fig. 3 zeigt die nähere Ausführung des keramischen Substrates 3 mit darauf aufmetallisierten Leitungspfaden 6 und entsprechenden Spalten zwischen diesen einzelnen Leitungsbahnen. Vorliegend nicht dargestellt ist die oben erwähnte Ausführungsform, wonach sich die Breite der Metallisierungen 6 beim Übergang von Luft in die Einglasung 5 abnimmt.
Fig. 4 zeigt die Ansicht entlang der Linie IV-IV und die Fig. 5 die Ansicht entlang der Linie V-V in Fig. 2 und dienen zur Abrundung des Bildes.
In den Fig. 6 bis 10 sind nun verschiedene Designs für das keramische Substrat 3 mit unterschiedlichen Metallisierungen dargestellt.
Fig. 6 zeigt das sogenannte Slotline-Design. Auf dem Substrat 3 sind eine signalführende Metallisierung 6 S und eine masseführende Metallisierung 6 M dargestellt.
Fig. 7 zeigt das sogenannte Grounded Slotline-Design. Im Gegensatz zu dem Design in Fig. 6 ist vorliegend die Unterseite des keramischen Substrates vollständig metallisiert. Mittels einer Durchkontaktierung 10 durch das Substrat 3 wird das Massepotential auf eine weitere Metallisierungsbahn auf der Oberseite des Substrates 3 geführt. Die signalführende Metallisierung 6 S ist auf der gegenüberliegenden Seite vorgesehen.
Fig. 8 zeigt das Microstrip-Design, bei dem die Unterseite des Substrates vollständig metallisiert ist mit einer masseführenden Metallisierung 6 M. Auf der Gegenseite des Substrates 3 ist eine signalführende Metallisierung 6 S vorgesehen. Fig. 9 zeigt das sogenannte Coplanar Waveguide (CPW)-Design, bei dem auf dem Substrat 3 eine signalführende Metallisierung 6 S beidseitig eingefasst ist von den masseführenden Metallisierungen 6 M.
Fig. 10 schließlich zeigt das sogenannte Grounded Coplanar Waveguide (GCPW)-Design, bei dem die Unterseite des Substrates 3 vollständig metallisiert ist und auf Massepotential liegt. Auf der Gegenseite des Substrates ist eine signalführende Metallisierung 6 S eingefasst von zwei masseführenden Metallisierungen 6 M, die aufgrund einer Durchkontaktierung 10 durch das Substrat mit der Unterseite in Verbindung steht.
Zusammenfassend seien nochmals die Vorteile aufgeführt:
1. Es ist ein präzises HF-Design möglich, und zwar durch Verwendung planarer Strukturen. Es findet kein Geometriewechsel in der Übergangskette Board zum TO-Header und von dort zum Chip statt.
2. Das keramische Substrat dient als Wärmesenke, insbesondere bei hochwärmeleitfähigen Keramiken.
3. Die TO-Gehäuse sind oberflächenmontierbar (SMD).
4. Es sind mehr IO-Leitungen realisierbar aufgrund der Miniaturisierbarkeit der Leitungspfade der Metallisierungen.

Claims

Patenansprüche
1. TO-Gehäuse für Hochfrequenzanwendungen mit einem Stanzteil
(2) als Sockel, welcher die elektronischen Bauelemente trägt, das mittels einer tassenförmigen Abdeckung verschlossen ist, bei dem ein wärmeleitendes keramisches Substrat (3) durch eine Ausstanzung (4) im Sockel geführt und durch eine Einglasung (5) darin arretiert ist, und bei dem die elektrischen Anschlussleiter (6, 6 M, 6 S) für die elektronischen Bauelemente durch Metallisierungen auf dem keramischen Substrat realisiert sind.
2. TO-Gehäuse nach Anspruch 1 , bei dem das keramische Substrat (3) aus Aluminiumoxid besteht.
3. TO-Gehäuse nach Anspruch 1 , bei dem das keramische Substrat (3) aus Aluminiumnitrid besteht.
4. TO-Gehäuse nach Anspruch 1 , bei dem das keramische Substrat (3) aus Berryliumoxid besteht.
5. TO-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mit dem Stanzteil (2) ein zusätzlicher, massepotentialführender Anschlussleiter (9) verlötet ist.
6. TO-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mit dem Stanzteil (2) ein metallisches Winkelteil zur Verbindung mit einer massepotentialführenden Metallisierung auf dem Substrat
(3) verlötet ist.
7. TO-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Breite der Metallisierungen (6) beim Übergang von Luft in die Einglasung (5) abnimmt.
8. TO-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Metallisierungen der Keramik so angeordnet sind, dass eine signalführende Metallisierung (6 S) zwischen zwei Metallisierungen (6 M) auf Massepotential liegt.
9. TO-Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Seite des keramischen Substrates (3) vollflächig metallisiert ist und diese Metallisierung (6 M) auf Massepotential liegt und die signalführenden Metallisierungen (6 S) auf der gegenüberliegenden Seite des Substrates (3) angeordnet sind.
10. TO-Gehäuse nach Anspruch 9, bei dem das Massepotential mittels Durchkontaktierungen (10) durch das Substrat (3) zu einzelnen Metallisierungen (6 M) auf der anderen Seite des Substrates geführt ist.
PCT/EP2003/008587 2002-08-08 2003-08-02 Hermetisches to-gehäuse mit keramikanschluss für hochfrequenzanwendungen WO2004021438A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2003251686A AU2003251686A1 (en) 2002-08-08 2003-08-02 Hermetic transistor outline housing comprising a ceramic connection for high frequency applications

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10236278.5 2002-08-08
DE2002136278 DE10236278A1 (de) 2002-08-08 2002-08-08 Hermetisches TO-Gehäuse mit Keramikanschluss für erhöhte Datenraten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004021438A1 true WO2004021438A1 (de) 2004-03-11

Family

ID=30775081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2003/008587 WO2004021438A1 (de) 2002-08-08 2003-08-02 Hermetisches to-gehäuse mit keramikanschluss für hochfrequenzanwendungen

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2003251686A1 (de)
DE (1) DE10236278A1 (de)
WO (1) WO2004021438A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3784883A (en) * 1971-07-19 1974-01-08 Communications Transistor Corp Transistor package
US5214498A (en) * 1990-02-26 1993-05-25 Raytheon Company MMIC package and connector
WO2001052325A1 (en) * 2000-01-13 2001-07-19 Alpha Industries, Inc. Microwave ic package with dual mode wave guide

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5745955A (en) * 1980-09-02 1982-03-16 Seikosha Co Ltd Sealing container
CA1225126A (en) * 1985-03-07 1987-08-04 Robert G. Harrison Microstrip - slotline frequency halver
JP2000216603A (ja) * 1999-01-26 2000-08-04 Sumitomo Metal Ind Ltd ミリ波帯に好適なグランデッド・コプレナウェ―ブガイド
JP3804407B2 (ja) * 2000-07-07 2006-08-02 日本電気株式会社 フィルタ
JP3670574B2 (ja) * 2000-11-30 2005-07-13 京セラ株式会社 入出力端子および半導体素子収納用パッケージ
JP3598059B2 (ja) * 2000-12-13 2004-12-08 京セラ株式会社 半導体素子収納用パッケージ
JP2002184888A (ja) * 2000-12-13 2002-06-28 Kyocera Corp 入出力端子および半導体素子収納用パッケージ
DE10064577A1 (de) * 2000-12-18 2002-07-11 Infineon Technologies Ag Anordnung zum Betrieb eines optischen Sende-und Empfangsmodul bei hohen Datenraten bis zu 10 Gbit/s
JP4454144B2 (ja) * 2000-12-22 2010-04-21 京セラ株式会社 高周波回路用パッケージ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3784883A (en) * 1971-07-19 1974-01-08 Communications Transistor Corp Transistor package
US5214498A (en) * 1990-02-26 1993-05-25 Raytheon Company MMIC package and connector
WO2001052325A1 (en) * 2000-01-13 2001-07-19 Alpha Industries, Inc. Microwave ic package with dual mode wave guide

Also Published As

Publication number Publication date
DE10236278A1 (de) 2004-02-26
AU2003251686A1 (en) 2004-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3822312C2 (de)
DE19837266A1 (de) Dielektrische Resonatorantenne
DE102017120216A1 (de) TO-Gehäuse für einen DFB-Laser
DE69933619T2 (de) Hochfrequenzmodul
DE69934933T2 (de) Gunndiode, NRD Leitungsschaltung und Verfahren zur Herstellung
DE2352357A1 (de) Halbleitergehaeuse
DE10350346A1 (de) Hochfrequenzleitungs-Wellenleiter-Konverter und Hochfrequenzpaket
DE60313777T2 (de) Optisches halbleiterbauelement
DE3902579A1 (de) Optischer koppler
DE102005056263B4 (de) Elektronische Anordnung mit äußeren Impedanzabgleichskomponentenverbindungen mit nichtkompensierten Anschlussleitungen und ihr Herstellungsverfahren
EP0961372A1 (de) Hochfrequenz-Lasermodul und Verfahren zur Herstellung desselben
WO2021074050A2 (de) Sockel für ein gehäuse mit einer elektronischen komponente zur hochfrequenz-signalübertragung
DE102021104885A1 (de) Sockel und Gehäuse mit integriertem Kühler für elektronische Bauelemente
DE112005000068B4 (de) Richtungskoppler vom Mikrostreifenleitungstyp
DE102007046351A1 (de) Hochfrequenzplatine, die einen Übertragungsmodus zur Befestigung einer Halbleitervorrichtung wandelt
DE102013102714A1 (de) Hochfrequenzdurchführung
WO2004021438A1 (de) Hermetisches to-gehäuse mit keramikanschluss für hochfrequenzanwendungen
EP2520019B1 (de) Verstärkerbaustein mit einem kompensationselement
EP2294652A1 (de) Streifenleitung mit durchkontaktierung
DE10255462B4 (de) Elektrische Anordnung und Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Anordnung
DE4343494A1 (de) HF-Zuführung für einen Laser in einem Lasermodul mit Peltierkühler
DE10221706B4 (de) TO-Gehäuse für Hochfrequenzanwendungen
DE3330099A1 (de) Quasiplanare struktur zur integration von transistoren in hohlleiterschaltungen
DE10211677B4 (de) Anordnung zum Senden oder Empfangen von optischen Signalen
DE10064577A1 (de) Anordnung zum Betrieb eines optischen Sende-und Empfangsmodul bei hohen Datenraten bis zu 10 Gbit/s

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: CR2009-010974

Country of ref document: CR