DD264785A1 - METHOD FOR PRODUCING CERAMIC MULTILAYER STRUCTURES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung der o. g. Strukturen wie bspw. keramischer Gehaeuse oder Mehrebenenverdrahtungstraeger mittels Laserstrahl, wobei von gruenen Keramikfolien aus einem anorganischen pulverfoermigen keramischen Material im Gemisch mit einem organischen Bindemittel ausgegangen wird, auf die keramische oder metallische Schichten aufgebracht und die danach laminiert, zu einer Einheit gesintert und anschliessend durch Brechen in die erforderliche Geometrie gebracht werden. Hierbei sollen Deformationen, Massabweichungen und Undichtigkeiten vermieden werden. Erfindungsgemaess wird dies erreicht, indem auf die Oberflaechen des noch gruenen Folienlaminats mit einem Laserstrahl geringer Energiedichte (0,5 bis 10 mWS) ein Netz sich schneidender Linien eingesintert und nach der Sinterung des gesamten Folienlaminats das Folienlaminat entlang des eingesinterten Liniennetzes gebrochen wird.The invention relates to the production of o. G. Structures such as ceramic housing or multi-level wiring by means of laser beam, starting from green ceramic films of an inorganic powdered ceramic material mixed with an organic binder, applied to the ceramic or metallic layers and then laminated, sintered into a unit and then by breaking be brought into the required geometry. Deformations, dimensional deviations and leaks should be avoided. According to the invention, this is achieved by sintering a network of intersecting lines onto the surfaces of the still green film laminate with a laser beam of low energy density (0.5 to 10 mWS) and, after sintering the entire film laminate, breaking the film laminate along the sintered line network.
Description
Verfahren zur Herstellung keramischer Wehrschichtstrukturen mittels LaserstrahlProcess for producing ceramic weir structures by means of a laser beam
Die Erfindung betrifft ein Verfahre^, zur Herstellung keramischer Mehrschichtstrukturen mittels Laserstrahl, wobei von grünen Keramikfolien aus einem anorganischen Pulverförmigen keramischen Material im Gemisch mit einem organischen Bindemittel ausgegangen wird, auf die keramische oder metallische Schichten aufgebracht und die danach laminiert, au einer Einheit gesintert und anschließend durch Brechen in die erforderliche Geometrie gebracht werden. Diese Mehrschichtstrukturen werden bspw. als keramische Gehäuse zur Aufnahme integrierter Si-Chips bzw. als Mehrebenenverdrahtungsträger auf dem Gebiet der Hybridtechnik verwendet.The invention relates to a method for producing ceramic multilayer structures by means of a laser beam, starting from green ceramic films of an inorganic powdered ceramic material in admixture with an organic binder, applied to the ceramic or metallic layers and then laminated, sintered in one unit and then be brought into the required geometry by breaking. These multilayer structures are used, for example, as ceramic housings for accommodating integrated Si chips or as multi-level wiring substrates in the field of hybrid technology.
Es ist bekannt, bei der Herstellung von keramischen Mehrschichtstrukturen von aufeinanderfolgenden Einzelschich'en, die z. B. im Siebdruckverfahren aufgebrachte Leiterbahnen oder keramische Zwischenschichten tragen können, auszugehen und im ungesinterten Zustand unter Anwendung von Druck und ggf. von Wärme zusammenzupressen (Laminieren)(DE-A? 2 703 956).It is known in the manufacture of ceramic multilayer structures of successive Einzelschich'en z. B. silk screen printed or ceramic intermediate layers can wear, go out and squeeze in the unsintered state using pressure and possibly heat (laminating) (DE-A? 2 703 956).
Hierbei erweist es sich als nachteilig, daß die Druckkriifte nicht nur die Oberflächenschicht^ verformen, sondern auoh Innerhalb der Einzelschichten plastische Deformation hervorrufen. Das ist besonders dann der Fall, wenn die Einzelelemente durch Aussparungen in der Fläche (Fenster, Durchbrüche) bzw. durch besondere Oberflächenprofile (Leiterzüge,It proves to be disadvantageous that the Druckkriifte not only deform the surface layer ^, but cause within the individual layers plastic deformation. This is particularly the case when the individual elements by recesses in the surface (windows, breakthroughs) or by special surface profiles (conductor tracks,
1.HS1.HS
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Stege) den einseitigen Druck nur über stegartige Flächenbereiche übertragen können. Die örtlich erhöhten Spannungskonzentrationen erzeugen in der nächst tieferen Schicht Bereiche unterschiedlicher Verdichtung. Durch beheizte oder untersetzte Laminierwerkzeuge versuchte man diese Nachteile zur beheben (DE-AS 1 765 980, 1 944 618).Webs) can transmit the one-sided pressure only over web-like areas. The locally increased stress concentrations produce regions of different densification in the next lower layer. Heated or reduced lamination tools tried to overcome these disadvantages (DE-AS 1 765 980, 1 944 618).
Auch ist es bekannt, den Laminierprozeß dahingehend auszugestalten, daß die Einü^lschichten in Lösungsmitteldämpfen eingelagert oder daß sie vorher mit Lösungsmitteln angefeuchtet werden (DE-OS 2 011 628). Beim Laminieren kann aber gerade solch^ eine Verfahrensweise durch die eintretende plastische Erweichung des Bindemittels zu erheblichen Maßabweichungen führen. Ähnliches gilt für das Anfeuchten der Folienoberfläche vor der Laminierung (DD 115 105), wo außerdem noch Laminierschablonen erforderlich sind. Deshalb hat man versucht, den Laminierprozeß ganz zu umgehen, indem die einzelnen keramischen Isolationssonichten im Siebdruckveriahren aus einer entsprechend druckfähig plastifizierten Masse gebildet werden (DE-AS 2 337 141). Dieser Weg eignet sich jedoch im allgemeinen nur für Deckschichten, da sich die Siebdruckschichten nicht ohne weiteren wieder mit metallischen Leiterzügen bedrucken lassen bzw. -er Isolationswiderstand der Schicht nicht ausreicht. Aus den genannten Gründen wird häufig doch den Verfahre» der Vorzug gegeben, die mit einem Laminierprozeß arbeiten. Gleichzeitig oder nach dem Laminieren wird ein Kerbraster mit entsprechenden Werkzeugen in die noch ungesinterte und damit rohe Folie gedruckt. Nach dem Sinterprozeß erfolgt die Vereinzelung der Bauelemente durch Auseinanderbrechen entlang dieser Kerblinien (DD 246 273) · Derartige Werkzeuge versohleißen auf Grund der geringen Rasterabmessungen schnell. Die durch das Einpressen verursachten Verdichtungsunterschiede führen zu einer starken Gratbildung entlang der Kerblinien und ;u äntsprechend unsauberen Bruchflächen. Andere;. 3 βΊ^ s ist es aber auch bekannt, die genannten Kerblinien im bereits gesinterten Zustand einzubringen. Dies er- j folgt mit Ultraschall (US 3 970 819). Die hierbei eingesetzten iIt is also known to design the lamination process to the effect that the Einl ^ lschichten incorporated in solvent vapors or that they are previously moistened with solvents (DE-OS 2,011,628). In the case of lamination, however, such a procedure can lead to considerable dimensional deviations due to the plastic softening of the binder. The same applies to the moistening of the film surface before lamination (DD 115 105), where also still lamination templates are required. Therefore, attempts have been made to completely bypass the lamination process in that the individual ceramic insulation layers are formed in the screen printing method from a suitably plastically plasticized mass (DE-AS 2 337 141). However, this approach is generally only suitable for cover layers, since the screen printing layers can not be printed again without further metallic circuit traces or -er insulation resistance of the layer is not sufficient. For the reasons mentioned above, preference is frequently given to the method which works with a lamination process. At the same time or after lamination, a score grid is printed with corresponding tools in the still unsintered and thus raw film. After the sintering process, the separation of the components takes place by breaking apart along these score lines (DD 246 273). Such tools rapidly wear due to the small grid dimensions. The compression differences caused by the pressing in lead to a strong burr formation along the score lines and, correspondingly, unclean fracture surfaces. Other;. 3 βΊ ^ s, it is also known to introduce the said score lines in the already sintered state. This is done with ultrasound (US 3 970 819). The i
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Laserstrahlen weisen eine sehr hohe Energiedichte > 100 mWs) auf. Bei den verwendeten gesinterten AlgO^-Körpern konnten jedoch häufig Risse nach der Laserbearbeitung beobaohtet werden, weil infolge großer Temperaturgradienten hohe Zugspannungen entstehen, denen das Keramikmaterial nicht gewachsen ist. Nach dem Auseinanderbrechen entstehen auch in diesem Falle häufig unebene Bruchflächen, die ζ. T. eingebrannte Poren oder Krater aufweisen.Laser beams have a very high energy density> 100 mWs). In the used sintered AlgO ^ bodies, however, cracks were often observed after the laser processing, because of high temperature gradients caused high tensile stresses to which the ceramic material is not equal. After the breakup, uneven fracture surfaces, ζ, often arise in this case as well . T. have burnt pores or craters.
Das Ziel der Erfindung bestehe darin, durch die Herstellung bedingte Deformationen, Maßabweichungen und Undichtigkeiten Lei Mehrschichtstrukturen au vermeiden.The object of the invention is to avoid deformation, deviations and leaks caused by the production of multilayer structures.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung keramischer Mehrschichtstrukturen mittels Laserstrahl zu entwickeln, wobei von grünen Keramikfolien aus einem anorganischen pulverfb'rmigen keramischen Material im Gemisch mit einem organischen Bindemittel ausgegangen wird, auf die keramische oder metalliscne Schi«, ten aufgebracht und die danach laminiert, zu einer Einheit gesintert und anschließend durch Brechen in die erforderliche Geometrie gebracht werden. Dabei soll zum Spannungsabbau und zur Homogenisierung der späteren Randbereiche der vereinzelten Mehrschichtstrukturen ein Lasers+rahl verwendet werden, der im Bearbeitungsbereich die Bindemittel der Keramik bereits vor der eigentlichen Sinterung des Folien — laminate in den gasförmigen Zustand Überführt.The invention is therefore based on the object to develop a method for producing ceramic multilayer structures by means of laser beam, which is based on green ceramic films of an inorganic pulverfb'rmigen ceramic material in admixture with an organic binder, applied to the ceramic or Metalliscne Schi «th and then laminated, sintered into a unit and then brought into the required geometry by breaking. For the stress reduction and for the homogenization of the later edge regions of the singulated multilayer structures, a laser + rahl is to be used, which converts the binders of the ceramic into the gaseous state in the processing area even before the actual sintering of the film laminate.
Erfindungsgemäß wird deshalb auf die Oberflächen des noch grünen Folienlaminats mit einen Laserstrahl geringer Energiedichte (0,5 bis 10 mWs) ein Netz sich schneidender LinienTherefore, according to the invention, a network of intersecting lines is formed on the surfaces of the still green foil laminate with a laser beam of low energy density (0.5 to 10 mWs)
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eingesintert und nach der Sinterung des gesamtan Folienlaminats das Folierilaminat entlang des eingesinterten Liniennetzes gebrochen.sintered and after the sintering of gesamtan film laminate broken the film Foliarilaminat along the sintered line network.
Hierzu kümnien Lasergeräte zum Einsatz, deren Wellenlänge von den Keramikbestandteilen bzv/. den Bindemitteln gut absorbiert werden.For this laser machines are used whose wavelength depends on the ceramic components bzv /. the binders are well absorbed.
Vorteilhaft ist es, die Energiedichte des Laserstrahls proportional zum Polymerisationsgrad des eingesetzten oragnischen Bindemittels zu wählen, weil auf diese Weise ein optimaler Sinterprozeß gewährleistet ist.It is advantageous to choose the energy density of the laser beam proportional to the degree of polymerization of the oragnisches binder used, because in this way an optimal sintering process is ensured.
Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt eine Vorsinterung des Folienlaminats entlang der späteren Bruchlinien, die zugleich die Rände.o der später vereinzelten Bauelemente bilden.The inventive method causes a pre-sintering of the film laminate along the later fault lines, which at the same time form the Rände.o the later isolated components.
Die netzartige Vorsinterung beseitig in diesen besonders kritischen Randbereichen nachteilige Auswirkungen des Laminierprozesses in Form von inneren Spannungen, so daß Deformationen, Maßabweichungen und Undichtigkeiten bei den Bauelementen vermieden werden. In Verbindung mit der nachfolgenden Sinterung des gesamten Folienlaminats werden evtl/. eingetretene Defekte, offene Poren usw. ausgeheilt. Die späteren Bruchkanten des gesinterten Folienlaminats sind daher sehr gleichmäßig eben und ohne Grat.The net-like pre-sintering eliminates adverse effects of the lamination process in the form of internal stresses in these particularly critical edge regions, so that deformations, dimensional deviations and leaks in the components are avoided. In connection with the subsequent sintering of the entire film laminate may be. Erupted defects, open pores, etc. healed. The later breakage edges of the sintered film laminate are therefore very even and even with no burr.
Zur Herstellung von keramischen Gehäusen, die integrierte Schaltkreise aufnehmen sollen, wird von einem Folienlaminat aus drei Folienlagen mit einer Gesamtdicke von 1,5 mm (je FolJenlage 0,5 mm) ausgegangen. Diese Folien bestehen aus einer 94 %ig^n Al^O^-Keramik mit einem BindoKittelanteil von 5 Gew.-% auf der Basis von Polyvinylacetat zur Erzielung der Flexibilität. Nach dem Aufbringen der metallischen Leiterbahnen durch Siebdruokprozesse werden diese Folien deckungsgleich gestapelt und unter einem Druck von 10 MpaFor the manufacture of ceramic packages which are to receive integrated circuits, a film laminate of three film layers with a total thickness of 1.5 mm (0.5 mm in each case) is assumed. These films consist of a 94% strength Al.sub.2 O.sub.4 ceramic with a binding agent content of 5% by weight based on polyvinyl acetate in order to achieve flexibility. After applying the metallic interconnects by Siebdruokprozesse these films are stacked congruent and under a pressure of 10 Mpa
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laminiert. Im ungesinterten "grünen" Foliezustand wird das Folienlaminat einem längserregten, elektrisch steuerbaren COp-Gaslaser ausgesetzt, der Impulse der Energie 10 mV/s und der Länge 100 μβ , der Wellenlänge 10,6 ]xm sowie der Folgefrequenz von 1 kHz erzeugt. Dann erfolgt eine Fokussierung auf einen Durchmesser von 120 pm auf das Folienlaminat. Das Folienlaminat v/ird mit einerlaminated. In the unsintered "green" film state, the film laminate is exposed to a longitudinally excited, electrically controllable COp gas laser, which generates pulses of energy 10 mV / s and the length 100 μβ, the wavelength 10.6 ] xm and the repetition frequency of 1 kHz. Then, a focus is made on a diameter of 120 pm on the film laminate. The film laminate v / ird with a
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Geschwindigkeit von 75 mms bewegt. Die Bewegung sowie Impulssteuerung des Lasers erfolgen programmgesteuert. Auf diese Weise wird in das Folienlaminat ein Liniennetz eingeslnterx, dessen Linien im Querschnitt 0,15 _+ 0,02 mm breit sind und der gewünschten Geometrie der Bauelemente entsprechen. Dieses Liniennetz wird von beiden Seiten desSpeed of 75 mms moves. The movement and impulse control of the laser are program-controlled. In this way, in the film laminate, a line network of eingelnter x , whose lines are in cross section 0.15 _ + 0.02 mm wide and correspond to the desired geometry of the components. This line network will be from both sides of the
olienlaminats eingesintert. Erst naoh der Einsinterung cHeses Musters erfolgt die eigentliche Sinterung des Folienla.ir'.nats im Ofen bei einer Temperatur von 1500 0C mit 2h Haltezeit in einem feuchten Formiergas.Sintered olienlaminats. Only the Einsinterung cHeses NaOH pattern followed by the actual sintering of the Folienla.ir'.nats in the oven at a temperature of 1500 0 C and 2 h hold time in a wet forming gas.
Nach der Abkühlung läßt sich das gesinterte Folienlaminat an den eingesinterten Linien mühelos in die erforderlichen Geometrien der Gehäuse brechen.After cooling, the sintered film laminate on the sintered lines can be easily broken into the required geometries of the housing.
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DD30817287A DD264785A1 (en) | 1987-10-22 | 1987-10-22 | METHOD FOR PRODUCING CERAMIC MULTILAYER STRUCTURES |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN105149602A (en) * | 2015-08-16 | 2015-12-16 | 河北工业大学 | Method for preparing amorphous nanometer soft magnetism powder and special collection device of amorphous nanometer soft magnetism powder |
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1987
- 1987-10-22 DD DD30817287A patent/DD264785A1/en not_active IP Right Cessation
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CN105149602A (en) * | 2015-08-16 | 2015-12-16 | 河北工业大学 | Method for preparing amorphous nanometer soft magnetism powder and special collection device of amorphous nanometer soft magnetism powder |
CN105149602B (en) * | 2015-08-16 | 2017-03-08 | 河北工业大学 | A kind of amorphous nano soft magnetism raw powder's production technology and its collection special purpose device |
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