-
Die Erfindung bezieht sich auf Keramiksubstrate, die vor allem auf dem Gebiet der Telekommunikation eingesetzt werden und betrifft metallisierte, hermetische Durchkontaktierungen, wie sie beispielsweise für Datenübertragungsanlagen, und insbesondere in Mikrowellenschaltungen zur Anwendung kommen können und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
-
Für Datenübertragungsanlagen in der Telekommunikation werden Schaltungen benötigt, die mehrere oder zahlreiche Durchkontaktierungen durch die jeweiligen Substrate benötigen. Derartige Durchkontaktierungen werden auch Vias genannt.
-
Als Substratmaterialien werden insbesondere für Hochfrequenzanwendungen aufgrund der thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften im Wesentlichen Aluminiumoxid- und Aluminiumnitrid-Keramiken eingesetzt.
-
Die Vias in polymerbasierten Leiterplatten werden bekanntermaßen hergestellt, indem Öffnungen in diese eingebracht und nachfolgend mit einer Paste gefüllt werden. Die eingesetzten Pasten, bestehend aus leitfähigem Material und Polymer werden mit der Leiterplatte gehärtet bei Temperaturen nicht höher als die thermische Stabilität der Leiterplatte erlaubt. Das verwendete Polymer bildet nach dem Aushärten eine Matrix für die leitfähigen Partikel. Derartige Pasten und Verarbeitungsschritte sind gut bekannt (
JP 2001-192 554 A ;
US 6 193 910 B1 ;
JP 2000-138 432 A ;
US 6 096 411 A ), können jedoch nicht für Keramiksubstrate angewendet werden.
-
Weiterhin bekannt ist aus der
US 4 861 641 A ein Substrat mit dichten Metall-Vias, welches hergestellt wird, indem in einen Keramikgrünkörper aus beispielsweise Aluminium- oder Zirkoniumoxid eine Vielzahl von Löchern gestanzt werden, in die metallische und nichtmetallische anorganische Bestandteile eingebracht werden. Die Löcher sollen dabei frei von Glasfüllstoffen sein. Dieser Keramikgrünkörper wird mit den gefüllten Via`s gesintert. Der fertige Keramikkörper enthält dann weniger als 1 Gew.-% einer Glasphase und in den Vias befindet sich dann ein Metall oder eine Metalllegierung, die im Wesentlichen frei von Glasphase ist.
-
Aus Kaiser, A. u.a. IMAPS Conference Oulu, Juni 2007 ist weiterhin ein Verfahren zum Füllen von Vias in Keramiksubstraten bekannt, bei dem entsprechende Löcher in Keramiksubstrate eingebracht werden, die Lochwände mit einer Metallisierungsschicht versehen werden und danach durch galvanische Verfahren die Vias vollständig mit einem Metall gefüllt werden. Nach der
US 5 454 928 A ist bekannt, dass nach dem galvanischen Füllen der Vias mit Gold Poren im Via verbleiben. Diese Poren können beseitigt werden, indem das Metall in einer Wärmebehandlung aufgeschmolzen und abgekühlt und abschließend die Oberflächen geschliffen und poliert werden.
-
Für die Vias unabhängig von ihrer Anwendung werden übereinstimmend die Forderungen gestellt, dass sie sehr gut elektrisch und thermisch leitfähig sein müssen, eine möglichst vollständig glatte und mit dem Substrat ebene Oberfläche sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite aufweisen und hermetisch sein sollten. Diese Forderungen werden von den Vias nach dem Stand der Technik nur in unzureichendem Maße und/oder nicht gleichzeitig erfüllt. Hinzu kommt, dass nach der Füllung, Sinterung und Oberflächenmetallisierung bei auftretenden Wärmebehandlungsschritten Ausgasungen auftreten, die zu Blasenbildungen und damit zu Verlusten und/oder Änderungen der elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten führen.
-
Für den Fall der Füllung der Vias mittels galvanischer Verfahren ist von besonderem Nachteil, dass diese Verfahren extrem lange Zeiten (bis zu 40 h) erfordern.
-
Weiterhin bekannt ist aus der
US 5 011 725 A ein Verfahren zur Herstellung von Substraten mit Vias als vollständige Öffnungen, die mit einem porösen hochschmelzenden metallischen Material gefüllt werden und die Poren dieses hochschmelzenden metallischen Materials mit einem zweiten metallischen Material gefüllt werden.
-
Gemäß der
US 4 861 641 A ist ein Substrat mit dichten metallischen Vias bekannt, bei dem ein grünes oder gesintertes Keramiksubstrat mit Löchern für die Vias vorhanden ist und die Vias ein Material aus anorganischen Bestandteilen von Wolfram, Aluminium und Nickel oder Palladium enthalten und das Via-Material vollkommen glasfrei ist. Die Poren des Viamaterials können mit einem glasfreien Infiltrationsmaterial gefüllt sein.
-
Aus der
US 5 337 475 A ist ein Verfahren zur Herstellung von Keramiksubstraten mit leitfähigen Vias bekannt, wobei die Vias mit einer Mischung aus Kugeln der Glaskeramik des Substrates als Hauptkomponente und aus Partikeln eines Metalls als Minderkomponente gefüllt sind und nach der Sinterung die Glaskeramik die Vias hermetisch abdichtet.
-
Nach der
DE 43 37 749 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Keramik-Multilayern bekannt, bei dem in einem Stapel von grünen Keramikfolien ein Sonderfolie angeordnet ist, die nach dem Sintern eine poröse Platte bildet, wobei Bereiche der porösen Platte durch eine Dichtmasse, die beim Sintern in die Sonderfolie eindringt, gebildet werden, die dann thermische Dichtbereiche gegenüber Flüssigkeiten, Gasen oder Dämpfen bilden.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe von metallisierten, hermetischen Durchkontaktierungen mit einer gleichmäßigen und glatten Oberfläche und guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten sowie in einem einfachen und kostengünstigen Verfahren zu ihrer Herstellung.
-
Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Bei den erfindungsgemäßen metallisierten, hermetischen Durchkontaktierungen in einem gesinterten Keramiksubstrat sind die in dem Keramiksubstrat vorhandenen Öffnungen für die Durchkontaktierungen mit mindestens einem von Oberfläche zu Oberfläche des Substrates durchgehenden Netzwerk aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Materialien gefüllt und Öffnungen im Netzwerk des elektrisch leitfähigen Materials mindestens im Bereich der Substratoberflächen mit einem Material, bestehend aus einem Glas, einem Weichlot und/oder einem Polymer im Wesentlichen gefüllt, und mindestens über den Bereichen der Durchkontaktierungen an mindestens einer der Oberflächen des Keramiksubstrats ist mindestens eine Metallisierungsschicht aufgebracht.
-
Vorteilhafterweise besteht das Keramiksubstrat aus Aluminiumoxid, aluminiumoxid-basierenden Keramiken, aluminiumoxid-basierenden Kompositen, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Siliziumnitrid, Zirkonoxid und/oder Siliziumcarbid.
-
Ebenfalls vorteilhafterweise sind die Öffnungen mittels Laser im gesinterten Substrat oder mittels Stanzen in die ungesinterte Keramik eingebracht worden.
-
Weiterhin vorteilhafterweise weisen die Substrate eine Dicke von 0,1 bis 5,0 mm auf.
-
Und auch vorteilhafterweise sind als elektrisch leitfähige Materialien Ag, Au, Pt, Pd, Cu und deren Legierungen vorhanden.
-
Vorteilhaft ist es, wenn das durchgehende Netzwerk aus elektrisch leitfähigen Materialien so strukturiert ist, dass die Durchkontaktierungen elektrisch leitfähig sind.
-
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn als Glas ein PbO-haltiges oder PbO-freies Glas vorhanden ist.
-
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn als Weichlot AuSn- oder SnPbAg-Lot vorhanden ist.
-
Und auch vorteilhaft ist es, wenn als Polymer Polyimid vorhanden ist.
-
Von Vorteil ist es auch, wenn die hermetische Füllung der Öffnungen im Netzwerk durch eine geschlossene Porosität von < 10 % charakterisiert ist.
-
Und auch von Vorteil ist es, wenn die hermetische Füllung der Öffnungen im Netzwerk durch eine geschlossene Porosität von < 5 % charakterisiert ist.
-
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn die Füllung der Öffnungen im Netzwerk der elektrisch leitfähigen Materialien ausgehend von beiden Substratoberflächen nur teilweise vorliegt, wobei die Füllung im Bereich der Substratoberflächen vollständig und dicht realisiert ist, zur Mitte der Durchkontaktierungen hin aber unvollständig oder nicht vorhanden sein kann.
-
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn der mittlere Durchmesser der Öffnungen für die Durchkontaktierungen 100 bis 500 µm beträgt.
-
Vorteilhafterweise besteht die Metallisierungsschicht aus einer Haftschicht und der eigentlichen Metallisierungsschicht, wobei noch vorteilhafterweise die eigentliche Metallisierungsschicht aus Cu, Ni oder Au besteht und/oder die Haftschicht aus CrNi, TiW oder Ti besteht.
-
Auch vorteilhafterweise weist die Metallisierungsschicht eine Dicke von 6 bis 20 µm auf.
-
Und weiterhin vorteilhafterweise ist die Metallisierungsschicht auf beiden Seiten der Öffnungen vorhanden.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von metallisierten, hermetischen Durchkontaktierungen werden in ein gesintertes Keramiksubstrat Öffnungen für Durchkontaktierungen eingebracht, danach die Öffnungen mit einer Paste, die mindestens elektrisch leitfähige Partikel und/oder Precursoren zur Bildung derartiger elektrisch leitfähiger Partikel zur Ausbildung eines von Oberfläche zu Oberfläche des Substrates durchgehenden elektrisch leitfähigen Netzwerkes enthält, gefüllt, nachfolgend die Paste getrocknet und gesintert, danach eine weitere Paste mindestens auf die Öffnungen der Durchkontaktierungen in den Substratoberflächen aufgebracht, die mindestens ein Glas, ein Weichlot und/oder ein Polymer enthält, anschließend auch diese Paste getrocknet und/oder gesintert oder aufgeschmolzen und abschließend mindestens auf die Öffnungen der Durchkontaktierungen in den Substratoberflächen mindestens eine Metallisierungsschicht aufgebracht.
-
Vorteilhafterweise werden als Keramiksubstratmaterialien Aluminiumoxid, aluminiumoxid-basierende Keramiken, aluminiumoxid-basierende Komposite, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Siliziumnitrid, Zirkonoxid und/oder Siliziumcarbid eingesetzt.
-
Ebenfalls vorteilhafterweise werden die Öffnungen mittels Laser im gesinterten Substrat oder mittels Stanzen in die ungesinterte Keramik eingebracht.
-
Weiterhin vorteilhafterweise werden Öffnungen für die Durchkontaktierungen mit Durchmessern von 100 bis 500 µm eingebracht.
-
Und auch vorteilhafterweise werden als elektrisch leitfähige Partikel zur Ausbildung eines von Oberfläche zu Oberfläche des Substrates durchgehenden elektrisch leitfähigen Netzwerkes Metallpartikel eingesetzt.
-
Von Vorteil ist es, wenn das Sintern der Paste, die mindestens elektrisch leitfähige Partikel zur Ausbildung eines von Oberfläche zu Oberfläche des Substrates durchgehenden elektrisch leitfähigen Netzwerkes enthält, bei Temperaturen von 800 bis 1000 °C innerhalb von 10 bis 200 min durchgeführt wird.
-
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn das Sintern der Glaspaste bei Temperaturen von 500 bis 900°C innerhalb von 10 bis 60 min durchgeführt wird.
-
Und auch von Vorteil ist es, wenn das Aufschmelzen des Weichlotes bei Temperaturen von 200 bis 450°C innerhalb von 0,5 bis 5 min durchgeführt wird.
-
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn das Trocknen des Polymers bei Temperaturen von 250 bis 400°C innerhalb von 30 bis 120 min durchgeführt wird.
-
Vorteilhaft ist es auch, wenn als Glas ein PbO-haltiges oder PbO-freies Glas eingesetzt wird.
-
Und auch vorteilhaft ist es, wenn als Weichlot AuSn- oder SnPbAg-Lot eingesetzt wird.
-
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn als Polymer Polyimid eingesetzt wird.
-
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Oberflächen der gefüllten Durchkontaktierungen und/oder die Substratoberfläche zur Herstellung einer ebenen Oberfläche bearbeitet werden, wobei noch vorteilhafterweise die Oberflächenbearbeitung mittels Sputtern und Verfahren zur galvanischen Verstärkung durchgeführt wird, wobei noch vorteilhafterweise die galvanische Verstärkung mit Cu oder Au durchgeführt wird.
-
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird es möglich, metallisierte, hermetische Durchkontaktierungen in bereits gesinterten Substraten herzustellen und bereitzustellen, die aufgrund ihrer Hermetizität und glatten Oberflächen nach der Metallisierung sehr gute elektrische, mechanische und thermische Eigenschaften aufweisen.
-
Hermetizität ist theoretisch definiert, als eine hermetische Packung, die die Diffusion von Helium (z.B. Leckrate < 10–6 bis 10–8 atm × cm3s–1, nach MIL-Standard 883E, Methode 1014.9 – abhängig von der Gehäusegröße) und die Diffusion von Feuchtigkeit und Wasserdampf verhindert Dies soll auch im Rahmen dieser Erfindung unter Hermetizität verstanden werden.
-
Die erfindungsgemäß erreichte Hermetizität der Durchkontaktierungen wird im Wesentlichen dadurch realisiert, dass mindestens in den Bereichen, in denen das Füllmaterial die Netzwerkstruktur ausfüllt, im Wesentlichen nur geschlossene Porosität vorliegt und weiterhin durch die Metallisierungsschicht.
-
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht gerade in der Hermetizität sowie der elektrischen und mechanischen Stabilität der Durchkontaktierung, so dass während der nachfolgenden Herstellung einer komplexen Schaltung und insbesondere während der Weiterverarbeitung der bereits gebrannten und metallisierten Durchkontaktierungen zur Unterbringung in Gehäusen auch bei Lötprozessen bei Löttemperaturen und unter Vakuum keine Gase und/oder Flüssigkeiten freigesetzt werden und die Netzwerkstruktur der Metallfüllung erhalten bleibt.
-
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch ihren Einsatz in komplexen Schaltungen die Hermetizität der komplexen Schaltungen insbesondere gegenüber Gasen und Flüssigkeiten während der Betriebszeit in bekanntem aber auch in deutlich besserem Maße gewährleistet werden kann. Durch die Hermetizität werden Oxidations- und/oder Korrosionsprozesse innerhalb der komplexen Schaltung verhindert, was auch dazu führt, dass sich die nach Fertigstellung der Durchkontaktierungen erreichten elektrischen Werte der Materialien nicht mehr verändern.
-
Weiterhin ist von Vorteil bei der erfindungsgemäßen Lösung, dass für die Füllung der Löcher zur Herstellung der Durchkontaktierungen handelsübliche, bekannte Pasten eingesetzt werden können und diese dann auch nach bekannten Verfahren mittels Dickschichttechnik, wie beispielsweise ein strukturiertes Aufbringen mittels Schablonendruck, verarbeitet werden können.
-
Durch die Füllung der Löcher, die in die bereits gesinterten Keramiksubstrate eingebracht werden, kommt es auch während der Sinterung der Pasten zu keinen Abmessungsänderungen, wobei die Sintertemperaturen für die Pasten immer unter den Sintertemperaturen der Substrate liegen müssen und vorteilhafterweise bei möglichst niedrigen Temperaturen dicht gesintert werden sollen. In jedem Falle muss die Sinterung der Pasten bei solchen Bedingungen durchgeführt werden, dass die organischen Bestandteile der Pasten vollständig entfernt werden.
-
Nach dem Sintern oder auch bekanntermaßen Einbrennen der ersten Paste, die mindestens elektrisch leitfähige Partikel zur Ausbildung einer Netzwerkstruktur enthält, weist diese Netzwerkstruktur eine offene Porosität von 20–30 % auf. Auf die mit dem Netzwerk gefüllten Löcher in den Keramiksubstraten wird nun ebenfalls wieder mit an sich bekannten Verfahren der Dickschichttechnik eine zweite Paste aufgebracht, die mindestens ein Glas, ein Weichlot und/oder ein Polymer enthält. Vorteilhafterweise wird diese zweite Paste auch mittels Schablonendruck nur auf die mit dem Netzwerk gefüllten Löcher aufgebracht, um überschüssige Paste nicht gesondert entfernen zu müssen. Während der Temperaturbehandlung dieser zweiten Paste bildet sich eine flüssige Phase aus Glas, Weichlot und/oder Polymer, welche in die Öffnungen im Netzwerk der elektrisch leitfähigen Materialien eindringt. Dies bedeutet, dass die Einbrenntemperatur für die zweite Paste einerseits niedriger als die Sintertemperatur der ersten Paste sein muss, andererseits aber so hoch, dass sich eine flüssige Phase aus Glas, Weichlot und/oder Polymer bilden kann. In Abhängigkeit von der jeweiligen Einbrenntemperatur und den gewählten Materialien weist dabei die flüssige Phase ein unterschiedliches Viskositäts- und Benetzungsverhalten auf, so dass von den Substratoberflächen ausgehend, die flüssige Phase weiter zur Mitte hin in das Netzwerk eindringen kann. Dabei muss aber gesichert werden, dass einerseits ausreichend flüssige Phase vorhanden ist, um eine hinsichtlich des Querschnitts der mit dem Netzwerk gefüllten Löcher durchgehende Füllung und über die Höhe der Löcher mindestens teilweise Füllung zu erreichen, andererseits aber keine flüssige Phase im Bereich der Substratoberfläche verbleibt, um dort nach Absenkung der Temperatur nicht einen Materialüberschuss bilden zu können.
-
Nach der Temperaturbehandlung der zweiten Paste kann die gesamte Oberfläche bearbeitet werden, um eine möglichst ebene Oberfläche zu erreichen.
-
Nach der Temperaturbehandlung der zweiten Paste und/oder nach der Oberflächenbearbeitung wird dann mindestens eine Metallisierungsschicht auf beide Seiten der Durchkontaktierungen aufgebracht. Dies kann beispielsweise in Dick- und/oder Dünnschichttechnik durch Schablonendruck oder Sputtern mit anschließender galvanischer Beschichtung erfolgen. Diese Metallisierungsschicht dient nachfolgend als elektrische Kontaktierung und kann beispielsweise auch zur Aufnahme der komplexen Schaltungen und deren Kontaktierung dienen.
-
Die Dünnschichtmetallisierung beinhaltet immer noch eine Haftschicht, die vor der eigentlichen Metallisierungsschicht aufgebracht wird. Diese Haftschicht kann beispielsweise in Dünnschichttechnik durch Sputtern aufgebracht werden. Üblicherweise besteht die Haftschicht aus CrNi, TiW oder Ti.
-
Bei der Auswahl der Materialien ist vorteilhafterweise darauf zu achten, dass die jeweils benötigten Einbrenntemperaturen über den Temperaturen für die Weiterverarbeitung der Substrate mit den dichten Durchkontaktierungen liegen, damit möglichst kein erneutes Aufschmelzen der Materialien in den Durchkontaktierungen erfolgen kann.
-
Die erfindungsgemäße Lösung gestattet es dabei auch, auf einem Substrat unterschiedliche Materialien und Füllgrade der Durchkontaktierungen zu realisieren. Ebenso können die Durchkontaktierungen sowohl nur an der Ober- oder Unterseite oder auch an beiden Seiten des Substrates durch das Eindringen der zweiten Paste dicht geschlossen werden. In jedem Falle werden die Durchkontaktierungen von beiden Seiten mit der Metallisierungsschicht zur Herstellung der vollständigen Hermetizität verschlossen.
-
Das erfindungsgemäße elektrisch leitende Netzwerk wird weiterhin stabilisiert.
-
Für die erfindungsgemäße Lösung kann die kostengünstige Dickschichttechnik eingesetzt werden.
-
Nachfolgend wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
-
Dabei zeigt
-
1 die Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen metallisierten, hermetischen Durchkontaktierungen auf einer Seite, und
-
2 die Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen metallisierten, hermetischen Durchkontaktierung auf beiden Seiten.
-
Die Abmessungen beider Figuren entsprechen nicht den realen Größenverhältnissen.
-
Beispiel 1
-
In ein Substrat mit den Abmessungen 10 × 10 cm2 und einer Dicke von 0,381 mm (15 mil) und bestehend aus Aluminiumoxid, werden mittels Laser bis zu 1200 Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 300 µm eingebracht. Die Öffnungen sind von zylinderförmiger Gestalt und durchdringen das Substrat von der oberen zur unteren Oberfläche vollständig.
-
Auf die obere Oberfläche des Substrates wird mittels einer Schablone, die die gleiche Öffnungsanzahl, -verteilung und -durchmesser, wie in dem Substrat aufweist, die Substratoberfläche abgedeckt und über Schablonendruck die Ag/Pt Leitpaste TH061 (Firma DuPont) in alle Öffnungen eingebracht, so dass diese mit der Paste vollständig gefüllt sind. Nachfolgend wird das Substrat mit den pastengefüllten Öffnungen bei 150 °C an Luft für 60 min getrocknet, die Oberfläche der Pasten in den Öffnungen eingeebnet und nachfolgend das Substrat mit einer Aufheizrate von 15K/min auf 850 °C an Luft erhitzt. Nach einer Haltezeit von 19 min bei 850°C wird das Substrat mit einer Rate von 18K/min bis auf Raumtemperatur abgekühlt. Die offene Porosität des nun in den Öffnungen vorhandenen Metallnetzwerkes beträgt 28 %.
-
Nachfolgend wird wiederum mittels Schablonendruck auf die Öffnungen jeweils auf die Ober- und Unterseite des Substrates eine zweite Paste QQ550 (Firma DuPont) auf alle gefüllten Durchkontaktierungen aufgebracht, wobei die Paste 0,1 mm über der Substratoberfläche übersteht. Danach wird auch diese Paste bei 150 °C für 15 min an Luft getrocknet und schließlich mit einer Aufheizrate von 20K/min auf 600 °C an Luft erhitzt. Nach einer Haltezeit von 2 min bei 600°C wird das Substrat mit einer Rate von 22K/min bis auf Raumtemperatur abgekühlt. Die zweite Paste hat eine flüssige Phase gebildet, die in die Öffnungen im Metallnetzwerk von beiden Seiten der Substratoberfläche weg 0,04 mm tief eingedrungen ist. Nach dem Abkühlen des Substrates beträgt die geschlossene Porosität im verglasten Bereich der Durchkontaktierung 4,5 %.
-
Danach wird die Oberfläche des Substrates mittels Sputtern mit einer 1 µm dicken Schicht aus Cu metallisiert, und danach wird eine 12 µm dicke Cu-Schicht galvanisch aufgebracht. Die erfindungsgemäßen metallisierten hermetischen Durchkontaktierungen werden mit dem Substrat zur Weiterverarbeitung für die Herstellung einer Mikrowellenschaltung im Hochfrequenzbereich bereitgestellt. Nach Herstellung der Mikrowellenschaltung in einem hermetischen Gehäuse wird mittels He-Lecktest eine Leckrate von < 1,43 × 10–7 (atm × cm3)/s bezogen auf das Volumen des Gehäuses von 20 × 12 × 3 mm3 ermittelt.
-
Beispiel 2
-
In ein Substrat mit den Abmessungen 10 × 10 cm2 und einer Dicke von 1,27 mm (50 mil) und bestehend aus Aluminiumnitrid werden mittels Laser 600 Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 400 µm eingebracht. Die Öffnungen sind von zylinderförmiger Gestalt und durchdringen das Substrat von der oberen zur unteren Oberfläche vollständig.
-
Auf die obere Oberfläche des Substrates wird mittels einer Schablone, die die gleiche Öffnungsanzahl, -verteilung und -durchmesser wie in dem Substrat aufweist, die Substratoberfläche abgedeckt und über Schablonendruck die Au Leitpaste TH035 (Firma DuPont) in alle Öffnungen eingebracht und diese mit der Paste vollständig gefüllt. Nachfolgend wird das Substrat mit den pastengefüllten Öffnungen bei 150 °C an Luft für 60 min getrocknet, die Oberfläche der Pasten in den Öffnungen eingeebnet und nachfolgend das Substrat mit einer Aufheizrate von 15K/min auf 850 °C an Luft erhitzt. Nach einer Haltezeit von 19 min bei 850°C wird das Substrat mit einer Rate von 18K/min bis auf Raumtemperatur abgekühlt. Die offene Porosität des nun in den Öffnungen vorhandenen Metallnetzwerkes beträgt 25 %.
-
Nachfolgend wird wiederum mittels Schablonendruck auf die Öffnungen jeweils auf die Oberseite des Substrates eine Lotpaste, bestehend aus 94% Lotpulver der Zusammensetzung 80% Au und 20% Sn, sowie 6% Ethylzellulose in Terpineol, wobei die Lotpaste 0,15 mm über der Substratoberfläche übersteht. Das Lot wird unter Vakuum bei 320 °C aufgeschmolzen. Die Lotpaste hat eine flüssige Phase gebildet, die in die Öffnungen im Metallnetzwerk von der Substratoberfläche weg 0,08 mm tief eingedrungen ist. Nach dem Abkühlen des Substrates beträgt die geschlossene Porosität im legierten Bereich der Durchkontaktierung 1,8 %.
-
Danach wird die Oberfläche des Substrates mittels Sputtern mit einer 1 µm dicken Schicht aus Cu metallisiert, und danach wird eine 15 µm dicke Cu-Schicht galvanisch aufgebracht. Die erfindungsgemäßen metallisierten hermetischen Durchkontaktierungen werden mit dem Substrat zur Weiterverarbeitung für die Herstellung einer Mikrowellenschaltung im Hochfrequenzbereich bereitgestellt. Nach Herstellung der Mikrowellenschaltung in einem hermetischen Gehäuse wird mittels He-Lecktest eine Leckrate von < 1,43 × 10–7 (atm × cm3)/s bezogen auf das Volumen des Gehäuses von 20 × 12 × 3 mm3 ermittelt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Substrat
- 2
- Netzwerk
- 3
- Öffnung
- 4
- Füllmaterial
- 5
- Haftschicht
- 6
- Metallisierungsschicht
