SE512366C2 - Anordning och metod för montering på mönsterkort för elektronik - Google Patents

Description

512 366 2 väggar. Kragen är utförd i två material, med utvidgningskoefficienter mellan metalledarens och kapselväggens. Det ena närmare kapselväggens och det andra närmare metallens temperaturutvidgningskoefficient. Kragens två material är åtskilda i axiell led. Den änden av kragen som har en temperaturutvidgningskefficient närmare kapselns fästes vid kapseln och den motsatta änden svetsas vid metalledaren.

På senaste tid har tekniken för att tillverka hårda substrat utvecklats så att korten nu kan tillverkas med flera lager av ledare i kortet förutom lager på ytan. En beteckning för substrat som klarar detta är LTCC-substrat (Low Temperature Cofired Ceramic), ett annan är HTCC-substrat (High Temperature Cofired Ceramic). I den fortsatta texten benämnas sådana substrat ”hårda flerlagerssubstrat”. Ledare i de olika lagren förbindes genom vior. Genom denna utveckling fungerar det hårda flerlagerssubtratet såsom ett hårda lämpliga men användningen av hårda flerlagerssubstrat är mönsterkort. Till mikrovågselektronik är substrat inte begränsad till enbart mikrovågselektronik.

Kapsling av ledare i lager inuti det hårda flerlagerssubstratet kan undvikas genom att dessa ledare störskyddas av jordplan på ömse sidor. Kapsling behövs fortfarande av komponenter och ledare på substratets yta men hela det hårda flerlagerssubstratet utan endast den eller de delar som har kapslingen behövs inte av mikrovàgskomponenter eller ledare i ytplanet. De inkapslade delarna av det hårda flerlagerssubstratet ansluts elektriskt via ledare i lager inuti substratet.

De hårda flerlagerssubstraten har på senaste tid även kunnat tillverkas med ytor upp till A4-storlek. De hårda flerlagerssubstraten är spröda till skillnad från mönsterkort med plast i stället för keramik som isolerande lager. Därför går det till exempel ej att nita fast ,12 see f 3 kontaktdon vid det hårda flerlagerssubstratet. Komponenter och kontaktdon som skall monteras på substratet måste därför ytmonteras. En svårighet är att få ytmonterade komponenter och kontaktdon att sitta fast då temperaturen varierar.

Svårigheten beror på att materialen i de ytmonterade komponenterna och kontaktdonen utvidgas av temperaturen på annat sätt än mönsterkortet. Mikrovågselektronik arbetar ofta med höga effekter och därmed stor värmeutveckling.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning angriper ett problem hur få en monterad komponent, exempelvis ett kontaktdon att sitta fast vid ett mönsterkort då temperaturen varierar och mönsterkort och kontaktdon har olika utvidgningskoefficienter. Detta problem är särskilt svårt vad gäller mönsterkort utförda som hårda flerlagerssubstrat eftersom dessa har en temperatur- skillnad temperaturutvidgningskoefficient än vad utvidgningskoefficient med större gentemot kontaktens som är fallet för även av att ett ordinärt mönsterkort. Problemet försvåras kända material med temperaturutvidgnings- koefficienter nära mönsterkortets och elektriskt goda egenskaper är svårbearbetade och därför olämpliga för att användas till kontaktdon.

Att kunna lösa ovanstående problem och därmed kunna ytmontera kontakter på ett hårt flerlagersubstrat är viktigt för att utnyttja det hårda fördelar, elektrisk anslutning via kunna flerlagerssubstratets nämligen ledare i substratet till den hermetiskt slutna kapseln i stället för via kapselns vägg.

Ovanstående problem löses enligt föreliggande uppfinning med en bricka avsedd att fästas mellan mönsterkortet och kontaktdonet för att montera kontaktdonet på mönsterkortet. mellan Brickans temperaturutvidgningskoefficient är 512 366 :f 4 mönsterkortets och kontaktdonets. I en utföringsform är brickans yttre lödbar metallisering.

Ovanstående problem löses även av ett kontaktdon huvudsakligen utfört i ett material med en första utvidgningskoefficient. Vid den sida av kontaktdonet som vetter mot mönsterkortet finns ett utjämnarlager med ett material med en utvidgningskoefficient mellan den första och mönsterkortets utvidgningskoefficient. Utjämnarlagrets yta är lödbar.

Ovanstående problem löses även av en metod att montera en komponent, exempelvis ett kontaktdon, vid ett mönsterkort, varvid en mellanliggande bricka väljes med en utvidgningskoefficient mellan mönsterkortets och kontaktdonets. Brickans ena sida lödes mot kontaktdonet och den andra sidan mot mönsterkortet.

Enligt en utföringsform är den uppfinningsenliga brickan tillverkad i plåt av nætallegeringen FCl5 och pläterad med guld för att vara lödbar. Brickan är försedd med ett hål, avsett för att trä en elektrisk ledare igenonx och vilken ledares elektriska potential skall åtskiljas från den elektriska potentialen vid anslutning via brickan mot mönsterkortet.

Föreliggande uppfinning har fördelen att fördela de skjuvspänningar som uppstår mellan mönsterkortet och komponenten på två fogar i stället för endast en. Dessutom elastisk till skillnad från mönsterkortet, komponenten och brickan. Med två lödfogar som erhålls är en lödfog i sig något fäster komponenten vid mönsterkortet större elasticitet än med endast en fog.

Ytterligare en fördel är att brickan förstorar lödytan mot mönsterkortet. Större lödyta ger bättre vidhäftning.

N 512 see i Ytterligare en fördel med uppfinningen är att det går att använda de goda egenskaperna hos material med en utvidgningskoefficient nära mönsterkortets utan att behöva använda det till hela komponenten. Att t ex tillverka en bricka genom etsning är väsentligt enklare än att tillverka ett kontaktdon utav metallegeringen FCl5.

Ytterligare en fördel med den uppfinningsenliga brickan är att den möjliggör montering av ett standardkontaktdon pà ett hårt flerlagerssubstrat.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av föredragna utföringsformer och med hänvisning till bifogade ritning.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar en vy över en uppfinningsenlig bricka.

Figur 2 visar en vy över ett kontaktdon med bricka.

Figur 3 visar en vy över ett kontaktdon med bricka monterad på ett mönsterkort.

Figur 4 visar en vy över ett kontaktdon med en alternativ bricka.

FÖREDRAGNA Urrönrncssonnn I fig 1 visas en bricka 10 avsedd att fästas mellan ett vanligt MCX-kontaktdon och ett ett hårt flerlagerssubstrat.

Med hårt flerlagerssubstrat avses här ett mönsterkort huvudsakligen utfört i kortet. keramik med lager av elektriska ledare i Sådana substrat finns bl a under benämningen LTCC-substrat (Low Temperature Cofired Ceramic), och HTCC-substrat (High Temperature Cofired Ceramic). Hårda substrat kallas med ett annat namn oorganiska substrat. 512 366 í-v 6 Brickan har etsats ut från plåt av metallegeringen FC15 och därefter pläterats med guld för att vara lödbar. Den har en tjocklek av 0,3 mm.

Brickan 10 är försedd med fyra urtag för ge plats för fyra ben hos kontaktdonet. Brickan är vidare försedd med ett hål 11. Hålet 11 är centrerat till brickans mitt, men har en smal utsträckning i två riktningar som når en litet stycke från brickans yttre begränsning.

Fig 2 visar en vy över ett vanligt MCX-kontaktdon 20 underifrån, dvs från den ände som skall monteras mot det hårda flerlagerssubstratet. Via MCX-kontaktdonet 20 kan en till Brickan 10 monterad på undersidan av MCX-kontaktdonet. MCX-kontaktdonet försett med fyra ben 21 på undersidan. MCX-kontaktdonet 20 koaxialkabel anslutas substratet. sitter är ursprungligen avsett för montering på ett mönsterkort med plast i stället för keramik som isolerande lager. På ett sådant mönsterkort lödes vart och ett av de fyra benen 21 vid mönsterkortets yta.

Enligt monteras dock MCX- kontaktdonet på annat sätt. Benen 21 är 0,5 mm höga; Brickan med dess Brickans 10 yta föreliggande uppfinning in mellan de dock Hela den första sidan av brickan urtag passas fyra benen 21. sträcker sig något utanför kontaktdonets undersida. som ligger an mot MCX-kontaktdonet löds fast däremot med en 0.1 mm tjock lödfog. Lödfog och bricka fyller tillsammans upp 0,4 mm av benens 21 0,5 mm långa längd. Brickans 10 andra sida lödes därefter fast mot mönsterkortet. Den återstående 0,1 mm långa längden av benen 21 fylles upp av lödfogen mellan brickans andra sida och mönsterkortet.

I fig 2 visas även ett stift 22 i mitten av brickans 10 hål 11. Stiftet 22 är en del av kontaktdonet 20. Stiftet 22 är en elektrisk ledare med annan elektrisk potential än den vid 512 366 l- 7 kontaktytan mellan brickan 10 och kontaktdonet 20. Stiftet 22 skall anslutas mot en motsvarande punkt på mönsterkortet.

Brickans 10 hål 11 täpps inte fullständigt igen utav kontaktdonets ände efter fastlödningen utan en liten öppning 31 finns i änden av hålet.

I fig 3 visas ett MCX-kontaktdon 40 monterad på ett hårt brickan 10. MCX- kontaktdonet 40 i fig 3 skiljer sig från MCX-kontaktdonet 20 i fig 2 endast genom att en koaxkabel ansluts vinkelrätt i parallellt Utförandet och flerlagerssubstrat 50 med hjälp av stället för med substratet. dimensionerna vid den sida som vetter mot substratet är desamma. att MCX-kontaktdonet 40 står grensle över substratet 50.

Kontaktdonet 40 är fäst vid substratet 50 genona att dess I fig 3 visas brickan 10. Benens 21 ändor vilar mot sida mellan benen 21 är lödd mot brickans 10 första sidan lödd mot metallyta på substratet 50. Utrymmet mellan mönsterkortet 50 och brickans 21 andra sida är en motsvarande och kontaktdonet 40 som motsvarar benhöjden är således fyllt av brickan och de tvâ lödfogarna.

I samband med lödning av kontaktdonet 40 med brickan 10 mot också stiftet 22 så kallad lödpadd att ytterligare det hårda flerlagerssubstratet 50 lödes fast mot en motsvarande elektrisk ledare, mått. För av hålet 11 öppningen 31 efter lödningen. med noggrant avstämda fixera stiftet 22 till mitten sprutas lim ned i Kontaktdonet 20, 40 är utformat för att dess fyra ben 21 Vid montering på vanliga stället för skall lödas mot ett mönsterkort. mönsterkort med isolerande lager av plast i keramik och vid måttliga temperaturvariationer fungerar Dock inte för montering MCX-kontaktdonen 20, sådan montering tillfredsställande. på det hårda flerlagerssubstratet 50. 40 är utförda i ferritiskt stål. Detta material är bra ur 512 366 i, 8 magnetisk/elektrisk synpunkt och tillräckligt lättarbetet för att utforma kontaktdonet 20, 40. Nackdelen är att dess temperaturutvidgningskoefficient skiljer sig mycket från det det hårda flerlagerssubstratets 50. brickan 10 förstorar mönsterkortet, och därmed förbättras vidhäftningsförmågan.

Den uppfinningsenliga lödytan mot Enligt en alternativ utföringsform är ett kontaktdon förett med en bricka 10 för att kunna monteras direkt mot ett hårt flerlagerssubstrat. Kontaktdonet utföres huvudsakligen i ett material som är elektrisk/magnetisk lämpligt och lättarbetat, exempelvis ferritiskt stål. I den ände som vetter mot mönsterkortet finns en bricka 10 med en utvidgningskoefficient mellan mönsterkortets och det ferritiska stålets, exempelvis FC15. Brickan är fäst mot den ferritiska metallen med en lödfog. Brickan 10 är pläterad med lödbar metall för att kunna lödas mot mönsterkortet 50.

Den uppfinningsenliga brickan 10 lödes mot ett jordplan på substratet 50. Avståndet mellan jordplan och MCX-kontaktens mittstift påverkar impedansen. Avståndet skall utformas för att lastanpassa impedansen till den koaxialkabel som skall anslutas. Avståndet från kanten av brickans 10 hål 11 till mittstiftet 22 skall avståndet mellan jordplanet och mittstiftet 22 ifall ingen vara i samma storleksordning som bricka 10 använts.

En alternativ utföringsform av den uppfinningsenliga brickan 12 visas i figur 4 med en vy från MCX-kontaktdonets 20 ovansida. Brickan 12 sitter monterad på undersidan av MTX- kontaktdonet 20, mot substratet 50. Skymda linjer visas streckade. Brickan 12 dvs på den sida av kontaktdonet som vetter i figur 4 skiljer sig från den tidigare beskrivna brickan 10 genom att hålet 11 för MCX-kontaktdonets mittstift 22 är sätt att hålet egentligen utgör ett spår 13 i brickan från brickans 12 ena öppet i brickans 12 ena kant, på så 512 366 År 9 kant. Spàret 13 är vidgat i en cirkelform i brickans 12 mitt kring mittstiftet 22. Denna utföringsform underlättar limning av mittstiftet 22.

De fogar som fäster brickan 10 har exemplifierats ovan som lödfogar. En lödfog kan vara endera mjuklödd eller hårdlödd. Även andra fogar än lödfogar kan användas under förutsättning att de är elektriskt ledande. Exempelvis kan en epoxilimfog användas där limmet är försett med små silverkulor eller metallplätterade glaskulor.

Kontaktdonet i utföringsformerna ovan är ett MCX-kontaktdon.

Självfallet kan andra typer av kontaktdon anslutas till det det hàrda flerlagersusbtratet på det sätt och med en sådan bricka som här beskrivits. Kontaktdonen kan vara för anslutning av en koaxkabel eller för anslutning av matningsspänning.

Metoden, brickan och kontaktdonet kan förstås även användas för anslutning av kontaktdon till andra typer av mönsterkort än hårda temperaturvariationer flerlagerssubstrat och användes lämpligen där annars medför stora skjuvspänningar mellan mönsterkort och kontaktdonets material. Även andra kontaktdon kan med hjälp av en till en kondensator ellet en fästanording. komponenter än uppfinningsenlig bricka -fästas vid mönsterkortet, exempel en kylfläns, Ifall en kylfläns fästs är fogens värmeledande egenskaper Tack vara viktig. En lödfog har god värmeledande förmåga. uppfinningen kan material i mönsterkortet och komponent användas tillsammans och som annars vore uteslutna pga av deras skillnader i temperaturutvidgningskoefficienter.

Brickan tillverkas av FCl5 i utföringsformerna ovan. FCl5 är en legering av kobolt, För det fall kontaktdonet 20, ferritiskt stål och. mönsterkortet 50 ett LTCC-substrat är nickel och järn som vanligtvis säljs under namnet kovar. 40 är av FCl5 ett lämpligt matrial i brickan. Temperaturutvidgningen 512 see hos FCl5 är nära LTCC-substratet. Praktiska försök har visat att lödfogarna klarar termisk stress bra med brickan utförd fördel att_ i FCl5, och att det är en välja med en temperaturutvidgningskoefficient närmare substratets 50 än kontaktdonets 20, 24. Andra naterial i. brickan 10, 12 kan förstås användas under förutsättning att dess material anpassas efter materialen i mönsterkortet 50 och komponenten och att dess temperaturutvidgningskoefficient är mellan mönsterkortets 50 och komponentens.

I de beskrivna utföringsformerna har ett mellanliggande material medförande två elastiska fogar används mellan mönsterkortet och kontaktdonets huvudsakliga material.

Enligt principen kan dock ,fler lager med åtföljande fler fogar användas för att fördela skjuvspänningar mellan kontaktdonets huvudsakliga material och mönsterkortet.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till de ovan beskrivna och pà ritningen visade utföringsformerna, utan kan modifieras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (2)

10 15 20 25 30 35 512 366 -- ll PAIENTKRÄV

1. Metallbricka (lO,l2) k ä n n e t e c k n a d av att vara avsedd att fästas mellan ett kontaktdon (20,40) med en första temperaturutvidgningskoefficient och ett mönsterkort (50) med en andra temperaturutvidgnings- koefficient och därmed elektriskt förbinda kontaktdonet med mönsterkortet, och att brickans temperaturutvidgningskoefficient är mellan nämnda första och andra temperaturutvidgningskoefficienter. . Bricka (lO,l2) enligt kravet l med ett lödbart yttre skikt. . Bricka (lO,l2) enligt kravet l med ett hål (ll,l3) avsett att trä en elektrisk ledare (22) genom. . Bricka (lO,l2) enligt kravet 3 med en utsträckning något utanför kontaktdonets (20,40) anliggning mot brickan och varvid nämnda hål (ll,l3) något utsträcker sig utanför kontaktdonets anliggning mot brickan. . Kontaktdon huvudsakligen utfört i ett första material med en första temperaturutvidgningskoefficient och som är avsedd att anslutas till ett mönsterkort men en andra temperaturutvidgningskoefficient k ä n n e t e c k n a d av en metallbricka på den sida av kontaktdonet som skall monteras mot mönsterkortet varvid nämnda brickas temperaturutvidgningskoefficient är mellan nämnda första och andra temperaturutvidgningskoefficienter. . Kontaktdon enligt kravet 5 med ytan på nämnda kontaktsida plätterad med lödbar metall. 10 15 20 25 30 35 7. 10. ll. 512 366 Å.- 12 Metod att fästa ett kontaktdon med en första temperatur- utvidgningskoefficient vid ett jordplan på ett mönsterkort som har en andra temperaturutvidgningskoefficient k ä n n e t e c k n a d av: a) val av en metallbricka med en temperaturutvidgnings- koefficient mellan nämnda första och andra temperatur- utvidgningskoefficient; b) lödning av ena sidan av nämnda bricka mot nämnda kontaktdon; och c) lödning av motsatt sida av nämnda bricka mot nämnda mönsterkort. . Metod enligt kravet 7 varvid lödning enligt steg b) och c) föregås av plättering av brickan med lödbar metall. . Metod enligt kravet 7 med följande ytterligare steg; d) trädning av en elektrisk ledare genom ett hål i brickan och fastlödning av ledaren vid mönsterkortet. Metod enligt kravet 9 med följande ytterligare steg; e) fastlimning av ledaren i nämnda hål. Mönsterkort (50) med monterad elektromekanisk komponent (20,40) komponent en andra temperaturutvidgningskoefficient varvid mönsterkortet har en första och nämnda k ä n n e t e c k n a t av: en metallbricka med en temperaturutvidgningskoefficient mellan nämnda första och andra temperaturutvidgnings- koefficienter monterad mellan mönsterkortet och nämnda komponent (20,40) med en första fog som fäster dess första sida mot nämnda komponent och med en andra fog som fäster dess andra sida mot nämnda mönsterkort (50). 1

2. mönsterkortetär utfört som ett hàrt flerlagerssubstrat. Mönsterkort (50) enligt kravet ll varvid