DE19712825A1 - Keramik-Leitersubstrat und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Keramik-Leitersubstrat und Verfahren zu dessen Herstellung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Keramik-Leitersubstrat und ein Verfahren zur Her­ stellung des Keramik-Leitersubstrats. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung die Haftung eines Leitungsmusters auf der Oberfläche eines gesinterten Keramik-Substrats.
Ein aus mehreren Schichten bestehendes Keramik-Substrat wurde im Zusammenhang mit der Notwendigkeit vorgeschlagen, die Größe von Keramik-Substraten für Leiter bzw. Schaltungen zu verringern und deren Dichte weiter zu erhöhen. Insbesondere wurde in starkem Maße erwartet, daß ein Glas und Keramik-Materialien umfassendes Mehrschich­ ten-Substrat, das bei einer niedrigen Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C gesintert werden kann, den oben angesprochenen Bedarf stillt und bei dem es möglich ist, daß es einen Widerstand geringer Leitfähigkeit wie beispielsweise Ag, Cu oder dergleichen als Innenschicht enthält.
In einem Anfangsschritt der Herstellung des oben genannten Keramik-Leitersubstrats wer­ den durchgehende Löcher 921 durch eine Mehrzahl von Keramik-Grünplatten 920 gesto­ chen, wie Fig. 11 zeigt. Die durchgehenden Löcher 921 werden mit einem Leiter 951 gefüllt. Eine Paste 952 zur Ausbildung eines Innenschicht-Musters wird auf eine Oberflä­ che der Keramik-Grünplatte 920 gedruckt. Diese Keramik-Grünplatten 920 werden lami­ natartig angeordnet und gebrannt. Als Ergebnis wird ein Keramik-Sintersubstrat 92 erhal­ ten, das ein Innenschicht-Muster 95 und leitfähige durchgehende Löcher 921 aufweist, wie Fig. 12 zeigt.
Wie Fig. 13 zeigt, wird eine Paste 932 zur Bildung des Leitungsmusters auf eine Fläche des Keramik-Sintersubstrats 92 gedruckt, um anschließend wieder gebrannt zu werden. Ein Leitungsmuster 93 wird auf der Oberfläche des Keramik-Sintersubstrats 92 gebildet, was zur Schaffung eines Keramik-Schaltungssubstrats 9 führt, das eine Mehrschichten- Konstruktion aufweist, wie dies in Fig. 14 gezeigt ist.
Das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung des Keramik-Leitersubstrats macht Ge­ brauch von porösen Keramik-Grünplatten 920, wie in Fig. 15 gezeigt ist. Diese dienen dazu, Lösungsmittel 959 leicht zu absorbieren, das in der Paste 952 enthalten ist. Wenn die Paste 952 zur Ausbildung des Innenschicht-Musters auf die Keramik-Grünplatten 920 mit den obigen Merkmalen gedruckt wird, absorbiert die Keramik-Grünplatte 920 das in der Paste 952 enthaltene Lösungsmittel 959. Daher treten eine Fleckenbildung und ein Ausbluten nach dem Drucken kaum ein, wodurch das Innenschicht-Muster mit scharfen und feinen Linien ausgebildet wird.
Im Gegensatz dazu ist es - wie in Fig. 16 gezeigt - bei einem Keramik-Sintersubstrat 92, das durch Brennen der Keramik-Grünplatten erhalten wurde, schwierig, das in der Paste 932 zur Bildung des Leitungsmusters enthaltende Lösungsmittel ausreichend zu absorbie­ ren. Im Fall des Aufdruckens der Paste 932 auf die Oberfläche des Keramik-Sintersub­ strats 92 kann die überwiegende Menge des Lösungsmittels nicht durch das Substrat ab­ sorbiert werden. Als Resultat dessen ist es wahrscheinlich, daß die Paste 932, die aufge­ druckt wurde, unmittelbar nach dem Druckvorgang zur Außenseite einer speziellen Ab­ messung 930 fließt, was zu einem Flecken 939 führt. Alternativ dazu kann das Lösungs­ mittel auf die Oberfläche der Paste 932 ausbluten, was zu einem Auslaufen bzw. Ausblu­ ten 938 führt. Aufgrund der oben beschriebenen Flecken oder Ausblutungen kann eine feine Linie nicht gebildet werden. Die Tatsache, daß eine feine Linie nicht gebildet wer­ den kann, kann den Bemühungen entgegenstehen, die Größe des Keramik-Leitersubstrats zu reduzieren und dessen Dichte zu erhöhen.
Es wurde auch vorgeschlagen, ein ganz außen liegendes Leitungsmuster auf einer Kera­ mik-Grünplatte in derselben Weise zu bilden wie bei der Bildung des Innenschicht- Musters. Diese Verfahrensweise ruft jedoch eine unterschiedliche Schrumpfung der Kera­ mik-Grünplatten beim Brennen hervor. Dies verschlechtert die Genauigkeit der positions­ mäßigen Anordnung des Leitungsmusters, was den Aufbau eines Teils auf dem Leitungs­ muster behindert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Keramik-Leitersubstrat zu schaffen, das ein Leitungsmuster mit feinen Linien aufweist und eine genaue Positionierung des Lei­ tungsmusters ermöglicht. Aufgabe der Erfindung ist auch, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Keramik-Leitersubstrats zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Keramik-Leitersub­ strats bereit, das die Schritte umfaßt, daß man
  • - einen laminierten Körper herstellt, indem man eine Aluminiumoxid-Schicht, die ein ungebranntes Aluminiumoxid enthält, das nicht bei einer Temperatur im Be­ reich von 800 bis 1000°C gesintert wurde, auf eine Oberfläche einer Glas enthal­ tenden Keramik-Grünplatte aufbringt, die bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C gesintert ist;
  • - ein Keramik-Sintersubstrat bildet, indem man die Keramik-Grünplatte sintert und die Aluminiumoxid-Schicht zu einer porösen Aluminiumoxid-Schicht durch Bren­ nen des laminierten Körpers bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C ausbildet; und
  • - dafür sorgt, daß das Glas in die poröse Aluminiumoxid-Schicht fließt, so daß ein Teil der porösen Aluminiumoxid-Schicht, die mit dem Glas gefüllt ist, an dem Ke­ ramik-Sintersubstrat gebunden wird;
  • - einen Aluminiumoxid-Teil der porösen Aluminiumoxid-Schicht, der nicht an eine Oberfläche des Keramik-Sintersubstrats gebunden wurde, entfernt;
  • - eine Paste zur Bildung eines Leitungsmusters auf einer Oberfläche der porösen Aluminiumoxid-Schicht aufdruckt; und
  • - das Leitungsmuster auf dem Keramik-Sintersubstrat mit Hilfe der porösen Alumi­ niumoxid-Schicht durch Erhitzen des Keramik-Sintersubstrats bindet.
Andere Aufgaben und Aspekte der Erfindung werden noch offensichtlicher aus der folgen­ den Beschreibung der Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt eines Keramik-Leitersubstrats gemäß Beispiel 1;
Fig. 2 einen Querschnitt eines Abschnitts der oberen Fläche des Keramik- Leitersubstrats von Beispiel 1;
Fig. 3(a) bis 3(e) kurz Verfahrensschritte in einem Verfahren zur Herstellung des Keramik-Leitersubstrats von Beispiel 1;
Fig. 4 einen Querschnitt von Keramik-Grünplatten von Beispiel 1;
Fig. 5 einen Querschnitt von Laminat-Keramik-Grünplatten gemäß Beispiel 1;
Fig. 6 einen Querschnitt eines laminierten Körpers aus Keramik-Grünplat­ ten, auf dessen Oberfläche eine Aluminiumoxid-Schicht gemäß Bei­ spiel 1 aufgebracht wurde;
Fig. 7 einen Querschnitt eines Keramik-Sintersubstrats und einer porösen Aluminiumoxid-Schicht nach Brennen gemäß Beispiel 1;
Fig. 8 einen Querschnitt eines Keramik-Sintersubstrats, auf dem die poröse Aluminiumoxid-Schicht gemäß Beispiel 1 gebunden wurde;
Fig. 9 einen Querschnitt des Keramik-Sintersubstrats nach Aufdrucken ei­ ner Paste zur Ausbildung des Leitungsmusters gemäß Beispiel 1;
Fig. 10 einen Querschnitt der oberen Fläche des Keramik-Sintersubstrats nach Aufdrucken der Paste zur Bildung des Leitungsmusters auf die poröse Aluminiumoxid-Schicht-Oberfläche gemäß Beispiel 1;
Fig. 11 einen Querschnitt von laminierten Keramik-Grünplatten des Standes der Technik;
Fig. 12 einen Querschnitt eines Keramik-Sintersubstrats des Standes der Technik;
Fig. 13 einen Querschnitt des Keramik-Sintersubstrats nach Aufdrucken der Paste zur Bildung des Leitungsmusters nach dem Stand der Tech­ nik;
Fig. 14 einen Querschnitt des Keramik-Leitersubstrats des Standes der Technik;
Fig. 15 eine erläuternde Ansicht, die einen Querschnitt der Keramik-Grün­ platten, auf die die Paste zur Ausbildung des Innenschicht-Musters gemäß dem Stand der Technik aufgedruckt wurde, zeigt; und
Fig. 16 eine erläuternde Ansicht, die einen Querschnitt des Keramik-Sinter­ substrats, auf dem die Paste zur Bildung des Leitungsmusters zum Brennen aufgedruckt wurde, als Problem des Standes der Technik zeigt.
Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Verfahren zur Herstellung eines Keramik-Leitersubstrats, das die Schritte umfaßt, daß man
  • - einen laminierten Körper bzw. Laminatkörper dadurch herstellt, daß man eine Alu­ miniumoxid-Schicht, die ungebranntes Aluminiumoxid enthält, das nicht bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C gesintert, wurde auf eine Oberfläche einer Glas enthaltenden Keramik-Grünplatte aufbringt, die bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C gesintert ist;
  • - ein Keramik-Sintersubstrat bildet, indem man die Keramik-Grünplatte sintert und die Aluminiumoxid-Schicht zu einer porösen Aluminiumoxid-Schicht durch Bren­ nen des Laminatkörpers bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C ausbildet; und
  • - dafür sorgt, daß das Glas in die poröse Aluminiumoxid-Schicht fließt und so einen Teil der porösen Aluminiumoxid-Schicht, die mit dem Glas gefüllt ist, mit dem Keramik-Sintersubstrat verbindet;
  • - einen Aluminiumoxid-Teil der porösen Aluminiumoxid-Schicht, der nicht an eine Oberfläche des Keramik-Sintersubstrats gebunden wurde, entfernt;
  • - eine Paste zur Bildung eines Leitungsmusters auf einer Oberfläche der porösen Aluminiumoxid-Schicht aufdruckt; und
  • - das Leitungsmuster an das Keramik-Sintersubstrat mit Hilfe der porösen Alumini­ umoxid-Schicht unter Brennen des Keramik-Sintersubstrats bindet.
Das wichtigste Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Leitungs­ muster auf einer Oberfläche des Keramik-Sintersubstrats mit Hilfe einer porösen Aluminium­ oxid-Schicht nach dem Brennen gebildet wird.
Als nächstes wird die vorteilhafte Wirkung des oben beschriebenen Verfahrens erläutert. Ein laminierter Körper, der aus Glas enthaltenden Keramik-Grünplatten gebildet wird, und eine Aluminiumoxid-Schicht, die Aluminiumoxid enthält, das nicht bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C gesintert wurde, werden bei einer Temperatur im Be­ reich von 800 bis 1000°C gesintert. Die Keramik-Grünplatten werden unter Bildung des Keramik-Sintersubstrats gesintert. Dabei wird die Aluminiumoxid-Schicht nicht gesintert und wird zu einer porösen Aluminiumoxid-Schicht, die eine große Zahl von Poren auf­ weist, die zwischen den partikelartigen Aluminiumoxid-Teilchen gebildet werden.
Das in dem Keramik-Sintersubstrat enthaltene Glas schmilzt und fließt in die Poren der porösen Aluminiumoxid-Schicht aufgrund des Kapillar-Phänomens. Der spezielle Teil der porösen Aluminiumoxid-Schicht, in die das Glas eingetreten ist, wird mit dem Keramik- Sintersubstrat verbunden.
Wenn die Temperatur zum Brennen des vorgenannten laminierten Körpers geringer ist als 800°C, werden die Keramik-Grünplatten nicht gesintert, und das darin enthaltene Glas schmilzt nicht. Wenn andererseits die Temperatur zum Brennen des laminierten Körpers 1000°C übersteigt, kann ein Leitermaterial, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, wie beispielsweise Ag oder dergleichen, nicht verwendet werden.
Der gebundene Teil der Aluminiumoxid-Schicht, der an das Keramik-Sintersubstrat gebun­ den ist, verbleibt allein in dem Verbund, während der nicht-gebundene Teil, der nicht an den Verbund gebunden ist, entfernt wird. Im Fall des Aufdruckens des Leitungsmusters ohne vorheriges Entfernen des nicht-gebundenen Teils besteht die Gefahr, daß der nicht­ gebundene Teil während der Herstellung oder Verwendung des Keramik-Leitersubstrats bricht, was verhindert, daß das Leitungsmuster an dem Keramik-Sintersubstrat befestigt werden kann.
Der nicht-gebundene Teil des Aluminiumoxids wird selbst dann nicht gesintert, wenn er bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C gebrannt wird. Er wird zu einem Pulver gemacht, nachdem ein Harz, das in der Aluminiumoxid-Schicht enthalten ist, zer­ setzt und dispergiert wurde, und dieses kann leicht entfernt werden.
Eine Paste zur Bildung des Leitungsmusters wird auf eine Oberfläche des gebundenen Teils der porösen Aluminiumoxid-Schicht aufgedruckt. Das Glas tritt in viele Poren ein, die zwischen den partikelartigen Aluminiumoxid-Teilchen gebildet wurden. Es werden je­ doch nicht alle Poren mit dem Glas gefüllt. Daher kann eine ausreichende Menge des in der Paste enthaltenen Lösungsmittels von den Poren absorbiert werden, die nicht mit dem Glas gefüllt wurden.
Wenn die Paste auf eine Oberfläche der porösen Aluminiumoxid-Schicht gedruckt wird, wird das in der Paste enthaltene Lösungsmittel durch die poröse Aluminiumoxid-Schicht absorbiert, wodurch ein scharfes und feines Leitungsmuster gebildet wird.
Wenn das wie vorstehend beschrieben erhaltene Keramik-Sintersubstrat gebrannt wird, schmilzt das in der Paste enthaltene Glas zur Bildung des Leitungsmusters und fließt ins Innere der porösen Aluminiumoxid-Schicht. Das Leitungsmuster kann auf der porösen Aluminiumoxid-Schicht aufgrund des Verankerungs-Effekts des in die Schicht eintretenden Glases zum Haften gebracht werden.
Wie oben beschrieben, ist das in dem Keramik-Sintersubstrat enthaltene Glas dafür vorge­ sehen, von einer Oberfläche in die poröse Aluminiumoxid-Schicht zu fließen. Andererseits ist das in dem Leitungsmuster enthaltene Glas dafür vorgesehen, von der anderen Fläche in die poröse Aluminiumoxid-Schicht zu fließen. Die poröse Aluminiumoxid-Schicht und das Keramik-Sintersubstrat können fest miteinander verbunden werden. In gleicher Weise können auch die poröse Aluminiumoxid-Schicht und das Leitungsmuster fest miteinander verbunden werden.
Das resultierende Keramik-Leitersubstrat weist ein scharfes und feines Leitungsmuster auf. Außerdem haftet das Leitungsmuster gut an dem Keramik-Sintersubstrat.
Da das Leitungsmuster auf das Keramik-Sintersubstrat aufgedruckt wird, das gebrannt wurde, schrumpft das Keramik-Sintersubstrat niemals, selbst nicht nach Ausbilden des Lei­ tungsmusters. Daher kann das Leitungsmuster genau in der exakt richtigen Position aufge­ druckt werden.
Eine Aluminiumoxid-Platte kann als Aluminiumoxid-Schicht verwendet werden. Alternativ dazu kann ein Material, das durch Trocknen der aufgedruckten Aluminiumoxid-Paste er­ halten wird, als Aluminiumoxid-Schicht verwendet werden.
Es ist bevorzugt, daß der laminierte Körper vor dem Brennen unter Hitze komprimiert (thermokomprimiert) wird. Da die Aluminiumoxid-Schicht fest an der Keramik-Grünplatte befestigt werden kann, wird der Teil der porösen Aluminiumoxid-Schicht, der mit dem Glas als Füllung versehen ist, gut mit dem Keramik-Sintersubstrat während des Brennens verbunden, ohne daß Druck auf den laminierten Körper aufgebracht werden muß.
Im Anschluß an das Aufdrucken der Paste zur Bildung des Leitungsmusters ist es bevor­ zugt, daß die poröse Aluminiumoxid-Schicht eine Dicke von 10 µm oder weniger auf­ weist, wobei das nicht-befestigte Aluminiumoxid bereits entfernt ist. Wenn die Dicke 10 µm übersteigt, kann sich die Haftung zwischen dem Keramik-Sintersubstrat und dem Lei­ tungsmuster verschlechtern.
Es ist außerdem bevorzugt, daß der oben genannte Wert der Dicke geringer ist als 3 µm, um die Haftung zwischen dem Keramik-Sintersubstrat und dem Leitungsmuster zu verbes­ sern.
Es ist bevorzugt, daß die Dicke der oben beschriebenen porösen Aluminiumoxid-Schicht nicht geringer ist als 0,5 µm. Wenn die Dicke geringer ist als 0,5 µm, kann eine ausrei­ chende Menge des Lösungsmittels durch die poröse Aluminiumoxid-Schicht nicht absor­ biert werden, so daß die Ausbildung des scharfen und feinen Leitungsmusters fehlschlägt.
Es ist bevorzugt, daß die Paste zur Bildung des Leitungsmusters Glasfritt enthält. Beim Brennen nach dem Aufdrucken der Paste schmilzt das in der Paste enthaltene Glas in der Hitze und fließt in die Poren der porösen Aluminiumoxid-Schicht. Dadurch wird das Lei­ tungsmuster fest an dem Keramik-Sintersubstrat befestigt.
Es ist bevorzugt, die Oberfläche der porösen Aluminiumoxid-Schicht nach Entfernen des nicht-gebundenen Teils zum Glätten zu schleifen.
Die Paste zur Bildung des Leitungsmusters ist ein Material, das erhalten wurde durch Mi­ schen eines festen Materials, das beispielsweise einen Leiter, ein als Widerstand dienendes Material oder Glas zusammen mit einem Bindemittel und ein Lösungsmittel umfaßt.
Der Leiter wird hergestellt durch Mischen einer kleinen Menge Glas mit einem Leiter wie beispielsweise Au, Ag/Pd, Ag/Pt, Ag oder dergleichen. Das als Widerstand dienende Ma­ terial wird hergestellt beispielsweise durch Mischen von Rutheniumoxid mit Glas.
Das Keramik-Sintersubstrat wird bei derselben Temperatur gesintert, wie sie zum Brennen eines dicken Films in einer herkömmlichen Verfahrensweise eingesetzt wird. Die Tempe­ ratur zum Brennen des Leiters und des als Widerstand dienenden Materials liegt im Be­ reich von beispielsweise 800 bis 900°C. Die Temperatur zum Brennen des Glases liegt beispielsweise im Bereich von 500 bis 900°C.
Das Keramik-Leitersubstrat, das nach der oben beschriebenen Verfahrensweise hergestellt wird, umfaßt ein Keramik-Sintersubstrat, das Glas enthält, und ein auf einer Oberfläche des Keramik-Sintersubstrats aufgebrachtes Leitungsmuster. Eine poröse Aluminiumoxid- Schicht wird zwischen dem Keramik-Sintersubstrat und dem Leitungsmuster gebildet, und das Innere der porösen Aluminiumoxid-Schicht wird mit Glas gefüllt, das sowohl in dem Leitungsmuster als auch in dem Keramik-Sintersubstrat enthalten war.
In einem Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Keramik-Leitersubstrats fließt das in dem Keramik-Sintersubstrat enthaltene Glas von einer Oberfläche in das Innere der porösen Aluminiumoxid-Schicht. Auf der anderen Seite fließt auch das in dem Leitungs­ muster enthaltene Glas von der anderen Oberfläche in das Innere der porösen Aluminium­ oxid-Schicht. Daher können die poröse Aluminiumoxid-Schicht und das Keramik-Sinter­ substrat fest miteinander verbunden werden. In gleicher Weise können die poröse Alumi­ niumoxid-Schicht und das Leitungsmuster ebenfalls fest miteinander verbunden werden.
Da das in der Paste zur Bildung des Leitungsmusters enthaltene Lösungsmittel durch die poröse Aluminiumoxid-Schicht absorbiert wird, kann ein scharfes Leitungsmuster ausge­ bildet werden, das kein Ausbluten und keine Flecken zeigt. Das resultierende Leitungs­ muster zeigt Feinheit und hohe Genauigkeit.
Es ist bevorzugt, daß die Dicke der porösen Aluminiumoxid-Schicht 10 µm oder weniger beträgt. Wenn die Dicke 10 µm übersteigt, kann die Haftung zwischen dem Keramik-Sin­ tersubstrat und dem Leitungsmuster verschlechtert werden. Es ist bevorzugt, daß die Dicke der porösen Aluminiumoxid-Schicht 3 µm oder weniger beträgt, um die Haftung weiter zu verbessern. Es ist bevorzugt, daß die Dicke der porösen Aluminiumoxid-Schicht nicht geringer ist als 0,5 µm, um so ein feineres und schärferes Leitungsmuster auszubil­ den.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Keramik-Leitersubstrat, bei dem ein feines und scharfes Leitungsmuster realisiert wird und das die Fähigkeit aufweist, das Leitungsmuster exakt anzuordnen. Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Keramik-Leitersubstrats bereit.
Die Erfindung wird nachfolgend durch Beispiele unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 10 näher erläutert. Die Beispiele beschränken jedoch die Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsformen.
Beispiel 1
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 10 wird ein Keramik-Leitersubstrat gemäß den Beispielen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie Fig. 1 zeigt, wird ein Keramik-Leitersubstrat 7 aus einem Glas enthaltenden Keramik-Sintersubstrat 2 und einem auf einer Oberfläche des Substrats gedruckten Leitungsmuster 3 gebildet. Eine poröse Aluminiumoxid-Schicht 1, die eine Dicke von 10 µm oder weniger aufweist, wird zwischen dem Keramik-Sintersubstrat 2 und dem Lei­ tungsmuster 3 gebildet.
Wie Fig. 2 zeigt, ist das Innere der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1 mit Glas 25 ge­ füllt, das in dem Keramik-Sintersubstrat 2 enthalten war. Das Innere der porösen Alumini­ umoxid-Schicht ist ebenfalls mit Glas 35 gefüllt, das in dem Leitungsmuster 3 enthalten war und das von der Seite eingetreten ist, die derjenigen des Eintritts des Glases 25 ge­ genüberliegt.
Das Keramik-Sintersubstrat 2 weist ein Innenschicht-Muster 52 und ein durchgehendes Loch 21 auf, das mit einem Leiter 51 gefüllt ist.
Eine Verfahrensweise zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Keramik-Leitersub­ strats 7 wird kurz unter Bezugnahme auf die Fig. 3(a) bis 3(e) beschrieben.
Wie Fig. 3(a) zeigt, wird ein laminierter Körper 200 dadurch gebildet, daß man eine Aluminiumoxid-Schicht 10, die Aluminiumoxid enthält, das nicht bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C gesintert wurde, auf eine Oberfläche einer Keramik-Grün­ platte 20 aufbringt, die Glas enthält. Eine Aluminiumoxid-Platte wird zur Herstellung der Aluminiumoxid-Schicht 10 verwendet.
Der laminierte Körper 200 wird bei 900°C gebrannt. Wie in Fig. 3(b) gezeigt, wird ein Keramik-Sintersubstrat 2 erhalten, das aus dem Sintern der Keramik-Grünplatte 20 resul­ tiert. Die Aluminiumoxid-Schicht 10 wird zu einer porösen Aluminiumoxid-Schicht 1 aus­ gebildet. Das in dem Keramik-Sintersubstrat 2 enthaltene Glas 25 fließt in das Innere der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1 und bindet so den Teil der porösen Aluminiumoxid- Schicht 1, der mit dem Glas gefüllt ist, an das Keramik-Sintersubstrat 2.
Wie Fig. 3(c) zeigt, wird ein nicht-gebundener Teil 109 der porösen Aluminiumoxid- Schicht 1, der nicht an das Keramik-Sintersubstrat 2, d. h. das Aluminiumoxid 100, gebun­ den wurde, entfernt. Ein gebundener Teil 108 der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1, der an das Keramik-Sintersubstrat 2 gebunden wurde, bleibt zurück.
Wie Fig. 3(d) zeigt, wird eine Paste 30 zur Bildung des Leitungsmusters 3 auf eine Ober­ fläche der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1 aufgedruckt, die an das Keramik-Sintersub­ strat 2 gebunden wurde.
Es wird nun auf Fig. 3(e) Bezug genommen. Das Leitungsmuster 3 wird an dem Kera­ mik-Sintersubstrat 2 mit Hilfe der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1 zur Haftung gebracht durch Erhitzen des Keramik-Sintersubstrats 2.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung des Keramik-Leitersubstrats 7 wird nachfolgend weiter im einzelnen beschrieben.
Bindemittel, Weichmacher und Lösungsmittel werden mit einem Feststoff-Material zum Kneten gemischt, das durch Mischen von 60 Gew.-% CaO-Al₂O₃-SiO₂B₂O₃-Glas mit 40 Gew.-% Aluminiumoxid erhalten wurde. Das erhaltene Produkt wird nach dem Streich- Rakel-Verfahren unter Bildung einer Keramik-Grünplatte 20 geformt, die eine Dicke von 0,3 mm aufweist.
Wie Fig. 4 zeigt, werden durchgehende Löcher 21 durch die Keramik-Grünplatte 20 ge­ stochen. Ein Leiter 51 wird mittels eines Druckverfahrens in die durchgehenden Löcher 21 gefüllt. Eine Paste 521 zur Ausbildung eines Innenschicht-Musters 52 wird auf eine Oberfläche der Keramik-Grünplatte 20 gedruckt. Ein aus Ag gebildeter Leiter wird für den Leiter 51 und die Paste 521 verwendet. Wie Fig. 5 zeigt, werden die Keramik-Grün­ platten 20 laminatartig aufeinander angeordnet.
Eine Aluminiumoxid-Platte mit einer Dicke von 0,3 mm wird gebildet durch Mischen des 15 Bindemittels, des Weichmachers und des Lösungsmittels mit einem Feststoffmaterial, das 90 Gew.-% Aluminiumoxid-Pulver enthält. Dieses wird mittels des Streich-Rakel-Verfah­ rens geknetet.
Wie Fig. 6 zeigt, wird jede Oberfläche der laminatartig angeordneten Keramik-Grün­ platten 20 mit einer wie oben beschrieben erhaltenen Aluminiumoxid-Platte als Alumini­ umoxid-Schicht 10 beaufschlagt, wodurch der laminierte Körper 200 hergestellt wird.
Der laminierte Körper 200 wird bei 100°C unter einem Druck von 100 kg/cm² in der Wärme komprimiert (thermokomprimiert). Anschließend wird der resultierende laminierte Körper 200 an der Luft bei 900°C für 20 min gebrannt.
Wie Fig. 7 zeigt, wird die Keramik-Grünplatte gebrannt und dann zu einem Keramik- Sintersubstrat 2 ausgebildet. Die Aluminiumoxid-Schicht weist eine große Zahl von Poren 19 auf, die zwischen den Aluminiumoxid-Partikeln 100 ausgebildet sind. Diese Poren wer­ den mit dem Glas 25 gefüllt, das in dem Keramik-Sintersubstrat 2 enthalten war. Der un­ tere Teil der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1, der mit dem Glas gefüllt ist, wird an das Keramik-Sintersubstrat 2 gebunden. Dieser Teil wird als der gebundene Teil 108 bezeich­ net. Demgegenüber ist der obere Teil der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1 nicht mit dem Glas gefüllt und wird der nicht-gebundene Teil 109, der nicht mit dem Keramik-Sintersub­ strat 2 verbunden ist. Ein Innenschicht-Muster 52 wird innerhalb des Keramik-Sintersub­ strats 2 ausgebildet.
Wie die Fig. 7 und 8 zeigen, wird der nicht-gebundene Teil 109 der porösen Alumini­ umoxid-Schicht 1 manuell entfernt. Die Oberfläche des gebundenen Teils 108 der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1 wird geschliffen, um die Oberfläche zu glätten. Die Dicke des verbliebenen gebundenen Teils 108 der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1 mißt etwa 2 µm.
Wie die Fig. 9 und 10 zeigen, wird die Paste 30 zur Bildung des Leitungsmusters 3 auf eine Oberfläche der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1 aufgedruckt. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, enthält die Paste 30 beispielsweise Au als Leiter 31 und Glasfritt 350. Die Breite des Drucks der Paste 30 wird auf 200 µm festgesetzt. Der Zwischenraum zwischen benachbarten Pastenlinien wird auf 120 µm festgelegt.
Danach wird ein weiterer Typ Paste, der Ag und Pd enthält und von der Au enthaltenden Paste 30 verschieden ist, aufgedruckt.
Das resultierende Produkt wird an der Luft bei 900°C für die Zeit von 10 min erhitzt. Das Leitungsmuster 3 wird aus der Pastenlinie gebildet, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Der in dem Leitungsmuster 3 enthaltene Glasfritt schmilzt und fließt in die Poren 19 der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1. Durch den Verankerungs-Effekt kann das Leitungs­ muster 3 fest mit dem Substrat verbunden werden. Im Ergebnis wird ein Keramik-Leiter­ substrat 7 erhalten, bei dem das Leitungsmuster 3 fest an dem Keramik-Sintersubstrat 2 mittels der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1 befestigt ist.
Beispiel 2
Das Verfahren zur Herstellung des Keramik-Leitersubstrats von Beispiel 2 ist dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß eine Aluminiumoxid-Paste als Alumi­ niumoxid-Schicht verwendet wurde, statt die Aluminiumoxid-Platte zu verwenden.
Die Aluminiumoxid-Paste wird erhalten durch Mischen von Bindemittel, Weichmacher und Lösungsmittel mit dem Feststoffmaterial, das 90 Gew.-% oder mehr Aluminiumoxid- Pulver enthält. Diese Mischung wird zu einer Paste verknetet. Die resultierende Alumini­ umoxid-Paste wird auf eine Oberfläche der Keramik-Grünplatte gedruckt und anschließend getrocknet. Danach wird die Aluminiumoxid-Schicht gebildet, die eine Dicke im Bereich von 7 bis 10 µm aufweist.
Die erhaltene Aluminiumoxid-Schicht wird unter Wärme komprimiert und gebrannt und so ein Keramik-Sintersubstrat durch Sintern der Keramik-Grünplatte gebildet. Die Alumi­ niumoxid-Paste wird zu einer porösen Aluminiumoxid-Schicht ausgebildet. Der Alumini­ umoxid-Teil der porösen Aluminiumoxid-Schicht, der nicht an das Keramik-Sintersubstrat gebunden ist, wird entfernt. Der verbliebene gebundene Teil der porösen Aluminiumoxid- Schicht weist eine Dicke von 3 µm oder weniger auf.
Die Paste zur Bildung des Leitungsmusters wird auf eine Oberfläche der als gebundener Teil zurückgebliebenen porösen Aluminiumoxid-Schicht aufgebracht, die weiter gebrannt wird. Zum Schluß wird das Keramik-Leitersubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung er­ zeugt. Die anderen Merkmale sind dieselben wie diejenigen von Beispiel 1.
Vergleichsbeispiel
In diesem Vergleichsbeispiel wird das Keramik-Leitersubstrat ohne Verwendung der Aluminiumoxid-Schicht hergestellt.
Genauer gesagt, wird das Keramik-Leitersubstrat dadurch hergestellt, daß man die Paste zur Bildung des Leitungsmusters direkt auf eine Oberfläche des Keramik-Sintersubstrats zum Brennen aufdruckt. Die anderen Merkmale sind dieselben wie diejenigen von Beispiel 1.
Experiment
In diesem Experiment wurde jedes Keramik-Leitersubstrat der Beispiele 1, 2 und des Ver­ gleichsbeispiels Messungen in Bezug auf die Linienbreite des Leitungsmusters, den Ab­ stand zwischen den Linien, das Vermögen zum Binden der Verdrahtung, die Benetzbarkeit beim Löten und die Haftfestigkeit unterzogen.
Wie oben beschrieben, wurden die Werte der Linienbreite bei Verwendung von Au und der Zwischenraum zwischen den Linien des Leitungsmusters auf 200 µm bzw. 120 µm festgesetzt.
Um das Vermögen zum Binden der Verdrahtung (nachfolgend bezeichnet als "W/B") zu messen, wurde eine Au-Leitung (Durchmesser: 25 µm) auf eine Oberfläche des Leitungs­ musters mittels des USTC-(Ultra Sonic Thermo Compression; Ultraschall-Thermokom­ pressions-)Bindeverfahrens gebunden. Anschließend wurde der Bindungszustand zwischen dem Leitungsmuster und der Au-Leitung mit einem Spannungsmesser bewertet. Wenn die Bindefestigkeit 4 g oder mehr betrug, wurde der W/B-Wert als "gut" bezeichnet. Wenn die Bindefestigkeit weniger als 4 g betrug oder der Draht abgezogen wurde, wurde der W/B-Wert als "nicht gut" bezeichnet.
Um die Benetzbarkeit beim Löten zu messen, wurde ein Kolophonium-Flußmittel auf eine Oberfläche des aus Ag/Pd gebildeten Leitungsmusters aufgebracht. Anschließend wurde ein 60 Gew.-% Zinn und 40 Gew.-% Blei enthaltendes Lötmittel zum Löten durch Erhit­ zen auf 230°C für die Zeit von 5 s aufgedruckt. Der Zustand der Lötung wurde mit ei­ nem optischen Mikroskop (Vergrößerung: 10fach) beobachtet. Wenn der benetzte Teil 90% oder mehr der Oberfläche des Leitungsmusters betrug, wurde die Löt-Benetzbarkeit als "gut" bezeichnet. Wenn der benetzte Teil weniger als 90% der Oberfläche des Leitungs­ musters betrug, wurde die Benetzbarkeit als "nicht gut" bezeichnet. Die Haftfestigkeit zwischen dem Leitungsmuster und dem Keramik-Sintersubstrat wurde unter Anwendung des Löt-Abplatz-Verfahrens gemessen. Für die vorstehend genannte Messung wurde ein Keramik-Leitersubstrat mit einem aus Ag/Pd gebildeten Leitungs­ muster (2 mm × 2 mm) unter Anwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfin­ dung hergestellt. Anschließend wurde ein Draht (Weichkupfer-Draht mit einem Durch­ messer von 0,6 mm) auf das auf dem Keramik-Leitersubstrat gebildete Leitungsmuster ge­ lötet. Der an der Meßvorrichtung befestigte Draht wurde in einer Richtung von 90° zum Abplatzen gestreckt. Die zu dem Zeitpunkt, als das Abplatzen erfolgte, angelegte Last wurde durch die Fläche des Leitungsmusters geteilt. Das erhaltene Ergebnis (kg/mm²) wurde als Haftfestigkeit definiert.
Diese Messung wurde 20mal wiederholt. Die Meßergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurde kaum eine Abweichung bei der Linienbreite und dem Ab­ stand zwischen den Linien der Paste zur Bildung des Leitungsmusters beim Drucken so­ wohl im Verfahren gemäß Beispiel 1 als auch im Verfahren gemäß Beispiel 2 gefunden, verglichen mit dem Vergleichsbeispiel. Die Beispiele 1 und 2 waren in bezug auf das Drucken, die Schaffung einer scharfen Linie und die Tatsache erfolgreich, daß kaum eine Bildung von Flecken oder Ausblutungen an der Linie beobachtet wurde.
Die Messungen des W/B-Werts, der Benetzbarkeit beim Löten und der Haftfestigkeit des Leitungsmusters der jeweiligen Beispiele lieferten in etwa ähnliche Ergebnisse.
Wie Fig. 10 zeigt, ist die poröse Aluminiumoxid-Schicht 1 aus einer großen Anzahl par­ tikelartiger Aluminium-Teilchen 100 und einer großen Anzahl von dazwischen ausgebilde­ ten Poren 19 gebildet. Beim Aufdrucken der Paste 30 zur Bildung des Leitungsmusters kann eine ausreichende Menge des in der Paste 30 enthaltenen Lösungsmittels absorbiert werden. Daher kann sowohl in Beispiel 1 als auch in Beispiel 2 eine scharfe Drucklinie ausgebildet werden.
Wie die Fig. 3(b) und 7 zeigen, schmilzt beim Brennen der Keramik-Grünplatte 20 das darin enthaltene Glas und fließt in die Poren 19 der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1.
Wie die Fig. 3(e) und 2 zeigen, schmilzt bei Brennen des Keramik-Sintersubstrats 2 nach Aufbringen der Paste zur Ausbildung des Leitungsmusters 3 das in der Paste zur Bil­ dung des Leitungsmusters 3 enthaltene Glas 35 und fließt in das Innere der porösen Alu­ miniumoxid-Schicht 1. Das Leitungsmuster 3 wird fest mit der porösen Aluminiumoxid- Schicht 1 verbunden, wobei der Verankerungs-Effekt aus dem Fließen des Glases 35 in die porösen Aluminiumoxid-Schicht 1 resultiert.
Daher wird die Haftfestigkeit zwischen der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1 und dem Keramik-Sintersubstrat 2 erhöht. In gleicher Weise wird auch die Haftfestigkeit zwischen dem Leitungsmuster 3 und der porösen Aluminiumoxid-Schicht 1 erhöht.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung eines Keramik-Leitersub­ strats mit einem scharfen und feinen Leitungsmuster, wobei das Leitungsmuster fest mit dem Keramik-Sintersubstrat verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die Beispiele beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß Modifikationen oder Abwandlungen von in diesem technischen Bereich erfahrenen Personen gemacht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert ist.
Tabelle 1

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Keramik-Leitersubstrats (7), das die Schritte um­ faßt, daß man
  • - einen laminierten Körper (200) herstellt, indem man eine Aluminiumoxid-Schicht (1), die Aluminiumoxid enthält, das nicht bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C gesintert wurde, auf eine Oberfläche einer Glas enthaltenden Ke­ ramik-Grünplatte (20) aufbringt, die bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C gesintert wird;
  • - ein Keramik-Sintersubstrat (2) bildet, indem man die Keramik-Grünplatte (20) sin­ tert und die Aluminiumoxid-Schicht (10) durch Brennen des laminierten Körpers bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C zu einer porösen Alumini­ umoxid-Schicht (1) ausbildet; und
  • - indem man dafür sorgt, daß das Glas in die poröse Aluminiumoxid-Schicht (1) fließt, so daß ein Teil der porösen Aluminiumoxid-Schicht (1), der mit dem Glas gefüllt ist, mit dem Keramik-Sintersubstrat (2) verbunden wird;
  • - einen Aluminiumoxid-Teil (109) der porösen Aluminiumoxid-Schicht (1), der nicht an die Oberfläche des Keramik-Sintersubstrats (2) gebunden ist, entfernt; - eine Paste zur Ausbildung eines Leitungsmusters (3) auf einer Oberfläche der po­ rösen Aluminiumoxid-Schicht (1) aufdruckt; und
  • - das Leitungsmuster (3) auf dem Keramik-Sintersubstrat (2) mit Hilfe der porösen Aluminiumoxid-Schicht (1) zum Haften bringt, indem man das Keramik-Sintersub­ strat (2) brennt.
2. Verfahren zur Herstellung eines Keramik-Leitersubstrats nach Anspruch 1, worin die Aluminiumoxid-Schicht eine Aluminiumoxid-Platte ist.
3. Verfahren zur Herstellung eines Keramik-Leitersubstrats nach Anspruch 1, worin die Aluminiumoxid-Schicht durch Trocknen einer aufgedruckten Aluminiumoxid-Paste ge­ bildet wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines Keramik-Leitersubstrats nach Anspruch 1, worin die poröse Aluminiumoxid-Schicht (1) bei Aufdrucken einer Paste zur Bildung eines Lei­ tungsmusters nach Entfernen eines Aluminiumoxid-Teils, der nicht mit dem Keramik-Sin­ tersubstrat verbunden wurde, eine Dicke von 10 µm oder weniger aufweist.
5. Verfahren zur Herstellung eines Keramik-Leitersubstrats nach Anspruch 1, worin die Paste zur Bildung des Leitungsmusters Glasfritt enthält.
6. Keramik-Leitersubstrat (7), umfassend ein Keramik-Sintersubstrat (2), das Glas enthält, und ein Leitungsmuster (3), das auf eine Oberfläche des Keramik-Sintersubstrats (2) aufgebracht wird, worin eine poröse Aluminiumoxid-Schicht (1) zwischen dem Kera­ mik-Sintersubstrat (2) und dem Leitungsmuster (3) gebildet ist und das Innere der porösen Aluminiumoxid-Schicht (1) mit Glas gefüllt ist, das sowohl in dem Leitungsmuster (3) als auch in den Keramik-Sintersubstrat enthalten war.
7. Keramik-Leitersubstrat nach Anspruch 6, worin die poröse Aluminiumoxid-Schicht (1) eine Dicke von 10 µm oder weniger aufweist.
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