DE3017447A1

DE3017447A1 - Mikrogehaeuse fuer einen elektronischen schaltkreis und hybridschaltkreis, welcher ein solches mikrogehaeuse aufweist

Info

Publication number: DE3017447A1
Application number: DE19803017447
Authority: DE
Inventors: Roland Val
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1979-05-10
Filing date: 1980-05-07
Publication date: 1980-11-13
Also published as: DE3017447C2; US4408256A; FR2456388A1; FR2456388B1

Description

PAT ENTAN WA LT

D 8 MÖNCHEN 22, THIERSCHSTRASSE 27 TELEGRAMME: MAYPATENT MÜNCHEN TELEX 52 4487 PATOP TELEFON C0 8S3 22 6Oei

T-23-P-3/1700 3 München, 7. Mai 1980

MTI/5O346/TAB Dr.M/mw

THOMSON-CSF in F-75OO8 Paris / Frankreich

Mikrogehäuse für einen elektronischen Schaltkreis und Hybridschaltkreis, welcher ein solches Mikrogehäuse aufweist.

Kurze Zusammenfassung (Abstrakt) der Erfindung

Die Erfindung betrifft Mikrogehäuse zum Verkapseln von elektronischen Schaltkreisen. Elektronische Schaltkreise enthalten häufig Entkoppelungskondensatoren oder andere Kondensatoren, welche im Verhältnis zu den integrierten Teilen einen erheblichen Raum des Gehäuses einnehmen. Erfindungsgemäß wird der Boden des Verkapselungsgehäuses nach Metallisierung seiner beiden Seiten als Kondensatoren benutzt. Das dielektrische Material wird entsprechend den gewünschten Kapazitätswerten gewählt. Für hohe Werte besteht der Boden des Mikrogehäuses aus einem Mehrschichten-Kondensator. Die Erfindung findet besonders Anwendung für Hybrid-Schaltkreise.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Verkapselungsgehäuse für Hybrid-Schaltkreise und genauer die Integrierung einer oder mehrer Entkoppelungskapazitäten in das Gehäuse.

Hybridschaltkreise vereinigen auf ein und derselben Trägerplatte Bauteile, von denen einige sogenannte diskrete Bauteile sind, wie Transistoren, Widerstände, Kapazitäten, und andere integrierte Schaltkreise sind. Diese liegen entweder in Form von Mikrogehäusen vor, meist umhüllt von Kunststoff, oder in Form von nackten Chips ; in diesem Fall sind sie in Mikrogehäusen aus Keramik ohne Kontaktstifte gekapselt, die Chip-Träger (englisch: chipcarrier) genannt werden.

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Im übrigen erfordert ein Schaltkreis häufig mindestens eine oder zwei Entkoppelungskapazitäten, die nicht integrierbar sind und erhebliche Abmessungen bezüglich der Abmessung des integrierten Schaltkreises aufweisen. Auf diese Weise nimmt die Anordnung von beispielsweise Eingangskapazität, Schaltkreis, Ausgangskapazität auf der Trägerplatte des Hybridschaltkreises eine nicht zu vernachlässigende Fläche ein, was im Widerspruch steht zu der Erhöhung der Dichte, welche durch den hohen Entwicklungsstand der gegenwärtigen Materialien erzwungen wird.

Die Erfindung bezweckt nun die Schaffung von elektronischen Kreisen, besonders Hybridschaltkreisen, mit einem Mikrogehäuse, bei denen wenigstens ein Kondensator von einem Teil des Mikrogehäuses selbst gebildet und damit integriert ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Mikrogehäuse für einen elektronischen Schaltkreis, das die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, den Boden des keramischen Mikrogehäuses als Dielektrikum der Entkoppelungskapazität oder Entkoppelungskapazitäten zu verwenden, indem man falls erforderlich, andere Produkte als Aluminiumoxid benutzt, um geeignete Kapazitätswerte und annehmbare Dicken zu erhalten.

Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein Mikrogehäuse für elektronische Schaltkreise das einen teilweise metallisierten Gehäuseboden aufweist, auf dem der Chip des Schaltkreises befestigt ist und das dadurch gekennzeichnet ist, daß einerseits der Boden des Gehäuses auf seinen beiden Hauptflächen metallisiert ist, um die Beläge mindestens eines Kondensators zu bilden und andererseits das den Boden des Gehäuses bildende starre Material aus solchen Materialien ausgewählt ist, die eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung, die sich auf die beigefügten Figuren bezieht. Diese zeigen: Fig. 1 einen Aufbau eines Hybridschaltkreises bekannter Art; Fig. 2 ein bekanntes keramisches Mikrogehäuse ohne seinen Deckel; Fig. 3 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Mikrogehäuse;

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ORlQfNAL INSPECTED

Fig. 4 eine erste vervollkommnete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikrogehäuses;

Fig. 5 eine zweite vervollkommnete Ausführungsform der Erfindung; Fig. 6 eine dritte vervollkommnete Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt sehr vereinfacht einen Hybridschaltkreis. Auf einer Trägerplatte 1 sind von den zahlreichen darauf vorhandenen Bauteilen nur zwei gekapselte Schaltkreise 2 und 3 und zwei Entkoppelungskondensatoren 4 für den Eingang/Ausgang oder die Verbindung zwischen aktiven Schaltkreisen dargestellt, während die zahlreichen anderen·Bauteile nicht gezeigt sind, Der Schaltkreis ist in einem Keramikgehäuse vom Typ "chip carrier" gekapselt, und der Schaltkreis 3 ist in einem Kunststoffgehäuse von der Art verkapselt, wie sie nach den internationalen Normen unter der Bezeichnung SO8 bekannt sind.

Fig. 1 zeigt selbst ohne genauen Maßstab, daß der oder die der Koppelung (Verbindung) dienenden Kondensatoren, die an der Seite eines aktiven Schaltkreises, wie eines integrierten Schaltkreises, auf den Träger geschweißt oder gelötet sind, eine bezüglich des Mikrogehäuses nicht zu vernachlässigende Fläche einnehmen, welche in jedem Fall größer ist als die des nackten Chips des aktiven Schaltkreises. Dieser Umstand widerspricht der Notwendigkeit einer hohen Kompaktheit oder Baudichte.

Fig. 2 zeigt ein Mikrogehäuse bekannter Art, wobei der Deckel noch nicht befestigt ist und außerdem ein Teil der Seitenwände weggebrochen ist, um das Innere des Mikrogehäuses zu zeigen.

Dieser Typ von Mikrogehäuse besteht aus einem Boden oder Träger 5 aus Aluminiumoxid, Keramikmaterial oder jedem anderen Material, das gleichzeitig starr, elektrisch isolierend und vorzugsweise ein guter Wärmeleiter ist. Metallisierungen 6 oder Kontaktflächen für AußenanSchlüsse verbinden zwei Verbindungsleisten, die beiderseits des Trägers angeordnet sind. An den Verbindungsleisten einer Seite sind die Verbindungsdrähte mit dem Chip des integrierten Schaltkreises angelötet oder geschweißt, die Verbindungsleisten der anderen Seite sind an den Hybridschaltkreis angeschweißt. Ein Rahmen 7 verleiht dem Mikrogehäuse eine genügende Dicke, damit der nicht gezeigte Deckel die Verbindungsdrähte nicht berührt.

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Der Boden des Mikrogehäuses weist einen metallisierten Bereich auf, der dazu dient, die Befestigung des Chips 9 des integrierten Schaltkreises durch Schweißen oder Löten zu ermöglichen. Die Kontaktflächen am integrierten Schaltkreis sind mit den Kontaktflächen auf den Metallisierungen 6 mittels Gold- oder Aluminium— drähten 10 verbunden. Es ist bemerkenswert, daß in fast allen Fällen, wo der aktive Schaltkreis auf der Grundlage Silicium oder Galium-Arsenid hergestellt ist, das Mikrogehäuse eine Metallisierung 8 oft aus Gold aufweist, um ein Schweiß-Eutektikum Gold-Silicium zu bilden.

Fig. 3 zeigt im Schnitt sehr vereinfacht ein erfindungsgemäßes Mikrogehäuse.

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Im Prinzip benutzt die Erfindung den Träger 11 des Mikrogehäuses und den metallisierten Bereich 12 auf der Innenseite des Trägers, um einen Kondensator zu bilden, der durch einen zweiten metallisierten Bereich 13, welcher auf der anderen Hauptseite des Trägers angeordnet ist, vervollständigt ist.

Das Dielektrikum 11 und der Belag 12 dieses Kondensators entsprechen jeweils dem Träger 5 und dem metallisierten Bereich 8 der Fig. 2, jedoch sind die Bezugszahlen verändert, da Art und Form dieser Elemente der Ausbildung eines Kondensators angepaßt sind.

Unter diesen Bedingungen ist der Boden des Mikrogehäuses, der als Dielektrikum 11 dient, von solcher Art und Dicke gewählt, um den gewünschten Kapazitätswert zu erhalten, unter Berücksichtigung der Fläche der Metallisierung 12, die mindestens groß benug sein muß, daß der Chip des integrierten Schaltkreises 9 darauf geschweißt werden kann, jedoch andererseits klein genug, um im Inneren des Mikrogehäuses Platz zu finden, ohne die Kontaktflächen 6 kurzzuschließen. Der richtige Wert der Kapazität wird so durch einen Kompromiß zwischen der Art der möglichen Materialien: Aluminiumoxid, Bariumtitanat usw., der Dicke des vom gewählten Material gebildeten Dielektrikums und der berechneten Fläche des Metallbelages 12, die nur innerhalb geringer Grenzen verändert werden kann, erhalten. Die Fläche des Metallbelages 1 3 kann größer sein als die des Innenbelages 12.

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Die zur Herstellung der Beläge 12 und 13 angewandte Technologie erfordert keine komplexen Ketten von Metallen vom Typ Molybdän/ Mangan plus Nickel plus Gold oder Molybdän/Wolfram plus Nickel plus Gold oder auch Wolfram plus Nickel plus Gold. Die einfachste, großtechnischer Durchführung am besten angepaßte und billigste Art der Metallisierung mittels einer Paste auf der Grundlage von Palladium, die beispielsweise mittels Siebdruck aufgebracht wird, ist viel besser geeignet. Außerdem ist dadurch die Schweißbarkeit (Lötbarkeit) des integrierten Schaltkreises auf dem Mikrogehäuse und des Mikrogehäuses am Hybridschaltkreis erleichtert, da eine Metallisierung mit Palladium mit dem Lot/Blei/zinn verträglich ist, während Metallisierungen mit Gold zu spröden Zusammensetzungen führen.

Das Mikrogehäuse der Fig. 3, das ausgehend von einem Kondensator gebildet wird, der die Funktion des Gehäusebodens erfüllt, wird vervollständigt durch Anschlußflächen 6, einen Rahmen 7 der erforderlichen Dicke und einen nicht gezeigten Deckel.

Fig. 4 zeigt eine vervollkommnete Ausführungsform der in Fig. 3 gezeigten Grundform der Erfindung.

Der als Dielektrikum eines Kondensators verwendete Träger 11 besteht hier aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante. In diesem Fall, und wenn der Boden des Gehäuses aus einem einzigen Stück hergestellt ist, wie im Fall der Fig. 3, können störende Kapazitäten zwischen zwei benachbarten Streifen der durch ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante getrennten Kontaktflächen 6 auftreten.

Die Erfindung sieht vor, den Boden des Gehäuses aus einem zusammengesetzten Material herzustellen. Der Mittelteil, der das Dielektrikum 11 des Kondensators bildet, weist eine hohe Dielektrizitätskonstante S₁ auf. Der Außenbereich, der die Kontaktflächen 6 trägt, hat eine geringe Dielektrizitätskonstante £ _. Dieser Außenbereich besteht aus mindestens einem Rahmen 14 von einer Dicke gleich der des Dielektrikums 11 und genügenden Abmessungen, daß die Kontaktmetallisierungen 6 darauf abgeschieden werden, was folglich in der Ebene des Belages 12 geschieht. Jedoch ist diese Bedingung der Abmessungen nicht günstig

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für eine Verkleinerung des Mikrogehäuses und für die Kompaktheit des Hybridschaltkreises. Ein Vorteil dieser verbesserten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Lötstellen der Kontaktflächen 6 auf eine andere Ebene als die des Innenbelages 12 des Kondensators verlegt werden, wobei der zweite Rahmen 15 diesen Zweck erfüllt. Er besteht wie der erste Rahmen aus einem Material mit geringer Dielektrizitätskonstante £₂ und überdeckt teilweise das Dielektrikum 11, sodaß die Lötstellen sich in einem möglichst kleinen Abstand vom Rand des Belages befinden, ohne daß sie jedoch- auf einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante S₁ abgeschieden sind.

Selbstverständlich können erfindungsgemäß die Teile 14 und 15 ein einziges Stück bilden. Jedoch ist es unter Berücksichtigung der Abmessungen des Mikrogehäuses nicht einfach, einen monolithischen einzigen Rahmen 14 + .15, der einen Absatz aufweist, herzustellen, und es ist technisch vorteilhaft, zwei Rahmen 14 und 15 aufeinander zu legen, die leicht aus einem Keramikblatt vor dem Glühen ausgeschnitten werden können. Das Mikrogehäuse nach Fig. 4 wird vervollständigt durch einen Rahmen 7, auf dem ein nicht gezeigter Verschlußdeekel aufgelötet oder aufgeschweißt ist.

Fig. 5 zeigt eine andere Verbesserung der Grundform der Erfindung. Häufig benötigt ein elektronischer Schaltkreis einen Entkoppelungskondensator an seiner Eingangsklemme und einen Entkoppelungskondensator an seiner Ausgangsklemme, d.h. zwei Kondensatoren .

Unter der einzigen Bedingung, daß die Werte dieser Kondensatoren nicht zu hoch sind, werden diese hergestellt durch Metallisieren des Bodens des Gehäuses 1 mit hoher Dielektrizitätskonstante £ ₁, um einen Satz von vier Belägen zu bilden, nämlich einerseits die Beläge 16 und 17, die einen ersten Kondensator bilden, und andererseits die Beläge 18 und 19, die einen zweiten Kondensator bLMen.

Ausgehend von dieser Vorstellung zweier integrierter Kondensatoren auf ein und dem gleichen Boden des Gehäuses sind mehrere Ausführungsformen oder Verbesserungen möglich.

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ORIGINAL INSPECTED

In Fig. 5 sind die Sätze von Belägen 16+17 und 18+19 nebeneinander gezeigt. Sie können konzentrisch sein, und erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß ein Kondensator, z.B. 16 + 17, mittig auf dem Boden des Gehäuses angeordnet ist und der andere Kondensator, also 18 + 19, die Form eines Ringes um den ersten Kondensator aufweist. In einem solchen Fall ist der Chip des integrierten Schaltkreises auf den Belag 17 geschweißt (gelötet), und ein geeigneter Verbindungsdraht verbindet den Belag 1 9 mit einer der Kontaktflächen 6 des Gehäuses oder einer der Bondflächen des integrierten Schaltkreises. Bei einem anderen häufigen Fall haben die beiden Kondensatoren jeder einen mit der elektrischen Masse des Schaltkreises verbundenen Belag. So gehört auch der Fall, daß zwei der Beläge elektrisch verbunden sind, zum Bereich der Erfindung. Beispielsweise wenn der Träger des integrierten Schaltkreises an Masse liegt und die Beläge 17 und 19 ebenfalls an der Masse liegen, ist es eine technische Vereinfachung, die Beläge 17 und 19 durch eine einzige Metallisierungsschicht herzustellen, auf die der Chip des integrierten Schaltkreises geschweißt (gelötet) ist. Die Werte der Kapazitäten sind in diesem Fall durch die Flächen der Beläge 16 und 18 festgelegt.

Umgekehrt fällt in den Bereich der Erfindung auch der Fall, wo die Beläge 16 und 1 8 mittels einer einzigen Metallisierungsschicht hergestellt sind, wobei dann der Belag 19 vorzugsweise konzentrisch zum Belag 17 ist.

Die für Fig. 5 gewählte Darstellung ist absichtlich vereinfacht und weist einen Gehäuseboden aus einem einzigen Material mit hoher Dielektrizitätskonstante £.. auf. Es ist vorteilhaft, die bezüglich Fig. 4 erläuterte Vervollkommnung mit der Vervollkommnung nach Fig. 5 zu vereinigen; man erhält so ein Mikrogehäuse mit zwei Kondensatoren für den Eingang und Ausgang, die auf einem Gehäuseboden mit hoher Dielektrizitätskonstante ausgebildet sind, und mit einem Rahmen aus einem Material mit geringer Dielektrizitätskonstante, der die Kontakte trägt.

In der bisher beschriebenen Form betrifft die Erfindung Kondensatoren, die aus nur zwei Belägen und einem Dielektrikum bestehen. Der Wert der möglichen Kapazitäten ist begrenzt einerseits durch die verfügbaren Dielektrika und andererseits durch

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die Flächender Beläge, die nicht vergrößert werden können, wenn man nicht den Vorteil des Mikrogehäuses verlieren will.

Fig. 6 zeigt eine Vervollkommnung, welche eine Lösung in Richtung auf verhältnismäßig hohe Kapazitätswerte bietet.

Zum Unterschied von der Grundform der Erfindung, bei der der Mikrogehäuseboden aus einem Kondensator mit einer einzigen Dielektrikumsschicht besteht, ist das Mikrogehäuse der Fig. 6 ausgehend von einem Mehrschichtenkondensator aufgebaut.

Die Mehrschichtenkondensatoren werden hergestellt durch Stapeln von einseitig metallisierten Keramikplättchen. Jede Metallisierung ist bezüglich des sie tragenden Plättchens zentriert, außer an einer Seite, wo die Metallisierung den Rand des Plättchens erreicht. Man kann so den elektrischen Kontakt mit dem Metallisierungen herstellen. Außerdem sind die Kontaktstellen abwechselnd an einem Rand eines ersten Plättchens und dann am gegenüberliegenden Rand eines anderen Plättchens vorgesehen, sodaß man einen Satz von Belägen, den Metallisierungen, erhält, der auf der einen Seite des Kondensators durch eine Metallisierung verbunden ist, während der andere Satz von Belägen an der gegenüberliegenden Seite des Kondensators durch eine andere Metallisierung 21 verbunden ist.

Die Verwendung eines solchen Mehrschichtenkondensators als Gehäuseboden erfordert, daß ein Satz der Beläge ebenfalls mit einer Kontaktfläche 22 verbunden ist, welche den Kontakt mit dem Träger des integrierten Kreises herstellt, während der andere Satz von Belägen mit einer Metallisierung 23 verbunden ist, welche den Kontakt mit dem Träger des Hybridschaltkreises herstellt.

Die Möglichkeit, unter mehreren Dielektrika zu wählen und die nötige Anzahl von Belägen zu stapeln, um die gewünschte Kapazität zu erhalten, erschließt der Erfindung einen großen Bereich von Ausführungsformen und Anwendungen. Außerdem ermöglicht das Herstellungsverfahren der Mehrschichtenkondensatoren die Herstellung eines Gehäusebodens mit zwei Mehrschichtenkondensatoren Seite an Seite in einem Arbeitsgang.

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Ein Mikrogehäuse nach Fig. 6 wird vervollständigt durch einen Rahmen 14 oder Doppelrahmen 14 + 15, der die Kontaktflächen 6 trägt, wie Fig. 4 zeigt, sowie durch einen Isolationsrahmen 7 und einen Verschlußdeckel.

Die Erfindung wurde besonders für den üblichsten Fall beschrieben, wo ein Chip eines integrierten Schaltkreises im Mikrogehäuse gekapselt ist. Die Erfindung betrifft jedoch ebenfalls den allgemeineren Bereich von monolithischen Mikroschaltkreisen, die schwierig zu handhaben sind, was der Hauptgrund für ihre Verkapselung ist.

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Claims

PATENTANWALT

D S MÜNCHEN 22, THIERSCHSTRASSE 27

TELEGRAMME: MAYPATENT MÜNCHEN

TELEX 52 4487 PATOP

TELEFON CO SQJ 22 50 61

T-23-P-3/17OO München, 7. Mai 1980

MTI/50346/TAB ' Dr.M/mw

THOMSON-CSF in F-75OO8 Paris / Frankreich

Mikrogehäuse für einen elektronischen Schaltkreis und Hybridschaltkreis, welcher ein solches Mikrogehäuse aufweist.

Patentansprüche

Π Λ Mikrogehäuse für einen elektronischen Schaltkreis mit einem teilweise metallisierten Gehäuseboden, der zur Aufnahme des Chips des Schaltkreises bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum einen der Gehäuseboden (11) auf seinen beiden Hauptflächen metallisiert ist, um die Beläge (12 und 13) mindestens eines Kondensators zu bilden, und zum anderen das starre Material des Gehäusebodens unter den Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante £.. ausgewählt ist.
2. Mikrogehäuse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangskontaktflächen (6) des Mikrogehäuses von einem Rahmen (14 + 15) getragen sind, der mit dem Gehäuseboden (11) fest verbunden und aus einem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante β₂ hergestellt ist, während der Gehäuseboden aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante £^ besteht.
3. Mikrogehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seiten des Gehäusebodens (11) jede mit mehreren Metallisierungsflächen versehen sind, um mindestens zwei nebeneinander angeordnete Kondensatoren (16 + 17 und 18+19) zu · bilden.
4. Mikrogehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flächen des Gehäusebodens (11) mit mehreren Metallisierungsflächen versehen sind, um mehrere Kondensatoren zu bilden, wobei die auf der Innenseite des Mikro-

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gehäuses aufgebrachten Metallisierungsflächen untereinander konzentrisch sind und die Mittelfläche zur Aufnahme des Chips des elektronischen Schaltkreises bestimmt ist.
5. Mikrogehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseboden aus einem Mehrschichtenkondensator besteht, bei dem ein Satz der Beläge mit der Trägerplatte des Hybridschaltkreises durch eine erste Kontaktfläche (20 + 22) verbunden ist und der andere Satz von Belägen mit dem Träger des elektronischen Schaltkreises durch eine zweite Kontaktfläche (21 + 23) verbunden ist.
6. Mikrogehäuse nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseboden aus zwei nebeneinander ausgebildeten und fest miteinander Verbundenen Mehrschichtenkondensatoren besteht.
7. Hybridschaltkreis, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens ein· Mikrogehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.

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