DE1764477B1 - Keramischer kondensator - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen keramischen Kon- mittelbare Verbindung durch Ultraschallschweißen,

densator mit einer keramischen Trägerplatte und mit Kompressionsverfahren usw.

je einem Silberbelag auf den beiden entgegengesetz- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen ten Seiten der Keramikplatte, wobei jeder Silberbelag keramischen Kondensator mit Silberbelägen anzuvon einer weiteren leitfähigen Schicht bedeckt ist. 5 geben, welche mit einem minimalen Übergangswider-Keramische Kondensatoren werden gemäß dem stand mit Edelmetallen wie Palladium und mit Alu-Stand der Technik so hergestellt, daß Silberschichten minium sowie mit Halbleitermaterialien lötfrei ohne auf die beiden einander entgegengesetzten Haupt- Beschädigung der Silberschicht verbunden werden flächen eines keramischen Körpers aufgebrannt wer- kann. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Anden. Der keramische Körper hat eine hohe Dielek- io gäbe eines für die Massenherstellung geeigneten Vertrizitätskonstante, wie beispielsweise Bariumtitanat. fahrens zur Erzeugung solcher Kondensatoren.
Die Silberschichten auf dem keramischen Körper bil- Die Erfindung besteht darin, daß bei einem Konden die beiden Kondensatorbeläge. Für die Konden- densator der eingangs angegebenen Art die leitfähige satorbeläge wird deshalb Silber gewählt, weil dadurch Schicht aus einem Edelmetall oder aus einem Halbeine besonders hohe Kapazität zwischen den Platten 15 leitermaterial oder aus einer Legierung eines Edelerreicht wird, wie es mit anderen Metallen nicht mög- metalles mit einem Halbleitermaterial oder aus Alulich ist. minium besteht. Diese Materialien eignen sich be-Es ist jedoch recht schwierig, Anschlußdrähte mit sonders gut für die obenerwähnten unmittelbaren den Silberbelägen zu verbinden und dabei für einen Verbindungsmöglichkeiten.

kleinen Übergangswiderstand zu sorgen. Die Verbin- 20 Zur Herstellung eines Kondensators gemäß der dung der Drähte mit den Silberbelägen wird auch mit Erfindung werden Silberschichten als Beläge auf beiabnehmender Größe des Kondensators immer schwie- den entgegengesetzten größeren Oberflächen einer riger. Wenn nämlich ein Draht mit Hilfe eines Löt- dünnen Platte angebracht, welche aus einem keramimittels mit einem Kondensatorbelag verbunden wer- sehen Material, wie z. B. Bariumtitanat, bestehen den muß und dieser nur einen Flächeninhalt von 25 kann. Sodann wird eine Schicht aus einem Halbleiter-1 mm² hat, so wird die für den Anschluß des Drah- material, wie Silicium oder Germanium, oder einem tes erforderliche Fläche ebenso groß wie die Belag- Edelmetall, wie Gold oder Palladium, oder einer befläche selbst. Es entstehen daher nicht nur beim Löt- liebigen aus Halbleitermaterial und einem Edelmetall Vorgang Schwierigkeiten, sondern das Silber des Be- bestehenden Legierung oder aus Aluminium auf beilages diffundiert in beträchtlichem Umfange in das 30 den Silberbelägen gebildet. Auf den so überzogenen Lötmittel hinein. Dieses Lötmaterial besitzt nämlich Silberbelägen kann man nun unmittelbar einen Aneine starke Affinität gegenüber Silber, so daß die schußdraht zum Anschluß des Kondensators in einer Dicke der Silberschicht vermindert wird und dadurch integrierten Schaltung auf einem Halbleiterkörper die Betriebsfähigkeit des Kondensatorbelags in Frage anbringen. Man kann auch einen solchen Anschlußgestellt werden kann. 35 draht mit minimalem Übergangswiderstand lötfrei Die Affinität von Silber für Halbleitermaterial ist anschließen. Die Keramikscheibe wird vorzugsweise dagegen gering. Es ist daher nicht möglich, eine un- in eine Vielzahl von kleinen Keramikscheibchen zermittelbare Verbindung des Silberbelages mit Silicium teilt, und zwar durch senkrecht zu den Hauptflächen oder einem anderen Halbleitermaterial innerhalb geführte Schnitte.

einer integrierten Schaltung mit Hilfe von Kalt- oder 40 Fig. 1 bis 4 der Zeichnung sind Schnittdarstel-

Thermokompressionsverfahren, Hochfrequenz- oder lungen verschiedener Fabrikationsschritte bei der

Ultraschallschweißung od. dgl. lötfrei herzustellen, Herstellung von kleinen Kondensatoren gemäß dem

wenn man auf einen kleinen Übergangswiderstand Stand der Technik;

Wert legt. Es ist aber bekannt (»Radio und Fern- Fig. 5 bis 7 beziehen sich auf die Erfindung und

sehen«, 15 [1966], H. 16, S. 494 und 499 bis 501), 45 zeigen die Herstellung eines Halbleiterkörpers von

daß solche lötfreien Kontaktierungsmöglichkeiten, verhältnismäßig großer Fläche als Vorstufe für die

die es gestatten, die gewünschten Metalle unmittelbar Herstellung der kleinen keramischen Kondensatoren

und ohne jede Drittsubstanz, wie etwa Flußmittel, gemäß der Erfindung;

miteinander zu verbinden, wesentliche Vorteile Fi g. 8 zeigt wie ein gemäß Fi g. 5 bis 7 hergestellhaben, namentlich bei der Fertigung mikroelektroni- 50 ter Halbleiterkörper in eine Vielzahl von kleinen scher Bauelemente und integrierter Halbleiterschal- Halbleiterkörpern zerteilt werden kann;
tungen. Fig. 9 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Edelmetalle, wie Gold oder Palladium und ferner fertigen keramischen Kondensators gemäß der Erauch Aluminium sind als Zuleitungsdrähte für den findung;

Anschluß eines Kondensators der vorliegenden Art 55 Fig. 10 zeigt in vergrößerter Darstellung, wie Leizwar geeignet, jedoch kann Silber mit diesen Mate- tungsdrähte an dem Kondensator nach F i g. 9 anrialien nur durch Lötung verbunden werden. Ein der- gebracht werden können und wie der ganze Kondenartiger Kondensator wäre daher, wie oben erläutert, sator mit seinen Leitungsdrähten dann in einen isoliein vielen Fällen praktisch nicht brauchbar. renden Kunststoffkörper eingebettet werden kann;

Ein keramischer Kondensator mit keramischer 60 Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei wel-

Trägerplatte und mit Silberbelägen auf den beiden chem der fertige Kondensator als Schaltelement in

entgegengesetzten Seiten der Platte ist z. B. aus der einen integrierten Stromkreis eingebaut ist.

USA.-Patentschrift 2 585 752 bekannt. Die Silber- Zum besseren Verständnis der Erfindung soll zu-

beläge des bekannten Kondensators sind ihrerseits nächst die Herstellung von keramischen Kondensa-

an ausgewählten Stellen mit einer leitenden Schicht 65 toren gemäß dem Stand der Technik an Hand der

aus Kupfer, Kadmium, Blei oder Zinn, also aus F i g. 1 bis 4 erläutert werden.

einem gut lötbaren Metall plattiert. Diese Metall- Es wird zunächst ein keramisches Material von

schichten eignen sich hingegen nicht für eine un- hoher Dielektrizitätskonstante, beispielsweise Ba-

riumtitanat in Pulverform, mit einem geeigneten Bindemittel gemischt und in die Form einer Platte gebracht. Diese Platte wird sodann gebrannt, und man erhält also die in F i g. 1 im Querschnitt gezeichnete Platte. Sodann werden Silberbeläge 2,2 auf die Oberseite und auf die Unterseite der Platte 1 aufgebrannt. Hierdurch entsteht bereits ein Kondensator, dessen Kapazität durch die Dielektrizitätskonstante des keramischen Materials, durch seine Dicke und durch die Flächengröße der beiden gegenüberliegen- to den Beläge 2,2 bestimmt ist. Wenn für die Beläge Silber benutzt wird, zeigt der Kondensator eine höhere Kapazität als bei der Benutzung anderer Metalle. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß die Silberbeläge 2 an der Unterlage 1 besser haften als andere Metalle.

In der nun vorliegenden Form ist der Kondensator jedoch noch nicht zum Einbau in eine Schaltung geeignet, und zwar weil beim unmittelbaren Anschluß der Beläge 2,2 an die Elektroden eines Transistors oder einer Diode ein hoher Übergangswiderstand vorhanden sein würde. Infolgedessen werden normalerweise gemäß F i g. 3 Drähte 3,3 mit den Belägen 2,2 durch kleine Lötmittelkörper 4,4 verbunden. Ein solcher Kondensator wird dann im allgemeinen in einen Kunststoffkörper 5 eingebettet, aus welchem nur die Anschlußdrähte 3,3 herausragen.

Wenn jedoch die Beläge nur eine Flächengröße von 1 mm² oder weniger besitzen, ist die in F i g. 4 dargestellte Konstruktion verhältnismäßig schwierig auszuführen.

Außerdem diffundiert das Silber aus dem Belag 2 in die Lötpille 4 hinein, so daß die Dicke des Belags vermindert wird, unter Umständen sogar der Belag durchlöchert wird, so daß die Kapazität des Kondensators erheblich abnimmt. Aus diesem Grunde hat man den Draht 3 durch Kaltkompression oder durch eine Hochfrequenzschweißung an den Belag 2 angeschlossen, jedoch führt dies noch nicht zu einem zuverlässigen Anschluß, weil die Affinität von Silber *o zu dem Anschlußdraht (häufig wird Gold benutzt) gering ist. Da Silber insbesondere an Silicium und Germanium nicht haftet, ist es sehr schwierig, einen Kondensator mit Silberbelägen unmittelbar an das Halbleitermaterial einer integrierten Schaltung anzuschließen.

Diese Schwierigkeit kann gemäß der Erfindung folgendermaßen überwunden werden:

Es wird von einer keramischen Platte 11 in F i g. 5 ausgegangen, welche etwa die gleiche Dicke besitzt wie die Platte 1 in F i g. 1 und deren Fläche einer Vielzahl von herzustellenden kleinen Kondensatoren entspricht. Gemäß F i g. 6 werden auf der Plattell dann die Silberbeläge 12,12 angebracht. Die Platte in F i g. 6 entspricht somit nunmehr der Platte in F i g. 2.

Gemäß der Erfindung werden auf den Silberbelägen 12,12 nun Schichten eines Edelmetalls, wie Gold oder Palladium, angebracht. Statt der Edelmetallschichten 13 kann man auch Halbleiter, wie Silicium oder Germanium, oder eine Legierung eines Halbleitermaterials und eines Edelmetalls mit Aluminium oder Aluminium allein verwenden. Zur Bildung dieser Metallschichten 13,13 kann man ein Spritzverfahren, Kathodenzerstäubung, ein Plattierverfahren, ein Aufbrennverfahren oder jedes andere Verfahren zur Bildung eines Überzugs benutzen.

Sodann wird der überzogene keramische Körper einschließlich seiner Überzüge so zerschnitten, wie es aus F i g. 8 hervorgeht, so daß also kleine Kondensatoren der endgültig gewünschten Größe gebildet werden. Diese Zerteilung kann beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens oder mittels eines Schneidverfahrens bewerkstelligt werden. Jeder der entstehenden kleinen Kondensatoren hat eine Oberfläche von etwa 1 mm² oder weniger. Jeder dieser kleinen Kondensatoren kann an einer gewünschten Stelle einer integrierten Schaltung ohne die Benutzung eines Lötmittels dadurch befestigt werden, daß man seine Elektrodenschicht 13 durch Kaltkompression oder durch Thermokompression oder durch Hochfrequenzschweißung befestigt. Dabei kann der Übergangswiderstand genügend klein gemacht werden. Wenn Zuleitungsdrähte notwendig sind, so kann man diese Drähte 15 mit den Elektrodenschichten 13,13 mit minimalem Kontaktwiderstand lötfrei verbinden. Ferner kann man den ganzen Kondensatorkörper in ein Isoliermaterial 16 einbetten. Da die Metallschicht 13 am Halbleiterkörper einer integrierten Schaltung gut haftet, kann der Kondensator an jeder gewünschten Stelle einer integrierten Schaltung befestigt werden.

Fig. 11 zeigt ein Beispiel einer derartigen Befestigung, bei welchem eine der Elektrodenschichten 13 durch eine lötfreie Verbindung auf einer leitenden Elektrode 8 befestigt ist, die ihrerseits auf dem Körper 17 einer integrierten Schaltung aufliegt. Die obere Elektrodenschicht 13 ist ohne Verwendung eines Lötmittels über einen Draht 15 mit der anderen Elektrode 9 des Körpers 17 verbunden.

Ein gemäß der Erfindung ausgeführter Kondensator ist somit superminiaturisiert, wobei seine Beläge aus Silber bestehen, das sich als Belagmaterial besonders gut eignet. Ferner läßt sich der Kondensator mittels Kaltkompression oder Thermokompression oder durch eine Hochfrequenzschweißung oder nach einem anderen lötfreien Verfahren an einen Leiter oder Anschlußdraht anschließen, der aus Gold, Paladium oder anderen Edelmetallen oder aus einem Halbleitermetall oder aus Aluminium bestehen kann, die alle eine geringe Affinität für Silber besitzen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Keramischer Kondensator mit einer keramischen Trägerplatte und mit je einem Silberbelag auf den beiden entgegengesetzten Seiten der Keramikplatte, wobei jeder Silberbelag von einer weiteren leitfähigen Schicht bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese leitfähige Schicht aus einem Edelmetall oder aus einem Halbleitermaterial oder aus einer Legierung eines Edelmetalls mit einem Halbleitermaterial oder aus Aluminium besteht.

2. Verfahren zur Herstellung eines superminiaturisierten Kondensators nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Herstellung einer dünnen Platte aus keramischem Material,

b) Bildung von zwei einander gegenüberliegenden Silberbelägen auf den beiden größeren Oberflächen der Keramikplatte,

c) Bildung einer Schicht eines Edelmetalls, wie Gold, Palladium od. dgl., eines Halbleitermaterials, wie Silicium oder Germanium, einer Legierung mindestens eines Edel-

metalls und mindestens eines Halbleitermaterials oder einer Schicht aus Aluminium auf der Oberfläche beider Silberbeläge und Unterteilung des so hergestellten Körpers in eine Vielzahl von kleinen Kondensatoren durch Schnitte, welche die größeren Oberflächen durchsetzen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der leitfähigen Schicht ein Leitungsdraht durch Kaltkompression, durch Thermokompression, durch Hochfrequenzschweißung oder durch andere Mittel lötfrei befestigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Schicht durch Kaltkompression, durch Thermokompression, durch Hochfrequenzschweißung oder durch andere Mittel lötfrei an einen Leiter auf der Halbleiterunterlage einer integrierten Schaltung angeschlossen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen