DE1167726B

DE1167726B - Verfahren zur Herstellung von Kupferplattierungen auf begrenzten Flaechenbereichen keramischer Koerper

Info

Publication number: DE1167726B
Application number: DEH45670A
Authority: DE
Inventors: Francis D Foley Jun
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1961-06-05
Filing date: 1962-05-03
Publication date: 1964-04-09
Also published as: US3186863A; GB930229A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C 04 b

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche KL: 80 b-23/01

H 45670 VIb/80 b

3. Mai 1962

9. April 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kupferplattierungen auf begrenzten Flächenbereichen keramischer Körper unter Verwendung einer kupferhaltigen Plattierungslösung.

Die Erfindung ist besonders dort von praktischer Bedeutung, wo es sich um extrem kleine keramische Teile handelt, bei denen diese Kleinheit es äußerst schwierig macht, die Plattierung auf bestimmte Flächenbereiche zu beschränken. Mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung gelingt es, bestimmte, zuvor ausgewählte Bereiche eines keramischen Körpers zu plattieren, ohne den gesamten Körper zu metallisieren oder auf andere Weise seine Eigenschaften als elektrischer Isolator ungünstig zu beeinflussen.

Es ist bekannt, einen keramischen Körper mit einem metallischen Überzug zu versehen, an den andere Körper oder Teile, die aus Metall oder einem metallisierten keramischen Körper bestehen, durch Weichlöten oder Hartlöten unter Herstellung einer hermetisch dichten Verbindung angeschlossen werden sollen. Dabei ist es notwendig, zuvor eine metallische Außenfläche zu schaffen, weil die Anbringung lötbaren Materials durch direktes weiches oder hartes Anlöten-an den keramischen Körper nur zu unbefriedigender Haftung und hermetischer Dichtigkeit der Verbindung führt. Üblicherweise geht man daher so vor, daß man den keramischen Körper zunächst mit einem widerstandsfähigen Metallüberzug versieht, der mit dem keramischen Material fest verbunden wird. Als Material für die Herstellung solcher Überzüge haben sich dabei vor allem Molybdän oder Mischungen aus Molybdän mit Eisen oder mit Mangan erwiesen. Diese Metalle haben die Neigung, sich mit dem keramischen Werkstoff fest zu verbinden, lassen sich jedoch nur verhältnismäßig schlecht Weichlöten und hartlöten. Daher hat man den Überzug mit einer Plattierung aus einem oder mehreren Metallen versehen, die sich Weichlöten oder hartlöten lassen, und zwar unter Anwendung einer elektrolytischen oder nichtelektrischen Plattierungsmethode. Bei nichtelektrischer Plattierung ist es notwendig, den zuvor metallisierten keramischen Körper oder zumindest den zu plattierenden Teil in die Plattierungslösung zu tauchen. Ganz entsprechend müssen bei Anwendung eines elektrolytischen Plattierungsverfahrens Elektroden mit dem zu plattierenden Bereich des keramischen Körpers verbunden werden. Es ist leicht einzusehen, daß es außerordentlich schwierig ist und kaum erfüllbare Anforderungen stellt, an einem extrem kleinen keramischen Körper Elektroden anzuschließen oder das Eintauchen des Verfahren zur Herstellung von Kupferplattierungen auf begrenzten Flächenbereichen
keramischer Körper

Anmelder:

Hughes Aircraft Company, Culver City, Calif.

(V. StA.)

Vertreter:

Dr.-Ing. G. Eichenberg

und Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwälte,

Düsseldorf, Cecilienallee 76

Als Erfinder benannt:

Francis D. Foley jun., Costa Mesa, Calif.

(V. St. Α..)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 5. Juni 1961 (114 679)

Körpers so zu steuern, daß nur der zu plattierende Oberflächenteil mit der Flüssigkeit in Berührung steht. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Überlegung zugrunde, daß es beträchtliche Vorteile bieten würde, wenn die keramischen Teile vollständig in die Plattierungslösung eingetaucht werden könnten und dennoch nur die zuvor metallisierten Bereiche eine Plattierung annehmen würden.
Einen typischen Fall eines kleinen keramischen Körpers, der begrenzt metallisiert, plattiert und schließlich hermetisch abgeschlossen werden muß, bildet die keramische Hülle einer Halbleiteranordnung oder sogenannten Kristallode. In solchem Fall besteht die keramische Hülle beispielsweise aus einem Zylinder von etwa 1 mm Durchmesser und etwa 1 mm Länge. Nur die Endteile eines derartigen Zylinders, an denen metallische Kappen hermetisch dicht angebracht werden müssen, bedürfen der Metallisierung und Plattierung. Taucht man den Zylinder vollständig ein, dann entsteht aber außer der erwünschten Plattierung an den Enden immer auch eine gewisse Plattierung in den nichtmetallisierten Bereichen, die zwar mechanisch bedeutungslos ist, die Eigenschaften des keramischen Körpers als elektrischer Isolator jedoch beeinträchtigt und unter Umständen eine leitende Verbindung herstellt, die die Halbleiteranordnung kurzschließt.

409 558/111

3 4

Diesen Mangeln sucht die Erfindung zu begegnen. dieser Schritt die Wirkung hat, daß nur die zuvor

Erfindungsgemäß werden bestimmte, zuvor ausge- metallisierten Bereiche auf die beim nächsten Schritt

wählte Flächenbereiche des keramischen Körpers verwendete Plattierungslösung ansprechen, so daß

zunächst mit einem molybdänhaltigen Material metal- nur die metallisierten Bereiche plattiert werden. Die lisiert. Hierauf wird der keramische Körper mit Salz- 5 Salzsäurebehandlung kann in der Weise geschehen,

säure in Berührung gebracht, ein Schritt, der auf der daß der keramische Körper in eine 9n-Lösung von

Erkenntnis beruht, daß durch die Einwirkung der Salzsäure bei einer Temperatur von etwa 60° C für

Salzsäure die nichtmetallisierten Bereiche des kera- etwa 2 Minuten eingetaucht wird. Dazu sei bemerkt,

mischen Körpers unempfindlich für den Einfluß einer daß die Temperaturen, Konzentrationen und Behandkupferhaltigen Plattierungslösung werden. Sodann io lungszeiten bei diesem Schritt voneinander abhängen

wird der keramische Körper in die kupferhaltige und beträchtlich variiert werden können. So wäre

Plattierungslösung getaucht und somit der Einwir- z.B. bei Verwendung einer 9n-Lösung bei Raum-

kung eines Kupferplattierungsverfahrens ausgesetzt, temperatur eine längere Eintauchdauer angebracht,

wobei sich jedoch nur auf den zuvor metallisierten Eine Lösung höherer Konzentration andererseits Bereichen des keramischen Körpers eine Kupfer- 15 würde es ermöglichen, mit niedrigeren Temperaturen

plattierung bildet. und kürzeren Behandlungszeiten zu arbeiten, wäh-

Die Erfindung liefert mithin ein verbessertes Ver- rend schwächere Lösungen höhere Temperaturen fahren zum Kupferplattieren bestimmter, begrenzter und längere Eintauchdauer erfordern. Bei der Er-Bereiche eines keramischen Körpers. Wird ein kera- probung des Verfahrens wurde gefunden, daß Säuremischer Körper mit zuvor metallisierten Flächen- 20 konzentrationen im Bereich zwischen der 4 n-Lösung bereichen erfindungsgemäß vorbehandelt und dann und der 9 η-Lösung in der Wirkung und Wirtschaftplattiert, so sprechen nur die metallisierten Bereiche lichkeit zufriedenstellend sind, auf die Plattierungslösung an, während die nicht- Nachdem der keramische Körper sorgfältig und metallisierten Bereiche gegen den Einfluß der Plattie- vollständig in Wasser gespült worden ist, und zwar rungslösung unempfindlich geworden sind. 25 vorzugsweise in entionisiertem oder destilliertem

Beispielsweise werden auf dem keramischen Wasser, wird er in eine Kupferplattierungslösung

Körper zunächst bestimmte metallisierte Bereiche getaucht, mit der Folge, daß nur die mit dem Molyb-

dadurch geschaffen, daß diese Bereiche durch Pinsel- dän-Mangan-Gemisch metallisierten Bereiche mit

auftrag mit einer Dispersion aus einem Gemisch von Kupfer plattiert werden, und zwar auf nichtelektri-

Molybdän und Mangan nebst einem geeigneten 30 schem Wege.

Bindemittel bestrichen werden. Eine zufriedenstel- Geeignete Kupferplattierungslösungen können gelende Metallisierung liefert eine Mischung aus maß den nachstehend angegebenen Beispielen herge-14 Gewichtsteilen feinem Molybdän-Mangan-Pulver stellt werden. Diese Lösungen enthalten eine und 4 Gewichtsteilen Isobutylmetacrylat, verdünnt Kupfersalzlösung, gemischt mit einer alkalischen mit einem Gewichtsteil Butylcarbitolazetat. Das Ge- 35 Tartratlösung, wobei der Mischung ein wasserlösliches wichtsverhältnis zwischen Molybdän und Mangan Aldehyd beigegeben wird. Das Kupfersalz liefert das kann etwa 2:1 betragen. Damit erhält man eine für die Plattierung notwendige Kupferion, während Mischung, deren Konsistenz derjenigen einer streich- die alkalische Tartratlösung den Zweck hat, eine baren Farbe entspricht und die mittels eines Pinsels Lösung zu schaffen, die zusammengesetzt das leicht auf zuvor ausgewählte Flächenbereiche des 40 Kupferion und das Tartration enthält. Die so hergekeramischen Körpers aufgetragen werden kann. Das stellte Lösung ist der Fehlingschen Lösung sehr ähnkeramische Material selbst kann vom Tonerdetyp Hch, ausgenommen nur das hinzugefügte wasserlössein und demgemäß etwa 96 % Aluminiumtrioxyd liehe Aldehyd. Außerdem sind in den nachstehenden (Al₂O₃) enthalten. Doch lassen sich auch keramische Beispielen andere Variationen der normalen Fehling-Körper aus Berylliumerde mit Erfolg erfindungs- 45 sehen Lösung angegeben, die üblicherweise aus gemäß behandeln. Kupfersulfat, Rochellesalzen (Natrium-Kalium-Tar-

Der nächste Schritt besteht in der Herstellung trat) und Ätznatron hergestellt wird. An die Stelle

einer festen Bindung zwischen dem keramischen des Kupfersulfats können auch andere Salze treten,

Material und dem Molybdän-Mangan. Zu diesem und das Tartrat kann durch ein Zitrat ersetzt werden.

Zweck wird der zuvor mit dem Überzug versehene 50 . .

keramische Körper in einer Atmosphäre aus Wasser- Beispiel

stoff, der zuvor durch Wasser geperlt ist, bei einer Abgewandelte Fehlingsche Lösung

Temperatur von etwa 1250° C etwa 30 Minuten lang (a) Lösung Nr. 1 5 Volumteile

gebrannt. Der so behandelte keramische Körper wird NaKC₄H₄O₆ · 4H₂O 173,0 g

dann auf Raumtemperatur abgekühlt und vollständig 55 NaOH 50,0 g

gesäubert. Typisch und auch zufriedenstellend ist die H₂O 500,0 ml

Säuberung durch vollständiges Eintauchen in eine -..,.. _XT -, _{c v} , . .,

alkalische Lösung für 3Minuten bei einer Tempera- <·> > J^S ^² ■ 5 Volumteue

tür von etwa 70° C, gefolgt von sorgfältigem Spülen H η ' sewn ^g

in Wasser. Eine zufriedenstellend arbeitende alka- 60 ^H2° ^5υϋ'^{υ 1}^

lische Lösung setzt sich wie folgt zusammen: (_c) Lösung Nr. 3 2 Volumteile

10 g Ätznatron HCHO 37%

25 g Natriumkarbonat

25 g Trinatriumphosphat Beispiel II

11 Wasser ⁶S Lösung von Kupfernitrat und alkalischem Tartrat

Der keramische Körper wird alsdann in konzen- (a) Lösung Nr. 1 ebenso

tiierte Salzsäure getaucht. Es wurde gefunden, daß wie im Beispiel I 5 Volumteile

Claims

5 6

(b) Lösung Nr. 2 5 Volumteile im Bereich ihrer Enden gemäß dem beschriebenen

Cu (NO₃),,. 3H₂O 32,0 g Verfahren eine Plattierung erhalten hat, durch

H₂O 500,0 ml metallene Endkappen oder -platten, die mit den

ic) Lösuns Nr 3 ebenso plattierten Endteilen verlötet oder verschmolzen

wie im Beispiel I 2 Volumteile ^{5 we}£^en' ^hermetisch dicht verschlossen werden. Diese

lindkappen können elektrisch mit den entgegen-

Der metallisierte und säurebehandelte keramische gesetzten Seiten eines Halbleiterkristalls verbunden Körper wird in eine dieser Lösungen bei Raum- werden, der einen pn-übergang enthält. Die Endtemperatur etwa 10 Minuten lang eingetaucht. kappen bilden dann die elektrischen Zuleitungen Sind die mit der Molybdän-Mangan-Mischung i° oder Anschlüsse der Halbleiteranordnung oder Krimetallisierten Flächenbereiehe einmal mit Kupfer stallode. Diese Zuleitungen oder Anschlüsse sind plattiert, so empfiehlt es sich, sie weiterhin mit durch die nichtmetallisierten Bereiche der keramischen Nickel, Silber oder Gold oder anderen lötfarbigen Hülle zwischen den Kappen elektrisch gegeneinander Metallen zu platieren, was ohne weiteres möglich ist. isoliert.

Zum nichtelektrischen Plattieren mit Nickel kann 15 Patentansprüche·
der keramische Körper bei einer Temperatur von 90

bis 95° C etwa 30 Minuten lang in die folgende 1. Verfahren zur Herstellung von Kupferplat-

Lösung eingetaucht werden: tierungen auf begrenzten Flächenbereichen kera-

Nickelplattierungslösung ^mi _T ^s<r^{her K}J^ unter Verwendung einer kupfer-

oc η η χτ· ι ι « . ²⁰ haltigen Plattierungslosung, dadurch ge-

ΨΑ®1 ^^lckelsul!^at kennzeichnet, daß die zu plattierenden

ϊϊ'2 ®l S^atr!^umzitrat Bereiche zunächst mit einem molybdänhaltigen

10,0 g/ Natriumazetat Metallüberzug versehen werden, der keramische

lÄ^gn Natnumhypophosphit _{Körper hierauf mit} Salzsäure in Berührung

20,0 g/l Magnesiumsulfat (wasserfrei) ^ gebracht wird, um die übrigen Bereiche für die

0,1 g/l Nataumlaurylsulfat Einwirkung der Plattierungslosung unempfindlich

Statt dessen können die kupferplattierten Bereiche zu machen, und alsdann in die Plattierungslosung

des keramischen Körpers auch mit Gold auf nicht- getaucht wird.

elektrischem Wege plattiert werden, indem der Kör- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

per bei einer Temperatur von 60 bis 70° C etwa 30 kennzeichnet, daß zur Herstellung des molybdän-

10 Minuten lang in die folgende Lösung getaucht haltigen Metallüberzuges eine Dispersion einer

wird: Mischung von Molybdän und Mangan in einem

.-, υ , ... ,.. Bindemittel hergestellt und auf die zu plattieren-

Goldplattierungslosung _den ^.^ ^ _{keramischen Kö} ^P _{rs auf}

11,2 g/l Kalmmgoldcyamd _{35 tragen und emgebrannt} ^Ατά.

10,5 g/l Kalmmcyamd 3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

Der fertiggestellte keramische Körper kann mit gekennzeichnet, daß als kupferhaltige Plattie-

geringer Mühe mit einem anderen, in gleicher Weise rungslösung eine Lösung eines Kupfersalzes nebst

behandelten keramischen Körper oder auch mit Formaldehyd und einem Tartrat oder Zitrat eines

einem Metallkörper unter Herstellung eines festen 40 Alkalimetalls verwendet wird,

und hermetisch dichten Anschlusses verbunden 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

werden, und zwar durch eines der üblichen Weich- dadurch gekennzeichnet, daß die kupferplattierten

löt- oder Hartlötverfahren. So kann beispielsweise Flächenbereiche zusätzlich mit Nickel, Silber oder

die oben erwähnte keramische Hülle, nachdem sie Gold plattiert werden.

409 558/411 3.64 © Bundesdruckerei Berlin