DE3017447C2 - - Google Patents

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DE3017447C2
DE3017447C2 DE3017447A DE3017447A DE3017447C2 DE 3017447 C2 DE3017447 C2 DE 3017447C2 DE 3017447 A DE3017447 A DE 3017447A DE 3017447 A DE3017447 A DE 3017447A DE 3017447 C2 DE3017447 C2 DE 3017447C2
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Description

Die Erfindung betrifft einen Träger mit einer beid­ seitig teilweise metallbeschichteten Platte aus einem star­ ren Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante ε 1 zur Aufnahme eines elektronischen Schaltkreises.
Der Träger soll als sogenannter chip- carrier auch Hybridschaltkreise aufnehmen und gegebenenfalls einen Teil eines Mikrogehäuses bilden können.
Hybridschaltkreise vereinigen auf ein und derselben Trägerplatte Bauteile, von denen einige sogenannte diskrete Bauteile sind, wie Transistoren, Widerstände, Kapazitäten, und andere integrierte Schaltkreise sind. Diese liegen entweder in Form von Mikrogehäu­ sen vor, meist umhüllt von Kunststoff, oder in Form von nackten Chips; in diesem Fall sind sie in Mikrogehäusen aus Keramik ohne Kontaktstifte gekapselt, die Chip-Träger (chip- carrier) genannt werden.
Im übrigen erfordert ein Schaltkreis häufig mindestens eine oder zwei Entkoppelungskapazitäten, die nicht integrierbar sind und erhebliche Abmessungen bezüglich der Abmessung des integrierten Schaltkreises aufweisen. Auf diese Weise nimmt die Anordnung von beispielsweise Eingangskapazität, Schaltkreis, Ausgangskapazität auf der Trägerplatte des Hybridschaltkreises eine nicht zu ver­ nachlässigende Fläche ein, was im Widerspruch steht zu der Er­ höhung der Dichte, welche durch den hohen Entwicklungsstand der gegenwärtigen Materialien erzwungen wird.
Allgemein weist ein Hybridschaltkreis auf einer Träger­ platte zahlreiche Bauelemente auf, z. B. gekapselte Schalt­ kreise und wenigstens einen Entkoppelungskondensator für den Eingang/Ausgang oder die Verbindung zwischen aktiven Schaltkreisen. Die Schaltkreise sind oft in einem Keramik­ gehäuse, einem sogenannten chip-carrier gekapselt. Der oder die zur Koppelung dienenden Kondensatoren, die neben einem aktiven Schaltkreis, wie einem integriertem Schaltkreis, auf die Trägerplatte geschweißt oder gelötet sind, nehmen eine erhebliche Fläche im Mikrogehäuse ein, die in jedem Fall größer ist als die des nackten Chips des aktiven Schalt­ kreises. Das ist nachteilig für die gewünschte hohe Kompakt­ heit des Bauteils.
Bekannte Mikrogehäuse für einen elektronischen Schalt­ kreis weisen einen Boden oder Träger aus einem Material auf, das gleichzeitig starr, elektrisch isolierend und vorzugs­ weise ein guter Wärmeleiter ist, wie Aluminiumoxid oder ein Keramikmaterial. Metallisierungen oder Kontaktflächen für Außenanschlüsse verbinden zwei Verbindungsleisten, die auf den beiden Seiten des Trägers angeordnet sind. An den Verbindungsleisten einer Seite sind die Drähte zur Verbin­ dung mit dem Chip des integrierten Schaltkreises angelötet oder angeschweißt. Die Verbindungsleisten der anderen Seite sind an den Hybridschaltkreis angeschweißt. Der Deckel des Mikrogehäuses ist an einem Versteifungsrahmen am Umfang der Trägerplatten befestigt, damit er die Verbindungsdrähte nicht berührt.
Der Chip des integrierten Schaltkreises ist an einem metallisierten Bereich der Innenseite der Trägerplatte durch Schweißen oder Löten befestigt, und die Kontaktflächen am integrierten Schaltkreis sind mit den Kontaktflächen für Außenanschlüsse mittels Gold- oder Aluminiumdrähten ver­ bunden. Wenn der aktive Schaltkreis auf der Grundlage Si­ licium oder Galliumarsenid hergestellt ist, weist das Mikrogehäuse fast stets eine Metallisierung aus Gold auf, um ein Schweiß-Eutektikum Gold-Silicium zu bilden.
Ein Träger mit den eingangs angegebenen Merkmalen ist aus der GB 14 76 886 bekannt. Dieser bekannte Träger mit einer Platte (wafer) aus keramischem Material, z. B. Aluminiumoxid oder Saphir, dient als Träger für eine gedruckte Schaltung. Daher ist die keramische Platte auf der einen Seite vollständig mit Metall beschichtet, da diese Beschichtung gemeinsame Er­ dung bildet, die mit dem Gehäuse verbunden ist, während die Metallbeschichtung auf der anderen Seite Leiterbahnen zu den diskreten Bauelementen bildet. Wie üblich sind zur Verbindung der beiden Beschichtungen durch die Platte reichende Bohrungen vorgesehen, deren Innenflächen leitend beschichtet sind. Da diese bekannten Platten für Hochfrequenz-Anwendungen bestimmt sind, werden Dicke und Dielektrizitätskonstante der Platte so gewählt, daß unerwünschte Koppelungskapazitäten vermieden werden. Dieser bekannte Träger weist an seinem Umfang keine Ausgangskontakte auf und ist zur Verwendung als chip-carrier weder bestimmt noch geeignet.
Andererseits ist es an sich bekannt, auf Isolierplatten neben anderen Bauelementen auch Kondensatoren durch beidsei­ tiges Anbringen von Metallflächen zu bilden (AT 1 84 944). Kondensatoren, die einen Keramikkörper mit hoher Dielekri­ zitätskonstante als Isolator verwenden, sind aus den US 26 94 185 und US 32 56 499 bekannt, aber nicht zur Verwendung als chip- carrier bestimmt oder geeignet.
Die Erfindung bezweckt nun, einen Träger der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß damit elektronische Schalt­ kreise, besonders Hybridschaltkreise, die auch mindestens eine kleine in den Schaltkreis nicht integrierbare Entkoppelungs­ kapazität aufweisen, Platzsparend, kompakt und einfach her­ stellbar aufgebaut werden können.
Die gestellte Aufgabe wird nun gelöst durch einen Träger der eingangs angegebenen Art, welcher die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es wird also der keramische Boden eines Mikrogehäuses eines elektronischen Schaltkreises oder Hy­ bridschaltkreises als Dielektrikum der mindestens einen Entkoppelungskapazität verwendet, wobei man als Material für die Platte solches mit einer geeigneten hohen Dielek­ trizitätskonstante verwendet, um geeignete Kapazitätswer­ te und annehmbare Plattendicke zu erhalten.
Die Möglichkeit, unter mehreren Dielektrika zu wäh­ len und die nötige Anzahl von Belägen zu stapeln, um die gewünschte Kapazität zu erhalten, erschließt der Erfin­ dung einen großen Bereich von Ausführungsformen und An­ wendungen. Außerdem ermöglicht das Herstellungsverfahren der Mehrschichtkondensatoren die Herstellung eines Mikro­ gehäusebodens mit zwei Mehrschichtkondensatoren Seite an Seite in einem Arbeitsgang.
Die Erfindung wird im folgenden beschrieben für den üblichsten Fall, wo ein Chip eines integrierten Schalt­ kreises im Mikrogehäuse gekapselt ist. Die Erfindung be­ trifft jedoch ebenfalls den allgemeineren Bereich von monolithischen Mikroschaltkreisen, die schwierig zu hand­ haben sind, was der Hauptgrund für ihre Verkapselung ist.
Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Be­ schreibung, die sich auf die Figuren bezieht. Diese zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Mikrogehäuse;
Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter Darstellung;
Fig. 3 eine andere abgewandelte Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter Darstellung.
Das in Fig. 1 im Schnitt gezeigte Mikrogehäuse benutzt nun im Prinzip die dielektrische Trägerplatte 11 des Mikrogehäuses, den metallisierten Bereich 12 auf der Innenseite der Platte und einen zweiten metallisier­ ten Bereich 13 auf der anderen Seite der Trägerplatte, um einen Kondensator zu bilden.
Art und Dicke der dielektrischen Platte 11 sind so gewählt, daß der gewünschte Wert der Kapazität erhalten wird. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Fläche der Metallisierung 12 mindestens groß genug sein muß, daß der Chip des integrierten Schaltkreises darauf ange­ schweißt werden kann, jedoch andererseits klein genug sein muß, um in Inneren des Mikrogehäuses Platz zu finden, ohne die Kontaktflächen 6 kurzzuschließen. Der richtige Wert der Kapazität wird durch einen Kompromiß zwischen der Art der möglichen Materialien: Aluminiumoxid, Bariumtitanat usw., der Dicke des vom Material gebildeten Dielektrikums und der berechneten Fläche der Metallbeschichtung 12, die nur innerhalb geringer Grenzen verändert werden kann, bestimmt. Die Fläche der außen liegenden Metallbeschichtung 13 kann größer sein als die der inneren Metallbeschichtung 12.
Die Verfahrenstechnik zur Herstellung der Beschich­ tung 12 und 13 erfordert keine komplexen Ketten von Me­ tallen vom Typ Molybdän/Mangan + Nickel + Gold oder Molyb­ dän/Wolfram + Nickel + Gold oder auch Wolfram + Nickel + Gold. Die einfachste, der Serienfertigung am besten ange­ paßte und billigste Art der Metallisierung mittels einer Paste auf der Grundlage von Palladium, die beispielsweise mittels Siebdruck aufgebracht wird, ist viel besser ge­ eignet. Außerdem ist dadurch die Schweißbarkeit (Lötbarkeit) des integrierten Schaltkreises (Chips) und des Hybridschalt­ kreises auf der Trägerplatte des Mikrogehäuses erleichtert, da eine Palladiumbeschichtung mit Blei/Zinn-Lot verträglich ist, während Goldbeschichtungen zu spröden Zusammensetzun­ gen führen.
Das Mikrogehäuse wird vervollständigt durch am Umfang der Trägerplatte angeordnete Anschlußflächen 6 und einen Versteifungsrahmen 7 mit der erforderlichen Dicke sowie einen nicht gezeigten Deckel.
Das Material der beidseitig metallbeschichteten Trä­ gerplatte hat eine hohe Dielektrizitätskonstante ε 1, um mit den Metallbeschichtungen einen Kondensator zu bilden. Wenn der Boden des Mikrogehäuses aus einer solchen einzigen durchgehenden Trägerplatte besteht, können Störkapazitäten zwischen zwei benachbarten Streifen der Kontaktflächen 6 auftreten, die durch das Material mit hoher Dielektrizi­ tätskonstante ε 1 getrennt sind. Für einen solchen Fall ist die beidseitig metallbeschichtete Trägerplatte des Mikro­ gehäuses zusammengesetzt aus einem Mittelteil aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante ε 1, der das Dielektrikum des Kondensators bildet, und einem mit dem Umfang des Mittelteils fest verbundenen Rahmen 14, 15 aus einem Material mit einer niedrigen Dielektrizitäts­ konstante ε 2, der etwa die gleiche Dicke wie die Platte 11 hat und genügend groß ist, daß die Kontaktflächen 6 aus Metall darauf abgeschieden werden können, die somit in der Ebene der Beläge 12, 13 liegen.
Für eine weitere Verkleinerung des Mikrogehäuses und für die Kompaktheit des Hybridschaltkreises ist es jedoch besonders vorteilhaft, die Lötstellen der Kontakt­ flächen 6 auf einer anderen Ebene als die des Innenbelages 12 des Kondensators anzuordnen. Zu diesem Zweck wird über dem ersten Rahmen 14 ein zweiter Rahmen 15 ebenfalls aus einem Material mit geringer Dielektrizitätskonstante ε 2 angeordnet, der das Dielektrikum 11 teilweise überdeckt und seinerseits die Kontaktflächen 6 trägt, so daß die Lötstel­ len sich in einem möglichst geringen Abstand vom Rand des Belages 12 befinden, ohne daß sie jedoch auf einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante ε 1 abgeschieden sind.
Selbstverständlich können die Rahmen 14 und 15 auch aus einem einzigen Stück bestehen, jedoch ist es unter Berücksichtigung der Abmessungen des Mikrogehäuses nicht einfach, einen monolithischen einzigen Rahmen 14, 15, der einen Absatz aufweist, herzustellen, und es ist technisch vorteilhafter, zwei Rahmen 14 und 15 aufeinanderzulegen, die einfach aus einer dünnen Platte aus Keramikmaterial vor dem Glühen ausgeschnitten werden können. Das Mikroge­ häuse wird vervollständigt durch den Versteifungsrahmen 7, auf dem ein nicht gezeigter Verschlußdeckel aufgelötet oder aufgeschweißt ist.
Fig. 2 zeigt vereinfacht eine andere Ausführungsform der Erfindung mit zwei Kondensatoren für einen elektroni­ schen Schaltkreis, der an seiner Eingangsklemme und an seiner Ausgangsklemme je einen Entkoppelungskondensator benötigt.
Vorausgesetzt nur, daß die Werte dieser Kondensatoren nicht zu hoch sind, werden diese hergestellt durch Metalli­ sieren der Platte 11 mit hoher Dielektrizitätskonstante ε 1, um einen Satz von vier Belägen zu bilden, nämlich einer­ seits die Beläge 16 und 17, die einen ersten Kondensator bilden, und andererseits die Beläge 18 und 19, die einen zweiten Kondensator bilden.
Ausgehend von dieser Ausbildung zweier integrierter Kondensatoren auf ein und dergleichen Trägerplatte des Ge­ häuses sind mehrere Ausführungsformen oder Verbesserungen möglich.
Fig. 2 zeigt die Sätze von Belägen 16, 17 und 18, 19 nebeneinander. Sie können konzentrisch sein, so daß ein Kondensator, z. B. 16, 17 mittig auf der Platte 11 und der andere Kondensator 18, 19 in Form eines Ringes um den er­ sten Kondensator auf der Platte 11 angeordnet ist. In einem solchen Fall ist der Chip des integrierten Schaltkrei­ ses auf den Belag 17 geschweißt (gelötet), und ein Verbin­ dungsdraht verbindet den Belag 19 mit einer der Kontakt­ flächen 6 des Gehäuses und einer der Verbindungsflächen des integrierten Schaltkreises. Bei einem anderen häufigen Fall haben die beiden Kondensatoren jeder einen mit der elektrischen Masse des Schaltkreises verbundenen Belag, oder es können auch zwei der Beläge elektrisch verbunden sein. Beispielsweise wenn die Trägerplatte des integrier­ ten Schaltkreises an Masse liegt und die Beläge 17 und 19 ebenfalls an Masse liegen, ist es eine technische Ver­ einfachung, die Beläge 17 und 19 durch eine einzige Metallbeschichtung herzustellen, auf die der Chip des in­ tegrierten Schaltkreises geschweißt (gelötet) ist. Die Werte der Kapazitäten sind in diesem Fall durch die Flä­ chen der Beläge 16 und 18 festgelegt.
Umgekehrt ist es auch möglich, die Beläge 16 und 18 mittels einer einzigen Metallbeschichtung herzustellen, wobei dann der Belag 19 vorzugsweise konzentrisch zum Be­ lag 17 ist.
Die für Fig. 2 gewählte Darstellung ist vereinfacht. Tatsächlich kann auch die Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit einem abgestuften Rahmen 14, 15 vorgesehen sein.
Die bisher beschriebenen Ausführungsformen der Er­ findung betreffen Kondensatoren, die aus nur zwei Belägen und einem Dielektrikum bestehen, was den Wert der mögli­ chen Kapazitäten begrenzt durch die Art der verfügbaren Dielektrika und die Begrenzung der Fläche der Beläge, wenn man nicht den Vorteil des Mikrogehäuses verlieren will.
Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, welche verhältnismäßig hohe Werte der Kapazität bietet.
Zum Unterschied von der Grundform der Erfindung, bei der der Mikrogehäuseboden aus einem Kondensator mit einer einzigen Dielektrikumsschicht besteht, ist das Mikro­ gehäuse der Fig. 3 ausgehend von einem Mehrschichtkonden­ sator aufgebaut.
Der Mehrschichtkondensator wird hergestellt durch Sta­ peln von einseitig metallisierten Keramikplättchen. Jede Metallisierung ist bezüglich des sie tragenden Plättchens zentriert, außer an einer Seite, wo die Metallisierung den Rand des Plättchens erreicht. Man kann so den elektri­ schen Kontakt mit den Metallisierungen herstellen. Außerdem sind die Kontaktstellen abwechselnd an einem Rand eines er­ sten Plättchens und dann am gegenüberliegenden Rand eines folgenden Plättchens vorgesehen, so daß man einen Satz von Belägen erhält, der auf der einen Seite des Kondensators durch eine Metallisierung 20 verbunden ist, während der andere Satz von Belägen an der gegenüberliegenden Seite des Kondensators durch die Metallisierung 21 verbunden ist.
Die Verwendung eines solchen Mehrschichtkondensators als Gehäuseboden erfordert, daß der eine Satz der Beläge mit einer Kontaktfläche 23 verbunden ist, welche den Kontakt mit dem Träger des integrierten Schaltkreises her­ stellt, während der andere Satz von Belägen mit einer Me­ tallbeschichtung 22 verbunden ist, welche den Kontakt mit dem Träger eines außerdem vorhandenen Hybridschaltkreises herstellt.
Das Mikrogehäuse nach Fig. 3 wird vervollständigt durch einen nicht gezeigten Rahmen 14 oder Doppelrahmen 14, 15, der die Kontaktflächen 6 trägt, und wie in Fig. 1 oder 2 ausgebildet ist, sowie durch den Versteifungsrah­ men 7 und einen nicht gezeigten Verschlußdeckel.

Claims (7)

1. Träger mit einer beidseitig teilweise metallbeschich­ teten Platte aus einem starren Material mit einer hohen Dielek­ trizitätskonstante ε 1 zur Aufnahme eines elektronischen Schalt­ kreises, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbeschichtungen die Beläge (12, 13) mindestens eines Kondensators bilden und daß die Platte (11) an ihrem Umfang die Ausgangskontakt­ flächen (6) mittels eines mit der Platte (11) fest verbun­ denen Rahmens (14, 15) aus einem Material mit niedriger Di­ elektrizitätskonstante ε 2 trägt.
2. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (11) den Gehäuseboden eines Mikrogehäuses bildet und an ihrem Umfang einen Versteifungsrahmen (7) trägt, an dem der Verschlußdeckel des Mikrogehäuses befestigbar ist.
3. Träger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Seiten der Platte (11) jede mit mehre­ ren Metallbeschichtungsflächen versehen sind, um mindestens zwei nebeneinander angeordnete Kondensatoren (16, 17 und 18, 19) zu bilden.
4. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Flächen der Platte (11) mit mehreren Metallbeschichtungsflächen versehen sind, um meh­ rere Kondensatoren zu bilden, wobei die auf der dem Schalt­ kreis zugewandten Innenseite der Platte aufgebrachten Me­ tallbeschichtungsflächen untereinander konzentrisch sind und die Mittelfläche zur Aufnahme des Chips des elektroni­ schen Schaltkreises bestimmt ist.
5. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (11) aus einem Mehrschicht­ kondensator besteht, bei dem ein Satz der Beläge mit der Trägerplatte eines Hybridschaltkreises durch eine erste Kontaktfläche (20, 22) verbunden ist und der andere Satz von Belägen mit dem Träger des elektronischen Schaltkreises durch eine zweite Kontaktfläche (21, 23) verbunden ist.
6. Träger nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Platte (11) aus zwei nebeneinander aus­ gebildeten und fest miteinander verbundenen Mehrschicht­ kondensatoren besteht.
7. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schaltkreis einen Hybridschaltkreis aufweist.
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