DE2142535A1 - Verfahren zum Herstellen von elektri sehen Mehrlagen Schaltungen auf kerami scher Basis - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von elektri sehen Mehrlagen Schaltungen auf kerami scher Basis

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DE2142535A1 DE19712142535 DE2142535A DE2142535A1 DE 2142535 A1 DE2142535 A1 DE 2142535A1 DE 19712142535 DE19712142535 DE 19712142535 DE 2142535 A DE2142535 A DE 2142535A DE 2142535 A1 DE2142535 A1 DE 2142535A1
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Description

2H25.35
24. August I97I Dr.Schie/E
Docket FI 969 091 U.S. Serial No. 66 776
Anmelderin: International Business Machines Corporation, Armonk, Hew York 10504 (V. St. A.)
Vertreter: Patentanwalt Dr.-Ing. Rudolf Schierihg, 705 Böblingen/Württ., Westerwaldweg 4
Verfahren zum Herstellen von elektrischen Mehrlagen-Schaltungen auf keramischer Basis
Die Erfindung bezieht sich auf Mehrlagen-Schaltungen und insbesondere auf eine Methode zur Fabrikation von keramischen Mehrlagen-Schaltungen.
Die Vorteile der Mehrlagen-Schaltungstafeln sind bekannt· Wegen der hohen Packungsdichten, die man mit ihnen erreicht, haben sie in der elektronischen Industrie für das Packen > von integrierten Halbleitervorrichtungen eine breite Aufnahme gefunden. Eine solche Packung und deren Herstellung ist in der amerikanischen Patentanmeldung mit der Serialnummer 850 824 vom 6. August 1969 der IBM beschrieben worden. Diese amerikanische Patentanmeldung ist eine Fortsetzungsanmeldung zu der amerikanischen Patentanmeldung Nr. 558 770» welche dem Gegenstand der DAS 1 301 378 ent- ' spricht.
Nach der in Jener Patentanmeldung beschriebenen Methode werden keramische "grüne" Scheiben präpariert und für das Verbinden Durchgangslöcher mechanisch eingelocht. Es wird " eine metallisierende Paste dargestellt und auf die Scheiben
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und in die Löcher nach einem gewünschten Schaltungsmuster aufgetragen. Nach dem Laminieren werden die registerten und zu einem integrierenden Ganzen mit den in ihnen eingebrannten Schaltungsmustern gestapelten "grünen" Scheiben gesintert, um das Binder-Material in den Scheiben auszubrennen und um die Scheiben dichter zu packen. Die metallisierende Paste bildet poröse Kapillare, die in dem zusammengefügten Ganzen in Verbindung stehen. Sie werden durch spätere kapillare Strömungstechniken mit einem leitfähigen Material gefüllt.
Wie leicht zu erkennen ist, enthält, das Verfahren nach dieser Anmeldung die mechanische Herstellung der kommunizierenden Führungs-Durchgangslöcher. Die Größe solcher Löcher ist auf etwa 0,254 mm im Durchmesser begrenzt. Es ist äußerst schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, Löcher maschinell herzustellen, deren Durchmesser kleiner als 0,254 mm ist. Überdies erfordert das Herstellen leitender Verbindungen oder Muster den Gebrauch der metallisierenden Paste während der Zubereitung des vorgebrannten keramischen Körpers. In den "grünen" Scheiben können Kanäle für das spätere Füllen mit leitfahigem Material nicht vorgestaltet werden. Die Verwendung der metallisierenden Paste während dieses Verfahrensteiles vermehrt die Toleranzbedingungen bei der Packungs-Fabrikation. Die Registration der Vielheit an "grünen" Scheiben in der Packung wird schwierigere Wegen der Temperaturverhältnisse, welche zwischen der metallisierenden Paste und der Keramik bestehen, muß zusätzlich eine stärkere Kontrolle angewandt werden gegenüber den keramischen Sinterungszustände.
Es ist bereits bekannt, bei vielschichtigen gedruckten Schaltungen auf keramischer Basis zur Verbindung der Lei-
terzüge der verschiedenen Ebenen Durchbrüche in dem Keramikmaterial vorzusehen und diese mit einer metallischen
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Paste auszufüllen. Diese Paste weist einen austreibbaren, voluminösen Zusatz auf, der nach dem Stapeln der Keramikplättchen zu einem Block durch E hitzen ausgetrieben wird, worauf der Stapel gesintert wird. Die dabei entstehenden Leitungsverbindungen bestehen aus den Metallanteilen der Paste, die mit Keramikteilchen versintert sind. Der Metallgehalt der fertigen Leitungsverbindungen ist, da das Metall nur ein Anteil der Paste ist, jedoch kleiner als dem Füllvolumen der Durchbrüche entspricht.
Grüne Keramikscheiben oder Keramiklamellen werden auch bei dem Verfahren zur Herstellung vielschichtiger elektrischer Schaltungselemente auf keramischer Basis nach der deutschen Auslageschrift 1 301 378 benutzt. Mit "grünen Keramiklamellen" sind danach Keramiklamellen aus ungebrannter Keramik bezeichnet, die aus einer plastischen keramischen Grundmasse mit Zusätzen chemischer oder organischer Art und/oder Binderzusätzen bestehen.
Die Herstellung mehrschichtiger Schaltungen mit einem keramischen Körper und mit elektrischen Leitungen in den verschiedenen Lagen, wobei der keramische Körper und die elektrischen Leitungen zur Bildung einer monolithischen Struktur gesintert sind, ist an sich durch die amerikanische Patentschrift 3 189 978 bekanntgeworden. Dieses bekannte Verfahren dient auch der Herstellung miniaturisierter mehrschichtiger Schaltungen.
Keramische Mehrniveau-Schaltungsstrukturen bildet man erfindungsgemäß nachdem man einzelne keramische"grüne"Scheiben unter Verwendung von Strahlen maschinell hergestellt hat. Hilfswege (Vias) und Kanäle werden in den einzelnen "grünen" Scheiben durch Belichtung der Scheibe über eine Maske, welche Öffnungen mit vorgegebenen Ausdehnungen auf-
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weist, gebildet. Die Methode der Fabrikation der Hilfswege und Kanäle erkennt die Beziehung zwischen der Größe der Maskenapertur und der Tiefe der maschinellen Bearbeitung durch den Strahl' in der "grünen" Scheibe. Nach dem Schichten, Registrieren und Laminieren der "grünen" Scheiben werden diese zu einer Einheit gesintert und dann nur metallisiert.
Wenn auch das maschinelle Herstellen von verschiedenen, Keramik enthaltenden Körpertypen durch Strahlen einer Strahlung, zum Beispiel Laser-Strahlen, bereits bekanntgeworden ist, so hat man diese Methoden jedoch noch nicht auf die Bildung sowohl der Kanäle als auch der Übergänge in solchen Strukturen benutzt, welche später die elektrischen Zwischenverbinder der Schaltungsstruktur bilden. Dies gilt insbesondere bei der Ausführung der gleichzeitigen Bildung der Kanäle und der Hilfswege, die kontrollierte Abmessungen aufweisen.
Im Gegensatz zum Stande der Technik wird bei der Erfindung eine definitive Beziehung zwischen der maschinellen Einstrahlungstiefe und der Größe der Apertur in der Maske erkannt, durch welche der Strahl geführt wird. Das Verfahren nach der Erfindung schließt die gleichzeitige maschinelle Herstellung der Verbindungs-Durchbruchsübergänge und der Kanäle in den einzelnen "grünen" Scheiben über vorgebildete Aperturmuster einer Maske ein.
Fach der Bildung der Übergänge (Vias) und der Kanäle in den einzelnen"grünen" Scheiben, werden diese Scheiben, bzw. Lamellen, bzw. Plättchen, gestapelt, registert und laminiert. Das Sintern verdichtet dann diese Scheiben zu einer einheitlichen Struktur für das Metallisieren über die Übergänge (Vias) und Kanäle durch Spritzguß oder mit Hilfe von
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Kapillarmethoden nachdem die Keramikstruktur gebrannt worden ist.
Ein Merkmal der Erfindung besteht in der gleichzeitigen maschinellen Herstellung mit.Hilfe des Strahles einer Strahlung bei der Bildung der Übergänge. (Vias) und der Kanäle in den einzelnen keramischen "grünen" Scheiben, welche die Bildung vieler kleinerer Übergänge und Kanäle zustande bringt als dies mit den bekannten Methoden erreicht werden kann.
Ein anderes Merkmal der Erfindung sorgt für die Metallisierung der mehrschichtigen Schaltungspackung welche sich nur nach der gebildeten vereinigten keramischen Struktur vorfindet. Dabei ergibt sich, daß die Toleranzen der-Leiterzüge und der Lage zwischenverbindender Leiter in der Packung wesentlich besser sind. .
Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnungen für eine beispielsweise, vorteilhafte Ausführungsform näher erläutert·
Fig. 1 enthält den Arbeitsablaufplan mit den verschiedenen Stufen des Verfahrens nach der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Darstellung in auseinandergezogener Anordnung einer keramischen "grünen" Scheibe. Sie zeigt, wie die Übergänge (Vias) und die Kanäle gebildet werden.
Fig. 5A bis 3D sind Schnittdarstellungen der MuIti-Niveau-Schaltung in verschiedenen Stufen des Verfahrens nach der Erfindung.
Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung einer fertigen MuIti-Nieveau-Sehaltungspackung.
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Mit dem Verfahren, nach der Erfindung wird ein dreidimen-. sionaler Schaltungsmodul mit Verdrahtungsschema gewonnen. Diese Methode bildet alle Zwischenverbindungen, die man bei der Mehrlagen-Schaltungstechnologie braucht·
Nach Fig. 1 beginnt das Verfahren mit der Darstellung der keramischen "grünen" Scheiben zu einer Form, welche für das Packen zur Mehrlagen-Struktur und der späteren Metallisierung geeignet ist.
Wie an sich bekannt ist, enthält die Darstellung einer keramischen "grünen" Scheibe das Mischen feinverteilter, keramischer Partikel und anderer chemischer Zusätze mit verschiedenen organischen Lösungsmitteln und Bindungsmitteln, um zu thermoplastischen biegsamen Scheiben zu kommen. Bis diese Scheiben zu ihrem dichten Zustand gesintert werden, werden sie als "grüne" Scheiben bezeichnet.
Bei der Erfindung können viele Arten von keramischen "grünen" Scheiben verwendet werden. In den bevorzugten Ausführ ungs formen der Erfindung müssen sie jedoch gewisse Kriterien erfüllen. Da die "grünen" Scheiben in einer reduzie- w renden Atmosphäre gesintert werden können, dürfen die Grund-Oxydbestandteile, die in den Materialien der Scheiben enthalten sind, nicht zu leicht in den Element-Zustand reduzierbar sein.
Demzufolge sind keramische Materialien, welche Bleioxyde und Titanoxyde enthalten für dieses Verfahren wegen der Leichtigkeit, mit welcher die Oxyde in das metallische Blei und Titan konvertieren, nicht geeignet. Infolgedessen werden Keramiken, welche diese Metalle enthalten, entweder elektrisch leitfähig oder halbleitend. Sie werden dadurch als Isolatoren für Mehrlagen-Schaltungen unbrauchbar.
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Unter den vielen verwendbaren Typen gibt es zwei, die am günstigsten sind, nämlich die alkalischen Zirkonporzellanerden und die Aluminate. Außerdem haben sich für viele Anwendungsfälle Beryllate, Forsterite, Steatite, Mullite usw· als geeignet erwiesen.
Die Bildung einer "grünen" Scheibe aus alkalischer Zirkonporzellanerde geschieht beispielsweise folgendermaßen: Keramisches Rohmaterial wird abgewogen und in einer Kugelmühle gemahlene Eine typische Charge für die Darstellung der Keramik aus alkalischer Zirkonporzellanerde ist:
Kaolin 759 s g Mahldauer 8 Stunden
Zr SiO4 206 g S
Mg CO5 86,2 g
Ba CO5 201,8 g
Ca CO, 99,6
Sr CO2 150,1
Destilliertes Wasser 2500 cm
Das Mahlen dieser Mischung dauert 8 Stunden* Danach wird das Gut getrocknet, pulverisiert und ein und eine halbe Stunde lang.bei 100 C ausgeglüht (kalziniert). Der Ausglühvorgang zersetzt die Karbonate und den Ton und treibt COo und HpO aus, womit der chemische Eeaktionsprozeß eingeleitet wird.
Im Anschluß an die Kalzini erungs op er ation wird das Pulver feinpulverisiert. Danach werden Harz, Lösungsmittel, Feuchtigkeit und plastizierende Mittel der aus alkalischer Zirkonporzellanerde bestehenden kalzinierten Keramik in einer Kugelmühle zugemischt, um einen organischen keramischen Brei zu machen. Aus diesem Brei werden die "grünen" Scheiben hergestellt, die normalerweise eine Dicke im Bereiche von
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0,173 mm bis 0,183 mm, nominal 0,178 mm, haben. Eine typische Breimasses setzt sich wie folgt zusammen:
Polyvinvlbutryl · 36,Og,
Tergitol 8,0 g,
'Dibutylphthalat 12,2 g, Mahldauer 9 Stund,
60/40 Toluin/Ethanol 144,0 g,
Cyclohexanon 121,0 g,
alkal.Zirkonporzellanerde-Kalzine 400,0 g.
Zusätzlich zur Darstellung der "grünen" Scheiben ist es notwendig, daß die herzustellenden Masken mit den gewünschten Loch- und Leitermustern versehen sind. Wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, ist der Gebrauch der Masken mit den gewünschten Loch- und Leitermustern für die Bildung der Übergangslöcher (Vias) und der Kanäle in den "grünen" keramischen Scheiben eines der Merkmale der Erfindung.
Bei einer Methode der Bildung der Muster in den Masken mit genauen Loch- und Linienabmessungen und ohne Veränderung anderer Abschnitte der Maske werden Materialien verwendet, welche auf die Energie der Strahlung, zum Beispiel einem Elektronenstrahl, zwecks Musterbildung ansprechen, die jedoch durch die Strahlung nicht beeinflußt werden, welche im Gebrauch durch die Maske auf die "grünen" Scheiben gerichtet wird.
Ein solches Material, das man für die Maske mit den gebildeten Loch- und Linienmustern verwenden kann, ist Molybdän. Der Elektronenstrahl wird dazu benutzt, um die Maske aufzuheizen und genaue Löcher mit gewünschtem Durchmesser und Linien mit vorbestimmten Breiten zu bilden. Die gewöhnlichen photolithischen Masken sind für das Laser-Herstellungsverfahren geeignet. Der Elektronenstrahl kann in einer
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solctLen Operation benutzt werden, jedoch reduziert das Heizen der Masken die Eegistrationsgenauigkeit.
Wie im einleitenden Abschnitt dieser Beschreibung hervor- " gehoben ist, besteht ein Merkmal der Erfindung in der Erkennung einer definitiven Beziehung zwischen der Größe der verschiedenen Aperturen in der Maske und der Einwirkungstiefe des durch eine Apertur auf die "grüne" Scheibe gerichteten Strahles einer Strahlung. Durch die Bildung sowohl der Löcher als auch der Linien in der Maske kann die | Bildung der Übergangslöcher und der Kanäle in den keramischen "grünen" Scheiben gleichzeitig erfolgen. Je nach dem verlangten besonderen Muster in einer "grünen" Scheibe wird eine oder werden mehrere Masken hergestellt.
Um die Übergänge und die Kanäle in den "grünen" Scheiben gleichzeitig zu bekommen, verwendet man beispielsweise den in Fig. 2 gezeigten Apparat. Eine einzelne keramische "grüne" Scheibe 10 hat eine darüber gesetzte Maske 11. Die Maske 11 ist mit Löchern 12 und 13 versehen und hat eine Apertur für eine Linie 14. Eine kombinierte Loch-Linien-Anordnung ist bei 15 vorgesehen. Eine Strahlungsquelle, zum Beispiel ein Laser 16, liefert einen Strahl 17· '
Der Strahl I7 aus dem Laser 16 kann entweder ein fokussierter Strahl sein oder in einem Durch-Masken-Modus betrieben werden. Vorteilhaft ist die Größe des Strahles etwa das Zweifache der Größe der größten Abmessung einer Apertur in der Maske« "...
Der benutzte Laser ist zweckmäßig ein CO^-Laser. Der Strahl eines solchen Lasers reflektiert an jenem Teil der Maske wo eine Apertur fehlt, so daß die Wärme von der Maske eliminiert wird. Ein solcher Laser arbeitet auto, im Infrarot-Bereich, und das organische Bindungsmittel der "grünen"
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Scheiben absorbiert die vom Laser gelieferte 10,6/U-Strahrung.
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, sind an den Stellen unter einem Loch 18 oder 19 in einer keramischen "grünen" Scheibe 10 unmittelbar durch die "grüne" Scheibe ein Übergangsloch 20, 21 (Via) vorgesehen. An der Stelle unter dem Linienteil 22 gibt es einen Kanal 2$, der zum Teil im Schnitt gezeichnet ist.
Wie bereits hervorgehoben wurde, wird das keramische "grüne" Scheibenmaterial durch die Laserstrahlung nicht gesintert oder gebrannt. Der am keramischen Material auftretende Effekt bezieht sich auf die gasförmige Zersetzung des organischen Binders. Die Löcher und Kanäle werden daher sauber gebildet, und kein Durchbrennen oder Phasenänderung existiert an der Kante eines Lochs, um die zusätzlichen Verfahrens schritte zu beeinflussen, die man noch zur Behandlung der "grünen" Scheiben braucht. Die Ausdehnung des Schnittes hängt ab vom Leistungsniveau des Lasers, von den Abmessungen der Apertur in der Maske 11 und von der Dauer der Anwendung der Laserenergie über die Apertur in der Maske 11 auf die "grüne" Scheibe 10·
Die in der "grünen" Scheibe 10 gebildeten Löcher und Linien werden in der "grünen" Scheibe 10 infolge der Wärmediffusion in die "grüne" Scheibe gebildet. Die "grüne" Scheibe wird durch einen Laserstrahl relativ niedriger Energie verdampft. Etwas Wärme aus dem Laserstrahl streut aus der Masse der "grünen" Scheiben und der Best verschwindet mit dem verdampften Material. Der erste Effekt kontrolliert die Tiefe des Schnittes, da schmalere Aperturen in der Maske mehr Wärmestreuung nach den Seiten ermöglichen. Weniger thermische Leitung tritt bei breiten Aperturen in der Maske auf. Daher wird hier mehr Material aus den "grünen" Scheiben
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verflüchtigt. In der folgenden Tabelle sind einige typische lalle wiedergegeben, die bei der Bildung von Löchern und Kanälen erzielt werden.
Wegen des besonderen organischen Systems, das für den Binder im keramischen Material verwendet wird, liegt die Leistung der Strahlung im Bereich von 0,01 bis 0,1 Joule pro 25 Quadrajittausendstelzoll der von der Strahlung während einer Millisekunde belichteten Fläche. Das besondere Energieniveau für den verwendeten Laserstrahl betrug nach der folgenden Tabelle bei seiner Einwirkung auf die Proben 40 Watt. Diese Energie wirkte eine Millisekunde pro 25 Quadrattausendstelzoll der keramischen "grünen" Scheibenfläche über die Aperturen in der Maske bei keramischen, "grünen" Scheiben, deren Dicke nominell 0,178 mm beträgt.
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- 12 -
Tabelle
Kanäle
Tiefe des Kanalschnittes (in tausendstel Zoll)
Mustergruppe Muster Gruppenmittel Maskenlinienbreite
'- (in tausendstel Zoll
A 5.00
4/84
4.68 4.88 3.2
4.84
5.08
B 4.00
4.30 4.10 2.8
4.00
4.00
C 3o68
3.44 3.41 2.3
3.80
3.32
D j- 3.20
: 3.04 3.06 2.2
2.80
3.40
Löcher
Durchmesser des Maskenloches Tiefe des Schnittes
(in tausendstel Zoll) (in tausendstel Zoll)
2.0 2.0
·- 3.0 3.5
4.0 5.0
5.0 Durchgehend - etwas verjüngend
6.0 Durchgehend - nicht verjüngend
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Der nächste Schritt des Verfahrens verlangt das Stapeln und Registern (Zusammenpassen) der in Fig. 3A gezeigten einzelnen "grünen" Scheiben 30, 31» 32. Jede der "grünen" Scheiben 30 "bis 32 hat ihre eigene Loch- und Kanal-Individualität. Beim Registern, d. h. beim Zusammenpassen nach Fig. 3B, wird dort eine Verbindung gemacht, wo es unter den Löchern und Kanälen in den "grünen" Scheinen gewünscht ist. Ein fortlaufendes ÜbergangsIoeh (Via) ist bei 33 vorgesehen. Ein bei 34a und 34b gebildetes Übergangsloch ist an eine Kanalverbindung 35 angeschlossen. Bei 36 und 37 sind Verbindungen zu einer Querebene der registerten Struktur geschaffen.
Das Zusammenpassen der "grünen" Scheiben nach Fig. 3B verlangt eine Plazierung auf einem Registrationstisch, so daß in den "grünen" Scheiben vorgebohrte Löcher mit den Pfosten auf dem Tisch aufeinanderpassen, damit die genaue Ausrichtung der Schaltungsmuster auf den verschiedenen Scheiben gewährleistet ist. Der Tisch wird dann in eine Presse gebracht und dort ein Druck von 1000 bis 3000 Pfund pro Quadratzoll hergestellt. Die Temperatur wird dann von 400C auf 1000C erhöht und diese Temperatur 3 bis. 10 Minuten gehalten.
Die thermoplastische Eigenschaft der "grünen" Scheiben bewirkt, daß die verschiedenen Lagen miteinander haften und einen einheitlichen Körper bilden, wie dies in der laminierten Darstellung der Fig. 3C gezeigt ist. In dieser Darstellung ist eine einheitliche Struktur 40 vorgesehen, welche die Loch- und Kanalverbindungen 41, 42, 43 enthält·
Nach dem Laminieren kann die Struktur auf Zimmertemperatur abgekühlt und aus der Presse herausgenommen werden. Sie wird dann geschnitten oder gebohrt bis die gewünschte Endform vorliegt. Zu gleicher Zeit können durch Belichten über eine geeignete Maske zusätzliche Durchgangslöcher vor-
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gesehen werden. Die laminierten "grünen Scheiben werden dann in einen Sinterofen eingebracht, um dort den Binder . in den "grünen" Scheiben auszubrennen und ihre Verdichtung herzustellen.
Der Glühprozeß hat zwei Phasen. In der ersten Phase wird der Binder in einer Luftatmosphäre oder in einer reduzierenden Atmosphäre ausgebrannt und in der zweiten Phase erfolgt die Verdichtung in einer reduzierenden Atmosphäre. Der Ausdruck "ausbrennen" bedeutet das Einbeziehen der Oxydation oder das Verflüchtigen des Binders und der Lösungsmaterialien. Während des Abbrennens des Binders wird die Temperatur graduell auf ein Temperaturniveau erhöht, das die graduelle Elimination der Bindemittel und der in den "grünen1 Scheiben enthaltenen Lösungsmittel ermöglicht. Wenn die Bindemittel und die Lösungsmittel einmal eliminiert sind, dann kann der Ofen auf Zimmertemperatur abgekühlt werden.
Unter der Annahme, daß eine aus alkalischer Zirkonporzellanerde bestehende "grüne"Scheibe mit der oben angegebenen Allgemeinabstimmung verwendet wird, kann das Ausbrennschema wie folgt sein:
Die Ofentemperatur wird mit einer Geschwindigkeit von 1500C pro Stunde bis zu einer Temperatur von 4OQ0C erhöht und drei Stunden lang auf 4000C gehalten. Dann kann der' Ofen mit seiner eigenen Geschwindigkeit auf Zimmertemperatur abgekühlt werden. Durch dieses graduelle Ausbrennen können die Bindungsmittel ausgetrieben werden ohne daß Druckunterbrechungen im Laminat entstehen, was sonst Schaden verursachen könnte·
Ist das Laminat einmal zusammengeballt, dann ist eine Erleichterung 'für die Verdientungs- oder Sinteroperation ge-
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geben. Beim Sintern wird die Temperatur auf ein ausreichend hohes Niveau erhöht, um diese Keramik zu ihrer Endform zu verdichten. Dieser Prozeß wird in einer reduzierenden Atmosphäre, zum Beispiel in Wasserstoff, durchgeführt. Es ist gefunden worden, daß die reduzierende Atmosphäre einige Oxyde in gewissen keramischen Materialien reduziert, Aus diesem Grunde kann während dieses Verfahrens eine gewisse Menge kontrollierten Wasserdampfes hinzugefügt werden, um diesen Vorfall zu verhindern.
Ein typischer Sinterplan für ein alkalisches Zirkonporzellanerdesubstrat ist folgender?
Die Ofentemperatur Wj7Td von Zimmertemperatur auf 12850C mit einer Geschwindigkeit von 200 C pro Stunde bis auf 800 C pro Stunde erhöht. Die Ofentemperatur wird dann drei Stunden lang auf 12850C gehalten. Am Ende dieser drei Stunden wird dann der Ofen mit derselben Geschwindigkeit abgekühlt, mit welcher er vorher auf 12850C erhöht wurde. Die Phasen des Ausbrennens und des Sinterns können auch in einem fortlaufenden Heizzyklus ausgeführt sein/um das Erfordernis des Abkühlens am Ende der Ausbrennperiode zu eliminieren.
Der gebildete Modul, wie er in Fig. 3C gezeigt,ist nun für die Metallisierung fertig« Es ist zu betonen, daß die Metallisation nur in Betracht kommt, nachdem die keramische Struktur dicht gemacht worden ist.
Die Metallisierung kann durchgeführt werden entweder mit Hilfe eines kapillaren Füllprozesses einer metallisierenden Lösung oder durch eine Gießmethode.
Bei der zuletzt genannten Methode wird der Modul 40 auf eine Vakuumfutterbacke 44 gesetzt. Auf den oberen Teil des
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Moduls 40 kommt dann ein Globulit 45 aus leitendem Material, zum Beispiel aus Kupfer. Bei der Erzeugung des Vakuums über dem Ansatz 46 wird das leitfähige Material in die Passaren "41, 42 und 45 eingesogen· Während der Metallisierungsprozeß stattfindet, wird der Modul bis zum Schmelzpunkt des leitfähigen Materials erheitzt, zum Beispiel auf 1200° gebracht bei Verwendung von Kupfer, und die Gesamtanordnung in ein Preßgas gebracht. Der vollständig gefertigte Schaltungsmodul ist in Fig. 4 mit 40 bezeichnet und mit den leitenden Übergangslöchern 47, versehen. Ein leitendes Verbindungsteil ist mit 49 bezeichnet. Das Bauelement 40 enthält das leitende.Muster mit den Verbindungen 51 und 52 zu einer anderen Modulebene»
Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht die Anwendung von Übergangslöehern und von Kanälen mit erheblich kleineren Abmessungen als dies bisher beim mechanischen Lochen in "grünen" Scheiben möglich war. Das Verfahren nach der Erfindung ist besonders dort vorteilhaft, wo man Übergangslöcher von weniger als 0,13 mm Durchmesser braucht. Die Leitungen für die Energieübertragung sind bei solchen Moduln gewöhnlich 0,15 mm breit, wohingegen die Signalleitungen eine Breite von 0,10 mm haben. Bei Anwendung dieser Methode kann man solche Linien 0,025 mm breit machen.
Sowohl die Löcher als auch die Linien werden zur gleichen Zeit hergestellt, in der Passungsprobleme zu eliminieren sind. Diese treten in»anderen Prozessen getrennt auf. Die Metallisierung wird nach dem Glühen des keramischen Materials durchgeführt, was die Toleranzen, die bei den leitenden Löchern und Linien des vollendeten Moduls erzielt werden, wesentlich verbessert.
Patentansprüche _ „ _
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Claims (1)

  1. 2-U25-35
    Patentansprüche
    Verfahren zum Herstellen von elektrischen Mehrlagenaltungen auf keramischer Basis mit grünen Kefamikscheiben, die in Durchbrüchen für Übergangslöcher und für Verbindung skanäle und in Oberflächenbereichen nach einem bestimmten Strompfadmuster metallisierbar sind, und welche nach ihrer Stapelung und Ausrichtung zum Zwecke der Laminierung und thermischen Austreibung flüchtiger Bindemittelsubstanzen einem Sinterprozeß unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne grüne Eeramikscheibe (10) über mindestens eine Maske (11), welche ein vorbestimmtes Muster an.Aperturen (12, 13, 14·, 15, 18, 19, 22) mit vorgegebenen Abmessungen enthält,mit dem Strahl (17) aus einer Strahlungsquelle, insbesondere Laser (16), exponiert wird, so daß Übergangslöcher (20, 21, 33» 34-, · 36, 37, 41, 42) und Kanäle (23, 35, 43, 49, 50) in den Scheiben (10) für das Strompfadmuster gleichzeitig entstehen und daß diese Pfade mit einem geschmolzenen Leitungsmaterial gefüllt werden, wobei beim Exponieren eine vorgegebene Beziehung in der Tiefendimension zu den erwähnten vorbestimmten Abmessungen ausgenutzt wird,
    2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stellen großer Öffnung der Laserstrahl in die Keramikscheibe.(10) ein Loch bohrt und daß dagegen an Stellen eingeschränkter Öffnung statt" eines Eindringens des Strahles (17) das Ausmahlen eines Kanals in der Keramikscheibe (10) durch die Wirkung des Strahles erfolgt.
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    209810/1670-
    2H25-35
    - 18 -
    5·) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfade nur dann mit dem geschmolzenen Leiter gefüllt werden, wenn die Keramik (10) zu einem dichten Körper gesintert ist.
    4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strompfade durch kapillares Einfließen des geschmolzenen Leitermaterials über die Übergangslöcher und Kanäle erfolgt.
    5·) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strompfade unter Anwendung von Vakuum auf den keramischen Körper (40) erfolgt, so daß das geschmolzene Material über die Übergangslöcher (41, 42) und über Kanäle (43) eingesogen wird.
    6.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die über die Maske (11) eingeführte Strahlung (17) an der Auftreffstelle (10) eine Energie im Bereich von 0,01 bis 0,10 Joule pro 25 Quadrattausendstelzoll bei einer Strahlungsdauer von einer Millisekunde entwickelt·
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    Leerseife
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