DE2462008B2 - Mehrschichtige Schaltkreisstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Mehrschichtige Schaltkreisstruktur und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
- Publication number
- DE2462008B2 DE2462008B2 DE19742462008 DE2462008A DE2462008B2 DE 2462008 B2 DE2462008 B2 DE 2462008B2 DE 19742462008 DE19742462008 DE 19742462008 DE 2462008 A DE2462008 A DE 2462008A DE 2462008 B2 DE2462008 B2 DE 2462008B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- ceramic
- circuit structure
- heat
- conductors
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 82
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 53
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 44
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 39
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 24
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 18
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 12
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 10
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 8
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 2
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 description 2
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000704 biodegradable plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000003985 ceramic capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910052752 metalloid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002738 metalloids Chemical class 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000003763 resistance to breakage Effects 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- DKDQMLPMKQLBHQ-UHFFFAOYSA-N strontium;barium(2+);oxido(dioxo)niobium Chemical compound [Sr+2].[Ba+2].[O-][Nb](=O)=O.[O-][Nb](=O)=O.[O-][Nb](=O)=O.[O-][Nb](=O)=O DKDQMLPMKQLBHQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/30—Stacked capacitors
- H01G4/302—Stacked capacitors obtained by injection of metal in cavities formed in a ceramic body
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/101—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by casting or moulding of conductive material
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
- H05K3/4611—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards
- H05K3/4626—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials
- H05K3/4629—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials laminating inorganic sheets comprising printed circuits, e.g. green ceramic sheets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Ceramic Capacitors (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Schaltkreisstruktur mit einem relativ dünnen, einheitlichen
Körper aus einer gesinterten, elektrisch isolierenden Keramikzusammensetzung, der in einem Kanal vorbestimmter
Größe und Form, der sich bis zu mindestens einer Oberfläche des Körpers erstreckt, und, verglichen
mit dem Körper, eine kleine Querschnittsfläche aufweist, mindestens einen inneren elektrischen Leiier
umfaßt, wobei der Leiter aus einem Metall gebildet ist,
das einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger liegt, als
die beim Sintern der Keramikzusammensetzung angewandte maximale Temperatur; und Verfahren zu ihrer
Herstellung.
In ihrer einfachsten Form besteht eine keramische Schaltkreisstruktur aus einem Paar relativ dünner
Plättchen der gewünschten Form und Größe, die man durch Brennen einer elektrisch isolierenden Keramikmasse
erhält, und die auf den gegenüberliegenden Oberflächen mit Elektroden versehen sind. In vielen
Fällen ist es jedoch erwünscht, eine Struktur zu verwenden, die eine Vielzahl derartiger Plättchen
aufweist zwischen denen elektrisch leitende Gebiete vorgesehen sind. Gemäß einem typischen bekannten
Verfahren zur Herstellung einer solchen Schaltkreisstruktur wird eine Elektroden-bildende Paste, die ein
Edelmetall, wie Platin oder Palladium, enthält, auf die obere Fläche eines kleinen, üblicherweise gegossenen,
dünnen Plättchens aus einer geeigneten, elektrisch isolierenden Keramikzusammensetzung, die mit Hilfe
eines organischen Bindemittels vorübergehend gebunden worden ist, aufgetragen. Dann werden zwei oder
mehrere der in dieser Weise mit der Elektrodenpaste beschichteten, kleinen Plättchen aufeinandergestapelt.
Der Stapel aus den mit der Paste beschichteten Plättchen wird dann in geeigneter Weise verfestigt und
erhitzt, um die organischen Bindemittel der Keramikplättchen und der Elektroden-bildenden Paste auszutreiben
oder zu zersetzen und die isolierende Masse zu einem einheitlichen, vielschichtigen Körper zusammenzusintern.
Die frei zutageliegenden Elektroden werden dann in üblicher Weise mit einer Abschlußelektrode
elektrisch verbunden.
Wegen der Notwendigkeit, bei dem genannten Verfahren innere Elektroden aus Edelmetall zu
verwenden, sind solche Schaltkreisstrukturen kostspielig. Billigere Silberelektroden, wie sie häufig für andere
Strukturen verwendet werden, sind im allgemeinen für monolithische Schaltkreisstrukturen nicht geeignet, da
das in Form einer Elektrodenpaste aulgetragene Silber während des Brennens zur Herstellung der Keramik
hohen Temperaturen ausgesetzt und hierdurch geschädigt wird. Demzufolge besteht ein Bedürfnis für
monolithische Schaltkreisstrukturen, bei denen es nicht erforderlich ist, Edelmetalle oder sehr kostspielige
Metalle zur Bildung der Leiterbahnen zu verwenden.
In der US-PS 36 79 950 sind Keramikkondensatoren beschrieben, die bei ihrer Herstellung nicht die
Verwendung von Edelmetallen erforderlich machen. Zu ihrer Herstellung ist in diesem Patent eine Reihe von
Maßnahme angegeben, die die Bildung gesinterter Keramikmatrices, die abwechselnd Schichten aus
dichtem, elektrisch isolierendem Material und Gebiete aus porösem Keramikmaterial aufweisen, und das
anschließende Abscheiden eines leitenden Materials in der porösen Schicht umfassen, wozu man billige Metalle
verwenden kann. Obwohl sehr zufriedenstellende, relativ preisgünstige Schaltkreisstrukturen nach den in
der genannten Patentschrift angegebenen Verfahrensweise hergestellt worden sind, hat es sich in gewissen
Fällen als problematisch erwiesen, die Kontinuität des
Metalls in den innenliegenden Elektroden aufrechtzuerhalten. Weiterhin ist es erwünscht, den Elektrodenwiderstand
insbesondere dann so niedrig wie möglich zu haken, wenn Schaltkreisstrukturen gebildet werden
sollen, die bei hohen Frequenzen benützt werden.
Aus der DE-AS 13 01378 ist ςΐη Verfahren zur
Herstellung vielschichtiger, elektrischer Schaltungselemente auf keramischer Basis bekannt, das darin besteht,
daß man einen Keramikblock mit einem metallisch ausgekleideten Kapillarsystem entsprechend dem ange- ι ο
strebten Leitungssystem herstellt und dann das Kapillarsystem mit geschmolzenem Metall ausfüllt Zur
Herstellung des Keramikblockes werden ungebrannte Keramiklamellen, die entsprechend dem angestrebten
Kapillarsystem durchbrochen sind und in den Durchbrüchen und auf ihren Flächen mit einer metallischen Paste
bestrichen sind, zu einem Block gestapelt erhitzt und zu einem Keramikblock zusammengesintert. Anschließend
wird das metallisierte Kapillarsystem mit einem geschmolzenen Metall ausgefüllt. Somit ist der wesentliehe
Gedanke dieses Standes der Technik darin zu sehen, daß kapillarartige Hohlräume in dem Keramikblock
ausgebildet werden, deren Oberflächen mit einem das spätere Einführen des Leitermetalls begünstigenden
Metall beschichtet sind. Es sind somit zwei verschiedenartige Metalle notwendig, wobei zur Ausbildung der
Metallschicht an der Oberfläche der Kapillaren Metalle verwendet werden müssen, die das Brennen des
Keramikblockes unbeschädigt überstehen. Hierzu werden nach diesem Stand der Technik überwiegend so
hitzefeste und kostspielige Metalle, wie Molybdän, Mangan, Wolfram, Titan, Tantal, Zirkonium, Eisen, Niob
und Lithium verwendet. Die Eignung von Eisen und Lithium erscheint jedoch fraglich, zumal auch sämtliche
Beispiele nur Molybdän verwenden. Aufgrund dieser i>
kostspieligen Herstellungsweise sind auch diese vorbekannten Keramikschaltkreisstrukturen nicht zufriedenstellend.
Den aus den obigen Druckschriften bekannten Schpltkreisstrukturen ist nun der gemeinsame Nachteil -to
eigen, daß die Keramikmatrices vor dem Einführen der Leitermetalle nur eine unzureichende Festigkeit insbesondere
im Bereich der Kapillarhohlräume aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine mehrschichtige Schaltkreisstruktur, die hinsichtlich der ^">
Kontinuität und des geringen Widerstandes der in den Kapillarhohlräumen vorhandenen Elektroden verbessert
ist und dessen Keramikmatrix vor dem Imprägnieren mit dem Leitermetall eine angemessene Festigkeit
besitzt, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung ><
> anzugeben, das weniger aufwendig ist als die vorbekannten Verfahren und eine im wesentlichen ungestörte
Einführung der Leitermetalle ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße mehrschichtige Schaltkreisstruktur mit einem relativ 5i
dünnen, einheitlichen Körper aus einer gesinterten, elektrisch isolierenden Keramikzusammensetzung, die
in einem Kanal vorbestimmter Größe und Form, der sich bis zu mindestens einer Oberfläche des Körpers
erstreckt und, verglichen mit dem Körper, eine kleine ■·■
Querschnittsfläche aufweist, mindestens einen inneren elektrischen Leiter umfaßt, wobei der Leiter aus einem
Metall gebildet ist, das einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger liegt, als die beim Sintern der Keramikzusammensetzung
angewandte maximale Temperatur, gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kanal im
Inneren mit einer oder mehreren diskreten Säulen aus Keramik oder einem Metall mit hohem Schmelzpunkt
versehen ist, die sich zwischen der Oberseite und der
Unterseite des Kanals erstrecken und diese berühren, und wobei, wenn eine Vielzahl dieser Säulen vorhanden
ist, diese Säulen voneinander getrennt angeordnet sind und nicht mehr als 40 VoL-%, vorzugsweise nicht mshr
als 10 VoL-% des Volumens des Kanals ausmachen.
Aufgrund des Aufbaus der Kanäle oder Hohlräume der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Schaltkreisstruktur
ist es möglich, ohne weiteres ein leitendes Material, wie ein Metall, in die Hohlräume der Matrix
einzuführen und damit einen Körper zu bilden, der abwechselnd ununterbrochene, leitende Schichten und
elektrisch isolierende Keramikschichten aufweist. Die inneren Elektroden der erhaltenen Strukturen besitzen
einen geringen Widerstand, da die Hohlräume zwischen den elektrisch isolierenden Schichten nur in geringem
Umfang Hindernisse enthalten.
Zur Herstellung der mehrschichtigen Schaltkreisstrukturen werden Pseudoleiter verwendet, die im
wesentlichen aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden Material gebildet sind, das beim Brennen der
Keramik entfernt wird, wodurch Hohlräume oder Kanäle gebildet werden, in die das leitende Material
eingeführt wird. Die Form, Größe und Anordnung der Leiter und/oder Elektroden entsprechen im wesentlichen
denen der pseudoleitenden Elektroden oder Leitungen in dem ungebrannten Körper, die sie
ersetzen.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung der mehrschichtigen Schaltkreisstruktur,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen verfestigten Stapel herstellt, der eine Vielzahl relativ
dünner Blätter aus einem feinverteilten Keramikmaterial, das mit einem sich in der Hitze verflüchtigenden
Bindemittel gebunden ist, umfaßt, wobei eine Vielzahl der Blätter ein vorbestimmtes Muster trägt, das mit
einer Zusammensetzung gebildet ist, die aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden Material und einer
geringeren Menge keramischer und/oder metallischer Körnchen solcher Größe, daß sie sich im wesentlichen
über die gesamte Dicke des Musters hinweg erstrecken, besteht; erhitzt den verfestigten Stapel, um das sich in
der Hitze verflüchtigende Material zu entfernen und eine gesinterte Keramikmatrix zu bilden, in der im
wesentlichen dünne, leere, den Mustern entsprechende Kanäle vorhanden sind, die lediglich durch die
Körnchen unterbrochen werden; und führt in die Kanäle
ein leitendes Material ein.
Einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß bildet man einen relativ
dünnen, einheitlichen Körper aus einer gesinterten, elektrisch isolierenden Keramikzusammensetzung, der
mindestens einen inneren Kanal vorbestimmter Größe und Form aufweist, der sich bis zu einer Oberfläche des
Körpers erstreckt, wobei der Kanal lediglich durch eine oder mehrere diskrete Säulen unterbrochen wird, die
sich zwischen der Unterseite und der Oberseite des Kanals befinden und diese berühren, wobei im
wesentlichen sämtliche Säulen, wenn davon eine Vielzahl vorhanden ist, voneinander getrennt sind und
nicht mehr als 40 Vol.-%, vorzugsweise nicht mehr als 10 Vol.-% des Volumens des Kanals ausmachen, und
wobei der Kanal eine Querschnittsfläche aufweist, die, verglichen mit der des Körpers, relativ klein ist; und
führt in den im Inneren vorhandenen Kanal ein leitendes Material ein.
Die Mehrschichtschaltkreisstrukturen werden somit dadurch hergestellt, daß man
1. auf einem oder mehreren dünnen Blättern oder Plättchen aus einem geeigneten, fein verteilten
Keramikmaterial, das mit einem sich in der Hitze verflüchtigenden Bindemittel verbunden ist, Überzüge
aufträgt, die dünne, ausgewählte Muster aus pseudoleitendem Material umfassen, das im wesentlichen
aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden Material, einem oder mehreren Keramikkörnchen
oder Metallkörnchen und einem sich in der Hitze verflüchtigenden Bindemittel besteht;
2. einen verfestigten Stapel aus zwei oder mehreren beschichteten Blättern oder Plättchen bildet;
3. den erhaltenen Körper zum Entfernen der sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien und zum
Sintern des Keramikmaterials zu einem monolithischen Körper brennt, der dünne Kanäle, Hohlräume
oder offene Zwischenräume aufweist, die lediglich durch eine oder mehrere diskrete
Keramik- oder Metall-Säulen bzw. Stützen unterbrochen sind, von denen im wesentlichen sämtliche,
wenn hiervon eine Vielzahl vorhanden ist, einzeln bzw. diskret und voneinander getrennt angeordnet
sind, und nicht mehr als 40 Vol.-%, vorzugsweise nicht mehr als 10Vol.-% des Volumens der
Hohlräume oder Kanäle ausmachen;
4. ein leitendes Material, vorzugsweise Metall, in die erhaltenen Hohlräume oder Kanäle einführt; und
5. die gebildeten leitenden Gebiete in geeigneter Weise elektrisch verbindet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine vergrößerte Schnittansicht einer erfindungsgemäßen mehrschichtigen Schaltkreisstruktur,
Fig. 2 in Explosionsdarstellung die verschiedenen Keramikplättchen, die zur Bildung der in der Fig. 1
dargestellten Struktur verwendet werden, und die mit Pseudoleitern versehen sind,
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines gebundenen, zusammengesetzten Keramikkörnchens, das für die
Durchführung der Erfindung geeignet ist,
F i g. 4 in stark vergrößerter Form eine Teildraufsicht eines gebundenen Blattes oder Plättchens aus einer
elektrisch isolierenden Keramikzusammensetzung, auf dem eine ein Muster bildende Schicht aus einem sich in
der Hitze verflüchtigenden Material aufgetragen ist, das für die Anwendung gemäß einer Abänderung des
erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, und
F i g. 5 eine stark vergrößerte Teilschnittansicht einer gesinterten Keramikmatrix, die aus einer Vielzahl der in
der F i g. 4 dargestellten Blätter bzw. Plättchen gebildet worden ist.
Es ist erkennbar, daß in den Zeichnungen gewisse relative Abmessungen übertrieben wiedergegeben sind.
Es versteht sich, daß man eine Mehrzahl bekannter, keramischer, elektrisch isolierender Materialien zur
Bildung der elektrisch isolierenden Schichten verwenden kann. Beispielsweise kann man T1O2, Glas, Steatit
und Bariumstrontiumniobat als auch Banumtitanat als solches, verwenden, wobei in an sich bekannter Weise
die Brennbedingungen u. dgl. verändert werden, um ein befriedigendes Sintern zu erreichen.
Es versteht sich ferner, daß die Zusammensetzung der erfindungsgemäß gebildeten, Körnchen enthaltenden
Gebiete verändert werden kann. Die Körnchen können aus einem geeigneten Keramikmaterial oder aus einem
hochschmelzenden, oxidationsbeständigen Metall, wie Palladium, Platin, Gold und Legierungen davon, gebildet
werden. Keramikmaterialien, die zur Herstellung der Körnchen eingesetzt werden können, sind Aluminiumoxid,
Zirkondioxid und Bariumtitanat. Da es jedoch im allgemeinen von Bedeutung ist, eine Reaktion zwischen
den Körnchen und dem elektrisch isolierenden Kera- -, mikmaterial zu verhindern, da hierdurch die elsktrischen
Eigenschaften des letzteren verändert werden könnten, sind Keramikmaterialien, die schmelzen oder
mit dem elektrisch isolierenden Material reagieren, nicht geeignet. In den meisten Fällen ist es bevorzugt,
in ein Material zu verwenden, das die gleiche Zusammensetzung
besitzt, wie das elektrisch isolierende Material. Wie oben bereits erwähnt, sollten die Körnchen eine
solche Größe aufweisen, daß sie sich im wesentlichen über die gesamte Dicke des Gebietes, in dem sie
-> verwendet werden, hinweg erstrecken. Die Anzahl oder
die Menge der in den Schichten vorhandenen Körnchen kann in breitem Maße variieren, in Abhängigkeit von
der Anzahl der Säulen, die in den Hohlräumen erwünscht sind, die ihrerseits durch die Entfernung des
sich in der Hitze verflüchtigenden Materials aus den Schichten ergeben. Sehr zufriedenstellende Ergebnisse
erzielt man, wenn man als Körnchen kleine, keramische Aggregate verwendet.
In der Fig. 3 ist in stark vergrößertem Maßstab ein
derartiges keramisches Aggregat vor dem Brennen dargestellt. Die Keramikteilchen 71 sind mit einem sich
in der Hitze verflüchtigenden Bindemittel 73 miteinander verbunden. Diese Aggregate können in einfacher
Weise beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß
üi man eine Mischung aus fein verteiltem, keramischem
elektrisch isolierendem Material, wie es für die isolierenden Plättchen verwendet wird, und einem
temporären Bindemittel, wie es für die Herstellung der elektrisch isolierenden Plättchen verwendet wird
si bereitet und die Mischung trocknen läßt. Dann werder
die Masse zerkleinert und die verbundenen Aggregate der gewünschten Größe durch Aussieben gewonnen
Diese Aggregate können unter geeigneten Bedingungen gebrannt werden, so daß die darin enthaltener
J" einzelnen Keramikteilchen zusammensintern. Es zeigi
sich jedoch, daß, wenn man ungebrannte Aggregate dei beschriebenen Art als Körnchen verwendet, das Sinterr
der Keramikteilchen in den Aggregaten gleichzeitig mil dem Sintern der dielektrischen Schichten erfolgt, wobei
■!'ι sich kaum Probleme dadurch ergeben, daß durch die
Verwendung unterschiedlicher Materialien ein ungleichmäßiges Schrumpfen erfolgt. Ob die Aggregate
nun in gebranntem oder nicht gebranntem Zustand vorliegen, besteht jedoch keine Gefahr einer schädli-
Ί" chen Reaktion zwischen den Körnchen und dem
dielektrischen Material. Da die Art des temporären, sich in der Hitze verflüchtigenden Bindemittels, das zur
Bildung der genannten Aggregate verwendet wird, nicht
besonders kritisch ist, obwohl es nicht in dem
3Ί Lösungsmittel löslich sein sollte, das zum Abscheiden
der pseudoleitenden Schichten verwendet wird, kann eine Reihe von geeigneten Materialien verwendet
werden, zum Beispiel jene, die für die Bildung der elektrisch isolierenden Keramikplättchen verwendet
"" werden.
Das Brennen der ungebrannten Keramikblöcke Einheiten oder Chips, durch das diese zu einheitlichen
oder monolithischen Körpern gesintert werden, wird vorzugsweise in einer oxidierenden Atmosphäre, wie
Luft, in einem Ofen durchgeführt Vorzugsweise verwendet man einen elektrischen Tunnelofen, obwohl
man auch andere Öfen oder Heizeinrichtungen einsetzen kann. Die Temperatur und die Brennzeil
hängen von den verwendeten Keramikzusammensetzungen ab. Wie oben bereits erwähnt, sind die Fachleute
mit solchen Einzelheiten und der Tatsache vertraut, daß im allgemeinen die notwendige Sinterzeit der Temperatur
umgekehrt proportional ist. Der hierin verwendete Ausdruck »Sinlertemperatur« steht für die Temperatur,
die dazu erforderlich ist, die gewünschten Keramikeigenschaften des Körpers oder der Körper zu erreichen.
Wie oben erwähnt, ist zur Entfernung des temporären Bindemittels, das in den Plättchen und in den
kömchenhaltigen Schichten verwendet wird, eine längere Heizdauer bei relativ niedrigen Temperaturen
bevorzugt. Die Entfernung der sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien sollte vorzugsweise so
langsam erfolgen, daß die Ausdehnung der bei der Zersetzung oder Verflüchtigung dieser Produkte gebildeten
Gase nicht zu einem Bruch der Körper führt.
In der allgemeinen Beschreibung sind die Plättchen aus dem isolierenden Material, die Körnchen enthaltenden,
sich in der Hitze zersetzenden Abscheidungen sowie die damit hergestellten mehrschichtigen Schaltkreisstrukturen
als rechteckig angegeben. Die Erfindung umfaßt jedoch auch Schaltkreisstrukturen anderer
Form.
In der Fig. 1 ist eine typische keramische, mehrschichtige
Schaltkreisstruktur 81 wiedergegeben, wie sie für integrierte Hybridschaltkreise verwendet wird.
Die Struktur oder der Körper 81 umfaßt eine Keramikmatrix 83 und mehrere Leiter 85, die sich in
und/oder durch die Matrix erstrecken. Die Dicke sowohl der Leiter als auch der Matrix ist in der Fig. 1
aus Gründen der Übersichtlichkeit übertrieben dargestellt. Bislang sind solche Strukturen mit einem
kostspieligen Verfahren hergestellt worden, das normalerweise darin besteht, daß man auf einer Vielzahl
von temporär gebundenen Plättchen der gewünschter Dicke aus einem elektrisch isolierenden Keramikmaterial,
wie feinem Aluminiumoxidpulver, mit dem Siebdruckverfahren eine metallische, Elektroden bildende
Paste, die ein Edelmetall wie Palladium oder Platin enthält, mit dem gewünschten Muster aufbringt, die
verschiedenen bedruckten Plättchen und ein oder mehrere unbedruckte, die Oberseite und die Unterseite
bildende Plättchen, aufeinanderstapelt und verfestigt und den verfestigten Stapel zu einem einheitlichen
Körper zusammensintert.
Wie oben bereits erwähnt, können solche keramischen, mehrschichtigen Schaltkreisstrukturen unter
Anwendung von Verfahrensweisen hergestellt werden, die ähnlich jenen sind, die hierin angegeben sind,
wodurch die Notwendigkeit entfällt, kostspielige Edelmetalle als Leiter zu verwenden. Die Herstellung einer
in der F i g. 1 dargestellten Struktur unter Anwendung der erfindungsgemäßen Technik sei im folgenden unter
Bezugnahme auf die Fig.2 beschrieben. Es versteht
sich, daß das beschriebene Verfahren nur ein Beispiel darstellt und auch andere Verfahrensweisen angewandt
werden können, gemäß denen z.B. Keramikblöcke gebildet werden, die dann zu einzelnen Schaltkreisstrukturkörpern
zerschnitten werden können.
Man formt die in der Fig.2 dargestellten Plättchen
oder Blätter A, B und C mit der gewünschten Größe, Form und Dicke durch Vergießen, Formen oder
ähnliche Behandlung einer gewünschten, elektrisch isolierenden Keramikzusammensetzung, zum Beispiel
fein verteiltem Aluminiumoxid, wobei man ein sich in der Hitze verflüchtigendes Material, wie ein Harz,
Äthylcellulose etc. als temporäres Bindemittel dafür verwendet. Dann werden mit dem Siebdruckverfahren
und unter Anwendung einer hierfür geeigneten Druckmasse oder Druckfarbe, die im wesentlichen aus
einem sich in der Hitze verflüchtigenden Material besteht, in dem eine geeignete, relativ kleine Menge von
Keramik- oder Metall-Körnchen enthalten ist, auf die Plättchen oder Blätter B und C Pseudoleiter 87
aufgedruckt, die den Wegen der gewünschten Leiter 85 in der in der Fig. 1 dargestellten Struktur folgen. Es
versteht sich, daß die Muster der dargestellten Pseudoleiter 87 nur beispielhaft sind und für beliebige
Anordnungen angewandt werden können. Die bedruckten Plättchen werden aufeinandergestapelt und mit
einem oder mehreren unbedruckten Deckplättchen bedeckt, wonach der Stapel in geeigneter Weise
verfestigt und erhitzt wird, um die sich in d(_r Hitze
verflüchtigenden Materialien zu entfernen und das in den Plättchen enthaltene Keramikmaterial zu einem
einheitlichen Körper zusammenzusintern. Das Verfestigen kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß
man während etwa einer Minute bei einer Temperatur von 85° C einen Druck von etwa 104 kg/cm2 auf den
Stapel ausübt. Die durch das Brennen gebildete einheitliche oder monolithische Matrix umfaßt einen
dichten Körper aus der isolierenden Keramikzusammenselzung, in dem Hohlräume oder Kanäle vorhanden
sind, die lediglich durch diskrete Säulen 86 unterbrochen sind, die im wesentlichen voneinander getrennt sind,
jeder der Kanäle steht mit mindestens einem Bereich einer Fläche, zum Beispiel einer Seitenfläche, des
Körpers in Kontakt. Dann werden Leiter gebildet, die in die und durch die Körper führen, indem man in die
Kanäle ein geeignetes leitendes Material, vorzugsweise ein Metall, einführt.
Die in dieser Weise gebildete Matrix weist eine bestimmte Anzahl dünner Kanäle zwischen zwei
aneinander angrenzenden Schichten aus nicht leitendem Keramikmaterial auf. Die nicht gebrannten Körper
enthalten Schichten aus nicht leitendem Keramikmaterial, das mit einem sich in der Hitze verflüchtigenden,
temporären Bindemittel verbunden ist, zwischen drnen Abscheidungen oder Schichten aus einem Körnchen
enthaltenden, sich in der Hitze verflüchtigenden Material vorhanden sind, die als Pseudoleiter dienen,
wobei die Matrices nach dem Sintern dichte, im wesentlichen parallel angeordnete Keramikschichten
mit dazwischenliegenden planaren Hohlräumen umfassen, die lediglich durch diskrete Säulen unterbrochen
sind, die im wesentlichen voneinander getrennt sind, und in die ein leitendes Material wie ein Metall eingeführt
werden kann. Wegen der Möglichkeit, unterschiedliche, sich in der Hitze verflüchtigende Materialien und
keramische Materialien für die Herstellung der Körper zu verwenden, werden auch die Heiz- und Sinter-Maßnahmen
andersgeartet sein. Der Fachmann ist jedoch in der Lage, zufriedenstellende Behandlungszeiten und
-temperaturen auszuwählen.
Es kann irgendein geeignetes Verfahren dazu verwendet werden, das leitende Material einzuführen. In
geeigneter Weise können an ausgewählten, freiliegenden Leitern oder Abschlußelektroden, wenn diese
verwendet werden, Leitungsdrähte befestigt werden, und es können auch an vorherbestimmten Stellen kleine
Bauteile, wie Transistoren, Dioden etc festgelötet werden, wobei die mit diesen Bauteilen verbundenen
Leitungsdrähte gewünschtenfalls über Löcher 89, die an den gewünschten Stellen in einer oder mehreren der
isolierenden Keramikschichten vorgesehen sind, mit
darunterliegenden Leitern 85 verbunden werden können. Diese Löcher können, wenn sie ein leitendes
Material enthalten, auch dazu dienen, die auf zwei oder mehreren übereinanderliegenden Schichten des Schaltkreisplättchens
vorliegender Leiter elektrisch miteinander zu verbinden.
Es versteht sich, daß bei der erfindungsgemäßen Herstellung von mehrschichtigen Schaltkreisstrukturen
eine beliebige Anzahl von Plättchen oder Blättern aus der temporär gebundenen, isolierenden Keramikzusammensetzung,
auf die das Muster der Pseudoleiter aufgedruckt oder in anderer Weise aufgetragen ist,
verwendet werden kann. Somit kann man Strukturen herstellen, die auf einer Anzahl unterschiedlicher Lagen
Leiter aufweisen. Die Dicke der Keramikplättchen und der pseudoleitenden Schichten können innerhalb eines
relativ weiten Bereiches variieren. Im allgemeinen besitzen die Plättchen jedoch eine Dicke im Bereich von
etwa 0,05 mm bis etwa 0,25 mm, während die Pseudoleiter eine Dicke im Bereich von etwa 0,007 bis etwa
0,04 mm aufweisen. Es ist zu ersehen, daß relativ dünne Strukturen daher eine Vielzahl von Leitern enthalten
können. Die Breite der Pseudoleiter und daher der Kanäle für das leitende Material kann beliebig
verändert werden. Jedoch besitzen diese Kanäle im wesentlichen in allen Fällen Querschnitte, die, verglichen
mit dem Matrixkörper, klein sind und verlaufen im allgemeinen senkrecht zu der Richtung, in der die
Struktur am dünnsten ist. Wegen der relativen Dünne der Kanäle, verglichen mit ihrer Breite und Länge,
können sie als planare Hohlräume angesehen werden.
Wie bereits angegeben, ist eine Reihe von Abänderungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
Zum Beispiel kann man statt eine Schicht aus dem sich in der Hitze verflüchtigenden Material und den
Keramik- oder Metall-Körnchen auf die kleinen, verbundenen Keramikplättchen aufzudrucken, kleine
Stückchen eines geeigneten, vorgebildeten, in der Hitze zersetzbaren Kunststoffilms geeigneter Größe und
Form, der dispergierte Metall- und/oder Keramik-Körnchen und ein feines, brennbares Material enthält, in
geeigneter Weise zwischen die Plättchen legen, wenn der Plättchenstapel aufgebaut wird. Weiterhin können
die Schichten aus dem körnchenhaltigen, sich in der Hitze verflüchtigenden Material gewünschtenfalls
durch Aufmalen oder Aufsprühen aufgetragen werden. Als weiteres Alternativverfahren kann auf beide Seiten
eines gebundenen, elektrisch isolierenden Keramikmaterials eine Schicht aus einem Körnchen enthaltenden,
sich in der Hitze verflüchtigenden Material aufgetragen werden, wodurch es überflüssig wird, solche Schichten
auf die in dem Stapel darüber- und darunterliegenden Plättchen aufzubringen. Um den dünnen Chips oder
Körnchen physikalische Festikeit zu verleihen und ihre Bruchbeständigkeit zu erhöhen, kann man den gebildeten
Stapel mit zwei Extrapiättchen oder Blättern versehen, die keine derartigen Schichten aufweisen.
Es ist erkennbar, daß die Zusammensetzungen zur Bildung der elektrisch isolierenden Plättchen oder
Blätter und der Pseudoleiter, die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Keramikmatrices verwendet werden,
in weiten Bereichen variiert werden können. Weiter oben ist daher bereits eine Vielzahl geeigneter
Keramikmaterialien angegeben. Es gibt auch eine große Vielzahl von geeigneten Medien oder Trägermaterialien,
die für diese Keramikmaterialien als sich in der Hitze verflüchtigende Bindemittel 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 zu suspendieren und zu dispergieren
und eine temporäre, sich in der Hitze verflüchtigendes Bindemittel zu bilden, während die
Plättchen und/oder Schichten daraus geformt und die ungebrannten Keramikkörper aus einer Vielzahl dieser
ίο Plättchen und Schichten aufgebaut werden. In den
gesinterten Keramikkörpern ist dieses temporäre Bindemittel nicht mehr enthalten. Demzufolge wählt
man das verwendete Medium und/oder Trägermaterial im wesentlichen aus Gründen der Bequemlichkeit und
der Zugänglichkeit aus.
Da der Zweck des sich in der Hitze verflüchtigenden Materials der pseudoleitenden Schichten darin besteht,
einen Träger für die keramikhaltigen Plättchen oder Schichten zu bilden oder diese zu trennen, bis sie selbst
tragend geworden sind, so daß nach dem zur Entfernung der sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien
angewandten Heizzyklus die gewünschten Hohlräume oder Kanäle in den gesinterten Matrices zurückbleiben,
sollten die Pseudoleiter die temporär gebundenen Keramikplättchen nicht in nachteiliger Weise beeinflussen
und sollten so lange vorhanden bleiben, bis die Plastizität der Plättchen so weit abgenommen hat, daß
sie steif geworden sind und sich nicht verformen oder durchhängen und in dieser Weise die Hohlräume oder
Kanäle verschließen. Wenn das zum Aufdrucken der Pseudoleiter verwendete filmbildende Material diesem
Erfordernis nicht entspricht, ist es notwendig, ein teilchenförmiges, sich in der Hitze verflüchtigendes
Material zuzusetzen, das das gewünschte Ergebnis liefert, wenn eine ausreichende Menge dieses Materials
zu der Pseudoleiter-Zusammensetzung zugesetzt wird.
Bei der Auswahl eines solchen teilchenförmigen, sich in der Hitze verflüchtigenden Materials ist es jedoch
von Bedeutung, jene Materialien zu vermeiden, die bei dem Verbrennen eine merkliche Menge Asche hinterlassen,
die Elemente enthält, welche für die in den Keramikplättchen oder -blättern verwendete elektrisch
isolierende Zusammensetzung schädlich sind. Im allgemeinen sind für diesen Zweck feine Teilchen aus
Kohlenstoff oder einem verkohlbaren Material, wie beispielsweise Stärke und Cellulose, geeignet. Bevorzugte
Vertreter der großen Anzahl von sich in der Hitze verflüchtigenden, filmbildenden Materialien, die zusammen
mit derartigen teilchenförmigen Materialien zur Bildung der sich in der Hitze verflüchtigenden Schichten
oder Abscheidungen verwendet werden können, sind Äthylcellulose, Acryloidharze und Polyvinylalkohol. Ein
geeignetes Lösungsmittel für das filmbildende Material wird in einer solchen Menge verwendet, daß die Masse
die gewünschte Viskosität erhält
Wie bereits erwähnt, können in gewissen Fällen die Säulen enthaltenden Hohlräume oder Kanäle zwischen
den Keramikschichten dadurch gebildet werden, daß man vorgebildete, sich in der Hitze verflüchtigende
Filme einsetzt, wozu man einen dünnen Film aus einem
geeigneten Harz verwendet, das beispielsweise Kohlenstoffteilchen und geeignete Körnchen aus Metall oder
Keramik enthält Für diesen Zweck ist ebenfalls eine dünne Abscheidung aus einer Mischung aus einem
feinen, körnigen, brennbaren Material, wie Kohlenstoff und geeigneten Körnchen aus Metall oder Keramik
geeignet, die kein Bindemittel enthält und in Form des gewünschten Musters oder der gewünschten Anord-
nung auf den Keramikplättchen abgeschieden wird. Das mit dem Ausdruck »sich in der Hitze verflüchtigende«
bezeichnete Material ist ein Material, das sich bei den angegebenen Verfahrensbedingungen als solches verflüchtigt
oder vollständig, gegebenenfalls im Rahmen einer Oxidation, zu sich verflüchtigenden Produkten
umgewandelt wird.
Es kann eine Reihe von Verfahrensweisen zusätzlich zu den oben beschriebenen dazu verwendet werden, die
Säulen auszubilden. Zum Beispiel kann man ein Zweistufendruckverfahren anwenden, gemäß dem man
mittels Siebdruck ein gewünschtes Gittermuster aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden Material auf
Plättchen aus feinem elektrisch isolierendem Material abscheidet, das mit einem sich in der Hitze verflüchtigenden
Material verbunden ist, wonach man Keramikkörnchen oder ein Keramikmaterial, das beim Sintern
Säulen bildet, in einem sich in der Hitze verflüchtigendes Trägermaterial dispergiert und auf die unbedeckten
Bereiche des Gittermusters aufträgt. Gewünschtenfalls kann das Verfahren in umgekehrter Reihenfolge
durchgeführt werden, so daß man zunächst die Keramik- oder Metall-Körnchen in Form eines
Gittermusters aufträgt und anschließend eine sich in der Hitze verflüchtigende Abscheidung, die keine derartigen
Körnchen enthält, aufdruckt.
Gemäß einer weiteren Abänderung können die Säulen nach einem dem eben beschriebenen Verfahren
ähnlichen Verfahren gebildet werden, mit dem Unterschied, daß man statt die vorgebildeten Körnchen in die
freien Bereiche des Gittermusters einzubringen, diese Bereiche mit einer Zusammensetzung versieht, in der
ein Material enthalten ist, das beim Sintern Säulen bildet. Zum Beispiel kann man eine herkömmliche Platin
oder Palladium enthaltende, elektrodenbildende Paste verwenden, die in Form kleiner Bereiche oder Flecken
mit der gewünschten Dicke aufgetragen wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Schicht aus
einem sich in der Hitze verflüchtigenden Material, beispielsweise nach dem Siebdruckverfahren, auf eine to
Vielzahl von Plättchen aus einem fein verteilten Keramikmaterml, das mit einem sich in der Hitze
verflüchtigenden Bindemittel verbunden ist, aufzubringen, wobei man einen oder mehrere, im Abstand
angeordnete Bereiche freiläßt, so daß in der Schicht « Löcher gebildet werden. Wenn eine Vielzahl von
Plättchen mit solchen Schichten zusammen verfestigt und gebrannt wird, um die sich in der Hitze
verflüchtigenden Materialien zu beseitigen und das Keramikmaterial zu sintern, verformen sich die so
oberhalb und/oder unterhalb der freigelassenen Bereiche oder Löcher vorhandenen Plättchen in dem Maße,
daß in den Löchern keramische Säulen gebildet werden. Nach Beendigung des Brennvorganges stehen diese
Säulen natürlich in dem Hohlraum, der sich durch das Verschwinden des die Schicht ausmachenden, sich in der
Hitze verflüchtigenden Materials gebildet hat
Die Fig.4 und 5 verdeutlichen in schematischer
Weise das zuletzt erwähnte Verfahren. Die F i g. 4 zeigt eine stark vergrößerte Teildraufsicht, in der zwei Blätter
91 aus fein verteiltem Keramikmaterial dargestellt sind, das mit einem geeigneten, sich in der Hitze verflüchtigenden
Bindemittel verbunden ist, und zwischen die eine Schicht 93 eingebracht ist, die aus einem sich in der
Hitze verflüchtigenden Material besteht In der Schicht 93 ist eine Vielzahl von in einem Abstand angeordneten
Löchern 95 vorgesehen. In der F i g. 5 ist eine noch stärker vergrößerte Teilschnittanischt längs der Linie
10-10der Fig.4 gezeigt. Es ist ein Teil des in der Fig.4
wiedergegebenen Körpers zu sehen, nachdem dieser, in der oben beschriebenen Weise verfestigt und gebrannt
worden ist, um die sich in der Hitze verflüchtigenden Materialien zu entfernen und das Keramikmaterial zu
sintern. Die Bezugsziffer 97 steht für eine in dem planaren Hohlraum 99 angeordneten Keramiksäule, die
durch eine Deformation der oberhalb und unterhalb des Loches 95 liegenden Keramikplättchen und ein
Eindringen des Keramikmaterials aus diesen Schichten gebildet worden ist. Es versteht sich, daß, obwohl in den
Fig.4 und 10 nur zwei Keramikblätter und eine dazwischenliegende Schicht aus einem sich in der Hitze
verflüchtigenden Material dargestellt sind, zur Bildung von mehrschichtigen Schaltkreisstrukturen viele derartige
Blätter und dazwischenliegende Schichten übereinandergelegt werden können, und daß ähnliche Säulen
mit anderen Löchern 95 während der Verfestigung und des Brennens des Blätter- und Schicht-Stapels gebildet
werden. Die Form der Löcher 95 ist nicht kritisch, und sie können daher beliebig gestaltet werden. Wegen der
Schwierigkeit, die Schichten aus dem sich in der Hitze verflüchtigenden Material mit sehr kleinen Löchern zu
versehen, beträgt die kleinste horizontale Abmessung dieser Löcher üblicherweise ein Mehrfaches der Dicke
der Schicht aus dem sich in der Hitze verflüchtigenden Material, in das sie eingearbeitet worden sind. In jedem
Fall sollte jedoch die kleinste horizontale Abmessung mindestens so groß sein, wie die Dicke der Schicht. Die
Anzahl und die Anordnung der Löcher kann in Abhängigkeit von der gewünschten Anzahl und Position
der Säulen verändert werden.
Es sei wiederholt, daß die Funktion der Säulen darin
besteht, die Hohlräume oder Kanäle der erfindungsgemäß gebrannten Körper zu stützen, wodurch die
Druckfestigkeit der Körper in ausreichender Weise gesteigert wird und sich die Möglichkeit eines Bruches
bei der Handhabung verkleinert. Offensichtlich variiert die Anzahl der Säulen, die notwendig ist, um zu der
gewünschten Festigkeit zu führen, mit der Größe und der Form der Hohlräume oder der Kanäle. Um in den
Hohlräumen oder Kanälen eine offene Struktur aufrechtzuerhalten, sollten die Säulen nicht mehr als
40 Vol.-% des Volumens des Hohlraumes oder des Kanals ausmachen, wobei in den meisten Fällen
IOVoL-% oder weniger erwünscht sind. Wenn der
Hohlraum oder der Kanal sehr klein ist. kann in der Tat nur eine einzige Säule erwünscht sein. Wenn die Säulen
mittels keramischer oder metallischer Körnchen in einer pseudoleitenden Schicht gebildet werden, sind sie
natürlich statistisch angeordnet. Wie bereits erwähnt. sollten sie jedoch so weit getrennt voneinander
angeordnet sein, daß sie kein wesentliches Hindernis für das Eindringen des leitenden Materials in die Hohlräume
darstellen, so daß die Konzentration der Körnchen in dem Pseudoleiter nicht größer sein sollte als die
Konzentration, die zur Erzielung der gewünschten Festigkeit notwendig ist. Vorzugsweise besitzen die
Säulen einen Durchmesser, der etwa der Dicke des Pseudoleiters, in dem sie enthalten sind, entspricht
Wie bereits angegeben, verwendet man als das in die dünnen Hohlräume einzuführende leitende Material,
das die inneren Elektroden des Kondensators oder die Leiter einer Schaltkreisstruktur bildet vorzugsweise ein
Metall. Dieser Ausdruck umfaßt sowohl reine Metalle als auch Legierungen und in gewissen Fällen auch
Halbmetalle oder Metalloide, zum Beispiel Germanium. Geeignete Metalle sind Blei, Zinn, Zink, Aluminium,
Silber und Kupfer. Das verwendete Metall sollte einen Schmelzpunkt haben, der niedriger liegt als die beim
Sintern der Keramik der Matrix verwendete maximale Temperatur und das Metall !»ollte nicht in nachteiliger
Weise mit den Bestandteiien der Matrix reagieren.
Der hierin verwendete Ausdruck »dicht« bedeutet, daß das in dieser Weise bezeichnete Material beim
Eintauchen in Wasser im wesentlichen kein Wasser absorbiert, während das Wort »dünn« einen relativen
Begriff darstellt, der beispielsweise in bezug auf die Keramikschichten eine Dicke im Bereich von 0,5 mm
oder weniger einschließt. Fur besondere Zwecke können diese Schichten jedoch dicker sein.
Die Ausdrücke »obere«, »untere«, »Oberseite«, »Unterseite«, »rechts«, »links«, »oberhalb«, »unterhalb«
und ähnliche Ausdrücke betreffend die Position und/oder Richtung, die hierin in bezug auf die
Zeichnungen verwendet werden, dienen lediglich zur Erleichterung des Verständnisses und bedeuten nicht,
daß die Strukturen oder deren Einzelteile derart angeordnet sein müssen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
- Patentansprüche:ι. Mehrschichtige Schaltkreisstruktur mit einem relativ dünnen, einheitlichen Körper aus einer gesinterten, elektrisch isolierenden Keramikzusammensetzung, der in einem Kanal vorbestimmter Größe und Form, der sich bis zu mindestens einer Oberfläche des Körpers erstreckt und, verglichen mit dem Körper, eine kleine Querschnittsfläche aufweist, mindestens einen inneren elektrischen Leiter umfaßt, wobei der Leiter aus einem Metall gebildet ist, das einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger liegt, als die beim Sintern der Keramikzusammensetzung angewandte maximale Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal im Inneren mit einer oder mehreren diskreten Säulen aus Keramik oder einem Metall mit hohem Schmelzpunkt versehen ist, die sich zwischen der Oberseite und der Unterseite des Kanals erstrecken und diese berühren, und wobei, wenn eine Vielzahl dieser Säulen vorhanden ist, diese Säulen voneinander getrennt angeordnet sind und nicht mehr als 40 VoL-0Zb, vorzugsweise nicht mehr als 10Vol.-% des Volumens des Kanals ausmachen.
- 2. Schaltkreisstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl der Leiter aufweist.
- 3. Schaltkreisstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Leiter auf unterschiedlichen Ebenen des Körpers vorliegen.
- 4. Schaltkreisstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Leiter sich bis zu unterschiedlichen Randbereichen des Körpers hin erstrecken.
- 5. Schaltkreisstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Leiter auf unterschiedlichen Ebenen des Körpers vorliegen.
- 6. Verfahren zur Herstellung der mehrschichtigen Schaltkreisstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man einen verfestigten Stapel herstellt, der eine Vielzahl relativ dünner Blätter aus einem fein verteilten Keramikmaterial, das mit einem sich in der Hitze verflüchtigenden Bindemittel gebunden ist, umfaßt, wobei eine Vielzahl der Blätter ein vorbestimmtes Muster trägt, das mit einer Zusammensetzung gebildet ist, die aus einem sich in der Hitze verflüchtigenden Material und einer geringeren Menge keramischer und/oder metallischer Körnchen solcher Größe, daß sie sich im wesentlichen über die gesamte Dicke des Musters hinweg erstrecken, besteht; den verfestigten Stapel erhitzt, um das sich in der Hitze verflüchtigende Material zu entfernen und eine gesinterte Keramikmatrix zu bilden, in der im wesentlichen dünne, leere, ·>Γι den Mustern entsprechende Kanäle vorhanden sind, die lediglich durch die Körnchen unterbrochen werden; und in die Kanäle ein leitendes Material einführt.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn- wi zeichnet, daß man als leitendes Material ein Metall verwendet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742462008 DE2462008C3 (de) | 1973-09-24 | 1974-09-20 | Mehrschichtige Schaltkreisstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US400243A US3879645A (en) | 1973-09-24 | 1973-09-24 | Ceramic capacitors |
DE19742462008 DE2462008C3 (de) | 1973-09-24 | 1974-09-20 | Mehrschichtige Schaltkreisstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2462008A1 DE2462008A1 (de) | 1975-07-03 |
DE2462008B2 true DE2462008B2 (de) | 1979-01-18 |
DE2462008C3 DE2462008C3 (de) | 1979-09-13 |
Family
ID=25768195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19742462008 Expired DE2462008C3 (de) | 1973-09-24 | 1974-09-20 | Mehrschichtige Schaltkreisstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2462008C3 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3713987A1 (de) * | 1987-04-27 | 1988-11-10 | Siemens Ag | Verfahren zur herstellung einer strukturierten keramikfolie bzw. eines aus solchen folien aufgebauten keramikkoerpers |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3619871A1 (de) * | 1986-06-13 | 1987-12-17 | Siemens Ag | Verfahren zur herstellung keramischen materials mit piezoelektrischen eigenschaften |
EP0259613B1 (de) * | 1986-08-18 | 1991-08-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung von Füllschichtbauteilen |
-
1974
- 1974-09-20 DE DE19742462008 patent/DE2462008C3/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3713987A1 (de) * | 1987-04-27 | 1988-11-10 | Siemens Ag | Verfahren zur herstellung einer strukturierten keramikfolie bzw. eines aus solchen folien aufgebauten keramikkoerpers |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2462008A1 (de) | 1975-07-03 |
DE2462008C3 (de) | 1979-09-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2264943C3 (de) | Mehrlagiger Schaltungsaufbau und Verfahren zur Herstellung desselben | |
DE3738343C2 (de) | ||
EP0016307B1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen glaskeramischen Struktur mit innen liegenden Versorgungsleitungen auf Kupferbasis | |
DE1903819A1 (de) | Aus Keramik und Metall zusammengesetztes Verbundgebilde | |
DE1951624A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Stapelkondensatoren | |
DE3725455A1 (de) | Elektrisches vielschichtbauelement mit einem gesinterten, monolithischen keramikkoerper und verfahren zur herstellung des elektrischen vielschichtbauelementes | |
DE2614368A1 (de) | Gluehkathode | |
DE2445087A1 (de) | Fuer die herstellung eines kondensators geeigneter keramikkoerper und verfahren zu seiner herstellung | |
DE1281601B (de) | Verfahren zum Herstellen einer Magnetelementmatrix | |
DE3148809C2 (de) | Keramische Trägerplatte für feinlinige elektrische Schaltungen und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE3226623A1 (de) | Verfahren zur herstellung von vielschicht-keramik-kondensatoren | |
DE2445086C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines für die Herstellung eines Kondensators geeigneten Keramikkörpers | |
DE1514021A1 (de) | Verfahren zum Herstellen von insbesondere in mikroelektronischen Vorrichtungen zu verwendenden Kondensatoren | |
DE2548019A1 (de) | Keramisches heizelement | |
DE1301378B (de) | Verfahren zur Herstellung vielschichtiger elektrischer Schaltungselemente auf keramischer Basis | |
DE2462008C3 (de) | Mehrschichtige Schaltkreisstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE2853134C2 (de) | Keramikvaristor | |
DE2462006C3 (de) | Mehrschichtige Schaltkreisstrukturmatrix und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE2301277A1 (de) | Verfahren zum herstellen mehrschichtiger verbindungskonstruktionen, z.b. fuer integrierte halbleiterschaltkreise | |
DE2462007C2 (de) | Einstückiger Schichtkondensator und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE2323921C3 (de) | Gesinterter, einheitlicher keramischer Körper und Verfahren zur Herstellung desselben | |
DE2616563C2 (de) | Keramischer Grundkörper für elektrische Bauelemente und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE2655567C2 (de) | Einstückiger Schichtkondensator und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE3851294T2 (de) | Keramische Struktur mit Kupferleiter und Verfahren zum Herstellen solcher Struktur. | |
DE2218170C3 (de) | Monolithischer Kondensator und Verfahren zu seiner Herstellung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EGA | New person/name/address of the applicant |