DE2324006A1

DE2324006A1 - Verfahren zur herstellung einer mehrschicht-dickfilmschaltung mit leitenden kreuzverbindungen

Info

Publication number: DE2324006A1
Application number: DE19732324006
Authority: DE
Inventors: Olaf Dipl Ing Sternbeck
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1972-05-18
Filing date: 1973-05-10
Publication date: 1973-12-06
Also published as: AU5523573A; FR2184977A1; FR2184977B1; GB1425373A

Description

T 1172

Dr. inß. HAK-I RU^CHKE
Dipl.-:.-g. i-iPiNI: a^jüLAR

BEf.; ;-J 33 Auyusi >-Viy.ini:3- Straße 65

Telefonaktiebolaget LM Ericsson, Stockholm, Schweden

Verfahren zur Herstellung einer Mehrschicht-Dickfilmschaltung mit leitenden Kreuzverbindungen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrschicht-Dickfilmschaltung mit leitenden Kreuzverbindungen zwischen Elementen in den verschiedenen Schichten der Schaltung, die aufeinander liegen.

Bei Dickfilmschaltungen auf einer keramischen Trägerplatte mit aufgebrannten Widerständen und Kapazitäten ist es erwünscht, dass das Leitermuster in einer einzigen Ebene liegt, da dies vom Gesichtspunkte der Herstellung die kleinste Zahl von Verfahrensschritten und die niedrigsten Kosten bedeutet. Der schematische Aufbau einer Schaltung kann jedoch erfordern, dass bei gegebenen aktiven und passiven Elementen zwei Leiter einander an einer oder mehreren Stellen ohne metallischen Kontakt kreuzen müssen, was notwendigerweise ein nicht in einer Ebene liegendes Leitermuster bedeutet. Deshalb ist es in den meisten Fällen bei komplizierteren Schaltungen notwendig, diskrete Leiterkreuzungspunkte mit eigenen,

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punktweise eingeführten Isolationen vorzusehen oder auf Mehrschicht-Leitersysteme überzugehen, die kreuzweise zueinander angeordnet sind und dazwischenliegende, trennende Isolationsschichten aufweisen, wobei einzelne Verbindungen zwischen Leitern in verschiedenen Schichten vorgesehen sind. Diese letztgenannten Verbindungen werden z.B. ausserhalb der Kante einer Isolationsschicht oder durch Herstellung freier Perforationen in einer Isolationsschicht oder runder Löcher hergestellt, an denen Leiter in unmittelbar daranliegenden Ober- und Unterschichten miteinander in Kontakt gebracht werden, wie es z.B. in der US-Patentschrift j5 576 668 zu sehen i-st. Allgemein kann gesagt werden, dass Mehrschichtgebilde das Problem der Kreuzungen lösen, aber andererseits Schwierigkeiten hinsichtlich der Zwischenverbindungen und Ausgänge hervorrufen.

Lange Zeit wurden einfache und flexible Methoden gesucht, um die Zwischenverbindungen in Mehrschicht-Schaltungen herzustellen, da das Mehrschichtprinzip in erster Linie eine beträchtliche Verringerung des von der in Frage kommenden Schaltung eingenommenen Volumens bedeutet. Weiterhin wurde versucht, das spezifische Merkmal dieses Aufbaus zu verwenden - bis jetzt jedoch ohne jeden Erfolg -, viele Schaltungselemente in einer kleinen hervorstehenden externen Fläche unterzubringen, um nachträglich Elemente sehr günstig miteinander verbinden zu können, die bei der Herstellung der Schichten selbst ohne Verbindungen gelassen worden sind. -

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein einfaches Verfahren zur Herstellung von Zwischenverbindungen in Mehrschicht-Schaltungen auf Dickfilmbasis, so dass die anerweitig guten Merkmale dieser Schaltungen technisch und wirtschaftlich voll ausgenutzt werden können. Bei den oben erwähnten Mehrschicht-Schaltungen ist es möglich, eine sogenannte "beliebige Verdrahtung" aufzubringen, die aus einzelnen Leiternetzwerken besteht. Dies bedeutet, dass bei einer gegebenen Zahl aktiver und passiver Schaltungskomponenten in der Trägerplatte, d.h. für eine Gruppe von Bauelementen aus mehreren gedruckten Widerständen und Kapazitäten, Dioden-,

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Transistor- und monolithischen Schaltungsscheiben und Scheibenkapazitäten, eine Anzahl verschiedener Schaltungen hergestellt werden kann, indem lediglich das obere Leitermuster verändert wird.

Der Dickfilmhersteller kann eine von mehreren individuellen Schablonen für das obere Leitungsmuster und für den Rest der Schaltung einen einzigen Schablonensatz verwenden, was bedeutet, dass die gesamte Mehrschichtschaltung in Massen produziert werden kann und dass Verfahrensabweichungen sich erst dann ergeben, wenn das obere Leitersystem aufgebracht wird.

Die¹ Kennzeichen des Verfahrens gemäss der Erfindung gehen aus den beiliegenden Ansprüchen hervor.

Die Erfindung wird jetzt in genaueren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in der

Fig. 1 ziemlich schematisch eine Mehrschicht-Dickfilmschaltung in seitlicher Querschnittsansicht zeigt,

Fig. 2 eine Schicht mit Widerstandsketten zeigt,

Fig. J eine Schicht mit Leitersystemen und

Fig. 4 eine Schicht mit einem individuellen Leitermuster zeigt.

Gemäss der vorliegenden Erfindung kann ein einfacheres Mehrschichtgebilde als früher in Dickfilmtechnik hergestellt werden, wobei Schichten von Leitern bzw. Isolationen auf einem Träger ausgebildet sind und Widerstände und Kapazitäten in normaler V/eise befestigt sind. Die Schichten werden in der richtigen Reihenfolge zueinander übereinander zu einem Leiterpaket in Sandwichform gestapelt und bilden ein Halbfertigprodukt. Bei diesem Leiterpaket fehlen in seiner typischen Form alle Zwischenverbindungen und Schaltungsausgänge in den unteren Lelterschichten, die aufgrund dessen relativ einfach herzustellen sind. Ein oberes Leiter-

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muster wird in einem besonderen Vorgang erst erzeugt, nachdem , die obere Isolationsschicht des Leiterpaketes aufgebracht worden ist. Dieser besondere Vorgang ist ein zweistufiger Vorgang, bei dem Löcher von aussen mit eiriem Energiestrahl bis zu einer bestimmten Tiefe an sorgfältig ausgewählten Punkten hergestellt werden und danach das gesamte obere Leitermuster aufgebracht wird, wodurch alle Löcher gleichzeitig mit leitendem Material gefüllt werden, um auf dem Boden und an den bänden der Löcher Kontakt mit dem Leiter der darunter liegenden Schichten herzustellen. Damit bildet das leitende Material die Zwischenverbindungen der Schichten und die vertikalen Leiter des Leitermusters und die Schaltungsausgänge. Das Leitermuster kann deshalb eine Anzahl diskreter kfeiner Leiteroberfläehen haben, die von dem restlichen Leiternetz getrennt sind und zu Verbindungen darunterliegender Schichten gehören.

Die Herstellung von Löchern in einem Material z.B. mit einem Laser ist per se bekannt, ergibt jedoch bei Anwendung auf die Dickfilmtechnik gemäss der Erfindung eine beträchtlich einfachere Produktion und einen erweiterten Anwendungsbereich von Mehrschicht-Schaltungen in einer unerwarteten Grössenordnung. Der Vorgang der Lochherstellung kann selbst bei einer relativ gros=en Zahl von Löchern je Schaltung schnell durchgeführt werden, da die Lochherstellung selbst weniger als 10 Millisekunden dauert und die Positionen der Löcher mit einem durch Lochstreifen automatisch gesteuerten Koordiatntentiseh in der gleichen Weise wie bei anderen lochstreifengesteuerten Werkzeugmaschinen gesteuert werden können.

Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Dickfilmschaltung begeht aus einem dreischichtigen Leitersystem auf einer Bodenplatte 1. Die erste (unterste) Leiterschicht 2 besteht aus drei getrennten Widerstandsketten in einer Isolationsschicht, von denen jede fünf Elementpaare mit kurzen Leiteroberfläehen zwischen den Widerstandselementen aufweist (siehe Fig. 2). Ein solches Widerstandselement ist mit 21 und die Leiteroberfläche mit 22 gekennzeichnet. Die Leiteroberfläehen ermöglichen bei der späteren Loch-

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herstellung und Füllung der Löcher mit leitendem Material Verbindungen der Widerstände durch gut leitende Endkontakte an den Enden der Widerstände, wodurch sorgfältig bestimmte Widerstandswerte erzielt werden, da diese in der Herstellung unmittelbar nach dem Brennen fixiert sind und Kontrollmessungen durchgeführt werden können, bevor die erste Isolationsschicht aufgebracht wird. Auf der Leiterschicht 2 mit seiner Isolation ist eine zweite Leiterjschicht J> aufgebracht, die kurze, querliegende Leiterstücke aufweist, von denen eines mit ^l gekennzeichnet ist. Diese Leiterstücke sind hinsichtlich ihres Ortes sorgfältig in bezug auf die Leiteroberflächen In der Schicht 2 ausgerichtet, so dass jedes Leiterstück direkt über zwei Leiteroberflachen liegt. Nachdem eine Isolationsschicht über den Leiterstücken aufgebracht wurde, wird die Lochherstellung durchgeführt, indem ein Energiestrahl, z.B. ein Laserstrahl, oder ein elektronischer Strahl, durch die " Schichten J5 und 2 an den Punkten^Ieitet wird, die in den Figuren-2 und 3 mit Kreuzen gekennzeichnet sind. Diese Löcher sind erforderlich, um 2, 3 bzw. 4 Widerstände in der entsprechenden Kette zu koppeln. Es ist zu bemerken, dass die Löcher eine solche Tiefe haben dürfen, dass sie bis zur oder unter die Trägeroberfläche reichen, selbst wenn der Kontakt durch eines oder mehrere Löcher nur Leiter in einer darüberliegenden Ebene in dem allgemeinen Fall mit vielen Schichten betrifft. Nachem die Löcher hergestellt worden sind, werden sie mit einer Leiteerpaste gefüllt, und in diesem Zusammenhang wird ein Leitermuster 4 auf die Schicht 3 aufgepresst. Wie aus diesen Ausführungen hervorgeht, werden die genauen Muster der verschiednen Schichten hinsichtlich der Leiter und Komponenten unter Berücksichtigung vollständig bis zum Träger 1 durchgehender Löcher geplant, die aber gleichzeitig nicht notwendigerweise Kontakt zu allen Leiterschichten herstellen.

Das ein Loch füllende Leitermaterial findet an den Lochwänden ohmschen Kontakt mit äen Mustern, die innerhalb der Projektion der Löcher der Oberschicht j5, d.h. der bei jeder Lochherstellung durch den Energiestrahl zuerst erzeugten Löcher, in vertikaler Richtung liegen.

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Es wurde bis jetzt eine einfache Dickfilmschaltung mit Widerstandsketten aus Gründen der Einfachheit beschrieben. Es können jedoch mit diesen Kontakten, die durch Lochherstellung mit einem Laserstrahl in einer Mehrschicht-Dickfilmschaltung erzeugt sind, sehr komplizierte Schaltungen hergestellt werden, und mit z.B. mehreren Schichten kurzer Quer- und Längsverbindungen kann leicht das Äquivalent dafür erzielt werden, was in der herkömmlichen Schaltungstechnik als "strapping" (Blankverdrahtung) bezeichnet wird.

Pur Fälle mit besonderen Anforderungen hinsichtlich geringer Kontaktwiderstände können zwei oder mehr Löcherdicht beieinander ohne Komplikationen mit dem Laserverfahren hergestellt werden, um den Kontaktwiderstand zu verringern.

- Patentansprüche -

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung einer Mehrschicht-Dickfilmschaltung mit leitenden Kreuzverbindungen zwischen Elementen in den verschiedenen übereinander liegenden Schichten der Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst in einer Massenproduktion die meisten Schichten der Schaltung nacheinander als identische Schaltungselementsätze einschliesslich für die spätere Lochherstellung vorbereiteter Elementverbindungen in sorgfältiger Ausrichtung in jedem Satz mit dazwischenliegenden Isolationsschichten ohne Löcher produziert werden, und dass in einem nachfolgenden VerbindungsVorgang in zwei Schritten der Dickfilmschaltung vorher gewählte spezifische Eigenschaften gegeben werden durch wahlweise Elementverbindung in einer oberen Leiterschichtschaltung, die in einem ersten Schritt erzeugt wird, in dem tiefgehende Löcher gleichzeitig an einer Anzahl von ausgewählten Punkten über Elementverbindungen durch Energiestrahlung durch alle die in der Massenproduktion hergestellten Schichten produziert werden, und durch einen zweiten Schritt, bei dem die tiefgehenden Löcher mit Leitermaterial der Dickfilmtype gefüllt werden und ein ebenes Leitermuster, das die spezifischen Eigenschaften darstellt, auf die oberste Isolationsschaltung aufgebracht wird und damit eine bestimmte Dickfilmschaltung aus einer Anzahl möglicher Dickfilmschaltungen mit den verschiedenen Verbindungen der Schaltungselementsätze durch Massenproduktion der meisten dieser Schichten und die individuelle Aufbringung eines speziellen von mehreren möglichen Leitermustern erzeugt werden kann.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die tiefgehenden Locher mit einem Laserstrahl hergestellt werden, der in die zuletzt erzeugte Schicht der mehreren genannten
Schichten eintritt.

J5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an
den Kreuzverbindungen mit besonderen Anforderungen an niedrige Kontaktwiderstände für jede solche Kreuzverbindung mindestens zwei benachbarte tiefgehende Löcher vorgesehen werden.

Dr.H.Pa./Br.

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