AT402871B

AT402871B - Verfahren zur herstellung einer trägerplatte für elektrische schaltungen

Info

Publication number: AT402871B
Application number: AT0121195A
Authority: AT
Original assignee: Mikroelektronik Ges Mit Beschr
Priority date: 1995-07-17
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 1997-09-25
Also published as: ATA121195A; DE19627713A1

Description

AT 402 871 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Trägerplatte für elektrische Schaltungen, wobei auf einer nichtleitenden Grundlage insbesondere aus AI2O3 eine leitende Schicht aufgebracht wird, indem eine Paste, die in einer ein Lösungsmittel umfassenden organischen Trägerflüssigkeit verteilte Kupferteilchen enthält, auf Teilflächen aufgetragen und durch Erhitzen gesintert wird.

Bei der Herstellung von Trägerplatten für elektrische Leitungen werden derzeit nur ganz dünne Schichten für Stromstärken unter 1 A durch Sintern von aufgetragenen Pasten hergestellt. Bevorzugt werden Pasten verwendet, welche Silberteilchen enthalten, doch sind auch Kupferpasten in Verwendung. Bei einer Schichtdicke von 20 u spricht man bereits von einem Dickschichtmodul. Für höhere Leistungen sind so dünne Schichten nicht geeignet, weshalb für Stromstärken oberhalb von 1 A Kupferfolien bis 1 mm Dicke unter Vermittlung einer Zwischenschicht aus CU2O mit keramischen Grundplatten aus Al203 verbunden werden (DE 41 17 004). Bekannt sind auch Leiterplatten bei denen auf ein Aluminiumblech eine thermisch leitende, aber isolierende Kleberschicht und darauf eine Kupferfolie bis zu 0,1 mm Dicke aufgebracht werden. Die leitende Kupferfolie wird jeweils durch ein Ätzverfahren strukturiert.

Der naheliegende Gedanke, für den höheren Leistungsbereich die bekannten Silberpasten einfach dicker aufzutragen, ist nicht praktikabel, da die Glasanteile der Paste beim Sintern in die Schicht eindiffundieren. Außerdem wäre Silber in der notwendigen Schichtdicke viel zu teuer.

Die Erfindung soll es ermöglichen, die für den niedrigen Leistungsbereich in Schichtdicken bis zu 20 u zur Herstellung von gesinterten leitenden Schichten verwendeten Kupferpasten nunmehr im hohen Leistungsbereich und bei entsprechend großer Schichtdicke zu verwenden. Um dies zu erreichen, wurde zunächst versucht, zunächst eine dicke Schicht von Kupferpaste aufzutragen, diese zu sintern, dann die nächste Schicht aufzutragen usw.. Die Haftung der Schichten aneinander war jedoch äußerst schlecht. Mitunter ließen sich die äußeren Schichten sogar wie eine Haut abziehen. Es war daher überraschend, daß es schließlich doch gelungen ist, durch Modifikation des Auftragungs- und Trocknungsverfahrens eine leitende Schicht aus gesintertem Kupfer mit einer Dicke von über 100 u zu erzielen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens zwei Schichten der Paste unmittelbar übereinander aufgetragen werden, wobei nach dem Aufträgen jeder einzelnen Schicht das in dieser enthaltene Lösungsmittel ausgedampft wird, und daß alle Schichten gemeinsam gesintert werden.

Das geschilderte Verfahren konnte ohne weiteres bei bis zu fünf Schichten angewendet werden, wobei diese Schichtzahl keineswegs eine obere Grenze darstellen muß.

Die Erfindung liefert erstmals eine Trägerplatte mit einer gesinterten Kupferschicht, deren Impedanz unter 2 mOhm / Flächeneinheit liegt. Mit einer Schichtdicke von 180 u konnte die Impedanz sogar auf 0,25 mOhm/Flächeneinheit herabgedrückt werden. Jetzt, da das durch die schwierige Herstellbarkeit begründete Vorurteil gegen derartig dicke Kupferbeläge überwunden ist, scheint es durchaus möglich, derartige Schichten auch mittels anderer Herstellungsverfahren zu erzielen. Der Schutz der beanspruchten Trägerplatte soll daher vom hier geoffenbarten speziellen Verfahren unabhängig sein. Die mit diesem Verfahren hergestellten Schichten weisen eine extrem hohe Haftfestigkeit zum Substrat auf. Sie liegt etwa bei dem doppelten Wert einer silberhaltigen Schicht.

Anschließend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles weiter erläutert.

Ausführungsbeispiel:

Auf eine keramische Grundplatte aus AI2O3 wurde mittels einer Metallschablone oder im Siebdruck eine Kupferpaste aufgetragen. Diese enthielt 75 Gew.-% Kupferpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 3 u, 8 Gew.-% eines pulverförmigen keramischen Flußmittels und eine organische Trägerflüssigkeit. Im vorliegenden Fall bestand das keramische Flußmittel aus einer Mischung von Zinkoxid, Kalziumoxid, Aluminiumoxid und Siliziumoxid. Die Verwendung von Bleioxid, Wismutoxid usw. wäre ebenso möglich.

Als organische Trägerflüssigkeit, welche der Paste die gewünschte Viskosität verleiht, wurde eine 5-prozentige Lösung von Ethylcellulose in Texanol verwendet.

Die Kupferpaste wurde in einer Lage von 60 u Dicke partiell auf die Grundplatte aufgetragen und anschließend noch unter normaler Atmosphäre bei 120'C vom Lösungsmittel befreit. In gleicher Weise wurde eine zweite Schicht aufgetragen und das Lösungsmittel abgedampft und schließlich eine dritte Schicht aufgetragen und in gleicher Weise getrocknet. Anschließend wurde die beschichtete Platte in Stickstoffatmosphäre auf etwa 500 *C erhitzt und die sich entwickelnden Gase, welche auf die Reste der organischen Trägerflüssigkeit zurückzuführen sind, entfernt. Bei weiterer Erhöhung der Temperatur bis auf schließlich 900 * C kam es zum Schmelzen des Flußmittels und schließlich zur Sinterung der Kupferteilchen.

Die elektrischen Eigenschaften der fertigen Trägerplatte waren hervorragend, wobei sich vor allem eine Dicke der Gesamtschicht zwischen 150 bis 200 u als günstig erwies. Beispielsweise konnte bei dem 2

Claims

AT 402 871 B beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einer Schichtdicke von 180 u der Widerstand pro Flächeneinheit auf 0,25 mOhm gesenkt werden. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer Trägerplatte für elektrische Schaltungen, wobei auf einer nichtleitenden Grundlage insbesondere aus AI2O3 eine leitende Schicht aufgebracht wird, indem eine Paste, die in einer ein Lösungsmittel umfassenden organischen Trägerflüssigkeit verteilte Kupferteilchen enthält, auf Teilflächen aufgetragen und durch Erhitzen gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schichten der Paste unmittelbar übereinander aufgetragen werden, wobei nach dem Aufträgen jeder einzelnen Schicht das in dieser enthaltene Lösungsmittel ausgedampft wird, und daß alle Schichten gemeinsam gesintert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdampfen des Lösungsmittels bei einer Temperatur von höchstens 150*0, vorzugsweise bei etwa 120*C erfolgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern durch Erhitzen der Trägerplatte in Stickstoffatmosphäre erfolgt, wobei im Temperaturbereich von etwa 500 *C in Gasform entweichende Reste der organischen Trägerflüssigkeit abgesaugt werden und erst anschließend die Sintertemperatur von etwa 900 * C eingestellt wird.
4. Trägerplatte für elektrische Schaltungen, welche auf einer nichtleitenden Grundlage, insbesondere aus AI2 O3, eine gesinterte Kupferschicht trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht mindestens 100 u beträgt.
5. Trägerplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kupferschicht 150 bis 200 u beträgt.
6. Trägerplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand einer quadratischen Fläche der Kupferschicht weniger als 0,5 mOhm beträgt.
7. Trägerplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierenden Schichten Haftfestigkeiten von ä 20 N/mm2 aufweisen. 3