DE19620446A1 - Elektronik-Chip-Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Elektronik-Chip-Bauteile, beispielsweise einen Chip-Widerstand, einen Chip-Kondensator, eine Chip-Induktivität, usw., sowie ein zugehöriges Herstel­ lungsverfahren.

Mit wachsendem Bedarf nach einer höheren Verdrahtungsdichte in Schaltungsplatinen, um der Anforderung gerecht zu werden, elektronische Geräte kleiner und leichter auszubilden, hat die Verwendung sehr kleiner Elektronik-Chip-Bauteile zugenom­ men. Gleichzeitig müssen derartige Elektronik-Chip-Bauteile Eigenschaften mit exakten Werten aufweisen, und nimmt der Be­ darf nach beispielsweise Chip-Widerständen mit hoher Genauig­ keit zu.

Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 eine Beschreibung eines rechteckigen Chip-Widerstands als Beispiel für ein konventionelles Elektronik-Chip-Bauteil.

Fig. 9 zeigt eine Perspektivansicht eines konventionellen, rechteckigen Chip-Widerstands, und Fig. 10 zeigt einen Quer­ schnitt durch B-B von Fig. 9.

Ein konventioneller, rechteckiger Chip-Widerstand weist ein Aluminiumoxidsubstrat 10 auf, ein Paar oberer Oberflächen­ elektrodenschichten 11, die aus einem Silber/Cermet-Dickfilm bestehen, der auf einem Aluminiumoxidsubstrat 10 vorgesehen ist, eine Widerstandsschicht 12, die aus einem Rutheniumoxid- Dickfilm besteht, der so ausgebildet ist, daß er mit den obe­ ren Oberflächenelektrodenschichten 10 verbunden wird, eine Schutzschicht 14 aus Glas zur vollständigen Abdeckung der Widerstandsschicht 12, und ein Paar von Anschlußklemmenelek­ troden 13, die aus einem Silber/Cermet-Dickfilm bestehen, der so angeordnet ist, daß er einen Teil der oberen Oberflä­ chenelektrodenschichten 11 überlappt. Um die Lötbarkeit der Elektrode sicherzustellen, sind zwei Schichten aus einer Nickelplattierung 15 bzw. einer Lotplattierung 16 so ausge­ bildet, daß sie die Oberflächen der oberen Oberflächenelek­ trodenschichten 11 und der Anschlußklemmenelektroden 13 be­ decken; die Anschlußklemmenelektrode 13, die Nickelplattie­ rungsschicht 15 und die Lotplattierungsschicht 16 bilden eine externe Elektrode. Die oberen Oberflächenelektroden­ schichten 11 und die Anschlußklemmenelektrodenschichten 13 werden durch Sintern einer Paste aus Silber/Cermet-Material, gemischt mit Kunstharz, bei einer Temperatur von etwa 600°C hergestellt. Als weiteres Beispiel für Anschlußklemmenelek­ troden 13 ist auch die Verwendung eines elektrisch leitfähi­ gen Harzes bekannt, das aus einem Silberpulver besteht, das mit einem Kunstharz der Epoxygruppe oder einer Phenolgruppe gemischt ist.

Wenn allerdings die Anschlußklemmenelektroden 13 aus einem gesinterten Silber/Cermet-Material hergestellt werden, ändert sich der Widerstandswert als Chip-Widerstand zwischen den Anschlußklemmenelektroden 13, da sich der Widerstandswert der Widerstandsschicht 12 infolge der Wärmeeinwirkung während des Sinterns ändert. Die Änderung des Widerstandswerts stellt den Hauptgrund für eine verschlechterte Ausbeuterate bei der Her­ stellung rechteckiger Präzisions-Chip-Widerstände dar, bei welchen der Genauigkeit ihres Widerstandswerts unter ± 1% oder unter ± 0,5% liegen muß. Der Markt für derartige Prä­ zisionsbauteile wächst allerdings.

Andererseits weisen derartige Bauteile, die Anschlußklemmen­ elektroden 13 aus elektrisch leitfähigem Harz gemischt mit Silberpulver aufweisen, zwei Schwierigkeiten auf. Eine der Schwierigkeiten ist die geringere mechanische Festigkeit der Elektrode, verglichen mit der gesinterten Elektrode. Kugel­ förmiges Silberpulver oder schuppenförmiges Silberpulver wird zum Mischen mit dem Harz verwendet. Die Verankerungskraft des kugelförmigen Silberpulvers in dem elektrisch leitfähigen Harz ist schwach, und dementsprechend schwach ist die mecha­ nische Festigkeit als Elektrode. Das schuppenförmige Silber­ pulver wird in einer Hammermühle erzeugt, und mit der Pulver­ oberfläche wird eine Kohäsionsverhinderungsbehandlung durch­ geführt; daher ist die Grenzflächenspannung zwischen dem Sil­ berpulver und dem Harz schwach, und entsprechend schwach ist die mechanische Festigkeit als Elektrode.

Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß bei der Be­ schichtung mit einem elektrisch leitfähigen Harz 17 unter Ver­ wendung einer Rolle oder Walze 18, wie in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist, die Oberfläche häufig wellig ausgebildet wird, da die Beschichtungsflüssigkeit klebrig ist, was zu einer in­ stabilen Beschichtungsoberfläche führen kann. Bei der Verwen­ dung eines elektrisch leitfähigen Harzes gibt es nämlich eine Obergrenze für den Prozentanteil des Silberpulvers, damit die Festigkeit der Elektrode mit Hilfe des Kunstharzbindemittels sichergestellt wird, wogegen es eine Untergrenze für den Teil­ chendurchmesser des Silberpulvers gibt, um den Widerstands­ wert zu verringern. Daher wird bei der Beschichtung mit einem elektrisch leitfähigen Kunstharz ein elektrisch leitfähiges Kunstharz mit einem kleinen Thixotropie-Index, nämlich 2 bis 3, verwendet. Kunstharze mit kleinem Thixotropie-Index verur­ sachen allerdings das Klebephänomen, welches in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist. Den Thixotropie-Index erhält man aus ei­ nem Viskositätswert, der mit einem Viskositätsmeßgerät des Typs E gemessen wird, das einen 3°-R14-Kegel aufweist, mit einer Umdrehung pro Minute gedreht wird, geteilt durch einen Viskositätswert bei zehn Umdrehungen pro Minute.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung der voranstehend geschilderten Probleme und in der Bereit­ stellung eines Elektronik-Chip-Bauteils, welches sehr genaue elektrische Eigenschaften aufweist, sowie eine hohe mechani­ sche Festigkeit der externen Elektrode, und in der Bereit­ stellung eines Verfahrens zur Herstellung derartiger Elektro­ nik-Chip-Bauteile.

Ein Elektronik-Chip-Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Chip-Körper und eine externe Elektrode auf einem Teil der Oberfläche des Chip-Körpers auf, wobei die externe Elektrode aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, welches (1) ein elektrisch leitfähiges Metallpulver aufweist, das auf seiner Oberfläche mit mehreren Vorsprüngen versehen ist, und (2) ein Kunstharzbindemittel.

Bei einem derartigen Aufbau erhöht die Verankerungswirkung infolge der Form des elektrisch leitfähigen Metallpulvers die Kraft der Vereinigung des elektrisch leitfähigen Metallpul­ vers mit dem Kunstharzbindemittel, und kann eine mechanisch feste externe Elektrode erhalten werden. Da der Erhitzungs­ vorgang auf einer Temperatur bis zu 600°C wegfällt, der bis­ lang zum Ausformen der externen Elektrode verwendet wurde, kann darüber hinaus ein Elektronik-Chip-Bauteil erhalten wer­ den, welches hervorragend exakte elektrische Eigenschaften aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestell­ ter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines rechteckigen Chip-Wider­ stands gemäß einer ersten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des rechteckigen Chip-Wider­ stands bei A-A in Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines rechteckigen Chip- Widerstands gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Perspektivansicht eines Probenkörpers für einen Zugfestigkeitsversuch;

Fig. 5 einen typischen Querschnittsaufbau einer ersten Elek­ trodenschicht gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 Biegetestversuche bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 7 Querschnittsansichten zur Erläuterung des Beschich­ tungszustands einer ersten Elektrodenschicht gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung sowie gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 8 ein Eigenschaftsdiagramm der Viskosität einer elek­ trisch leitfähigen Paste gemäß der dritten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung und gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 9 eine Perspektivansicht eines vorbekannten, rechtecki­ gen Chip-Widerstands;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht des rechteckigen Chip-Wider­ stands bei B-B von Fig. 9;

Fig. 11 eine Erläuterung des Klebephänomens einer vorbekann­ ten elektrisch leitfähigen Paste; und

Fig. 12 eine Querschnittsansicht bei C-C in Fig. 11.

Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Fig. 1 und 2 zeigen einen rechteckigen Chip-Widerstand, der heutzutage das am häufigsten eingesetzte Elektronik-Chip-Bau­ teil darstellt.

Der rechteckige Chip-Widerstand weist ein Substrat 1 mit 96 Gew.-% Aluminiumoxid auf, ein Paar oberer Oberflächen­ elektrodenschichten 2, die aus einem Silber/Cermet-Dickfilm bestehen, der in der Nähe der beiden Enden des Substrats 1 vorgesehen ist, eine Widerstandsschicht 4, die aus einem Rutheniumoxid-Dickfilm besteht, der so angeordnet ist, daß er einen Teil der oberen Oberflächenelektrodenschichten 2 überlagert, eine Kunstharzschutzschicht 6 zur Abdeckung der gesamten Oberfläche der Widerstandsschicht 4, ein Paar erster Elektrodenschichten mit einer Dicke von 10 µm bis 50 µm, die so ausgebildet sind, daß sie den Abschnitt einschließlich der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche abdecken, und ein Paar zweiter Elektrodenschichten 7, die aus einer Lotbe­ schichtungsschicht bestehen, welche jede der ersten Elektro­ denschichten 3 bedeckt. Jede der ersten Elektrodenschichten 3 besteht aus einer elektrisch leitfähigen Paste, die aus einer Mischung aus Kupferpulver, welches mehrere warzenför­ mige Vorsprünge auf der Oberfläche aufweist, und Nickelpul­ ver besteht, welches mehrere warzenförmige Vorsprünge auf der Oberfläche aufweist, zusammen mit einem unter Wärmeein­ wirkung aushärtenden Polymer als Bindemittel; wobei dann ei­ ne Beschichtung und Härtung erfolgt. Die ersten Elektroden­ schichten 3 und die zweiten Elektrodenschichten 7 bilden ex­ terne Elektroden.

Nachstehend wird das Herstellungsverfahren für den rechtecki­ gen Chip-Widerstand beschrieben. Zuerst wird ein Substrat 1 mit 96 Gew.-% Aluminiumoxid hergestellt, welches hervorragen­ de Wärmewiderstands- und Isoliereigenschaften aufweist. Das Substrat 1 ist mit Nuten für eine spätere Aufteilung in Strei­ fen und einzelne Chips versehen. Die Nuten sind bereits in dem Grünkörperzustand vorgesehen.

Dann wird die Oberfläche des Substrats 1 mit einem Dickfilm aus einer Silberpaste mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens be­ druckt und getrocknet. Dann erfolgt eine Erwärmung in einem Band-Durchlaufofen mit einem Wärmeprofil, welches eine Sin­ tertemperatur von 850°C aufweist, eine Zeit von 6 Minuten für den Spitzenwert, und eine Zeit von 45 Minuten für das Herein/Herausfahren, um ein Paar oberer Oberflächenelektro­ denschichten 2 auszubilden. Dann wird durch ein Siebdruck­ verfahren ein Dickfilm aus einer Widerstandspaste mit RuO₂ als Hauptbestandteil so aufgebracht, daß er einen Teil der oberen Oberflächenelektrodenschichten 2 überlagert, und ge­ sintert in einem Band-Durchlaufofen bei einem Wärmeprofil mit einer Sintertemperatur von 850°C, einer Zeit von 6 Minuten für den Spitzenwert, und einer Zeit von 45 Minuten für das Herein/Herausfahren, zur Ausbildung einer Widerstandsschicht 4. Damit der Widerstandswert der Widerstandsschicht 4 zwi­ schen den oberen Oberflächenelektrodenschichten 2 einen fest­ gelegten Wert annimmt, wird die Widerstandsschicht 4 mit ei­ nem Laserstrahl teilweise abgeschnitten und aufgebrochen, um den Widerstandswert einzustellen. Es werden folgende Schneid­ bedingungen verwendet: L-Schnitt, 30 mm/sec., 12 kHz, 5 W.

Dann wird Epoxyharzpaste durch Siebdruck so aufgebracht, daß sie die Widerstandsschicht 4 vollständig abdeckt, und in ei­ nem Band-Durchlaufofen mit einem Aushärtungsprofil von 200°C, einer Zeit von 30 Minuten für den Spitzenwert, und einer Zeit von 50 Minuten für das Herein/Herausfahren, um eine Schutz­ schicht 6 auszubilden. Dann wird als Vorbereitungsschritt zur Herstellung einer externen Elektrode das Substrat 1 in ein­ zelne Chips aufgetrennt, so daß ein Ort zur Ausbildung der externen Elektrode freigelegt wird.

Zur Herstellung der elektrisch leitfähigen Paste, aus welcher ein Paar erster Elektrodenschichten 3 hergestellt werden soll, werden Kupferpulver mit mehreren warzenförmigen Vorsprüngen auf den Teilchen (Teilchendurchmesser 2 µm bis 30 µm, Ober­ fläche beschichtet mit Silber in einer Dicke von weniger als 1 µm) und Nickelpulver mit mehreren warzenförmigen Vorsprün­ gen auf den Teilchen (Teilchendurchmesser 2 µm bis 10 µm, Oberfläche beschichtet mit Silber in einer Dicke von weniger als 1 µm) hergestellt. Eine Mischung von gleichen Anteilen an Kupferpulver und Nickelpulver mit insgesamt 83 Gew.-% und 17 Gew.-% eines Resol/Phenol-Harzes, wie beispielsweise Phenolformaldehyd, wird hergestellt und in einem Kneter mit drei Rollen geknetet, mit Diethylenglykolmonobutylether (Bu­ tylcarbitol) als Lösungsmittel, zur Herstellung einer elek­ trisch leitfähigen Kunstharzpaste.

Die elektrisch leitfähige Kunstharzpaste wird zuerst auf eine Edelstahlplatte gleichmäßig mit einer Dicke von etwa 200 µm aufgebracht, um dann später durch ein Tauchverfahren auf einen festgelegten Bereich des abgetrennten einzelnen Chips des Sub­ strats 1 aufgeschichtet zu werden, um den Abschnitt, die obe­ re Oberfläche und die untere Oberfläche zu bedecken. Dann wird mit den einzelnen Chips eine Wärmebehandlung in einem Band- Durchlaufofen im fernen Infrarot mit einem Wärmeprofil durch­ geführt, welches eine Heiztemperatur von 160°C, eine Zeit von 15 Minuten für den Spitzenwert, und eine Zeit von 40 Minu­ ten für das Herein/Herausfahren aufweist. Auf diese Weise wird ein Paar erster Elektrodenschichten 3 mit einer Dicke von etwa 30 µm bis 40 µm hergestellt.

Dann erfolgt ein Eintauchen in Lot auf 230°C über einen Zeit­ raum von 10 Sekunden, nach dem Vollsaugen mit Lot; auf diese Weise werden zweite Elektrodenschichten 7, die aus einer Lot­ beschichtungsschicht bestehen, über den ersten Elektroden­ schichten 3 ausgebildet. Durch die voranstehend geschilderten Vorgänge wird ein rechteckiger Chip-Widerstand hergestellt.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 eine zweite Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die zwei­ te Ausführungsform stellt eine Abänderung der ersten Ausfüh­ rungsform dar, wobei der Unterschied im Aufbau der externen Elektrode und in deren Herstellungsverfahren liegt. Die Mate­ rialien und Verfahren zur Herstellung eines Paars oberer Elek­ trodenschichten 2, der Widerstandsschicht 4 und der Schutz­ schicht 6 bleiben ebenso wie bei der ersten Ausführungsform.

Bei der zweiten Ausführungsform wird ein Paar erster Elektro­ denschichten 3 aus einer elektrisch leitfähigen Kunstharz­ paste hergestellt, die aus einer Mischung von Nickelpulver mit mehreren warzenförmigen Vorsprüngen auf den Teilchen (mittle­ rer Teilchendurchmesser 5 µm) mit 80 Gew.-% und epoxymodifi­ ziertem Phenolharz mit 20 Gew.-% hergestellt wird, wobei die Mischung mit einem Kneter mit drei Rollen mit Butylcarbitol als Lösungsmittel geknetet wird. Die elektrisch leitfähige Kunstharzpaste wird durch eine Rolle auf einen vorbestimmten Ort des streifenförmigen Substrats aufgebracht. Dann wird sie in einem Band-Durchlaufofen durch Bestrahlung im fernen Infrarot ausgehärtet, bei einem Wärmeprofil mit einer Erwär­ mungstemperatur von 160°C, einer Zeit von 15 Minuten für den Spitzenwert, und einer Zeit von 40 Minuten für das Herein/ Herausfahren. Auf diese Weise werden die ersten Elektroden­ schichten 3 mit einer Dicke von etwa 30 µm bis 40 µm im Sei­ tenabschnitt ausgebildet.

Dann wird das streifenförmige Substrat 1 in einzelne Chips aufgeteilt, und dann wird ein Paar von Nickelbeschichtungs­ schichten 8 durch Elektroplattierung hergestellt, so daß sie die freiliegenden oberen Elektrodenschichten 2 und die ersten Elektrodenschichten 3 abdecken. Weiterhin wird ein Paar zwei­ ter Elektrodenschichten 7, die aus Lotbeschichtungsschichten bestehen, auf den Nickelbeschichtungsschichten 8 ausgebildet, um einen rechteckigen Chip-Widerstand fertigzustellen.

Die rechteckigen Chip-Widerstände gemäß Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2 werden bezüglich des durchschnittli­ chen Widerstandswertes, des Bereichs des Widerstandswertes und der Zugfestigkeit der externen Elektrode mit rechtecki­ gen Chip-Widerständen nach dem Stand der Technik verglichen, und Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. Hierbei weisen die Wider­ stände 1 und 2 nach dem Stand der Technik den in Fig. 10 gezeigten Aufbau auf; das Paar der Anschlußklemmenelektroden 13 ist ein gesinterter Silber/Cermet-Dickfilm beim Widerstand nach dem Stand der Technik, dagegen ein Dickfilm aus silber­ haltigem Kunstharz bei dem Widerstand 2 nach dem Stand der Technik.

Der mittlere Widerstandswert und der Bereich des Widerstands­ werts werden auf der Grundlage von Widerstandswerten berech­ net, die für eine Gruppe von Erzeugnissen gemessen wurden. Der Bereich des Widerstandswertes wird durch 3 σ/Rm repräsen­ tiert; hierbei ist σ die Standardabweichung, und Rm der mitt­ lere Widerstandswert. Die Zugfestigkeit wird unter Verwendung einer Probe untersucht, die wie in Fig. 4 gezeigt ausgebildet ist: ein Chip-Widerstand 21 ist verlötet (22) mit Metalldräh­ ten 23 und 24 an den externen Elektroden, der Metalldraht 23 ist ortsfest, und der Metalldraht 22 wird gezogen.

Tabelle

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, weisen die Chip-Widerstände gemäß der vorliegenden Erfindung eine bemerkenswert verbes­ serte Verteilung des Widerstandswertes auf, verglichen mit dem Stand der Technik 1, und ist bei ihnen die Verschiebung des Widerstandswertes nach der Widerstandsabstimmung mini­ mal. Darüber hinaus ist der Bereich des Widerstandswerts sehr klein und zwar deswegen, da der Hochtemperatur-Sintervorgang, der beim Stand der Technik 1 verwendet wurde, ausgeschaltet wurde.

Die Zugfestigkeit der Erzeugnisse gemäß der vorliegenden Er­ findung ist beinahe gleich jener des Standes der Technik 1 mit einer gesinterten Elektrode, und ist erheblich größer als jene konventioneller Widerstände, die eine Silber/Kunstharz- Elektrode aufweisen. Der Grund hierfür liegt anscheinend da­ ran, daß - wie schematisch in Fig. 5 gezeigt - infolge der Verwendung eines elektrisch leitfähigen Metallpulvers 9a mit mehreren Vorsprüngen auf der Oberfläche als externe Elektro­ de die Ankerwirkungen zwischen dem elektrisch leitfähigen Metallpulver 9a und dem ausgehärteten Kunstharzbindemittel 9b vollständig zur Auswirkung kommen.

Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei erneut auf Fig. 3 Bezug genommen wird. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform in der Verwendung einer Mischung aus Nickelpulver und Kohlenstoffpulver als elektrisch leitfähiges Pulver für die ersten Elektrodenschichten 3. Die Materialien und Verfahren zur Herstellung der oberen Elektrodenschichten 2, der Widerstandsschicht 4 und der Schutzschicht 6 auf dem Substrat 1 sind ebenso wie bei der zweiten Ausführungsform 2, so daß insoweit keine erneute Beschreibung erfolgt.

Vor der Herstellung der ersten Elektrodenschichten 3 wird das streifenförmige Substrat 1 durch Aufspannvorrichtungen mit ge­ wünschter Form festgehalten, so daß die Oberfläche, auf wel­ cher die Elektrode hergestellt werden soll, horizontal bleibt. Inzwischen werden Nickelpulver mit einem Teilchendurchmesser von 2 µm bis 20 µm und mit mehreren Vorsprüngen sowie Kohlen­ stoffpulver mit einem Teilchendurchmesser von etwa 0,04 µm in Kettenanordnung als elektrisch leitfähiges Pulver für erste Elektrodenschichten 3 hergestellt. Das Nickelpulver mit einem Anteil von 80 Gew.-%, das Kohlenstoffpulver mit einem Anteil von 5 Gew.-%, und ein Phenol/Resol/Phenol-Harz mit 15 Gew.-% werden mit einer mit drei Rollen versehenen Knetvorrichtung geknetet, mit Butylcarbitol als Lösungsmittel, um eine elek­ trisch leitfähige Kunstharzpaste zu erhalten. Der Thixotro­ pie-Index der elektrisch leitfähigen Kunstharzpaste beträgt etwa 6.

Im nächsten Schritt wird die elektrisch leitfähige Kunstharz­ paste auf die Oberfläche einer Edelstahlrolle gleichmäßig in einer Dicke von etwa 70 µm aufgebracht. Die vertieft ausgebil­ deten Aufspannvorrichtungen werden weggenommen, und die Seite des Substrats 1 wird in Berührung mit der sich drehenden Rol­ le gebracht, so daß die Paste auf der Rolle auf die Seite des Substrats aufgebracht wird. Dann erfolgt eine Erwärmung in einem Band-Durchlaufofen, der eine Aushärtung durch Bestrah­ lung im fernen Infrarot durchführt, bei einem Wärmeprofil mit einer Erwärmungstemperatur von 160°C, einer Zeit für den Spitzenwert von 30 Minuten, und einer Zeit von 40 Minuten für das Herein/Herausfahren. Auf diese Weise werden erste Elek­ trodenschichten 3 mit einer Dicke an der Seite von etwa 30 µm bis 40 µm ausgebildet.

Dann wird das streifenförmige Substrat 1 in einzelne Chips aufgeteilt, und werden Nickelbeschichtungsschichten 8 durch Trommel-Elektroplattierung aufgebracht, um die freiliegen­ den ersten Elektrodenschichten 3 und die unteren Elektroden­ schichten 2 abzudecken, und werden zweite Elektrodenschichten 7 hergestellt, die aus Lotbeschichtungsschichten bestehen, um so einen rechteckigen Chip-Widerstand fertigzustellen.

Die Chip-Widerstände gemäß Ausführungsform 3 wurden bezüglich der Biegefestigkeit untersucht (entsprechend dem JIS C-5202- Testverfahren). Fig. 6 zeigt die Ergebnisse, verglichen mit dem Stand der Technik 1, der gesinterte Elektroden aufweist, und dem Stand der Technik 2, der Kunstharzelektroden aufweist. Der Zustand der aufgeschichteten, elektrisch leitfähigen Paste ist in Fig. 7 gezeigt, unter Bezugnahme auf die Ausführungs­ form 3 und dem Stand der Technik 2. Die Viskositätseigenschaf­ ten der elektrisch leitfähigen Paste sind in Fig. 8 gezeigt.

Wie aus Fig. 6 hervorgeht, liegt die Biegefestigkeit der vor­ liegenden Ausführungsform auf dem gleichen oder einem höheren Niveau im Vergleich zum Stand der Technik 1 mit gesinterten Elektroden, und deutlich höher als beim Stand der Technik 2 mit Kunstharzelektroden. Dies ist offenbar das Ergebnis der Verankerungswirkung, die zwischen dem mit Vorsprüngen verse­ henen Nickelpulver und dem Kunstharzbindemittel eine ausrei­ chende Wirkung entfaltet.

Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist die elektrisch leitfähige Kunstharzpaste in einem stabileren Zustand aufgeschichtet bei der vorliegenden Ausführungsform als beim Stand der Technik 2. Dies tritt offenbar infolge der Tatsache auf, daß das Hin­ zufügen des Kohlenstoffpulvers aus kleinen Teilchen in Ket­ tenstruktur mit einer großen spezifischen Oberfläche zu ver­ besserten Viskositätseigenschaften bei der elektrisch leit­ fähigen Kunstharzpaste führte, und daß der Thixotropie-Index vergrößert ist. Es wurde bestätigt, daß zur Ausbildung der ersten Elektrodenschicht in stabiler Form der Thixotropie- Index der elektrisch leitfähigen Kunstharzpaste vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 5 bis 8 liegen sollte.

Wie durch die Ausführungsformen 1, 2 und 3 verdeutlicht wur­ de, wird eine externe Elektrode, die eine hervorragende mechanische Festigkeit aufweist, durch Verwendung eines elek­ trisch leitfähigen Metallpulvers zur Verfügung gestellt, wel­ ches mehrere Vorsprünge zur Herstellung der externen Elektro­ de aufweist.

Der Anteil des elektrisch leitfähigen Metallpulvers ist nicht auf die bei den Ausführungsformen verdeutlichten Verhältnisse beschränkt, sondern es sind zahlreiche andere Mischverhält­ nisse möglich. Allerdings liegt die bevorzugte Menge an elek­ trisch leitfähigem Metallpulver innerhalb eines Bereiches von 60 Gew.-% bis 96 Gew.-%. Wenn die Menge des Metallpulvers kleiner als 60% ist, wird die Menge an Kunstharzbindemittel zu groß, und wird der Thixotropie-Index klein. Wenn die Men­ ge des Metallpulvers über 96% hinausgeht, wird die Menge an Kunstharzbindemittel zu gering, und verschlechtert sich die mechanische Festigkeit der externen Elektrode.

Obwohl eine Mischung aus Nickelpulver und Kupferpulver als Beispiel für das bevorzugte, elektrisch leitfähige Metallpul­ ver angegeben wurde, können selbstverständlich auch andere Pulver aus Edelmetallen wie Au, Ag, Pd verwendet werden, oder aus Metallen wie Fe, Al, Sn, Zn und dergleichen. Weiterhin können, wie anhand der Ausführungsform 1 verdeutlicht wurde, Metallpulver verwendet werden, deren Teilchenoberfläche mit einem anderen, elektrisch leitfähigen Metall bedeckt ist Metallpulver, die beispielsweise von Au, Pt, Ag oder Pd be­ deckt sind, werden vorzugsweise eingesetzt.

In bezug auf die Teilchengröße des elektrisch leitfähigen Metallpulvers ist praktisch jede Größe möglich, soweit der größte Teilchendurchmesser nicht mehr als 100 µm beträgt; bevorzugt werden allerdings Metallpulver mit einem mittleren Durchmesser von 2 µm bis 15 µm. In bezug auf die Form des Metallpulvers gibt es keine besondere Einschränkung, es kann kugelförmig oder plattenförmig sein, oder irgendeine andere Form aufweisen; wesentlich ist, daß es rauhe Vorsprünge auf der Teilchenoberfläche aufweist. Die Rauhigkeit bezüglich der Größe und der Verteilung der Vorsprünge wird durch die spezi­ fische Oberfläche in einem Volumen von Pulver repräsentiert. Bei den genannten Ausführungsformen sind jene Pulver am ge­ eignetsten, die einen Wert von 1,2 bis 7 (m²/cm³) aufweisen.

Bei den geschilderten Ausführungsformen wurde als Beispiel ein derartiges, elektrisch leitfähiges Metallpulver einge­ setzt, welches vollständig aus mit Vorsprüngen versehenem Metallpulver bestand; allerdings kann elektrisch leitfähiges Metallpulver ohne Vorsprünge zusätzlich je nach Situation vorgesehen werden, soweit der Anteil an Metallpulver mit Vor­ sprüngen 50 Gew.-% überschreitet. Statt zusätzlich ein elek­ trisch leitfähiges Metallpulver vorzusehen, kann Kohlenstoff­ pulver oder elektrisch leitfähiges Keramikpulver hinzugefügt werden, also solche Pulver, wie sie normalerweise bei elek­ trisch leitfähigem Pastenmaterial verwendet werden. Als zu­ sätzliches, elektrisch leitfähiges Pulver wird vorzugsweise Silberpulver und Kohlenstoffpulver eingesetzt.

Als Kunstharzbindemittel wurde beispielhaft ein Resol/Phenol- Harz genannt. Allerdings sind auch derartige, gegen Wärme­ einwirkung äußerst beständige Phenolharze einsetzbar wie Aralkylharz, Novolakharz, Imidgruppenharz, Epoxygruppenharz, oder Copolymere und Modifikationen derartiger Harze, soweit die Lötbarkeit und die Stromplattierungsfähigkeit nicht be­ einträchtigt werden, und gleichzeitig ein ausreichend nied­ riger elektrischer Widerstand sichergestellt ist. Unter Be­ rücksichtigung der Eigenschaften von Kunstharzen stellten sich allerdings Phenolgruppenharze als besonders geeignet dafür heraus, die voranstehend geschilderten Anforderungen zu erfüllen.

Ein Harz aus der Epoxygruppe wurde für die Schutzschicht 6 verwendet; es sind allerdings auch Polyimidgruppenharze und Acrylharze mit hoher Dichtfähigkeit ebenfalls verwendbar. Es wurde bestätigt, daß bei Verwendung von Glas als Schutz­ schicht 6 die Verteilung des Widerstandswerts (3 σ/Rm) an­ nähernd 0,5% beträgt, also kleiner ist als beim Stand der Technik 1 mit einer gesinterten Elektrode. In diesem Fall muß jedoch der Druck des Vorbeschichtungsglases und das Sin­ tern vor der Widerstandseinstellung durch den Laser erfol­ gen.

Statt der Lotbeschichtungsschicht kann eine Zinnbeschich­ tungsschicht als zweite Elektrodenschicht 7 verwendet wer­ den. Statt des Loteintauchverfahrens zur Ausbildung der zwei­ ten Elektrodenschicht 7 wurde bestätigt, daß ein vergleich­ bares Ergebnis dann erzielt wird, wenn die erste Elektroden­ schicht mit einer Paste abgedeckt wird, deren Hauptbestand­ teil Zinn oder Lot ist, wobei die Abdeckung durch Eintauchen oder Übertragungsdruck erfolgt, und eine Erhitzung in eine Atmosphäre unter 200°C bis 280°C vorgenommen wird. Wenn Chip-Widerstände in großer Anzahl hergestellt werden, ist es kostengünstig, die zweite Elektrodenschicht 7 durch Elektro­ plattierung herzustellen. Es ist ebenfalls kostengünstig, Elektroplattierung einzusetzen, wenn eine Nickelbeschichtungs­ schicht 8 gebildet wird, die zwischen der ersten Elektroden­ schicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 7 angeordnet ist, im Falle der Massenproduktion.

Zwar wurden die genannten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf einen Chip-Widerstand geschildert, jedoch wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht so inter­ pretiert werden sollte, daß sie auf eine derartige Vorrich­ tung beschränkt ist. Zweifellos sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich; beispielsweise können gemäß der vorliegenden Erfindung Chip-Kondensatoren, Chip-Induktivi­ täten und zahlreiche andere Elektronik-Chip-Bauteile herge­ stellt werden, welche die genannte, externe Elektrode auf­ weisen. Daher sollen die beigefügten Patentansprüche sämt­ liche Änderungen und Modifikationen abdecken, die innerhalb des wahren Wesens und Umfangs der vorliegenden Erfindung lie­ gen, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmelde­ unterlagen ergeben.

Claims (20)

1. Elektronik-Chip-Bauteil mit einem Chip-Körper und einer auf einem Teil der Oberfläche des Chip-Körpers vorgesehe­ nen, externen Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus einem elektrisch leitfähigen Material be­ steht, welches (1) ein elektrisch leitfähiges Metallpulver enthält, welches zahlreiche Vorsprünge auf der Oberfläche aufweist, und (2) ein Kunstharzbindemittel.

2. Elektronik-Chip-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material das elek­ trisch leitfähige Metallpulver in einem Anteil von 60 bis 96 Gew.-% enthält.

3. Elektronik-Chip-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elektrisch leitfähige Metallpulver zumin­ dest entweder Kupferpulver oder Nickelpulver ist.

4. Elektronik-Chip-Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elektrisch leitfähige Metallpulver mit einem Edelmetall beschichtet ist, welches aus der Gruppe ausgesucht ist, die Au, Pt, Ag und Pd umfaßt.

5. Elektronik-Chip-Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material weiterhin Silberpulver enthält.

6. Elektronik-Chip-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material weiterhin Kohlenstoffpulver enthält, und daß das elektrisch leit­ fähige Metallpulver Nickelpulver ist.

7. Elektronik-Chip-Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kohlenstoffpulver eine Kettenstruktur aufweist.

8. Elektronik-Chip-Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Chip-Körper ein Substrat aufweist, eine auf dem unteren Seitenteil des Substrats ausgebildete obe­ re Oberflächenelektrodenschicht, sowie eine Widerstands­ schicht, die auf dem Substrat vorgesehen und elektrisch mit der oberen Oberflächenelektrodenschicht gekoppelt ist; und daß die externe Elektrode elektrisch mit der oberen Oberflächenelektrodenschicht gekoppelt ist.

9. Elektronik-Chip-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die externe Elektrode eine erste Elektro­ denschicht aufweist, die aus dem elektrisch leitfähigen Material besteht, sowie eine zweite Elektrodenschicht, die über der ersten Elektrodenschicht angeordnet ist, wo­ bei die zweite Elektrodenschicht entweder eine Zinnbe­ schichtungsschicht oder eine Lotbeschichtungsschicht auf­ weist.

10. Elektronik-Chip-Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Elektrodenschicht eine elektro­ plattierte Schicht aufweist.

11. Elektronik-Chip-Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Nickelbeschichtungsschicht zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektroden­ schicht vorgesehen ist.

12. Elektronik-Chip-Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nickelbeschichtungsschicht eine elektro­ plattierte Schicht aufweist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Elektronik-Chip-Bauteils, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Herstellen eines Chip-Körpers;
Herstellen eines elektrisch leitfähigen Materials, wel­ ches (1) elektrisch leitfähiges Metallpulver aufweist, das mit zahlreichen Vorsprüngen auf der Oberfläche ver­ sehen ist, und (2) Kunstharzbindemittel; und
Ausbilden einer externen Elektrode durch Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials auf einen Teil der Ober­ fläche des Chip-Körpers, und Härten des Materials.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Metallpulver zumindest entweder Kupferpulver oder Nickelpulver enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material weiterhin Kohlenstoff­ pulver enthält, und daß das elektrisch leitfähige Metall­ pulver Nickelpulver ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Ausbildung einer externen Elektrode den Schritt des Aufbringens des elektrisch leitfähigen Mate­ rials auf eine Rolle und nachfolgendes Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials auf einen Teil der Ober­ fläche des Chip-Körpers durch Drehung der Rolle umfaßt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Thixotropie-Index des elektrisch leitfähigen Materials innerhalb eines Bereiches von 5 bis 8 liegt.

18. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Ausbildung einer externen Elektrode einen Schritt der Ausbildung einer ersten Elektrodenschicht durch Aufbringen und Härten des elektrisch leitfähigen Materials umfaßt, sowie einen Schritt der Ausbildung einer zweiten Elektrodenschicht, die entweder eine Zinn­ beschichtungsschicht oder eine Lotbeschichtungsschicht enthält, auf der ersten Elektrodenschicht.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Ausbildung einer zweiten Elektrodenschicht einen Schritt des Eintauchens entweder in geschmolzenes Zinn oder geschmolzenes Lot umfaßt, welches in einem Tem­ peraturbereich von 200°C bis 250°C gehalten wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Ausbildung einer zweiten Elektrodenschicht einen Schritt des Übertragungsdrucks von Paste umfaßt, die entweder Zinn oder Lot als Hauptbestandteil enthält, mit nachfolgender Wärmebehandlung in einem Temperaturbe­ reich von 200°C bis 280°C.