DE3632246A1

DE3632246A1 - Hermetisch versiegeltes elektronisches bauteil und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3632246A1
Application number: DE19863632246
Authority: DE
Inventors: I Macit Gurol
Original assignee: John Fluke Manufacturing Co Inc
Current assignee: Fluke Corp
Priority date: 1985-09-24
Filing date: 1986-09-23
Publication date: 1987-03-26
Also published as: FR2587840B1; GB8617448D0; US4725480A; CN1016027B; CN86106280A; JPS6273746A; CA1270340A; GB2180990B; GB2180990A; FR2587840A1

Description

Gegenstand der Erfindung sind hermetisch versiegelte elektronische Bauteile und ein Verfahren zur ihrer Herstellung und insbesondere hermetisch versiegelte Bauteile mit einer Abdeckung aus Glas oder einem Keramikmaterial auf einem Substrat aus Glas oder einem Keramikmaterial unter Verwendung eines versiegelnden Glasmaterials, welches unter Wärmeeinwirkung mit der Abdeckung und dem Substrat verschmolzen wird.

Die Technologie der Mikroelektronik wendet im allgemeinen sowohl Schaltkreise in Dünnfilmtechnik als auch in Dickfilmtechnik auf Glas- oder Keramiksubstraten an. Dünnfilme besitzen im allgemeinen eine Dicke von weniger als 5 µm (gemäß Mil Std 883-C und der Definition der International Society of Hybrid Microelectronics), während Dickfilme wesentlich dicker sind. Diese Filme, die Muster von Widerständen, Leitern und in gewissen Fällen auch Kondensatoren umfassen und durch übliche Filmentwicklungsmethoden erzeugt werden, können "oberflächenmontierte" diskrete Bestandteile, wie Transistoren, Dioden, etc. aufweisen, die mit Hilfe eines Lotmaterials, über Drahtverbindungen oder in anderer Weise mit den Leiterzügen und/oder dem Widerstandsbereich des Musters verbunden sind. Im Fall eines Widerstandsfilm-Bauteils sind diese diskreten oberflächenmontierten Bauteile nicht vorgesehen.

Nach der Technologie zur Herstellung von Dünnfilm-Widerständen werden die Widerstands/Leiter-Bestandteile häufig aus im Vakuum abgeschiedenen Nichrome (Warenzeichen der Firma Driver-Harris Co., einer 80 Gew.-% Nickel und 20 Gew.-% Chrom enthaltenden Legierung) ausgebildet. Die Dünnfilmmuster werden im allgemeinen mit Hilfe eines Photoätzverfahrens derart erzeugt, daß sie lange serpentinenförmige Leiterzüge darstellen, um den angestrebten Widerstand für eine ausreichende Anzahl von Quadraten zu erreichen, während Dickfilmmuster häufig rechteckig ausgebildet sind und Materialien mit unterschiedlichem spezifischem Widerstand umfassen.

Wenn ein Dünnfilm-Widerstand abgeschieden wird, ist es häufig erwünscht, das Widerstandselement einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur zu unterwerfen, um seinen Widerstands-Temperaturkoeffizienten (TCR) einzustellen. Typischerweise wird das Bauteil aus dem Widerstandselement und dem Substrat während etwa 1 Stunde bei einer Temperatur von etwa 350°C eingebrannt. Häufig ist es erwünscht, die Kombination aus dem Widerstandselement und dem Substrat einem Stabilisierungseinbrennvorgang zu unterwerfen, bei dem das Widerstandselement während mehrerer Tage auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, um den gewünschten Widerstandswert auch dann beizubehalten, wenn es in einem Betriebsschaltkreis Temperaturschwankungen unterworfen wird. Nach dem Stabilisierungseinbrennvorgang wird das Substrat in Zeilen und Spalten angerissen, so daß es ohne weiteres in einzelne Formstücke aufgetrennt werden kann. Dann werden die Bauteilleitungen an auf der Substratoberfläche vorgesehenen leitenden "Kontaktflächen" angelötet, wobei diese Bauteilleitungen mit Hilfe eines Epoxidharzes auf dem Substrat gesichert werden können. Gewünschtenfalls werden noch weitere Bauteile, wie Transistoren, Dioden, etc. als Teil der Schaltung angeordnet.

Dickfilm-Bauteile werden mit Hilfe einer Vielzahl von Stufen hergestellt, die im allgemeinen mit der Erzeugung eines Musters oder einer "Maske" beginnen, welches bzw. welche als Außenumrandung zur Abscheidung des Widerstands/Leiter-Materials auf dem Substrat dient. Üblicherweise angewandte Maskenmaterialien schließen geätztes Metall und Emulsions-Siebe dar. Emulsions-Siebe bestehen im allgemeinen aus einem gewebten Netz aus rostfreiem Stahl mit etwa 40 bis 156 Maschen pro cm. Die Siebe werden mit einer Emulsion beschichtet, die durch Belichten mit ultravioletter Strahlung unter Erzeugung eines vorbestimmten Musters ausgehärtet wird, worauf die verbliebene nicht ausgehärtete Emulsion aus jenem Bereich des Siebes entfernt wird, in dem das Muster gedruckt werden soll.

Nach der Reinigung des Substrats, was typischerweise durch mechanische Scheuerwirkung oder durch eine Ultraschallbehandlung unter Verwendung von entionisiertem Wasser oder einer geeigneten Seife erfolgt, wird das Substrat mit Stickstoff abgeblasen und durch Erhitzen während einer ausreichenden Zeitdauer im Ofen entwässert bzw. getrocknet.

Nach dem Vorbereiten des Substrats wird das Sieb auf dem Substrat justiert, wonach die auf das Substrat aufzudruckende Masse, die häufig als "Beschichtungsmasse" bezeichnet wird, auf das Sieb aufgetragen wird. Die in der Beschichtungsmasse vorhandenen "aktiven" Materialien hängen von dem Zweck ab, den der Film erfüllen soll. Als aktive Materialien kann man elektrochemische Metalle oder Legierungen für Widerstandsfilme oder auch dielektrische Materialien für isolierende Filme verwenden. Das Sieb wird in einem genauen Abstand oberhalb des Substrats, der als "Rückschnapp-Abstand" bezeichnet wird, angeordnet. Dann wird ein mechanisch betriebener Abstreifer mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in einem vorbestimmten Winkel über die Oberseite des Siebs geführt, um die Beschichtungsmasse durch das Sieb und auf die Oberfläche des Substrats zu pressen. Nachdem der Abstreifer über einen Teil des Siebs geführt worden ist, hebt sich das Sieb von der Oberfläche des Substrats und schnappt in seine ursprüngliche Position zurück.

Die Konsistenz der Beschichtungsmasse ist wesentlich, da sie eine ausreichend niedrige Viskosität besitzen muß, um durch das Sieb zu fließen und auf dem Substrat die von dem Sieb freigelassenen Öffnungen auszufüllen und dennoch ausreichend viskos sein muß, um seine Grundform beizubehalten, nachdem das Sieb in seine Rückschnapposition zurückgekehrt ist. Normalerweise ist als Teil der Beschichtungsmasse ein organisches Vehikel vorhanden, welches die gewünschte Konsistenz verleiht. Die Fließeigenschaften des Beschichtungsmasse sind häufig kompliziert und hängen im allgemeinen von der Scherrate der Masse ab, mit der sie durch das Sieb gepreßt wird. Die Beschichtungsmasse wird getrocknet und dann in einem Ofen gebrannt, so daß das organische Trägermaterial und die Bindemittel abbrennen und das verbleibende Material mit dem Substrat verbunden wird.

Die Befestigung der Bauteilleitungen mit der elektronischen Schaltung im Inneren des Bauteils wird durch thermisches Verpressen oder durch Ultraschallschweißen von Aluminium- oder Goldleitungsdrähten erreicht. Die Gold- oderAluminiumdrähte mit geringem Durchmesser stellen einen bedeutenden Fehlerfaktor in dem Gesamtwert des Widerstandselements dar, insbesondere wenn diese Leitungen für niedrige Widerstände verwendet werden.

Zum Schutz der in Dünnfilm- oder Dickfilm-Technik vorliegenden elektronischen Schaltung als auch zur Wärmeabführung werden die Filmbauteile im allgemeinen in Metall, Keramik oder Kunststoff verpackt, wobei Kunststoff aufgrund seiner geringen Kosten am stärksten bevorzugt ist. Wenn jedoch die voraussichtliche Betriebsumgebung des Bauteils strenge Bedingungen umfaßt, ist einhermetischer Abschluß oder eine hermetische Beschichtung erforderlich, um das elektronische Bauteil in einer inerten, trockenen Atmosphäre einzuschließen. Hohe Temperaturen und Feuchtigkeit beschleunigen chemische Prozesse, wie die Oxidation, die Korrosion und elektrolytische Wirkungen, wodurch die metallischen Elemente erodiert werden, während die Feuchtigkeitsabsorption mechanische Spannungen verursacht, die den Widerstandswert des Widerstandselements verändern.

Die normalerweiser zur Erzeugung des hermetischen Abschlusses gegen aggressive Umgebungen verwendeten Bindungsmaterialien sind eutektische Gold-Zinn-Lote oder Glaslot, wie PbO-ZnO-Pb₂O₃. Diese Lote werden überwiegend für das Versiegeln von keramischen Verpackungen verwendet und sind aufgrund ihrer Wechselspannungskupplungseffekte für Präzisionsbauteile unerwünscht. Im allgemeinen wird Glas nicht als Verpackungs- oder Versiegelungsmaterial verwendet. Dies ergibt sich dadurch, daß Versiegelungsgläser häufig keinen vollständigen hermetischen Abschluß ergeben, während zur vollständigen hermetischen Versiegelung verwendete Gläser hohe Versiegelungstemperaturen benötigen, die die elektronischen Bauteile beeinträchtigen können.

Wie bereits erwähnt, ist ein wesentliches Ziel bei der Herstellung von Widerstandselementen die Aufrechterhaltung der absoluten als auch relativen Werte der in Form von Mustern vorliegenden Widerstände. Die absolute Genauigkeit ist als Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert des Widerstands und dem angegebenen Wert des Widerstands definiert; während die relative Genauigkeit, die dann kritisch ist, wenn Widerstände einen Spannungsteiler umfassen, die Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert der Widerstandswerte und dem angegebenen Wert der Widerstandswerte darstellt. Moderne elektronische Instrumente benötigen häufig absolute und relative Widerstandsgenauigkeiten von einigen ppm (Teile pro Million Teile).

Eine ausgezeichnete absolute Genauigkeit kann durch Laserjustieren des Widerstandsmusters erzielt werden. Im allgemeinen wird die Laser-Justierung vor dem endgültigen Umhüllen des Widerstandselements durchgeführt. Die Umhüllung oder Versiegelung, ob sie nun aus einem Kunststoffmaterial oder aus Metall besteht, kann jedoch häufig die durch das Laserjustieren eingestellten genauen Widerstandswerte beeinträchtigen, da sich Materialien auf dem Widerstandselement abscheiden können und weil bei dem Versiegeln hohe Temperaturen angewandt werden.

Weitere herkömmliche Vorrichtungen und Verfahren umfassen die in der US-PS 38 45 443 beschriebenen, aus dem ein glasbeschichtetes Widerstandsthermometer bekannt ist, welches ein Widerstandselement umfaßt, das auf einem Aluminiumoxidsubstrat vorliegt und mit einer Glasvorbeschichtung bedeckt ist. Das Widerstandselement und die Glasvorbeschichtung werden anschließend mit einer Aluminiumoxid-Deckschicht beschichtet, die sowohl mit der Glas-Vorbeschichtung als auch mit dem Widerstandselement "verschweißt" wird.

Die US-PS 39 26 502 beschreibt eine Flüssigkristallanzeigezelle mit zwei Glassubstraten, die parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet und hermetisch längs ihrer Ränder mit einer Glasschicht mit einem Schmelzpunkt von etwa 450°C versiegelt sind, so daß sich ein Hohlraum zur Aufnahme der Flüssigkristallsubstanz zwischen den Platten ergibt.

Aus der US-PS 34 12 462 ist ein Verfahren zur Herstellung von hermetisch versiegelten Dünnfilm-Moduln bekannt, gemäß dem ein Glassubstrat-Rohling unter Bildung einer hermetischen Glas-Metall-Versiegelung auf ein Metallsubstrat aufgeschmolzen wird.

Gegenstand der US-PS 42 07 604 ist ein kapazitiver Druck-Wandler mit einem Paar scheibenförmiger Elemente, die durch eine Glasfritte parallel zueinander festgelegt werden, welche geschmolzen ist, um die beiden Elemente in der genannten Anordnung permanent miteinander zu verschmelzen.

Wenngleich es anerkannt ist, daß Glasmaterialien geschmolzen werden können, um Metall- und Aluminiumoxid-Substrate direkt "zu bedecken", um eine hermetische Versiegelung von auf den Substraten vorliegenden elektrischen Schaltungen zu ergeben, ist es bislang nicht möglich gewesen, glasiges Glas bei ausreichend niedrigen Temperaturen, bei denen eine Beeinträchtigung der elektronischen Schaltungen vermieden werden kann, mit einem Substrat zu verschmelzen. Glasiges Glas ist ein thermoplastisches Material, welches zum Zeitpunkt der thermischen Verarbeitung bei der gleichen Temperatur gleichzeitig schmilzt und fließt. Ein entglastes Glas ist ein hitzehärtbares Material, welches in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur durch Oberflächenkeimbildung kristallisiert.

Entglastes Glas ist bereits als Substratmaterial verwendet worden, da seine thermische Stabilität und seine chemische Beständigkeit gegenüber dem ursprünglichen Glas verbessert sind. Weiterhin schmilzt es bei niedrigeren Temperaturen als glasiges Glas. Andererseits ist es für Feuchtigkeit wesentlich durchlässiger als glasiges Glas.

Weiterhin bestehen keine herkömmlichen Vorrichtungen und Methoden zum Laser-Justieren eines hermetische versiegelten Widerstandselements nach Beendigung jener Verfahrensmaßnahmen, die den Absolutwert des Widerstandselements beeinflussen können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein verbessertes, hermetisch versiegeltes elektronisches Bauteil und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine glasige Glasversiegelungsmasse, die nach der Siebdrucktechnik dazu verwendet werden kann, ein wärmeschmelzbares Versiegelungsglas auf die Bauteilbestandteile aufzubringen, wobei die Versiegelungsmasse gute Siebeigenschaften unter Aufrechterhaltung ihrer Konsistenz zeigt.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein verbessertes elektronisches Bauteil mit einem Keramiksubstrat, welches mit einer Abdeckung versehen ist, die mit Hilfe eines glasigen Glasversiegelungsmaterials hermetisch versiegelt ist.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein verbessertes, hermetisch versiegeltes Bauteil mit einem Keramiksubstrat als Träger für die elektronische Schaltung und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Das hermetisch versiegelte Bauteil umfaßt weiterhin eine Abdeckung aus glasigem Glas, welche die elektronische Schaltung überdeckt, und ein Mittel zum Verbinden der transparenten Glasabdeckung mit dem Substrat. Das Verbindungsmaterial ergibt die Versiegelung zwischen der Abdeckung und dem Substrat und schließt in dieser Weise die elektronische Schaltung hermetisch ab. Das Verbindungsmaterial umfaßt eine Glasversiegelungsmasse, die bei einem ausreichenden Druck auf eine ausreichende Temperatur erhitzt wird, so daß das versiegelnde Glas die Glasabdeckung mit dem Substrat verschmilzt. Die Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats und dem des geschmolzenen Versiegelungsglases wird derart ausgewählt, daß sie innerhalb eines Bereichs von etwa 2 ppm liegt. Die Glasversiegelungsmasse wird bei einer Temperatur unterhalb etwa 380°C mit dem Substrat und der Glasabdeckung verschmolzen, wobei das versiegelnde Glas mit einem Druck zwischen 68,9 N/cm² und etwa 1034 N/cm² (100 bis 1500 psi) zwischen der Glasabdeckung und dem Substrat verpreßt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das versiegelnde Glas oder Versiegelungsglas bei einer Temperatur zwischen etwa 370°C und etwa 375°C unter Einwirkung eines Drucks zwischen der Glasabdeckung und dem Substrat von etwa 137,9 N/cm² (200 psi) mit dem Substrat und der Glasabdeckung verschmolzen. Bei Atmosphärendruck zeigt das Versiegelungsglas eine unannehmbar hohe Schmelztemperatur von etwa 415°C.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein hermetisch versiegeltes Bauteil mit einem Keramiksubstrat zur Aufnahme eines elektronischen Schaltkreises. Das hermetisch versiegelte Bauteil umfaßt eine Keramikabdeckung zur Abdeckung der elektronischen Schaltung und ein Mittel zur Verbindung der Keramikabdeckung mit dem Keramiksubstrat. Dieses Bindemittel ergibt eine hermetische Versiegelung zwischen der Abdeckung und dem Substrat, so daß die elektronische Schaltung hermetisch eingeschlossen wird. Als Bindemittel oder Verbindungsmittel verwendet man eine Glasversiegelungsmasse, die auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt wird, um zu erreichen, daß das glasige Versiegelungsglas mit der Abdeckung und dem Substrat verschmilzt. Dabei wird die Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats und dem des geschmolzenen glasigen Versiegelungsglases derart ausgewählt, daß sie innerhalb eines Bereichs von etwa 2 ppm liegt. Die Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Keramikabdeckung und des geschmolzenen glasigen Versiegelungsglases wird ebenfalls in der Weise ausgewählt, daß sie innerhalb eines Bereichs von etwa 2 ppm liegt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung umfaßt ein hermetisch versiegeltes Bauteil mit einem Substrat aus glasigem Glas zur Aufnahme der elektronischen Schaltung. Das Bauteil umfaßt weiterhin ein Glasmaterial zur Abdeckung des Glassubstrats und der elektronischen Schaltung. Das Glasmaterial besteht aus einem glasigen Versiegelungsglas, welches auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt wird, um das Versiegelungsglas mit dem Substrat zu verschmelzen. Die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten des geschmolzenen glasigen Glases und dem des glasigen Glassubstrats wird derart ausgewählt, daß sie innerhalb eines Bereichs von etwa 2 ppm liegt.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines hermetisch versiegelten Bauteils, welches darin besteht, ein Keramiksubstrat zur Aufnahme einer elektronischen Schaltung vorzusehen und die elektronische Schaltung mit einer glasigen Glasabdeckung zu versehen. Die Glasabdeckung wird mit Hilfe einer Versiegelungsmasse, die ein glasiges Versiegelungsglas umfaßt, mit dem Substrat verbunden. Die Glasabdeckung wird durch Erhitzen der Versiegelungsmasse auf eine Temperatur unterhalb etwa 380°C und Verpressen der Versiegelungsmasse während des Erhitzens zwischen der Glasabdeckung und dem Keramiksubstrat mit einem Druck zwischen etwa 68,9 bis etwa 1034 N/cm² (100 bis 1500 psi) mit dem Keramiksubstrat verschmolzen. Die Versiegelungsmasse umfaßt eine wirksame Menge des glasigen Glasmaterials in granulierter Form, eine wirksame Menge eines Cellulosebindemittels und eine wirksame Menge eines Verflüssigers, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die Pine Oil und zweiwertige Alkohole der allgemeinen Formel in der R für Wasserstoffatome oder Alkylgruppen mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen steht, umfaßt, enthält. Das Cellulosebindemittel ist am bevorzugtesten eine Hydroxypropylcellulose, während als Verflüssiger mit besonderem Vorteil Pine Oil eingesetzt wird.

Die elektronische Schaltung umfaßt vorzugsweise ein Dünnfilm-Widerstandselement. Durch Bedecken des Widerstandselements mit einer glasigen Glasabdeckung, die für Laserlicht-Frequenzen transparent ist, kann man nach der Schmelzstufe den Laserstrahl durch die Glasabdeckung hindurch einwirken lassen, um das Widerstandselement auf einen vorbestimmten Widerstandswert einzujustieren. Dies ermöglicht eine präzise Justierung der Widerstände, da die Justiermaßnahme dann durchgeführt werden kann, wenn jene Verfahrensschritte durchgeführt worden sind, die den Wert des Widerstandselements beeinflussen können.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstelung eines hermetisch versiegelten Bauteils, welches darin besteht, ein glasiges Glassubstrat zur Aufnahme der elektronischen Schaltung vorzusehen und die elektronische Schaltung und das glasige Glassubstrat mit einer Versiegelungsmasse zu bedecken, die ein glasiges Versiegelungsglasmaterial enthält. Das glasige Versiegelungsglas wird durch Erhitzen der Versiegelungsmasse auf eine Temperatur unterhalb etwa 380°C und Verpressen der Versiegelungsmasse während der Heizvorgangs gegen das Substrat bei einem Druck zwischen etwa 68,9 und etwa 1034 N/cm² (100 bis 1500 psi) mit dem Glassubstrat und der elektronischen Schaltung verschmolzen, so daß die elektronische Schaltung hermetisch versiegelt ist.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Widerstandspackung mit einer Glasabdeckung, die hermetisch mit einem Substrat versiegelt ist, welches ein Dünnfilm-Widerstandselement enthält;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Widerstandspackung der Fig. 1;

Fig. 3 ein Fließschema, welches das Verfahren zur hermetischen Versiegelung einer Glasabdeckung mit einem Keramiksubstrat verdeutlicht; und

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Widerstandspackung mit einem Glassubstrat, welches ein Dünnfilm-Widerstandselement trägt, wobei das Widerstandselement und das Substrat mit einem geschmolzenen Glasmaterial bedeckt sind.

Die vorliegende Erfindung ist besonders gut geeignet zum hermetischen Versiegeln einer Widerstandselements, welches auf einem Keramik- oder Glas-Substrat vorliegt, mit einer Glas- oder Keramik-Abdeckung. Der Ausdruck "Widerstandselement" soll sowohl einzelne Widerstände als auch eine Vielzahl von Widerständen umfassen, die ein Dünnfilm- oder Dickfilm-Spannungsteilernetzwerk oder dergleichen umfassen können. Im folgenden sei die Erfindung jedoch unter Bezugnahme auf hermetisch versiegelte Dünnfilm-Widerstandselemente erläutert, die die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen; und zwar sowohl i) bezüglich der Verfahren zur Herstellung solcher hermetisch versiegelter Widerstandselemente als auch ii) im Hinblick auf die zum hermetischen Versiegeln der Widerstandselemente verwendeten Massen. Es versteht sich jedoch, daß die erfindungsgemäße Lehre auch auf andere hermetisch versiegelte Bauteile und Packungen angewandt werden kann, wie integrierte Schaltkreise, einschließlich monolithische bipolare und MOS- (Metalloxidhalbleiter)-monolithisch integrierte Schaltkreise.

Die Fig. 1 verdeutlich eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form einer Dünnfilm-Widerstandspackung 10 mit einem Dünnfilm-Widerstandselement 12, welches auf einem Keramiksubstrat 14 vorliegt. Das Widerstandselement 12 ist von einer glasigen Glasabdeckung 18 eingeschlossen und hermetisch versiegelt, welche Abdeckung mit Hilfe eines wärmeschmelzbaren, glasigen Versiegelungsglases 20 (besser in der Fig. 2 erkennbar) um das Widerstandselement 12 herum mit der Oberfläche des Substrats 14 verbunden ist. Das Widerstandsbauteil oder die Widerstandspackung 10 umfaßt Bauteilleitungen 24, die sich vom Rand des Substrats 14 und parallel zu seiner Ebene nach außen erstrecken, um das Widerstandsbauteil 10 mit einem (nicht dargestellten) elektronischen Schaltkreis zu verbinden. Die Bauteilleitungen 24 umfassen einen leitenden Verbindungsbereich 28, der auf der Oberfläche des Substrats 14 vorgesehen ist und der über Leiterzüge 26, die auf der Oberfläche des Substrats 14 vorliegen, mit dem Widerstandselement 12 verbunden sind.

Zur Ausbildung einer geeigneten Unterlage zur Aufnahme der elementaren Metalle, die die erfindungsgemäße elektronische Dünnfilm-Schaltung und insbesondere das Widerstandselement 12 ergeben, wird ein Keramiksubstrat 14 derart ausgewählt, daß es die erforderliche Wärmeleitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante, elektrische Nichtleitfähigkeit, Oberflächenglätte und mechanische Festigkeit aufweist auch dann, wenn es extremen Temperaturen von etwa -55°C (minimale Betriebstemperatur) bis etwa 380°C (maximale Herstellungstemperatur) unterworfen wird. Der Ausdruck "Keramik" umfaßt jene nichtmetallischen anorganischen Materialien, die durch eine Wärmebehandlung erzeugt werden und die üblicherweise für die Substrate für mikroelektronische Bauteile und für Komponententeile verwendet werden. Das Keramiksubstrat 14 wird im allgemeinen aus der Gruppe von Keramikmaterialien ausgewählt, die Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Steatit, Titandioxid, Magnesium-Aluminiumoxid-Silicat, Magnesiumaluminiumsilikat, Siliciumcarbid und Zirkon oder Kombinationen davon umfaßt. Vorzugsweise besteht jedoch das Keramiksubstrat 14 aus Aluminiumoxid oder Berylliumoxid und noch bevorzugter aus Aluminiumoxid. Vorzugsweise ist der Aluminiumoxidanteil des Substrats 14 größer als 90% und noch bevorzugter größer als 96% und am bevorzugtesten größer als 99%.

Die Glasabdeckung 18 umfaßt die dispergierte Mischung aus Siliciumdioxid, wasserfreier Soda und Kalk, die häufig mit Metalloxiden, wie jenen von beispielsweise Bor, Calcium, Blei, Lithium, Titan und Cer kombiniert wird, in Abhängigkeit von den angestrebten Eigenschaften, welche Mischung auf die Schmelztemperatur erhitzt und dann zu einem starren Zustand ausgehärtet wird. Vorzugsweise besteht die Glasabdeckung 18 aus einem glasigen Borosilikatglas (Micro Sheet der Firma Corning Glass Works, Glass Code 0211). Das Glas der Glasabdeckung 18 wird derart ausgewählt, daß es für Laserstrahlung transparent ist, um das übliche Laser-Justieren oder Laser-Trimmen des Widerstandselements 12 in der nachfolgend beschriebenen Weise zu ermöglichten. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Glasabdeckung 18 für sichtbares Licht transparent ist, um eine normale Inspektion des Widerstandselements 12 zu ermöglichen.

Das Glas der Glasabdeckung 18 wird derart ausgewählt, daß es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der im wesentlichen gleich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats 14 innerhalb der extremen Temperaturgrenzen ist und welches eine Erweichungstemperatur aufweist, die mindestens 50°C oberhalb der Schmelztemperatur des glasigen Versiegelungsglases 20 bei dem gleichen Druck liegt (beispielsweise 420°C bei 137,9 N/cm² (200 psi)). Der Begriff "Erweichungstemperatur" steht für die Temperatur, bei der die strukturelle Steifigkeit des Glases erstmals nachzulassen beginnt. Der Ausdruck "Schmelztemperatur" steht für die Temperatur, bei der die Körnchen des glasigen Versiegelungsglases 20 sich miteinander als auch mit dem Material verbinden, mit dem sie in Kontakt stehen.

Das glasige Versiegelungsglas 20, ein Keramikglas, besteht aus einer gleichmäßig dispergierten Mischung aus Siliciumdioxid, wasserfreier Soda und Kalk, die häufig mit Metalloxiden, wie jenen von Bor, Calcium, Blei, etc. kombiniert wird, in Abhängigkeit von den besonderen angestrebten Eigenschaften. Das Glas 20 besitzt eine niedrige Schmelztemperatur, wobei die Versiegelungsmasse in ungeschmolzenem Zustand in Granulatform vorliegt und Teilchen einer bestimmten Teilchengröße umfaßt. Dieses Material besitzt zu der Klasse von Materialien, die als "Glasfritten" bekannt sind und die üblicherweise dazu verwendet werden, Materialien, wie Keramikmaterialien und Metalle zu verbinden, wenn sie auf die Schmelztemperatur erhitzt werden.

Zur Verminderung der mechanischen Spannungen zwischen dem Versiegelungsglas 20, der Glasabdeckung 18 und dem Substrat 14, die durch extreme Temperaturen verursacht werden und zur Folge haben können, daß die Packung oder das Bauteil 10 seine hermetische Versiegelung verliert, sollte die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten des geschmolzenen Versiegelungsglases 20 und der Glasabdeckung 18 bzw. des geschmolzenen Versiegelungsglases 20 und dem Substrat 14 vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 2 ppm und noch bevorzugter innerhalb eines Bereichs von 1 ppm liegen, d. h. die Differenz sollte kleiner sein als 2 ppm bzw. 1 ppm. Die Gesamtdifferenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Glasabdeckung 18 und Substrat 14 sollte nicht größer als 4 ppm sein. Der angestrebte Prozentsatz des Aluminiumoxids in dem Substrat 14 hängt von der Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Substrat 14 und geschmolzenem Versiegelungsglas 20 als auch von der Fähigkeit des Versiegelungsglases 20, sich mit dem Substrat 14 zu verbinden, ab.

Die Fig. 3 zeigt ein Fließschema, welches eine bevorzugte Ausführungsform zur Herstellung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Widerstandsbauteils 10 verdeutlichen soll. Die Ausgangsmaterialien umfassen das Substrat 14 in dem Kästchen 100, die Glasabdeckung 18 in dem Kästchen 102 und die Glasfritte 21 in dem Kästchen 104. Zum Aufbringen der Glasfritte 14 auf die Abdeckung 18, die gemäß der Stufe 106 gereinigt wird, wird ein Bindemittelmaterial verwendet, welches die körnigen Glasteilchen zusammenhält. In dem Bindemittelmaterial ist ein Verflüssiger enthalten, der die Viskosität des Materials vermindert, so daß man die Versiegelungsmasse 23 erhält, die durch das Kästchen 108 dargestellt ist. Die Viskosität sollte ausreichend niedrig sein, um die Abscheidung der Versiegelungsmasse 23 aus der Glasmischung, dem Bindemittel und dem Verflüssiger mit Hilfe einer Siebdruckvorrichtung ermöglicht, indem die Masse durch ein Sieb, welches entsprechend dem Kästchen 110 hergestellt wird, auf die Abdeckung 18 gepreßt wird. Der Verflüssiger sollte nicht derart flüchtig sein, daß er zwischen aufeinanderfolgenden Anwendungen der Versiegelungsmasse verdampft, sollte jedoch ausreichend flüchtig sein, um dann zu verdampfen, wenn er auf die Schmelztemperatur des Versiegelungsglases 20 erhitzt wird.

Die bevorzugte Versiegelungsmasse 23 enthält eine wirksame Menge eines Cellulosebindemittels, welches vorzugsweise eine Hydroxyalkylcellulose umfaßt, deren Alkylgruppen 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisen, wobei es von ganz besonderem Vorteil ist, als Bindemittel Hydroxypropylcellulose einzusetzen.

Die Versiegelungsmasse wird dadurch gebildet, daß man zu einer wirksamen Menge des Bindemittels eine wirksame Menge eines Verflüssigers zusetzt, der aus der Gruppe von Verbindungen ausgewählt ist, die Pine Oil mit einem Siede bereich zwischen etwa 200°C und etwa 225°C und sekundäre und tertiäre Terpenalkohole oder zweiwertige Alkohole der allgemeinen Formel in der R Wasserstoffatome oder Alkylgruppen mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet, umfaßt, wobei als Verflüssiger vorzugsweise Pine Oil eingesetzt wird. Die Bindemittel/Verflüssiger-Mischung ergibt durch Kombinieren mit der Glasfritte 21 eine Versiegelungsmasse 23 mit ausgezeichneter Konsistenz bei der Abscheidung auf einer Siebdruckeinrichtung, indem sie unter Einwirkung von Schiebekräften durch das Sieb geführt werden kann und seine Konsistenz nach der Abscheidung auf dem Substrat 14 wieder erlangt und in dieser Weise die Form des Siebmusters beibehält. Um das Widerstandselement 12 nicht zu beeinträchtigen, zersetzt sich die Verflüssiger/Bindemittel-Mischung innerhalb einer Stunde bei Brenntemperaturen von unterhalb 420°C und noch bevorzugter unterhalb 350°C.

Es versteht sich, daß die Menge des granulatförmigen Glases von der zu bedeckenden Fläche des Substrats 14 als auch der angestrebten Dicke des Versiegelungsglases 20 abhängt. Andererseits hängen die relativen Mengen von Bindemittel und Verflüssiger in starkem Maße von der Siebgröße des beim Aufbringen der Masse verwendeten Siebs ab. Siebe mit größerer Maschenweite erfordern im allgemeinen ein geringeres Verhältnis von Verflüssiger zu Bindemittel, während Siebe mit geringerer Maschenweite ein größeres Verflüssiger/Bindemittel-Verhältnis notwendig machen. Wenn man jedoch als Bindemittel Hydroxypropylcellulose und als Verflüssiger Pine Oil verwendet und ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,93 mm (165 mesh) anwendet, sollte das Verhältnis von Bindemittel und Verflüssiger zu dem Versiegelungsglas (Teile, bezogen auf das Gesamtgewicht) etwa 1 : 2 bis etwa 1 : 9 betragen, wobei das Verhältnis von Verflüssiger zu Bindemittel (Teile, bezogen auf das Gesamtgewicht) etwa 25 : 1 bis 250 : 1 beträgt, wobei eine bevorzugte Versiegelungsmasse ein Gewichtsverhältnis von Verflüssiger und Bindemittel zu Versiegelungsglas von etws 1125 bis 166 und ein Verflüssiger/Bindemittel-Gewichtsverhältnis von etwa 165 : 1 besitzt.

Die Versiegelungsmasse 23 wird mit Hilfe eines Dickfilm-Siebdruckverfahrens auf eine Glasabdeckung 18 aufgebracht, wobei das Siebmuster in üblicher Weise erzeugt wird, wie es oben bereits beschrieben worden ist. Die Versiegelungsmasse wird auf ein Sieb aufgebracht, welches horizontal oberhalb der Glasabdeckung 18 angeordnet ist, und wird dann mit Hilfe eines horizontal bewegten Abstreifers in an sich bekannter Weise durch das Sieb auf die Glasabdeckung 18 ausgepreßt. Durch Einstellen des Abstreiferdrucks, der Horizontalgeschwindigkeit und des Abstands von Sieb zu Glasabdeckung ist es möglich, unter Überwachung der abgeschiedenen Materialien scharfe Muster zu erzeugen. Es versteht sich, daß die Versiegelungsmasse 23 statt auf die Glasabdeckung 18 auch auf das Substrat 14 aufgebracht werden kann, wenngleich das Aufbringen der Versiegelungsmasse 23 nach dem Siebdruckverfahren auf die Glasabdeckung 18 bevorzugt ist. Häufig umfaßt das Substrat 14 eine Oxidschutzschicht, wie eine Siliciumoxidschicht, wenn das Substrat 14 eine Aluminiumoxidmasse umfaßt, so daß das Versiegelungsglas 20 direkt mit der Oxidschicht des Substrats verschmolzen werden kann.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird ein Siebmuster derart ausgelegt, daß sich damit ringförmige Muster aus der Versiegelungsmasse 23 auf Platten aus Glasabdeckungen, die als Form bezeichnet werden, abgeschieden werden können, so daß, wenn die Abdeckung 18 mit dem Substrat 14 verbunden wird, das Versiegelungsglas 20 das Widerstandselement 12 umgibt und einen Teil der Verbindungsleitungen 26 bedeckt. Die Dicke der auf der Glasabdeckung 18 abgeschiedenen Versiegelungsmasse hängt von der Glätte der Oberfläche der Glasabdeckung 18 und des Substrats 14 ab. Es ist wesentlich, daß eine ausreichende Menge des Versiegelungsglases 20 auf der Glasabdeckung 18 abgeschieden wird, um sämtliche Ungleichmäßigkeiten oder "Vertiefungen" auszufüllen, die später vorliegen können, wenn das Substrat 14 und die Glasabdeckung 18 verbunden werden. Weiterhin ist es bevorzugt, eine solche Dicke des Versiegelungsglases 20 zu erreichen, daß, wenn das Substrat 14 und die Glasabdeckung 18 zusammengepreßt werden, ein kleiner, mit dem Versiegelungsglas 20 gefüllter Spalt zwischen den entsprechenden parallelen Oberflächen vorliegt. Zur Erzielung dieser angestrebten Ergebnisse wird die Versiegelungsmasse 23 entsprechend dem Kästchen 112 auf die Glasabdeckungsform 12 in einer Dicke von etwa 0,152 mm (6 mil) aufgetragen, wobei beim späteren Verschmelzen die Versiegelungsmasse auf etwa 0,076 mm (3 mil) zusammengedrückt wird, wenn beim Vereinigen der Glasabdeckung 18 mit dem Substrat 14 ein Druck angewandt wird. Zur Abscheidung der Versiegelungsmasse in der gewünschten Dicke auf der Glasabdeckung 18 ist es bevorzugt, eine doppelte Auftragsmethode anzuwenden, gemäß der eine Schicht aus der Versiegelungsmasse aufgetragen und getrocknet wird und dann eine zweite Schicht auf der ersten Schicht aufgebracht und getrocknet wird. Dann wird die Glasabdeckung 18 zur Entfernung des Bindemittels und des Trägermaterials aus der Versiegelungsmasse 23 gebrannt.

Nach dem Reinigen der Substratform (Kästchen 114) wird das Widerstandselement 12 aufgebracht (Kästchen 116). Der Begriff "aufgebracht" umfaßt sowohl additive als auch substraktive Dünnfilm- und Dickfilm-Prozesse sowie Vakuumabscheidemethoden, Siebdruckmethoden, chemische Naßätzmethoden, chemische Trockenätzmethoden, wie Sputterätzen, Plasmaätzen und Ionenstrahlätzen, als auch andere an sich bekannte Methoden zur Erzeugen von mikroelektronischen Mustern, wenngleich diese Aufzählung nicht einschränkend sein soll.

Nachdem das Glasabdeckungsformstück und das Substratformstück angerissen und in einzelne Glasabdeckungen 18 und einzelne Substrate 14 aufgebrochen worden sind (Kästchen 118 bzw. 120) wird die Glasabdeckung 18 auf das Substrat 14 aufgelegt, wobei das Versiegelungsglas 20 zwischen die beiden Materialien zu liegen kommt, und dann verschmolzen (Kästchen 122). Das Widerstandselement 12 ist insbesondere dann, wenn es aus Nichrome besteht, temperaturempfindlich, so daß Temperaturen oberhalb 380°C eine Instabilität des Widerstandselements 12 verursachen und eine Änderung seines angestrebten Widerstandswerts verursachen können. Herkömmliche glasige Versiegelungsgläser einschließlich des Versiegelungsglases 20 schmelzen nicht unterhalb 400°C. Es hat sich jedoch erfindungsgemäß gezeigt, daß durch Verpressen des glasigen Versiegelungsglases 20 zwischen der Glasabdeckung 18 und dem Substrat 14 während einer Zeitdauer zwischen 5 Minuten und 2 Stunden, vorzugsweise während einer halben Stunde, bei einem auf die Glasabdeckung 18 und das Substrat 14 ausgeübten Zusammenpreßdruck zwischen etwa 68,9 und etwa 1034 N/cm² (100 bis 1500 psi) und vorzugsweise auf einen Druck von etwa 137,9 N/cm² (200 psi) ein Verschmelzen des Versiegelungsglases 20 mit der Glasabdeckung 18 und dem Substrat 14 bereits bei Temperaturen unterhalb 380°C ergibt. Bei Temperaturen von etwa 370°C bis etwa 375°C und einem Druck von etwa 137,9 N/cm² (200 psi) ist es möglich, eine feuchtigkeitsundurchlässige hermetische glasige Glasabdichtung zwischen der Glasabdeckung 18 und dem Substrat 14 zu erzeugen. Da das Versiegelungsglas 20 bei Temperaturen geschmolzen wird, die ähnlich jenen sind zur Einstellung des Temperaturkoeffizienten (TRC) des Widerstandselements 12, ergibt sich keine Notwendigkeit für eine getrennte Einstellung des Temperaturkoeffizienten, wie es bei der herkömmlichen Widerstandsherstellung absolut notwendig ist.

Das geschmolzene Versiegelungsglas 20 bildet eine hermetische Abdichtung auch über die Verbindungsleitungen 20, so daß das gesamte Bauteil bzw. die gesamte Packung 10 hermetisch verschlossen ist. Die Luft, die in dem Raum eingeschlossen ist, der durch die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Glasabdeckung 18 und des Substrats 14 und das Versiegelungsglas 20 definiert wird, ist relativ trocken, so daß sie das hermetisch eingeschlossene Widerstandselement 12 nicht beeinträchtigt. Das mit den Verbindungsleitungen 26 in Kontakt stehende Versiegelungsglas 20 ist nichtleitend und beeinträchtigt daher die Leitfähigkeit der Leitungen 26 nicht. Weiterhin erhöht die Glas-Metall-Grenzfläche zwischen dem geschmolzenen Glas 20 und den Verbindungsleitungen 26 die kapazitive Kupplung nicht signifikant, wenn das Widerstandsbauteil 10 in für Hochfrequenzanwendungszwecke eingesetzt wird.

Nach dem Verbinden der Glasabdeckung 18 mit dem Substrat 14 kann eine Stabilisierungseinbrennstufe (Kästchen 124) durchgeführt werden, um das Widerstandselement 12 gegen Widerstandsänderungen zu stabilisieren, wenn es gegebenenfalls in eine Betriebsumgebung eingebracht und auf verschiedene wechselnde Temperaturen erhitzt wird. Der Stabilisierungseinbrennvorgang wird bei Temperaturen zwischen 100°C und 200°C durchgeführt, was ausreichend niedrig liegt, um eine Beeinträchtigung der Widerstandseigenschaften, wie des Widerstandstemperaturkoeffizienten (TCR) des Widerstandselements 12 zu vermeiden.

Nach dem Stabilisierungseinbrennvorgang werden die Bauteilleitungen 24 mit den Verbindungsflächen 28 verlötet und dann mit einem Epoxidharz mit dem Substrat verbunden (Kästchen 126). Die Anzahl und die Anordnung der Bauteilleitungen 24 hängt von dem angestrebten Verwendungszweck des Widerstandsbauteils 10 ab, wenngleich es sich jedoch versteht, daß die Bauteilleitungen derart auf dem Substrat angeordnet werden können, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, so daß sie ein Einfach-Inlinien-Bauteil (SIP = Single In-line-Package) ergeben, oder können auch an gegenüberliegenden Seiten des Substrats 14 angeordnet werden, so daß sich ein Doppl-in-Reihe-Bauteil (DIP = Dual In-line Package) ergibt, oder können auch an sämtlichen Seiten des Substrats nach außen geführt sein. Weiterhin können Lotflächen für die Oberflächenmontierung vorgesehen werden. Schließlich können die Bauteilleitungen 24 senkrecht als auch parallel zu der Ebene des Substrats 14 angeordnet werden.

Die Verbindungsleitungen 26, die das Widerstandselement 12 mit den Bauteilleitungen 24 verbinden, liegen in Form von auf dem Substrat 14 aufgebrachten Mustern aus elementarem Metall vor, deren spezifischer Widerstand durch die Geometrie des Leitungsmusters als auch durch das für das Leitungsmuster verwendete Material gesteuert wird. Wenn daher das Widerstandselement 12 einen kleinen Widerstand ergibt, wird das für die Verbindungsleitungen 26 verwendete Muster groß gehalten, um deren spezifischen Widerstand zu vermindern und in dieser Weise irgendwelche Fehler des Werts des Widerstandselements 12 zu vermeiden.

Vorzugsweise werden die Verbindungsleitungen 24 sandwichartig aus Metallabscheidungen ausgebildet, indem man eine erste Nichrome-Schicht auf das Substrat 14 abscheidet und dann auf die Nichrome-Schicht eine Nickelschicht aufbringt. Zur Erzielung eines sehr niedrigen spezifischen Widerstandes kann man auf die Nickelschicht eine Goldschicht auftragen.

Es ist möglich, daß viele der oben beschriebenen Maßnahmen zur Herstellung des Widerstandsbauteils oder der Widerstandspackung 10, wie das Wärmeverschmelzen des Versiegelungsglases mit der Glasabdeckung 18 und dem Substrat 14 als auch das Anlöten der Bauteilleitungen 14 an die Verbindungsflächen 28 zu kleinen Änderungen des Widerstandswerts des Widerstandselements 12 führen, wenn diese Maßnahmen vor der Präzisionsjustierung des Widerstandselements 12 durchgeführt werden. Die erfindungsgemäß verwendete transparente Glasabdeckung 18 ermöglicht jedoch die Laser-Justierung des Widerstandselements 12 (siehe Kästchen 128 der Fig. 3) als eine der letzten Maßnahmen der Herstellung des Widerstandsbauteils 12 nach Beendigung jener Verfahrensmaßnahmen, die den Wert des Widerstandselements 12 beeinflussen können und nach Beendigung auch des Stabilisierungseinbrennvorgangs.

Erfindungsgemäß wird die Laser-Justage nach dem hermetischen Versiegeln dadurch erreicht, daß man den Laserstrahl durch die Glasabdeckung 18 auf das Widerstandselement 12 richtet, um in an sich bekannter Weise verschiedene Nebenwiderstände zu entfernen und in dieser Weise den Widerstandswert zu beeinflussen. Eine größere Genauigkeit der Justierung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jene Verfahrensmaßnahmen, die den Wert des Widerstandselements 12 beeinflussen, vor der Laser-Justierung beendet sind. Es hat sich gezeigt, daß bei den abschließenden Testen (Kästchen 130) die Entfernung kleiner Bereiche des Widerstandselements 12 während der Justierung in dem hermetisch versiegelten Raum keine oder nur geringe Beeinträchtigung des Widerstands verursacht.

Wenn die Abdeckung aus einem nichttransparenten Material besteht, werden die Stabilisierung und die Laser-Justierung vor dem Verschmelzen der Abdeckung 18 mit dem Substrat 14 durchgeführt, wie es für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die in der Fig. 4 dargestellt ist, umfaßt ein Widerstandsbauteil oder eine Widerstandspackung 32 mit einem transparenten glasigen Glassubstrat 34, welches ein Dünnfilm-Widerstandselement 36 trägt. Das Substrat 34 umfaßt eine dispergierte Mischung aus Siliciumdioxid, wasserfreier Soda und Kalk, die häufig mit Metalloxiden von Metallen, wie Bor, Calcium, Blei, etc., in Abhängigkeit von den angestrebten Eigenschaften kombiniert wird. Ein typisches Beispiel hierfür ist ein Borosilicatglas (Pyrex Glass Brand No. 7740 der Firma Corning Glass Works).

Das Widerstandselement 36 wird in einer glasigen Glasabdeckung 38 eingekapselt, deren Zusammensetzung identisch ist mit derjenigen des Versiegelungsglases, welches zur Bildung des geschmolzenen Versiegelungsglases 20 (Fig. 2) bei der Herstellung des Widerstandsbauteils 10 verwendet worden ist. Diese Glasabdeckung 38 wird aus einer Versiegelungsmasse gebildet, die identisch ist der Versiegelungsmasse, die zur Herstellung des Widerstandsbauteils 10 verwendet worden ist. Das Widerstandsbauteil 32 umfaßt Bauteilleitungen 40, die parallel zu der Ebene des Substrats 34 sich von dessen Rändern nach außen erstrecken, um in dieser Weise das Widerstandsbauteil 32 mit einem (nicht dargestellten) elektronischen Schaltkreis zu verbinden. Die Bauteilleitungen 40 umfassen eine leitende Verbindungsfläche 42, die auf der Oberfläche des Substrats 34 vorgesehen ist und die über entsprechende Verbindungsleitungen 44, die von der Oberfläche des Substrats 34 getragen werden, mit dem Widerstandselement 36 verbunden sind.

Die in der Fig. 3 dargestellten Herstellungsschritte zur Herstellung des Bauteils 10 sind identisch mit jenen für die Herstellung des Widerstandsbauteils 32 mit dem Unterschied, daß
i) das Siebmuster zur ringförmigen Abscheidung des Versiegelungsglases 20 derart modifiziert wird, daß die Abscheidung der Glasbeschichtung 38 über die gesamte Oberfläche des Widerstandselements 36 und einen Teil des umgebenden Substrats 34 möglich wird; und
ii) daß bei dieser Ausführungsform keine getrennte Abdeckung 18 verwendet wird, so daß die Glasabdekkung 38 direkt nach dem Siebdruckverfahren auf das Glassubstrat 34 aufgebracht und den bei der bevorzugten Ausführungsform beschriebenen Zeit/Temperatur-Behandlungsbedingungen unterworfen wird, unter Bildung eines versiegelten glasigen Glases, welches mit dem Substrat 34 verbunden ist. Es hat sich gezeigt, daß für diese Ausführungsform die Anwendung von Druck keine zwingende Notwendigkeit ist.

Das Stabilisierungseinbrennverfahren und die Laser-Justierung werden in der Weise durchgeführt, wie es oben bezüglich des Widerstandsbauteils 10 beschrieben worden ist, wenngleich diese Maßnahmen vor der Abscheidung des Glasüberzugs 38 durchgeführt werden sollten. Wenn die Laser-Justage als eine der letzten Verfahrensmaßnahmen durchgeführt werden soll, wird das Trimmen mit dem Laserstrahl in der Weise erreicht, daß man den Laserstrahl durch das transparente Glassubstrat 34 einwirken läßt. Daher muß das Material des Substrats 34 für die Frequenz des Laserlichts, welches für diese Maßnahmen verwendet wird, transparent sein.

Claims

1. Hermetisch versiegeltes Bauteil, gekennzeichnet durch, ein Substrat als Träger für die elektronische Schaltung; eine auf dem Substrat angeordnete elektronische Schaltung; und eine die elektronische Schaltung bedeckende und hermetisch versiegelnde, mit dem Substrat versiegelte glasige Glasabdeckung.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die glasige Glasabdeckung eine Versiegelungstemperatur unterhalb 380°C besitzt.

3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die glasige Glasabdeckung eine Versiegelungstemperatur zwischen 370°C und 375°C aufweist.

4. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Substrat und glasiger Glasabdeckung höchstens 2 ppm beträgt.

5. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die glasige Glasabdeckung für Licht im Laser-Frequenzbereich transparent ist.

6. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Substrats aus der Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Steatit, Magnesium-Aluminiumoxid-Silikat, Titandioxid, Siliciumcarbid und Zirkon umfassenden Gruppe ausgewählt ist; und das Material der glasigen Glasabdeckung eine gleichmäßig dispergierte Mischung aus Siliciumdioxid, wasserfreier Soda und Kalk in Kombination mit Metalloxiden aus der Bor, Calcium, Blei, Lithium, Titan und Cer umfassenden Gruppe darstellt.

7. Hermetisch versiegeltes Bauteil, gekennzeichnet durch ein Substrat als Träger für die elektronische Schaltung; eine auf dem Substrat angeordnete elektronische Schaltung; eine auf der elektronischen Schaltung angeordnete Abdeckung; und eine die elektronische Schaltung umgebende glasige Glasdichtung, die mit der Abdeckung und dem Substrat verschmolzen ist und die elektronische Schaltung hermetisch versiegelt.

8. Bauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die glasige Glasdichtung bei Drücken oberhalb 68,9 N/cm² eine Schmelztemperatur unterhalb 380°C aufweist.

9. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung aus einem glasigen Glas mit einer Erweichungstemperatur besteht, die bei den gleichen Drücken mindestens 50°C oberhalb der Schmelztemperatur der glasigen Glasdichtung liegt.

10. Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten von glasiger Glasabdeckung und glasiger Glasdichtung höchstens 2 ppm beträgt.

11. Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die glasige Glasabdeckung für Licht im Laser-Frequenzbereich transparent ist.

12. Bauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Keramikmaterial umfaßt, welches aus Materialien der Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Steatit, Titandioxid, Magnesium-Aluminiumoxid-Silikat, Siliciumcarbid und Zirkon umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

13. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung ein Keramikmaterial umfaßt, welches aus der Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Steatit, Titandioxid, Magnesium-Aluminiumoxid-Silikat, Siliciumcarbid und Zirkon umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

14. Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat und die Abdeckung aus dem gleichen Material bestehen und die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials und der glasigen Glasdichtung höchstens 2 ppm beträgt.

15. Bauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die glasige Glasdichtung eine gleichmäßig dispergierte Mischung aus Siliciumdioxid, wasserfreier Soda und Kalk in Kombination mit Metalloxiden aus der Bor, Calcium, Blei, Lithium, Titan und Cer umfassenden Gruppe darstellt.

16. Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung aus dem gleichen Material wie die Dichtung besteht.

17. Hermetisch versiegeltes Bauteil, gekennzeichnet durch ein Keramiksubstrat als Träger für die elektronische Schaltung; eine auf dem Substrat angeordnete Schaltung; eine die elektronische Schaltung abdeckende glasige Glasabdeckung; und ein um die elektronische Schaltung herum angeordnete glasige Glasdichtung, die mit der Abdeckung und dem Substrat verschmolzen ist und die elektronische Schaltung hermetisch versiegelt.

18. Bauteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die glasige Glasdichtung bei einem Druck von im wesentlichen 137,9 N/cm² eine Schmelztemperatur zwischen 370°C und 375°C aufweist.

19. Bauteil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung ein glasiges Glas mit einer Erweichungstemperatur von mehr als 420°C bei im wesentlichen 137,9 N/cm² ist.

20. Bauteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten von glasiger Glasabdeckung und glasiger Glasdichtung höchstens 2 ppm beträgt.

21. Bauteil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die glasige Glasabdeckung ein Borosilikatglas umfaßt und für Licht mit Laser-Frequenz transparent ist.

22. Bauteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Aluminiumoxid-Keramikmaterial umfaßt, welches einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, dessen Differenz zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der glasigen Glasdichtung höchstens 1 ppm und dem der glasigen Glasabdeckung höchstens 2 ppm beträgt.

23. Verfahren zur Herstellung eines hermetisch versiegelten Bauteils, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) eine elektronische Schaltung auf einem Substrat anordnet;
b) die elektronische Schaltung und das Substrat mit einem granulierten glasigen Versiegelungsglas in einem Bindemittel und einem Verflüssiger bedeckt;
c) die elektronische Schaltung, das Substrat und das glasige Versiegelungsglaszur Zersetzung des Bindemittels und des Verflüssigers brennt; und
d) das glasige Versiegelungsglas bei einer Temperatur unterhalb 380°C schmilzt.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) die elektronische Schaltung und das Substrat nach dem Schmelzen des glasigen Versiegelungsglases zur Stabilisierung der elektronischen Schaltung einbrennt; und
b) die elektronische Schaltung nach dem Einbrennen justiert.

25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung nach dem Siebdruckverfahren unter Verwendung eines glasigen Versiegelungsglases, eines Bindemittels und eines Verflüssigers auf die elektronische Schaltung und das Substrat aufgebracht wird.

26. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Vielzahl von elektrischen Schaltungen auf dem Substrat anordnet und
a) auf dem Substrat eine Vielzahl von einzelnen Substraten, die jeweils eine einzige elektronische Schaltung aufweisen, anreißt; und
b) das Substrat in eine Vielzahl von Bauteilen zerbricht.

27. Verfahren zur Herstellung eines hermetische versiegelten Bauteils, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) eine elektronische Schaltung auf einem Substrat anordnet;
b) granuliertes glasiges Versiegelungsglas mit einem Bindemittel und einem Verflüssiger unter Bildung einer Glasversiegelungsmischung vermischt;
c) einen ringförmigen Bereich einer Abdeckung mit der Glasversiegelungsmischung bedeckt, wobei der ringförmige Bereich größer ist als die elektronische Schaltung;
d) die aufgebrachte Glasversiegelungsmischung zur Zersetzung des Verflüssigers und des Bindemittels und unter Zurücklassung des glasigen Versiegelungsglases brennt;
e) die Abdeckung auf das Substrat und das die elektronische Schaltung umgebende glasige Versiegelungsglas derart aufbringt, daß sie mit dem Substrat abschließt; und
f) das glasige Versiegelungsglas unter Ausbildung einer hermetischen Versiegelung aus dem mit der Abdeckung und dem Substrat verschmolzenen glasigen Versiegelungsglas schmilzt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) die elektronische Schaltung und das Substrat nach dem Schmelzen des glasigen Versiegelungsglases einbrennt, um die elektronische Schaltung zu stabilisieren; und
b) die elektronische Schaltung nach dem Einbrennen justiert.

29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abdeckung nach dem Siebdruckverfahren unter Verwendung eines glasigen Versiegelungsglases, eines Bindemittels und eines Verflüssigers auf der elektronischen Schaltung und dem Substrat aufbringt.

30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Vielzahl von elektronischen Schaltungen auf dem Substrat anordnet und
a) auf dem Substrat eine Vielzahl von einzelnen Substraten, die eine elektronische Schaltung aufweisen, anreißt; und
b) das Substrat in eine Vielzahl von Bauteilen zerbricht.

31. Verfahren zur Herstellung eines hermetisch versiegelten Bauteils, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) eine elektronische Schaltung auf einem Substrat anordnet;
b) eine gleichmäßig dispergierte Mischung aus Siliciumdioxid, wasserfreier Soda und Kalk in Kombination mit Metalloxiden aus der Bor, Calcium, Blei, Lithium und Cer umfassenden Gruppe, mit einem Hydroxyalkylcellulose-Bindemittel, dessen Alkylgruppe 1 bis 3 Kohlenstoffatome aufweist, und einem Verflüssiger aus der Pine Oil und zweiwertige Alkohole umfassenden Gruppe unter Bildung einer Glasversiegelungsmischung vermischt;
c) einen Ringbereich einer glasigen Glasabdeckung mit der Glasversiegelungsmischung bedeckt, welcher Ringbereich größer ist als die elektronische Schaltung;
d) die glasige Glasabdeckung während mindestens 1 Stunde bei einer Temperatur von nicht mehr als 420°C brennt zur Zersetzung des Verflüssigers und des Bindemittels der Glasversiegelungsmischung unter Hinterlassung des glasigen Versiegelungsglases auf der glasigen Glasabdeckung;
e) Aufbringen der glasigen Glasabdeckung auf das Substrat in der Weise, daß das glasige Glas die elektronische Schaltung umgibt und die Abdeckung mit dem Substrat abschließt; und
f) das glasige Versiegelungsglas bei einem Druck von mehr als 68,9 N/cm² während mindestens 5 Minuten bei einer Temperatur von weniger als 380°C schmilzt unter Ausbildung einer hermetischen Versiegelung aus dem glasigen Glas, welches mit der glasigen Glasabdeckung und dem Substrat verschmolzen ist.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) die elektronische Schaltung und das Substrat nach dem Schmelzen des glasigen Versiegelungsglases zur Stabilisierung der elektronischen Schaltung bei Temperaturen zwischen 100°C und 200°C einbrennt; und
b) die elektronische Schaltung nach dem Einbrennen mit einem Laser justiert.

33. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung durch Siebdruck unter Verwendung eines glasigen Versiegelungsglases, eines Bindemittels und eines Verflüssigers um die elektronische Schaltung herum auf das Substrat aufgebracht wird.

34. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Vielzahl von elektronischen Schaltungen auf dem Substrat anordnet und
a) auf dem Substrat eine Vielzahl von einzelnen Substraten, die jeweils eine einzige elektronische Schaltung aufweisen, anreißt; und
b) das Substrat vor dem Schmelzen in eine Vielzahl von Bauteilen aufbricht.

35. Verfahren zur Herstellung eines hermetisch versiegelten Bauteils, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) eine elektronische Schaltung auf einem Aluminiumoxid-Substrat anordnet;
b) eine gleichmäßig dispergierte Mischung aus Siliciumdioxid, wasserfreier Soda und Kalk in Kombination mit Boroxid mit Hydroxypropylcellulose als Bindemittel und Pine Oil als Verflüssiger unter Bildung einer glasigen Glasversiegelungsmischung vermischt;
c) durch Siebdruck unter Verwendung eines Siebs und der glasigen Glasversiegelungsmischung einen ringförmigen Bereich auf einer glasigen Glasabdeckung ausbildet, welcher ringförmige Bereich größer ist als die elektronische Schaltung;
d) die glasige Glasabdeckung während mindestens einer Stunde bei einer Temperatur von nicht mehr als 420°C brennt zur Zersetzung des Verflüssigers und des Bindemittels der Glasversiegelungsmischung unter Zurücklassung des glasigen Versiegelungsglases auf der glasigen Glasabdeckung;
e) Aufbringen der glasigen Glasabdeckung auf dem Substrat in der Weise, daß das glasige Versiegelungsglas die elektronische Schaltung umgibt und mit dem Substrat abschließt; und
f) das glasige Versiegelungsglas während mindestens einer halben Stunde bei einer Temperatur zwischen 370°C und 375°C bei einem Druck von 137,9 N/cm² schmilzt unter Bildung einer hermetischen Versiegelung aus dem glasigen Glas, welches mit der glasigen Glasabdeckung und dem Substrat verschmolzen ist.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) die elektronische Schaltung und das Substrat nach dem Schmelzen des glasigen Versiegelungsglases zur Stabilisierung der elektronischen Schaltung bei einer Temperatur zwischen 100°C und 200°C einbrennt; und
b) die elektronische Schaltung nach dem Einbrennen mit einem Laser justiert.

37. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abdeckung in der Weise bildet, daß man das glasige Versiegelungsglas in einem auf das Gesamtgewicht bezogenen Verhältnis von Glas zu Bindemittel/Verflüssiger von 2:1 bis 9:1, wobei das Bindemittel/Verflüssiger-Gewichtsteilverhältnis im Bereich von 1:25 bis 1:250 liegt, durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,093 mm (165 mesh) in einer Dicke von 0,152 mm (6 mil) auf die elektronische Schaltung und das Substrat aufbringt.

38. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Vielzahl von elektronischen Schaltungen auf dem Substrat anordnet und nach dem Siebdruckverfahren eine Vielzahl von ringförmigen Bereichen aus der glasigen Glasversiegelungsmischung auf die glasige Glasabdeckung aufbringt und
a) auf dem Substrat eine Vielzahl von einzelnen Substraten, die jeweils einen einzigen elektronischen Schaltkreis aufweisen, anreißt;
b) das Substrat in eine Vielzahl von einzelnen Substraten aufbricht;
c) auf der glasigen Glasabdeckung eine Vielzahl von einzelnen Abdeckungen anreißt, die eine solche Größe aufweisen, daß sie für die Abdeckung einer einzelnen elektronischen Schaltung ausreichen;
d) die glasige Glasabdeckung in eine Vielzahl von einzelnen Abdeckungen aufbricht;
e) die einzelnen Abdeckungen auf die einzelnen Substrate aufbringt; und
f) vor dem Schmelzvorgang Druck auf die einzelnen Abdeckungen und die einzelnen Substrate ausübt.