DE10351196A1 - Anodic with silicon bondable glass-ceramic (LTCC) - Google Patents

Anodic with silicon bondable glass-ceramic (LTCC) Download PDF

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine anodisch mit Silizium bondbare Glas-Keramik (LTCC) und deren Verwendung zum anodischen Bonden mit Silizium anzugeben, wobei vermittels anodischen Bondens bei 400 DEG C eine Silizium-Wafer zu einem ebenen großflächigen Silizium-LTCC-Verbund vereint werden soll. DOLLAR A Diese Aufgabe wird bei einer Glas-Keramik (LTCC) mit den Bestandteilen Al¶2¶O¶3¶, Borosilikatglas, Kieselglas und/oder Cordierit, dadurch gelöst, dass ein Borosilikatglas mit einem Na-Gehalt in der Größenordnung von 2,6 Masse-% und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten alpha in der Größenordnung von 3,4 ppm/K eingesetzt ist und die Ausgangszusammensetzung der Glaskeramik besteht aus: DOLLAR A 60-70 Masse-% Borosilikatglas DOLLAR A 10-20 Masse-% Al¶2¶O¶3¶ DOLLAR A 8-25 Masse-% Cordierit und/oder Kieselglas, DOLLAR A so dass der Na-Gehalt, bezogen auf den kompletten Werkstoff >= 1,5 Masse-% beträgt und diese Ausgangszusammensetzung in einem an sich üblichen keramischen Verfahren geformt und gesintert worden ist und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in der Größenordnung von alpha = 3,50-3,65 ppm/K und eine Dielektrizitätskonstante epsilon zwischen 5-6 aufweist. DOLLAR A Die Erfindung ist bei der Herstellung mikroelektronischer Schaltungen anwendbar.The invention has for its object to provide an anodically bondable with silicon glass-ceramic (LTCC) and their use for anodic bonding with silicon, wherein by means of anodic bonding at 400 ° C, a silicon wafer to a flat large-area silicon LTCC composite unites shall be. DOLLAR A This object is achieved in a glass ceramic (LTCC) with the components Al¶2¶O¶3¶, borosilicate glass, silica glass and / or cordierite, in that a borosilicate glass having a Na content in the order of 2, 6 mass% and a thermal expansion coefficient alpha in the order of 3.4 ppm / K is used and the starting composition of the glass ceramic consists of: DOLLAR A 60-70% by mass borosilicate glass DOLLAR A 10-20% by mass Al¶2¶ O¶3¶ DOLLAR A 8-25 mass% cordierite and / or silica glass, DOLLAR A so that the Na content, based on the complete material> = 1.5% by weight and this starting composition in a conventional ceramic Process has been formed and sintered and has a coefficient of thermal expansion in the order of alpha = 3.50-3.65 ppm / K and a dielectric constant between 5-6 epsilon. DOLLAR A The invention is applicable to the manufacture of microelectronic circuits.

Description

Die Erfindung betrifft eine anodisch mit Silizium bondbare LTCC-Glas-Keramik gemäß der Gattung der Patentansprüche. LTCC ist ein fest eingeführter technischer Begriff und steht für "Low Temperature Cofired Ceramics" für integrierte elektronische Schaltungen.The The invention relates to an anodically silicon bondable LTCC glass ceramic according to the species of the claims. LTCC is a firmly established technical term and stands for "Low Temperature Cofired Ceramics "for integrated electronic circuits.

Das anodische Bonden ist eine in der Mikrosystemtechnik gut eingeführte Technologie zum Verbinden von Glas mit Silizium für unterschiedliche Zwecke. Beispielsweise werden solche Verbindungen für Abdeckungen, Einhausungen, für die SOI-Technologie oder für Sensor- und Aktorkomponenten benötigt.The Anodic bonding is a well-established technology in microsystems technology for connecting glass to silicon for different purposes. For example, such connections for covers, housings, for the SOI technology or for Sensor and actuator components needed.

Das Verfahren des anodischen Bondens wird bei der Herstellung von Sensoren, insbesondere z.B. von Druck- und Accelerationssensoren, sowie von Aktoren und SOI-Wafern vielfach eingesetzt [vgl.: Esashi M., Ura N., Matsumoto Y., Anodic Bonding for Integrated Capacitive Sensors, Micro Electro Mechanical Systems '92, Travemünde, February 4.-7., 1992 oder Harendt Ch., Appel W., Graf H.-G., Höfflinger B., Penteker E., Wafer Bonding and its Application to Silicon-on-Insulator Fabrication, Micromechanics Europe '90, Berlin, 26.-27.11.1990]. Hierbei werden Siliziumwafer mit Pyrexglasscheiben bei relativ hohen Temperaturen von ca. 400 °C und einer Spannung von einigen 100 bis ca. 2000 V gebondet, was für eine Reihe von praktischen Anwendungen einschränkend wirkt, weil durch die erforderlichen hohen Temperaturen Bauelementefunktionen, wie z.B. temperaturempfindliche dünne thermoelektrische Schichten, Passivierungs- und Isolationsschichten aus organischen Stoffen, zerstört werden können.The Method of anodic bonding is used in the manufacture of sensors, in particular e.g. of pressure and acceleration sensors, as well as of Actuators and SOI wafers often used [cf .: Esashi M., Ura N., Matsumoto Y., Anodic Bonding for Integrated Capacitive Sensors, Micro Electro Mechanical Systems '92, Travemünde, February 4th-7th, 1992 or Harendt Ch., Appel W., Graf H.-G., Höfflinger B., Penteker E., Wafer Bonding and its Application to Silicon-on-Insulator Fabrication, Micromechanics Europe '90, Berlin, 26.-27.11.1990]. Here are silicon wafers with Pyrexglasscheiben at relatively high temperatures of about 400 ° C and a voltage of some 100 to about 2000 V bonded, which makes for a number of practical Restricting applications acts because of the required high temperatures component functions, such as e.g. temperature-sensitive thin thermoelectric layers, passivation and insulating layers of organic Fabrics, destroyed can be.

In anderen beschriebenen Anwendungsfällen wird Pyrexglas als dünne Schicht durch Magnetronsputtern im Hochvakuum auf Silizium abge schieden, und anschließend kann eine andere Siliziumscheibe ebenfalls bei Temperaturen um 400 °C, aber einer geringeren Spannung von maximal nur 100 V darübergebondet werden [Offereins H.L., Sandmaier H., Folkmer B., Steger U., Lang W., Stress free Assembly Technique for a Silicon based pressure Sensor, Transducers '91 San Francisco oder Hanneborg A., Nese M., Ohlckers P., Silicon-to-Silicon Anodic Bonding, Micromechanics Europe '90, Berlin, 26.-27.11.1990].In Other described uses Pyrex glass as a thin layer separated by magnetron sputtering in a high vacuum on silicon, and subsequently Another silicon wafer can also be used at temperatures around 400 ° C, but one lower voltage of a maximum of only 100 V are bonded over [Offereins H.L., Sandmaier H., Folkmer B., Steger U., Lang W., Stress Free Assembly Technique for a Silicon Based Pressure Sensor, Transducers '91 San Francisco or Hanneborg A., Nese M., Ohlckers P., Silicon-to-Silicon Anodic Bonding, Micromechanics Europe '90, Berlin, 26.-27.11.1990].

In Quenzer, H. J., Benecke, W., Dell, C., Low temperature wafer bonding for micromechanical applications, Micro Electro Mechanical Systems'92, Travemünde Febr. 4-7, 1992 wird die Verbindung mit Hilfe von aufgeschleuderten Zwischenschichten, z.B. Natriumsilikat- oder Aluminiumphosphatlösung etc., realisiert. Diese Hilfsschichten erlauben niedrigere Bondtemperaturen bei 200–350°C, die aber noch zusätzliche Temperzeiten von ca. 2 h erforderlich machen und die Einsatzgebiete der gebondeten Verbunde hinsichtlich chemischer Beständigkeit, infolge des zur Anwendung gelangenden Bondmaterials einschränken.In Quenzer, H.J., Benecke, W., Dell, C. Low temperature wafer bonding for micromechanical applications, Micro Electro Mechanical Systems'92, Travemuende Febr. 4-7, 1992, the compound with the aid of spin-coated intermediate layers, e.g. Sodium silicate or aluminum phosphate solution, etc. realized. These Auxiliary layers allow lower bond temperatures at 200-350 ° C, but those additional Temper times of about 2 h make necessary and the applications the bonded composites with regard to chemical resistance, as a result of the bonding material used.

In Esashi M., Nakano A., Shoji S., Hebiguchi H., Low-temperature Silicon-to-Silicon Anodic Bonding with Intermediate Low Melting Point Glass, Sensors and Actuators, A21-A23 (1990) 931-934 wird dargestellt, dass bereits bei Raumtemperatur eine feste anodische Bondung zweier Siliziumscheiben hergestellt werden kann, wenn zuvor eine Scheibe mit einer dünnen Schicht eines sogenannten "Point"-Glases beschichtet worden ist, die als Bondzwischenschicht benutzt wird. Diese Lösung weist in der Anwendung jedoch den erheblichen Nachteil auf, dass die Bondzwischenschicht in keiner Weise hinsichtlich ihres thermischen Ausdehnungsverhaltens an das des Siliziums angepaßt ist.In Esashi M., Nakano A., Shoji S., Hebiguchi H., Low-temperature Silicone-to-Silicon Anodic Bonding with Intermediate Low Melting Point Glass, Sensors and Actuators, A21-A23 (1990) 931-934 is shown that even at room temperature made a solid anodic bonding of two silicon wafers can be, if previously coated a disk with a thin layer of a so-called "point" glass which is used as a bond interlayer. This solution points in the application, however, the considerable disadvantage that the bond interlayer in no way with regard to their thermal expansion behavior adapted to that of silicon is.

Als besonders problematisch haben sich jedoch Bondverbindungen bzgl. ihrer Herstellbarkeit als auch dauerhafter Festigkeit erwiesen, bei denen Siliziumkomponenten ganz oder teilweise mit dielektrischen und/oder metallischen Belägen versehen sind, wie dies z.B. bei der Herstellung von Sensoren der Fall ist, die mikrosystemtechnisch notwendige dielektrische Schichten, wie z.B. SiO2 oder Si3N4, und leitende Schichten zur Kontaktierung und Signalführung, enthalten.When However, particularly problematic bonds have respect. their manufacturability as well as permanent strength, in which silicon components wholly or partly with dielectric and / or metallic coverings are provided, as e.g. in the manufacture of sensors of Case, the microsystem technically necessary dielectric layers, such as. SiO2 or Si3N4, and conductive layers for contacting and signal routing, contain.

Speziell in der LTCC-Technologie sind bei niedrigen Temperaturen sinternde flexible Keramikfolien, die im grünen Zustand mechanisch strukturiert und in Dickschichttechnik bedruckt werden können, erforderlich. Die einzelnen Folienlagen werden laminiert und anschließend bei ca. 900°C gesintert. Als Produkt erhält man ein hochintegriertes, dreidimensional vernetztes Multilagen-Bauelement, das sich durch seine hohe Temperaturfestigkeit, gute Wärmeableitung, kompakten Aufbau und eine Eignung für hohe Frequenzen auch im zweistelligen GHz-Bereich auszeichnet.specially in LTCC technology are sintering at low temperatures flexible ceramic films, which mechanically structured in the green state and can be printed in thick film technology required. The single ones Foil layers are laminated and then sintered at about 900 ° C. As a product receives a highly integrated, three-dimensionally networked multilayer component, characterized by its high temperature resistance, good heat dissipation, compact design and suitability for high frequencies even in the double-digit GHz range.

In der Mehrlagen-Keramik realisieren Kontakte (Via's) zwischen den Lagen von 100 μm–150 μm Dicke elektrische Verbindungen. Diese Via's benötigen durch ihre direkte Durchführung von Leiterbahn zu Leiterbahn keinen zusätzlichen Raum. Die LTCC-Technologie erlaubt die Integration vielfältiger Elemente wie implementierte Widerstände, Kondensatoren oder Spulen.In multi-layer ceramics, contacts (via's) between the layers of 100 μm-150 μm thickness realize electrical connections. These via's require direct routing from track to track no additional space. The LTCC technology allows the integration of diverse elements such as implemented resistors, capacitors or coils.

Anwendungen findet die LTCC-Technologie vor allem in der Automobil-Elektronik, für Mobil-Telephone und als Träger für integrierte Schaltungen. Dabei ist es für verschiedene Anwendungen u.a. wichtig, die LTCC-Bauteile mit Silizium-Wafern zu verbinden. Eine gute Verbindungstechnik ist das anodische Bonden, bei dem eine vollflächige, gasdichte und mechanisch feste Verbindung zwischen LTCC-Bauteil und Silizium-Träger entsteht. Hierzu werden beide Bondflächen geschliffen und poliert, um eine möglichst optimale Auflage zu ermöglichen.applications finds the LTCC technology especially in automotive electronics, for mobile telephones and as a carrier for integrated Circuits. It is for various applications, etc. important to connect the LTCC components with silicon wafers. A good connection technique is the anodic bonding, in which a full-surface, gastight and mechanically strong connection between LTCC component and silicon carrier arises. For this purpose, both bonding surfaces are ground and polished, one as possible to allow optimal circulation.

Sowohl die Verbindungstechnologie von LTCC-Bauteilen mit Substraten als auch die Herstellung von LTCC-Bauteilen als solchen wird in der Literatur eingehend beschrieben.Either the connection technology of LTCC components with substrates as also the production of LTCC components as such is described in the Literature described in detail.

So beschreibt WO 02/50888 A2 (die auf die US-Patentanmeldung 09/741,754 [US 2002/0130408 A1] zurückgeht) die Herstellung einer hermetisch dichten Verbindung zwischen Silizium und einem LTCC-Bauteil, das ein integriertes Kühlsystem enthält, vermittels anodischem Bonden. Das Bonden selbst erfolgt mit einer Spannung von 500 bis 1000 Volt, einem Druck bis zu 20 psi und bei 100–150 °C. In dieser Veröffentlichung wird darauf verwiesen, dass die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Bondpartner einander möglichst ähnlich sein sollen, jedoch kein Lösungsweg dafür genannt.So WO 02/50888 A2 (which is related to US patent application 09 / 741,754 [US 2002/0130408 A1] is returned) the production of a hermetically sealed connection between silicon and an LTCC component containing an integrated cooling system anodic bonding. The bonding itself is done with a tension from 500 to 1000 volts, a pressure up to 20 psi and at 100-150 ° C. In this Publication will pointed out that the thermal expansion coefficient the two bond partners should be as similar as possible, however no solution called for that.

Lt. Vortrag von Schiller und Rabe zur Tagung der Deutschen Keramischen Gesellschaft im April 2003 in Berlin sind „LTCC-Werkstoffe nach Maß" auch durch Substitution von Glas und Al2O3 herstellbar, was eine gänzlich andere techische Maßnahme darstellt als die nachfolgend beanspruchte erfinderische LösungLt. Lecture by Schiller and Rabe on the occasion of the meeting of the German Ceramic Society in April 2003 in Berlin "made to measure LTCC materials" also by substitution of glass and Al 2 O 3 , which represents a completely different technical measure than the claimed inventive solution

In der Patentanmeldung WO 03/006396 A1 wird ein Bondwafer aus Borosilikatglas-Platten, bzw. mit Borosilikatglas beschichteten Platten, im Verbund mit Silizium beschrieben. Dort wird lediglich mitgeteilt, dass es erforderlich ist, die Eigenschaften, insbesondere die thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Bondpartner, Glas und Silizium, einander ähnlich festzulegen. Ein Hinweis auf die Herstellung von Bondwafern aus LTCC, der mit Silizum zu bonden ist, ist dort nicht zu entnehmen.In In the patent application WO 03/006396 A1, a bond wafer made of borosilicate glass plates, or Borosilikatglas coated plates, in conjunction with silicon described. There is only informed that it is required is the properties, in particular the thermal expansion coefficients, the bonding partner, glass and silicon, to determine similarity. A note on the production of bond wafers from LTCC, which comes with Silizum too is not visible there.

Weiterhin ist aus EP 0 621 245 A1 bekannt, dass für hohe Packungsdichten elektronischer Bauelemente in einem Multilayer-Glas-Keramik-Substrat dieses eine möglichst niedrige Dielektrizitätskonstante aufweisen muss. Bis dahin bekannte herkömmliche LTCC wiesen eine Dielektrizitätskonstante ε von etwa 7,5 auf. Ein spezieller Werkstoff mit einem ε um 5,5 hat jedoch eine zu geringe Festigkeit. Die Erfindung nach EP 0 621 245 A1 beschreibt einen neuen Werkstoff mit niedrigem ε und erhöhter Festigkeit, geht aber nicht weiter auf Anforderungen des anodischen Bondens ein. In dieser Schrift wird beispielhaft eine Variante einer Werkstoffzusammensetzung, nämlich 12–59,6 Masse% Al2O3, 18–69,6 Masse% Borosilikatglas, 10–30 Masse% Mullit/Kieselglas /α-SiO2ICordierit genannt. Diese Veröffentlichung tangiert die hier vorgeschlagene Erfindung bezüglich der Werkstoffzusammensetzung, jedoch die genannte Zusammensetzung nicht anodisch bondbar.Furthermore, it is off EP 0 621 245 A1 It is known that for high packing densities of electronic components in a multilayer glass-ceramic substrate, this must have the lowest possible dielectric constant. Previously known conventional LTCC had a dielectric constant ε of about 7.5. However, a special material with an ε around 5.5 has too low a strength. The invention according to EP 0 621 245 A1 describes a new material with low ε and increased strength, but does not go further to requirements of anodic bonding. In this document, a variant of a material composition, namely 12-59.6 mass% Al 2 O 3 , 18-69.6 mass% borosilicate glass, 10-30 mass% mullite / silica glass / α-SiO 2 ICordierit is exemplified. This publication affects the invention proposed here with respect to the material composition, but the said composition is not anodically bondable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine anodisch mit Silizium bondbare Glas-Keramik (LTCC) und deren Verwendung zum anodischen Bonden mit Silizium anzugeben, wobei vermittels anodischen Bondens bei 400 °C eine Silizium-Wafer zu einem ebenen großflächigen Silizium-LTCC-Verbund vereint werden soll.Of the Invention is based on the object, anodically with silicon bondable glass-ceramic (LTCC) and its use for anodic Specify bonding with silicon, wherein by means of anodic bonding at 400 ° C combines a silicon wafer into a flat, large-area silicon LTCC composite shall be.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die jeweils nachgeordneten Ansprüche erfasst.The The object is solved by the characterizing features of the independent claims. advantageous Embodiments are covered by the respective subordinate claims.

Um die Aufgabe vorliegender Erfindung zu lösen, ist ein Werkstoff zu schaffen, der im Sinne der LTCC-Technologie prozessierbar ist, d.h. er muss bei 850–900 °C dicht sintern. Weiterhin muss zur Herstellung großflächiger und ebener Bondsubstrate der thermische Ausdehnungskoeffizient weitestgehend an den von Silizium angepasst sein, um mechanische Verspannungen des Bondsubstrates, die die Funktion von Sensoren durch Messwertverschiebungen beeinträchtigen könnten, komplett zu vermeiden. Die Literaturwerte zum thermischen Ausdehnungskoeffizient von Silizium streuen stark. Ein Silizium-Einkristall hat in jeder Kristallisationsebene einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Der für die Bonduntersuchungen relevante Wert liegt bei 3,6 ppm/K. Darüber hinaus sollte zur Gewährleistung einer mechanisch festen anodischen Bondung der zu schaffende LTCC-Werkstoff, wie gefunden wurde einen hinreichenden Gehalt an Natrium aufweisen. Auch wäre es wünschenswert, im Hinblick auf einen vor dem anodischen Bonden erforderlichen Schleif- und Polierprozess (bis auf Ra-Werte < 100 nm eine hinreichende Feinstkörnigkeit des Werkstoffes anzustreben. Zudem soll der zu schaffende Werkstoff eine möglichst niedrige Dielektrizitätskonstante für hohe elektronische Pakkungsdichten aufweisen.In order to achieve the object of the present invention, it is necessary to provide a material that can be processed within the meaning of the LTCC technology, ie it must densely sinter at 850-900 ° C. Furthermore, for the production of large-area and planar bond substrates, the thermal expansion coefficient must be largely matched to that of silicon in order to completely avoid mechanical stresses on the bond substrate, which could adversely affect the function of sensors due to measured value shifts. The literature values for the thermal expansion coefficient of silicon scatter strongly. A silicon single crystal has a different thermal expansion coefficient in each crystallization plane. The relevant value for the bond investigations is 3.6 ppm / K. In addition, to ensure a mechanically strong anodic bond, the LTCC material to be created, as found, should have a sufficient content of sodium. It would also be desirable, in view of a grinding time required before anodic bonding. and polishing process (except for R a values of <100 nm to seek an adequate Feinstkörnigkeit of the material. In addition, the material to be created a very low dielectric constant for high electronic Pakkungsdichten should have.

Gemäß der Erfindung ist eine Werkstoffzusammensetzung mit folgenden Zielparametern anzugeben: Natrium-Gehalt des LTCC-Werkstoffes ≥ 1,5% 1,5 Masse% thermischer Ausdehnungskoeffizient α = 3,50–3,60 ppm/K Dichtsintertemperatur 850 °C Dielektrizitätskonstante ε = 5–6 Feinstkörnigkeit des Werkstoffes mittl. Korngrößen im Bereich 0,6μm–0,8 μm. According to the invention, a material composition should be specified with the following target parameters: Sodium content of the LTCC material ≥ 1.5% 1.5 mass% thermal expansion coefficient α = 3.50-3.60 ppm / K Inter sealing temperature 850 ° C permittivity ε = 5-6 Finest granularity of the material Grain sizes in the range 0.6 μm-0.8 μm.

Erfindungsgemäß wird dies durch einen Basiswerkstoff, bestehend aus Na-haltigem Borosilikatglas zuzüglich Al2O3, wobei eine definierte partielle Substitution des Al2O3 durch inerte Stoffe mit einem sehr kleinen thermischen Ausdehnungskoeftizienten, wie Cordierit und/oder Kieselglas, erfolgt, erreicht.According to the invention this is achieved by a base material consisting of Na-containing borosilicate glass plus Al 2 O 3 , wherein a defined partial substitution of Al 2 O 3 by inert substances with a very small thermal expansion coefficient, such as cordierite and / or silica glass, is achieved.

Der erforderliche Substitutionsgrad Cordierit und/oder Kieselglas zu Al2O3 ist in Abhängigkeit vom Na-Gehalt des auszuwählenden Borosilikatglases festzulegen. Gemäß der Erfindung wird dabei ein Glas mit einem Na-Gehalt ≥ 2,5 Masse% und einem thermischen Ausdehnungskoeffizient möglichst < 3,5 ppm/K gewählt.The required degree of substitution cordierite and / or silica glass to Al 2 O 3 is determined depending on the Na content of the selectable borosilicate glass. According to the invention, a glass with a Na content ≥ 2.5 mass% and a thermal expansion coefficient of <3.5 ppm / K is selected.

Aus der Vielzahl der Zusammensetzungsmöglichkeiten wurde gefunden, dass mit einem Borosilikatglas mit etwa 2,6 Masse% Natrium und einem thermischen Ausdehnungskoeffizieten von 3,4 ppm/K anodisch bondbare LTCC-Substrate mit niedrigem ε und an Silizium angepaßtem thermischen Ausdehnungskoeffizienten in folgendem Zusammensetzungsbereich hergestellt werden können: 60–70 Masse% Borosilikatglas (Na-haltig) 10–20 Masse% Al2O3 8–25 Masse% Cordierit und/oder Kieselglas ≥ 1,5 Masse% Na+ (bezogen auf den kompletten Werkstoff). From the multitude of possible compositions it has been found that anodically bondable LTCC substrates with low ε and thermal expansion coefficients adapted to silicon are produced in the following composition range with a borosilicate glass with about 2.6 mass% sodium and a thermal expansion coefficient of 3.4 ppm / K can: 60-70 mass% Borosilicate glass (Na-containing) 10-20% by weight Al 2 O 3 8-25 mass% Cordierite and / or silica glass ≥ 1.5 mass% Na + (based on the complete material).

Vorzugsweise einzuhaltende Zusammensetzungsbereichen sind: 65–68 Masse% Borosilikatglas (Na-haltig) 12–19 Masse% Al2O3 9–23 Masse% Cordierit und/oder Kieselglas ≥ 1,8 Masse% Na+ (bezogen auf den kompletten Werkstoff). Preferably, the compositional ranges to be kept are: 65-68 mass% Borosilicate glass (Na-containing) 12-19% by mass Al 2 O 3 9-23 mass% Cordierite and / or silica glass ≥ 1.8 mass% Na + (based on the complete material).

Wie vorstehend hingewiesen wurde, erfolgt die Festlegung des Na-Gehaltes des kompletten Werkstoffs durch im wesentlichen durch die Auswahl von stofflicher Zusammensetzung und Mengenanteil des Borosilikatglases.As has been pointed out above, the determination of the Na content of the complete material by essentially through the selection of material composition and proportion of borosilicate glass.

Die Formgebung erfolgt, anders als bei den „entglasten Gläsern" nach dem Stand der Technik, nach keramischer Technologie, d.h. Mischen, Mahlen, Plastifizieren, Formen, Trocknen und Sintern, wobei über den relativ hohen Anteil von Borosilikatglaspulver die erforderliche niedere Sintertemperatur erzielt wird. Das Mahlen der Bestandteile erfolgt in einer dem Fachmann auf dem Gebiet der Keramik geläufige Weise so fein, dass mittlere Körnungen des gesinterten Werkstoffes von 0,6 μm bis 0,8 μm als typische Werte erzielt werden können.The Shaping takes place, unlike the "devitrified glasses" according to the state of Technique, according to ceramic technology, i. Mixing, grinding, plasticizing, Forming, drying and sintering, taking over the relatively high proportion of borosilicate glass powder the required low sintering temperature is achieved. The milling of the ingredients is carried out in a specialist common in the field of ceramics Way so fine that medium grain sizes of the sintered material of 0.6 μm to 0.8 μm as typical values can be.

Die Erfindung soll nachstehend anhand detaillierterer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden:The Invention will be described below with reference to more detailed embodiments be explained in more detail:

Folgende typische Zusammensetzungen bei der Auswahl eines Borosilikatglases mit jeweils einem Na-Gehalt von 2,6 Masse% und einem α von 3,4 ppm/K zur Herstellung des erfindungsgemäßen LTCC-Bauteils haben sich im Rahmen der Erfindung als vorteilhaft ergeben: Zusammensetzung A Borosilikatglas 66,7 Masse% Kieselglas 17,5 Masse% Al2O3 15,8 Masse% The following typical compositions in the selection of a borosilicate glass each having a Na content of 2.6% by weight and an α of 3.4 ppm / K for the production of the LTCC component according to the invention have proven to be advantageous in the context of the invention: Composition A borosilicate glass 66.7% by weight silica glass 17.5 mass% Al 2 O 3 15.8% by weight

Daraus resultiert ein Na-Gehalt von 1,73 Masse% und nach vorstehend beschriebener Verarbeitungsweise ein thermischer Ausdehnungskoeffizient von 3,61 ppm/K. Zusammensetzung B Borosilikatglas 66,2 Masse% Cordierit 20,5 Masse% Al2O3 13,3 Masse% This results in a Na content of 1.73 mass% and, according to the processing described above, a thermal expansion coefficient of 3.61 ppm / K. Composition B borosilicate glass 66.2% by weight cordierite 20.5% by weight Al 2 O 3 13.3% by weight

Daraus resultiert ein Na-Gehalt von 1,72 Masse% und nach vorstehend beschriebener Verarbeitungsweise ein thermischer Ausdehnungskoeffizient von 3,56 ppm/K. Zusammensetzung C Borosilikatglas 65,4 Masse% Cordierit 10,0 Masse% Kieselglas 9,4 Masse% Al2O3 15,3 Masse% This results in a Na content of 1.72% by weight and, according to the processing described above, a thermal expansion coefficient of 3.56 ppm / K. Composition C borosilicate glass 65.4% by weight cordierite 10.0% by weight silica glass 9.4% by weight Al 2 O 3 15.3% by weight

Daraus resultiert ein Na-Gehalt von 1,70 Masse% und nach vorstehend beschriebener Verarbeitungsweise ein thermischer Ausdehnungskoeffizient von 3,60 ppm/K.from that results in a Na content of 1.70 mass% and after the above Processing a thermal expansion coefficient of 3.60 ppm / K.

Alle aus vorstehend genannten speziellen Zusammensetzungen hergestellte LTCC-Bauelemente mit einer Grundfläche in der Größenordnung von bis zu 80 cm2 wurden mit einem ebenso großen Si-Wafer bei einer Spannung von 1,5 kV und einer Temperatur von etwa 450 °C anodisch gebondet und ergaben einen festen Verbund des Gesamtbauelementes.All of the LTCC devices made from the above specific compositions having a footprint on the order of up to 80 cm 2 were anodically bonded and bonded to an equally large Si wafer at a voltage of 1.5 kV and a temperature of about 450 ° C a solid composite of the overall component.

Claims (2)

Anodisch mit Silizium bondbare Glas-Keramik (LTCC) mit den Bestandteilen Al2O3, Borosilikatglas, Kieselglas und/oder Cordierit, dadurch gekennzeichnet, dass ein Borosilikatglas mit einem Na-Gehalt in der Größenordnung von 2,6 Masse% und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α in der Größenordnung von 3,4 ppm/K eingesetzt ist und die Ausgangszusammensetzung der Glaskeramik besteht aus: 60–70 Masse% Borosilikatglas 10–20 Masse% Al2O3 8–25 Masse% Cordierit und/oder Kieselglas,
so dass der Na-Gehalt, bezogen auf den kompletten Werkstoff ≥ 1,5 Masse% beträgt und diese Ausgangszusammensetzung in einem an sich üblichen keramischen Verfahren geformt und gesintert worden ist und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in der Größenordnung von α = 3,50–3,65 ppm/K und eine Dielektrizitätskonstante ε zwischen 5–6 aufweist.Anodically bondable with silicon bondable glass-ceramic (LTCC) with the components Al 2 O 3 , borosilicate glass, silica glass and / or cordierite, characterized in that a borosilicate glass having a Na content in the order of 2.6 mass% and a coefficient of thermal expansion α is used in the order of 3.4 ppm / K and the starting composition of the glass ceramic consists of: 60-70 mass% borosilicate glass 10-20% by weight Al 2 O 3 8-25 mass% Cordierite and / or silica glass,
such that the Na content, based on the complete material, is ≥ 1.5% by mass and this starting composition has been shaped and sintered in a conventional ceramic process and has a coefficient of thermal expansion of the order of magnitude of α = 3.50-3, 65 ppm / K and a dielectric constant ε between 5-6. Anodisch mit Silizium bondbare Glas-Keramik (LTCC) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangszusammensetzung besteht aus: 65–68 Masse% Borosilikatglas (Na-haltig) 12–19 Masse% Al2O3 9–23 Masse% Cordierit und/oder Kieselglas
so dass der Na-Gehalt, bezogen auf den kompletten Werkstoff ≥ 1,7 Masse% beträgt.Anodically silicon bondable glass-ceramic (LTCC) according to claim 1, characterized in that the starting composition consists of: 65-68 mass% Borosilicate glass (Na-containing) 12-19% by mass Al 2 O 3 9-23 mass% Cordierite and / or silica glass
so that the Na content, based on the complete material ≥ 1.7% by mass.
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