DE2461997A1 - Keramikkondensatoren und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Keramikkondensatoren und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
DR. MÜILI.ER-BORE · DTPL.-ING.
DIPJL--CIIJSIH. BR. WEUFEL · DIPI..-CHEM. DR. SCHÖN
DIPL.-PIIYS. HERTEL
PATENTAJfWÄIiTB
17. Januar 1975
K/N 18-17/2
NL Industries, Inc.
111 Broadway New York, N.Y. 1ÖOÖ6
USA
Keramikkondensatoren und Verfahren zu ihrer
Herstellung.
Die Erfindung betrifft Keramikkondensatoren und Verfahren zu'
ihrer Herstellung.
Diese Keramikkondensatoren umfassen einheitliche, gesinterte Keramikkörper, die jeweils eine Vielzahl übereinanderliegender
dünner Schichten aus einem, geeigneten Keramikmaterial umfassen, die
über mehrere Randbereiche miteinander verbunden sind, und wobei wesentliche Bereiche ihrer sich gegenüberliegenden Oberflächen voneinander
getrennt sind und eine Vielzahl dazwischenliegender t im
wesentlichen hindernisfreier Hohlräume bilden, wobei die Schichten nur von den miteinander verbundenen Randbereichen getragen
werden und wobei die Körper eine in jeden Hohlraum zwischen benachbarten
Schichten führende öffnung aufweisen. Durch Einführen
eines
509847/0730
S MÜNCHEN 66. SIlBKKTSTn. 4. POSTFACH 8Ü0V30. KABEL: JIHEIXPATENT, TEL: (0S9) 47 1070/79 TELEX: 0-2203»
geeigneten leitenden Materials, vorzugsweise eines Metalls, in die Hohlräume zwischen den Schichten der Keramikkörper
und Anbringen geeigneter elektrischer Verbindungsleitungen können Kondensatoren und Schaltkreisplatten, wie sie für integrierte
Hybridschaltungen und dgl. verwendet werden, gebildet werden. .
Insbesondere ist die Erfindung auf einen einheitlichen, gesinterten,
für die Herstellung eines Kondensators geeigneten Keramikkörper gerichtet.
In seiner einfachsten Form besteht ein Keramikkondensator aus einem relativ dünnen Plättchen der gewünschten Form und Größe,
das durch Brennen einer dielektrischen Keramikzusammensetzung hergestellt wurde, und das auf seinen gegenüberliegenden Oberflächen
Elektroden trägt. In vielen Fällen sind jedoch Kondensatoren erwünscht, die einen einheitlichen oder monolithischen
Körper umfassen, der aus einer Vielzahl von dielektrischen Schichten und einer Vielzahl von alternierend zu den dielektrischen
Schichten angeordneten leitenden Schichten aufgebaut ist, wobei die aufeinanderfolgenden leitenden Schichten bis zu verschiedenen
Randbereichen des Kondensators herangeführt und dort elektrisch, z. B. über Abschlußelektroden, miteinander verbunden
sind.
Bei einem typischen Verfahren zur Herstellung eines derartigen monolithischen Keramikkondensators wird eine Elektroden bildende
Paste aus einem Edelmetall wie Platin oder Palladium auf die obere Oberfläche eines kleinen, üblicherweise gegossenen, dünnen Plättchens
aus einer geeigneten dielektrischen Keramikzusammensetzung, die mit einem temporären organischen Bindemittel verbunden ist,
aufgetragen, wobei der Auftrag in der Weise erfolgt, daß die Abscheidung der Elektrodenpaste sich bis zu einem Rand des Plättchens
hin erstreckt, jedoch auf den übrigen drei Seiten des Plättchens einen Rand frei läßt. Dann wird eine Vielzahl der mit
509847/0730
der Elektrodenpaste beschichteten kleinen Plättchen aufeinander gestaf>elt, wobei das jeweils nächste Plättchen um' eine durch
die Ebene des Plättchens senkrecht verlaufende Achse gedreht wird, - was zur Folge hat, daß die aufeinanderfolgenden Abscheidungen
der· Elektrodenpaste jeweils bis zu den gegenüberliegenden Randbereichen des Stapels hingeführt sind. Dann wird
der Stapel der mit der Paste beschichteten Plättchen verfestigt und erhitzt, um die organischen Bindemittel des Keramikplättchens
und der die Elektroden bildenden Paste zu vertreiben oder zu zersetzen, und die dielektrische Keramikzusammensetzung
zu einem einheitlichen, mehrschichtigen Körper zusammenzusin- tern,
dessen aufeinanderfolgende Elektroden jeweils auf den gegenüberliegenden Seiten des Körpers enden. Dann werden die
Elektroden einer jeden Seite in bekannter Weise mit einer Abschlußelektrode elektrisch miteinander verbunden.
Wegen der Notwendigkeit, in dem beschriebenen Verfahren innere Elektroden aus Edelmetall zu verwenden, sind monolithische Keramikkondensatoren
kostspielig. Billigere Silberelektroden, wie sie üblicherweise für andere keramische Kondensatoren verwendet
werden, sind im allgemeinen für monolithische Kondensatoren ungeeignet, da das in Form einer Elektroden bildenden Paste aufgetragene
Silber während des Brennens der Keramik einer hohen Temperatur ausgesetzt werden muß und hierdurch·geschädigt wird.
Demzufolge besteht ein Bedürfnis für ein Verfahren-zur Herstellung
von monolithischen Kondensatoren, bei dem es nicht erforderlich ist, Edelmetalleoder sehr kostspielige Metalle einzusetzen.
Ein Verfahren dieser Art ist in der US-PS 3 679 950 beschrieben. In dieser Patentschrift wird eine Reihe von Verfahrensmaßnahmen angegeben, die die Bildung von Keramikmatrices, die
alternierend angeordnete Schichten aus dichtem dielektrischem Material und porösem Keramikmaterial umfassen, und die Abscheidung
eines leitenden Materials, wozu man billige Metalle verwenden kann, in den porösen Schichten umfassen. Dann werden, unter
E098U/0730
Bildung der monolithischen Kondensatoren Abschlußelektroden angebracht,
die jeweils alternierend die in dieser Weise gebildeten leitenden Schichten miteinander verbinden.
Obwohl nach den in der genannten Patentschrift angegebenen Methoden
sehr zufriedenstellende, relativ billige, monolithische Keramikkondensatoren hergestellt werden können, stellt sich in
gewissen Fällen das Problem,die Kontinuität des Metalls in den inneren Elektroden aufrechtzuerhalten. Weiterhin ist es erwünscht,
insbesondere wenn Kondensatoren für Hochfrequenzanwendungen hergestellt werden sollen, den Elektrodenwiderstand so
niedrig wie möglich zu halten, so daß ein ununterbrochener Metallfilm erwünscht ist.
Demzufolge ist es ein Ziel der Erfindung, eine Verbesserung der in der genannten Patentschrift angegebenen Verfahrensweisen
anzugeben, die zur Bildung von Keramikmatrices führt, in denen
durch Einführen eines leitenden Materials, wie eines Metalls, innere Elektroden ausgebildet werden können, wodurch man ohne
weiteres Kondensatoren erhält, die nicht unterbrochene Elektroden und niedrige Elektrodenwiderstände aufweisen, und bei
denen es nicht erforderlich ist, poröse Keramikschichten anzuwenden .
Das genannte Ziel wird dadurch erreicht, daß man als Matrix Keramikkörper vorsieht, die eine Vielzahl dünner Lagen oder
Schichten aus dichtem dielektrischem Material umfassen, wobei zwischen benachbarten Schichten dünne, im wesentlichen hindernisfreie
und im wesentlichen planare, an einem Randbereich offene Hohlräume oder Zwischenräume vorliegen. In dieser Weise besteht
nur ein minimaler Widerstand gegen die Einführung des leitenden Materials in die dünnen oder planaren Hohlräume,
wodurch ein Körper gebildet wird, der durchgehende leitende Schichten aufweist, die alternierend zwischen dielektrischen
Schichten vorliegen, und es besteht hierdurch nicht die Notwendigkeit, eine verträgliche, poröse Keramikzusammensetzung
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anzuwenden. Genauer betrifft die Erfindung einen Kondensator, zu dessen Herstellung ein leitendes Material, vorzugsweise
ein Metall, in einen oder mehrere dünne, im wesentlichen planar e Hohlräume, die zwischen dünnen Schichten aus dichtem dielektrischem
Material in einem einheitlichen, gesinterten Keramikkörper vorliegen,.eingeführt wird, wobei die Schichten über
eine Vielzahl von Randbereichen integral miteinander verbunden sind und vor der Einführung des leitenden Materials nur über
die Randbereiche abgestützt werden und in dieser Weise einen oder mehrere hindernisfreie Hohlräume bilden. Hierdurch erhält
man einen Kondensator, dessen Elektroden einen niedrigen Widerstand aufweisen, da die Hohlräume zwischen den dielektrischen
Schichten im wesentlichen ausschließlich mit Elektrodenmaterial ausgefüllt sind. Die Erfindung betrifft ferner die Bildung ähnlicher
Keramikbauteile mit inneren Leitern, wie mehrschichtigen Schaltkreisstrukturen, die nach einem ähnlichen Verfahren hergestellt
werden. Sowohl die Herstellung der Kondensatoren als auch der mehrschichtigen Schaltkreisstrukturen umfaßt die Verwendung
von Pseudoleitern, die aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden
Material gebildet werden, das beim Brennen der. Keramik entfernt wird, wodurch die Hohlräume oder Kanäle gebildet
werden, in die dann das leitende Material eingeführt wird. Die Form, Größe und Anordnung der Leiter und/oder Elektroden
entsprechen im wesentlichen denen des durch sie ersetzten pseudoleitenden Materials in dem ungebrannten Körper.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein einheitlicher, gesinterter,
für die Herstellung eines Kondensators geeigneter Keramikkörper, der gekennzeichnet ist durch eine Vielzahl dünner, übereinanderliegender
Schichten aus dichtem dielektrischem Material, wobei wesentliche Bereiche der einander gegenüberliegenden Oberflächen
von mindestens zwei dieser Schichten voneinander getrennt sind und einen dazwischenliegenden dünnen, im wesentlichen
hindernisfreien Hohlraum bilden, wobei die oberhalb und unterhalb dieses Hohlraums liegenden Schichten über mehrere
Randbereiche integral miteinander verbunden sind und außer über
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diese Randbereiche im wesentlichen nicht miteinander in Verbindung
stehen; und eine in den Hohlraum führende Öffnung in dem Körper.
Erfindiingsgemäß werden die monolithischen Kondensatoren und
mehrschichtigen Schaltkreisstrukturen dadurch gebildet, daß man (1) auf einer Vielzahl von dünnen Plättchen oder Blättern
aus fein verteiltem Keramikmaterial, das mit einem sich' in der Hitze verflüchtigenden temporären Bindemittel gebunden i"st,
Überzüge aufträgt, die dünne, ausgewählte Bereiche aus pseudoleitenden Schichten oder Linien bilden, die aus einem sich
in der Hitze verflüchtigenden Material bestehen; (2) aus einer Vielzahl der beschichteten Plättchen oder Blätter einen verfestigten
Stapel bildet; (3) den erhaltenen Block brennt, um das sich in der Hitze verflüchtigende Material zu beseitigen
und das Keramikmaterial zu einem monolithischen Körper zusammenzusintern, in dem im wesentlichen hindernisfreie dünne Hohlräume
oder Kanäle vorliegen; (4) ein leitendes Material, vorzugsweise ein Metall, in die Hohlräume oder Kanäle einführt,
um die sich in der Hitze verflüchtigenden Pseudoleiter zu ersetzen;
und (5) die leitenden Schichten oder Linien mit geeigneten elektrischen Verbindungen versieht.
Weitere Ausführungsformen, Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den Beispielen
und den Zeichnungen.
In der Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß
hergestellten Kondensators gezeigt, während
die Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 der Fig. 1 durch diesen Kondensator wiedergibt.
In der Fig. 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Vielzahl von Plättchen aus einer gebundenen, dielektrischen
Keramikzusammensetzung gezeigt, wobei jedes Plättchen
eine Schicht aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden Mate-
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rial trägt.
Die Fig. 4 ist eine Teildraufsicht auf ein gebundenes Plättchen oder Blatt aus einer dielektrischen Keramikzusammensetzung,
auf das in Form eines Musters eine Schicht aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden Material aufgebracht ist.
Die Fig. 5 zeigt in noch stärker vergrößerter Form eine Teilschnittansicht
eines erfindungsgemäßen Keramikkörpers nach dem Zusammenfügen, Verfestigen und Sintern einer Vielzahl der in
der Fig. 3 dargestellten beschichteten Plättchen.
in der Fig. 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer mehrschichtigen
Keramikschaltkreisstruktur der erfindungsgemäßen Art wiedergegeben, während
die Fig. 7 eine Explosionsansicht mehrerer Keramikplättchen wiedergibt, die mit Pseudoleitern versehen sind und für die
Bildung der in der Fig. 6 wiedergegebenen Struktur dienen.
Es versteht sich, daß in den Zeichnungen gewisse relative
Abmessungen übertrieben wiedergegeben sind^
Erfindungsgemäß kann ein Kondensator wie folgt hergestellt
werden. .
Man stellt unter Anwendung eines geeigneten, sich in der Hitze verflüchtigenden Bindematerials, beispielsweise eines Harzes
oder eines Cellulosederivats, eine Vielzahl dünner Plättchen, aus einer feinverteilten Keramikzusammensetzung her, die beim
Sintern eine dichte dielektrische Schicht bildet. Solche, an sich bekannte Zusammensetzungen, enthalten Bariumtitanat, das
gegebenenfalls mit Mitteln zum Modifizieren der Dielektrizitätskonstante und/oder anderen Eigenschaften vermischt ist, sowie
viele andere Arten von Keramikzusammensetzungen. Auf jedes Plättchen der Vielzahl von Plättchen wird dann eine dünne
Schicht aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden Material
aufgetragen. Diese Schichten können vorgebildet sein, werden jedoch vorzugsweise dadurch gebildet, daß man z. B. durch Aufmalen
· oder nach dem Siebdruckverfahren eine flüssige oder rpa-
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stenförmi^e Zusammensetzung a.uf die Plättchen aufbringt. Das
sich in der Hitze verflüchtigende Material, aus dem die Schichten aufgebaut sind, kann ein geeignetes brennbares und/oder
flüchtiges filmbildendes Material sein, besteht jedoch vorzugsweise
aus einer Mischung aus feinen, brennbaren und/oder flüchtigen Teilchen, die mit einem solchen fumbildenden Material
verbunden sind.
Die Schichten aus dem sich in der Hitze verflüchtigenden Material (die auch als Pseudoleiter bezeichnet werden) besitzen eine
geringere Flächenausdehnung und sind vorzugsweise dünner als die Plättchen, auf die sie aufgetragen werden, wobei die Schichten
eine solche Form besitzen, daß die auf dem Plättchen vorliegende Schicht um den überwiegenden Anteil ihres ümfangs herum
einen Rand freiläßt,-während ein Teil des Umfangs sich bis zu
dem Rand oder der Kante des Plättchens hin erstreckt, auf das die Schicht aufgetragen ist. Vorzugsweise sind die Schichten
von gleicher Größe.
Dann wird eine Vielzahl der Plättchen aus der gebundenen Keramikzusammensetzung
aufeinander gestapelt, wobei sich die in der Hitze verflüchtigenden Schichten dazwischen befinden, und
verfestigt. Das Verfestigen kann mit für die besonderen verwendeten Materialien geeigneten Maßnahmen erreicht werden und
kann die Anwendung von Druck, Hitze und/oder eines Lösungsmittels einschließen. Die Plättchen und die sich in der Hitze
verflüchtigenden Schichten in dem Stapel sind so angeordnet, daß aufeinanderfolgende Schichten sich bis zu verschiedenen
Randbereichen des verfestigten Stapels hin erstrecken, wobei jedoch ein überwiegender Anteil der Ränder eines jeden Plättchens
mit den Rändern des benachbarten Plättchens des Stapels in Berührung steht. Der verfestigte Stapel aus den Plättchen
und den dazwischen liegenden Schichten wird dann gebrannt, um die sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien zu entfernen
und die Keramikzusammensetzung zu sintern. Hierdurch wird ein
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einheitlicher gesinterter Keramikkörper gebildet, der eine Vielzahl
dünner Blätter oder Schichten aus dichtem dielektrischem Material aufweist, wobei die benachbarten Blätter oder Schichten
über wesentliche Bereiche ihrer einander gegenüberliegenden Oberflächen voneinander getrennt ^ind und nur über ihre Randbereiche
miteinander verbunden sind.
An den Randbereichen des gesinterten Körpers, bis zu denen die Schichten des sich in der Hitze verflüchtigenden Materials herangeführt
worden sind befinden sich öffnungen, die in die Hohlräume zwischen den gegenüberliegenden Schichten führen, über
diese Öffnungen kann ein leitendes Material, wie ein Metall, in geeigneter Weise in die Hohlräume eingeführt werden, wozu
man beispielsweise eines der in der US-PS 3 679 950 angegebenen Verfahren anwendet. Als Ergebnis erhält man einen Körper, an den
unter Anwendung beliebiger Verfahrensweisen Abschlußelektroden angebracht werden können, so,daß man einen Kondensator erhält,
der gewünschtenfalls nach dem Anbringen v.on Leitungsdrähten an die Abschlußelektroden in geeigneter Weise eingekapselt werden
kann.
Es versteht sich jedoch, daß verschiedene Modifizierungen und Abänderungen des obigen Verfahrens angewandt werden können,
von denen einige im folgenden angegeben sind.
Obwohl, wie bereits angegeben, eine Reihe von Abänderungen und Modifizierungen möglich sind, ist das zur Herstellung weniger,
relativ großer monolithischer Kondensatoren bevorzugte Verfahren das oben beschriebene. Eine detailliertere Erläuterung
dieses Verfahrens ist in dem folgenden Beispiel angegeben.
Durch 4-stündiges Vermählen einer Mischung aus 400 g eines
dielektrischen Pulvers (96 Gewichtsteile BaTiO-, 4 Gewichtsteile CeO^-ZrO3; durchschnittliche Teilchengröße 1 bis 2 μπι) ,
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4 g Diäthylenglykollaurat, 30 g Butylbenzylphthalat und 120 ml
Toluol in einer Kugelmühle" stellt man eine Dispersion her. Nach dem Vermählen gibt man die Dispersion unter Rühren, um ein
gutes Durchmischen zu erreichen, zu einer Lösung von 37 g Äthylcellulose
in 180 ml Toluol. Dann entlüftet man die Mischung und bildet auf einer glatten Glasplatte mittels einer Rakel
einen Film aus der Mischung, der die Abmessungen von etwa 100 mm χ 1500 mm besitzt. Der Film, der nach dem Trocknen eine Dicke
von etwa 0,045 mm aufweist, wird abgezogen und in kleine, rechteckige Blätter oder Plättchen mit einer Breite von etwa 10 mm
und einer Länge von etwa 20 mm zerschnitten.
Man kann eine sich in der Hitze verflüchtigende Zusammensetzung,
die als Pseudoleiter auf die in der obigen Weise hergestellten Plättchen aufgetragen werden kann dadurch herstellen, daß man
beispielsweise 25 g fein verteilten Kohlenstoff mit 50 g einer 50 %igen Lösung eines phenolmodifizierten Kolophoniumesterharzes
(PENTALYN"-J 858) in einem hochsiedenden, aliphatischen Erdölnaphtha
mit einer Kauri-Butanol-Zahl von 33,8 (Lösungsmittel
Nr. 460) auf einer 3-Walzenmühle vermischt. Die Viskosität der
Zusammensetzung wird durch Einmischen zusätzlichen Naphthalösungsmittels
auf einen für den Siebdruck geeigneten Wert gebracht. Für ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,044 mm
(325 mesh) sind etwa 2,5 ml erforderlich. Diese Zusammensetzung oder Druckfarbe, wie sie auch häufig bezeichnet wird, wird
nach dem Siebdruckverfahren auf eine Seite eines jedes Plättchens aus der dielektrischen Zusammensetzung in Form einer Schicht
aufgetragen, die in trockenem Zustand eine Dicke von etwa 0,01 mm aufweist. Es ist zu beachten, daß nur solche Bestandteile
in diesen Zusammensetzungen verwendet werden sollten, die das in den Plättchen aus dem dielektrischen Material enthaltene
Bindematerial nicht lösen oder in unzulässiger Weise erweichen. Vorzugsweise verwendet man als Lösungsmittel aliphatische
Erdölnaphthas mit einer niedrigen Kauri-Butanol-Zahl (von etwa 35) und einer Verdampfungsgeschwindigkeit, die so
niedrig liegt, daß die Druckfarbe das Drucksieb zwischen den Druckzyklen nicht verstopft. Die sich in der Hitze verflüchti-
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gende, pseudoleitende Schicht wird derart auf jedes der Plättchen oder Blätter aus dem gebundenen dielektrischen Material
aufgetragen/ daß die Schicht sich bis zu einem Rand des Plättchens
hin erstreckt, jedoch an ihren anderen Rändern einen Rand freiläßt.
Die bedruckten Plättchen werden'dann ausgerichtet und in Gruppen
a 10 Stück derart aufeinandergestapelt, daß bei alternierenden
Plättchen der Gruppe die Ränder der Plättchen, bis zu denen die aufgedruckten Schichten sich erstrecken, übereinanderzuliegen
kommen und die dazwischenliegenden Plättchen horizontal um 180° verdreht sind, so daß die darauf aufgedruckten Schich-ten
bis zu dem gegenüberliegenden Endbereich des Stapels hin sich erstrecken. Dann werden auf und unter den Stapel nicht
bedruckte Plättchen aufgelegt; Der Stapel wird dann verfestigt,
indem man während 1 Minute bei einer Temperatur von etwa 800C
einen Druck von etwa 104 kg/cm2 auf den Stapel ausübt, wodurch
man einen kohärenten , ungebrannten Körper oder Chip, wie diese Körper häufig bezeichnet werden, erhält. Die Chips .
werden dann erhitzt, um die darin enthaltenen, sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien zu beseitigen und die Keramikzusammensetzung.
zu sintern.
Um eine mögliche Zerstörung der Chips während des Brennens zu vermeiden, werden sie zunächst langsam an der Luft erhitzt,
um die sich in der .Hitze verflüchtigenden Materialien zu beseitigen
und werden anschließend bei höheren Temperaturen gebrannt, wodurch man kleine, kohärente, gesinterte Matrices oder
Chips erhält, von denen jeder eine Vielzahl dünner Schichten aus dichtem, dielektrischem Material aufweist, die integral
miteinander über mehrere Randbereiche jedoch so verbunden sind, daß zwischen den Schichten dünne, im wesentlichen hindernisfreie
und im wesentlichen planare Hohlräume oder Zwischenräume gebildet werden, deren Höhe, verglichen mit der Oberfläche,
sehr klein ist. Jeder der Hohlräume besitzt an einem der Randbereiche des Chips eine öffnung, da jede der aufge-
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druckten, sich in der Hitze verflüchtigenden Schichten bei der
Bildung des ungebrannten Chips bis'zu einem Rand eines Plättchens
aus der dielektrischen Zusammensetzung herangeführt worden war.
Da die bedruckten Plättchen so aufeinandergestapelt worden sind,
daß die alternierend angeordneten, sich in der Hitze verflüchtigenden Schichten bis zu den gleichen Randbereich des Stapels
hinerstrecken, liegen die öffnungen von benachbarten Hohlräumen in dem gesinterten Chip auf gegenüberliegenden Endbereichen
des gesinterten Chips.
Ein geeignetes Aufheizschema zur Entfernung der sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien ist im folgenden angegeben:
bis 1600C 2 Stunden,
160 bis 2200C 10 Stunden,
220 bis 225°C 12 Stunden,
225 bis 3100C 20 Stunden,
310 bis 314°C 4 Stunden,
bei 400°C 1 Stunde,
bei 5000C 1 Stunde,
bei 6000C 1 Stunde.
Nach Durchlaufen des obigen AufheizSchemas wird die Temperatur
auf 13700C gesteigert und während 1,25 Stunden aufrechterhalten,
um die Chips zu sintern.
Nach dem Abkühlen der gesinterten Chips werden die darin vorhandenen
Hohlräume mit einem leitenden Material, vorzugsweise einem Metall, gefüllt, wozu man irgendeine der in der obigen
US-Patentschrift angegebenen Methoden anwenden kann. Dann werden in geeigneter und an sich bekannter Weise Abschlußelektroden
angebracht. Alternativ können zunächst die Endanschlüsse angebracht und dann die Hohlräume mit einem Metall gefüllt werden,
wie es in der Patentanmeldung P 23 23 921.6
.. entsprechend der US-Patentanmeldung Serial No. 274 668) beschrieben ist.
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In den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen ist in vergrößertem und übertriebenem
Maßstab ein nach dem obigen Verfahren gebildeter monolithischer Kondensator dargestellt. Die Bezugsziffer 11 steht
für diesen Kondensator, der Schichten 13 aus keramischem dielektrischem
Material und dazwischenliegende Schichten 15 aus einem leitenden Material umfaßt, die als innere Elektroden dienen. Die
letzteren Schichten sind als Ergebnis der Größe und der Anordnung der Hohlräume, in die das leitende Material eingeführt worden
ist, so ausgebildet, daß alternierend angeordnete Schichten sich bis zu der gleichen Endfläche des Kondensators hin erstrecken.
Die auf jeder Endfläche freiliegende Gruppe von Elektroden wird dann mit Abschlußelektroden 17 elektrisch miteinander verbunden.
Wenn kein dazwischenliegendes leitendes Material vorliegt, sind die dielektrischen Schichten in der Weise miteinander verbunden,
wie es die Bezugsziffer 19 verdeutlicht.
In der Fig. 3 sind in vergrößertem Maßstab zwei dünne Blätter oder Plättchen 31 und 33 aus keramischem, dielektrischem Material,
das mit einem sich in der Hitze verflüchtigenden Bindemittel verbunden ist, dargestellt, die jeweils eine Schicht 35 aus einem
sich in de"r Hitze verflüchtigenden Material tragen. Es ist zu erkennen, daß die · auf dem Plättchen 31 vorliegende
Schicht 35 sich bis zu dem vorderen Rand des Plättchens erstreckt, jedoch an den Seiten und dem hinteren Rand einen Rand freiläßt,
während die Schicht 35 auf dem Plättchen 33 sich bis zu dem hinteren Rand des Plättchens erstreckt und um die Seitenränder und
den vorderen Rand einen Rand freiläßt. Wenn nun eine Vielzahl der Plättchen 31 und 33 mit den darauf vorliegenden Schichten
35 alternierend aufexnandergestapelt, verfestigt und gebrannt werden, befinden sich die öffnungen der Hohlräume, die durch das
Entfernen der Schichten 35 aus dem sich in der Hitze verflüchtigenden Material in dem erhaltenen gesinterten Körper, gebildet
haben, alternierend auf gegenüberliegenden Enden des Körpers.
Die Fig. 5 gibt in noch stärker vergrößertem Maßstab die Struktur eines erfindungsgemäß hergestellten gebrannten Keramikkörpers
oder Chips wieder, der als Matrix für die Herstellung eines mono-
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lithischen Kondensators geeignet ist. Die Schichten 37 bestehen
aus dielektrischem Material, während die dazwischen vorliegenden Hohlräume oder Zwischenräume 39 sich durch 'die Entfernung der
in der Hitze sich verflüchtigenden, pseudoleitenden Schichten 35 gebildet haben und im wesentlichen frei von Hindernissen sind.
Es versteht sich, daß die erfindungsgemäßen monolithischen Kondensatoren
in der obigen Weise einzeln hergestellt werden können. Es ist jedoch bevorzugt, wenn eine erhebliche Anzahl der -Kondensatoren
hergestellt werden soll, oder wenn die einzelnen Kondensatoren sehr klein sind, ein Verfahren anzuwenden, gemäß dein eine
Vielzahl von ungebrannten Chips gleichzeitig gebildet und gleichzeitig gesintert wird. Ein Verfahren dieser Art ist in dem folgenden
Beispiel erläutert.
Nach der in dem vorhergehenden Beispiel beschriebenen Weise werden unter Anwendung der dort eingesetzten dielektrischen
Keramikzusammensetzung und des dafür verwendeten temporären Bindemittels
Plättchen bzw. Blätter mit den Abmessungen 50 mm χ 75 mm hergestellt, die nach dem Trocknen eine Dicke von etwa
0,05 mm aufweisen. Unter Einsatz der in Beispiel 1 zur Herstellung der sich in der Hitze verflüchtigenden Schichten verwendeten
sich in der Hitze verflüchtigenden Zusammensetzung oder Druckfarbe wird ein sich wiederholendes Muster auf jedes der
Blätter oder Plättchen aufgetragen, wozu man vorzugsweise das Siebdruckverfahren anwendet. Nach dem Trocknen der Abscheidung,
wobei sich ein Film mit einer Dicke von etwa 0,01 mm ergibt,
werden die bedruckten Blätter oder Plättchen ausgerichtet und in Gruppen von 10 derart aufeinandergestapelt, daß das
aufgedruckte Filmmuster auf dem jeweils nächsten Plättchen oder Blatt mit Hinsicht auf das Muster des vorhergehenden Plättchen
oder Blattes verschoben angeordnet wird. Dann werden durch Verfestigen der aufgestapelten Plättchen oder Blätter Blöcke gebildet,
wobei vorzugsweise ein oder mehrere unbedruckte Blätter
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oder Plättchen auf und unter den Stapel gelegt werden, -wobei das
Verfestigen dadurch erfolgt, daß man während etwa "I Minute bei
einer Temperatur von etwa 85°C einen Druck von etwa 104 kg/cnr2
auf den Stapel ausübt. In dieser Weise erhält man einen
ungebrannten, festen Block, der mittels geeigneter Geräte, wie Messer, zu kleineren ungebrannten Blöcken oder Chips zerteilt
oder zerschnitten wird.
Die Weise, in der dies erfolgt, ergibt sich genauer aus der Fig. 4 der beigefügten Zeichnungen. In dieser Fig. steht die
Bezugsziffer·51 für ein (etwas vergrößert und schematisch
dargestelltes) großes Blatt oder Plättchen aus einem dielektrischen Keramikmaterial, das temporär mit einem sich in der Hitze
verflüchtigenden Bindemittel gebunden ist. Die darauf vorliegenden
j im Abstand angeordneten, rechteckigen Elemente 53
sind Schichten oder Filme aus dem sich in der Hitze verflüchtigenden Material, die beispielsweise nach dem Siebdruckverfahren
auf dem Blatt oder Plättchen abgeschieden worden sind. Beim Zusammenstellen eines Stapels aus solchen bedruckten Blättern
oder Plättchen, der dann zu einem großen Block verfestigt wird, werden sämtliche Blätter oder Plättchen so ausgerichtet/
daß die darauf vorhandenen Elemente 53 vertikal längs zwei gegenüberliegender Kanten angeordnet werden, wobei jedoch die Elemente von aufeinanderfolgenden Plättchen oder Blättern verschoben
sind, so daß nur die Elemente 53 von alternierend an-, geordneten Blättern oder Plättchen vertikal übereinanderzulie—
gen kommen. Dies ist in der Fig. 4 durch die (gestrichelt dargestellten) Bereiche 55 wiedergegeben, die für die verschobenen
Bereiche der Elemente 53 auf den Blättern oder Plättchen 51 stehen, die sich oberhalb und unterhalb des gezeigten Blattes
oder Plättchens 51 befinden. Nach dem Verfestigen der bedruckten Blätter oder Plättchen zu einem (nicht dargestellten) ungebrannten
großen Block, wird der Block beispielsweise durch Zerschneiden längs der Linien 57 und 59 zu einer Vielzahl von kleineren, ungebrannten
Keramikblöcken oder Chips zerteilt, bei denen die Elemente 53 alternierend bis zu den gegenüberliegenden Enden der
Chips herangeführt sind.
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Diese Chips werden dann in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise erhitzt, um die sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien
zu entfernen und die dielektrische Zusammensetzung eines jeden Chips zu einem einheitlichen Körper zusammenzusintern, der dünne
dielektrische Keramikschichten und dazwischenliegende planare' Hohlräume aufweist. Dann wird unter Anwendung geeigneter Verfahrensweisen
ein leitendes Material, vorzugsweise ein Metall, in die Hohlräume oder Zwischenräume eingebracht und werden an
beiden Enden Abschlußelektroden vorgesehen, die die dort freiliegenden
leitenden Schichten elektrisch miteinander verbinden. In dieser Weise erhält man sehr zufriedenstellende monolithische
Kondensatoren.
Ein modifiziertes Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung einer
Vielzahl von Chips ist in dem folgenden Beispiel erläutert.
Man wendet die g3.eichen Materialien und Verfahrensmaßnahmen, wie die in Beispiel 2 zur Bildung von Blöcken an, die aus Plättchen
oder Blättern aus einer dielektrischen Zusammensetzung aufgebaut sind, die dünne Filme oder Elemente aus sich in der Hitze
verflüchtigenden Materialien tragen.,Dann wird der gesamte Block,
statt in einer Vielzahl von ungebrannten Chips zerteilt zu werden, erhitzt, um das sich in der Hitze verflüchtigende Material zu
entfernen und das Keramikmaterial zu sintern. Die Aufheiz- und
Sinterbedingungen können im wesentlichen den oben angegebenen entsprechen. Wegen der größeren Masse der großen Blöcke kann
jedoch eine etwas längere Behandlungszeit erforderlich sein, um ein genügendes Sintern zu erreichen. Nachdem die Blöcke gesintert
sind, werden sie beispielsweise mit Hilfe einer Diamantsäge zu den gewünschten Keramikmatrixchips zerteilt, indem man
sie längs der den Linien 57 und 59 der Fig. 4 entsprechenden Linien zerschneidet.
Obwohl die in den vorhergehenden Beispielen verwendeten dielektrischen
Materialien modifizierte Bariumtiianatzusammensetzungen'
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sind, versteht es sich, daß man auch viele andere dielektrische
Keraraikzusammensetzungen verwenden kann. Beispielsweise kann man TiO2/ Glas, Steatit und Bariurastrontiumniobat oder auch Bariumtitanat
allein verwenden, wobei in an sich bekannter Weise die Brennrnaßnahmen und dgl. abgeändert werden, um ein zufriedenstellendes
Sintern zu erzielen. Offensichtlich variiert die
Kapazität der erhaltenen Kondensatoren als Ergebnis der Anwendung von Materialien mit höheren oder niedrigeren Dielektrizitätskonstanten.
Die erfindungsgemä\ßen Kondensatoren können unterschiedlichste
Größen aufweisen. Beispielsweise können ohne weiteres Kondensatoren mit den Abmessungen 2,0 mm χ 3,0 mm χ 0,9 mm hergestellt
werden, die 20 dielektrische Schichten mit einer Dicke von etwa 0,03 mm und 19 innere Elektroden mit einer Dicke von
etwa 0,01 mm aufweisen, · obwohl natürlich auch größere Kondensatoren gebildet werden können. Es können jedoch nicht
nur die Abmessungen des Konderisators verändert, sondern auch
die Anzahl und die Dicke der darin enthaltenen Schichten variiert werden. Erfindungsgemäß kann man Kondensatoren der gewünschten
Kapazität durch geeignete Auswahl des dielektrischen Materials und
der Größe, der Dicke und der Anzahl der Schichten und der dazwischenliegenden pseudoleitenden Schichten herstellen. Im
allgemeinen ist es erwünscht, die dielektrischen Schicht und die Elektroden so dünn wie möglich zu machen, da dann eine geringere
Menge des kostspieligen dielektrischen Materials nötig ist und die Kapazität der Kondensatoren pro Volumeneinheit gesteigert
wird, was den Raumbedarf dieser Kondensatoren in den Schaltkreisen vermindert. Es versteht sich jedoch, daß die Dünnheit
der dielektrischen Schicht durch die Notwendigkeit begrenzt wird, daß diese Schichten fest und nicht porös sein müssen und
eine Dicke aufweisen müssen, die der bei der Benutzung angewandten
Spannung zu widerstehen vermag. Obwohl Unregelmäßigkeiten der Oberfläche oder der Dicke der Plättchen oder Blätter
aus dem dielektrischen Material Probleme bei der Bildung der
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Kondensatoren ergeben können, wenn' extrem dünne Schichten oder
Filme aus pseudoleitendem Material aufgetragen werden, da einer oder mehrere Hohlräume zwischen solchen unregelmäßigen Plättchen
oder Blättern nach dem Brennen blockiert sein können, ist es in
allgemeinen bevorzugt, die Elektroden oder die leitenden Schichten dünner zu machen als die dielektrischen Schichten. Es versteht
sich ferner, daß auf und/oder unterhalb des Stapels aus alternierend angeordneten dielektrischen Plättchen oder Blättern
und sich in der Hitze verflüchtigenden Schichten ein oder mehrere zusätzliche dielektrische Plättchen oder Blätter aufgebracht
werden können. Dies wird häufig dazu angewandt, den Kondensatoren eine zusätzliche mechanische Festigkeit zu verleihen und/oder
ihre Dicke anzupassen. Es können unbedruckte Plättchen aus einer dielektrischen Keramikzusammensetzung verwendet v/erden. Jedoch
ist die Anwesenheit einer sich in der Hitze verflüchtigenden Abscheidung auf dem obersten dielektrischen Film oder
Plättchen eines solchen Stapels im allgemeinen unschädlich.
Das Brennen der ungebrannten Keramikblöcke, Einheiten oder Chips, um diese zu einheitlichen oder monolithischen
Körpern zusammenzusintern, wird vorzugsweise in einer oxidierenden Atmosphäre, wie Luft, in einem Ofen durchgeführt. Vorzugsweise
verwendet man einen elektrisch beheizten Tunnelofen, obwohl man auch andere öfen oder Heizeinrichtungen anwenden
kann. Die Brenntemperatur und die Brennzeit hängen von den verwendeten Keramikzusammensetzungen ab. Der Fachmann ist
jedoch, wie bereits erwähnt, mit diesen Details und auch mit der Tatsache vertraut, daß die Sinterzeit der Temperatur umgekehrt
proportional ist. Der hierin verwendete Ausdruck "Sintertemperatur" steht für die Temperatur, die erforderlich ist, um dem
Körper oder den Körpern die gewünschten Keramikeigenschaften zu verleihen. Wie bereits erwähnt, ist zur Entfernung der sich
in der Hitze verflüchtigenden Materialien in den Plättchen und den Pseudoleitern eine längere Heizdauer bei relativ niedrigen
Temperaturen bevorzugt. Die Beseitigung der sich in der Hitze
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verflüchtigenden Materialien aus den Plättchen und den abgeschiedenen
Schichten sollte so langsam erfolgen, daß die Alisdehnung der bei der Zersetzung oder der Verflüchtigung der Materialien
gebildeten Gase keinen Bruch der Chips zur Folge hat.
In der allgemeinen Beschreibung und den Beispielen sind "die
Plättchen aus dem isolierenden oder dielektrischen Material, die sich in der Hitze verflüchtigenden Schichten oder Abscheidungen
und die damit hergestellten Kondensatoren oder mehrschichtigen Schaltkreisstrukturen als rechteckig angegeben. Die Erfindung
schließt jedoch auch Kondensatoren und Schaltkreisstrukturen anderer Form ein. In diesen Fällen können offensichtlich
die alternierend vorliegenden dünnen Hohlräume und die darin eingeführten Elektroden oder Leiter nicht auf gegenüberliegenden
Randflächen frei" zutageliegen. Demzufolge versteht es sich, daß der in den Ansprüchen verwendete Ausdruck
"Randbereich" in dem Sinn verwendet wird, daß er einen Bereich auf einer Oberfläche eines Körpers beliebiger Form, der in der
angegebenen Weise hergestellt ist, umfaßt, die einen oder mehrere planare Hohlräume oder Zwischenräume in dem Körper berührt oder
die Ebenen dieser Hohlräume schneidet.
In der Fig. 6 ist eine typische keramische Schaltkreisstruktur 81 wiedergegeben, wie sie für integrierte Hybridschaltungen verwendet
wird. Die Struktur oder der Körper 81 umfaßt eine Keramikmatrix 83 und eine Vielzahl von Leitern 85, die sich in und/oder
durch die Matrix hindurch erstrecken. Die Dicke sowohl der Leiter als auch der Matrix ist der besseren Anschaulichkeit halber
in der Fig. 6 übertrieben wiedergegeben. Bisläng konnten
solche Strukturen nur mittels kostspieliger Verfahren hergestellt werden, die normalerweise darin bestehen, daß man auf
eine Vielzahl von temporär gebundenen Blättern der gewünschten Dicke aus einem elektrisch isolierenden, Keramikmaterial, wie
einem feinen Aluminiumoxidpulver, eine MetaIlelektroden bildende
Paste, die ein Edelmetall wie Palladium oder Platin enthält,
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mit dem gewünschten Leitungsmuster nach dem Siebdruckverfahren aufdruckt, die verschiedenen bedruckten Blätter oder Plättchen
aufeinanderstapelt, mit einem unbedruckten Blatt oder Plättchen
bedeckt und verfestigt und. die verfestigten Blätter oder Plättchen
zu einem einheitlichen Körper zusammensintert.
Wie bereits erwähnt, können solche keramischen, mehrschichtigen Schaltkreisstrukturen mittels Verfahren hergestellt werden, die
im wesentlichen ähnlich jenen Verfahren sind, die für die Herstellung der Kondensatoren angegeben sind, wodurch die Notwendigkeit
vermieden wird, kostspielige Edelmetalle als Leiter zu verwenden. Die Bildung einer Struktur, wie sie in der Fig. 6
wiedergegeben ist, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sei kurz unter Bezugnahme auf die Fig. 7 erläutert. Es versteht
sich jedoch, daß das beschriebene Verfahren nur ein Beispiel ist und auch andere Verfahrensweisen angewandt werden können,
z. B. die Bildung großer Keramikblöcke nach der in Beispiel 2 angegebenen Weise, die dann unter Bildung einzelner Schaltkreisstrukturkörper
zerteilt werden können.
Die in der Fig. 7 wiedergegebenen Blätter oder Plättchen A, B und C werden mit der gewünschten Größe, Form und Dicke dadurch
hergestellt, daß man eine gewünschte, elektrisch isolierende Keramikzusammensetzung, z. B. feinverteiltes Aluminiumoxid,
unter Verwendung eines sich in der Hitze verflüchtigenden Materials, wie eines Harzes, Äthylcellulose oder dgl., als temporäres
Bindemittel für das Material vergießt, formt oder in anderer Weise bearbeitet. Dann werden nach dem Siebdruckverfahren
unter Verwendung einer sich in der Hitze verflüchtigenden Siebdruckmasse oder Druckfarbe sich in der Hitze verflüchtigende Pseudoleiter 87, die den Mustern der gewünschten Leiter 85 der
in der in der Fig. 6 dargestellten Struktur folgen, auf die Blätter oder Plättchen B und C aufgebracht. Es versteht sich,
daß die wiedergegebenen Muster der Pseudoleiter 87 lediglich beispielhaft sind, und daß Muster beliebiger Art angewandt werden
können. Die bedruckten Blätter oder Plättchen werden dann aufeinandergestapelt, mit einem oder mehreren nicht bedruckten
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Deckblättern oder -plättchen bedeckt und dann wird der Stapel
in geeigneter Weise verfestigt und erhitzt, um die sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien zu entfernen und das Keramikrnaterial
in den Plättchen oder Blättern zu einem einheitlichen Körper zusammenzusintern, wobei im wesentlichen die
Maßnahmen angewandt werden, die oben für die Herstellung von Kondensator"en beschrieben worden sind. Wie im Fall der Kondensatoren
umfaßt die durch das Brennen gebildete einheitliche oder monolithische Matrix einen dichten Körper aus der isolierenden
Keramikzusammensetzung, in dem Hohlräume oder Kanäle vorhanden sind, die im wesentlichen über ihre ganze Länge hinweg
nicht unterbrochen sind. Jeder der Kanäle steht mit mindestens einem Bereich auf einer Fläche, z. B. einer Randfläche, des
Körpers in Verbindung. Dann werden durch Einführen eines geeigneten leitenden Materials, vorzugsweise eines Metalls, in die
Kanäle Leiter gebildet, die in die Körper hinein und durch diese hindurchführen.
Es versteht sich, daß abgesehen von der Tatsache, daß die in dieser
Weise gebildete Matrix statt eines einzigen leeren Hohlraumes
zwischen zwei benachbarten Schichten, aus nicht leitendem
Keramikmaterial· eine Anzahl· hohler Kanäle aufweisen kann, die Struktur im wesentlich die gleiche ist wie die der bereits beschriebenen
Matrices für die Kondensatoren. In beiden Fällen umfassen die in ungebranntem Zustand vorliegenden Körper Plättchen
oder Blätter aus nicht leitendem Keramikmaterial, das ein sich in der Hitze verflüchtigendes temporäres Bindemittel enthält,
wobei sich zwischen diesen Blättern oder Plättchen Abscheidungen oder Schichten befinden, die als Pseudoleiter dienen
und aus einem sich in der Hitze verfiüchtigenden Material· bestehen,
wobei die Matrices nach dem Sintern dichte, im wesentiichen parallele Schichten aufweisen, zwischen denen sich im
wesentlichen hindernisfreie, hohle Bereiche befinden, in die ein ieitendes Material·, wie ein Metail·, eingeführt werden kann.
Wegen der möglichen Variation der für die Herste^ung der Körper
verwendeten sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien
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und Keramikmaterialien ändern sich auch die Heiz- und Sinter-Maßnahmen.
Es versteht, sich jedoch, daß der Fachmann zufriedenstellende Brennzeiten und -temperaturen auswählen kann.
Zur Einführung eines leitenden Materials kann ein geeignetes Verfahren der oben angegebenen Art angewandt werden. In geeigneter
Weise können dann Leitungsdrähte an ausgewählten freiliegenden Leitern oder Abschlußelektroden, wenn diese verwendet
werden, befestigt werden, und an vorbestimmten StelTen
können kleine Bauteile, wie Transistoren, Dioden etc. festgelötet werden, wobei die damit verbundenen Leitungsdrähte gewünschtenfalls
über Löcher oder öffnungen 89, die an den gewünschten Bereichen in einer oder mehreren der isolierenden Keramikschichten
vorgesehen sind, zu darunterliegenden Leitern 85 geführt werden können. Diese Löcher können, wenn sie ein leitendes
Material enthalten, auch dazu dienen, die Leiter von zwei oder mehreren Ebenen der Schaltkreisplatte elektrisch miteinander
zu verbinden.
Es versteht sich, daß bei der erfindungsgemäßen Herstellung von
mehrschichtigen Schaltkreisstrukturen eine beliebige Anzahl von Blättern oder Plättchen aus der temporär gebundenen, isolierenden
Keramikzusammensetzung verwendet werden katin, die mit
dem gewünschten Muster der sich in der Hitze verflüchtigenden Pseudoleiter bedruckt oder in anderer Weise versehen sind. Somit
können Strukturen gebildet werden, die auf einer Reihe unterschiedlicher Ebenen oder Schichten Leiter aufweisen. Die
Dicke der Keramikschichten und der pseudoleitenden überzüge können innerhalb eines relativ weiten Bereiches variieren. Im
allgemeinen besitzen die Schichten oder Plättchen eine Dicke im Bereich von etwa 0,05 mm bis etwa 0,25 mm, während die Pseudoleiter
eine Dicke von etwa 0,007 bis etwa 0,04 mm aufweisen. Hieraus ist zu erkennen, daß relativ dünne Strukturen viele
Leiter enthalten können. Die Breite der Pseudoleiter und damit der Kanäle für das leitende Material kann ebenfalls beliebig variiert
werden. Jedoch besitzen diese Kanäle in im wesentlichen
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sämtlichen Fällen Querschnitte, die, verglichen mit dem Matrixkörper
klein sind und verlaufen im allgemeinen senkrecht zu der Richtung, in der der Körper am dünnsten ist. Wegen der relativen
Dünnheit der Kanäle, gegenüber ihrer Breite und Länge, können sie als planare Hohlräume angesehen werden.
Wie bereits erwähnt, sind verschiedene Abänderungen und/oder
Modifizierungen des in den Beispielen 1 und 2 angegebenen Verfahren
möglich. Zum Beispiel kann man statt eine Schicht aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden Material auf kleinen
gebundenen Reramikplättchen, wie den in Beispiel 1 verwendeten, nach dem Siebdruckverfahren aufzudrucken, kleine Plättchen aus.
einem geeigneten, vorgebildeten, in der Hitze zersetzbaren Kunststoff ilm geeigneter Größe und Form, der ein feines brennbares
Material enthält, in geeigneter Weise zwischen die Plättchen einbringen, wenn ein Plättchenstapel aufgebaut wird. Andererseits
können die Schichten aus dem sich in der Hitze verflüchtigenden Material gewünschtenfalls auch durch Aufmalen oder Aufsprühen
aufgebracht werden. Als weiteres Alternativverfahren kann eine aus dem sich in der Hitze verflüchtigenden Material
bestehende Schicht in geeigneter Weiöe auf beiden Seiten eines Plättchens aus einem gebundenen dielektrischen oder isolierenden
Keramikmaterial aufgetragen werden, so. daß es nicht erforderlich ist, beim Aufstapeln der Plättchen solche Schichten
auf die Plättchen oberhalb und unterhalb dieser Schicht aufzubringen. Um den dünnen Chips einen physikalischen Schutz
zu verleihen und ihre Bruchbeständigkeit zu erhöhen, können ein oder mehrere Extraplättchen ohne Schichten oder Abscheidungen
aus dem sich in der Hitze verflüchtigenden Material in den gebildeten Stapel eingebaut werden. Obwohl bei der Bildung
der mehrschichtigen Schaltkreisstrukturen die Leitermuster im allgemeinen in den verschiedenen Ebenen unterschiedlich
seJ.n können und üblicherweise auch sind, ist es im allgemeinen
erwünscht, daß bei den erfindungsgemäß hergestellten .Kondensatoren
sämtliche inneren Elektroden im wesentlichen die gleiche Größe und Form aufweisen. Diese Einheitlichkeit erleichtert
die Produktion und hilft sicherstellen, daß die erhaltenen Pro-
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- 24 dukte eine einheitliche Kapazität besitzen.
Es versteht sich, daß die Zusammensetzungen in einem weiten
Bereich verändert werden können, die zur Bildung der diej.ektrischen
oder isolierenden Plättchen und der Pseudoleiter verwendet werden, die bei der erfindungsgemäßen Bildung der Keramikmatrices
eingesetzt werden. Weiter oben sind bereits eine Reihe von geeigneten Keramikmaterialien angegeben. Ebenso ist eine
groiBe Anzahl von Medien oder Trägermaterialien vorhanden, die
als sich in der Hitze verflüchtigende Bindematerialien für diese Keramikmaterialien eingesetzt werden können. Viele Produkte
dieser Art sind im Handel erhältlich oder können ohne weiteres von dem Fachmann hergestellt werden. Im wesentlichen besteht
der Zweck dieser Medien und Trägermaterialien darin, die zur Bildung der Plättchen und/oder Schichten verwendeten Teilchen
2u suspendieren und dispergieren und ein temporäres, sich
in der Hitze verflüchtigendes Bindemittel dafür während der Herstellung der Plättchen und/oder Schichten und der Herstellung
der ungebrannten Keramikkörper aus einer Vielzahl von solchen Plättchen und Schichten zu stellen. Aus den
gesinterten Keramikkörpern ist das temporäre Bindemittel verschwunden. Demzufolge wird das Medium und/oder das Trägermittel
insbesondere im Hinblick auf die Zugänglichkeit und die Bequemlichkeit ausgewählt.
Da der Zweck der pseudoleitenden Schicht darin besteht, eine Stütze für die keramikhaitigen Plättchen oder Schichten su
bilden oder diese zu trennen, bis sie selbsttragend sind, so daß die gewünschten Hohlräume oder Kanäle nach dem zur Beseitigung
der sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien durchgeführten Heizzyklus in den gesinterten Matrices zurückbleiben,
sollten die Pseudoleiter die temporär gebundenen Keramikblätter oder Plättchen nicht in nachteiliger Weise angreifen und sollten
so lange vorhanden bleiben, bis die Plastizität der Blätter oder Plättchen in einem solchen Ausmaß abgenommen hat, daß die Blätter
oder Plättchen steif sind und sich nicht verformen oder
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durchhangen, wodurch die Hohlräume oder Kanäle verschlossen werden
könnten. Wenn das zum Aufdrucken der Pseudoleiter verwendete filmbildende Material diesem Erfordernis nicht entspricht, ist
es notwendig, ein teilchenförmiges, sich in der Hitze verflüchtigendes
Material, das diesen Erfordernissen entspricht, zuzusetzen", wobei eine solche Menge dieses Materials zu der
pseudoleitenden Zusammensetzung zugesetzt wird, daß sich das gewünschte Ergebnis einstellt. Bei der Auswahl eines solchen
teilchenförmigen, sich in der Hitze verflüchtigenden Materials, ist es jedoch von Bedeutung, jene Materialien zu vermeiden,
die beim Verbrennen merkliche Mengen Asche hinterlassen, die Elemente enthält, die für die dielektrische oder isolierende
Zusammensetzung in den Keramikplättchen oder -schichten schädlich sind» Im allgemeinen sind für diesen Zweck feine Teilchen
aus Kohlenstoff oder einem verkohlbaren Material, wie beispielsweise Stärke oder Cellulose, geeignet. Unter der großen
Anzahl von sich in der Hitze verflüchtigenden, fumbildenden
Materialien, die zusammen mit derartigen teilchenförmigen Materialien zur Bildung der sich in der Hitze verflüchtigenden Schichten
oder Abscheidungen eingesetzt werden können, sind insbesondere zu erwähnen Äthylcellulose, Acryloidharze und Polyvinylalkohol.
Ein für das filmbildende Material geeignetes Lösungsmittel wird in einer solchen Menge verwendet, daß die Zusammensetzung
die gewünschte Viskosität annimmt.
Wie bereits erwähnt, können in gewissen Fällen die Hohlräume oder Kanäle zwischen den Keramikschichten durch die Verwendung
vorgebildeter, sich in der Hitze verflüchtigender Filme gebildet werden, wozu man einen dünnen Harzfilm verwenden kann, der
beispielsweise feine Kohlenstoffteilchen enthält. Für diesen
Zweck kann man auch eine dünne Abscheidung aus einer Mischung aus feinem, körnigem, brennbarem Material, wie Kohlenstoff, die
kein Bindemittel enthält, verwenden und die mit dem gewünschten Muster auf den Keramikplättchen oder -blättern aufgebracht ist.
Der hierin verwendete Ausdruck "sich in der Hitze verflüchtigendes"
Material umfaßt ein Material, das sich unter den angegebenen
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Verfahrensbedingungen verflüchtigt oder vollständig, gegebenenfalls
im Rahmen einer Oxidation, zu sich verflüchtxgenden !Produkten umgewandelt wird.
Wie bereits angegeben, ist das bei der Herstellung der Kondensatoren
zur Bildung der inneren Elektroden in die dünnen Hohlräume oder zur Bildung der Leiter in den Schaltkreisstrukturen
in die Kanäle eingeführte leitende Material vorzugsweise, ein Metall. Dieser Ausdruck umfaßt die reinen Metalle und auch Legierungen
und kann in gewissen Fällen auch Halbmetalle oder Metalloide, z. B. Germanium, einschließen. Geeignete Metalle
umfassen Blei, Zinn, Zink, Aluminium, Silber und Kupfer. Das verwendete Metall sollte einen Schmelzpunkt haben, der niecbriger
liegt als die beim Sintern der Keramik der Matrix verwendete maximale Temperatur und sollte auch nicht in schädlicher Weise
mit den Bestandteilen der Matrix reagieren.
Der hierin verwendete Ausdruck "dicht" bedeutet, daß das Material im wesentlichen kein Wasser absorbiert, wenn es in Wasser
eingetaucht wird. Das Wort "dünn" ist ein relativer Begriff, der im Hinblick auf beispielsweise die Keramikschichten für
eine Dicke im Bereich von 0,5 mm oder weniger steht. Solche Schichten können jedoch für bestimmte Zwecke dicker sein.
Die Ausdrücke "oberer", "unterer", "Oberseite", "Unterseite", "rechts", "links", "oberhalb", "unterhalb" und ähnliche Ausdrücke
der Anordnung und/oder Richtung, wie sie hierin in bezug auf die beigefügten Zeichnungen verwendet wurden, dienen nur der
Erleichterung des Verständnisses und sollen in keiner Weise eine Beschränkung der Erfindung herbeiführen.
In der obigen Beschreibung und den folgenden Ansprüchen sind alle Teile und Prozentteile auf das Gewicht bezogen.
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Claims (12)
1. Kondensator,gekennzeichnet durch eine
Vielzahl von übereinanderliegenden dielektrischen Schichten und Metallagen, wobei die Schichten aus dichtem, gesintertem
Keramikmaterial bestehen und über eine Vielzahl von Randbereichen integral miteinander verbunden sind und wobei
mindestens eine der Metallagen zwischen einem benachbarten Paar der Schichten vorliegt und das Metall der Zwischenlage
einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger liegt als die beim Sintern des dielektrischen Keramikmaterials verwendete
maximale Temperatur; und elektrische Verbindungen zwischen den Metallagen.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch geke.nnz
e i c h ne t, daß die Metallzwischenlage dünner ist als mindestens eine der benachbarten Schichten.
3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß er eine Vielzahl von Metallzwischenlagen auf weist, die getrennt und zwischen zwei der genannten übereinanderliegenden
dielektrischen Schichten vorliegen, wobei alternierend angeordnete Metallagen elektrisch miteinander verbunden
sind.
— 2 —
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-· «.OOAtO
4. Kondensator nach Anspruch a, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallzwischenlagen im wesentlichen kontinuierlich und ununterbrochen sind. ·
5. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Flächen der Metallzwischenlagen im wesentlichen gleich groß sind.
6. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens einige der Metallzwischenlage!! dünner sind als mindestens eine der daran angrenzenden
Schichten.
7. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei der Metallzwischenlagen auf unterschiedlichen Seiten des Kondensators frei zutageliegen.
8. Verfahren zur Herstellung des Kondensators nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Vielzahl von dünnen Plättchen aus einer fein verteilten Keramikzusammensetzung, die mit einem sich
in der Hitze verflüchtigenden Bindemittel gebunden ist und beim Brennen auf Sintertemperaturen eine dichte, dielektrische
Schicht bildet, herstellt; einen verfestigten Stapel bildet, der aus einer Vielzahl der Plättchen besteht, wobei zwischen
mindestens zwei der Plättchen eine dünne Schicht eingeschoben ist, die aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden Material
besteht und eine geringere Fläche aufweist, als die daran angrenzenden Plättchen, wobei die Plättchen derart angeordnet
sind, daß der überwiegende Anteil der Ränder der an die Schicht angrenzenden Plättchen miteinander in Berührung
steht und die Schicht sich bis zu einem Randbereich des verfestigten Stapels erstreckt; den verfestigten Stapel unter
geeigneten Bedingungen bei Temperaturen brennt, die so hoch liegen, daß die sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien
entfernt und die Keramikzusammensetzung gesintert werden, wo-
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. ns ■
durch ein einheitlicher, gesinterter Keramikkörper gebildet wird, der eine Vielzahl dünner Schichten aus dichtem dielektrischem
Material aufweist, wobei wesentliche Bereiche der gegenüberliegenden Oberflächen von mindestens zwei der Schichten
voneinander getrennt sind und einen dazwischenliegenden, im wesentlichen ununterbrochenen Hohlraum bilden, und wobei
die getrennten Schichten lediglich über ihre Randbereiche miteinander verbunden sind und eine in den Hohlraum führende
man
Öffnung aufweisen/ und/über die genannte Öffnung ein leitendes Material in den,dünnen Hohlraum einführt.
Öffnung aufweisen/ und/über die genannte Öffnung ein leitendes Material in den,dünnen Hohlraum einführt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vielzahl zwischen einem Paar benachbarter Plättchen liegender dünner Schichten gebildet wird,
die eine kleinere Fläche aufweisen als die daran angrenzenden Plättchen, wobei die Plättchen so angeordnet sind, daß der
überwiegende Anteil der Ränder der an die Schichten angrenzenden Plättchen einander berührt und aufeinanderfolgende
Schichten sich bis zu unterschiedlichen Randbereichen des verfestigten Stapels hin erstrecken, wodurch beim Sintern ein
einheitlicher, gesinterter Keramikkörper gebildet wird, der eine Vielzahl dünner Schichten aus dichtem dielektrischem
Material umfaßt, die voneinander getrennt sind und dazwischen-.
liegende, im wesentlichen hindernisfreie Hohlräume ergeben, und wobei die Schichten lediglich über ihre Randbereiche mit-
man
einander verbunden sind, und/uber die an den Randbereichen vorhandenen
Öffnungen ein leitendes Material in die Hohlräume einführt.
10. Verfahren zur Herstellung des Kondensators nach den Ansprüchen
1 bis 7,dadurchgekennzeichnet, daß man eine Vielzahl von dünnen Blättern aus einer feinverteilten
Keramikzusammensetzung, die mit einem sich in der Hitze verflüchtigenden Bindemittel gebunden ist und zu einer
dichten, dielektrischen Schicht gesintert werden kann, herstellt; auf einer Vielzahl von Bereichen auf jedem der Blätter
der Vielzahl einen Überzug aufträgt, der aus einem sich in der
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Hitze verflüchtigenden Material besteht; einen Stapel bildet,
der eine Vielzahl der beschichteten Blätt.er aufweist, wobei mindestens gewisse der in Form einer Schicht aufgetragenen
Bereiche auf den beschichteten Blättern teilweise übereinander zu liegen kommen; den Stapel verfestigt? den verfestigten
Stapel unter geeigneten Bedingungen bei Temperaturen brennt, die so hoch liegen, daß die sich in der Hitze
verflüchtigenden Materialien entfernt und die Keramik.-zusammensetzung
zu einem monolithischen Block gesintert werden; den Block in kleinere Körper aufteilt, die jeweils
eine Vielzahl dünner Schichten aus dichtem dielektrischem Material aufweisen, wobei wesentliche Bereiche der benachbarten
Oberflächen einer Vielzahl der Schichten voneinander getrennt sind und dazwischenliegende, im wesentlichen
hindernisfreie Hohlräume bilden, wobei jeder der Hohlräume sich bis zu einem Randbereich des Körpers erstreckt und ein
davon verschiedener Hohlraum sich zu einem Randbereich einer
Ljnan Vielzahl verschiedener Randbereiche hin erstreckt; und\über
die an den Randbereichen vorhandenen öffnungen ein leitendes Material in die Hohlräume einführt.
11. Verfahren zur Herstellung des Kondensators nach den Ansprüchen
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Vielzahl von dünnen Blättern aus einer feinverteilten Keramikzusammensetzung, die mit einem sich in
der Hitze verflüchtigenden Bindemittel, gebunden ist, zu einer dichten dielektrischen Schicht gesintert werden kann,
herstellt; auf einer Vielzahl von Bereichen eines jeden Blattes der Vielzahl von Blättern einen Überzug aufträgt,
der aus einem sich in der Hitze-verflüchtigenden Material
besteht; einen Stapel bildet, der eine Vielzahl der beschichteten Blätter aufweist,.wobei mindestens gewisse der
beschichteten Bereiche auf den beschichteten Blättern teilweise übereinanderliegend den Stapel zu einem ungebrannten
Block verfestigt; den ungebrannten Block durch vertikale Schnitte zu einer Vielzahl von kleinen Körpern oder Chips
zerteilt, bei denen mindestens einer der beschichteten
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Bereiche auf einem der Vielzahl der Randbereiche frei
zutageliegt; die Chips unter geeigneten Bedingungen bei Temperaturen brennt,die so hoch liegen, daß die sich in
der Hitze verflüchtigenden Materialien entfernt und die
Keramikzusammensetzung gesintert werden, wodurch einheitliche, gesinterte Keramikchips gebildet werden, von denen
jeder eine Vielzahl dünner Schichten aus dichtem, dielektrischem Material umfaßt, wobei wesentliche Bereiche der
einander gegenüberliegenden Oberflächen einer Vielzahl der Schichten in jedem Chip voneinander getrennt sind und
dazwischenliegende, im wesentlichen hindernisfreie Hohlräume bilden, die sich bis zu den Endbereichen des Chips
hin erstrecken, und wobei die getrennten Schichten lediglich über ihre Randbereiche miteinander verbunden sind; und man
über die an den Randbereichen vorhandenen Öffnungen ein leitendes Material in die Hohlräume einführt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da durch
gekennz eic hnet, daß man einen Keramikkörper, der eine· Vielzahl getrennter dielektrischer Schichten auf- weist,
die eine.Vielzahl dünner, im wesentlichen hindernisfreier Hohlräume zwischen wesentlichen Bereichen der daran
herstellt angrenzenden Oberflächen bilden^hind der Körper eine in
jeden der Hohlräume führende Öffnung aufweist und eine Vielzahl der Öffnungen in Randbereichen des Körpers vorliegen
und die benachbarten Öffnungen der Vielzahl von Öffnungen in unterschiedlichen Randbereichen vorliegen, und durch die
Öffnungen ein leitendes Material in die dünnen Hohlräume einführt,
13, Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch,
gekennz e i c h· η e t, daß man als leitendes Material
ein Metall verwendet.
Leerseite
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1978
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- 1978-01-02 SE SE7800026A patent/SE7800026L/xx unknown
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