DE19903342A1 - Hochfrequenz-Anschlußstift-Gitteranordnung - Google Patents
Hochfrequenz-Anschlußstift-GitteranordnungInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft Gehäuse für Mehrfachchipmodule für Mil
limetermikrowellen-Schaltkreise und im spezielleren eine neue
Modulgehäusebauweise, die die Herstellungseffizienz erhöht, die
physikalische Größe eines Mehrfachchipgehäuses verkleinert und
Glasdurchführungen beseitigt.
Mehrfach-Halbleiterbauelemente für Hochfrequenzelektronik
bauteile, wie z. B. integrierte Schaltkreise, die individuelle
Schaltkreisfunktionen bei Hochfrequenzfrequenzen, wie z. B. Fre
quenzen von Millimetermikrowellen, zur Verfügung stellen, sind
oft zusammen in einem einzigen geschlossenen metallbewandeten
Gehäuse oder, wie verschiedentlich bezeichnet, einem Mehrfach
chipmodul untergebracht. Das Gehäuse oder Modul ist typischer
weise hermetisch versiegelt und schützt die eingeschlossenen
elektronischen Vorrichtungen vor der äußeren Umgebung, die
manchmal Strahlung, korrosive Gase oder andere Materialien ent
hält, die für die eingeschlossenen Vorrichtungen schädlich sind.
Um Hochfrequenzsignale zwischen dem Inneren und dem Äußeren des
Moduls durch die Metallwand des Gehäuses zu übertragen, werden
Hochfrequenz-Durchführungen verwendet, die mit dem Modul eine
Einheit bilden. Die Durchführung ist im wesentlichen eine sehr
kurze Hochfrequenz-Übertragungsleitung. Das ist die Einrichtung,
die herkömmlicherweise verwendet wird, um Hochfrequenzenergie
durch eine Hochfrequenz-Sperrschicht, z. B. eine Metallwand, aus
zubreiten. Typischerweise stellt die Durchführung Verbindungen
zu Hochfrequenz-Anschlüssen her oder strahlt in an dem Gehäuse
äußeren angebrachte Wellenleiter aus.
Typischerweise wurden Durchführungen aus Glas und Metall aufge
baut. Das als Glasperle bezeichnete Glas, das in einem Loch in
einer Gehäusewand angeordnet ist, dient als isolierender Träger
und Dielektrikum, das einen geraden Metallanschlußstift, den
Übertragungsleitungsleiter, in einer elektrisch isolierten Be
ziehung mit den Gehäusewänden hält, und dient als undurchlässige
Sperrschicht gegenüber der äußeren Umgebung. Eine einzelne Glas
perle kann mehrere Anschlußstifte tragen.
Trotz ihrer Effektivität leiden die Glas-zu-Metall-Dichtungen
unter einem bedeutenden Nachteil: sie sind nicht haltbar. Das
Glas ist spröde. Wenn der in das Glas der Durchführung gehüllte
Metallanschlußstift während der Handhabung oder des Testens ab
gewinkelt, gebogen oder deformiert wird, brechen Glasteilchen an
dem den Anschlußstift umgebenden Glasmeniskus. Dieser Bruch be
schädigt die Integrität der Durchführung. In einigen Fällen tre
ten radiale Risse oder Umfangsrisse in dem Glas auf. Diese Risse
können wegen Unterschieden von thermischen Ausdehnungseigen
schaften zwischen dem Glas und dem Anschlußstift oder einer Form
von Ermüdung oder wegen anderer Ursachen entstehen, die unbe
kannt bleiben.
Sobald auch nur ein kleiner Riß auftritt, kann der Riß sich je
doch bei wiederholtem thermischen Schwingen ausbreiten, wie es
während eines normalen Gebrauchs der elektronischen Vorrichtung
auftritt, die das Gehäuse enthält. Wenn eine Rißausbreitung ein
mal eingetreten ist, können mechanische Bewegungen des Gehäuses
oder mechanische Spannungen, die durch Handhabung, Versenden,
Vibration eines Flugzeugs oder Raumfahrzeugs entstehen, die Risse
verschlimmern und die Durchführungen beginnen erkennbar zu
lecken. In Kenntnis der Zerbrechlichkeit des Glases passen Fach
leute für die Herstellung von Vorrichtungen, die diese Hochfre
quenz-Durchführungen enthalten, bei einer Handhabung notwendi
gerweise besonders auf, um die Integrität des Produkts zu ge
währleisten, was die Herstellungseffizienz reduziert. Als ein
Vorteil beseitigt die vorliegende Erfindung alle Glas-zu-Metall-
Durchführungen von dem Mehrfachchipmodulgehäuse.
Bei diesen bisherigen Mehrfachchipmodulen war es teilweise als
indirekte Folge der Verwendung von Glas-zu-Metall-Durchführungen
nicht praktikabel, alle integrierten Schaltkreischips der ver
schiedenen Hochfrequenzschaltkreise auf einem einzelnen Substrat
anzuordnen. Die mehrfachen Hochfrequenzschaltkreise in einem
Mehrfachchipmodul wurden auf getrennten Substraten hergestellt.
Die Metallgehäusebasis wurde maschinell bearbeitet, um aus einem
Metallblock die getrennten hochfrequenzisolierenden Kammern aus
zuschneiden, die von der Oberseite der Basis zugänglich sind.
Diese getrennten Substrate wurden getrennt in die entsprechenden
Kammern innerhalb des Metallgehäuses eingebracht und am (rich
tigen) Platz verlötet. Die Metallbasis war sowohl teuer herzu
stellen als auch in der Abmessung größer als erwünscht.
Als weiteren Vorteil erlaubt die vorliegende Erfindung die Her
stellung aller Hochfrequenzschaltkreise auf einem einzelnen Sub
strat, wobei die Herstellungseffizienz, Zuverlässigkeit ver
größert und, das ist von Bedeutung, die Herstellungskosten ver
ringert werden. Die Erfindung beseitigt den Bedarf, getrennte
Hochfrequenzkammern in der Metallbasis auszuschneiden, wodurch
zusätzlich die Herstellungskosten verringert werden.
Demgemäß ist die Beseitigung von Glasdurchführungen bei Mehr
fachchipgehäusen für integrierte Schaltkreise für Millimeterwel
len eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die physikalische
Größe und den Preis von Millimetermikrowellen-Mehrfachchip
modulen zu verringern.
Und eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Zuver
lässigkeit und Herstellungseffizienz bei Mehrfachchipmodulen zu
verbessern.
Die Technik zum Gruppieren von digitalen Halbleiterchips verwen
det bekannterweise eine Anordnung von Anschlußstiften, auf die
als Anschlußstift-Gitteranordnung Bezug genommen wird, um die
Leistungsversorgungsspannungen zu leiten und digitale Daten zwi
schen dem Halbleiterchip und anderen außerhalb dieses Chips lie
genden Vorrichtungen zu übertragen. Auf diesem Gebiet bietet die
Anschlußstift-Gitteranordnung, unter anderem, die Möglichkeit,
die Dichte von elektrischen Kontakten zu vergrößern und/oder in
höherem Maß eine Verkleinerung des Chipaufbaus zuzulassen. Dem
entsprechend ist es eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung, eine
derartige Anschlußstift-Gitteranordnung-Technologie für den Auf
bau von Millimeterwellen-Mehrfachchipmodulen anzupassen und da
bei eine neue Hochfrequenz-Anschlußstift-Gitteranordnung zur
Verfügung zu stellen.
Bei der Vorbereitung des vorliegenden Dokuments der Erfindung
wurde der Anmelder auf ein US-Patent an Nicholson aufmerksam ge
macht, das am 16. September 1997 veröffentlicht wurde, am
12. April 1996 eingereicht wurde und die Bezeichnung "Pin Grid
Array Solution for Microwave Multi-Chip Modules" trägt. Nichol
son schlägt das Konzept vor, ein Gehäuse vom Typ einer An
schlußstift-Gitteranordnung als Einrichtung zur Vergrößerung der
Dichte von externen Verbindungen zu dem Modul zu verwenden, und
schlägt einen Gehäuseaufbau vor, der sowohl herabhängende An
schlußstifte in dem Substrat zur Gleichstrom- und Hochfrequenz-
Übertragung als auch Klebstoff zwischen dem Gehäusedeckel und
dem Substrat und zwischen dem Substrat und der Basis aufweist,
der Probleme unterschiedlicher Ausdehnung zwischen dem Gehäuse
und aufgrund der seitlichen, von den Anschlußstiften zugelasse
nen Biegung lösen soll.
Bei dieser Struktur haben die Anschlußstifte eine identische
Größe, 0,0508 cm (0,020 Inch) im Durchmesser mit einem Montage
sockel mit einem etwas größeren Durchmesser von 0,07112 cm
(0,028 Inch) zum Verbinden mit einem SMA-Anschluß. Die Anschluß
stifte erstrecken sich von der oberen Oberfläche des Substrats,
wo sie verankert sind, durch die Dicke des Substrats, aus dem
unteren Ende des Substrats und durch entsprechende Anschluß
stiftdurchgänge durch die Metallbasis, von der die Anschlußstif
te hervorstehen. Nicholson erwähnt, daß die Anschlußstifte da
durch, daß sie sich durch Durchgänge in der Metallbasis erstrecken,
und die umgebende Wand der Metalldurchgänge eine koaxiale
Luftleitungsstruktur bilden.
Das vervollständigte Gehäuse wird dann mit einer dazwischen lie
genden leitenden Dichtung auf eine PC-Leiterplatte verbolzt und
die sich erstreckenden Anschlußstifte werden dann mit der Rück
seite der PC-Leiterplatte an den Stellen verlötet, an denen sie
hindurchragen. Und eine Metallrückplatte, die eingelegt wird, um
SMA-Anschlüsse aufzunehmen, wird dann ebenfalls mit einer dazwi
schen liegenden Dichtung auf die Rückseite der PC-Leiterplatte
verbolzt.
Obwohl Nicholson's Verfahren zur Anpassung der Struktur einer
Anschlußstift-Gitteranordnung auf ein Mehrfachchipmodul interes
sant ist, verwendet es Klebstoffe und weist somit keine Fähig
keit zum luftdichten Abschließen auf, was eine bekannte Charak
teristik ist, um die größte Zuverlässigkeit und Betriebsdauer zu
ermöglichen. Um integrierte Schaltkreise höherer Leistung aufzu
nehmen, muß Nicholson außerdem das tragende Substrat und den
Rest des integrierten Schaltkreises auf der Metallplatte weg
schneiden, der unterhalb des Substrates liegt, um einen ausrei
chenden thermischen leitenden Weg zu einer Wärmesenke zur Verfü
gung zu stellen und thermische Beschädigung des integrierten
Schaltkreises zu vermeiden. Es kann auch erwähnt werden, daß
Nicholson keinen Wellenleiter innerhalb des Mehrfachchipmoduls
oder einen Mikrostreifen-zu-Wellenleiter-Übergang integriert,
der ein zusätzliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist. Wie
aus der Beschreibung ersichtlich wird, die folgt, bietet die
vorliegende Erfindung eine alternative Lösung an, eine, die ein
Gehäuse eines einfacheren Aufbaus und einer kompakteren physika
lischen Größe, mit Luftabgeschlossenheit und Wellenleiterüber
gängen ermöglicht.
Demgemäß ist es eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung, Hochfre
quenz-Durchführungen durch Wellenleiterübergänge in einem Mehr
fachchipmodul zur Kopplung von Hochfrequenzsignalen zu einem
Wellenleiter zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine noch zusätzliche Aufgabe der Erfindung, eine mög
lichst lange Betriebsdauer Luftabgeschlossenheit in der Durch
führung zu gewährleisten.
Und es ist eine Zusatzaufgabe der Erfindung, ein neues Mehrfach
chipmodul zur Verfügung zu stellen, das den Bedarf beseitigt,
Ausschnittsbereiche in dem Substrat einzuschließen, in denen in
tegrierte Schaltkreise zu befestigen sind, und das ermöglicht,
in allen Fällen Wärme von den integrierten Schaltkreisen durch
das Substrat abzuleiten.
Die vorliegende Erfindung weist ein schaltkreistragendes flaches
starres dielektrisches Substrat, geeigneterweise Aluminiumoxid
keramik, das an einer oberen Oberfläche Leiter aufweist, die zur
Definition von Hochfrequenz-Schaltkreisen dienen, eine Anordnung
von elektrischen Gleichstrom- und Hochfrequenz-Durchführungen,
elektrische Leiter, die hier manchmal als Anschlußstifte be
zeichnet werden, und eine Metallbasisplatte auf, die in einer
einheitlichen Baugruppe zusammengebaut sind. Von Enden, die an
dem Substrat an geeigneten Schaltkreiskontaktstellen an dem
Substrat angebracht sind, erstrecken sich die Anschlußstifte
senkrecht zu der flachen unteren Oberfläche des Substrats aus
wärts in Durchgänge, die in der Basisplatte ausgebildet sind,
wodurch eine Anordnung von Leiteranschlußstiften präsentiert
wird.
Die Metallbasisplatte bedeckt die unterseitige Oberfläche des
Substrats und bildet eine elektrisch leitfähige Hochfrequenz-
Abschirmung für die Unterseite des Substrats. Eine Anordnung zy
lindrischer Durchgänge durch die Dicke der Basisplatte sind mit
entsprechend zugeordneten Anschlußstiften in der Anschlußstift-
Gitteranordnung ausgerichtet und nehmen diese Anschlußstifte
auf. Zylindrische Metallabdeckungen sind in diesen Basis
plattendurchgängen angeordnet, die als Teil einer so gebildeten
koaxialen Hochfrequenz-Übertragungsleitung dienen und einen Trä
ger für eine externe Hochfrequenz-Koaxialkopplung zur Verfügung
stellen sollen. Die Innenwände der Abdeckungen sind profiliert
oder abgestuft, um zu gewährleisten, daß die so gebildete koa
xiale Übertragungsleitung die gewünschte elektrische Impedanz
charakteristik aufweist. Die unabgedeckt bleibenden Anschluß
stifte dienen zum Anlegen einer Gleichspannung durch die Basis
platte hindurch. Im wesentlichen wird eine Hochfrequenz-
Anschlußstift-Gitteranordnung definiert, die mit einer Gleich
strom-Anschlußstift-Gitteranordnung durchsetzt ist.
Ein Dichtring für die verschiedenen getrennten Hochfrequenz-Schalt
kreise, die auf der oberen Oberfläche des Substrats ange
ordnet sind, stellt ebenfalls ein Metallgerüst zur Verfügung,
das den inneren Bereich, der von den äußeren Wänden des Dicht
rings begrenzt wird, in getrennte metallbewandete Kammern unter
teilt, wodurch einzelne Kammern für die getrennten Hochfrequenz-Schalt
kreise zur Verfügung gestellt werden, die die jedem derar
tigen Hochfrequenz-Schaltkreis zugeordneten integrierten Schalt
kreischips enthalten. In vollständig zusammengebauten Zustand
bedeckt ein elektrisch leitfähiger Deckel den Dichtring und ver
siegelt die Elemente innerhalb der Begrenzungen der Wände des
Rings hermetisch. Mit einer Metallbasis und einem Deckel ist je
de metallbewandete Kammer im wesentlichen von angrenzenden Kam
mern hochfrequenzisoliert. Als besonderer Aspekt der vorliegen
den Erfindung kann ein derartiger Dichtring zu der gewünschten
Form gegossen werden, um maschinelle Bearbeitungen zu vermeiden.
Des weiteren bilden die Leiter, die einen Teil der auf der obe
ren Oberfläche des Substrats enthaltenen Hochfrequenz-Schalt
kreisstruktur bilden, aufgrund der Gestaltung eine Hochfrequenz-
Übertragungsleitung, typischerweise eine Mikrostreifenleitung,
und haben eine charakteristische Leitungsimpedanz Z0. Diese Lei
tung verbindet mit einem zugeordneten elektrischen Verbindungs
kontakt, der wiederum mit einem der Hochfrequenz-Anschlußstifte
an der Substratunterseite verbindet. Um das kleinstmögliche
Spannugs-Stehwellenverhältnis (VSWR=Voltage Standing Wave Ratio)
zu gewährleisten, hat die koaxiale Übertragungsleitung, die mit
einem derartigen Anschlußstift und der zugeordneten Metallkappe
gebildet wird, die gleiche charakteristische Impedanz.
Eine zusätzliche Hochfrequenz-Durchführungserfindung wird auch
für jeden der vorhergehenden Mehrfachchipmodule vorgestellt, der
ebenfalls Wellenleiterschnittstellen benötigen kann. In dieser
werden hermetische Übergänge von den internen Mikrostreifen zum
Wellenleiter erzielt, indem ein strukturierter Leiter auf dem
Substrat über einem Basisplattenwellenleiter verwendet wird.
Wellenleiter, die in der unterhalb des Substrats liegenden Ba
sisplatte ausgebildet sind, und Mikrowellenhohlräume in dem
oberhalb des Substrates liegenden Dichtring sind in Reihe mit
dem strukturierten Leiter gemeinsam hermetisch, schichtweise an
geordnet, wobei die zwei letzteren Elemente einen Mikrostreifen-zu-Wellen
leiter-Übergang definieren. Die letztere Struktur be
seitigt die frühere Praxis, Glasdurchführungen zu verwenden, um
direkt in einen Wellenleiter auszustrahlen, und erfordert keinen
stützenden Anschlußstift, der in der koaxialen Hochfrequenz-Über
tragungsleitung der zuvor beschriebenen Hochfrequenz-An
schlußstift-Gitteranordnungserfindung verwendet wird.
Die vorhergehenden und zusätzlichen Aufgaben und Vorteile der
Erfindung werden zusammen mit der Eigenschaft des Aufbaus davon,
der in den vorherigen Passagen nur kurz zusammengefaßt wurde,
für Fachleute auf dem Gebiet klarer, wenn sie die detaillierte
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die in dieser
Spezifikation folgt, zusammen mit den in den beigefügten Zeich
nungen dargestellten Veranschaulichungen davon lesen.
In den Zeichnungen:
Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung in
einer Explosionszeichnung;
Fig. 2 veranschaulicht die zusammengebaute Ausführungsform von
Fig. 1 in einer Ansicht von unten;
Fig. 3 ist eine perspektivische Aufsicht der zusammengebaute
Ausführungsform von Fig. 1;
Fig. 4A ist eine vergrößerte, nicht maßstabsgetreue Schnittan
sicht eines der Hochfrequenz-Anschlußstifte, die in der Ausfüh
rungsform von Fig. 1 verwendet werden, und Fig. 4B ist eine
Aufsicht auf einen Teil von Fig. 4A;
Fig. 5 ist eine vergrößerte Explosionszeichnung der unteren
rechten Ecke von Fig. 3, die einen Teil des Moduls veranschau
licht, das einen Mikrostreifen-zu-Wellenleiter-Übergang enthält;
Fig. 6 veranschaulicht die Ansicht auf Fig. 5, wenn sie von der
Oberseite betrachtet wird; und
Fig. 7 ist eine Teilansicht der Unterseite des Modulsubstrats
an der Ecke des Moduls, das in Fig. 6 veranschaulicht ist.
Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Explosionszeichnung
eines integrierten Schaltkreisaufbaus eines Hochfrequenz-Mehr
fachchips ist, der die Hochfrequenz-Anschlußstift-Gitteranord
nung enthält. Die Anordnung enthält einen flachen steifen elek
trischen Isolator, geeigneterweise Aluminiumoxid, der als das
Substrat 1 dient, eine Metallbasis 3 und einen Dichtring 5. Ein
flacher elektrisch leitfähiger Deckel, der nicht veranschaulicht
ist, wird an der Oberseite des Dichtrings befestigt, um den
Dichtring abzudecken und den Aufbau zu vervollständigen.
Die Ausführungsform enthält auch eine Anzahl Metall-"Anschluß
stifte", die in einer vorbestimmten Konfiguration über der unte
ren Oberfläche des Substrats angeordnet sind, die die Grundlage
für den Ausdruck Anschlußstift-Gitteranordnung bildet. Diese um
fassen Anschlußstifte 7, deren Anzahl in der Figur vierzehn be
trägt, und Anschlußstifte 9, deren Anzahl vier beträgt. Ein Me
tallzylinder 11 ist jedem der Anschlußstifte 9 zugeordnet. Die
längeren Anschlußstifte 7 dienen als Gleichstromleiter. Die kür
zeren Anschlußstifte 9 dienen als der Mittenleiter einer koaxia
len Hochfrequenz-Übertragungsleitung, während der zugeordnete
Metallzylinder 11 als Außenleiter der Leitung dient. Die An
schlußstifte sind mittels Hartlöt- oder Weichlötmaterial auf ge
eignete Metallanschlußflecken angebracht, die auf der Unterseite
des Substrats 1 ausgebildet sind, das diese trägt. Diese Elemen
te werden hiernach in Verbindung mit Fig. 2 und 3 ausführlicher
beschrieben.
Wie bei herkömmlicher Vorgehensweise ist eine Vielzahl inte
grierter Schaltkreischips, wie z. B. Halbleiterchips 2 und 4, von
denen nur zwei in der Figur bezeichnet sind, oberseitig des Sub
strats befestigt und mit ausgebildeten, auf der Oberseite struk
turierten elektrischen Leitern zusammengeschlossen. Des weiteren
stellen elektrische Verbindungskontakte elektrisch leitfähige
Schaltkreiswege zur Verfügung, die sich von der Unterseite des
Substrats zu der Oberseite erstrecken und die geeigneten elek
trischen Wege der definierten Schaltkreise miteinander verbin
den. Dieser Weg erlaubt Übertragungen der Gleichstromspannung,
die notwendig ist, um Betriebsleistung den Vorrichtungen zu lie
fern, und hochfrequente RF-Spannungen zu und/oder von externen
Quellen zu übertragen.
Die integrierten Schaltkreischips und Leiter bilden Hochfre
quenz-RF-Schaltkreise, die geeigneterweise in den Frequenzberei
chen von Millimetermikrowellen arbeiten. Diese Schaltkreise sind
bekannt und es ist einzusehen, daß die Einzelheiten der Hochfre
quenz-Schaltkreise nicht relevant sind oder Material zum Ver
ständnis der vorliegenden Erfindung darstellen. Die von den in
tegrierten Schaltkreischips gebildeten Hochfrequenz-Schaltkreise
müssen nicht detaillierter veranschaulicht oder beschrieben wer
den, obwohl sie einen Zusammenhang mit der vorliegenden Erfin
dung darstellen.
Das Substrat 1 ist aus einem dielektrischen Material, geeigne
terweise Aluminiumoxid, in einer flachen Schicht ausgebildet,
die starr und steif und im wesentlichen gegenüber korrosivem Gas
und/oder anderen Dämpfen undurchlässig ist. Zylindrische Durch
gänge, die durch die Dicke des Substrats ausgebildet sind, sind
mit aufgebrachtem elektrisch leitfähigem Material vollständig
gefüllt und versiegelt, (und) werden als Verbindungskontakte be
zeichnet, die in Fig. 1 nicht veranschaulicht sind, die einen
elektrischen Weg zwischen den oberen und unteren Oberflächen des
Substrats zur Verfügung stellen. Die geeignet ausgebildeten und
mit den Durchgangswänden versiegelten Verbindungskontakte ge
währleisten, daß die Durchgänge relativ undurchlässig gegenüber
korrosivem Gas und anderen Dämpfen bleiben. Bei integrierten
Schaltkreischips, die höhere Leistungen verbrauchen, kann Beryl
liumoxid (BeO), das eine ausgezeichnete thermische Wärmesenke
ist, durch Aluminiummaterial ausgetauscht werden.
Das Substrat wird oberhalb der Basis 3 in geeigneter Position
angeordnet. Eine Anzahl Durchgänge, wie z. B. Durchgänge 13 und
15, sind durch die Basis 3 ausgebildet, geeigneterweise durch
Bohren und/oder maschineller Bearbeitung. Durchgänge 13 und 15
sind über die Oberfläche der Platte verteilt. Minimal entspricht
die Anzahl derartiger Durchgänge zumindest der Anzahl der An
schlußstifte 7 und 9. Die Verteilung dieser Durchgänge liegt in
der gleichen Anordnung wie die der Anschlußstifte vor, so daß
jeder Durchgang koaxial mit einem der zugeordneten Anschluß
stifte liegt, die sich von dem Substrat 1 nach unten erstrecken,
wie es in dem Unterseitengrundriß von Fig. 2 veranschaulicht
ist, auf die Bezug genommen wird. Durchgänge 17 sind ebenfalls
durch die Metallbasis des Moduls maschinell ausgebildet und die
nen als rechteckige Wellenleiter, die hier später beschrieben
werden. Mehrere Bolzendurchgänge sind geeignet in den Oberflä
chen der Basis ausgebildet, um ein Befestigen des Moduls auf ei
ner Hauptrechnerplatine oder anderen Trägern zu erlauben.
Der Durchmesser der runden Basisdurchgänge ist in ausreichender
Weise größer als der Durchmesser der Anschlußstifte, wodurch ein
Zwischenraum gebildet und eine Gleichstromisolation gegenüber
den Durchgangswänden sichergestellt wird. Die Durchgänge kleinen
Durchmessers, wie z. B. 13, erlauben es, den zugeordneten An
schlußstift, wie z. B. Anschlußstift 7, ohne Kontakt mit den me
tallischen Durchgangswänden darin anzuordnen. Die Durchgänge 15
größeren Durchmessers haben einen Durchmesser, der ausreicht, um
das Einsetzen der zylindrischen Metallkappen, wie z. B. Kappe 11,
unter Reibkontakt mit der entsprechenden Durchgangswand zu er
lauben. Der Deckel weist intern Merkmale auf, die in Verbindung
mit Anschlußstift 9 eine Schnittstelle bilden, die kompatibel
mit kommerziell verfügbaren Hochfrequenzanschlüssen ist, die
Einschnapp-, SMA-Anschlüsse und Anschlüsse für höhere Frequenzen
umfassen, wie hier später beschrieben wird. Einige der Basis
durchgänge sind größer und im Aussehen rechteckig, um zu ermög
lichen, daß sich zwei oder mehr Anschlußstifte mit ausreichendem
Abstand von dem Substrat in den Durchgang zu erstrecken, um so
eine Berührung mit den Durchgangswänden zu vermeiden. Die letz
teren Anschlußstifte werden zur Übertragung von Gleichstromspan
nungen und nicht von Hochfrequenzenergie verwendet.
Das rückwärtige Ende der Metallkappe 11 weist eine runde Mit
tenöffnung auf, wobei erneut auf Fig. 1 Bezug genommen wird.
Diese runde Öffnung ist ausreichend groß, um ein koaxiales Ein
setzen des zugeordneten Hochfrequenz-Anschlußstifts, wie z. B. 9,
ohne physikalischen Kontakt mit der Metallkappe zu erlauben.
Rechteckig ausgeformte Durchgänge 17, von denen zwei in dieser
Ausführungsform veranschaulicht sind, bilden rechteckige Wellen
leiter, die für eine Übertragung von Mikrowellen-Hochfrequenz zu
und von den auf dem Substrat 1 angebrachten Schaltkreisen sor
gen. Gestaltungsspezifische Leitermuster 18 auf dem Oberen und
dem Unteren des Substrats wirken so zusammen, daß eine Kopp
lungsstruktur erzeugt wird, die ein Signal in oder aus dem Wel
lenleiter überträgt oder empfängt, das sich über den Wellen
leiter zu den internen Mikrostreifen-Schaltkreisen ausbreitet.
Dies wird hier später in Verbindung mit Fig. 5 bis 7 detaillier
ter beschrieben. Es ist ersichtlich, daß die vorhergehende Wel
lenleiter-Kopplungsstruktur auch den Bedarf einer Glasdurch
führung bei dieser Schnittstelle beseitigt.
Mit den von der unterseitigen Oberfläche des Substrats 1 heraus
ragenden Anschlußstiften 7 und 9, den eingebauten Metallkappen
11, der zusammengebauten Basisplatte 3 und Dichtring 5, wie es
von der perspektivischen Aufsicht von Fig. 3 veranschaulicht
wird, paßt das Substrat bündig in die Basis und bildet mit dem
darüberliegenden Dichtring 5 einen dünnen, relativ flachen Auf
bau.
Wie in Fig. 3 weiter veranschaulicht ist, ist der Dichtring 5
auf dem darunterliegenden Schaltkreissubstrat angebracht, wobei
die Unterkante der äußeren Wand des Dichtrings hermetisch mit
dem Substrat versiegelt ist, geeigneterweise durch Hartlöten
oder Weichlöten. Die äußere Wand des Dichtrings erstreckt sich
kontinuierlich in einer Schleife über der oberen Oberfläche des
Substrats 1, um einen internen Bereich zu begrenzen und zu defi
nieren. Er stellt auch ein innere Wände bildendes Metallgerüst
zur Verfügung, das von den äußeren Wänden getragen wird, das den
Bereich innerhalb der äußeren Wand des Dichtrings in getrennte
metallbewandete Kammern unterteilt. Eine Reihe innerer Wände,
z. B. 8, 10 und 12, werden von der äußeren Wand in dem inneren
Bereich getragen. Die inneren Wände unterteilen die inneren Be
reiche in eine Anzahl getrennter Kammern unterschiedlicher Größe
und Form, um die getrennten Hochfrequenz-Schaltkreisteile aufzu
nehmen, die auf dem Substrat angeordnet sind. Die inneren Wände
in dem Dichtring 5 bilden oder definieren auch zwei kleine
rechteckige, in Fig. 1 und 3 gezeigte Fenster 37, die im wesent
lichen die gleiche Größe wie die Wellenleiteröffnungen 17 in der
Metallbasis haben. Dünne Abdeckungen 16 werden zu dem Dichtring
hinzugefügt, um diese ausgebildeten Fenster aus hier später be
schriebenen Gründen, die nicht unmittelbar in Beziehung mit der
neuartigen Hochfrequenz-Anschlußstift-Gitteranordnung stehen, zu
schließen.
Die inneren Wände dienen zum Abschirmen, genauer zum seitlichen
Abschirmen, des elektronischen Schaltkreises, der in einer Kam
mer vorhanden ist, gegenüber störender Hochfrequenzstrahlung,
die von einem anderen, in einer anderen Kammer angeordneten
Hochfrequenz-Schaltkreis herrührt, und umgekehrt. Wenn das Modul
vollständig aufgebaut ist, bedeckt ein elektrisch leitfähiger
Deckel den Dichtring und versiegelt die Elemente innerhalb der
Grenzen der Dichtungswände hermetisch und dient als weitere Ab
schirmungssperre, um die definierten internen Kammern zu ver
schließen. Mit einer Metallbasis und einem Deckel ist jede me
tallbewandete Kammer von angrenzenden Kammern im wesentlichen
hochfrequenzisoliert. Dieser Dichtring kann zu der gewünschten
Gestalt umgeformt werden, wodurch maschinelle Bearbei
tungsvorgänge vermieden werden.
Es wird auf Fig. 4A Bezug genommen, die eine vergrößerte, aber
nicht maßstabsgetreue Teilschnittansicht eines Teils des Mehr
fachchipmoduls über einem der kürzeren Leiteranschlußstifte 9
veranschaulicht und den Aufbau detaillierter zeigt. Ein elektri
scher Verbindungskontakt 21 erstreckt sich durch die Dicke des
Substrats 1 und stellt einen Übertragungsweg zwischen Anschluß
fleck 22 auf der oberen Seite des Substrats und Anschlußfleck 23
zur Befestigung eines Anschlußstifts auf der Unterseite dieses
Substrats zur Verfügung.
Anschlußfleck 22 bildet mit einer Mikrostreifen-Übertragungslei
tung 25 eine Einheit, die typischerweise 0,0254 cm (10 mils)
breit ist, und ist auf der oberen Seite des Substrats struktu
riert. Die Übertragungsleitung 25 erstreckt sich zu einem der
nicht veranschaulichten Hochfrequenz-Schaltkreise, die auf der
oberen Oberfläche des Substrats angebracht sind. Die Übertra
gungsleitung 25 ist in einer Aufsicht in Fig. 4B veranschau
licht, die eine Teilaufsicht des Teils des Aufbaus ist, der in
Fig. 4A veranschaulicht ist, auf die kurz Bezug genommen werden
kann. Die Übertragungsleitung, wie sie auf dem Substrat ausge
bildet ist, besitzt eine charakteristische Impedanz Z0.
Leiteranschlußstift 9 besitzt die Geometrie eines schlanken Zy
linders 26 mit einer größeren, dünnen Scheibe an einem Ende. Da
Fig. 4A den Anschlußstift 9 zusammengefügt mit Hochfrequenzan
schluß 29 zeigt, ist der Rest der Länge des Anschlußstiftes in
der Figur nicht sichtbar. Der Teil 26 schmaleren Durchmessers
hat eine Länge von etwa 0,127 cm (50 mils) und der Teil 28 grö
ßeren Durchmessers an der Oberseite des Teils 26, der typischer
weise als der "Nagelkopf" des Anschlußstifts bezeichnet wird,
ist etwa 0,0152 cm (6 mils) dick. Die Scheibe 28 größeren Durch
messers hat beispielsweise einen Durchmesser von etwa 0,0762 cm
(30 mils) und der Zylinder 26 einen Durchmesser von etwa 0,0381
cm (15 mils). Der Anschlußstift 9 ist auf den Anschlußfleck 23
zur Befestigung eines Anschlußstifts gelötet, der den Anschluß
stift in elektrischem Kontakt mit dem elektrischen Ver
bindungskontakt 21 bringt, um einen Hochfrequenz-Übertragungsweg
zu vervollständigen.
Die elektrischen Verbindungskontakte haben typischerweise einen
kleineren Durchmesser als die Anschlußflecken, beispielsweise
einen Verbindungskontakt-Durchmesser von 8 mils, verglichen mit
einem Durchmesser von 0,03556 cm (14 mils) für den Anschlußflecken
22, und einen Durchmesser von 0,1016 cm (40 mils) für An
schlußfleck 23 auf der Unterseite des Substrats 1. Der in der
Metallbasisplatte 3 ausgebildete Durchgang ist koaxial mit dem
elektrischen Verbindungskontakt 21 ausgerichtet. Der zylindri
sche Körper der Metallkappe 11 paßt in diesen Durchgang. Das
dicke unterlegscheibenförmige Ende 27 der Kappe grenzt an die
Unterseite des Substrats 1.
Die charakteristische Impedanz der koaxialen Übertragungslei
tung, die von dem Anschlußstift 9 und dem scheibenförmigen Ende
der Metallkappe gebildet wird, kann abgestimmt werden, indem so
wohl die Breite und Gestalt des Anschlußstifts als auch der In
nendurchmesser des unterlegscheibenförmigen Endes der Kappe 11
angepaßt wird. Wobei diese charakteristische Impedanz vorzugs
weise so ausgestaltet wird, daß sie mit der gleichen charakteri
stischen Impedanz Z0 der Mikrostreifen-Übertragungsleitung 25
übereinstimmt. Ein möglichst enges Anpassen dieser Impedanzen
gewährleistet, daß das Spannungs-Stehwellenverhältnis den mini
malen Wert 1 hat oder möglichst nahe zu dem Wert liegt, der, wie
es für Fachleute auf diesem Gebiet geläufig ist, eine maximale
Hochfrequenz-Leistungsübertragung zwischen den Segmenten der ge
bildeten Übertragungsleitung sicherstellt. Eine zusätzliche Im
pedanzanpassung wird auch erreicht, indem das Leitermuster von
Anschlußfleck 22 und der verbindenden Übertragungsleitung 25 ab
gestimmt wird.
Die Metallkappe ist an dem offenen Ende dimensioniert, um einen
herkömmlichen koaxialen Anschluß aufzunehmen, wie z. B. den be
kannten Gilbert-Anschluß. Dieser Anschluß ist so gestaltet, daß
er die gleiche charakteristische elektrische Impedanz Z0 hat, auf
die vorher Bezug genommen wurde. Die Wände der Kappe können die
äußeren Wände des Anschlusses unter Reibung einrasten lassen, um
die letzteren in Position zu halten. Alternativ kann die inneren
zylindrische Wand der Kappe als Gewinde ausgebildet sein, um ei
nen koaxialen Stecker mit Gewinde (vom Gewindetyp) aufzunehmen
und zu halten. Die Verwendung von Kappen vereinfacht die Her
stellung der Basis 3 oftmals. Jedoch werden in einigen Fällen
keine Kappen verwendet, und die internen Kappenmerkmale werden
unmittelbar in die Basis maschinell eingearbeitet.
Die Länge und Form der Leiteranschlußstifte, die verwendet wer
den, um von einer externen Quelle eine Gleichstromspannung zu
den Schaltkreisen zu koppeln, kann jede gewünschte Gestalt auf
weisen, da die Gestalt nicht wichtig ist. Geeigneterweise kann
es ein gerader Zylinder sein, der sich über die Länge der Durch
gänge in der Metallplatte erstreckt. Ein gängiger Gleichstrom
anschlüsse kann in den Durchgang eingesteckt werden, der einen
Leitersockel bildet und eine elektrische Verbindung zu dem zuge
ordneten Gleichstromleiter-Anschlußstift herstellt.
Es sollte erwähnt werden, daß das Substrat 1 einen flachen Mas
seleiter auf jeder seiner oberen und unteren Oberflächen auf
weist, die zusammen mittels eines elektrischen Verbindungskon
takts elektrisch verbunden sind, was eine bekannte Vorgehenswei
se ist. Die flache Masseleiterschicht an der Unterseite des
Substrats überdeckt im wesentlichen die gesamte Unterseite, ab
gesehen von den Öffnungen für die Anschlußstifte und Deckel, und
wobei auch die Öffnungen für den Mikrostreifen-zu-Wellenleiter-
Übergang, der hier später beschrieben wird, ausgenommen werden.
Die Metallbasisplatte 3 kontaktiert, indem sie an die untersei
tige Oberfläche angrenzt, den flachen Masseleiter, und der Me
talldichtring 5 kontaktiert an der oberen Seite den anderen fla
chen Masseleiter. Dies bringt diese Elementen in elektrischen
Kontakt, so daß sie elektrisch geerdet werden können, wenn sie
auf einer Hauptplatine in Betrieb genommen werden. Die gemeinsa
me Erdung auf jeder Seite des Substrats ermöglicht auch eine Ab
schirmung von Hochfrequenzfeldern, die während des Betriebs von
den in dem Modul installierten integrierten Schaltkreischips er
zeugt werden.
In der Praxis werden die vorherigen Elemente zu einem Mehrfach
chipgehäuse gestaltet. Um eine gekapselte Mehrfachchipanordnung
mit den vorherigen Elementen zu vervollständigen, wird ein nicht
veranschaulichter Deckel zumindest an der oberen Kante der äuße
ren Wand des Dichtrings hermetisch versiegelt, wobei der innere
Bereich, der die Schaltkreis- und Mikroelektronikchips an der
oberen Oberfläche des Substrats enthält, an allen sechs Seiten
begrenzt, hermetisch versiegelt und gegen externe Gase abge
schirmt wird.
Die vorhergehende Anschlußstift-Gitteranordnung ermöglicht ein
kompaktes Mehrfachchip-Modulgehäuse, das im wesentlichen als ein
schichtweiser Aufbau einer Basisplatte, eines Substrats, eines
Dichtrings und eines Deckels ausgebildet ist. Als zusätzliches
Merkmal für das Modul und als Zusatz für die beschriebene Struk
tur der neuartigen Anschlußstift-Gitteranordnung, enthält die
bevorzugte Ausführungsform auch eine neuartige Anordnung eines
Mikrostreifen-zu-Wellenleiter-Übergangs, die in eine derartige
schichtweise Konfiguration für diese Module für Anwendungen, die
rechteckige Wellenleiterverbindungen benötigen, integriert wer
den kann. Derartige Mikrostreifen-zu-Wellenleiter-Übergänge sind
in der vorherigen Ausführungsform an zwei beabstandeten Stellen
enthalten, wie zuvor kurz bei der Einführung der integral ausge
bildeten Wellenleiter 17 in Fig. 1 und 2 erwähnt wurde. Es wird
auf die Explosionszeichnung des unverdeckten, in Fig. 5 veran
schaulichten Moduls Bezug genommen, die die weitest rechts lie
gende Ecke der Ausführungsform von Fig. 3 veranschaulicht, wobei
sie einen der Mikrostreifen-zu-Wellenleiter-Übergänge mit ent
fernter Abdeckung 16 und/oder dem entfernten Moduldeckel in ei
ner vergrößerten Ansicht enthält, und auch der oberen rechten
Ecke der Explosionszeichnung von Fig. 1 entspricht, ebenfalls in
größerem Maßstab, aber mit der entfernten Abdeckung 16.
Ein Metallfeld 18 ist, wie veranschaulicht, auf der oberen Ober
fläche des Substrats 1 ausgebildet und hat eine im wesentlichen
rechteckige Form und ist in einem im wesentlichen rechteckig ge
stalteten Bereich oder Fenster 31 eines freigelegten Dielek
trikums der Substratoberfläche angeordnet. Das Metallfeld 18
stellt eine Verbindung zu einem dünnen Leiter 33 her, der als
eine Mikrostreifenübertragungsleitung zu anderen, nicht veran
schaulichten Elementen in dem Modul arbeitet. Das Fenster 31 ist
von einem Leiter 35, genauer einem C-förmigen Rahmen, umrahmt,
der für die sich zu dem Metallfeld 18 erstreckende Leitung 33
einen Weg durch den Rahmen ermöglicht. Wie in dieser Explosions
zeichnung veranschaulicht ist, liegt das dielektrische Fenster
31 über dem Ende des rechteckigen Wellenleiters 17 und ist zu
diesem ausgerichtet.
Eine entsprechende, in dem Dichtring 5 ausgebildete rechteckig
geformte Fensteröffnung 37 hat im wesentlichen die gleiche Größe
und Fläche wie der Leiter 35. Sie ist auch zu dem Fenster 31
ausgerichtet und liegt über diesem Fenster. Der Dichtring hat
eine vorbestimmte Dicke. Bei den kurzen Wellenlängen, die für
den Betrieb der bevorzugten Ausführungsform ins Auge gefaßt wer
den, ist die Dichtringdicke hinsichtlich dieser Wellenlänge be
deutsam. So wird mit einer Metallabdeckung 16 oder einer anderen
Metallwand, die über dem Fenster 37 in dem Dichtring an einer
vorbestimmten Tiefe angebracht ist, ein flacher metallbewandeter
Resonanzhohlraum gebildet. Wenn der Dichtring, das Substrat und
die Basisplatte schichtweise in eine zusammengebaute Beziehung
gebracht werden, ist dieser Resonanzhohlraum an der unteren Sei
te des Metallfeldes 18 angeordnet.
Wie in der Teilaufsicht von Fig. 6 veranschaulicht ist, ist der
rechteckig geformte Bereich oder Fenster 31 eines dielektrischen
Materials an der oberen Oberfläche des Substrats 1 zu dem recht
eckigen, in dem Dichtring 5 ausgebildeten Fenster 37 ausgerich
tet und liegt darunter. Das Leitermetallfeld 18 hat eine recht
eckige Form und überdeckt nur einen kleinen Teil des Bereichs
von dem Fenster 31 auf dem Substrat. Die unterseitige Oberfläche
des Substrats 1 an der gleichen Stelle ist in Fig. 7 veranschau
licht. Wie dort gezeigt ist, ist die unterseitige Oberfläche des
Substrats 1 von einer Metallschicht 32 bedeckt, wobei auf der
Unterseite der rechteckig geformte Fensterbereich 39 ausgespart
wird. Der letztere Bereich ist zu dem Fenster auf der oberen
Seite des Substrats ausgerichtet.
Wie früher beschrieben wurde, wird in dem Dichtring 5 in Fig. 6,
wenn sie vollständig zusammengebaut ist, ein Mikrowellen-Reso
nanzhohlraum auf der unteren Seite des Substrats geschaffen. Die
Länge, Größe und Beabstandung des Metallfeldes 18, der rücksei
tigen Öffnung 39 und die Größe des Hohlraums werden durch Ge
staltung und Erprobung dimensioniert, um zu gewährleisten, daß
die von einer Mikrostreifen-Übertragungsleitung zugeführte
Mikrowellenenergie sich zufriedenstellend in den rechteckigen
Wellenleiter ausbreitet und elektrische Felder in dem Wellen
leiter erregt, geeigneterweise in dem Hauptausbreitungs- oder
TE01-Mode, und daß die VSWR zwischen dem Übergang und der Mikro
streifenleitung 33 möglichst niedrig ist. Es ist zu beachten,
daß die vorherige Konfiguration einen neuartigen Mikrostreifen-zu-Rechteck
wellenleiter-Übergang definiert, der in dem Modul in
tegriert ist und die kompakte Größe des Moduls nicht beeinträch
tigt.
Jedes der Hauptelemente des Mehrfachchipmodul-Gehäuses, nament
lich der Dichtring, der Deckel und das Substrat, sollte thermi
sche Ausdehnungscharakteristika besitzen, die möglichst gut zu
sammenpassen. Wenn das Substrat aus einem Aluminiummaterial be
steht, sind sowohl der Deckel als auch der Dichtring typischer
weise aus einem Material gebildet, geeigneterweise das gut be
kannte Alloy 46 oder Kovar, das thermische Ausdehnungscharakte
ristika besitzt, die gut mit den thermischen Ausdehnungscharak
teristika des Aluminiumsubstrats zusammenpassen.
Der Metalldeckel und die Metallbasis 3, wenn sie vollständig in
dem Gehäuse zusammengebaut sind, stellen an den Ober- und Unter
seiten der Kammer vergleichbare Abschirmungen zur Verfügung, und
somit wird der elektronische Schaltkreis in der gebildeten Kam
mer begrenzt. Diese Abschirmung isoliert die Hochfrequenz
energie, die in einer Kammer erzeugt werden kann, vom Übergang
in (eine benachbarte Kammer) und vom Verursachen von In
terferenzen mit den Vorrichtungen in einer benachbarten Kammer.
Die Größe und Form dieser Kammern und somit der internen Wände
wird von der Geometrie und Größe der elektronischen Komponenten
und Schaltungen bestimmt, die auf dem Schaltkreissubstrat ange
ordnet sind.
Auch wenn die vorhergehende Ausführungsform nur drei Hochfre
quenz-Anschlußstifte enthält, ist ersichtlich, daß eine größere
Anzahl von Hochfrequenz-Anschlußstiften enthalten sein kann und
alle derartigen Mengen beabstandet angeordneter Anschlußstifte
von zwei oder mehr Hochfrequenz-Anschlußstiften als Anordnung
bezeichnet werden können. Des weiteren ist einzusehen, daß ande
re leitfähiger Anschlußstifte auch beabstandet über der Sub
stratoberfläche angeordnet sind, um Gleichstromübertragungswege
zur Verfügung zu stellen. Diese bilden auch eine Anordnung, wenn
auch keine Hochfrequenz-Anschlußstift-Gitteranordnung. Diese An
schlußstift-Gitteranordnung wird von der vorherigen Hochfre
quenz-Anschlußstift-Gitteranordnung durchsetzt. Zur einfachere
ren Handhabung und im Kontext dieser Spezifikation und Ansprüche
wird es bevorzugt, jede Anschlußstift-Gitteranordnung, die eini
ge Teile der Hochfrequenz-Anschlußstifte enthält, als Hochfre
quenz-Anschlußstift-Gitteranordnung zu bezeichnen, auch wenn die
Anordnung Anschlußstifte enthält, die nur Gleichstromspannungen
übertragen.
Fachleute auf dem Gebiet erkennen die Unterscheidung zwischen
dem vorhergehenden Gehäuse und dem vergleichbaren Gehäuse, das
in der aktuellen industriellen Praxis verwendet wird. Derartige
vorherige Gehäuse enthielten eine Metallbasis wesentlich größe
rer Dicke, in der von den Wänden des Dichtrings 3 definierten
Kammern maschinell herausgearbeitet wurden, d. h. von dem oberen
Ende der Metallbasis herausgeschnitten wurden. Dies erzeugte ei
ne wesentlich schwerere Basis oder Gehäuse. Wegen der Notwendig
keit, maschinell zu bearbeiten, war es teurer zu fertigen.
Des weiteren wurden herkömmliche Durchführungen, insbesondere
Gleichstrom- und Hochfrequenz-Durchführungen vom Glastyp, in
Durchführungsdurchgängen ausgebildet, die durch diese Metallba
sis gebohrt wurden. Die Anschlußstifte der Durchführungen ragten
zur Verbindung mit einem entsprechenden Substrat aufwärts in die
entsprechenden Kammern und mußten mit den geeigneten Schalt
kreisanschlußstellen auf dem Substrat verkabelt und verlötet
werden, wenn das letztere angebracht wurde. Aufgrund des vorher
gehenden Aufbaus war es jedoch nicht möglich, ein einzelnes Sub
strat zu verwenden. Ein Schaltkreissubstrat wurde für jede ein
zelne Kammer hergestellt. Nachdem die entsprechenden Mikro
elektronikchips mit dem geeigneten Substrat zusammengebaut wur
den, wurden die einzelnen Schaltkreissubstratanordnungen einzeln
an die richtige Stelle innerhalb ihrer entsprechenden Kammer ab
gelegt. Danach wurden die hervorstehenden Durchführungsan
schlußstifte mit den entsprechenden Anschlüssen an dem entspre
chenden Substrat verkabelt. Man erhielt dann eine größere Anzahl
Teile und eine komplexere Vorgehensweise beim Zusammenbau, als
bei der vorliegenden Erfindung.
Somit ist erkennbar, daß die Erfindung ein einfacheres und
leichter herzustellendes Hochfrequenz-Mehrfachchipgehäuse als
zuvor bietet. Durch die Beseitigung von Glasdurchführungen kön
nen die Einzelteile des Gehäuses und das Gehäuse energischer als
der vorherige Gehäuseaufbau gehandhabt werden, wodurch die Her
stellungskosten reduziert werden und aufgrund einer vergrößerten
Ausbeute die Herstellungszeit verringert wird.
Es wird angenommen, daß die vorhergehende Beschreibung der be
vorzugten Ausführungsform der Erfindung im Detail ausreichend
ist, um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung
herzustellen und zu verwenden. Es wird jedoch ausdrücklich vor
ausgesetzt, daß die Einzelheiten der Elemente, die für den vor
hergehenden Zweck vorgestellt wurden, den Umfang der Erfindung
nicht einschränken sollen, insofern Äquivalente zu diesen Ele
menten und andere Modifikationen davon, von denen alle innerhalb
des Umfangs der Erfindung liegen, für Fachleute auf dem Gebiet
beim Lesen dieser Spezifikation ersichtlich werden. Somit soll
die Erfindung allgemein in dem vollen Umfang der beigefügten An
sprüche verstanden werden.
Claims (15)
1. Mehrfach-Chipmodul, mit:
- - einem Substrat (1) aus dielektrischem Material, das wenigstens einen elektronischen Hochfrequenzschaltkreis aufweist,
- - einem Dichtring (5) aus Metall, der auf einer oberen Oberflä che des Substrats (1) angebracht ist, und eine Umfangswand zum Eingrenzen eines vorbestimmten Bereichs der oberen Oberfläche des Substrats (1) und wenigstens eine Hilfswand (8) aufweist, um den vorbestimmten Bereich in getrennte erste Kammern zu unter teilen,
- - elektrischen Verbindungskontakten (21), die sich durch das Substrat (1) erstrecken und in einer räumlichen Anordnung beab standet angeordnet sind, wobei jede der ersten Kammern wenig stens einen Verbindungskontakt (21) aufweist,
- - erste leitfähige Anschlußstifte (9), die erste, mit einem er sten Teil der Verbindungskontakte (21) verbundene Enden und zweite, sich von dem Substrat (1) weg erstreckende Enden aufwei sen,
- - einer Basisplatte (3) aus Metall, die auf einer unteren Ober fläche des Substrats (1) angebracht ist und Durchführungen (15) aufweist, die in einer der räumlichen Anordnung der Verbindungs kontakte (21) entsprechenden Anordnung angebracht und mit diesen so ausgerichtet sind, daß je ein zweites Ende der ersten An schlußstifte (9) in einer entsprechenden Durchführung (15) ange ordnet ist,
- - Kappen (11) aus Metall, die in denjenigen Durchführungen (15) angeordnet sind, in denen die ersten Anschlußstifte (9) angeord net sind, und die einen hohlen zylindrischen Teil aufweisen, der jeweils einen der ersten Anschlußstifte (9) berührungsfrei um gibt, so daß jede Kappe (11) und der ihr zugeordnete erste An schlußstift (9) eine koaxiale Übertragungsleitung definieren, die eine charakteristische Impedanz Z0 hat.
2. Mehrfach-Chipmodul gemäß Anspruch 1, mit:
- - einem ersten Masseleiter, der zwischen der oberen Oberfläche des Substrats (1) und dem Dichtring (5) angeordnet ist,
- - einem zweiten Masseleiter, der zwischen der unteren Oberfläche des Substrats (1) und der Basisplatte (3) angeordnet ist, wobei die Masseleiter, der Dichtring (5) und die Basisplatte (3) lei tend verbunden sind.
3. Mehrfach-Chipmodul gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei elektrische
Übertragungsleitungen (25) eine charakteristische Impedanz Z0 ha
ben und wenigstens eine Übertragungsleitung (25) mit einem er
sten Verbindungskontakt (9) in den ersten Kammern verbunden ist.
4. Mehrfach-Chipmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit zweiten leitfähigen Anschlußstiften (7), die erste, mit ei
nem zweiten Teil der elektrischen Verbindungskontakte (21) ver
bundene Enden und zweite, sich von dem Substrat (1) weg erstreckende
Enden aufweisen.
5. Mehrfach-Chipmodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die ersten Anschlußstifte (9) eine erste Länge haben.
6. Mehrfach-Chipmodul gemäß Anspruch 5, bei dem die zweiten An
schlußstifte (7) eine zweite Länge haben.
7. Mehrfach-Chipmodul gemäß Anspruch 6, bei dem die Durchführun
gen (15) in der Basisplatte (3) eine dritte Länge haben, wobei
die dritte Länge größer als die erste und die zweite Länge ist.
8. Mehrfach-Chipmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem
die Kappen (11) ein unterlegscheibenförmiges Ende des zylindri
schen Teils aufweisen, wodurch eine runde Mittenöffnung defi
niert wird.
9. Mehrfach-Chipmodul, mit:
- - einem Substrat (1) zum Tragen einer Vielzahl elektronischer Hochfrequenzschaltkreise, wobei das Substrat (1) ein dielektri sches Material umfaßt, starr ist und eine flache Form hat,
- - wobei das Substrat (1) einen ersten flachen Masseleiter auf einer oberen Oberfläche und einen zweiten flachen Masseleiter auf einer unteren Oberfläche aufweist, wobei der zweite flache Masseleiter mit dem ersten flachen Masseleiter verbunden ist, um die flachen Masseleiter elektrisch zu verbinden,
- - wobei das Substrat (1) zusätzlich eine erste Vielzahl elektri scher Verbindungskontakte (21) aufweist, die sich durch das Substrat (1) erstrecken,
- - einem Metalldichtring (5),
- - wobei der Metalldichtring (5) in Kontakt mit dem ersten fla chen Masseleiter an der oberen Oberfläche des Substrats (1) an gebracht ist,
- - wobei der Metalldichtring (5) eine Umfangswand auf einer obe ren Oberfläche des Substrats (1) zum Eingrenzen eines vorbe stimmten Bereichs der oberen Oberfläche des Substrats (1) hat, wobei der Metalldichtring (5) zusätzlich eine Vielzahl Hilfswän de hat, die mit der Umfangswand verbunden sind und in dem vorbe stimmten Bereich angeordnet sind, um den vorbestimmten Bereich in eine Vielzahl getrennter Kammern zu unterteilen,
- - wobei die erste Vielzahl elektrischer Verbindungskontakte (21) beabstandet auf dem Substrat (1) verteilt ist, um eine erste räumliche Anordnung von Verbindungskontakten (21) zu definieren, und wobei zumindest eine von der Vielzahl getrennter Kammern zu mindest einen der Vielzahl elektrischer Verbindungskontakte (21) enthält,
- - wobei das Substrat (1) zusätzlich eine Vielzahl elektrischer Übertragungsleitungen (25) aufweist, wobei die Übertragungslei tungen (25) zwischen den getrennten Kammern verteilt sind, wobei zumindest eine der Vielzahl Übertragungsleitungen (25) elek trisch mit einem entsprechenden ersten Teil der Vielzahl elek trischer Verbindungskontakte (21) verbunden ist, wobei jede der Übertragungsleitungen (25) eine charakteristische Impedanz Z0 hat,
- - einer ersten Vielzahl leitfähiger Anschlußstifte (9) einer er sten vorbestimmten Länge, wobei die erste Vielzahl leitfähiger Anschlußstifte (9) ein erstes Ende hat, das an einem entspre chenden ersten Teil der Vielzahl elektrischer Verbindungskontak te (21) angebracht ist, wobei ein zweites Ende davon sich von dem Substrat (1) weg erstreckt,
- - einer zweiten Vielzahl leitfähiger Anschlußstifte (7) einer zweiten vorbestimmten Länge, wobei die zweite Vielzahl leitfähi ger Anschlußstifte (7) ein erstes Ende hat, das an einem ent sprechenden zweiten Teil der Vielzahl elektrischer Verbindungs kontakte angebracht ist, wobei ein zweites Ende davon sich von dem Substrat (1) weg erstreckt,
- - einer Metallbasisplatte (3), wobei die Metallbasisplatte (3) im Abschluß mit der unterseitigen Oberfläche des Substrats (1) in Kontakt mit dem zweiten flachen Masseleiter angeordnet ist, um die Metallbasisplatte (3), den zweiten flachen Masseleiter, den ersten flachen Masseleiter und den Dichtring (5) elektrisch zu verbinden,
- - wobei die Metallbasisplatte (3) eine Vielzahl Durchführungen (15) aufweist, wobei die Durchführungen (15) in der Metallbasis platte (3) in der räumlichen Anordnung beabstandet über der Me tallbasisplatte (3) verteilt sind, bei der die Durchführungen (15) mit den elektrischen Verbindungskontakten (21) ausgerichtet sind,
- - wobei die Durchführungen (25) in der Metallbasisplatte (3) ei ne dritte vorbestimmte Länge haben, wobei die dritte vorbestimm te Länge größer als die ersten und zweiten vorbestimmten Längen ist, bei der die erste und zweite Vielzahl leitfähiger Anschluß stifte (7, 9) von entsprechenden der Durchführungen (15) in der Metallbasisplatte (3) aufgenommen werden und das zweite Ende der ersten Vielzahl leitfähiger Anschlußstifte (9) in zugeordneten der Durchführungen (15) in der Metallbasisplatte angeordnet sind,
- - einer Vielzahl Metallkappen (11), von denen jede einen hohlen zylindrischen Teil und ein unterlegscheibenförmiges Ende des zy lindrischen Teils aufweist, wodurch eine runde Mittenöffnung de finiert wird, und
- - wobei die Vielzahl Metallkappen (11) in denjenigen Durchfüh rungen (15) in der Metallbasisplatte (3) angeordnet ist, die leitfähige Anschlußstifte der ersten Vielzahl elektrischer An schlußstifte (9) enthalten, um die leitfähigen Anschlußstifte (9) ohne physikalischen Kontakt zu umgeben,
- - wobei jede der Metallkappen (11) und der zugeordneten leitfä higen Anschlußstifte (9) eine koaxiale Übertragungsleitung defi nieren, die eine charakteristische Impedanz von Z0 hat.
10. Mehrfach-Chipmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei
dem
- - die Basisplatte (3) Wellenleiterdurchführungen (17) zum Leiten von Hochfrequenzenergie enthält,
- - die ersten Kammern zweite Kammern umfassen, deren Anzahl der Anzahl der Wellenleiterdurchführungen (17) durch die Basisplatte (3) entspricht und die über entsprechenden Wellenleiterdurchfüh rungen (17) angeordnet sind,
- - das zwischen dem Dichtring (5) und der Basisplatte (3) ange ordnete Substrat (1) strukturierte Metalleiter auf der oberen Oberfläche aufweist, die über entsprechenden Wellenleiterdurch führungen (17) liegen und einen vorbestimmten Bereich überdecken, der kleiner als der Querschnitt der Wellenleiterdurchfüh rungen (17) ist, wobei Durchführungen durch das Substrat (1) freigelassen sind, um Mikrowellenenergie durch das Substrat (1) zu Wellenleitern zu übertragen, wobei die strukturierten Metall leiter, das Substrat (1) und die entsprechende Kammer einen Mi krostreifenleitung-zu-Wellenleiter-Übergang definieren.
11. Mehrfach-Chipmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei
dem die ersten leitfähigen Anschlußstifte (9) eine nagelstift
förmige Gestalt haben, die einen scheibenförmigen Teil eines er
sten Durchmessers und einer ersten Dicke, und einen zweiten zy
linderförmigen Teil eines zweiten Durchmessers, der kleiner als
der erste Durchmesser ist, und einer zweiten Länge aufweist, wo
bei die beiden Teile jedes Anschlußstifts (9) koaxial zueinander
ausgerichtet sind.
12. Erfindung gemäß Anspruch 11, mit Anschlußflecken (23) zum
Befestigen der ersten Anschlußstifte (9), die mit der Unterseite
des Substrats (1) verbunden sind, jeweils einem elektrischen
Verbindungskontakt (21) zugeordnet sind, eine scheibenförmige
Gestalt haben, sowie zu den elektrischen Verbindungskontakten
(21) koaxial ausgerichtet und mit diesen elektrisch verbunden
sind, um die Anschlußstifte (9) indirekt mit den elektrischen
Verbindungskontakten (21) zu verbinden, wobei die Anschlußflecken
(23) eine dritte Dicke und einen dritten Durchmesser haben,
der größer als der zweite vorbestimmte ist.
13. Mehrfach-Chipmodul gemäß Anspruch 12, bei dem
- - der erste Durchmesser 0,0762 cm (30 mils) und die erste Dicke 0,01524 cm (6 mils) beträgt,
- - der zweite Durchmesser 0,0381 cm (15 mils) beträgt und die zweite Länge im Bereich zwischen 0,1016 cm (40 mils) und 0,254 cm (100 mils) liegt, und
- - der dritte Durchmesser 0,1016 cm (40 mils) und die dritte Dicke 0,00508 cm (2 mils) beträgt.
14. Mehrfach-Chipmodul, mit:
- - einem Substrat zum Tragen einer Vielzahl elektronischer Hoch frequenzschaltkreise, wobei das Substrat ein dielektrisches Ma terial umfaßt,
- - wobei das Substrat zusätzlich eine erste Vielzahl elektrischer Verbindungskontakte aufweist, die sich durch das Substrat er strecken,
- - einem Metalldichtring,
- - wobei der Metalldichtring an einer oberen Oberfläche des Substrats angebracht ist,
- - wobei der Metalldichtring eine Umfangswand auf einer oberen Oberfläche des Substrats zum Eingrenzen eines vorbestimmten Be reichs der oberen Oberfläche des Substrats hat, wobei der Me talldichtring zusätzlich eine Vielzahl Hilfswände hat, die mit der Umfangswand verbunden sind und in dem vorbestimmten Bereich angeordnet sind, um den vorbestimmten Bereich in eine Vielzahl getrennter Kammern zu unterteilen,
- - wobei die erste Vielzahl elektrischer Verbindungskontakte be abstandet auf dem Substrat verteilt sind, um eine erste räumli che Anordnung von Verbindungskontakten zu definieren, und wobei jede der Vielzahl getrennter Kammern zumindest einen der Viel zahl elektrischer Verbindungskontakte enthält,
- - das Substrat zusätzlich eine Vielzahl elektrischer Übertra gungsleitungen aufweist, wobei die Übertragungsleitungen zwi schen den getrennten Kammern verteilt sind, wobei jede der Viel zahl Übertragungsleitungen elektrisch mit einem entsprechenden ersten Teil der Vielzahl elektrischer Verbindungskontakte ver bunden ist, wobei jede der Übertragungsleitungen eine charakte ristische Impedanz Z0 hat,
- - einer ersten Vielzahl leitfähiger Anschlußstifte einer ersten vorbestimmten Länge, wobei die erste Vielzahl leitfähiger An schlußstifte ein erstes Ende hat, das an einem entsprechenden ersten Teil der Vielzahl elektrischer Verbindungskontakte ange bracht ist, wobei ein zweites Ende davon sich von dem Substrat erstreckt,
- - einer zweiten Vielzahl leitfähiger Anschlußstifte einer zwei ten vorbestimmten Länge, wobei die zweite Vielzahl leitfähiger Anschlußstifte ein erstes Ende hat, das an einem entsprechenden zweiten Teil der Vielzahl elektrischer Verbindungskontakte ange bracht ist, wobei ein zweites Ende davon sich von dem Substrat erstreckt,
- - einer Metallbasisplatte, wobei die Metallbasisplatte im Ab schluß mit einer unterseitigen Oberfläche des Substrats angeord net ist,
- - wobei die Metallbasisplatte eine Vielzahl Durchführungen auf weist, wobei die Durchführungen in der Metallbasisplatte in der räumlichen Anordnung beabstandet über Metallbasisplatte verteilt sind, wobei die Durchführungen mit den elektrischen Verbindungs kontakten ausgerichtet sind,
- - wobei die Durchführungen in der Metallbasisplatte eine dritte vorbestimmte Länge haben, wobei die dritte vorbestimmte Länge größer als die ersten und zweiten vorbestimmten Längen ist, wo bei die erste und zweite Vielzahl leitfähiger Anschlußstifte von entsprechenden der Durchführungen in der Metallbasisplatte auf genommen werden und das zweite Ende der ersten Vielzahl leitfä higer Anschlußstifte in zugeordneten der Durchführungen in der Metallbasisplatte angeordnet sind,
- - einer Vielzahl Metallkappen, von denen jede einen hohlen zy lindrischen Teil und ein unterlegscheibenförmiges Ende des zy lindrischen Teils aufweist, wodurch eine runde Mittenöffnung de finiert wird, und
- - wobei die Vielzahl Metallkappen in denjenigen Durchführungen in der Metallbasisplatte angeordnet ist, die leitfähige An schlußstifte der ersten Vielzahl elektrischer Anschlußstifte enthalten, um die leitfähigen Anschlußstifte ohne physikalischen Kontakt zu umgeben,
- - die Metallbasisplatte eine Vielzahl Wellenleiterdurchführungen zum Leiten von Hochfrequenzenergie enthält,
- - wobei die von dem Dichtring definierte Vielzahl Kammern eine zweite Vielzahl Kammern enthält, die zahlenmäßig der Vielzahl Wellenleiterdurchführungen entspricht,
- - wobei die zweite Vielzahl Kammern über entsprechenden der Vielzahl Wellenleiterdurchführungen in der Basisplatte liegt,
- - wobei das Substrat, das zwischen dem Dichtring und der Basis platte schichtweise angeordnet ist, strukturierte Metalleiter auf der oberen Oberfläche des Substrats enthält, die über ent sprechenden Wellenleiterdurchführungen liegen, wobei die struk turierten Metalleiter einen vorbestimmten Bereich überdecken, der kleiner als der Querschnitt der Wellenleiterdurchführungen ist, wobei eine Durchführung durch das dielektrische Substrat freigelassen wird, um Mikrowellenenergie durch das Substrat zu einen entsprechenden Wellenleiter zu koppeln, wobei die struktu rierten Metalleiter, das Substrat und die Kammer einen Mikrost reifenleitung-zu-Wellenleiter-Übergang definieren.
15. Mehrfach-Chipmodul, wobei das Mehrfach-Chipmodul enthält:
einen Metalldichtring, ein dielektrisches Substrat und eine Me tallbasisplatte in einer schichtweisen Anordnung, wobei die Me tallbasisplatte wenigstens eine rechteckige Wellenleitereinrich tung aufweist, die mit der Basisplatte eine Einheit bildet und sich durch die Basisplatte erstreckt, um Mikrowellenenergie zwi schen dem Modul und externen elektronischen Vorrichtungen zu übertragen, und das dielektrische Substrat Mikrostreifenübertra gungsleitungen trägt, wobei der Dichtring wenigstens eine Kammer definiert, wobei die Kammer über dem Wellenleiterdurchgang in der Basisplatte liegt, wobei das Substrat auf einer oberen Ober fläche des Substrats einen strukturierten Metalleiter zur Ver bindung mit wenigstens einer der Mikrostreifenübertragungslei tungen aufweist, wobei der strukturierte, auf dem Substrat ange ordnete Metalleiter über dem Wellenleiterdurchgang liegt, wobei der strukturierte Metalleiter einen vorbestimmten Bereich ab deckt, der kleiner als der Querschnitt des Wellenleiterdurch gangs ist, wobei eine Durchführung durch das dielektrische Substrat freigelassen ist, um Mikrowellenenergie durch das Substrat zu dem Wellenleiter zu koppeln, wobei der strukturierte Metalleiter, das Substrat und die Kammer einen Mikrostreifenlei tung-zu-Wellenleiter-Übergang definieren.
einen Metalldichtring, ein dielektrisches Substrat und eine Me tallbasisplatte in einer schichtweisen Anordnung, wobei die Me tallbasisplatte wenigstens eine rechteckige Wellenleitereinrich tung aufweist, die mit der Basisplatte eine Einheit bildet und sich durch die Basisplatte erstreckt, um Mikrowellenenergie zwi schen dem Modul und externen elektronischen Vorrichtungen zu übertragen, und das dielektrische Substrat Mikrostreifenübertra gungsleitungen trägt, wobei der Dichtring wenigstens eine Kammer definiert, wobei die Kammer über dem Wellenleiterdurchgang in der Basisplatte liegt, wobei das Substrat auf einer oberen Ober fläche des Substrats einen strukturierten Metalleiter zur Ver bindung mit wenigstens einer der Mikrostreifenübertragungslei tungen aufweist, wobei der strukturierte, auf dem Substrat ange ordnete Metalleiter über dem Wellenleiterdurchgang liegt, wobei der strukturierte Metalleiter einen vorbestimmten Bereich ab deckt, der kleiner als der Querschnitt des Wellenleiterdurch gangs ist, wobei eine Durchführung durch das dielektrische Substrat freigelassen ist, um Mikrowellenenergie durch das Substrat zu dem Wellenleiter zu koppeln, wobei der strukturierte Metalleiter, das Substrat und die Kammer einen Mikrostreifenlei tung-zu-Wellenleiter-Übergang definieren.
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