DE2536957A1 - Elektronisches bauelement - Google Patents

Elektronisches bauelement

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DE2536957A1 DE19752536957 DE2536957A DE2536957A1 DE 2536957 A1 DE2536957 A1 DE 2536957A1 DE 19752536957 DE19752536957 DE 19752536957 DE 2536957 A DE2536957 A DE 2536957A DE 2536957 A1 DE2536957 A1 DE 2536957A1
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Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH., 2 HAMBURG 1, STEINDAMM 94
"Elektronisches Bauelement"
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement mit zwei, Leiterbahnenmuster tragenden und mit S chaltungs elementen verbundenen, isolierenden Substraten und einem zwischen ihnen angeordneten, wärmeableitenden Körper.
So ausgebildete Bauelemente werden insbesondere dann verwendet, wenn aus elektrischen und/oder mechanischen Gründen mehrere passive und/oder aktive Schaltungselemente, die im Betrieb grössere Wärmemengen abgeben, eng miteinander verbunden sein müssen. Beispiele dafür sind z.B. vollständige Teilschaltungen, wie z.B. Eingangs Schaltungen für Fernsehempfänger (siehe z.B. DT-AS 2.334.570), die sich aus elektrischen und/oder technologischen Gründen nicht in einer einzigen, monolithischen integrierten Schaltung realisieren lassen.
Es ist bereits bekannt (US-PS 3.290.756), eine Schaltung, wie z.B. einen Multivibrator, so aufzubauen, daß die einzelnen, zusammen den Multivibrator bildenden passiven und aktiven Schaltungselemente zwischen zwei Leiterbahnen tragenden Substraten angeordnet werden, wobei der Zwischenraum zwischen den Bauelementen von einem isolierenden, wärmeableitenden Material ausgefüllt ist. Bei einem so ausgebildeten Bauelement ist es jedoch erforderlich, daß die einzelnen, zwischen den beiden Leiterbahnen tragenden Substraten angeordneten Bauelemente eine konstante Höhe aufweisen und an ihren beiden Enden mit den Leiterbahnen kontaktierbar sind; es sind also speziell und aufwendig ©usgft-
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bildete Bauelemente erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das es erlaubt, eine große Anzahl von verschiedenartigen, z.B. auch in Dünnschichttechnik, insbesondere als Mikrostripleitungen, ausgeführten Schaltungselementen auf geringem Raum miteinander zu verbinden und gleichzeitig für eine ausreichend hohe Wärmeableitung zu sorgen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden, auf mindestens einer Seite Leiterbahnenmuster und/oder Dünnschichtschaltungselemente tragenden Substrate mit dem Leiterbahnenmuster verbundene Anschlußleiter aufweisen ., daß auf den Substraten mit den Leiterbahnenmustern verbundene Schaltungselemente angeordnet sind, daß die Substrate an ihren, den Leiterbahnen tragenden Seiten abgewandten Seiten durch den wärmeableitenden Körper miteinander verbunden sind, daß die Substrate, die Anschlußleiter und mindestens der zwischen den Substraten liegende Teil des wärmeableitenden Körpers von einer isolierenden Umhüllung- umgeben sind, und daß die Anschlußleiter, die mit dem ersten Substrat verbunden sind, soweit erforderlich, mit den mit dem zweiten Substrat verbundenen Anschlußleitern verbunden sind.
Ein solches elektronisches Bauelement weist insbesondere den Vorteil auf, daß es eine große Anzahl verschiedenartiger, zu einer Schaltung verbundener Schaltungselemente auf geringem Raum vereinigt, trotzdem eine ausreichend hohe Wärmeabfuhr sicherstellt und einfach kontaktierbarist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht bei dem Bauelement der wärmeableitende Körper aus zwei miteinander verbundenen Teilkörpern, wobei jeder Teilkörper mit dem an ihm anliegenden Substrat, den zugehörigen Anschlußleitern und der diese Teile verbindenden isolierenden Umhüllung eine Einheit bildet. Es ist so möglich, das Bauelement zunächst in zwei, leichter zu
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handhabenden und vorprüfbaren Teilen herzustellen und dann erst zu dem fertigen Bauelement zusammenzufügen. Insbesondere dann, wenn das Bauelement auch größere Schaltungselemente umfassen soll, können die Substrate auch auf ihrer dem wärmeableitenden Körper zugewandten Seite diese Schaltungselemente tragen, wozu der wärmeableitende Körper mit diese Schaltungselemente aufnehmenden Ausnehmungen versehen ist.
Ist es erforderlich, über bestimmte Schaltungselemente das elektronische Bauelement nach Aufnahme in eine Schaltung besonders abzugleichen, so weisen gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der wärmeableitende Körper und gegebenenfalls ein ihm benachbarter Teil der Umhüllung eine oder mehrere Öffnungen auf, die mindestens ein Schaltungselement von außen zugänglich machen. Die mit den Leiterbahnenmustern auf den Substraten, die mindestens zum Teil als Mikrostripleitungen ausgebildet sein können, verbundenen Schaltungselemente sind zweckmäßigerweise in "beam-lead"-Technik und/oder in^Flip-chip-"Technik ausgeführt.
Die isolierende Umhüllung um den oder die wärmeableitenden Körper und das oder die Substrate besteht vorzugsweise aus einem im Spritzpreßverfahren (transfer moulding) aufgebrachten Kunststoff.
Um zu vermeiden, daß sich durch das Schrumpfen des Kunststoffes nach dem Erkalten dieser von dem wärmeableitenden Körper löst, sind der oder die wärme able it enden Körper mit schwalbenschwanzförmigen Ausnehmungen versehen, die von dem umhüllenden Kunststoff mit ausgefüllt sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines elektronischen Bauelementes nach
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der Erfindiang,
Fig. 2 einen Schnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Bauelement entlang der Linie II-II und
Fig. 3 einen Schnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Bauelement entlang der Linie IH-III.
Wie insbesondere "die FigT 3 erkennen läßt, besteht das "elektronische Bauelement nach der Erfindung im wesentlichen aus zwei die eigentliche Schaltung tragenden Substraten 1a und 1b, die auf den beiden Seiten eines langgestreckten Kühlkörpers 5 angeordnet sind.
Diese Substrate 1a und 1b bestehen aus einem isolierenden Material, z.B. Aluminiumoxid (Al2O-,). Wie die Fig. 2 erkennen läßt, sind auf der Oberseite jedes Substrates (die Fig. 2 zeigt das Substrat 1a) z.B. durch eine Mehrschicht-Metallisierung aus Cu/Ni/Au Leiterbahnen angebracht, die die einzelnen Schaltungselemente 4 miteinander verbinden und z.B. selbst Schaltungselemente, z.B. Induktivitäten, bilden können. Die einzelnen Schaltungselemente, z.B. in "beam-lead"-Technik ausgeführte passive und aktive Schaltungselemente wie Widerstände, Kondensatoren, Dioden, Transistoren, Integrierte Schaltungen, etc., sind z.B. durch Thermokompression mit den Leiterbahnen auf den Substraten 1a und 1b verbunden. Die Leiterbahnen können als sog. Mikrostripleitungen ausgebildet sein. Besonders empfindliche Schaltungselemente, z.B. Integrierte Schaltungen in "beam-lead"-Technik mit Luftisolation können bei Bedarf mit einer Kappe 41 überdeckt werden, um sie vor den mechanischen Kräften beim späteren Umhüllen zu schützen.
Mit ihren Rückseiten, die zu Abschirmzwecken oder zur Bildung der Mass/:nelektrode der Mikrostripleitungen voll metallisiert sein können-,-«ind die Substrate- 1a und 1b mit dem aus zwei Teilkörpern 5a und 5b bestehenden wärmeableitenden Körper 5, z.B.
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durch Kleben, verbunden. Wird nur ein einziger wärmeableitender Körper verwendet, so sind beide Substrate mit den beiden Hauptflächen dieses einen wärmeableitenden Körpers verbunden. Über seine wärmeableitende Funktion hinaus, dient der wärmeableitende Körper (bzw. die Teilkörper) auch als mechanische Stütze für die mechanisch sehr empfindlichen Substrate 1a und 1b.
Um besonders große Schaltungselemente 4a in das elektronische Bauelement aufnehmen zu können, sind der oder die wärme able it enden Körper mit besonderen Ausnehmungen 7 versehen, die dann einem oder mehreren großen Schaltungselementen 4a Platz bieten. Diese Schaltungselemente werden dann an der Rückseite eines der Substrate 1b oder dem wärmeableitenden Körper 5b befestigt und durch Verbindungen durch den wärmeableitenden Körper hindurch und durch das Substrat 1b hindurch mit der Schaltung verbunden. Die Ausnehmung 7 kann entweder (wie dargestellt) nur eine Einsenkung oder Vertiefung in dem wärmeableitenden Körper (bzw. den Teilkörpern) bilden oder durch den Körper (bzw. die Körper) hindurchgehen.
Um die so gebildete Schaltungsanordnung kontaktieren zu können, sind beide Substrate 1a und 1b an ihren Rändern mit Anschluß leitern 3a und 3b, z.B. durch Ultraschall-Bonden, verbunden. Um die Leiterbahnen auf der Oberseite jedes Substrates mit der Metallisierung und gegebenenfalls besonderen Leiterbahnen auf der Unterseite jedes Substrates zu verbinden, sind besondere Kontaktbänder 12 vorgesehen, die um den Rand des Substrates herumgreifen, um diese Verbindung zu bewirken. Es ist jedoch auch möglich, innerhalb jedes Substrates besondere Durchbrechungen, z.B. Bohrungen, vorzusehen, die innen metallisiert sind und so eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Ober- und der Unterseite des Substrates bewirken.
Besteht der wärmeableitende Körper 5 nur aus einem einzigen Körper, so sind die zur Verbindung der Teilschaltungen auf den bei-
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den Substraten 1a und 1b erforderlichen Anschlußleiter miteinander verbunden,und die durch den wärmeableitenden Körper 5 und die beiden Substrate 1a, 1b und die Anschlußleiter 3a und 3b gebildete Einheit von einer isolierenden Umhüllung 6 umgeben. Diese Umhüllung besteht aus einem im Spritzpreßverfahren (transfer moulding) aufgebrachten duroplastischen Kunststoff, wie es bei der Herstellung von z.B. integrierten Schaltungen in dualin-line-Technik üblich ist.
Um zu verhindern, daß der beim Erkalten schrumpfende Kunststoff sich von dem wärmeableitenden Körper 5 wieder löst, ist dieser an mehreren Stellen mit schwalbens chwanzf örmigen Ausnehmungen versehen, in die der Kunststoff mit eindringt, so daß ein Ablösen verhindert wird.
Vorzugsweise besteht der wärmeableitende Körper 5 (wie dies in den Figuren auch dargestellt ist) aus zwei Teilen 5a und 5b, so daß zunächst jeder Teilkörper 5a bzw. 5b mit dem mit ihm verbundenen Substrat 1a bzw. 1b und den zugehörigen Anschlußleitern 3a bzw. 3b eine Einheit bildet. Zweckmäßigerweise wird jede dieser Einheiten, bevor beide Einheiten zusammengefügt werden, schon mit einer isolierenden Umhüllung 6a bzw. 6b aus einem im Spritzpreßverfahren aufgebrachten duroplastischen Kunststoff versehen.
Wird in eine Ausnehmung 7 eines oder beider wärme able it enden Teilkörper 5a und 5b ein Bauelement 4b eingesetzt, so wird beim Umpressen des Substrates 1b und des Kühlkörpers 5b der Teil der Oberseite des Substrates 1b, der der Fläche gegenüberliegt, auf die das Bauelement 4b aufgesetzt wird, freigelassen, um später nach dem Einsetzen dieses Bauelementes 4b eine elektrische Verbindung mit den Leiterbahnen auf der Oberseite des Substrates 1b zu ermöglichen. Nach der Montage des Bauelementes 4b kann dann die öffnung 15 in der Umhüllung 6b mit einem geeigneten Kunststoff ausgefüllt werden.
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Wird jedoch ein einteiliger Kühlkörper verwendet, so kann das Bauelement 4b vor dem Anbringen der Umhüllung in den Kühlkörper eingesetzt und mit dem Substrat 1b bzw. 1a verbunden werden.
Jede dieser Teileinheiten kann dann vorgeprUft und/oder vorabgeglichen werden und wird dann mit der anderen Einheit dadurch zu dem vollständigen Bauelement verbunden, daß beide wärmeableitenden Teilkörper 5a und 5b zusammengefügt und die entsprechenden Anschlußleiter 3a und 3b an Punkten 11 miteinander verbunden werden. Das Zusammenfügen der wärmeableitenden Teilkörper 5a und 5b kann dadurch erfolgen, daß beide Teilxkörper durch in Bohrungen 8 eingebrachte Nieten, z.B. Hohlnieten, miteinander verbunden werden. Die durchgehenden öffnungen in den Hohlnieten können dann dazu dienen, das fertige Bauelement mit seinem wärmeableitenden Körper auf einer weiteren, wärmeabführenden Unterlage zu befestigen.
Das Verbinden der Anschlußleiter 3a und 3b an den Punkten 11 geschieht vorzugsweise durch Löten oder Schweißen. Vorzugsweise stoßen dabei die Anschlußleiter stumpf gegeneinander, um einen definierten Wellenwiderstand zu gewährleisten.
Die noch freiliegenden Anschlußleiterverbindungen 11 können dann mit einem (nicht dargestellten) geeigneten Kunststoff abgedeckt werden.
Es ist jedoch auch möglich, die beiden Teileinheiten durch eine weitere Umhüllung aus einem geeigneten Material, z.B. wieder einem im Spritzpreßverfahren aufgebrachten duroplastischen Kunststoff zu dem endgültigen elektronischen Bauelement zu verbinden. Wenn es erforderlich ist, in das Bauelement aufgenommene Schaltungselemente, so z.B. das in den Ausnehmungen 7 der wärmeableitenden Körper 5a und 5b liegende Schaltelement 4b, zu Abgleichzwecken von außen zugänglich zu halten, so weisen ein oder beide Kühlkörper 5a, 5b und gegebenenfalls die Umhüllung 6a
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bzw. 6b eine öffnung 9 auf, über die das Schaltungselement mit geeigneten Abgleichmitteln erreicht werden kann, insbesondere kann in diese öffnung 9 ein von außen betätigbares Abgleichmittel 14, z.B. eine Schraube aus geeignetem Material, eingesetzt sein·
Es ist selbstverständlich auch möglich, daß nur eine "Hälfte11 des beschriebenen Bauelementes, d.h. ein Substrat auf einem Kühlkörper, die gemeinsam umhüllt sind, ein selbständig verwendbares Bauelement bildet.
PATENTANSPRÜCHE:
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Claims (9)

  1. 25-3G957 - & -
    PATENTANSPRÜCHE:
    \ 1. j Elektronisches Bauelement mit zwei, Leiterbahnenmuster ""tragenden und mit Schaltungselementen verbundenen, isolierenden Substraten und einem zwischen ihnen angeordneten wärmeableitenden Körper, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden, auf mindestens einer Seite Leiterbahnenmuster und/oder Dünnschichtschaltungselemente tragenden Substrate (1) mit dem Leiterbahnenmuster (2) verbundene Anschlußleiter (3a, 3b) auf>-"weisen, daß auf den Substraten (1a, 1b) mit den Leiterbahnenmustern verbundene Schaltungselemente (4) angeordnet sind, daß die Substrate (1a, 1b) an ihren, den Leiterbahnen tragenden Seiten abgewandten Seiten durch den wänaeableitenden Körper (5) miteinander verbunden sind,
    daß die Substrate (1a, 1b), die Anschlußleiter (3a, 3b) und mindestens der zumischen den Substraten liegende Teil des wärmeableitenden Körpers (4) von einer isolierenden Umhüllung (6) umgeben sind,
    und daß die Anschlußleiter (3a), die mit dem ersten Substrat (1a) verbunden sind, soweit erforderlich, mit den mit dem zweiten Substrat (1b) verbundenen Anschlußleitern (3b) verbunden sind.
  2. 2. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der wärmeableitende Körper (5) aus zwei miteinander verbundenen Teilkörpern (5a, 5b) besteht, wobei jeder Teilkörper mit dem an ihm anliegenden Substrat (1a, 1b), den zugehörigen Anschlußleitern (3a, 3b) und der diese Teile verbindenden isolierenden Umhüllung (6) eine Einheit bildet.
  3. 3. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet , daß die Substrate (1a, 1b) auch auf ihrer dem wärmeableitenden Körper (5; 5a, 5b) zugewandten Seite Schaltungselemente (4a) tragen und daß der wärmeableitende Körper
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    mit diese Schaltungselemente aufnehmenden Ausnehmungen (7) versehen ist.
  4. 4. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet« daß der wärmeleitende Körper (5; 5a, 5b) und gegebenenfalls ein ihm benachbarter Teil der Umhüllung (6) eine oder mehrere öffnungen (9) aufweisen, die mindestens ein Schaltungselement (4a) von außen zugänglich machen.
  5. 5. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Leiterbahnenmuster als Mikrostripleitungen ausgeführt ist.
  6. 6. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der mit den Leiterbahnenmustern verbundenen Schaltungselemente (4) in "beam-lead"-Technik und/oder Flip-Chip-Technik ausgeführt ist,
  7. 7· Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Umhüllung (6) aus einem im Spritzpreßverfahren (transfer moulding) aufgebrachten Kunststoff besteht.
  8. 8. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die wärmeableitenden Körper (5a, 5b) mit s chwalbens chwanzf örmigen Ausnehmungen (10) versehen sind, die von dem umhüllenden Kunststoff (6) mit ausgefüllt sind.
  9. 9. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beide Einheiten miteinander verbindenden Anschlußleiter (3a) von einer weiteren isolierenden Umhüllung (6a) umgeben sind.
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