DE3713833C2 - Kondensator in einer Hybridschaltung und integrierte Hybridschaltung - Google Patents

Kondensator in einer Hybridschaltung und integrierte Hybridschaltung

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Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensator in einer Hybrid­ schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine integrierte Hybridschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Derartige Kondensatoren bzw. Hybridschaltungen sind bei­ spielsweise aus der US 3 675 095 bekannt.
Es gibt viele Anwendungsmöglichkeiten für eine Art von Verstärkerschaltung, die von den Fachleuten als "Trenn­ verstärker" bezeichnet wird. Trennverstärker-Schaltun­ gen haben elektrisch isolierte Eingangs- und Ausgangs­ stufen, die durch "Isolationsbarrieren" getrennt sind, die Spannungsdifferenzen von wenigstens hunderten von Volt und in manchen Fällen tausenden von Volt widerste­ hen können. Sie sind in der Lage, kleine Wechselstrom­ eingangssignale zu verstärken, um größere Wechselstrom­ ausgangssignale zu erzeugen, unabhängig von der hohen Gleichspannungs- oder Gleichtaktspannungsdifferenz zwi­ schen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen. Typische Anwendungsfälle für Trennverstärker umfassen industriel­ le Meßsysteme, medizinische Elektronikausrüstung, elek­ tronische Prüfausrüstung und viele andere Anwendungs­ fälle, bei denen eine stark isolierte Signalübertragung erforderlich ist. Trennverstärker werden im allgemeinen als teure Komponenten betrachtet. Das Ausmaß der Anwen­ dung von Trennverstärkern in der Elektronikindustrie würde erheblich größer sein, wenn Geräte dieses Typs zu niedrigeren Kosten hergestellt werden könnten. Jedoch war bis heute niemand in der Lage, einen sehr genauen Hochspannungstrennverstärker herzustellen, insbesondere keinen, der hermetisch verschlossen ist und billig ge­ nug, um "den Markt zu öffnen" für den weit verbreiteten Gebrauch solcher Geräte in billigen elektronischen Pro­ dukten.
Bisher haben die meisten Trennverstärker entweder Torus­ transformatoren oder optoelektronische Vorrichtungen als Isolationsbarrieren verwendet. Optoelektronische Vorrich­ tungen sind bei dem gegenwärtigen Stand der Technik zu teuer oder zu langsam für viele Anwendungsfälle, obwohl sie ein hohes Maß an elektrischer Isolation zwischen den Eingangs- und Ausgangsstufen bieten. Trennverstärker, bei denen Ferrit-Torustransformatoren als Isolations­ barrieren verwendet werden, sind in ihren Abmessungen zu groß und daher schwierig in Gehäuse für integrierte Hybridschaltungen einzubauen; außerdem sind sie sehr teuer. Hermetisch verschlossene, integrierte Hybrid­ schaltungs-Trennverstärker dieses Typs sind bis jetzt nicht am Markt erhältlich.
Die USA 4 292 595 (Smith) der Anmelderin führt das Konzept der Anwendung von Kondensatoren als Isolations­ barrieren für Hochspannungs-Trennverstärker ein. Die be­ schriebene Technik erfordert die Verwendung von großen (50 pF) Kondensatoren, die eine große Menge Substratflä­ che einer integrierten Hybridschaltung belegen würden, und ist daher unpraktisch.
Bisher sind Trennverstärker mit getrennten Torustransfor­ matoren zur Kopplung kleiner Wechselstromsignale über eine Isolationsbarriere und gleichzeitig zur Kopplung großer Hochleistungs-Gleichstromsignale über eine Isola­ tionsbarriere zwischen den gleichen Eingangs- und Aus­ gangsstufen bekannt. Solche Schaltungen sind teuer.
Randkondensatoren sind im Stand der Technik beschrieben worden. Beispielsweise offenbaren die US-PS 4 188 651, (Dornfeld et al.), 3 764 938 (Barnes; entspricht DE-AS 23 42 071), 3.675 095 (Leh­ mann) und 3 104 377 (Alexander et al.) planparallele Kondensatorstrukturen, die zur Leistungserhöhung par­ allelgeschaltet sind. Keine von diesen ist jedoch als Hochspannungskomponente offenbart. Es würde auch keine von diesen in einer Hochspannung (d. h. mehr als 1500 V)- Isolationsbarrieren-Struktur für einen Trennverstärker sinnvoll anwendbar sein. Weiterhin würde keine von ihnen kompatibel sein mit den konventionellen Herstellungs­ prozessen für integrierte Hybridschaltungen.
Eine Vielzahl von IC-Gehäusen mit mehreren Hohlräumen ist im Stand der Technik bekannt, wie z. B. in der US 4 038 488 (Lin) dargestellt. Die in dieser Druck­ schrift offenbarte Struktur ist jedoch nicht sinnvoll für Trennverstärker anzuwenden, da dort keine Isola­ tionsbarriere zwischen den beiden Hohlräumen existiert. Der angegebene Zweck der Struktur ist es, jegliche elektrische Kopplung zwischen den beiden Hohlräumen zu verhindern.
Das Dokument DE 30 32 847 A1 betrifft ein kombiniertes Bauelement mit einem Oberflächenwellen-Resonator und einem Kondensator. Dieses Bauelement verfügt über ein Substrat, auf dem ein piezoelektrischer Dünnfilm aufgebracht ist, der u. a. als Dielektrikumslage für den Kondensator dient. Die Metallfilmleitungen für den Kondensator sind auf den beiden Seiten der Dielektrikumslage einander gegenüberstehend an­ gebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kondensa­ tor in einer Hybridschaltung sowie eine integrierte Hybrid­ schaltung zu schaffen, die so aufgebaut sind, daß sie mit herkömmlichen Herstellungsprozessen für integrierte Hybrid­ schaltungen gefertigt werden können.
Diese Aufgabe ist hinsichtlich des Kondensators durch die Lehre von Anspruch 1 und hinsichtlich der integrierten Hybridschaltung durch die Lehre von Anspruch 7 gelöst.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Trenn­ verstärkergehäuses der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1A eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie 1A-1A der Fig. 1;
Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf das Gehäuse der Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Explosionszeichnung eines anderen Trennverstärkergehäuses der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Trenn­ verstärkergehäuses mit nur einem Hohlraum mit einer Iso­ lationsbarriere aus einem rechteckigen Torustransforma­ tor und einer Isolationsbarriere aus planparallelen Randkondensatoren;
Fig. 5 eine detaillierte Draufsicht auf das Ge­ häuse mit einem Hohlraum der Fig. 4;
Fig. 6 ein Blockschaltbild des Trennverstärkers, wie er in dem Hochspannungsgehäuse der Fig. 1 enthal­ ten ist; und
Fig. 7 eine ebene Ansicht einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Erfindung, bei der ein Substrat, das ein Paar Randkondensatoren trägt, zwischen getrennten Abtei­ lungen des Stiftrahmens eines Trennverstärkers aufge­ hängt ist.
Entsprechend den Zeichnungen, insbesondere Fig. 1 und 2, umfaßt das Trennverstärkergehäuse 1 einen keramischen Körper 2 mit einem ersten Hohlraum 3 und einem zweiten Hohlraum 4 darin an entgegengesetzten Enden davon. Ein Zwischenbereich 16 des Körpers 2 trennt die Hohlräume 3 und 4.
Der Körper 2 besteht aus einer übereinandergeschichteten Struktur, wie man am besten aus Fig. 1A erkennt. Genau genommen, umfaßt der Körper 2 vier übereinandergeschich­ tete Lagen von Aluminiumoxid, die mit den Bezugszeichen 2A, 2B, 2C und 2D bezeichnet werden. Öffnungen in den oberen beiden Lagen 2C und 2D bilden die Hohlräume 3 und 4. Ein erster und ein zweiter Randkondensator 10 und 13 liegen zwischen den Lagen 2A und 2C.
Ein Codierer 75 (siehe Fig. 6) und eine Differential­ treiberschaltung 76 mit einem Eingang, der mit dem Aus­ gang des Codierers 75 verbunden ist, alle in Fig. 6 ge­ zeigt, sind in dem Hohlraum 3 angeordnet. Ein Ausgang des Differentialtreibers 76 ist mit einem Anschluß 11 des Randkondensators 10 verbunden. Ein komplementärer Ausgang des Differentialtreibers 76 ist mit einem Anschluß 14 des Randkondensators 13 verbunden. Ein zweiter Anschluß 12 des Randkondensators 10 ist verbunden mit dem positiven Eingang des Differentialverstärkers 77. Der zweite Anschluß des Randkondensators 13 hat einen Anschluß 15, der mit dem negativen Eingang des Differen­ tialverstärkers 77 verbunden ist. Der Differentialver­ stärker 77, zwei Komparatoren 78 und 79 sowie ein De­ codierer 80 befinden sich in dem zweiten Hohlraum 4. Der genaue Aufbau und die genaue Betriebsweise der in Fig. 6 dargestellten Schaltung sind in der oben erwähnten Pa­ tentanmeldung von Sommerville beschrieben.
Die Anordnung des Randkondensators 10 ist am besten in Fig. 2 dargestellt. Der Randkondensator 10 umfaßt zwei im allgemeinen längliche, spiralförmige Metalleitungen 18 und 20, die in gleichem Abstand verlaufen. Jede die­ ser Leitungen ist auf der Oberseite der Aluminiumoxid- Lage 2A angeordnet, dazwischengelegt zwischen dieser Lage und Zwischenstücken 16 der Aluminiumoxid-Lage 2C. Leitung 18 hat einen Abschnitt 18A, der von dem Stück 16 der Lage 2C bedeckt wird, und einen Abschnitt, der sich über die Abteilung 16 hinaus in den Hohlraum 3 er­ streckt, wo er den Anschluß 11 des Randkondensators 10 bildet. Die Leitung 18 weist außerdem ein vergrößertes, rundes Endstück 19 auf, um dort das elektrische Feld zu reduzieren.
Der Randkondensator 10 umfaßt weiterhin eine zweite verlängerte Leitung 20 mit einem Abschnitt, der par­ allel zu der Leitung 18 ist. Die Leitung 20 besitzt einen vergrößerten, kreisförmigen Endabschnitt 21, der ebenfalls abgerundet ist, um die elektrische Feldstärke dort zu reduzieren. Ein Abschnitt 20A der Leitung 20 erstreckt sich unter dem Abschnitt 16 der Lage 2C hin­ weg in den Hohlraum 4 und bildet dort den Anschluß 12 des Randkondensators 10.
Auf gleiche Weise besitzt der zweite Randkondensator 13 erste und zweite Metalleitungen 21 und 22 in einer Ebene, die beide parallele Abschnitte aufweisen und jede in einem vergrößerten, kreisförmigen Endabschnitt enden, um die elektrischen Felder zu reduzieren. Leitung 21 er­ streckt sich unter Abschnitt 16 der Lage 2A hindurch in den Hohlraum 3 und bildet dort Anschluß 14. Leitung 22 erstreckt sich in den Hohlraum 4 und bildet dort An­ schluß 15 des Randkondensators 13.
Eine Anzahl weiterer Metalleitungen ist auf der oberen Oberfläche der Keramiklage 2A ausgebildet, wie das bei Hybridschaltungen üblich ist, um Verbindungen zwischen verschiedenen ICs dort herzustellen. Beispielsweise bilden die Leitungen 24 leitende Verbindungen zu An­ schlußstiften des Gehäuses, wie z. B. 5 (Fig. 1), die durch Hartlöten an der Seite des keramischen Körpers 2 angebracht sind. Viereckige Ringe 25, 26 und 27 sind Plätze zur Befestigung von drei IC-Chips auf der Ober­ fläche der Keramiklage 2A. Randleitungen, wie 23, er­ leichtern die elektrische Verbindung mit den Anschlüs­ sen 5.
Das Verfahren zur Herstellung der Trennverstärker- Hybridschaltung, die in den Fig. 1, 1A, 2 und 6 darge­ stellt ist, besteht darin, das Wolfram-Metallisierungs­ muster, das in Fig. 2 dargestellt ist, auf die obere Oberfläche der Aluminiumoxid-Lage 2A zu drucken. Außer­ dem werden zwei Deckeldichtungsringe 71 und 72, wie in Fig. 1 dargestellt, auf der Aluminiumoxid-Lage 2D ge­ bildet, nachdem die Hohlraumöffnungen 3 und 4 aus den Lagen 2C und 2D ausgestanzt worden sind. Nachdem die Metallisierungsschicht auf die Lagen 2A und 2D durch Siebdruck aufgebracht worden ist, werden die vier Lagen 2A-2D zusammengepreßt.
Die Metallisierung wird aus Wolfram oder einem anderen hochtemperaturbeständigen Metall gebildet. Aus prakti­ schen Gründen sind die keramischen Lagen nur etwa 0,5 mm (20 mils) dick.
Nachdem die vier Lagen mit der aufgedruckten Wolfram­ metallisierung angeordnet und zusammengepreßt worden sind, werden sie "cofired" (gemeinsam eingebrannt) bei etwa 2000°C in Übereinstimmung mit den Prozessen, die dem Fachmann bekannt sind.
Die Wolframmetallisierung wird mit Nickel überzogen, wo­ bei ein Verfahren der stromlosen Vernickelung angewandt wird, das gut bekannt ist und deshalb nicht im einzelnen beschrieben wird. Eine Vernickelung ist auch vorgesehen an den Kanten des keramischen Körpers 2 in den recht­ eckigen Flächen, die von dem Bezugszeichen 8 in Fig. 1 bezeichnet werden, um ein nachfolgendes Hartlöten der Anschlußstifte 5 daran zu ermöglichen.
Der nächste Verfahrensschritt ist es, die Anschlußstifte 5, die mit geeigneten Stiftrahmen verbunden sind, an den Befestigungsregionen 8 aus Nickel anzuordnen. Man beachte, daß jeder Stiftrahmen zwei Gruppen von Stiften umfaßt, die an den Hohlräumen 3 und 4 angeordnet werden, aber keine Stifte, die in dem Zwischenbereich 16 befe­ stigt würden. Dieser Abstand ist erforderlich, um elek­ trische Überschläge zwischen der Eingangsstufe aus Codie­ rer 75 und Differentialtreiber 76 und der Ausgangsstufe aus Differentialverstärker 77, Komparatoren 78 und 79 und Decodierer 80 zu verhindern.
Der nächste Schritt des Herstellungsprozesses ist es, die vergrößerten Köpfe 7 der Stifte 5 an die vernickel­ ten Befestigungsbereiche 8 hartzulöten an gegenüberlie­ genden Seiten des keramischen Körpers 2. Bezugszeichen 82 in Fig. 1A bezeichnet hartgelötete Stellen.
Der nächste Schritt ist, die gesamte, freiliegende, ver­ nickelte Metallisierung und die Anschlußstifte zu ver­ golden. Es sind zwei Vergoldungsschritte, ein elektroly­ tischer und ein stromloser, erforderlich, wenn es irgend­ welche Metallisierungsbereiche innerhalb eines der Hohl­ räume gibt, die nicht mit einem der Stiftrahmen verbun­ den sind. Sowohl der elektrolytische als auch der strom­ lose Vergoldungsprozeß sind dem Fachmann gut bekannt und daher nicht im einzelnen beschrieben. Die elektrolytische Vergoldung ist jedoch überlegen und sollte zur Vergol­ dung von so viel Metallisierung als irgend möglich ver­ wendet werden.
Nachdem die gesamte, freiliegende Metallisierung in den Hohlräumen 3 und 4 vergoldet ist, werden die verschiede­ nen monolithischen IC-Chips einschließlich der Komponen­ ten, die in Fig. 6 gezeigt sind, mit den dafür vorgesehe­ nen Flächen 25, 26 und 27 (Fig. 2) verbunden. Wenn diese vollständig montiert sind, werden die Bondpads (An­ schlußstellen) der IC-Chips durch Drahtbonden mit den inneren Enden der verschiedenen Metallisierungsleitun­ gen 24 in den Hohlräumen 3 und 4 verbunden.
Als nächstes werden die Metalldeckel an den Dichtungs­ ringen 71 und 72 befestigt, wobei ringförmige Lötfor­ men verwendet werden. Dies ist ein konventioneller Ver­ fahrensschritt, der nicht im einzelnen beschrieben wer­ den muß.
Die Breite der Metallisierungsleitungen, die in Fig. 2 dargestellt sind, kann 0,25 mm (10 mils) betragen. Der Abstand oder die Distanz zwischen den Leitungen, die den Randkondensator 10 bilden, kann 0,5 mm (20 mils) be­ tragen, wenn eine Isolation von etwa 1500 V gewünscht wird zwischen den Eingangs- und Ausgangsstufen des Trennverstärkers. Wenn eine Isolation von mehr als 3500 V benötigt wird, sollte der Abstand zwischen den Leitungen 18 und 20 etwa 0,7 mm (25 mils) betragen.
Die Länge des Substrats 16 in Fig. 2 beträgt 3 cm (1,2 inches) in der vorliegenden Ausführungsform der Er­ findung und seine Breite beträgt 1,5 cm (0,6 inches). Die Breite des mittleren Bereichs mischen den Hohlräu­ men 3 und 4 beträgt 1 cm (0,38 inches).
Die Dicke der Vernickelungsschicht beträgt typischerwei­ se 1,3 µm (50 microinches) und die Dicke des Goldüber­ zugs darauf beträgt typischerweise etwa 0,8 µm (30 micro­ inches). Typischerweise werden Gold/Zinn-Lotringe ver­ wendet, um die Metalldeckel hermetisch mit den Dich­ tungsringen 71 und 72 zu verbinden. Die oben beschriebe­ ne Struktur hat den Vorteil, daß die Randkondensatoren 10 und 13 in der Isolationsbarriere während des gleichen Siebdruckvorgangs ausgebildet werden können, in dem die übrigen Metallisierungsverbindungen ausgebildet werden. Der einzige Unterschied zwischen dem Verfahren zur Her­ stellung des oben beschriebenen Gehäuses liegt in der An­ ordnung der Muster der verschiedenen Metallisierungen und der Muster für die Löcher, die ausgestanzt werden, um die Hohlräume festzulegen. Somit sind keine zusätz­ lichen Verfahrensschritte erforderlich. Obwohl die Randkondensatoren mehr Substratfläche benötigen als Kondensatoren mit parallelen Platten von der gleichen Kapazität, führt der Wunsch nach einer Trennung der bei­ den Hohlräume 3 und 4 in dem keramischen Körper zur Ent­ stehung einer Substratfläche, die sonst nicht sinnvoll genutzt werden würde.
Die Kapazität der Randkondensatoren bei 0,5 mm Leiter­ bandabstand beträgt etwa 1,2 pF/cm. Wie in der gleich­ zeitig eingereichten Patentanmeldung Sommerville erläu­ tert, wird ein korrekter Betrieb der Trennverstärker­ schaltung, die darin offenbart ist, mit nur etwa 3 pF Kapazität der Isolationsbarrieren-Randkondensatoren 10 und 13 erreicht. Die beiden Randkondensatoren weisen genau gleiche Kapazitätswerte auf, auch wenn ihr absolu­ ter Kapazitätswert um etwa ±20% schwanken kann.
Die oben beschriebene Vorrichtung liefert einen Hochspan­ nungs-Trennverstärker mit niedrigem Preis, der mit dem Herstellungsverfahren für Hybridschaltungen kompatibel ist, in einer hermetisch versiegelten Gehäusestruktur. Bisher ist ein solches Produkt von keinem Hersteller am Markt angeboten worden.
Obwohl die oben beschriebene Isolationsbarrieren-Struk­ tur mit zwei Hohlräumen und Randkondensatoren die der­ zeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist, ist es ebenfalls möglich, Kondensatoren mit parallelen Plat­ ten statt der Randkondensatoren in einer Ebene zu benut­ zen, wie in Fig. 3 dargestellt.
In Fig. 3 werden die drei keramischen Lagen 30, 35 und 40 gemeinsam gebrannt, nachdem die gezeigten Wolfram­ muster im Siebdruckverfahren darauf aufgebracht worden sind und die gezeigten Öffnungen 3 und 4 in den kerami­ schen Lagen 35 und 40 ausgeschnitten worden sind. Im einzelnen bezeichnen die Bezugszeichen 31 und 32 die je­ weils untere Platte aus Wolfram für die zwei Isolations­ barrieren-Kondensatoren 10 und 13 (Fig. 6). Die dünnen Verlängerungen erstrecken sich in den Hohlraum 3.
Die Öffnungen 3 und 4 in der mittleren keramischen Lage 35 bilden die oben erwähnten Hohlräume 3 und 4. Die Wolfram-Metallisierungslagen 36 und 37 bilden die obe­ ren Platten der beiden Isolationsbarrieren-Kondensato­ ren und die Verlängerungen nach rechts zu den Durchfüh­ rungslöchern 38 und 39. Dort sind Wolfram-Durchführungen vorgesehen, um eine Verbindung zu den Punkten 43 und 42 auf dem keramischen Substrat 30 herzustellen. Die ober­ ste Keramiklage 40 hat zwei Öffnungen 3 und 4, die die Hohlräume 3 und 4 bilden. Wolfram-Dichtungsringe 71 und 72 werden auf die Oberfläche der Keramiklage 40 durch Siebdruck aufgebracht, wie bereits vorher mit Bezug auf Fig. 1 erklärt. Während des Siebdruckprozesses mit Wolframpaste füllen sich die Durchführungslöcher 38 und 39 mit Wolfram, wodurch die elektrischen Durchführungen entstehen, die sich elektrisch verbinden mit den oberen Kondensatorplatten 36 und 37 und den unteren Leitungen 42 und 43. Die Anordnung wird gemeinsam bei etwa 2000°C eingebrannt. Die folgenden Schritte sind genau die glei­ chen, wie oben für die Ausführungsform der Fig. 1 be­ schrieben.
Diese Ausführungsform der Erfindung wird nützlich sein, wenn höhere Werte für die Isolationsbarrieren-Kondensatoren 10 und 13 erforderlich sind, als sie durch die Verwendung von Randkondensatoren nach Fig. 1 erzielt werden können.
Mit Bezug auf Fig. 4 und 5 wird nun eine andere Ausfüh­ rungsform der Erfindung gezeigt, die nur einen einzigen Hohlraum vorsteht, in dem sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangsstufe der Trennverstärkerschaltung einge­ schlossen sind. Diese Ausführungsform der Erfindung um­ faßt zwei Isolationsbarrieren-Schaltungen. Die erste um­ faßt die Randkondensatoren 58 und 59, die im wesentli­ chen ähnliche Strukturen wie oben beschrieben aufweisen. Das heißt, daß jede mit einem Anschluß ausgebildet ist, der sich in den Bereich der Eingangsstufe des Isolati­ onsverstärkers erstreckt, und einem anderen Anschluß, der sich in den Bereich der Ausgangsschaltung des Trenn­ verstärkers erstreckt. In Übereinstimmung mit der vor­ liegenden Erfindung werden kleine Signale oder Wechsel­ stromsignale zwischen der Eingangsstufe und der Ausgangs­ stufe des Trennverstärkers übertragen, wobei ein hoher Grad an elektrischer Isolation (wenigstens 1500 V) erhal­ ten wird.
In den Fig. 4 und 5 sind die Randkondensator-Strukturen 58 und 59 innerhalb einer rechteckigen Region ausgebil­ det, die von einem rechteckigen Ferrit-Torus 67 umgeben ist. Der rechteckige Torus 67 liegt auf einer dünnen La­ ge von Glaspassivierung 60, die die Räume zwischen den Spiralleitungen, die die Randkondensatoren 58 und 59 bil­ den, füllt und diese bedeckt. Die Glaspassivierung 60 bedeckt ebenfalls eine Mehrzahl von planparallelen Lei­ tungsstreifen 65 und 66, die auf dem keramischen Sub­ strat 46 ausgebildet sind. Diese Anordnung stimmt über­ ein mit den Lehren des US-Patents 4 103 267, das Eigen­ tum der Anmelderin ist und am 25. Juli 1978 ausgegeben wurde (Olschewski). Die planparallelen Leitungsstreifen 65 bilden die Bodenabschnitte einer Sekundärwicklung ei­ nes Trenntransformators, der den rechteckigen Torus 67 umfaßt. Die planparallelen Leitungen 66 bilden die Boden­ abschnitte einer Primärwicklung dieses Transformators. Die gezeigten Metallisierungsmuster bestehen aus Gold und nicht aus Wolfram, da die Anordnung im Gegensatz zu der Anordnung der Fig. 1 und 3 nicht gemeinsam einge­ brannt wird. Die verschiedenen Metallisierungsmuster, die auf der Oberfläche des keramischen Substrats 46 gebildet sind, entsprechen im großen und ganzen denen, die oben mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben wurden, obwohl eine An­ zahl von Feldeffekttransistoren 57 vorgesehen ist, um Gleichstromsignale in die Primärwicklung einzukoppeln. Die Sekundärwicklung wird von den planparallelen Streifen 65 und einer Mehrzahl von Bonddrahtschleifen 68 gebildet, von denen jede so drahtgebondet ist, daß sie wenigstens eine der Leitungen 65 anschließt und über den rechtecki­ gen Torus 67 hinwegläuft. Die meisten der Leitungen 68 sind mit gegenüberliegenden Enden benachbarter, planpar­ alleler Leitungen 65 verbunden. Bonddrahtschleifen 69 sind auf die gleiche Weise an gegenüberliegenden Enden von benachbarten, planparallelen Leitungen 66 drahtge­ bondet, so daß sie eine durchgehende Primärwicklung auf dem gegenüberliegenden, parallelen Schenkel des Torus 67 bilden.
Feldeffekttransistoren, wie 57, werden verwendet, um die Primärwicklung des resultierenden Transformators ent­ sprechend dem Oszillator 56 zu schalten. Der Spannungs- Frequenz-Wandler ist im einzelnen in der gleichzeitig eingereichten Anmeldung Sommerville beschrieben. Er wird durch die Bezugszeichen 50 und 55 beschrieben. Die PLL- Codierschaltung wird bezeichnet mit 54. Eine keramische Wand 47 ist an den Randbereichen der oberen Oberfläche des Substrats 46 angebracht. Eine geeignete Keramik (nicht dargestellt) wird mit Epoxyharz oben auf der kera­ mischen Wand 47 befestigt, um den Hohlraum einzuschließen.
Wie in dem Olschewski-Patent beschrieben, das hierin durch Verweis eingeschlossen wird, ist der Torus 67 mit Klebstoff oben auf der Passivierung befestigt, die die Mittelabschnitte der planparallelen Leitungen 65 und 66 überlagert. Der Torus ist mit einem isolierenden Überzug versehen, um zu verhindern, daß die Bondschleifen mit dem Torus kurzgeschlossen werden.
Fig. 7 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der Erfin­ dung, bei der ein Stiftrahmen 84 vorgesehen ist, der zwei Abschnitte 85 und 86 aufweist. Eine Vielzahl von An­ schlußstiften 5 erstreckt sich in den Bereich 85. Eine Vielzahl von Anschlußstiften 6 erstreckt sich in den Bereich 86.
Ein vorgefertigtes, keramisches Substrat 85 besitzt 3 pF-Randkondensatoren 10 und 13 von der Art, wie sie oben beschrieben sind. Sie sind darauf mit einer geeig­ neten Technik angebracht. Eine Passivierungslage (nicht gezeigt) bedeckt die Randkondensatoren 10 und 13 mit Aus­ nahme der Endstücke, die die Anschlüsse 11, 12, 14 und 15 bilden. Das Keramiksubstrat 85 ist angeklebt an die inneren Glieder der Abschnitte 85 und 86 und überspannt so den offenen Abschnitt dazwischen. Geeignete Trennver­ stärker-Schaltungen, die die Spannungs-Frequenz-Wandler- Chips 50 und 56 und die PLL-Schaltung 55 umfassen, sind direkt auf verschiedene der Metallglieder in den Berei­ chen 85 und 86 aufgeklebt. Es sind geeignete Drahtbon­ dungen vorgesehen, wie gezeigt, einschließlich Drahtbond­ verbindungen zwischen den verschiedenen Chips und den Randkondensatoranschlüssen. Die gesamte Schaltung wird dann in Plastik verkapselt mittels eines geeigneten Preßverfahrens und die nicht benötigten Teile des Stift­ rahmens werden entfernt. Diese Ausführungsform der Er­ findung liefert einen billigeren, in Plastik gekapsel­ ten Trennverstärker. Seine Isolationsdurchbruchspannung ist jedoch niedriger als die der vorher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung.
Es können auch andere isolierende Substrat­ materialien verwendet werden, als die hier beschriebe­ nen. Andere hochschmelzende Materialien als Wolfram kön­ nen für die Ausführungsformen der Fig. 1 und 3 verwendet werden.

Claims (13)

1. In einer Ebene angeordneter Kondensator in einer Hybridschaltung, umfassend
  • (a) ein Keramiksubstrat (2);
  • (b) eine erste (18, 21) und eine zweite (20, 22) Metallfilmleitung auf dem Substrat (2), wobei die erste (18, 21) und die zweite (20, 22) Metallfilmleitung par­ allele Abschnitte mit einem engen, genau festgelegten Abstand aufweisen und dadurch eine vorherbestimmte, kapazitive Kopplung miteinander aufweisen; gekennzeichnet durch
  • (c) eine Dielektrikumslage (16) auf den paralle­ len Abschnitten und auf dem Substrat (2) zwischen den parallelen Abschnitten; und
  • (d) offenliegende Abschnitte der ersten (18, 21) und der zweiten (20, 22) Metallfilmleitung, die sich über die Dielektrikumslage (16) hinaus erstrecken und erste (11, 14) und zweite (12, 15) Anschlüsse des ebenen Kon­ densators (10, 13) bilden.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die dielektrische Lage (16) eine Lage aus Dickschichtglas (60) umfaßt.
3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste (18, 21) und die zweite (20, 22) Me­ tallfilmleitung aus hochschmelzendem Metall besteht und daß die dielektrische Lage (16) eine Keramiklage umfaßt, die gleichzeitig mit dem keramischen Substrat (2) und dem hochschmelzenden Metall gebrannt wird, um den Raum zwischen den parallelen Abschnitten der ersten (18, 21) und der zweiten (20, 22) Metallfilmleitung mit Keramik zu füllen.
4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die keramische Lage (16) eine erste und eine zweite Öffnung aufweist, wodurch eine erste und eine zweite Fläche des Keramiksubstrats (2) freigelegt wird und ein erster und ein zweiter Hohlraum (3, 4) bestimmt wird, und der erste Anschluß (11, 14) sich in den ersten Hohlraum (3) hinein erstreckt und der zweite Anschluß (12, 15) sich in den zweiten Hohlraum (4) erstreckt.
5. Kondensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß parallele Abschnitte der ersten (18, 21) und der zweiten (20, 22) Metallfilmleitung jeweils ein Paar in einem Abstand verlaufender, spiralenförmiger Spuren beschreiben, deren Enden (19, 19A) abgerundet sind, um elektrische Überschläge zu vermeiden.
6. Kondensator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste (18, 21) und die zweite (20, 22) Me­ tallfilmleitung näherungsweise 0,25 mm breit sind und der Abstand zwischen ihnen größer als 0,5 mm ist, um eine elektrische Isolation zwischen den ersten (11, 14) und den zweiten (12, 15) Anschlüssen von mindestens 1500 V zu erreichen.
7. Integrierte Hybridschaltung, umfassend
  • (a) ein Keramiksubstrat (2);
  • (b) einen ersten ebenen Kondensator (10), der eine erste und eine zweite Metallfilmleitung (18, 20) auf dem Keramiksubstrat (2) umfaßt, wobei beide einen ersten parallelen Abschnitt mit einem engen, genau bestimmten Abstand aufweisen und dadurch eine vorherbestimmte, kapa­ zitive Kopplung miteinander haben; gekennzeichnet durch
  • (c) eine dielektrische Lage (16) auf den ersten parallelen Abschnitten und auf dem Substrat zwischen den ersten parallelen Abschnitten der ersten und der zweiten Metallfilmleitung (18, 20);
  • (d) einen ersten und einen zweiten Anschluß (11, 12) des ersten ebenen Kondensators (10) mit freiliegenden Abschnitten der ersten und der zweiten Metallfilmlei­ tung (18, 20), wobei der erste ebene Kondensator (10) ei­ ne Isolationsbarriere zwischen dem ersten und dem zwei­ ten Anschluß (11, 12) bildet;
  • (e) eine Eingangsschaltung (75, 76) zur Erzeugung eines ersten Impulssignals auf dem ersten Anschluß (11) aufgrund eines Eingangssignals (Vi), wobei das erste Impulssignal über die Isolationsbarriere gekoppelt wird, um ein zweites Impulssignal an dem zweiten Anschluß (12) zu erzeugen; und
  • (f) Ausgangsschaltungen (77, 78, 79, 80) zur Erzeu­ gung eines Ausgangssignals (Vo) aufgrund des ersten Im­ pulssignals an dem zweiten Anschluß (12).
8. Integrierte Hybridschaltung nach Anspruch 7, ge­ kennzeichnet durch einen zweiten ebenen Kondensator (13) mit einer dritten und einer vierten Metallfilmlei­ tung (21, 22) auf dem Keramiksubstrat (2) mit zweiten parallelen Abschnitten mit einem genauen, engen Abstand und mit einer vorherbestimmten kapazitiven Kopplung mit­ einander, wobei die dritten und vierten Anschlüsse (14, 15) des zweiten ebenen Kondensators (13) freiliegende Ab­ schnitte der dritten und der vierten Metallfilmleitung (21, 22) umfassen, und wobei der zweite ebene Kondensator (13) ebenfalls zu der Isolationsbarriere gehört und der erste, zweite, dritte und vierte Anschluß (11, 12, 14, 15) sich alle über die dielektrische Lage hinaus ausdehnen.
9. Integrierte Hybridschaltung nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die vorherbestimmte kapazitive Kopplung etwa 3 pF beträgt.
10. Integrierte Hybridschaltung nach Anspruch 9, da durch gekennzeichnet, daß der erste parallele Abstand mit genau festgelegtem, engem Abstand spiralförmige Ab­ schnitte der ersten und der zweiten Metallfilmleitung (18, 20) umfaßt.
11. Integrierte Hybridschaltung nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (19, 19A) der ersten und der zweiten Metallfilmleitung (18, 20) ab­ gerundet sind, um elektrische Überschläge zu vermeiden.
12. Integrierte Hybridschaltung nach Anspruch 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die dielektrische Lage (16) aus Keramik besteht und Öffnungen umfaßt, die erste und zweite Flächen des keramischen Substrats (2) freilegen und erste und zweite Hohlräume (3, 4) bestimmen, wobei die Eingangsschaltung (75, 76) sich in dem ersten Hohl­ raum (3) befindet und die Ausgangsschaltung (77, 78, 79, 80) sich in dem zweiten Hohlraum (4) befindet.
13. Integrierte Hybridschaltung nach Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, daß sich der erste und der zweite Hohlraum (3, 4) auf entgegengesetzten Seiten der Isola­ tionsbarriere befinden.
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