DE3445690A1

DE3445690A1 - Verfahren zur herstellung eines substrates mit einem oder mehreren durchgehenden loechern

Info

Publication number: DE3445690A1
Application number: DE19843445690
Authority: DE
Inventors: Richard Berkeley Heights N.J. Brown
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1985-07-04
Also published as: JPS60145699A; FR2556916B1; GB2151853B; JPH0368555B2; GB8431541D0; FR2556916A1; US4520561A; DE3445690C2; CA1217875A; GB2151853A

Description

Verfahren zur Herstellung eines Substrates mit einem oder mehreren durchgehenden Löchern.

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Substrates zur Verwendung in einer elektronischen Schaltung und insbesondere auf die Herstellung eines Substrates dieser Art mit einem oder mehreren durchgehenden Löchern.

Bei der Herstellung eines elektronischen Schaltkreises mit einem isolierenden Substrat ist unter Umständen ein durch das Substrat gehendes Loch erforderlich, dessen Herstellung zu einem Problem werden kann. Bei einem runden Loch oder bei einem relativ weichen Substrat kann das Loch in dem Substrat einfach gebohrt oder gestanzt werden. Andere Maßnahmen sind jedoch erforderlich, wenn das Loch eine andere Form haben soll, beispielsweise rechteckig, oder wenn das Substrat spröde ist oder auch stark abrasiv ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bzw. werden ein Substrat oder mehrere Sub-

strate mit einem oder mehreren durchgehenden Löchern in
den folgenden Verfahrensschritten aus dem Substratmaterial hergestellt: Entlang einer ersten Platte aus dem Substratmaterial wird bzw. werden ein (e) oder mehrere zwischen
einer oberen und unteren Fläche der Platte verlaufende
Schlitze oder Nuten geschnitten oder gefräst, der Rand, in dem eins Nut gebildet ist. wird metallisiert, der Rand
einer zweiten Platte aus dem Substratmaterial wird metallisiert, die metallisierten Ränder der ersten und zweiten
Platte werden zusammengesetzt und fest miteinander verbunden, so daß an jeder Nut ein Loch gebildet ist, daß sich
zwischen der oberen und unteren Fläche der zusammengesetzten Platten erstreckt.

Die zusammengesetzten Platten können als ein einzelnes Substrat verwendet werden oder scheibenweise senkrecht zu
den Löchern in zwei oder mehrere Substrate geschnitten
werden. In jedem Fall kann auf einer der Flächen, entweder auf der oberen oder der unteren Fläche, des erzeugten Substrates ein oder mehrere Schaltungsmuster aufgedruckt werden und die andere Oberfläche metallisiert und mit einem
Septum verbunden werden, das von den metallisierten Rändern der ersten und der zweiten Platte gebildet ist. Um
Substrate für entsprechende elektronische Schaltungen

herzustellen, kann jede derartige Substratplatte oder
-scheibe mit ihren gedruckten Schaltungsmustern und mit
der metallisierten Fläche in Chips geschnitten, gebrochen oder sonstwie geteilt werden.

im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnähme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Platte aus
isolierendem Substratmaterial mit einer Vielzahl

von Nuten, die in einen Rand der Platte eingeschnitten sind;

-ο-Ι Fig. 2a eine perspektivische Ansicht einer entsprechend Fig. 1 genuteten Platte, deren Rand metallisiert ist;

Fig. 2b und 2c zwei Ausführungsformen einer passenden metallisierten Platte, die vorbereitet ist, mit der Platte nach Fig. 2a fest zusammengesetzt zu werden;

Fig. 3 und 4 eine perspektivische Ansicht einer fertigen Platte, die zerteilt werden kann;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines endgültigen Substrates, auf dem Schaltungsmuster aufgebracht sind; und

Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 der Fig. 5, die Einzelheiten eines fertigen Substrates zeigt, in dessen Loch ein aktives Bauteil angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt eine Platte 10 aus einem Substratmaterial, beispielsweise Beryllium- oder Aluminiumoxid, also polykristalline keramikartige Materialien, die für Mikrowellenschaltungen mit aktiven Leistungsbauelementen geeignet sind. Einkristalline Materialien, beispielsweise Saphir, sind ebenfalls geeignet. Berylliumoxid ist ein besonders gutgeeignetes Substratmaterial, da es ein ausgezeichneter elektrischer Isolator und ein ausgezeichneter Wärmeleiter ist. Wie die meisten Materialien hat auch Berylliumoxid einige Nachteile. Beispielsweise ist Berylliumoxid ziemlich porös, so daß es schwierig ist, auf seiner Oberfläche ein genaues Schaltungsmuster aufzudrucken. Eine Lösung dieses Problems gibt das US-Patent 4 376 287 (8. März 1983) von Franco Sechi. Außerdem ist Berylliumoxid ein sprödes, und durch Abrasion verschleißendes Material, das macht es

3U5690

schwierig, Löcher einzubringen. Dieses Problem führte zu der vorliegenden Erfindung.

Der Grund, ein Substrat mit einem Loch zu versehen, wird am besten anhand der Fig. 6 dargestellt, die einen Schnitt durch eine fertige Mikrowellenschaltung zeigt. Der Maßstab der Fig. 6 ist größer als der Maßstab der Fig. 1 bis 5. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet ein Substratmaterial, das metallisierte Lochwände 22a und 22b eines Loches 22 umgibt.

In dem Loch 22 ist ein aktives Leistungsbauelement, beispielsweise ein FET-Pellet 24, angeordnet. Drahtleitungen oder -verbindungen, beispielsweise 26 und 27, führen von einer oberen Fläche 24a des Pellets (beispielsweise von der Gate oder der Drain-Elektrode) zu einem auf einer oberen Fläche 20a des Substrates 20 befindlichen Schaltungsmuster (siehe Fig. 5). Eine untere Fläche 24b des Pellet 24 (beispielsweise die Source-Elektrode) ist in elektrischem Kontakt mit einer leitenden Lochfüllsubstanz 28, die beispielsweise ein Lotmetall, eine Epoxymasse oder ein Metalleinsatz oder irgendeine Kombination von diesen sein kann.

Wird das Pellet 24, wie dargestellt,in dem Loch angeordnet, so können die Drahtverbindungen, beispielsweise 26 und 27, sehr kurz sein, wodurch sich bei den für Mikrowellenschal-^α tungen maßgeblichen Frequenzen eine sehr geringe Induktivität ergibt. Wäre das Pellet 24 mit seiner Fläche 24a auf der Fläche 20a des Substrates 20 angeordnet, müßten die Drahtverbindungen 26 sehr viel langer sein, und sich damit

eine übermäßig große Induktivität ergeben. 30

Fig. 1 zeigt eine (teilweise im Schnitt gezeigte) Substratplatte 10 mit einem(-er) oder mehreren Schlitzen oder Nuten 32, von denen drei dargestellt sind und die, in einem ersten Verfahrensschritt zur Herstellung einer Mikrowellenschaltung, in einem Rand oder einer Fläche 34 der Substratplatte 10 gebildet sind. Eine rechteckige Nut 32 erleichtert

zwar den Einbau eines rechteckigen Pellets, wie es in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben ist, jedoch ist auch irgendeine andere geeignete Form möglich. Die Nuten 32 werden mit einer Maschine in die Substratplatte 10 eingebracht, beispielsweise mit Hilfe einer üblichen Fräsmaschine.

Wie Fig. 2a zeigt, wird der Rand 34 der Substratplatte 10 metallisiert, die Metallisierung kann mit irgendeinem hierzu geeigneten Verfahren durchgeführt werden. Auch die Nuten 32 können, abhängig von dem Anwendungsfall, metallisiert sein. Gepunktete Flächen 36 in Fig.2 bezeichnen diese metallisierten Flächen der Substratplatte 10. Eine typische metallisierte Schicht umfaßt eine relativ dünne Chromschicht, die an der Platte 10 haftet, und eine relativ dicke (25-50μΐη) Kupferschicht, die an der Chromschicht haftet. Fig. 2b zeigt eine passende Substratplatte 40, die in Abmessung und Material der Substratplatte 10 ähnlich ist und die einen bzw. eine zu dem Rand 34 der Substratplatte 10 passenden(-e)Rand öder Fläche 42 aufweist. Der Rand 42 ist mit demselben Verfahren und denselben Materialien metallisiert, die zur Metallisierung der Schicht 36 verwendet wurden.

Es kann sein, daß in die Substratplatte 10 nur relativ flaehe Nuten 32 eingeschnitten werden dürfen. Eine für diese Fälle geeignete Ausführungsform der Platte 40 ist eine in Fig. 2c gezeigte Platte 44 mit einer oder mehreren Nuten 46, die in der gleichen Weise und mit demselben Abstand wie die Nuten 32 auf der Substratplatte 10 hergestellt sind. Wie die Punkte in der Zeichnung andeuten, ist der Rand 48 der Substratplatte 44 ähnlich wie der Rand 42 der Substratplatte 40 metallisiert.

In Fig. 3 ist die Substratplatte 10 mit der Substratplatte 40 fest zusammengesetzt gezeigt, wobei der genutete Rand 34 (Fig. 2a) der Substratplatte 10 passend mit dem Rand 42 (Fig. 2b) der Substratplatte 40 ausgerichtet ist. Die

— y —

feste Verbindung zwischen den beiden metallisierten Flächen kann mit einer der üblichen Verfahren, beispielsweise mit dem Thermokompressionsverfahren in inerter Atmosphäre, erfolgen. Im Ergebnis werden durch das Zusammensetzen der beiden Substratplatten Löcher gebildet, beispielsweise 50 (in Fig. 3 sind drei Löcher dargestellt), die sich von einer oberen Fläche 52a bis zu einer unteren Fläche 52b einer zusammengesetzten Substratplatte 52 erstrecken. Die metallisierte Schicht 58, die sich von der Fläche 52a bis zur Fläche 52b erstreckt, wird als Septum bezeichnet und dient als elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Flächen.

Fig. 4 zeigt die andere Ausführungsform, bei der der Rand (Fig. 2a) der Substratplatte 10 fest mit dem Rand 48 (Fig. 2c) der Substratplatte 44 verbunden ist. Das zusammengesetzte Substrat 52 mit den Löchern 50 und einem Septum 58 ist im wesentlichen identisch mit dem in Fig. 3 gezeigten Substrat.

in dem nächsten Verfahrensschritt wird die Substratplatte in Substratplattenstücke mit der endgültigen Größe geschnitten. Natürlich ist es auch möglich, die zusammengesetzten Substratplatten 52 mit endgültiger Abmessung als einzelnes Substrat zu verwenden. Aus praktischen Gründen ist es bes-

²^ ser, die zusammengesetzten Platten 52 entlang der in Fig. 3 gezeigten Linien, beispielsweise 54a, 54b, und entlang weiterer hierzu paralleler Linien in Scheiben zu schneiden. Diese Schnitte sind senkrecht zu den Löchern 50 geführt.

Die zusammengesetzten Platten 52 können außerdem entlang

der in Fig. 3 gebröchen gezeichneten Linien, beispielsweise 56a, 56b, und entlang weiterer hierzu paralleler Linien in Chips geschnitten werden, um so die endgültigen Substrate zu erzeugen. Die Bezeichnungen "Scheiben" und "Chips" werden im Zusammenhang mit dem Zerschneiden der zusammengesetzten Platten 52 nur zur Unterscheidung der relativen

_₁₀" 3U5690

Schnittrichtungen verwendet, sie haben ansonsten keine besondere Bedeutung.

In Fig. 5 ist ein fertiges Substrat gezeigt, der Maßstab in Fig. 5 ist größer als der in den Fig. 1 bis 4 und kleiner als der in Fig. 6 verwendete Maßstab. Das fertige Substrat aus Fig. 5 wird durch Schneiden der Platte in Scheiben entlang der in Fig. 3 gebrochen gezeichneten Linie 54a, 54b und durch Schneiden der Platte in Chips entlang der gebrochen gezeichneten Linien 56a, 56b erhalten. Die Anzahl der Scheiben, die parallel zu den Linien 54a, 54b über die zusammengesetzten Platten 52 angefertigt sind, hängt von der Plattendicke (typisch 2,5 cm) und von der gewünschten Dicke des fertigen Substrats ab. Aus einer zusammengesetzten Platte werden typischerweise 10 bis 20 Scheiben oder Schichten gewonnen, von denen jede 0,4 bis 0,6 mm dick ist.

Die Anzahl der Schnitte parallel zu den Linien 56a, 56b zur Bildung der Chips hängt von der Anzahl der Nuten ab, die in der ursprünglichen Platte eingearbeitet sind, und von der Anzahl der Löcher, die für jedes fertige Substrat vorzusehen ist. Ein typisches Fertigsubstrat weist ein oder zwei Löcher auf. Typisch ist auch, daß 40 bis 150 fertige Substrate von einem zusammengesetzten Substrat 52 durch Schneiden in Scheiben und in Chips erzeugt werden.

Nach der Fertigung der Scheiben aber vor der Fertigung der Chips und der endgültigen Substrate werden auf der oberen Fläche des zukünftigen Substrates die gewünschten gedruckten Schaltungsmuster erzeugt. Das in Fig. 5 gezeigte gedruckte Schaltungsmuster ist ein typisches, wenn auch nicht das einzig mögliche Schaltungsmuster für jedes einzelne fertige Substrat. Eine leitfähige Grundfläche 70 ist auf der unteren Fläche einer jeden Substratscheibe auf konven-

^⁵ tionelle Weise angebracht. Das Substrat 20 ist durch einen Schnitt entlang 72 aufgebrochen gezeigt, so daß die Grund-

fläche 70 sichtbar ist- Einige Leitungen des gedruckten Schaltungsmusters werden typischerweise mit dem Septum 58 verbunden. Eine Leitung 60 ist hierfür ein Beispiel. Andere gedruckte Schaltungsleitungen werden mit Absicht von dem Septum entfernt gehalten. Beispiele für solche Leitungen sind 62 und 64.

Schaltungselemente, die die verschiedenen gedruckten Schaltungsleitungen verbinden, können entweder auf das Substrat gedruckt sein oder können diskrete Bauteile sein. Ein die Leitungen 62 und 60 verbindender Kondensator 66 ist ein Beispiel für ein gedrucktes Schaltungsteil. In dem Loch des fertigen Substrates ist ein aktives Bauelement, beispielsweise ein FET-Pellet 24, angeordnet. Bei einer anderen Ausführugnsform kann eine andere Schaltung, beispielsweise Koppler oder andere Substratmaterialien, in dem Loch 22 (Fig. 6) angeordnet sein.

Wie oben erwähnt, sind die verschiedenen Elektroden auf dem Pellet 24 mit dem gedruckten Schaltungsmuster auf dem fertigen Substrat durch Drahtleitungen verbunden. Demgemäß verbindet beispielsweise die Drahtleitung 26 das Pellet 24 mit der Leitung 64 und die Drahtleitung 27 das Pellet 24 mit der Leitung 62.
25

Es sei betont, daß die Fig. 6, die oben beschrieben wurde, die Ansicht eines Schnittes entlang der Linie 6-6 der Fig. 5 ist und einen Teil der fertigen Schaltung in Fig. 5

mit vergrößertem Maßstab darstellt.
30

Auch wenn die Löcher in dem Substrat besonders nützlich zum Einsetzen von aktiven Bauteilen sind, wie es in Verbindung mit den Fig. 5 und 6 beschrieben ist, sind diese Löcher auch für andere Zwecke als die Aufnahme eines FET-Pellets nützlich.

Claims

D R. D FEYBR V. S E2Ö L D :": DIPL. IKTG. PETER"S'CHÜf'Z DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER PATENTANWÄLTE MARIA-THER6SIA-STRASSE 22 POSTFACH 86 02 60 D-8OOO MUENCHEN 86 RCA 79817/An USSN: 562,244 AT: 16. Dezember 1983 ZUGELASSEN DEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPEEN TELEFON 10891 4706006TELEX S22 630 TELEGRAMM SOMBEZ FAX GR Il + III (0891 2 7160 63 RCA Corporation, New York, N.Y., V.St.v.A. Verfahren zur Herstellung eines Substrates mit einem oder mehreren durchgehenden Löchern. Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer elektrisch isolierender Substrate (20, Fig. 5 und 6), von denen jedes mindestens ein durchgehendes Loch (22) aufweist, aus einem Substratmaterial (Berylliumoxid oder Aluminium), gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

(a) Einschneiden in einen Rand (34) einer ersten Platte (10) aus dem Substratmaterial einer oder mehrerer Nuten (32), von denen jede sich von einer oberen bis zu einer unteren Fläche der Platte (10) erstreckt,

(b) Metallisierung (bei 36) des Randes (34), in dem die Schlitze gebildet sind,

(c) Metallisierung eines Randes (42) einer zweiten Platte (40) aus dem Substratmaterial,

(d) Zusammensetzung und feste Verbindung der metallisierten Ränder der ersten und der zweiten Platte (10, 40), wodurch bei jeder Nut ein entsprechendes Loch (50), das sich von der oberen bis zur unteren Fläche der zusammengesetzten Platten erstreckt, gebildet wird, so daß, soweit die zusammengesetzten Platten (10, 40) das Substrat umfassen, ein gedrucktes Schaltungsmuster (60, 62, usw.) entweder auf der oberen oder unteren Fläche der zusammengesetzten Platten (10, 40) gebildet werden kann und die andere Fläche der zusammengesetzten Platten (10, 40) metallisiert und mit einem Septum (58), das von den metallisierten Rändern der Platten (10, 40) gebildet ist, verbunden werden kann. 15

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verfahrensschritt (d) ein weiterer Schritt ausgeführt wird, in dem die zusammengesetzten Platten senkrecht zu ihren Löchern in zwei oder mehreren Substrat· scheiben geschnitten werden, so daß die obere und untere Fläche der so hergestellten Substratscheiben mit einem entsprechenden Schaltungsmuster, das aufgedruckt wird, versehen bzw. metallisiert werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Verfahrensschritt angefügt wird, in dem jedes Substrat so in Chips geteilt wird, daß jedes Chip mindestens eines der Löcher enthält.

^ÖW

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes erzeugte Substrat mit einer elektronischen Schaltung, die ein aktives Bauteil (24) umfaßt, versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Verfahrensschritte

angefügt werden:
35

I das aktive Bauteil (24) wird in einem entsprechenden Loch angeordnet und

das aktive Bauteil (24) wird mit entsprechenden Teilen g des gedruckten Schaltungsmusters durch Leitungen (26_f 27) verbunden.