DE19628680A1 - Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Keramiksubstrats - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Keramiksubstrats

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Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Keramiksubstrats mit einem integral eingebau­ ten Kondensator durch gemeinsames Brennen eines Substratlami­ nats und des Kondensators bei einer Temperatur im Bereich zwischen 800 und 1.000°C.
Gemäß dem Stand der Technik gibt es seit kurzem ein mehr­ schichtiges Keramiksubstrat, bei dem ein Kondensator an eine von inneren Schichten des Substrats laminiert wird und ge­ meinsam mit einem Substratlaminat gebrannt wird, und zwar zum Zwecke einer Bestückung bzw. Verdrahtung mit hoher Dichte und einer hohen Integration elektronischer Schaltungen oder ähn­ lichem. Jedoch unterscheiden sich ein keramisches Material für das Substrat und ein dielektrisches Material für den Kon­ densator bezüglich der chemischen Zusammensetzung und einer Brennschwindeigenschaft. Demgemäß hat dann, wenn beide Mate­ rialien miteinander laminiert und gemeinsam gebrannt werden, der Unterschied bezüglich der Brennschwindeigenschaft zwi­ schen ihnen häufig ein Wölben, Risse oder eine Deformierung des hergestellten Substrats zur Folge.
Weiterhin wird die Dichte in der gesinterten Schicht oder den Schichten entweder des keramischen oder des dielektrischen Materials reduziert, wenn sich diese Materialien bezüglich einer Sinterbeendigungstemperatur unterscheiden. Einerseits wird eine Isolierfähigkeit zwischen Verdrahtungsleitern im Substrat erniedrigt, wenn die Dichte in den gesinterten Schichten (Isolierschichten) des keramischen Materials ver­ ringert wird. Andererseits wird eine Isolierfähigkeit eines Dielektrikums des Kondensators erniedrigt, wenn die Dichte in der gesinterten Schicht (der dielektrischen Schicht) verrin­ gert wird.
Somit sollen die Brennschwindeigenschaft und die Sinterbeen­ digungstemperatur des keramischen Materials jeweils mit jenen des dielektrischen Materials übereinstimmen, und umgekehrt, so daß die Wölbung, die Risse oder die Deformierung des her­ gestellten Substrats und die Reduzierung der Dichte der iso­ lierenden oder dielektrischen Schichten nach dem Brennen ver­ hindert werden. Tatsächlich ist es jedoch äußerst schwierig, die keramischen und die dielektrischen Materialien derart auszuwählen, daß sie exakt dieselbe Brennschwindeigenschaft und dieselbe Sinterbeendigungstemperatur bieten können. Unter diesen Umständen werden demgemäß keramische und dielektrische Materialien verwendet, die Brennschwindeigenschaften und Brennbeendigungstemperaturen bieten, die jeweils mehr oder weniger unterschiedlich voneinander sind.
Die Erfinder sind an einem Forschungsprojekt bezüglich eines neuen Brennverfahrens beteiligt, das ein Wölben, Risse oder eine Deformierung des Substrats und eine Reduzierung bezüg­ lich der Dichte sowohl der Isolierschicht als auch der die­ lektrischen Schicht verhindern kann, selbst wenn die kerami­ schen und die dielektrischen Materialien verwendet werden, die solche Brennschwindeigenschaften und Brennbeendigungstem­ peraturen haben, die jeweils mehr oder weniger unterschied­ lich voneinander sind. Bei diesem Brennverfahren wird das Substrat unter Druckbeaufschlagung gebrannt. Verfahren zum Brennen eines Substrats unter Druckbeaufschlagung sind in PCT WO91/10630 und der veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 5-163072 (1993) offenbart. Gemäß der zu­ erst genannten Veröffentlichung werden jeweils Schutz- Preßkörperbögen bzw. Schutz-Grünlingsbögen an obere und unte­ re Oberflächen eines keramischen Isolierpreßkörperbogens la­ miniert. Der jeweilige Schutz-Preßkörperbogen wird bei einer Brenntemperatur für den keramischen Isolierpreßkörperbogen nicht gesintert. Eine zusammengebaute Anordnung aus dem kera­ mischen Preßkörperbogen und den Schutz-Preßkörperbögen wird bei einer vorbestimmten Brenntemperatur gebrannt, wobei eine freie Oberfläche des Schutz-Preßkörperbogens mit Druck beauf­ schlagt wird. Danach werden die Schutz-Preßkörperbögen von beiden Oberflächen des gesinterten Keramikkörpers entfernt, wodurch ein Keramiksubstrat hergestellt wird.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird die zusammengebaute Anordnung unter Druckbeaufschlagung gebrannt, damit das Schwinden des Substrats in den Richtungen seiner Oberfläche reduziert wird, so daß dimensionsmäßige Veränderungen der hergestellte Substrate reduziert werden. Jedoch betrifft das offenbarte Brennverfahren kein mehrschichtiges Substrat mit einem integral eingebauten Kondensator (einer dielektrischen Schicht), der eine Brennschwindeigenschaft und eine Sinterbe­ endigungstemperatur hat, die unterschiedlich von jenen des Substrats (eines Preßkörperbogens) sind.
Die zuletzt genannte (Veröffentlichung Nr. 5-163072) der obi­ gen Veröffentlichungen offenbart ein Verfahren, bei dem ein mehrschichtiges Keramiksubstrat mit einem integral eingebau­ ten Kondensator unter Druckbeaufschlagung gebrannt wird, wie es beispielsweise auf Seite 13 bei der Absatznr. [0054] der Veröffentlichung angegeben ist. Bei diesem Verfahren wird je­ doch der Kondensator vorher gebrannt und dann an einen der keramischen Preßkörperbögen laminiert. Eine zusammengebaute Anordnung der keramischen Preßkörperbögen und des gebrannten Kondensators wird unter Druckbeaufschlagung gebrannt. Somit ist bei diesem Verfahren erforderlich, daß der Kondensator vor dem Brennen des Keramiksubstrats einzeln gebrannt wird. Folglich ist die Herstellungseffizienz gering und die Her­ stellungskosten sind erhöht, da das Substrat und der Konden­ sator nicht gemeinsam gebrannt werden können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Kera­ miksubstrats zu schaffen, bei welchem Verfahren ein Kondensa­ tor und ein Substrat zur Verbesserung der Herstellungseffizi­ enz gemeinsam gebrannt werden können, und ein Wölben, Risse oder eine Deformierung des Substrats und eine Reduzierung der Dichte sowohl der Isolierschichten als auch der dielektri­ schen Schicht nach dem Brennen verhindert werden können, so daß ein zuverlässiges mehrschichtiges Keramiksubstrat mit ei­ nem integral eingebauten Kondensator hergestellt werden kann.
Zum Lösen der Aufgabe zeigt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Kera­ miksubstrats mit einem integral eingebauten Kondensator durch gemeinsames Brennen des Substrats und des Kondensators bei einer vorbestimmten Brenntemperatur für das Substrat im Be­ reich zwischen 800 bis 1.000°C, gekennzeichnet durch folgende aufeinanderfolgende Schritte: Bilden eines zwischen Preßkör­ per-Isolierschichten angeordneten Substratlaminats mit einem Kondensator, wobei die Preßkörper-Isolierschichten jeweils aus bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbarem keramischem Isoliermaterial bestehen, wobei der Kondensator aus einer dielektrischen Preßkörperschicht, die aus einem bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbarem keramischen dielektrischen Material besteht, und aus die dielektrische Schicht in Sand­ wich-Struktur umgebenden Elektrodenleitern besteht; jeweili­ ges Laminieren von Schutz-Preßkörperbögen bei der Brenntempe­ ratur für das Substrat an beide Seiten des Substratlaminats; Brennen des Substratlaminats mit den Schutz-Preßkörperbögen bei der Brenntemperatur für das Substrat, während daran nor­ mal zu einer freien Oberfläche eines der Schutz- Preßkörperbögen Druck angelegt wird, wobei der Druck im Be­ reich zwischen 2 und 20 kgf/cm² ist; und Entfernen der Schutz-Preßkörperbögen von beiden Seiten der gebrannten zu­ sammengebauten Anordnung, um dadurch das mehrschichtige Kera­ miksubstrat mit dem integral eingebauten Kondensator her zu­ stellen.
Die Dichte des mehrschichtigen Keramiksubstrats wird verbes­ sert, wenn der während des Brennens angelegte Druck erhöht wird. Jedoch wird das Substrat einer Deformierung ausgesetzt, wenn der angelegte Druck auf 20 kgf/cm² oder darüber erhöht wird. Weiterhin ist der angelegte Druck zu klein, um die Dichte des Substrats zu verbessern, wenn der angelegte Druck unter 2 kgf/cm² ist. Demgemäß liegt ein geeigneter Bereich für den angelegten Druck zwischen 2 und 20 kgf/cm². Wenn der angelegte Druck in diesem Bereich liegt, kann ein Wölben, Risse oder ein Deformieren beim Substrat verhindert werden, und die Dichte sowohl der isolierenden wie auch der dielek­ trischen Schichten des Substrats nach dem Brennen kann ver­ bessert werden, so daß eine bessere Isolierfähigkeit der iso­ lierenden und der dielektrischen Schichten sichergestellt werden kann.
Ein Verfahren zum Einbauen eines Kondensators in eine innere Schicht des Substrats enthält ein Verfahren zum Laminieren eines Preßkörperbogens und ein Druckverfahren. Beim Verfahren zum Laminieren eines Preßkörperbogens wird ein dielektrischer Preßkörperbogens in einer Schicht eingebettet, in der ein Kondensator ausgebildet werden soll. Ein Teil des in Sand­ wich-Struktur zwischen Elektroden liegenden dielektrischen Preßkörperbogens wird als dielektrische Schicht des Kondensa­ tors verwendet. Bei dieser Struktur ist für die dielektrische Schicht eine hohe Dichte oder eine Flüssigkeitsdurchdringfe­ stigkeit erforderlich, da die dielektrische Schicht oder der dielektrische Preßkörperbogen an einer peripheren Endfläche des Substrats freiliegt. Der Grund dafür ist, daß sich eine Migration in den die dielektrische Schicht des Kondensators in Sandwich-Struktur umgebenden Metallelektroden bei Vorhan­ densein von Flüssigkeit weiterentwickelt, was in einem Kurz­ schluß bei der dielektrischen Schicht resultiert.
Jedoch kann bei der oben beschriebenen Erfindung die Dichte der dielektrischen Schicht durch das Brennen unter Druckbe­ aufschlagung erhöht werden. Folglich kann ein Eindringen von Flüssigkeit in die dielektrische Schicht verhindert werden, selbst wenn der Kondensator gemäß dem Verfahren zum Laminie­ ren eines Preßkörperbogens bzw. Grünlingsbogens bzw. grünen Bogens ausgebildet wird.
Andererseits wird ein bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbares keramisches dielektrisches Material auf einen aus einem bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbaren kerami­ schen Isoliermaterial gebildeten Isolierpreßkörperbogen (eine Preßkörper-Isolierschicht) gedruckt, wobei bei dem Druckver­ fahren ein Elektrodenleiter dazwischen angeordnet wird, wor­ aufhin die dielektrische Preßkörperschicht gebildet wird. So­ mit kann die dielektrische Schicht des Kondensators an einem Teil der inneren Schicht des Substrats durch Drucken gebildet werden. Folglich kann dies deshalb, weil die dielektrische Schicht an der peripheren Endfläche des Substrats nicht frei­ liegt, die Isolierfähigkeit der dielektrischen Schicht zusam­ men mit der Verbesserung bezüglich der Dichte der dielektri­ schen Schicht aufgrund des Brennens unter Druckbeaufschlagung weiter verbessern.
Es wird allgemein bevorzugt, daß eine dielektrische Schicht nach dem Sintern eine Dicke von 30 µm oder darüber hat, um eine ausreichende Isolierfähigkeit zwischen den Elektroden­ leitern sicherzustellen, oder daß die dielektrische Schicht, während sie in ihrer Pastenphase vor dem Sintern getrocknet wird, eine Dicke von 60 µm oder darüber hat. Wenn obere und untere Elektrodenleiter zu der dielektrischen Schicht hinzu­ gefügt werden, sollte der gesamte Kondensator vor dem Sintern eine Dicke von 80 µm oder darüber haben. Wenn der Kondensator zwischen Isolierpreßkörperbögen angeordnet wird und die zu­ sammengebaute Anordnung dann unter Druck gebrannt wird, wird ein abgestufter Teil mit einer Dicke von 80 µm oder darüber auf der Schicht ausgebildet, in der der Kondensator ausgebil­ det wird. Da der angelegte Druck auf den Kondensator konzen­ triert wird, ist es möglich, daß ein äußeres peripheres Ende des Kondensators durch den angelegten Druck derart gedrückt wird, daß es deformiert wird. Dies kann die Isolierfähigkeit reduzieren.
Angesichts des oben beschriebenen Problems wird bei einer be­ vorzugten Form der vorliegenden Erfindung eine dielektrische Preßkörperschicht durch Laminieren eines Abstandhalterungs- Isolierpreßkörperbogens mit einer Öffnung, die einen Bil­ dungsbereich einer dielektrischen Schicht zu einem innenlie­ genden Isolierpreßkörperbogen definiert, und durch Auffüllen der Öffnung mit bei niedriger Temperatur gebranntem kerami­ schen dielektrischen Material in einem Verfahren zum Laminie­ ren der Isolierpreßkörperbögen gebildet. Dies hat die Wir­ kung, daß kein abgestufter Teil aufgrund der dielektrischen Schicht auf der Schicht ausgebildet wird, in der der Konden­ sator auszubilden ist. Wenn das wie oben beschrieben gebilde­ te Substratlaminat unter Druck gebrannt wird, wird der ange­ legte Druck aufgeteilt vom Kondensator und vom Abstandhalte­ rungs-Isolierpreßkörperbogen in der Schicht aufgenommen, in der der Kondensator auszubilden ist, und demgemäß kann eine Deformierung des äußeren peripheren Endes des Kondensators durch den Abstandhalterungs-Isolierpreßkörperbogen verhindert werden.
Jeder Elektrodenleiter besteht vorzugsweise aus Au, einer Au- Legierung oder aus Ag/Pd mit einem Gewichtsverhältnis von Ag/Pd in einem Bereich von 90/10 bis zu 60/40. Dies hat die Wirkung, daß die Zuverlässigkeit der Isolierfähigkeit der dielektrischen Schicht verbessert werden kann, selbst wenn nicht erforderlich ist, daß die Brennschwindeigenschaft und die Sinterbeendigungstemperatur der Isolierschicht mit je­ weils jenen der dielektrischen Schicht übereinstimmen. Dies wurde durch von den Erfindern ausgeführte Experimente bestä­ tigt.
Die dielektrische Schicht kann aus einer Pb-Perowskit- Verbindung bestehen. Die Pb-Perowskit-Verbindung hat eine ho­ he Dielektrizitätskonstante und kann gemeinsam mit dem bei niedriger Temperatur gebrannten keramischen Isoliermaterial bei 1.000°C oder darunter gebrannt werden. Folglich ist die Pd-Perowskit-Verbindung als Material für den Kondensator ge­ eignet.
Das bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbare keramische Isoliermaterial besteht vorzugsweise aus einer Mischung aus Glaspulver eines Systems aus CaO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃ oder eines Systems aus MgO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃ und aus Al₂O₃-Pulver. Die Mi­ schung führt im Brennverfahren zu einer teilweisen Kristalli­ sierung eines Anorthits, eines Anorthit+Calciumsilikats (Wollastonit) oder eines Cordierits. Die Mischung ermöglicht, daß das Substratlaminat bei einer Temperatur im Bereich zwi­ schen 800 und 1.000°C in Sauerstoffatmosphäre (Luft) gebrannt wird. Weiterhin verkürzt die Mischung eine Zeitperiode für das Brennen, wobei eine Deformierung feiner Muster beim Brennverfahren durch die oben angegebene teilweise Kristalli­ sierung beschränkt wird.
Das Substratlaminat hat vorzugsweise Innen- oder Oberflächen­ schichten, die mit Verdrahtungs- und Zwischenschicht- Durchgangsleiter ausgebildet sind, die jeweils aus Au, Ag, Ag/Pd, Ag/Pt oder Cu bestehen. Da diese Metallpasten jeweils Sintertemperaturen von etwa 1.000°C oder darüber haben, kön­ nen sie mit der bei niedriger Temperatur gebrannten Keramik gemeinsam gebrannt werden und haben verglichen mit Metallen mit hohen Schmelzpunkten, wie beispielsweise W oder Mo, bes­ sere elektrische Eigenschaften.
Weiterhin hat das Substratlaminat vorzugsweise eine Innen- oder Oberflächenschicht, die mit einem Widerstand ausgebildet ist, der aus RuO₂ oder einem Ru-Pyrochlor besteht. RuO₂ oder das Ru-Pyrochlor kann zusammen mit der bei niedriger Tempera­ tur gebrannten Keramik gebrannt werden und kann selbst dann ein relativ einfaches Einstellen des Widerstandswertes des Widerstandes bieten, wenn er an einer inneren Schicht ausge­ bildet wird.
Jeder Schutz-Preßkörperbogen ist vorzugsweise ein ungesinter­ ter Aluminium-Preßkörperbogen. Der Aluminium-Preßkörperbogen ist unter Keramiken für eine praktische Anwendbarkeit relativ billig und erfüllt eine Anforderung bezüglich der Reduzierung der Herstellungskosten.
Nun wird die Erfindung lediglich anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wo­ bei:
Fig. 1A ein Längsschnitt eines Substrats bei einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfin­ dung ist, wobei Schutz-Preßkörperbögen an seinen beiden Seiten laminiert sind;
Fig. 1B ein Längsschnitt des Substrats ist, wobei die Schutz-Preßkörperbögen von ihm entfernt und Ober­ flächenleiter auf es gedruckt sind;
Fig. 2A bis 2D Ansichten sind, die Herstellungsschritte bei einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorlie­ genden Erfindung zeigen;
Fig. 3A ein Längsschnitt des Substrats beim zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel ist, wobei die Schutz-Preßkörperbögen an seinen beiden Seiten laminiert sind;
Fig. 3B ein Längsschnitt des Substrats beim zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel ist, wobei die Schutz-Preßkörperbögen von ihm entfernt sind und Oberflächenleiter auf es gedruckt sind.
Erstes Ausführungsbeispiel
Nun wird ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 1A und 1B beschrieben. Das Verfahren zum Herstellen eines mehr­ schichtigen Keramiksubstrats gemäß dem ersten Ausführungsbei­ spiel weist folgende Schritte auf:
1. Herstellung von Isolierpreßkörperbögen 11 (Preßkörper- Isolierschichten)
Eine Mischung, die 10 bis 55 Gew.-% CaO, 45 bis 70 Gew.-% SiO₂, 0 bis 30 Gew.-% Al₂O₃ und 5 bis 20 Gew.-% B₂O₃ enthält, wird bei 1.450°C geschmolzen, damit sie glasartig bzw. kera­ misch gebunden wird. Danach wird die glasartige bzw. kera­ misch gebundene Mischung schnell in Wasser getaucht und dann in ein Glaspulver eines Systems aus CaO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃ mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser im Bereich von 3,0 und 3,5 µm pulverisiert. Ein mit einem bei niedriger Tempera­ tur gemeinsam brennbaren keramischen Isolierer gemischtes Pulver wird durch Mischen von 50 bis 65 Gew.-% (vorzugsweise 60 Gew.-%) Glaspulver und 50 bis 35 Gew.-% (vorzugsweise 40 Gew.-%) Aluminiumpulver mit einem durchschnittlichen Korn­ durchmesser von 1,2 µm hergestellt. Ein Lösungsmittel, wie beispielsweise Toluen oder Xylen, ein Bindemittel, wie bei­ spielsweise ein Acryl-Kunstharz, und ein Plastizierer, wie beispielsweise DOA, werden zu dem gemischten Pulver hinzuge­ fügt. Die Mischung wird gut vermischt, so daß ein dünnflüssi­ ger Schlamm mit einer Viskosität von 2.000 bis 40.000 cps er­ halten wird. Der Schlamm wird durch ein herkömmliches Doctor- Verfahren in einen Isolierpreßkörperbogen 11 mit einer Dicke von 0,3 mm geformt. Der Isolierpreßkörperbogen 11 wird in den abhängigen Ansprüchen als Preßkörper-Isolierschicht und als bei einer Temperatur im Bereich zwischen 800 und 1.000°C brennbar beansprucht.
2. Herstellung von Schutz-Preßkörperbögen 13 (Aluminium- Preßkörperbögen)
Das Lösungsmittel, das Bindemittel und der Plastizierer, die dieselben wie jene sind, die oben angegeben sind, werden mit einem Aluminiumpulver mit einem durchschnittlichen Korndurch­ messer von 1,0 µm vermischt. Die Mischung wird gut in einen dünnflüssigen Schlamm vermischt. Der Schlamm wird durch das herkömmliche Doctor-Verfahren in einen Aluminium- Preßkörperbogen mit einer Dicke von 0,3 mm geformt. Der Alu­ minium-Preßkörperbogen wird als Schutz-Preßkörperbogen 13 verwendet, wie es später beschrieben wird. Der Schutz- Preßkörperbogen 13 ist dazu geeignet, gesintert zu werden, wenn er bis zu einem Bereich von 1.550 bis 1.600°C erwärmt wird.
3. Herstellung einer dielektrischen Paste 12
Eine Pb-Perowskit-Verbindung, wie beispielsweise PbO-Fe₂O₃- Nb₂O₅-WO₃-ZnO, wird als bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbares keramisches dielektrisches Material verwendet. Ei­ ne vorbestimmte Menge der Verbindung wird auf Waagschalen ab­ gewogen und dann aufeinanderfolgend pulverisiert, gemischt und getrocknet. Die getrocknete Verbindung wird dann bei 850°C kalziniert, und darauf folgend, nachdem sie getrocknet worden ist, naßgemahlen und in ein dielektrisches Pulver ge­ formt, das einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 2 µm hat. Ein Bindemittel, wie beispielsweise Ethylzellulose, und ein Lösungsmittel, wie beispielsweise Terpineol, werden zu dem erhaltenen dielektrischen Pulver hinzugefügt, und dann wird die Mischung durch eine Dreiwalzen-Mischmaschine in eine dielektrische Paste 12 vermischt, die aus dem bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbaren keramischen dielektrischen Material besteht. Die dielektrische Paste 12 wird mittels Siebdruck auf den Isolierpreßkörperbogen 11 gebracht, damit er in eine dielektrische Preßkörperschicht geformt wird, wie es später beschrieben wird. Die dielektrische Paste 12 ist mit dem Isolierpreßkörperbogen 11 bei 1.000°C oder darunter gemeinsam brennbar.
4. Herstellung einer Widerstandspaste des Systems RuO₂
Eine Mischung eines RuO₂-Pulvers mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 0,1 mm und einem Glaspulver aus CaO-SiO₂- Al₂O₃-B₂O₃ wird als Material für einen Widerstand verwendet. Ein Bindemittel, wie beispielsweise Ethylzellulose, und ein Lösungsmittel, wie beispielsweise Terpineol, werden zur Mi­ schung hinzugefügt, und die Mischung wird dann durch die Dreiwalzen-Mischmaschine in eine Widerstandspaste 14 des RuO₂-Systems vermischt. Die Widerstandspaste 14 ist auch mit dem Isolierpreßkörperbogen 11 bei 1.000°C oder darunter ge­ meinsam brennbar.
5. Herstellung einer Elektrodenleiterpaste 15
In den Beispielen 1 bis 4, die später beschrieben werden, wird Au oder eine Au-Legierung, wie beispielsweise Au/Pd/Ag, als Elektrodenleitermaterial für einen eingebauten Kondensa­ tor verwendet. Das Bindemittel, wie beispielsweise Ethylzel­ lulose, und das Lösungsmittel, wie beispielsweise Terpineol, werden zu einem Au-Pulver mit einem durchschnittlichen Korn­ durchmesser von 1 µm oder zu einem Au-Legierungspulver hinzu­ gefügt, und die Mischung wird dann durch die Dreiwalzen- Mischmaschine in eine Elektrodenleiterpaste 15 vermischt.
In den Beispielen 5 bis 8, die später beschrieben werden, wird eine Mischung aus einem Ag-Pulver und einem Pd-Pulver mit einem Gewichtsverhältnis von Ag/Pd im Bereich zwischen 90/10 und 60/40 oder aus einem Ag/Pd-Legierungspulver mit demselben Gewichtsverhältnis, wie es oben beschrieben ist, als Elektrodenleitermaterial verwendet. Das Bindemittel, wie beispielsweise Ethylzellulose, und das Lösungsmittel, wie beispielsweise Terpineol, die beide dieselben wie jene sind, die oben beschrieben sind, werden zur Mischung hinzugefügt. Die Mischung wird dann durch die Dreiwalzen-Mischmaschine vermischt, damit sie in eine Elektrodenleiterpaste 15 ausge­ bildet wird.
6. Herstellung von Verdrahtungs- und Zwischenschicht- Durchgangsleiterpasten 16 und 17
Au, Ag, Ag/Pd, Ag/Pt oder Cu wird als Leitermaterial für eine Verdrahtungs- und Zwischenschicht-Durchgänge verwendet, die beide in den inneren Schichten des Substrats ausgebildet wer­ den. Das Bindemittel, wie beispielsweise Ethylzellulose, und das Lösungsmittel, wie beispielsweise Terpineol, die beide dieselben wie jene sind, die oben beschrieben sind, werden zum Metallpulver hinzugefügt. Die Mischung wird dann durch die Dreiwalzen-Mischmaschine vermischt, damit sie in Elektro­ denleiterpasten 16 und 17 ausgebildet wird.
7. Herstellung einer Oberflächenschicht-Leiterpaste 20
Au, Ag, Ag/Pd, Ag/Pt oder Cu wird als Material für einen Ver­ drahtungsleiter verwendet, der in einer Oberflächenschicht des Substrats ausgebildet wird. Die Metallpaste wird durch daßelbe Verfahren, wie es oben beschrieben ist, in eine Oberflächenschichtleiterpaste 20 ausgebildet.
8. Stoßen, Drucken und Laminieren
Die Isolierpreßkörperbögen 11 und die Schutz-Preßkörperbögen 13 werden derartig geschnitten, daß sie jeweils vorbestimmte Abmessungen haben. Durchgangslöcher 18 werden an vorbestimm­ ten Stellen in den Isolierpreßkörperbögen 11 mittels eines Durchstoßens ausgebildet. Die Durchgangslöcher 18 werden dann mit der Zwischenschicht-Durchgangsleiterpaste 17 aufgefüllt, und die Verdrahtungsleiterpaste 16 mit derselben Zusammenset­ zung wie die Paste 17 wird mittels Siebdruck auf den Isolier­ preßkörperbögen 11 aufgebracht, damit sie in Verdrahtungsmu­ ster ausgebildet wird. Die Elektrodenleiterpaste 15 wird mit­ tels Siebdruck auf einem Isolierpreßkörperbogen 11 an einer inneren Schicht aufgebracht, in dem ein Kondensator 19 auszu­ bilden ist, woraufhin eine untere Elektrode des Kondensators 19 ausgebildet wird. Die dielektrische Paste 12 wird mittels Siebdruck auf der oberen Oberfläche der unteren Elektrode aufgebracht, damit sie in eine dielektrische Schicht mit ei­ ner Dicke von 60 µm ausgebildet wird. Weiterhin wird die Elektrodenleiterpaste 15 mittels Siebdruck auf der oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht aufgebracht, damit sie in eine obere Elektrode des Kondensators 19 ausgebildet wird. Zusätzlich wird die Widerstandspaste 14 des RuO₂-Systems mit­ tels Siebdruck auf einem anderen Isolierpreßkörperbogen 11 der inneren Schicht aufgebracht, damit sie in einen Wider­ stand ausgebildet wird. Die oben beschriebenen Preßkörperbö­ gen 11 werden miteinander in ein Substratlaminat laminiert, welches Laminat auf 80 bis 150°C erwärmt und dann bei 50 bis 250 kg/cm² gepreßt wird, damit es dadurch in einen einzigen Körper integriert wird. Weiterhin werden die ungebrannten Schutz-Preßkörperbögen 13 jeweils an beide Seitenflächen des Substratlaminats laminiert, und das Laminat wird unter den­ selben Bedingungen, wie sie oben beschrieben sind, erwärmt und dann gepreßt.
9. Brennen
Das wie oben beschrieben hergestellte Substratlaminat wird bei einer Brenntemperatur für das Substrat von 800 bis 1.000°C (vorzugsweise 900°C) gebrannt, während normal zu ei­ ner freiliegenden Oberfläche eines der Schutz-Preßkörperbögen 13 Druck auf das Laminat ausgeübt wird, wobei der Druck im Bereich zwischen 2 und 20 kgf/cm² liegt. Somit wird das mehr­ schichtige Keramiksubstrat gemeinsam mit dem Kondensator 19 und dem Widerstand, die darin enthalten sind, gebrannt. Das Laminat kann in Sauerstoffatmosphäre (Luft) gebrannt werden, wenn Ag, Ag/Pd, Au oder Ag/Pt als Verdrahtungs- und Zwischen­ schicht-Durchgangsleiterpasten 16 und 17 verwendet worden sind, wohingegen das Laminat in einer reduzierenden Atmosphä­ re zur Verhinderung einer Oxidation gebrannt werden muß, wenn jeweils Cu als Verdrahtungs- und Zwischenschicht- Durchgangsleiterpasten 16 und 17 verwendet worden ist. Dies­ bezüglich bleiben, da die Schutz-Preßkörperbögen 13 (Aluminium-Preßkörperbögen), die an beide Seitenflächen des Substrats laminiert sind, bei 1.550 bis 1.600°C gesintert werden, die Schutz-Preßkörperbögen 13 ungesintert, wenn das Substratlaminat bei 800 bis 1.000°C gebrannt wird. Das Lö­ sungsmittel und/oder das Bindemittel in den Schutz- Preßkörperbögen 13 werden beim Brennverfahren vereinzelt, was als Aluminiumpulver zurückbleibt.
10. Endbearbeitung
Die Schutz-Preßkörperbögen 13 oder das an beiden Seitenflä­ chen des Substrats haftende Aluminiumpulver wird nach dem Brennen durch Polieren oder ähnliches entfernt. Darauf folgend wird die Oberflächenschichtleiterpaste 20 mittels Siebdruck auf und unter das Substrat aufgebracht, damit sie in Verdrah­ tungsmuster ausgebildet wird, und das Substrat wird bei 1.000°C oder darunter gebrannt, wodurch die Herstellung des mehrschichtigen Keramiksubstrats mit eingebautem Kondensator 19 und Widerstand beendet wird.
Nun werden Beispiele gemäß dem oben beschriebenen Herstel­ lungsverfahren und ein Vergleichsfall beschrieben. Die fol­ gende TABELLE 1 zeigt Beispiele 1 bis 4 gemäß dem oben be­ schriebenen Verfahren, und die darauf folgenden TABELLE 2 zeigt den Vergleichsfall. Es wurde Au oder eine Au-Legierung, wie beispielsweise Au/Pd/Ag, als Elektrodenleitermaterial für den Kondensator 19 verwendet.
TABELLE 1
TABELLE 2
BEISPIEL 1
Eine Mischung von 60 Gew.-% Glas des CaO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃- Systems und von 40 Gew.-% Aluminiumpulver wurde als kerami­ sches Isoliermaterial verwendet, das jeden Isolierpreßkörper­ bogen 11 bildet. Eine Pb-Perowskit-Verbindung (PbO-Fe₂O₃- Nb₂O₅-WO₃-ZnO) wurde als Material für ein Dielektrikum für den Kondensator 19 verwendet. Au wurde als Material für Elektro­ denleiter des Kondensators 19 verwendet. Ag wurde als Materi­ al für die Verdrahtungsleiter der inneren Schicht verwendet. Glas des RuO₂-Systems wurde als Material für den Widerstand der inneren Schicht verwendet. Ag/Pd wurde als Material für den Leiter der Oberflächenschicht verwendet. Jeder Schutz- Preßkörperbogen 13 war ein Aluminium-Preßkörperbogen. Das wie oben beschrieben zusammengesetzte Substratlaminat wurde bei 900°C gebrannt, wobei es mit 2 kgf/cm² gedrückt wurde. Im Substrat wurde keine Wölbung, kein Riß oder keine Deformie­ rung erzeugt. Weiterhin wurde ein Zuverlässigkeitstest für den Kondensator bei hoher Temperaturbelastung ausgeführt. Bei diesem Test wurde eine Dauerbelastung von 50 V Gleichstrom bei 150°C für 1.000 Stunden an das Substrat angelegt. Als Er­ gebnis des Tests wurde keine Verschlechterung bezüglich des Isolierwiderstands in der dielektrischen Schicht des Konden­ sators 19 gefunden, und es wurde ein Isolierwiderstand von 10⁶ Ω sichergestellt. Weiterhin war die Dielektrizitätskon­ stante der dielektrischen Schicht 2.500 und jene der Isolier­ schicht war 7,7.
BEISPIEL 2
Eine Mischung aus 60 Gew.-% Glas des MgO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃- Systems und aus 40 Gew.-% Aluminiumpulver wurde als kerami­ sches Isoliermaterial verwendet, das den Isolierpreßkörperbo­ gen 11 bildet. Eine Verbindung des SrTiO₃-Systems wurde als Material für ein Dielektrikum für den Kondensator 19 verwen­ det. Au wurde als Material für Elektrodenleiter des Kondensa­ tors 19 verwendet. Ag/Pd wurde als Material für die Verdrah­ tungsleiter der inneren Schicht verwendet. Es war kein Wider­ stand der inneren Schicht vorgesehen. Cu wurde als Material für den Oberflächenschichtleiter verwendet. Jeder Schutz- Preßkörperbogen 13 war ein Aluminium-Preßkörperbogen. Das wie oben beschrieben zusammengesetzte Substratlaminat wurde bei 900°C gebrannt, wobei es mit 10 kgf/cm² gedrückt wurde. Keine Wölbung, kein Riß oder keine Deformierung wurde im Substrat erzeugt. Weiterhin wurde als Ergebnis des Zuverlässigkeits­ tests für den Kondensator bei hoher Temperaturbelastung keine Verschlechterung bezüglich des Isolierwiderstandes in der dielektrischen Schicht des Kondensators 19 herausgefunden, und ein Isolierwiderstand von 10⁶ Ω oder darüber wurde gesi­ chert. Weiterhin war die Dielektrizitätskonstante der dielek­ trischen Schicht 200, und jene der Isolierschicht war 6,2.
BEISPIEL 3
Unterschiedlich zum Substrat des BEISPIELS 1 weist das Substrat des BEISPIELS 3 die Kondensatorelektrodenleiter auf, die jeweils aus Au/Pd/Ag gebildet sind, wobei der Widerstand der inneren Schicht aus Glas aus Bi₂Ru₂O₇ gebildet ist. Die andere Zusammensetzung des Substrats des BEISPIELS 3 war die­ selbe wie jene des BEISPIELS 1. Das wie oben beschrieben zu­ sammengesetzte Substratlaminat wurde bei 900°C gebrannt, wo­ bei es mit 20 kgf/cm² gedrückt wurde. Keine Wölbung, kein Riß oder keine Deformierung wurde im Substrat erzeugt. Weiterhin wurde als Ergebnis des Zuverlässigkeitstests beim Kondensator bei hoher Temperaturbelastung keine Verschlechterung bezüg­ lich des Isolierwiderstandes in der dielektrischen Schicht des Kondensators 19 gefunden, und ein Isolierwiderstand von 10⁶ Ω oder darüber wurde gesichert. Darüber hinaus war die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht 4.000, und jene der Isolierschicht war 7,7.
BEISPIEL 4
Im Unterschied zum Substrat des BEISPIELS 1 weist das Substrat des BEISPIELS 4 den Verdrahtungsleiter der inneren Schicht auf, der aus Au gebildet ist, und den aus Ag/Pt ge­ bildeten Oberflächenschichtleiter. Das Substrat des BEISPIELS 4 hat keinen Widerstand der inneren Schicht. Die andere Zu­ sammensetzung des Substrats des BEISPIELS 4 war dieselbe wie jene des BEISPIELS 1. Das wie oben beschrieben zusammenge­ setzte Substratlaminat wurde bei 900°C gebrannt, wobei es mit 20 kgf/cm² gedrückt wurde. Keine Wölbung, kein Riß oder keine Deformierung wurde im Substrat erzeugt. Darüber hinaus wurde als Ergebnis des Zuverlässigkeitstests des Kondensators be­ züglich einer hohen Temperaturbelastung keine Verschlechte­ rung des Isolierwiderstandes in der dielektrischen Schicht des Kondensators 19 herausgefunden, und ein Isolierwiderstand von 10⁶ Ω oder darüber wurde gesichert. Darüber hinaus war die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht 3.000, und jene der Isolierschicht war 7,7.
Wie es aus den oben beschriebenen BEISPIELEN 1 bis 4 offen­ sichtlich ist, kann dann, wenn das Substratlaminat gebrannt wird, während es mit einem Druck im Bereich von 2 bis 20 kgf/cm² gedrückt wird, das Wölben, das Zerreißen oder das De­ formieren im Substrat verhindert werden, und die Dichte des Substrats (der Isolierschicht und der dielektrischen Schicht) nach dem Brennen kann verbessert werden, so daß eine bessere Isolierfähigkeit sowohl der Isolierschichten als auch der dielektrischen Schichten erhalten werden kann. Das mehr­ schichtige Keramiksubstrat wird deformiert, wenn der daran angelegte Druck während des Brennens 20 kgf/cm² überschrei­ tet, wohingegen der angelegte Druck so klein ist, daß die Dichte des Substrats nicht verbessert werden kann, wenn der angelegte Druck unter 2 kgf/cm² ist. Folglich ist ein geeig­ neter Bereich für den angelegten Druck zwischen 2 und 20 kgf/cm².
VERGLEICHSFALL 1
Im Unterschied zum BEISPIEL 1 wurde beim VERGLEICHSFALL 1 ein Substratlaminat verwendet, das keinen Widerstand der inneren Schicht und keine Schutz-Preßkörperbogen 13 aufweist. Das Substratlaminat wurde ohne Druckbeaufschlagung bei 900°C ge­ brannt. Bei diesem Brennverfahren wurde eine Wölbung von 40 um im Substrat erzeugt. Dies zeigt, daß das Brennen unter Druck zum Verhindern einer Wölbung im Substrat wirksam ist.
Da Au oder die Au-Legierung sowohl bei den BEISPIELEN 1-4 als auch beim VERGLEICHSFALL 1 als Elektrodenleiter verwendet wurde, wurde bei dem Isolierwiderstand in der dielektrischen Schicht des Kondensators 19 keine Verschlechterung gefunden. Folglich wurde die Isolierzuverlässigkeit in der dielektri­ schen Schicht verbessert.
Die folgende TABELLE 3 zeigt BEISPIELE 5 bis 8 und die dar­ auffolgende TABELLE 4 zeigt VERGLEICHSFÄLLE 2 und 3. Ag/Pd wurde als Material für die Elektrodenleiter des Kondensators 19 bei sowohl den Beispielen als auch den Vergleichsfällen verwendet.
TABELLE 3
TABELLE 4
Beim BEISPIEL 5 wurde Ag/Pd mit einem Gewichtsverhältnis für Ag/Pd von 70/30 als Material für die Elektrodenleiter verwen­ det. Die andere Zusammensetzung des Substrats und die Brenn­ bedingungen beim BEISPIEL 5 waren dieselben wie jene beim BEISPIEL 1.
Beim BEISPIEL 6 wurde Ag/Pd mit einem Gewichtsverhältnis für Ag/Pd von 90/10 als Material für die Elektrodenleiter verwen­ det. Die andere Zusammensetzung des Substrats und die Brenn­ bedingungen beim BEISPIEL 6 waren dieselben wie jene beim BEISPIEL 2.
Beim BEISPIEL 7 wurde Ag/Pd mit einem Gewichtsverhältnis für Ag/Pd von 80/20 als Material für die Elektrodenleiter verwen­ det. Die andere Zusammensetzung des Substrats und die Brenn­ bedingungen beim BEISPIEL 7 waren dieselben wie jene beim BEISPIEL 3.
Beim BEISPIEL 8 wurde Ag/Pd mit einem Gewichtsverhältnis für Ag/Pd von 70/30 als Material für die Elektrodenleiter verwen­ det. Die andere Zusammensetzung des Substrats und die Brenn­ bedingungen beim BEISPIEL 8 waren dieselben wie jene beim BEISPIEL 4.
Bei den BEISPIELEN 5 bis 8 wurde kein Wölben, kein Reißen oder kein Deformieren in den Substraten nach dem Brennen er­ zeugt, wie auch in den vorangehenden BEISPIELEN 1 bis 4. Wei­ terhin wurde als Ergebnis des Kondensator- Hochtemperaturbelastungs-Zuverlässigkeitstest keine Ver­ schlechterung bezüglich des Isolierwiderstandes in der die­ lektrischen Schicht des Kondensators 19 gefunden, und ein Isolierwiderstand von 10⁷ Ω oder darüber wurde bei jedem der BEISPIELE 5 bis 8 sichergestellt, welcher Wert um eine Stelle höher war als jener bei jedem der BEISPIELE 1 bis 4. Die Di­ elektrizitätskonstante bei den BEISPIELEN 5 bis 8 waren um 10 bis 25% kleiner als jene bei den BEISPIELEN 1 bis 4.
Der VERGLEICHSFALL 2, der in TABELLE 4 gezeigt ist, unter­ schied sich vom BEISPIEL 5 darin, daß kein Widerstand der in­ neren Schicht vorgesehen war, daß kein Schutz-Preßkörperbogen verwendet wurde, und daß das Substratlaminat während des Brennens nicht gedrückt wurde. Beim VERGLEICHSFALL 2 wurde eine Wölbung von 60 µm in dem gebrannten Substrat erzeugt. Dies zeigt, daß das Brennen unter Druck bezüglich des Verhin­ derns einer Wölbung im Substrat effektiv ist.
Weiterhin unterschied sich der VERGLEICHSFALL 3 vom BEISPIEL 5 darin, daß Ag/Pd mit einem Gewichtsverhältnis für Ag/Pd von 95/5 als Material für die Elektrodenleiter verwendet wurde, daß kein Widerstand der inneren Schicht vorgesehen war, und daß Ag/Pt als Material für den Oberflächenschichtleiter ver­ wendet wurde. Kein Wölben, kein Zerreißen, oder keine Defor­ mierung wurde im Substrat des VERGLEICHSFALLS 3 erzeugt, wenn daßelbe bei 900°C gebrannt wurde, wobei es mit 10 kgf/cm² gedrückt wurde. Jedoch wurde im Kondensator- Hochtemperaturbelastungs-Zuverlässigkeitstest eine Ver­ schlechterung bezüglich des Isolierwiderstands in der dielek­ trischen Schicht des Kondensators 19 gefunden, und ein Kurz­ schluß fand nach dem Verstreichen von 20 Stunden statt. Es wird angenommen, daß dies aufgrund eines zu kleinen Anteils von Pd im Gewichtsverhältnis für Ag/Pd auftrat, das als Mate­ rial für die Elektrodenleiter verwendet wurde.
Andererseits war das Ag/Pd-Gewichtsverhältnis von Ag/Pd, das als Material für die Elektrodenleiter verwendet wurde, bei den BEISPIELEN 5 bis 8 im Bereich zwischen 90/10 und 60/40. In keinem der BEISPIELE 5 bis 8 wurde eine Verschlechterung bezüglich des Isolierwiderstandes in der dielektrischen Schicht des Kondensators 19 gefunden, so daß die Isolierzu­ verlässigkeit der dielektrischen Schicht verbessert wurde. Die Erfinder bestätigten experimentell, daß ein geeigneter Bereich des Gewichtsverhältnisses von Ag/Pd, das als Material für die Elektrodenleiter verwendet wurde, zwischen 90/10 und 60/40 lag, und daß die Isolierzuverlässigkeit der dielektri­ schen Schicht erniedrigt wurde, wenn das Gewichtsverhältnis von Ag/Pd außerhalb des oben angegebenen Bereichs lag.
Zweites Ausführungsbeispiel
Es wird allgemein bevorzugt, daß eine dielektrische Schicht nach dem Sintern eine Dicke von 30 µm oder darüber hat, um eine ausreichende Isolierfähigkeit zwischen den Elektroden­ leitern sicherzustellen, oder daß sie eine Dicke von 60 µm oder darüber hat, während sie in ihrer Pastenphase vor dem Sintern getrocknet wird. Wenn obere und untere Elektrodenlei­ ter zur dielektrischen Schicht hinzugefügt werden, sollte der gesamte Kondensator vor dem Sintern eine Dicke von 80 µm oder darüber haben. In der in den Fig. 1A und 1B gezeigten Lami­ natstruktur hat demgemäß die Schicht, auf der der Kondensator 19 auszubilden ist, einen abgestuften Teil einer Dicke von 80 µm oder darüber an ihrem Teil des Kondensators 19. Da der an­ gelegte Druck auf den Kondensator 19 konzentriert wird, ist es möglich, daß ein äußeres peripheres Ende des Kondensators 19 durch den angelegten Druck derart gedrückt wird, daß er deformiert wird. Dies kann die Isolierfähigkeit reduzieren.
Angesichts des oben beschriebenen Problems wird bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es in Fig. 2A bis 3B gezeigt ist, ein Abstandhalterungs- Isolierpreßkörperbogen 22 an eine Schicht laminiert, in der der Kondensator 19 auszubilden ist, um zu verhindern, daß das äußere periphere Ende des Kondensators 19 durch den angeleg­ ten Druck deformiert wird. Der Abstandhalterungs- Isolierpreßkörperbogen 22 hat eine Öffnung 21, die einen Aus­ bildungsbereich für die dielektrische Schicht 12 definiert. Der Abstandhalterungs-Isolierpreßkörperbogen 22 wird aus dem­ selben bei niedriger Temperatur sinterbaren Isolier- Keramikmaterial gebildet wie die anderen Schichten (Isolierschichten) im selben Verfahren, wie es im ersten Aus­ führungsbeispiel beschrieben ist. Jedoch hat der Abstandhal­ terungs-Isolierpreßkörperbogen 22 eine Dicke, die etwa die­ selbe wie die dielektrische Schicht 12 des Kondensators 19 und kleiner als die Isolierpreßkörperbögen 11 der anderen Schichten ist.
Das Herstellungsverfahren des zweiten Ausführungsbeispiels wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 3B beschrieben. Es werden die Unterschiede zwischen dem ersten und dem zwei­ ten Ausführungsbeispiel. Die identischen oder ähnlichen Teile des zweiten Ausführungsbeispiels sind mit denselben Bezugs­ zeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung dieser Teile wird weggelassen.
Zuerst wird die Elektrodenleiterpaste 15 mittels Siebdruck auf den Isolierpreßkörperbögen 11 der unteren Schicht aufge­ bracht, auf der der Kondensator auszubilden ist, so daß eine untere Elektrode des Kondensators 19 gebildet wird. Darauf­ folgend wird der Abstandhalterungs-Isolierpreßkörperbogen 22, der die Öffnung 21 im Ausbildungsbereich der dielektrischen Schicht 12 des Kondensators 19 aufweist, an den Isolierpreß­ körperbogen 11 der unteren Schicht laminiert, wie es in Fig. 2A gezeigt ist. Die Öffnung 21 des Abstandhalterungs- Isolierpreßkörperbogen 22 wird dann mit dem bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbaren keramischen dielektrischen Material 12 aufgefüllt, so daß eine dielektrische Schicht ge­ bildet wird, wie es in Fig. 2B gezeigt ist. Das bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbare keramische dielektrische Mate­ rial 12, das hier verwendet wird, kann eine Pb-Perowskit- Verbindung oder eine SrTiO₃-System-Verbindung sein, wie sie beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird. Beim Auffül­ len der Öffnung 21 mit dem bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbaren keramischen dielektrischen Material 12 kann eine dielektrische Paste auf den Teil der durch die Öffnung 21 de­ finierten Elektrodenleiterpaste gedruckt werden, oder ein dielektrischer Preßkörperbogen kann derart geschnitten wer­ den, daß er dieselbe Größe wie die Öffnung 21 aufweist, damit er in diese eingepaßt werden kann.
Darauf folgend wird die Elektrodenleiterpaste 15 mittels Sieb­ druck auf der oberen Fläche der dielektrischen Schicht 12 und ihrem peripheren Teil aufgebracht, so daß eine obere Elektro­ de des Kondensators 19 gebildet wird, wie es in Fig. 2C ge­ zeigt ist. Die Isolierpreßkörperbögen 11 werden in Folge mit dem Abstandhalterungs-Isolierpreßkörperbogen 22 mit dem Kon­ densator 19 laminiert, wodurch das Substratlaminat herge­ stellt wird. Das Substratlaminat wird mit 50 bis 250 kg/cm² gepreßt, wobei es beispielsweise auf 80 bis 150°C erwärmt wird, so daß das Laminat integriert wird, wie es in Fig. 2D gezeigt ist.
Darauf folgend werden jeweils nicht gebrannte Schutz- Preßkörperbögen 13 (Aluminium-Preßkörperbögen) an beide Sei­ ten des Substratlaminats laminiert. Das Substratlaminat mit den Schutz-Preßkörperbögen 13 wird dann auf dieselbe Weise erwärmt und gepreßt, wie es oben beschrieben ist. Das Substratlaminat mit den Schutz-Preßkörperbögen 13 wird dann bei einer Brenntemperatur für das Substrat im Bereich zwi­ schen 800 und 1.000°C gebrannt, wobei es mit einem Druck im Bereich zwischen 2 und 20 kgf/cm² gedrückt wird, wodurch ein mehrschichtiges Keramiksubstrat zusammen mit dem darin ent­ haltenen Kondensator 19 gebrannt wird.
Die Schutz-Preßkörperbögen 13 (ein Aluminiumpulver), die an den jeweiligen Seiten des Substrats anhaften, werden nach dem Brennen mittels Polierens oder ähnliches entfernt. Darauf fol­ gend wird die Oberflächenschichtleiterpaste 20 mittels Sieb­ druck auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet, um in ein Verdrahtungsmuster ausgebildet zu werden. Das Substrat wird dann bei 1.000°C oder darunter gebrannt, wodurch die Herstel­ lung des mehrschichtigen Keramiksubstrats mit dem eingebauten Kondensator 19 beendet wird.
Die Erfinder stellten mehrschichtige Keramiksubstrate gemäß den BEISPIELEN 1 bis 4 her, wie es in TABELLE 5 gezeigt ist, und zwar gemäß dem oben beschriebenen Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels, um eine Häufigkeit eines Auftretens ei­ nes Kurzschlusses in jedem BEISPIEL zu bewerten.
TABELLE 5
Der Abstandhalterungs-Isolierpreßkörperbogen 22 wurde in al­ len BEISPIELEN 1 bis 4 in TABELLE 5 um die dielektrische Schicht laminiert. Durch die dielektrische Schicht wurde kein gestufter Teil auf der Schicht gebildet, auf der der Konden­ sator gebildet wurde. Eine Deformierung des äußeren periphe­ ren Endes des Kondensators wurde durch den Abstandhalterungs- Isolierpreßkörperbogen 22 verhindert, als das Substratlaminat unter Druck gebrannt wurde. Folglich blieb die Dicke der die­ lektrischen Schicht 12 am äußeren peripheren Ende des Konden­ sators 19 genauso wie an seinem zentralen Teil, und demgemäß wurde die Reduzierung bezüglich der Isolierfähigkeit am äuße­ ren peripheren Ende des Kondensators 19 verhindert. Somit war die Häufigkeit des Auftretens eines Kurzschlusses in allen BEISPIELEN 1 bis 4, die in TABELLE 5 gezeigt sind, 0%, wo­ durch eine hohe Isolierzuverlässigkeit sichergestellt wurde.
Weiterhin wurden die Eigenschaften des Kondensators 19 stabi­ lisiert, da die Schwankungen bezüglich seiner Kapazität und seines Isolierwiderstandes aufgrund der Deformierung des äu­ ßeren peripheren Endes des Kondensators 19 auch verhindert wurden. Folglich zeigte das Verfahren des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels eine hohe Qualität des mehrschichtigen Kera­ miksubstrats mit eingebautem Kondensator.
TABELLE 6 zeigt andere VERGLEICHSFÄLLE 1 bis 4, wobei in je­ dem von ihnen das Substratlaminat unter Druck gebrannt wurde, und zwar ohne daß der Abstandhalterungs- Isolierpreßkörperbogen 22 um die dielektrische Schicht lami­ niert wurde. Die anderen Bedingungen waren dieselben wie jene in den BEISPIELEN 1 bis 4 in TABELLE 5.
TABELLE 6
Bei jedem dieser Vergleichsfälle resultierte das Vorsehen ei­ nes Kondensators in einem gestuften Teil von 80 µm oder dar­ über auf einer Schicht, in der der Kondensator gebildet wur­ de, da kein Abstandhalterungs-Isolierpreßkörperbogen 22 um die dielektrische Schicht laminiert wurde. Demgemäß wurde das äußere periphere Ende des Kondensators durch den angelegten Druck derart gedrückt, daß es deformiert wurde, so daß die Isolierfähigkeit am äußeren peripheren Ende des Kondensators möglicherweise reduziert ist. Folglich wurde, da die Häufig­ keit des Auftretens eines Kurzschlusses maximal 33% und mi­ nimal 11% war, die Produktausbeute reduziert.
Modifizierte Formen
Andere verwendbare bei niedriger Temperatur gemeinsam brenn­ bare keramische Isoliermaterialien enthalten keramische Mate­ rialien, die bei 1.000°C oder darunter gebrannt werden kön­ nen, wie beispielsweise Glas des SiO₂-B₂O₃-Systems und des Al₂O₃-Systems, Glas des PbO-SiO₂-B₂O₃-Systems und des Al₂O₃- Systems und kristallisiertes Glas des Cordierit-Systems.
Bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen wurde die Pb- Perowskit-Verbindung oder die SrTiO₃-System-Verbindung als Material für das Dielektrikum des Kondensators 19 verwendet. Eine Verbindung des BaTiO₃-Systems oder eine Verbindung des CaTiO₃-Systems können statt dessen als Material für das Die­ lektrikum verwendet werden. Diese Verbindungen sind für die Herstellung eines Kondensators geeignet, da sie mit dem bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbaren keramischen Iso­ liermaterial bei 1.000°C oder darunter gemeinsam brennbar sind und jeweilige hohe Dielektrizitätskonstanten aufweisen.
Statt RuO₂ kann Ru-Pyrochlor als Material für den Widerstand verwendet werden. Das Ru-Pyrochlor ist genausogut wie RuO₂ mit der bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbaren Keramik gemeinsam brennbar.
Obwohl bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen der Alumi­ nium-Preßkörperbogen als Schutz-Preßkörperbogen verwendet wird, kann der Schutz-Preßkörperbogen statt dessen ein Preß­ körperbogen sein, der aus einem keramischen Material mit ho­ her Brenntemperatur hergestellt ist, wie beispielsweise SiC oder AlN.
Obwohl bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen ein einzi­ ger Kondensator im mehrschichtigen Keramiksubstrat vorgesehen ist, kann eine Vielzahl solcher Kondensatoren auf dieselbe Weise, wie es oben beschrieben ist, vorgesehen werden.
Die vorangehende Beschreibung und die Zeichnungen dienen le­ diglich der Darstellung der Prinzipien der vorliegenden Er­ findung und sollen nicht in einem beschränkenden Sinn ver­ standen werden. Fachleuten werden verschiedene Änderungen und Modifikationen klar sein. Alle derartigen Änderungen und Mo­ difikationen werden derart angesehen, daß sie in den Schutzumfang der durch die beigefügten Ansprüche definierten Erfindung fallen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Kera­ miksubstrats mit einem Kondensator, der durch gemeinsames Brennen des Substrats und des Kondensators bei einer vor­ bestimmten Brenntemperatur für das Substrat im Bereich zwischen 800 und 1.000°C integral eingebaut wird, gekenn­ zeichnet durch folgende aufeinanderfolgende Schritte:
Bilden eines zwischen Preßkörper-Isolierschichten (11) angeordneten Substratlaminats mit einem Kondensator (19), wobei die Preßkörper-Isolierschichten jeweils aus einem bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbaren kera­ mischen Isoliermaterial bestehen, wobei der Kondensator (19) aus einer dielektrischen Preßkörperschicht (12), die aus bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbarem kerami­ schen dielektrischen Material besteht, und aus die di­ elektrische Schicht (12) in Sandwich-Struktur umgebenden Elektrodenleitern (15) besteht;
jeweiliges Laminieren von Schutz-Preßkörperbögen (13), die bei der Brenntemperatur für das Substrat nicht gesintert werden, an beide Seiten des Substratlaminats;
Brennen des Substratlaminats mit den Schutz- Preßkörperbögen (13) bei der Brenntemperatur für das Substrat, während daran normal zu einer freien Oberfläche eines der Schutz-Preßkörperbögen (13) Druck angelegt wird, wobei der Druck im Bereich zwischen 2 und 20 kgf/cm² liegt; und
Entfernen der Schutz-Preßkörperbögen (13) von bei­ den Seiten der gebrannten zusammengebauten Anordnung, um dadurch das mehrschichtige Keramiksubstrat mit dem inte­ gral eingebauten Kondensator (19) herzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Preßkörper-Isolierschicht (11) ein aus bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbarem keramischen Isoliermate­ rial gebildeter Preßkörper-Isolierbogen ist, und daß die dielektrische Preßkörperschicht (12) durch Drucken eines bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbaren keramischen dielektrischen Materials gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Preßkörperschicht (12) durch Laminieren eines Abstandhalter-Isolierpreßkörperbogens (22) mit ei­ ner Öffnung (21) gebildet wird, die einen Ausbildungsbe­ reich der dielektrischen Schicht (12) zu einem inneren Isolierpreßkörperbogen (11) definiert, und durch Auffül­ len der Öffnung (21) mit dem bei niedriger Temperatur ge­ meinsam brennbaren keramischen Material in einem Lami­ nierprozeß der Isolierpreßkörperbögen (11).
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elektrodenleiter (15) aus Au oder einer Au- Legierung besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elektrodenleiter (15) aus Ag/Pd mit einem Ag/Pd- Gewichtsverhältnis im Bereich zwischen 90/10 bis 60/40 besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (12) aus einer Pb-Perowskit- Verbindung besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbare kerami­ sche Isoliermaterial eine Mischung eines Glaspulvers ei­ nes Systems aus CaO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃ oder eines Systems aus MgO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃ und eines Al₂O₃-Pulvers ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratlaminat Innen- oder Oberflächenschichten hat, die mit Verdrahtungs- und Zwischenschicht- Durchgangsleitern ausgebildet sind, die jeweils Au, Ag, Ag/Pd, Ag/Pt oder Cu umfassen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratlaminat eine Innen- oder Oberflächenschicht hat, die mit einem Widerstand (19) ausgebildet ist, der RuO₂ oder ein Ru-Pyrochlor umfaßt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schutz-Preßkörperbogen (13) ein Aluminium-Preßkör­ perbogen ist.
11. Mehrschichtiges Keramiksubstrat mit integral eingebautem Kondensator, das durch ein Verfahren gebildet ist, das durch folgende aufeinanderfolgende Schritte gekennzeich­ net ist:
Bilden eines zwischen Preßkörper-Isolierschichten (11) angeordneten Substratlaminats mit einem Kondensator (19), wobei die Preßkörper-Isolierschichten jeweils aus einem bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbaren kera­ mischen Isoliermaterial bestehen, wobei der Kondensator (19) aus einer dielektrischen Preßkörperschicht (12), die aus bei niedriger Temperatur gemeinsam brennbarem kerami­ schen dielektrischen Material besteht, und aus die di­ elektrische Schicht (12) in Sandwich-Struktur umgebenden Elektrodenleitern (15) besteht;
jeweiliges Laminieren von Schutz-Preßkörperbögen (13), die bei der Brenntemperatur für das Substrat nicht gesintert werden, an beide Seiten des Substratlaminats;
Brennen des Substratlaminats mit den Schutz- Preßkörperbögen (13) bei der Brenntemperatur für das Substrat, während daran normal zu einer freien Oberfläche eines der Schutz-Preßkörperbögen (13) Druck angelegt wird, wobei der Druck im Bereich zwischen 2 und 20 kgf/cm² liegt; und
Entfernen der Schutz-Preßkörperbögen (13) von bei­ den Seiten der gebrannten zusammengebauten Anordnung, um dadurch das mehrschichtige Keramiksubstrat mit dem inte­ gral eingebauten Kondensator (19) herzustellen.
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