DE2011628A1 - Mehrschichtige keramische Schaltkreisplatte und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Description

' E.I. DtJ PONT DE HEMOTJRS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19 898, V.St·Α.

Mehrschichtige keramische Schaltkreisplatte, und Verfahren zur Herstellung derselben

Bei der Herstellung von gedruckten Schaltkreisen ergeben sich grosse Schwierigkeiten, wenn man versucht, auf den Oberflächen, auf die die Schaltkreise' aufgedrückt werden, Überkreuzungen herzustellen. Überkreuzungen sind bisher hergestellt worden, indem man eine dünne Schicht aus Isoliermaterial auf . den zu überkreuzenden leiter aufklebte oder aufsprühte und den Überkreuzungsleiter über dem Isoliermaterial anordnete. Diese Methode ist nicht sehr zufriedenstellend, und^man hat daher die Schaltkreise so geplant, dass Überkreuzungen vollständig vermieden wurden. Dies erfordert aber einen Schaltkreis von viel grösserer Plächenausdehnung, als er erforderlich wäre, wenn sich Überkreuzungen leicht anbringen liessen.

Um die Schwierigkeiten der Überkreuzungen zu überwinden, hat man verschiedene Arten von mehrschichtigen Schaltkreisen vorgeschlagen. Im allgemeinen handelte es sich hierbei um einzelne Schichten aus dielektrischen] Material, wobei auf der Oberfläche einer Jeden Schicht■elektrische leiter in dem gewünsch-

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ten Muster angeordnet wurden. Das Verbinden der Teile der verschiedenen Schichten erfolgt gewöhnlich dadurch, dass man an den entsprechenden Stellen in der dielektrischen Schicht Löcher vorsieht, in die löcher Leiter einbringt und die Schichten dann zu einer einstückigen Schaltkreisplatte zusammenfügt. Die Schaltkreise können aktive und passive Komponenten enthalten, und wenn sie gegen die Aussenatmosphäre geschützt werden müssen, mus3 das ganze Schaltkreisaggregat naohaussen hin abgedichtet werden.

Andere mehrschichtige "Körper sind gemäss einer Arbeit von Schwartz und Wilcox in "Proceedings 1967 Electronic Component Conference", Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., hergestellt worden. Diese Schichtkörper machen von herkömmlichen hitzebeständigen Metallisierungen, oxydierbaren Metallisierungen oder gashaltigen Metallisierungen Gebrauch.

Es sind zwar bereits viele mehrschichtige keramische Körper vorgeschlagen worden; alle diese Schichtkörper weisen jedoch · verschiedene Fehler auf. Insbesondere waren die elektrischen Leiter infolge der Ausdehnung und Kontraktion der Metallisierung und des keramischen Trägers nicht gleichmässig und zusammenhängend genug. Auch durch Blasenbildung und Schichtentrennung bei diesen Schichtkörpern sind zahlreiche elektrische Pehier entstanden. Im Falle von oxydierbaren und gashaltigen Metallisierungen sind dadurch Schwierigkeiten aufgetreten, dass es nicht möglich war," dichte, gut gesinterte keramische Körper mit darin angeordneten Leitungswegen von hoher Leitfähigkeit zu erzeugen. Abgesehen davon hat sich das umständliche Verfahren von Schwartz und Wiloox in der Technik nicht einführen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mehrschichtige keramische Schaltkreisplatten mit einem hermetisch geschlossenen Aufbau zur Verfügung zu stellen, bei denen die oben genannten Fehler nioht auftreten. Ferner sind die mehrschichtigen kerami-

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sehen Schaltkreisplatten gemäss der Erfindung für eine ausserste Miniaturisierung geeignet und halten die für das Anbringen von Oberflächenelektroden und -komponenten nach der normalen Bickfilmtechnologie erforderlichen Temperaturen und atmosphärischen Bedingungen aus. · ■

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen keramischen Schaltkreisplatten, welches.da- . durch gekennzeichnet ist, dass man

a) eine Anzahl von Schichten herstellt, von denen jede feine " keramische Teilchen und ein zeitweiliges Bindemittel für die Teilehen aufweist, ■

b') an den erforderlichen Stellen in mindestens einer der Schichten Löcher erzeugt,

c) die löcher mit einer Paste.füllt, die nicht-oxydierbare, gasfreie Edelmetallteilehen und ein zeitweiliges Bindemittel enthält,

d) mit einer Paste, die nicht-oxydierbare, gasfreie Edelmetallteilchen und ein zeitweiliges Bindemittel enthält, auf ausgewählten Teilen der Oberfläche mindestens einer der Schichten Muster erzeugt, / "

e) die Schichten so aufeinanderstapelt, dass die Leiter und die Löcher in.der gewünschten räumlichen Beziehung zueinander angeordnet sind, ,

f.). die auf einanderges tapelten Schichten zu einem Schichtkörper bindet und

g) den Schichtkörper für eine ausreichende Zeitdauer und bei einer ausreichenden Temperatur brennt, um die Bindemittel zu verflüchtigen und die keramischen Teilchen sowie die Metallteilchen zu einem einstückigen Körper zusammenzusintern, in dem die Metallteilchen elektrische Leiter bilden.

Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung können die Verfahrensstufen c, d, e und f entweder in der angegebenen Reihenfolge

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oder in der Reihenfolge d, c, e, f oder in der Reihenfolge d, e, f, c durchgeführt werden.

Ferner umfasst die Erfindung mehrschichtige keramische Schalt-• kreisplatten, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie aus einem einötückigen keramischen Körper "bestehen, in dem elektrische Leiter in verschiedenen Schichten angeordnet und an diese Schichten gebunden sind, und dass sich vollständig innerhalb des Körpers Verbindungsleitungen befinden, die die leiter in den verschiedenen Schichten miteinander verbinden, wobei die leiter und die Verbindungen aus nicht-oxydierbaren, gasfreien Edelmetallteilchen bestehen, die an den keramischen Körper angesintert und miteinander zusammengesintert sind.

* Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.

]?ig. 1 ist eine isometrische Ansicht von drei ungebrannten keramischen Schichten, die an den gewünschten Stellen Löcher aufweisen.

Pig. 2 ist eine ähnliche Ansicht wie Pig. 1 und erläutert die Verfahrensstufe "c", in der die Löcher mit einer Metallisierungspaste gefüllt werden.

Pig. 3 ist eine ähnliche Ansicht wie Pig. 2 und erläutert die Verfahrensstufe "d", in der die keramischen Schichten mit |} elektrisch leitenden Mustern· versehen worden sind.

Pig. 4 ist eine isometrische Ansicht der Verfahrensstufe "e", in der die Schichten so zusammengefügt werden, da3s die leitenden Muster und Löcher in der gewünschten räumlichen Beziehung miteinander ausgerichtet werden.

Pig. 5 ist eine isometrische Ansicht der aufeinandergestapelten Schichten vor dem Brennen.

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Pig, 6 ist eine isometrische'Ansicht des gesinterten Schichtkörpers gemäss der Erfindung.

Pig. 7 ist eine isometrische Ansicht einer keramischen mehrschichtigen Schaltkreisplatte, an die verschiedene aktive und passive Vprrichtungen angeschlossen sind.

Die erste Stufe des Verfahrens "betrifft die Herstellung mehrerer Schichten aus feinen keramischen Teilchen und einem zeitweiligen Bindemittel. Diese Schichten werden gewöhnlich als "keramische Träger", "ungebrannte Schichten"' oder "Streifen" ■bezeichnet und. sind in der Technik bekannt» Man kann die verschiedensten keramischen Stoffe verwenden. Zum Beispiel können keramische Stoffe verwendet werden, die hauptsächlich aus Aluminiumoxid, Steatit, Zirkon, Aluminiumsilicat, Zirkoniumdioxid, Titandioxid, Berylliumoxid, Magnesiumsilicaten usw. sowie aus verschiedenen Kombinationen dieser Stoffe bestehen. Einige typische keramische Massen, die im Sinne der Erfindung verwendet werden können, sind in den USA-Patentschriften 2 966 717 und 3 192 086 beschrieben.

Das zeitweilige Bindemittel soll so beschaffen sein, dass es sich vollständig entfernen lässt. Die Entfernung des Bindemittels kann durch Depolymerisation, Verdampfung oder Oxydation bewerkstelligt werden. Das Bindemittel soll jedoch nicht so schnell entfernt werden, dass der Schichtkörper beim Brennen anschwillt oder zersprengt wird. Das-Bindemittel in der Schicht soll mit dem Bindemittel in der Metallisierung verträglich sein, und beide sollen so beschaffen sein, dass sie den Bindevorgang bei der Schichtkörperherstellung unterstützen. Ferner soll das Bindemittel dazu- beitragen, das keramische Pulver ungestört in seiner Lage festzuhalten und die Bildung von trockenen, biegsamen Schichten ohne Haarrisse, Sprünge oder sonstige Fehler aus dem pulverförmigen keramischen Material zu erleichtern. Einige geeignete Bindemittel sind Polyvinylchloridharze , Polystyrolharze, Polymethacrylsäuremethylesterharze, Äthylceliulose, Celluloseacetat, Polyester und Oellulo-

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seacetat-butyrat. Diese Bindemittel können, vorzugsweise zusammen mit einem geeigneten lösungsmittel, auch für die Metallisierungsmassen verwendet werden.

Die Schichten können durch Strangpressen hergestellt werden, und in diesem Falle ist ein Lösungsmittel nicht erforderlich. Arbeitet man nach einem anderen Schichfbildungsverfahren (z.B. Verstreichen mit der Rakel), so ist ein mit dem Bindemittel verträgliches Lösungsmittel erforderlich. Einige für diesen Zweck geeignete Lösungsmittel sind Äthylalkohol, Isopropylalkohol, Aceton, Methyläthylketon, ß-Terpineöl und Toluol. Au3serdem können gegebenenfalls Weichmacher, Netzmittel und Entflockungsmittel zur Verbesserung des Schichtbildungsvermögens, zur Dispergierung der keramischen Masse und zur richtigen Einstellung der Viscosität der Schichtmasse zuge-■ setzt werden. Wenn solche Mittel verwendet werden, kann dies in an sich bekannten Kombinationen und Mengen erfolgen.

Das Gewichtsverhältnis der dielektrischen keramischen Masse zum Bindemittel in der Zusammensetzung der Schicht kann zwischen 95:5 und 60:40 variieren. Im allgemeinen soll die geringste Bindemittelmenge verwendet werden, mit der noch eine ausreichende Bindung bei der Schichtkörperherstellung erreicht wird. Gewöhnlich sind um so grössere Bindemittelmengen erforderlich,, je kleiner die Teilchen in der Masse sind. Die Schichtmasse kann auf beliebige bekamrfce Art gemischt werden, z.B. in der Kugelmühle, in der Walzenmühle oder durch schnelles Rühren in einer Rührvorrichtung oder einer Homogenisiervorrichtung. Im allgemeinen eignet sich jede Methode, nach der eine gleichmässige Dispersion hergestellt werden kann.

Die Schicht kann auf beliebige bekannte Weise hergestellt werden, z.B. durch Aufsprühen der Schichtmasse auf einen Träger, durch Aufsieben auf einen Träger, durch Auftragen auf den Träger durch Offsetdruck, durch Schwimmanlassen einer Schichtmasse von niedriger Viscosität auf einer nicht damit verträglichen Flüssigkeit oder duroh Auftragen mit der Rakel. Wenn die

Schichtmasse sehr viskos ist, kann die Schicht mit Hilfe einer Strangpresse auf den. Träger stranggepresst werden. Das Auftragen mit der Rakel ist die bevorzugte Methode, erfordert die einfachste Ausrüstung und ermöglicht dabei immer noch, die Grosse und Dicke der Schicht unter genauer Kontrolle zu halten, so dass diese jeder "beliebigen Anforderung genügt. WiOh- tige Verfahrensvariable beim Auftragen mit der Rakel sind die Giessgeschwindigkeit, die rheologische Beschaffenheit der Suspension, der Träger und die Ablösung von dem Träger. Typische Trägerstoffe sind Glas, Stahl, Polyester, Polytetrafluoräthylen, biegsame Riemen usw. Im allgemeinen kann jedes nichtreaktionsfähige, biegsame oder starre Trägermaterial verwendet werden. , . . .

Nach Herstellung der Schicht wird diese getrocknet. Dies kann durch Abdampfen des Lösungsmittels an der Luft erfolgen; die Trocknung kann auch durch Zuführung von Wärme und/oder durch Luftumlauf beschleunigt werden. Dazu können öfen, TJltrarot-'.erhitzer, Luftgebläse usw. verwendet werden. Nach dem Trocknen wird die Schicht von dem Träger abgezogen. An diesem Punkt des Verfahrens ist die Schicht biegsam und lässt sich leicht durch Zerschneiden oder durch Ausstanzen von Teilen derselben in jede beliebige Form bringen. Die Schicht kann zu jeder beliebigen Grosse geschnitten, gestanzt oder gestampft werden, so dass eine ausreichende Fläche vorhanden ist, um mehrere Schaltkreisteile aufzudrucken.

Die nächste Verfahrensstufe ist das Ausstanzen von Löchern mit sehr genauer Toleranz und von der gewünschten Form an den erforderlichen Stellen der Schichten. Löcher werden aus den Schichten ausgestanzt, um das gewünschte Muster für die Verbindungen in dem fertigen mehrschichtigen Körper zu erzeugen. Die Lochmuster sind in Fig. 1 zu erkennen. Es können Löcher von verschiedenen Grossen und Formen hergestellt werden, um nachträglich elektrische Verbindungen durch einen Stapel von Schichten hindurchzulegen. Nach dem Ausstanzen der Löcher können die Schichten mit einer Metallisierungsmasse überzogen wer-

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den,' um die löcher auszufüllen und/oder gedruckte. Leiter herzustellen.

In diesem Stadium des Verfahrens kann sich gegebenenfalls die· Verfahrensstufe des Ausfüllens der Löcher mit einer Paste anschliessen, die ein nicht-oxydierbares, gasfreies Edelmetall enthält. Im allgemeinen ist es zweckmässig, die Löcher in diesem. Stadium des Verfahrens auszufüllen, weil sie leichter zugänglich sind und man auf diese Weise günstigere' Ergebnisse erhält, als wenn man die Löcher in irgendeinem anderen Stadium des erfindungsgemässen Verfahrens ausfüllt. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung brauchen die Löcher erst ausgefüllt zu werden, wenn die Leiter aufgedruckt worden sind, oder im Falle von Schichtkörpern aus nur wenigen Schichten sogar erst nach dem Zusammenfügen zum Schichtkörper. Wenn die Löcher ausgefüllt werden, nachdem die Leiter aufgedruckt worden sind, kann es vorkommen, dass die Leitungswege infolge der reibenden Wirkung der Druckwalzenrakel und des Siebkontakts, wenn man sich dieser Druckmethode bedient, unterbrochen werden. Jedenfalls ist die genaue Reihenfolge der Verfahrensstufen in bezug auf 'das Ausfüllen der Löcher nicht ausschlaggebend; es ist jedoch wünschenswert, die Löcher auszufüllen, bevor irgendwelche anderen Druckarbeiten ausgeführt werden. Dies ist in. Fig. 2 dargestellt.

Die hauptsächliche Methode des Metallisieren der ungebrannten keramischen Schichten ist die Siebdruckraethode. Wenn man beim Siebdruck reproduzierbare Ergebnisse erhalten will, ist eine genaue Steuerung der Eigenschaften der Metallisierungsmasse (z.B. hinsichtlich Viacositfit, Dichte usw.) aowie eine genaue Auswahl der Siebe und der Arbeitsmethoden erforderlich.

Die Art der zum Füllen der Löcher und/oder zum Aufdrucken der elektrischen Leiter verwendeten Metallisierungsmasse ist von ausschlaggebender Bedeutung, da sie in verträglicher Weise mit der keramischen Schicht sintern muss. Die Wärmeausdehnung der keramischen Schichten und der Metallisierungen soll so weit

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wie möglich übereinstimmen, um innere Spannungen auf ein Mindestmass zu beschränken. Noch wichtiger ist es, dass die Metallisierungsmasse praktisch frei, von gelösten, absorbierten, adsorbierten oder anderweitig eingeschlossenen Gasen (d.h. gasfrei) ist, damit es beim Brennen der aufeinandergestapelten metallisierten keramischen Schichten zwecks Herstellung eines einstückigen Körpers nicht zur Blasenbildung oder Schichtentrennung kommt, und damit sich leitende Verbindungswege bilden·. Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens gemäss der Erfindung ist die Verwendung eines nicht-oxydierbaren, gasfreien Edelmetalls, das vorzugsweise (wie bereits beschrieben) in einem zeitweiligen Bindemittel dispergiert ist. Man kann auch ein anorganisches Bindemittel (z.B. BipO-z, MgO und/oder Glas) zu der Metallisierungsmasse zusetzen. Auch können beliebige bekannte anorganische Verdünnungs- und/oder Bindemittel verwendet werden. Insbesondere soll das Edelmetallpulver beim Brennen keine Gase entwickeln. Geeignete gasfreie Platinpulver sind im Patent ..... (Patentanmeldung P 19 15 691. 5-24) sowie in der USA-Patent-anmeldung Serial No. .756 394 vom 30. August 1968 beschrieben. Natürlich können auch andere nicht-oxydierbare, gasfreie Edelmetallpulver verwendet werden; hierzu gehören feinteiliges Platin, Silber, Gold und Legierungen derselben. Perner können beliebige andere Platinlegierungen, Goldlegierungen oder Silberlegierungen verwendet werden, die nicht-oxydierbar und gasfrei sind (d.h. Platin-, Silber- oder GoltLlegierungen, die andere Metalle enthalten). Die Legierungen sollen nicht unter der Sintertemperatur des keramischen Materials schmelzen. Daher wird dem Erfordernis, dass die in- ' nere Metallisierung in verträglicher Weise mit dem keramischen Stoff sintern soll, um einen hochgradig elektrisch leitenden Leitungsweg zu erhalten, durch Verwendung der oben beschriebenen Edelmetallpulver genügt. '

Die nächste erforderliche Verfahrensstufe ist die Herstellung elektrischer Leiter in Form von Mustern auf einer oder mehreren ausgewählten Oberflächen mindestens einer Schicht. Da das

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erfindungsgemässe Verfahren auf die Herstellung von unter der Oberfläche verlegten Leitern anwendbar ist, muss mindestens eine keramische Schicht vorhanden sein, auf der sich elektrische Leiter befinden. Die Metallisierungsmasse wird überall dort auf die keramische Oberfläche aufgetragen, wo ein elektrisch leitender oder wärmeleitender Bereich entstehen soll. Unter Umständen ist überhaupt kein leitender Bereich erwünscht, und dann wird das metallische Muster vollständig fortgelassen. In anderen Pällen kann die ganze Oberfläche einer keramischen Schicht metallisiert werden. Gewöhnlich bestehen die Muster aus metallisierten und unmetallisierten Bereichen in der jeweils gewünschten Anordnung. Wenn ein lei- | tender Bereich gewünscht wird, wird die Metallisierung in der gewünschten Anordnung nach beliebigen bekannten Druck- oder Schablonierungsmethoden aufgetragen. So kann man eine Schablone gegen die Oberfläche der keramischen Schicht andrücken und die Metallisierungsmasse auf die unbedeckten Teile der Schicht aufsprühen oder aufbürsten. Ebenso kann das Metallisierungsmuster auf der Schicht durch Offsetdruck erzeugt werden. Vorzugsweise erzeugt man das Muster durch Siebschablonendruck. Nach dem Auftragen wird die Metallisierung getrocknet. Dies kann durch Verdampfen, des Lösungsmittels an der Luft bewerkstelligt und durch Wärmezuführung und/oder Luftumlauf beschleunigt werden. Dies ist in Pig. 3 dargestellt.

^w NacTi der Erzeugung des metallisierten Musters auf einer oder mehreren der keramischen Schichten werden die Schichten in der richtigen Zuordnung zueinander aufeinandergestapelt (vgl. Pig. 4) und zu einem einstückigen Schichtkörper, gebunden (vgl. Pig. 5). Die keramische Masse in den verschiedenen Schichten kann durchweg die gleiche sein oder von Schicht zu Schicht wechseln. Auf diese Weise kann man Schichtkörper herstellen, die aus verschiedenen keramischen Massen zusammengesetzt sind, um die gewünschte Kombination von physikalischen, chemischen oder elektrischen Eigenschaften zu erzielen. Auoh die Metallisierungsmasae kann in allen Sohiohten die gleiche sein oder

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von Schicht zu Schicht hinsichtlich Zusammensetzung oder räumlicher Anordnung variieren. Die aufeinandergestapelten Schichten werden auf herkömmliche Weise zu einem Schichtkörper aneinander gebunden. Hierzu lcann man sich der Einwirkung von Wärme, Drjack oder Lösungsmitteldämpfen oder auch jeder "beliebigen Kombination aus diesen Mitteln bedienen. Zwar hat sich die Einwirkung von Druck allein als ausreichend erwiesen; jedoch kann man lösungsmitteldämpfe verwenden, um,den Schichtenstapel zu erweichen. Zum Beispiel kann der Stapel in einem Exsiccator der Einwirkung von Lösungsmitteldampfen ausgesetzt werden. Als Lösungsmittel kann man jedes Lösungsmittel verwenden, das die keramische Schicht erweicht. Wenn man die aufgestapelten Schichten der Einwirkung solcher Lösungsmitteldämpfe aussetzt, erweichen sie und lassen sich leichter durch Anwendung von Druck zu einem Schichtkörper zusammenfügen. Auch die bekannten Wärme- und Druckmethoden sind anwendbar.

In der letzten Stufe wird der Schichtkörper gesintert. Dies erfolgt in der für keramische Körper üblichen Weise durch Erhitzen des Schichtkörpers für eine ausreichende Zeitdauer auf eine ausreichende Temperatur. Die Wahl der Sinterzeit und der Sintertemperatur richtet sich nach der jeweiligen Zusammensetzung der keramischen Masse und dem zu sinternden Körper. Wesentlich ist es, dass in dieser Verfahrensstufe die Bindemittel entfernt, alle chemischen Reaktionen zu. Ende geführt werdeiT, der Körper verdichtet wird, die"*Bindungen zwischen den Phasen vervollständigt, die Korn- und Porengrössen unter Kontrolle gehalten und die Restspannungen ausgebildet werden. Um dies zu erzielen, wird der Schichtkörper zunächst an der Luft auf eine, niedrigere !Temperatur, vorzugsweise zwischen 200 und 600° 0, erhitzt, bis sich die Bindemittel verflüchtigt haben. Dann erhöht man die Temperatur, vorzugsweise auf 1000 bis 1750° C, "bis die Teilchen gesintert sind. Der gesinterte Schichtkörper wird gekühlt und aus dem Ofen herausgenommen. Der gesinterte Körper kann in Einheiten zurechtgeschriitten werden, wenn nicht schon vorher Schaltkreisschemen geschnitten

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worden sind. Ein gesinterter Schichtkörper ist in Pig. 6 dargestellt. Man sieht, dass beim Sintern eine gewisse Schrumpfung eintritt.

Eine bevorzugte Methode zur Herstellung einer mehrschichtigen keramischen Schaltkreisplatte gemäss der Erfindung ist nachstehend beschrieben.

Beispiel 1

Eine dielektrische Schicht wird aus den folgenden Bestandteilen hergestellt:

190 g pulverförmiges Aluminiumoxid 10 g pulverförmiges Talkum

7,7 g in der Hitze flüchtige Bindemittel (Polymethacrylsäuremethylester)

11,6 g Weichmacher (Polyvinylacetat) 3,2 cm Netzmittel (Äthylenglykolmonobutyläther)

11,6 cur Ablösemittel (Polyäthylenglykol; Molekulargewicht 200)

150 cm Lösungsmittel (Trichlorethylen).

Die obigen Bestandteile werden 4 Stunden in der Kugelmühle vermählen, und das vermahlene Gut wird in einen Behälter ausgetragen, d»er dann in eine Vakuumkammer eingesetzt wird, um Luftblasen zu entfernen. Eine Schicht wird durch Vergiessen der keramischen Aufschlämmung auf eine Glasplatte hergestellt. Eine Stahlrakel wird über die Oberfläche der Platte hinweggeführt, um eine Schicht von der.gewünschten Dicke zu erhalten; im vorliegenden Pail beträgt die Dicke der Schicht 0,4 mm. Die Schicht wird 2 Stunden an der Luft getrocknet. Sie ist dann biegsam und lässt sich von der Glasplatte abziehen.

Aus der grössten keramischen Schicht werden drei reohteckige Stücke (0,76 cm χ 2,3 cm) ausgestanzt. In jede der rechteckigen keramischen Schichten wird ein Lochmuster eingestanzt. Dies ist in Pig. 1 gezeigt, wo die keramischen Schichten mit

1, 2 und 3 und die Lochmuster mit 4·, 5 und 6 "bezeichnet sind. Die Löcher in den keramischen Schichten werden dann mit einer Metallpaste gefüllt, die aus 4 Teilen gasfreiem Platinpulver und 1 Teil zeitweiligem Bindemittel (8 fi Athylcellulo.se und 92 fi ß-Terpineol) gemäss Beispiel.1 des Patents ..... (Patentanmeldung¹? 19 15 691. 3-24) besteht. Dies ist in Pig. 2 dargestellt. Der nächste Verfahrensschritt ist das Aufbringen eines Musters von metallisierten Flächen auf die obere Oberfläche der Schichten, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Das Muster besteht aus einer Mehrzahl voneinander getrennter Gruppen von metallisierten Flächen, die in dem fertigen Schichtkörper gedruckte Schaltkreise in^;verschiedenen Schichten bilden sollen und mit 7, 8 bzw. 9 bezeichnet sind. In diesem Stadium wird jede der keramischen Schichten 30 Minuten in einen Ofen von 50° C eingebracht, um die Metallisierungen zu trocknen.

Nun sind die Schaltkreisteile fertig für die Herstellung des Gesamtaggregats. Dies erfolgt durch Aufeinanderstapeln der keramischen Schichten (vgl. Fig. 4). Die entsprechenden Teile einer jeden Schicht einschliesslich der metallisierten Flächen und der Lochmuster befinden sich'in vollständiger Ausrichtung gegeneinander. Dann wird der Stapel von keramischen Schichten 15 Sekunden unter einem Druck von 700 kg/cm verdichtet. Nach dem Aufheben des Druckes steht der Schichtkörper für die nächste Verfahrensstufe des Brennens bereit (vgl. Fig. 5). Der Schichtkörper wird dann zu einem gesinterten Gebilde gebrannt, das in Fig. 6 dargestellt ist. Dies erfolgt,^sindem man den Schichtkörper in einen Luftofen einbringt und langsam im Verlaufe von 4 Stunden auf 600° C erhitzt, bis die organischen Stoffe vollkommen aus dem Schichtkörper entfernt sind. Dann wird die Temperatur schnell auf 1650° G erhöht und 1 Stunde auf dieser Höhe gehalten. Hierbei sintern die Bestandteile der dielektrischen keramischen Masse und die Metallteilchen zu einem mehrschichtigen, einstückigen keramischen Körper "11 zusammen. Das Verhältnis der Abmessungen des ungebrannten Schiohtkörpers zu denjenigen des gesinterten Körpers beträgt 1,2.

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Pig. 7 erläutert eine typische keramische mehrschichtige Schaltkreisplatte mit dem integrierten Schaltkreiselement 12, dem Transistor 13, dem Widerstand 14, dem Leiter 15, dem Steigleiter 16 und der unter der Oberfläche verlegten Leiterschicht 17.

Die nach dem erfindungagemäasen Verfahren hergeatellten mehrschichtigen keramischen Schaltkreisplatten werden untersucht und bewertet, um ihre mechanischen und elektrischen Eigenschaften zu ermitteln. Dabei wird festgestellt, dass sich ein kompakter einheitlicher Körper gebildet hat, der keine Anzeichen von Blasenbildung oder Schichtentrennung aufweist. Ferner zeigen die Gesamtergebnisse, dass nach der hier angewandten Dickfilmmethode eine Schaltkreisplatte von hohem Gütegrad entstanden ist.

Beispiel 2

Zu Vergleichszwecken arbeitet man nach Beispiel 1, jedoch unter Verwendung der Palladiumpaste Nr. 7665 der Firma Du Pont. Diese Pas.te und ihre Verwendung ist in der USA-Patentschrift 3 189 978 (Spalte 3, Zeile 6-20) beschrieben. Die so erhaltene mehrschichtige keramische Schaltkreisplatte weist verschiedene Fehler auf, wie Blasen, Schichtentrennung, Sprünge und sohlechtes Anhaften der Metallisierung. Die Ausschaltung dieser Fehler ist also auf die Verwendung des nicht-oxydierbaren,

gasfreien Edelmetallpulvere gemäss Beispiel 1 zurückzuführen.

Wie eingangs erörtert, beschreiben Schwartz und Wilcox keramische Schichtkörper. Grundsätzlich beschreiben sie die Verwendung von

(1) hitzebeständigen Metallen (Molybdän, Wolfram), die in einer reduzierenden Atmosphäre eingebrannt werden müssen und nur eine schlechte Leitfähigkeit liefern,

(2) hitzebeständigen Metallen, die mit Kupfer oder Gold durohsetzt sind, bei denen daher der Nachteil der sohleohten Leitfähigkeit nicht auftritt, die aber ebenfalls in einer

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reduzierenden Atmosphäre eingebrannt und bei der nachfolgenden Mckfilmverarbeitung ausser Kontakt mit einer oxydierenden Atmosphäre gehalten werden müssen,

(3) herkömmlichen Edelmetallen (z.B. Palladium, Platin), die ■ zusammen' mit dem keramischen Material gebrannt werden kön- nen, aber zu einer schlechten Kohäsion oder zur Entschichtung des Schichtkörpers führen.

Alle diese Fehler werden durch das Verfahren gemäss der. Erfindung vermieden, da dieses nicht mit oxydierbaren Edelmetallen (wie Palladium) arbeitet und nur von Edelmetallen in gasfreier Form Gebrauch macht. Ferner liefern diese Metalle einen guten Zusammenhalt von der gleichen Grössenordnung, wie er mit Mt₇-zebeständigen Metallisierungen erzielt wird.

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Claims (11)

1. 201162^4 /ft

   E.I. du Pont de Nemours H. März 1970

   and Company KJ-3541-A

   Patentansprüche

   1» Mehrschichtige keramische Sohaltkreisplatte, dadurch gell kennzeichnet» dass sie aus einem einstückigen keramischen Körper besteht» In dem elektrische Leiter in verschiedenen Schichten angeordnet und an diese Schichten gebunden sind» und dass sich vollständig innerhalb des Körpers Verbindungsleitungen befinden, die die Leiter in den verschiedenen Schichten miteinander verbinden» wobei die Leiter und die Verbindungen aus nicht-oxydierbaren» gasfreien Edelmetall teilchen bestehen» die an den keramischen Körper angesintert und miteinander zusammengesintert sind.
2. 2. Mehrschichtige keramische Schaltkreisplatte nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet» dass der keramische Körper Aluminiumoxid enthält.
3. " 3» Mehrschichtige keramische Schaltkreisplatte nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet» dass der keramische Körper Berylliumoxid enthält·
4. 4· Mehrschichtige keramische Schaltkreisplatte nach Anopruoh 1 bis J₁ dadurch gekennzeichnet, dass si« aktive und passive Vorrichtungen
5. 5· Mehrschichtige keramische Sohaltkreisplatte nach JLnopruch 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, dass dae Edelnetallpulver gaafroie· Platinpulver

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   BAD ORIGINAL

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6. 6. Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen keramischen

   • Schaltkreisplatten gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,· dass man

   a) eine Anzahl von Schichten hers'tellt, von denen jede feine keramische Teilchen und ein zeitweiliges Bindemittel für die Teilchen aufweist,

   Ta) an den erforderlichen Stellen in mindestens einer der Schichten Löcher erzeugt, .

   c) die Löcher mit einer Paste füllt, die nicht-oxydierbare, gasfreie Edelmetallteilchen und ein zeitweiliges Bindemittel enthält,

   d) mit einer Paste, die nicht-oxydierbare, gasfreie Edelmetallteilchen und ein zeitweiliges Bindemittel enthält, auf ausgewählten Teilen der Oberfläche mindestens einer der Schichten Muster erzeugt,

   e) die Schichten so aufeinanderstapelt, dass die Leiter und die Löcher in der gewünschten räumlichen.BeZiehung zueinander angeordnet sind,

   f) die aufeinandergestapelten.Schichten zu einem Schichtkörper bindet und ·

   g) den Schichtkörper für eine ausreichende Zeitdauer und bei einer ausreichenden Temperatur brennt, um die Bin-

   _. demittel zu verflüchtigen und.„4ie keramischen Teilchen sowie die Metallteilchen zu einem einstückigen Körper zusammenzusintern, in dem die Metallteilchen elektrische Leiter bilden,

   wobei die Verfahrensstufen c, d, e und f entweder in der angegebenen Reihenfolge oder in der Reihenfolge d, c, e, f . oder in der Reihenfolge d, e, f, c durchgeführt werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Muster durch Siebdruck erzeugt und als Edelmetallteilchen im wesentlichen gasfreie Platinteilchen verwendet werden.

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8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass keramische Teilchen verwendet werden, die Aluminiumoxid enthalten.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass keramische Teilchen verwendet werden, die Berylliumoxid enthalten.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 6 "bis 9i dadurch gekennzeichnet, dass das Binden durch Einwirkung von Druck ausgeführt wird.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass das Binden durch Einwirkung von Druck und Lösungsmitteldampf en ausgeführt wird.

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