DE1784457A1

DE1784457A1 - Verfahren zur Herstellung von Keramiktraegern

Info

Publication number: DE1784457A1
Application number: DE19681784457
Authority: DE
Inventors: Crotty Alan Barton; Arthur Bross
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-08-15
Filing date: 1968-08-10
Publication date: 1971-08-19
Also published as: FR1578188A; GB1231082A; DE1752931A1; US3507430A; NL6811587A; GB1230388A

Description

Verfahren zur Herstellung von Keramikträgern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Stranges aus vorzugsweise Keramikmaterial in eine Anzahl von Trägern für mikrominiaturisierte Schaltkreise.

Bei der Herstellung von mikrominiaturisierten Schaltkreisen auf Moduln und M

dergleichen hat es sich herausgestellt, dass es sehr vorteilhaft ist, dass die Träger der mikrominiaturisierten Moduln in einem gemeinsamen Strang hergestellt werden. Die Masse bzw. die Paste des Substrates, das später das Netzwerk trägt, wird durch eine Düse gepresst und danach gesintert.

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Auf diese gesinterten Träger werden dann die Leitungen, die Widerstände, die Kondensatoren und Transistoren für die Schaltkreise aufgebracht. Dies kann ebenfalls in sogenannter Dickfilmtechnik geschehen.

Es ist schon bekannt, den Keramikstrang nach dem Sintern in die einzelnen Komponenten zu unterteilen. Um die Unterteilung zu bewerkstelligen, wurden· die verschiedensten Methoden bisher angewandt. Einmal wird die Formung der Trägerelemente und die danach erforderliche Teilung durch Zersägen oder Anritzen und Zerbrechen erreicht. Eine andere Methode besteht darin, dass das Substrat an bestimmten Stellen eingekerbt wird und zwar entweder vor oder nach dem eigentlichen Formprozess des Moduls und dass danach der Strang an den Einkerbungen auseinandergebrochen wird.

Bei den bekannten Methoden zur Teilung eines Keramikstranges zum Zwecke der Herstellung von T rager plättchen für mikrominiaturisierte Schaltkreise treten folgende Probleme auf. Die Einkerbungen werden normalerweise zusammen mit den Schaltelementen auf der Oberfläche des Substrats geformt. Wenn nun das Substrat in mehrere diskrete Teile zerbrochen wird, werden Risse und ähnliche Beschädigungen an den Bruchstellen zu den Elementen übertragen, wodurch sich zumindest ihre gesamte Charakteristik verändert oder sie sogar völlig unbrauchbar werden können.

Ein anderes Problem besteht in der Unberechenbarkeit und in der Un-

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gleichmässigkeit des Bruches. Nach dem Brechen tritt nämlich die Situation ein, dass die Bruchstellen und Ecken der beiden zerbrochenen Teile zackig sind. Entweder eine oder beide Bruchstellen haben verschiedene Stellen, die herausragen oder die eingedrückt sind. Da die fertigen Komponenten jedoch in vorgefertigten Rahmen mit definierten Abmessungen und mit bestimm ten Kontakt stiften und Kontaktlöchern auf einer gedruckten Schaltplatte zusammenpassen müssen, unterliegen die Abmessungen des Moduls gewissen Toleranzen, die nicht überschritten werden dürfen. Solche Komponenten, die an ihren Bruchstellen oder Ecken Stellen aufweisen, die herausragen, können deshalb nicht verwendet werden, sondern müssen erst geglättet oder abgeschliffen werden. Das Abschleifen derartiger sehr kleiner keramischer Trägerplatten ist jedoch technisch sehr aufwendig und langwierig.

Im Extremfalle werden durch das willkürliche Zerbrechen des keramischen Materials Teile des Keramikträgers so stark in Mitleidenschaft gezogen, dass darauf befindiche Widerstands elemente, oder auch aktive Elemente und Leiterzüge in Mitleidenschaft gezogen werden, was eine völlige Zerstörung des gesamten Moduls zur Folge hat.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Zerteilen von vorgekerbten Keramiksträngen zur Herstellung mikrominiaturisierter Moduln zu schaffen, wodurch die Bruchstellen an den zertrennten Trägerplatten sehr gleichmässig werden und ein Zerstören

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der Oberfläche des Substrates bzw. von aufgebrachten Bauteilen verhindert wird.

Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe besteht darin, dass die Keramik oberflächen auf beiden Seiten des Stranges an den Trennstellen mit zwei nebeneinanderliegenden Kerben versehen werden, dass mit einem Trennwerkzeug Drücke auf die Seitenwände der Kerben derart ausgeübt werden, dass ein Bruch des Keram.ikstran.ges entlang den zwei Ebenen durch je zwei Kerben auf der Ober- und Unterseite erfolgt.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. In der Zeichnung bedeutet:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines vorgekerbten Bauteilstranges, der aus einer Mehrzahl separater Bauteile bzw. Trägerplatten besteht,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Ausführung des er-

findungsgemässen Verfahrens zum Unterteilen des Bauteilstranges nach Fig. 1 in mehrere Einzelbauteile,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des oberen Kolbens der Vorrichtung nach Fig. 2,

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Fig. 4 einen Schnitt durch die Sprengdrähte der erfindungsgemässen

Trenn- oder Brechvorrichtung und einen Schnitt durch das vorgekerbte Substrat und

Fig. 5 eine Darstellung des oberen Kolbens mit getrennten Bauteilen nach dem Brechen.

In Fig. 1 ist ein Keramikmodul 11 dargestellt, der einer Vielzahl von Schaltkreiselementen 12, die auf einem Keramikstrang 13 aufgebracht sind, aufweist. In der Oberfläche sind auf beiden Seiten 15 und 16 des Substrates 13 Kerben 14 angebracht, die es ermöglichen, den Keramikstrang 11 in diskrete Teile 17 und 18 und in einen Mittelabschnitt 19 zu unterteilen (Fig. 5).

Das Substrat 13, das hierfür verwendet wird, ist vorzugsweise ein Material mit einem hohen Anteil an Aluminium; es kann jedoch auch anderes Grundmate rial verwendet werden, z. B. solches mit einem Anteil von Aluminium-SiIi cat en, Titan-Dioxyden, Magnesium-Silicaten oder Barium-Titanaten.

Das Substrat kann einmal in einem Trockenprozess geformt werden, indem das Keramik-Rohmaterial in trockener Pulverform vorliegt und in eine Form gebracht und gepresst wird. Danach wird das roh geformte Substrat aus der Form ausgestossen und gebrannt oder gesintert. Eine andere Methode zur Herstellung des Substrates besteht in einem Nassformprozess, bei dem

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das pulverförmige Keramikmaterial in einem Binder dispergiert ist. Diese Masse wird durch einen Schlitz gedrückt und es entsteht ein dünner Streifen. Der dünne feuchte Streifen wird nun entsprechend den Erfordernissen geschnitten oder gelocht und eingekerbt. Danach wird dieser Streifen gebrannt oder gesintert.

Das Substrat 13 hat zwei Hauptoberflächen 15 und 16, auf denen Widerstandsfilme aufgebracht sein können.. In der Zeichnung hat jedoch nur die Oberfläche 15 einen Film 20. Das Substrat hat weiterhin eine Wand 21, eine Wand 22 und Wände 23. Die gemeinsame Wand 24 ist mit Rastervorsprüngen 25 und 26 versehen, die zur genauen Festlegung der Lage und zur Abstandshaltung eines Bauteils innerhalb einer Schaltkarte, auf die die Bauteile aufgebracht werden, dient.

In der praktischen Ausführung hat das Substrat 13 nach der Sinterung folgende Ausmasse: Länge 23 mm, Breite 7 mm und Dicke 2, 5 mm.

Das Substrat ist ausserdem mit einer Anzahl von kleinen Löchern versehen, die allerdings nicht dargestellt sind, um Kontaktstifte 27 aufnehmen zu können. Die Löcher sind zu einem Rezess 28 hin in derselben Oberfläche 24 offen, die zwischen den Hauptoberflächen 15 und 16 liegt.

Leitende Paste ist sowohl in den nicht gezeigten Löchern als auch auf den

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Wänden des Rezesses 24. Das leitfähige Material dient zur Formung elektrischer Verbindungen 29 zwischen den Kontakt stiften 27 und dem Film Danach wird das leitfähige Material gebrannt, um das Material an das Substrat 13 zu binden und es leitend zu machen. Die Impedanzfilme 20 dienen zur Herstellung der Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten auf der Oberfläche 15 des Substrates 13. Dies kann geschehen durch Dünnfilmelemente, aber auch durch die bekannte Siebdrucktechnik und durch die Sintertechnik bzw. durch Dickfilm-Elemente. In der Zeichnung sind die Elemente 20 mit dem Rezess 28 in elektrischer Verbindung.

In Verbindung mit Fig. 4 werden nun im Einzelnen die Einkerbungen 14 beschrieben. Die Einkerbungen 14 weisen Seitenwände 51 auf, die senkrecht zu den Hauptoberflächen 15 und 16 des Substrates stehen. Ausserdem weisen die Kerben 14 innere Wände 52 auf, die in einem bestimmten Winkel zu den Seitenwänden 51 stehen. Es wurde gefunden, dass ein Winkel von 50 für die vorliegenden Fälle besonders günstig ist. Die beiden Wände 51 und 52, die in diesem bestimmten Winkel zueinander stehen, sind durch eine Krümmung 53 miteinander verbünde. Der maximale Radius der Krümmung 53 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt ca. 0, 15 mm.

In Fig. 4 führen parallele Linien von den oberen Brechausgangspunkten zu den unteren. Dadurch wird ein Abschnitt 19, der in Fig. 5 zu sehen ist, definiert, der während des Auseinanderbrechens übrigbleibt. Die inneren

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Wände 52 sind über ein Zwischenstück 54 miteinander verbunden, das entweder gebogen oder gerade sein kann, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist.

Wie schon oben ausgeführt wurde, ist Hauptgegenetand der vorliegenden Erfindung das Zerbrechen von Substrat-Strängen in eine Vielzahl von einzelnen Schaltungsträger-Plättchen ohne eine Deformierung der Plättchen oder der Elemente und ohne nachteilige Beeinträchtigung der Charakteristiken der Bauteile.

Deshalb wird nun im folgenden eine Vorrichtung zum Zerbrechen von gekerbten Subs tr at-Sträng en anhand der Fig. 2 bis 4 beschrieben. Die Vorrichtung enthält einen oberen Kolben 31 und einen unteren Kolben 32, die in einem gemeinsamen Gehäuse 33 geführt werden. Der untere Kolben 32 wird durch eine Feder 34 vorgespannt. Die Vorderteile 35 und 36 der Kolben 31 und 32 sind mit dem eigentlichen Kolben über ein Zwischenstück und 38 verbünde. In den Vorderteilen 35 und 36 der Kolben 31 und 32 sind Drähte 39 und 40 angeordnet, die vorzugsweise einen Durchmesser von ca. 0, 4 mm aufweisen. Diese Drähte 39 und 40 werden wegen ihrer Wirkung im nachfolgenden als Sprengdrähte bezeichnet. Diese Drähte 39 und sind in Schlitzen von Verlängerungen 41 der Vorderteile 35 und 36 der Kolben 31 und 32 angeordnet. Die Verlängerungen verhindern das Aneinanderstossen der Sprengdrähte 39 nach dem Auseinanderbrechen des Substrates. Die Sprengdrähte 39 und 40 sind wie schon beschrieben, im Vorderteil der

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Kolben gelagert und zwar starr in der Erregungsrichtung. Jedoch schwingen die Sprengdrähte 39 und 40 senkrecht dazu, wie es durch die gestrichelten Linien in Fig. 3 dargestellt ist.

Im folgenden wird nun die Arbeitsweise der Vorrichtung zum Auseinanderbrechen von vorgekerbten Strang Substraten beschrieben. Das vorgekerbte und auseinanderzubrechende Substrat wird zu diesem Zwecke innerhalb des Gehäuses 33 gelagert, um die Sprengdrähte 40 in den Kerben 14 der Oberfläche 16 einzulagern. Durch Bewegung des Kolbens 31 wird erreicht, dass die Sprengdrähte 39 in die Kerben 14 der Oberfläche 15 eingelagert werden.

Durch eine weitere relative Verschiebung der Kolben 31 und 32 zueinander und auf Grund der Tatsache, dass die Sprengdrähte 39 und 40 senkrecht zur Erregungsrichtung frei schwingen, lagern sich die Sprengdrähte 39 und 40 von selbst in·die Kerbe ein und kommen in Berührung mit den Wänden 51 und 52. Durch die Berührung mit den Wänden 51 und 52 erzeugen die Sprengdrähte 39 und 40 Hebelarme, die wiederum Drücke an den Ursprungsstellen 53 eines Bruches erzeugen.

Die Erregung der Sprengdrähte 39 und 40 wird solange erhöht, bis die diskreten Teile 17 und 18 ziemlich gleichmäsefc von dem übrigbleibenden Kerbabschnitt 19 getrennt sind. Die Bruchstellen sind dabei glatt. Dadurch ent-

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steht an den Wider Standselementen und an den anderen Bauteilen, die auf der Oberfläche aufgebracht sind, keine Beschädigung und die Widerstandswerte werden deshalb während des Trennvorgange nicht verändert.

An den getrennten Teilen wurden photo elastische Untersuchungen durchgeführt, deren Ergebnisse nachfolgend beschrieben werden. Zunächst werden die Drücker in den Abschnitten bei den Ursprungsstellen 53 für die Brüche bei allen vier Kerben untersucht. Diese Stellen sind mit einem gestrichelten Kreis umschlossen und mit den Bezugszeichen 6l und 62 bezeichnet. Bei Keramiksubstraten sind die Drücke bei der Ausdehnung schwächer als bei der Kompression, dies ist ein besonderer Vorteil der keramischen Werkstoffe. Die Dehnungsbrüche in keramischen Werkstoffen sind wesentlich glatter und besser definierbar als bei Kompressionsbrüchen. Es wurden auch keine Risse in den Widerstandselement-Abschnitten festgestellt, die durch die elliptischen gestrichelten Linien 62 in Fig. dargestellt sind. Wenn eines der diskreten Teile von dem Zwischenteil oder Mittelstück abgetrennt wird, würde der Druck so gross, dass die Drücke in den Flächen 61 zwischen dem nicht abgetrennten Bauteil und dem Mittelstück zweimal so gross wird wie vor der Abtrennung des ersten Bauteils.

Dadurch, dass die Erregung der Sprengdrähte 39 und 40 nach dem Abtrennen e^?. f. traten Teiles,z.B. 17, von dem Mittelteil 19 sich wesentlich erhöht ν,ιΧύ. üd.8 zweite Bauteil, z.B. 18, sofort nach der Trennung des ersten

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Bauteiles auch abgetrennt. Die photo elastischen Untersuchungen haben weiterhin ergeben, dass die Arbeitweise der Sprengdrähte 39 und 40 ihnen eine bestimmte Begrenzung ihrer Formgebung auferlegen. Wenn die kombinierte Dicke eines Paars von Sprengdrähten 39 und 40 die Weite der Kerben überschreitet, können die Sprengdrähte, wenn sie erregt werden, nicht in die Kerben eindringen. Dieses erzeugt einen hohen Druck in den gezeichneten Flächen 72 und verursacht das Brechen des Substrates in den Flächen 62. Auf der anderen Seite werden Kompressionsdrücke erzeugt, die ein Zerstören des Substrates hervorrufen, wenn die Grosse der Sprengdrähte, die die Kerben bei den Stellen 53 berühren, zu klein sind.

Wenn hingegen die Sprengdrähte richtig dimensioniert sind und richtig anliegen, werden die erzeugten Drücke in den Flächen 61 sehr klein sein im Vergleich zu den in den Sprengdrähten erzeugten Kräften. Dadurch wird das abzutrennende Bauteil von dem Mittelabschnitt nur an den Stellen getrennt, wo es erwünscht ist, und eine Beschädigung der Bauteile auf dem Träger oder eine Beschädigung des Trägers selbst tritt nicht ein.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Trennen eines Stranges aus vorzugsweise Keramikmaterial in eine Anzahl von Trägern für mikrominiaturisierte Schaltkreise, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikoberflächen (15, 16) auf beiden Seiten des Stranges an den Trennstellen mit zwei nebeneinanderliegenden Kerben (14) versehen werden, dass mit einem Trennwerkzeug Drücke auf die Seitenwände (51, 52) der Kerben derart ausgeübt werden, dass ein Bruch des Keramikstranges entlang den zwei Ebenen durch je zwei Kerben auf der Ober- und Unterseite erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerben (14) aus einer senkrecht zu den Oberflächen (15, 16) stehenden Wand (51) und einer zu dieser im Winkel von etwa 50 stehenden Wand (52) gebildet werden.

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