DE3010770A1 - Schaltungsanordnung mit duennfilm- komponenten - Google Patents

Schaltungsanordnung mit duennfilm- komponenten

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DE3010770A1
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DE
Germany
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substrate
film component
circuit arrangement
thin
thin film
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Withdrawn
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DE3010770A
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English (en)
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Morton Wilson Green
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Ferranti International PLC
Original Assignee
Ferranti PLC
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Publication date
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Description

Patentanwälte Dipl. leg. Hans-Jürgen MOIIer Dr. rer. nat. Thomas Berendt
Dr. -1hg. Hans Leyh luctle-Grohn-Stroee 3^ D ß Mönchen I»
-3-
Unser Zeichen: A 14 Lh/fi
Perranti Limited
Hollinwood, Lancashire, England
Schaltungsanordnung mit Dünnfilm-Komponenten
030041*0643
Ferranti Ltd. - A 14 368 -
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Schaltungsanordnungen, von denen jede wenigstens eine Dünnfilm-Komponente konventioneller Ausbildung hat/ ggf. in Verbindung mit anderen elektrischen Komponenten, wie z.B. Dickfilm-Komponenten und/oder diskreten Komponenten, beispielsweise entsprechenden Widerständen und Kondensatoren, sowie Halbleiter-Komponenten. Jede Dünnfilm-Koinponente umfaßt ein Substrat aus einem elektrisch isolierenden Material.
Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird hier eine Schaltungsanordnung beschrieben, die nur wenigstens eine Dünnfilm-Komponente aufweist, es wird aber betont, daß die Schaltungsanordnung auch andere Arten von elektrischen Komponenten, wie Dickfilm-Komponenten und/oder diskret angeordnete Komponenten aufweisen kann.
Jede solche Schaltungsanordnung umfaßt ferner von ihr ausgehende Leitungen und Anschlüsse für die Schaltung und es ist erforderlich, die Leitungen mit der Dünnfilm-Komponente zu verbinden, wobei gewöhnlich Drähte, z.B. aus Gold, verwendet werden, die mit den Leitungen und der Dünnfilm-Komponente verbunden sind.
Es ist bekannt, eine hermetisch dichte Packung für eine Dünnfilm-Komponente zu verwenden, wobei die Packung als Teil der Schaltungsanordnung angesehen wird, und die Dünnfilm-Komponente auf einer Hauptfläche eines wenigstens im wesentlichen planaren Substrates angeordnet bzw. aufgebracht wird, wobei dieses Substrat zusätzlich zu dem Substrat der Dünnfilm-Komponente vorhanden ist, worauf eine Abdeckung hermetisch auf das Substrat, das die Dünnfilm-Komponente trägt, dicht aufgebracht wird.
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Die nach außen führenden Leitungen der Schaltung werden hermetisch dicht mit dem Substrat verbunden, das die Dünnfilm-Komponente trägt und/oder mit dem Deckel, wobei die zwischen dem Deckel und dem Substrat vorgesehene Dichtung ggf. so angeordnet ist, daß die Leitungen dicht zwischen dem Deckel und dem Substrat durchlaufen. Der von dem Substrat und dem Deckel umschlossene Raum ist entweder evakuiert oder mit einem inerten Gas, wie z.B. Stickstoff, gefüllt. Eine solche Packung für eine Dünnfilm-Komponente ist sehr teuer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, im Rahmen einer Schaltungsanordnung eine zweckmäßige und einfache Packung für eine Dünnfilm-Komponente zu schaffen.
Gemäß der Erfindung hat eine Schaltungsanordnung ein wenigstens im wesentlichen planares Substrat, bei dem auf einer Hauptfläche wenigstens eine Dünnfilm-Komponente vorgesehen ist, und das die Komponente tragende Substrat ist mit wenigstens einem integralen Bund versehen, der sich normal zu dieser einen Substrat-Hauptfläche erstreckt und an wenigstens einen Rand des Substrates angrenzt, ferner mit einer Mehrzahl von Leitungen, die sich aus der Schaltung nach außen erstrecken und jede Leitung ein Ende aufweist, das wenigstens benachbart zu dieser einen Hauptfläche liegt und die Leitungen den Bund durchqueren und in dichtem Eingriff mit dem Bund stehen, daß ferner Drähte sowohl mit den Leitungsenden wenigstens benachbart zu dieser einen Hauptfläche und mit der Dünnfilm-Komponente verbunden sind und die letztere, die Drähte und die Leitungsenden wenigstens benachbart zu dieser einen Hauptfläche in ein geeignetes Vergußmaterial eingebettet oder eingekapselt sind.
Eine solche Packung innerhalb einer Schaltungsanordnung für
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wenigstens eine Dünnfilm-Komponente ist einfacher und billiger als die bekannten hermetisch abgedichteten Packungen mit einem Deckel.
Es ist bei den bekannten Vergußmassen wesentlich, wenn Drähte durch Thermo-Kompressions-Bindung mit den Leitungsenden und der Dünnfilm-Komponente verbunden werden sollen, daß, wie bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schaltung, diese Verbindung fertiggestellt wird ehe ein Teil der Schaltung in die gewählte Vergußmasse eingebettet wird, weil die für die Thermo-Kompressions-Bindung erforderliche Temperatur das Vergußmaterial nachteilig beeinflussen würde.
Die Drähte können jedoch mit den Kabelenden und der Dünnfilm-Komponente in jeder geeigneten Weise verbunden werden.
Es ist zweckmäßig, insbesondere wenn die Drähte durch Thermo-Kompression angeschlossen werden, daß sie aus Gold bestehen, und/oder die Kabelenden, mit denen die Drähte verbunden werden, wenigstens mit Gold überzogen sind, und/oder die Teile innerhalb der Dünnfilm-Komponente, mit denen die Drähte verbunden werden, aus Gold bestehen, wobei diese Teile gewöhnlich Anschlüsse für die Dünnfilm-Komponente enthalten.
Das Substrat, das die Dünnfilm-Komponente trägt und einen integralen Bund hat, kann aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen oder auch aus Metall.
Das Vergußmaterial für die Dünnfilm-Komponente, die Drähte und die Kabelenden wenigstens benachbart zu dieser einen Hauptfläche, kann ein geeigneter Kunststoff sein oder ein geeignetes Siliconmaterial.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur der Zeichnung beschrieben, die perspektivisch eine;» teilweise fertiggestellte Schaltungsanordnung nach der Erfindung zeigt«
Die dargestellte Schaltungsanordnung umfaßt ein wenigstens im wesentlichen planares Substrat 10, wobei auf einer Hauptfläche 11 des Substrates 10 eine Dünnfilm-Komponente bekannter Form anhaftet bzw. angebracht ist,und die Dünnfilm-Komponente weist ein elektrisch isolierendes Glas-Substrat auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur einige Anschlüsse 13 aus Gold für die Dünnfilm-Komponente auf dem Substrat 12 dargestellt. Das Substrat 10 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem solchen, das Aluminiumoxid enthält.
Die Goldanschlüsse 13 der Dünnfilm-Komponente sind an eine Mehrzahl von Leitungen 14 angeschlossen, die sich aus der Schaltung nach außen erstrecken und Anschlüsse aufweisen, wobei jede Leitung 14 ein Ende 14' angrenzend an die Hauptfläche 11 aufweist. Dünne Golddrähte 16 sind vorgesehen, um die Anschlüsse 13 mit den Kabelenden 14 * in der erforderlichen Weise zu verbinden, wobei die Drähte 16 mit den Anschlüssen 13 und mit den Leitungsenden 14' durch Anwendung bekannter Thermo-Kompressions-Techniken verbunden werden. Die Kabelenden 14* sind mit Gold überzogen, während im übrigen die Leitungen aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehen .
Bisher wurde die Packung einer Dünnfilm-Komponente, die als Teil einer Schaltungsanordnung angesehen wurde, fertiggestellt indem ein Deckel hermetisch dicht auf das Substrat, das die Dünnfilm-Komponente trägt, aufgebracht wurde. Die nach außen führenden Leitungen sind hermetisch dicht mit dem Substrat,
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das die Dünnfilm-Komponente trägt, verbunden worden und/oder mit dem Deckel, wobei die zwischen dem Deckel und dem Substrat vorgesehene Dichtung so ausgebildet war, daß die Leitungen dicht zwischen dem Deckel und dem Substrat hindurchlaufen. Der von dem Substrat und dem Deckel umschlossene Raum ist entweder evakuiert oder mit einem inerten Gas, wie z.B. Stickstoff, gefüllt worden. Ein solcher Packungsaufbau für Dünnfilm-Komponenten ist teuer.
Nach der Erfindung ist das Substrat 10, das die Dünnfilm-Komponente trägt, mit einem Bund 20 versehen, der normal zu der Hauptfläche 11 und angrenzend an einen Rand des Substrates verläuft. Die nach außen laufenden Leitungen 14 erstrecken sich durch den Bund 20 in einer gemeinsamen Ebene parallel zu jedoch im Abstand von der Hauptebene 11. Die Leitungen 14 verlaufen dicht bzw. abgedichtet durch Bohrungen 22 im Bund 20, unter Verwendung eines geeigneten Dichtmaterials 23, wie z.B. Glas. Das Substrat 10 mit der an ihm haftenden Dünnfilm-Komponente wird dann auf eine heiße Platte (nicht gezeigt) gebracht, die auf einer Temperatur von 28O°C gehalten wird, und die erforderlichen Thermo-Kompressions-Bindungen zwischen den Golddrähten 16 sowie den Leitungsenden 14' und den Anschlüssen 13 der Dünnfilm-Komponente werden hergestellt. Danach werden das Substrat und die Dünnfilm-Komponente von der heißen Platte heruntergenommen und die Dünnfilm-Komponente, die Golddrähte und die Leitungsenden wenigstens im Bereich angrenzend an die Substratoberfläche, die die Komponente trägt, werden in eine geeignete Vergußmasse 25 eingebettet oder eingegossen. Die Oberfläche der Vergußmasse 25 ist in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutet. Wie bekannt, werden geeignete Vergußmassen durch Temperaturen von etwa 28O°C nachteilig beeinflußt, weshalb es wesentlich ist, daß die Thermo-Kompressions-Bindung ausgeführt wird ehe irgendein Teil der
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10770
Schaltung in die gewählte Vergußmasse eingebettet wird.
Ehe derartige Packungskonstruktion für eine Dünnfilm-Komponente ist einfacher und billiger als die bekannten hermetisch abgedichteten Packungen mit einem Deckel.
Die Verwendung des Substrates 10 mit dem Bund 20 ist vorteilhaft, insofern als solch eine Schaltung leicht zu handhaben ist,und die Dünnfilm-Komponente ist durch den Bund, insbesondere während des Hersteilens der Packung, geschützt. Durch den integralen Bund 20 wird dieser Teil der Schaltung mit den davon ausgehenden Leitungen fester als dies sonst der Fall wäre, und die Schaltung wird als Ganzes fester und stabiler als eine Schaltung, bei der die Dünnfilm-Komponente in ein insgesamt planares Substrat eingegossen ist.
Ferner wird durch das Substrat 10 mit dem Bund 20 das Anbringen und die Befestigung der Leitungen 14 am Substrat 10 erleichtert, die von der Schaltung nach außen führen, wenn die Leitungsenden 14' und die Dünnfilm-Komponente in das Vergußmaterial 25 eingebettet werden.
Ferner wird durch das Substrat 10 mit dem Flansch 20 die Anordnung oder der Aufbau einer Mehrzahl äußerer identischer solcher Schaltungsanordnungen erleichtert, die entweder vertikal übereinander gestapelt werden können, wobei die Bunde in einer gemeinsamen vertikalen Ebene liegen, oder die Schaltungen können horizontal angeordnet werden, wobei beispielsweise zwei benachbarte Paare von Schaltungen mit ihren Flanschen einander gegenüberliegen.
Die Leitungen 14 sind dicht durch den Bund 20 in geeigneter Weise hindurchgeführt und es ist nur wesentlich, daß sie durch den Bund hindurchverlaufen. So können sie beispiels-
— 7 —
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weise entfernt von der die Komponente tragenden Oberfläche des Substrates, z.B. am Rand des Bundes hindurchgeleitet werden, wobei sie wenigstens teilweise durch Kanäle geführt sein können, die im Bund oder am Rand des Bundes ausgebildet sein können. Der Bund kann sich ferner längs mehr als eines Randes des Substrates erstrecken.
Zusätzlich oder alternativ kann mehr als ein Bund vorgesehen werden, der normal zu der die Komponente tragenden Oberfläche des Substrates gerichtet ist, wobei die Leitungen in dichtem Eingriff mit diesen Bunden stehen und diese durchqueren.
Die Leitungsenden, mit denen die dünnen Golddrähte verbunden sind, können an die Substratfläche, die die Komponente trägt angrenzen anstatt einen Abstand davon zu haben. Die Dünnfilmkomponente kann jede geeignete Form aufweisen, sie enthält jedoch ein Substrat aus einem elektrisch isolierenden Material. Es können mehr als eine Dünnfilm-Komponente jeweils mit einem Substrat aus elektrisch isolierendem Material auf der Hauptfläche des Substrates angeordnet werden. Andere Arten von elektrischen Komponenten, wie z.B. Dickfilm-Komponenten und/oder diskret abgepackte Komponenten, beispielsweise Widerstände und Kondensatoren sowie Halbleiter-Komponenten, können ebenfalls auf der die Dünnfilm-Komponente tragenden Hauptfläche des Substrates angeordnet werden. Die Leitungen können mit diesen anderen Komponenten durch entsprechende Drähte 16 verbunden werden.
Das die Komponente tragende Substrat, das wenigstens einen Bund aufweist, kann auch aus Metall anstatt aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen. Die Drähte können mit den Kabelenden und mit den Dünnfilm-Komponenten auch in anderer geeigneter Weise verbunden sdn, anstatt eine Thermo-Kompressions-Verbindung zu verwenden, und die Verwendung der heißen Platte
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bei der Herstellung der Schaltung kann vermieden werden.
Während es zweckmäßig ist, Thermo-Kompressions-Verbindungen zwischen den Goldteilen der Schaltungsanordnung zu verwenden, können alternativ diese Teile aus Silber, Kupfer oder Aluminium bestehen, und die Thermo-Kompressions-Verbindungen können zwischen Kombinationen von Teilen aus solchen Metallen und Gold hergestellt werden.
Das Vergußmaterial für die Dünnfilm-Komponenten, die Drähte und die Leitungsenden, wenigstens im Bereich der die Komponenten tragenden Substratfläche, kann ein geeigneter Kunststoff oder ein Siliconmaterial sein.
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Claims (7)

10770
Ferranti Ltd. - Ä 14 368 -
Patentansprüche
Schaltungsanordnung mit wenigstens einer Dünnfilm-Komponente, gekennzeichnet durch ein wenigstens im wesentlichen planares Substrat, auf dessen einer Hauptfläche die Dünnfilm-Komponente angebracht ist, daß das die Komponente tragende Substrat mit wenigstens einem integralen Bund versehen ist, der sich normal zu dieser einen Hauptfläche des Substrates erstreckt und an wenigstens einen Rand des Substrates angrenzt, daß eine Mehrzahl von Leitungen von der Schaltung nach außen führen und jede Leitung wenigstens ein Ende benachbart zu dieser einen Hauptfläche aufweist, daß die Leitungen dicht durch den Bund geführt sind, daß Drähte sowohl mit den Leitungsenden im Bereich dieser einen Hauptfläche und mit der Dünnfilm-Komponente verbunden sind, und daß die letztere, die Drähte und die Leitungsenden wenigstens im Bereich dieser einen Hauptfläche in ein geeignetes Vergußmaterial eingebettet bzw. eingegossen sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Drähte mit der Dünnfilm-Komponente und den Leitungsenden mittels Thermo-Kompressions-Bindung verbunden sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Drähte aus Gold bestehen.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das die Dünnfilm-Komponente tragende Substrat mit dem integralen Flansch aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
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-ι-
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das die Dünnfilm-Komponente tragende Substrat mit dem integralen Flansch aus Metall besteht.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Vergußmaterial ein Kunststoffmaterial ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Vergußmaterial ein Siliconmaterial ist.
030041/0643
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