DE2003375A1

DE2003375A1 - Verfahren zur Herstellung eines Vielschicht-Gedrucktschaltungstraegers

Info

Publication number: DE2003375A1
Application number: DE19702003375
Authority: DE
Inventors: Takahiko Ihochi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1969-01-27
Filing date: 1970-01-26
Publication date: 1970-08-27
Also published as: GB1258722A; DE2003375B2; JPS4928543B1

Description

81-15.336P 26.1.1970

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Verfahren zur Herstellung eines Vielschicht-Gedruckt schal tungs trägers

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschicht-Gedrucktschaltungsträgers mit außerhalb und innerhalb von isolierenden Unterlagen vorgesehenen leitenden Kanälen, wie z. B₀ eines für einen integrierten Schaltkreis verwendeten keramischen Vielschicht-Gedrucktschaltungsträgers, insbesondere auf Verbesserungen eines solchen Verfahrens, wodurch eine unbefriedigende Verbindung in den inneren Kanälen verhindert und dadurch die Verläßlichkeit im Betrieb verbessert werden können.

Beim integrierten Schaltkreis oder einem anderen elektronischen Schaltkreis oder anderen elektronischen Schaltkreisvorrichtungen war es üblich, Unterlagen zu

2O.472)-Tp-r (7)

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verwenden, die mit leitenden Kanälen versehen sind und auch als mechanische Träger dienen, um die einzelnen Einheitselemente untereinander zu verbinden, die Transistoren, Dioden, Widerstände u. dgl. umfassen, und solche Einheitselemente mit äußeren Zuführungsdrahten zu verbinden. Wenn die integrierten Schaltkreisvorrichtungen von großen Abmessungen und hoher Kompliziertheit sind, erfordert die Schaltkreisanordnung darin eine äußerst hohe Genauigkeit und Querverbindungen, da Oberflächenkanäle allein solchen Erfordernissen nicht genügen würden» Aus diesem Grund wurde bisher vorgeschlagen, die gedruckten Schaltungen so anzuordnen, daß sie von einer Oberfläche einer Unterlage durch Ihr Inneres zur anderen Oberfläche reichten, und man betrachtete dies als sehr erfolgreiche Technik für gedruckte Schal tkr ei s anordnungen«,

In der Praxis wurde eine solche Technik wirkungsvoll ausgeführt, indem Löcher in einer Mehrzahl von isolierenden Unterlagen geschaffen wurden, man gewünschte, aus Leitern bestehende Kanäle in den Oberflächen dieser isolierenden Unterlagen einschließlich der Lochoberflächen ausbildete und nachher die Unterlagen vereinigte, um dadurch einen Gedrucktschaltungsträger zu erzeugen. Üblicherweise wird keramisches Material für die Unterlagen verwendet. Gewünschte Schaltungen werden auf ungesinterten keramischen Unterlagen ("grüne Bänder" genannt) durch Drucktechnik gebildet und diese dann zur gegenseitigen Verbindung warmgepreßt. Während des Warmpressens - so wurde hingegen gefunden - ergibt es sich häufig, daß die Teile aus leitender Tinte, die die gedruckten Schaltungen darstellen, sich ablösen oder Risse bilden, und diese Erscheinung tritt insbesondere am Endteil der in den Unterlagen gebildeten Löcher oder an den Übergängen zwischen den an

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den Lochwänden gebildeten leitenden Kanälen und denen auf, die an den Oberflächen der Unterlagen gebildet sind. Dies verursacht eine verengte Breite der die Kanäle bildenden leitenden Tinte, woraus sich eine unbefriedigende Verbindung oder sogar Trennung zwischen den Schaltungen ergibt. Veiter wurde gefunden, daß eine solche Erscheinung nicht nur auf die Behandlung der Unterlagen, sondern auch auf die Beanspruchung zurückzuführen ist, die sich aus der wiederholten Temperaturechwankung des fertigen Erzeugnisses ergibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, eine Mehrzahl von isolierenden Unterlagen zu einem Gedrucktschaltungstr&ger zu pressen, ohne daß irgendeine Trennung der Verbindungen zwischen den leitenden Kanälen auf den Lochwänden und denen auf den Oberflächen der isolierenden Unterlagen hervorgerufen wird· Gleichzeitig soll bei diesem Verfahren erreicht werden, daß keine unbefriedigende Verbindung oder Trennung zwischen den gedruckten Schaltungen verursacht wird, die auf die Beanspruchung zurückzuführen wäre, die durch Druck- und Hitzeeinwirkungen auf die Unterlagen bei der Zusammenfassung zu einem Vielschichtträger auftritt. Schließlich soll das Verfahren gemäß der Erfindung einen Gedrucktschaltungsträger ermöglichen, der frei von Alterungserscheinungen bzw. hochverläßlich im Betrieb ist.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschicht-Gedrucktschal tungs trägers mit dem Kennzeichen, daß man in jeder von wenigstens zwei isolierenden Unterlagen eine Mehrzahl von Löchern schafft, daß man wenigstens an der Oberfläche jeder Unterlage, die den Löchern in der anderen

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Unterlage gegenüber liegt, und an den Wänden der Löcher leitende Kanäle anbringt, so daß wenigstens eine elektrische Verbindung herstellbar ist, wenn die Unterlagen miteinander verbunden werden, wobei die leitenden Kanäle auf den Oberflächen der Unterlagen Teile mit Abmessungen zum Bedecken der Querschnitte der Löcher aufweisen und die leitenden Kanäle an den Wänden der Löcher eine Oberfläche jeder Unterlage mit der Oberfläche der anderen Unterlage verbinden, und daß man die Unterlagen zwecks Vereinigung warmpreßt und die vereinigten Unterlagen sintert.

Beim Anbringen der leitenden Kanäle sieht man nach einer Ausführungsart der Erfindung zweckmäßig wenigstens auf der Oberfläche einer ersten Unterlage gegenüber einer zweiten Unterlage einen leitenden Kanal derart vor, daß er von der Lochzone der ersten Unterlage bis zu einer dem Loch in der zweiten Unterlage entsprechenden Zone reicht, und bringt einen leitenden Hilfskanal in der Oberflächenzone der zweiten Unterlage mit einer Bemessung an, daß er den Querschnitt des ihm gegenüberliegenden Loches bedeckt, wobei er von den in der zweiten Unterlage vorgesehenen leitenden Kanälen elektrisch isoliert ist.

Eine weitere Möglichkeit nach der Erfindung besteht beim Anbringen der leitenden Kanäle darin, daß man wenigstens auf der Oberfläche einer ersten Unterlage gegenüber einer zweiten Unterlage einen ersten Kanalteil derart vorsieht, daß er von der Lochzone der ersten Unterlage bis zu einer gewünschten Zone reicht, auf der Oberfläche der zweiten Unterlage gegenüber der ersten Unterlage einen zweiten Kanalteil anbringt, der mit seinem einen Ende den ersten Kanalteil überlappt und von diesem einen Ende bis zum Loch in der zweiten Unterlage reicht, und daß man

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auf der Oberflächenzone der zweiten Unterlage gegenüber dem Loch in der ersten Unterlage sowie auf der Oberflächenzone der ersten Unterlage gegenüber dem Loch in der zweiten Unterlage Hilfskanäle vorsieht»

Schließlich ist es erfindungsgemäß möglich,, daß man beim Anbringen der leitenden Kanäle wenigstens auf der Oberfläche einer ersten Unterlage gegenüber einer zweiten Unterlage einen ersten Kanalteil vorsieht, der von einer dem Loch in der zweiten Unterlage entsprechenden Zone bis zu einer gewünschten Zone reicht, und auf der Oberfläche der zweiten Unterlage gegenüber der ersten Un terlage einen zweiten Kanalteil anbringt, der mit seinem einen Ende den ersten Kanalteil überlappt und von diesem einen Ende bis zu einer dem Loch in der ersten Unterlage entsprechenden Zone reicht.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen!

Fig. 1 a bis 1 c Teilquerschnittansichten zweier getrennter isolierender Unterlagen, die zur Bildung eines Doppelschicht-Gedrucktschaltungsträgers gemäß der Erfindung verwendet werden, insbesondere zur Erläuterung der Art, in der Kanäle aus leitender Tinte an den beiden Unterlagen vor dem Warmpressen vorgesehen werden;

Fig. 1 d eine Teilquerschnittansicht eines fertigen Vielschicht-Gedrucktschaltungsträgers, den

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man nach dem Sintern der beiden in den Fig. 1 a bis 1 c gezeigten Unterlagen erhält, zur Erläuterung der Anordnung der darin gebildeten gedruckten Schaltungen)

Fig. 2 a eine Teilschnittansicht dreier getrennter .

Unterlagen, die zur Bildung eines Dreischicht-Gedrucktschal tungsträgers gemäß der Erfindung verwendet werden, zur Erläuterung der Art, in der Kanäle aus leitender Tinte an drei Unterlagen vor dem Warmpressen vorgesehen werden;

Fig. 2 b eine Teilschnittansicht eines fertigen Vielschicht-Gedrucktschal tungsträgers, den man nach dem Zusammensintern der drei in Fig. 2 a gezeigten Unterlagen erhält, zur Erläuterung der Anordnung der darin gebildeten gedruckten Schaltungen; und

Fig₀ 3 eine Teilschnittansicht eines Teils der Vielschicht-Schaltungsträgers gemäß der Erfindung zur Erläuterung der Art, in der die Verbindung zwischen den Kanälen nach dem Sintern behandelt wird.

Obwohl der Gedruckt-Schaltungsträger gewöhnlich nach dem Sintern geringere Abmessungen als vorher hat, sind die Abmessungen zur Vereinfachung der Darstellung konstant gehalten.

In den Fig. 1 a bis 1 d sind verschiedene Ausführungs-

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beispiele der Erfindung dargestellt, nach denen eine Doppelschicht-Gedrucktschaltung hergestellt wird.

In Fig. 1 a wird von zwei ungesinterten keramischen Unterlagen oder grünen Bändern 11 und 12 Gebrauch gemacht, die jeweils Al-O- oder BeO als Hauptbestandteil enthalten und eine Dicke von 0,3 bis 0_tk mm aufweisen. Löcher 13 und 14 mit einem Durchmesser von o_t5 nun sind durch die einzelnen grünen Bänder hindurch an gewünschten Zonen ausgebildet. An den gegenüberliegenden Oberflächen der grünen Bänder 11 und 12 und an den Vandoberflachen der in den einzelnen grünen Bändern ausgebildeten Löcher 13 und m

Ik sind unter Anwendung der bekannten Gitterdrucktechnik leitende Kanäle 15 und 16 ausgebildet, deren jeder aus leitender Tinte, wie z. B. Molybdän-Mangan-Tinte mit Molybdän als Hauptbestandteil und einem Gehalt von 5 bis 20 $ Mangan besteht. Diese Kanäle haben eine Dicke von 10 bis 20 /U und eine Breite von 0,3 bis 0,5 mm. In einer Zone der oberen Oberfläche des grünen Bandes 12, die dem in dem grünen Band 11 gebildeten Loch 13 gegenüberliegt, ist ein leitender Hilfskanal 17 mit ausreichenden Abmessungen zum Abdecken des Querschnitts des Loches 13 und elektrisch isoliert von dem auf der Wand des Loches \h

im grünen Band 12 gebildeten Kanal 16 vorgesehen. · Der ,

Hilfskanal 17 soll das Entstehen irgendeiner fehlerhaften ™

oder unbefriedigenden Verbindung in den (durch Pfeile gezeigten) Übergängen zwischen dem Oberflächenkanal 15 und den Lochkanal i6 verhindern. Der Hilfskanal 17 ist so ausgebildet, daß sich, wenn die beiden grünen Bänder zur Integration verbunden werden, eine gute Verbindung mit dem Oberflächenkanal 15 ergibt, der in Berührung mit dem Lochkanal i6 auf der Vand des Loches 13 gebildet ist.

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Fig. 1 b zeigt ein weiteres Beispiel der Erfindung
unter Verwendung zweier grüner, denen nach Fig. 1 a ähnlicher Bänder 11 und 12. Auf den entgegengesetzten Oberflächen dieses grünen Bandes 11 sind Hauptoberflächenkanäle 17 bzw. 18 und auf dem grünen Band 12 ein Hauptoberflächenkanal 19 ausgebildet. Auf den Wänden der Löcher 13 und 14 der einzelnen grünen Bänder 11 und 12 sind Lochkanäle 16 ausgebildet. In dieser Alternativform werden Hilfskanäle 20 und 21 ähnlich dem nach Fig. 1 a auf
den gegenüberliegenden Oberflächen der beiden grünen Bänder an den Zonen vorgesehen, die den Löchern 13 und 14
gegenüberliegen. Diese Hilfskanäle 20 und 21 werden so
vorgesehen, daß sie, wenn die grünen Bänder zur Integration vereinigt werden, eine gute Verbindung mit den Hauptoberflächenkanälen 18 und 19 schaffen, die im Zusammenhang mit den entsprechenden Lochkanälen 16 auf den Vanden der Löcher 13 und Ik ausgebildet sind. Die Hauptkanäle 18 und 19 müssen so gestaltet werden, daß sie genügenden Kontakt miteinander erhalten, wenn die beiden Bänder zur Integration miteinander verbunden werden.

Fig. 1 c erläutert ein weiteres Beispiel der Erfindung, bei dem zwei keramische Unterlagen 11 und 12 mit
Löchern 13 bzw. 14 hergestellt und leitende Kanäle 22 bzw. 23 dann an den Zonen ausgebildet werden, die den Löchern 13 und 14 gegenüberliegen. Bei diesem Beispiel ist es
nicht nötig, Hauptoberflächenkanäle auf den gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Unterlagen an ihren die Löcher 13 und Ik umgebenden Zonen vorzusehen, sondern man schafft Hilfskanäle 22 und 23 auf kden gegenüberliegenden Oberflächen, die eine solche Länge haben müssen, daß ein ausreichender Kontakt zwischen diesen nach dem Sintern gewährleistet ist.

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Fig. 1 d zeigt eine vollständige gedruckte Schaltung, die man aus zwei Unterlagen mit den leitenden Kanälen gemäß Fig. 1 a bis 1 c erhält. Dieses fertige Erzeugnis läßt sich durch gegenseitige Verbindung der beiden aufeinandergelegten Unterlagen, Warmpressen der Einheit in einer atmosphärischen Umgebung bei einer Temperatur von 100 bis 150 C unter einem Druck von 10 bis 70 kg/cm und eine Sinterbehandlung von zwei Stunden bei 16OO C, herstellen. In einem solchen Schaltungsträger sind die HauptOberflächenkanäle und Lochkanäle 16 völlig gesintert, und die Hilfskanäle sind ebenfalls gesintert, so daß sie die Zone neben dem Ende des Loches 13 und/oder 14 bedecken. Dies ermöglicht, daß die Oberflächen- und Lochkanäle einen ausreichenden Kontakt untereinander erhalten.

In dem nach dem Sintern erhaltenen fertigen gedruckten Schaltkreis werden die auf einer der Oberflächen ausgebildeten Kanäle mit denen auf der anderen Oberfläche durch die in den Träger eingebettete innere Schaltung, wie durch A-A¹ in Fig. 1 d angedeutet ist, verbunden*

In Fig. 2 a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, in welchem drei keramische Unterlagen 24, 25 und 26 für einen Dreischicht-Gedrucktsehaltungsträger verwendet werden» In diesem Beispiel tragen die Unterlagen 24 und 25 Hilfskanäle 34, «35, 36 und 37 an ihren Zonen, die den Löchern 30, 3I, 32 bzw. 33 gegenüberliegen. Diese Hilfskanäle 34 bis 37 haben zum Abdecken der Querschnitte der entsprechenden Löcher 30 t>±s 33 ausreichende Flächen. Diese drei Unterlagen werden warmgepreßt und gesintert, um einen fertigen Gedrucktechaltungsträger gemäß Fig. 2 b zu schaffen, wo A-A', B-B¹ und C-C» die

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unabhängig voneinander im Träger gebildeten leitenden Kanäle andeuten.

Fig. 3 zeigt einen Fall gemäß der Erfindung, wo Lötmaterial 38 in die Löcher im fertigen, durch Sintern erhaltenen Gedrucktschaltungsträger eingegossen ist, um die Verbindung zwischen den inneren Schaltungen weiter zu erleichtern. Dies wird durch vorheriges Plattieren der leitenden Kanäle mit einem Material, wie Nickel, das eine Affinität zum Lötmaterial hat, und nachfolgendes Gießen des Lötmaterials in die Löcher bewerkstelligt.

Während die verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung am meisten mit der Lösung der Probleme befaßt sind, die insbesondere im Inneren des Gedrucktschal tungsträgers auftreten können, ergeben sich möglicherweise ähnliche Probleme auch an den Oberflächen des Trägers. Indessen lassen sich diese äußeren Probleme gut von außen beobachten und sind viel leichter als die inneren Probleme zu lösen. Zum Beispiel können die leitenden Kanäle an den Oberflächen des Trägers nach dem Sintern, falls erforderlich, neu gebildet werden. Mit anderen Worten, soweit das Problem der Schaltkreisunterbrechung betroffen ist, kann man die Aufmerksamkeit allein auf das Innere des Gedrucktschaltungsträgers in der Nähe der Enden der Löcher richten.

Gemäß der Erfindung werden die von.den ordentlichen Oberflächenkanälen verschiedenen Hilfskanäle im voraus an den Zonen der Unterlagen vorgesehen, die den Löchern gegenüberliegen, wodurch nach dem Sintern die Enden der Löcher voll durch diese Hilfskanäle abgedeckt sind und so eine zwangsläufige Verbindung zwischen den äußeren und

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Inneren Kanälen gesichert und die Nachtelle des Standes der Technik vermieden werden.

Während die Erfindung anhand mehrerer besonderer AusfUhrungsbeispiele erläutert wurde, versteht es sich, daß auch verschiedene andere Ausführungsformen möglich sind, ohne das Wesen der Erfindung, wie es in den Ansprüchen zum Ausdruck kommt, zu verlassen. Zum Beispiel können die keramischen Unterlagen als Ausgangsmaterial so zahlreich sein, wie es für die beabsichtigten Zwecke erwünscht ist, und die Zahl der in diesen Unterlagen ausgebildeten Löcher sowie die Zonen, wo die Löcher in den ' Unterlagen ausgebildet werden, können nach Wunsch gewählt werden.

Ebenfalls ist das für die Unterlagen verwendete Material nicht auf keramische Stoffe beschränkt, sondern kann auch jedes andere Isoliermaterial sein, da der Gedruckte chal tungs träger die Isolierung zwischen den darin ausgebildeten leitenden Kanälen und eine zum Tragen vieler Halblelterelemente ausreichende mechanische Festigkeit sichern soll.

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Claims

Patentansprüche

1. Jverfahren zur Herstellung eines Vielschicht-GedrucicTschal tungs trägers, dadurch gekennzeichnet, daß man in jeder von wenigstens zwei isolierenden Unterlagen eine Mehrzahl von Löchern schafft, daß man wenigstens an der Oberfläche jeder Unterlage) die den Löchern in der anderen Unterlage gegenüberliegt, und an den Wänden der Löcher leitende Kanäle anbringt, so daß wenigstens eine elektrische Verbindung herstellbar ist, wenn die Unterlagen miteinander verbunden werden, wobei die leitenden Kanäle auf den Oberflächen der Unterlagen Teile mit Abmessungen zum Bedecken der Querschnitte der Löcher aufweisen und die leitenden Kanäle an den Wänden der Löcher eine Oberfläche jeder Unterlage mit der Oberfläche der anderen Unterlage verbinden, daß man die Unterlagen zwecks Vereinigung warmpreßt und die vereinigten Unterlagen sintert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadcurch gekennzeichnet, daß man beim Anbringen der leitenden Kanäle wenigstens auf der Oberfläche einer ersten Unterlage gegenüber einer zweiten Unterlage einen leitenden Kanal derart vorsieht, daß er von der Lochzone der ersten Unterlage bis zu einer dem Loch in der zweiten Unterlage entsprechenden Zone reicht, und einen leitenden Hilfskanal in der Oberflächenzone der zweiten Unterlage mit einer Bemessung anbringt, daß er den Querschnitt des ihm gegenüberliegenden Loches bedeckt, wobei er von den an der zweiten Unterlage vorgesehenen leitenden Kanälen elektrisch isoliert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß man beim Anbringen der leitenden Kanäle wenigstens auf der Oberfläche einer ersten Unterlage gegenüber einer zweiten Unterlage einen ersten Kanalteil derart vorsieht, daß er von der Lochzone der ersten Unterlage bis zu einer gewünschten Zone reicht, auf der Oberfläche der zweiten Unterlage gegenüber der ersten Unterlage einen zweiten Kanalteil anbringt, der mit seinem einen Ende den ersten Kanalteil überlappt und von diesem einen Ende bis zum Loch in der zweiten Unterlage reicht, und daß man auf der Oberflächenzone der zweiten Unterlage gegenüber dem Loch in der ersten Unterlage sowie auf der Oberflächenzone der ersten Unterlage gegenüber dem Loch in der zweiten Unterlage Hilfskanäle vorsieht.

h. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Anbringen der leitenden Kanäle wenigstens auf der Oberfläche einer ersten Unterlage gegenüber einer zweiten Unterlage einen ersten Kanal teil vox-sieht, der von ei-? ner dem Loch in der zweiten Unterlage entsprechenden Zone bis zu einer gewünschten Zone reicht, und auf der Oberfläche der zweiten Unterlage gegenüber der ersten Unterlage einen zweiten Kanalteil anbringt, der mit seinem einen Ende den ersten Kanalteil überlappt und von diesem einen Ende bis zu einer dem Loch in der ersten Unterlage entsprechenden Zone reicht.

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