DE2526553A1

DE2526553A1 - Mehrlagige elektronische schichtschaltung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2526553A1
Application number: DE19752526553
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Phys Breuninger; Detlef Dipl Phys Dr Haberland; Burkhard Strasser; Artur Weitze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-06-13
Filing date: 1975-06-13
Publication date: 1976-12-16
Also published as: CH604344A5; SE421852B; JPS5210569A; FR2314585A1; DE2526553C3; IT1063970B; DE2526553B2; SE7606715L; JPS5731876U; ATA358776A; GB1540112A; NL7604158A; AT359583B; FR2314585B1

Description

SIEMENS AKSIEIiGESELLSCHAPT München 2, den. f 3 Jjj^f "j 9 7

Berlin und München Wittelsbacherplatz 2

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Mehrlagige elektronische Schichtschaltung und Verfahren zu ihrer Herstellung.

Die Erfindung betrifft eine mehrlagige elektronische Schichtschaltung, die aus zumindest zwei durch Isolierschichten getrennte, auf einem Substrat einseitig aufgebrachte, miteinander durch Durchkontaktierungen verbundene Sehaltungsebenen besteht, wobei zumindest die erste, auf dem Substrat aufgebrachte Schicht in Dickschiehttechxiik und jeweils die zuletzt aufgebrachte Schicht in Dünnschichttechnik hergestellt ist und ein Verfahren zur Herstellung derselben.

um eir. größeres Verdrahtungsvolumen auf einer vorgegebenen Fläche unterzubringen, bedient man sich seit geraumer Zeit eines Kelirlagenaufcaus. Dies bereitet in der Dickschichttechnik grundsätzlich keine Schwierigkeiten. Schwierigkeiten entstehen jedoch dann, v/enn auf einer dielektrischen Schicht besonders feine Leiterbahnen oder qualitativ besonders hochwertige Widerstände hergestellt werden sollen. Bei der Dünnschichttechnik sind solche Schwierigkeiten leicht zu überwinden. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine porenfreie dielektrische Schicht und eine Schicht mit besonders kleinem £„.

Aus fertigungstechnischen Gründen ist es wünschenswert, eine mehrlagige Schichtschaltung nacheinander aufzubauen, und zwar ausschließlich auf einer Seite eines Substrats.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mehrlagige

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Schichtschaltung darzustellen, die die Vorteile der Dickschichtschaltungen mit denen einer in Dünnschichttechnik hergestellten Schaltungsebene verbindet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die in Dünnschichttechnik hergestellte Schaltungsebene von der benachbarten in Dickschicht hergestellten Schaltungsebene durch eine Isolierschicht aus amorphem Glas getrennt ist, und daß die Durchkontaktierungen durch auf der Dickschicht-Schaltungsebene aufgebrachte Säulen gebildet sind.

Eine derartige Kombination genannter Schichttechniken ist bereits durch eine Veröffentlichung bekannt, und zwar durch einen Bericht von Caleyi Electronic Packaging and Produktion, Dez· 1973 mit den Titel "A Thick and Thin PiIm Approach to Fabricating MCA Substrates". Hier wird jedoch für die dielektrische Schicht als Unterlage für die in Dünnschichttechnik hergestellte Sehaltungsebene kristallisierbares Glas verwendet, wodurch ein Teil der günstigen Eigenschaften dünner Filme infolge der größeren Rauheit dieser Schicht aufgegeben wird. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal zu dem Vorschlag nach der Erfindung ist es, daß die Fenster für die Durchkontaktierungen mittels flußsäurehaltiger Lösungen geätzt werden. Erfahrungsgemäß ist es schwierig, gerade aus Schichten kristallisierbaren Glases die Itzmedien wieder restlos zu entfernen, so daß für die Schaltungen, auf lange Sicht gesehen, die Gefahr der Korrosion besteht..

Durch die Erfindung wird dieser Nachteil vermieden. Weiterhin hat die Verwendung einer amorphen Glasschicht den Vorteil, daß deren Mittenrauhwert erheblich kleiner ist (Ra = 0,015 /am) gegenüber kristallisierbarem Glas (Ra = 0,7 Jim). Weiter kann die Dielektrizitätskonstante ebenfalls kleiner gewählt werden (£r = 7) gegenüber kristallisierbarem Glas (£r^15). Demzufolge führen die auf Glas aufgebauten dünnen Schichten zu feineren leiterstrukturen, besserer Reproduzierbarkeit der Schichten und zu Wider-

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ständen, die in ihrer Qualität den auf Glassubstraten aufgebauten nicht nachstehen·

Da die geometrische Gestalt der Durchkontaktierungen durch das Glattfließen des Glases nicht so genau definiert werden kann_} werden, nachdem die Glasschicht gedruckt ist, an den dafür vorgesehenen Stellen Säulen auf der in Dickschichttechnik hergestellten Schaltungsebene aufgedruckt. Diese Säulen bestehen aus demselben Material wie die in Dickschichttechnik hergestellte Schaltungsebene·

Die Säulen haben lediglich die Aufgabe, den Fluß des Glases definiert zu begrenzen. Es ist nicht notwendig, daß sie die Ebene der Glasoberfläche erreichen.

Es kann in einigen Fällen zweckmäßig sein, daß auf der anderen Seite des Substrates eine aus einer einlagigen elektrisch leitfähigen Schicht gebildete Potentialebene aufgebracht ist.

Im folgenden soll ein Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Schichtschaltung angegeben werden.

Dieses Verfahren besteht erfindungsgemäß darin, daß auf einem Substrat zunächst eine Schaltungsebene in Dickschichttechnik aufgebracht wird, daß danach darauf eine Isolierschicht aus Glas aufgedruckt wird mit Ausnahme an den Stellen, die Durchkontaktierungssteilen bilden, daß anschließend an den freien Stellen Säulen in Dickschichttechnik hergestellt werden, daß weiterhin die so hergestellte Anordnung gesintert wird, wobei die Glasschicht in einen amorphen Zustand übergeht, und daß auf dieser so gewonnenen amorphen Glasschicht eine Schaltungsebene in Dünnschichttechnik in konventioneller Technik aufgebracht wird, wobei die Säulen elektrische Verbindungsstellen zur unteren Schichtebene darstellen.

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Um die gewünschte Oberflächengüte, d.h., das Glattfließen des Glases zu erreichen, muß die Temperatur beim Sintern so hoch eingestellt werden, daß das Glas eine Viskosität von mindestens 1O⁴cP (10 Pa . s) erreicht. Die Scheiteltemperatur des Einbrennprofils beträgt dabei ungefähr 95O⁰C. Pur die amorphe Glasschicxrs kann ein handelsübliches Blei-Bor-Silikatglas mit einem Wärme-

—7 —1 ausdehnungskoeffizienten von ca.70 . 10 K verwendet werden.

Sinngemäß kann nach dem so beschriebenen Verfahren auch ein Mehrlagenaufbau hergestellt werden.

In diesem Pail wird bis auf die letzte dielektrische Schicht der ganze Aufbau in konventioneller Dickschichttechnik, d.h. mit kristallisierbaren Glasschichten aufgebaut. Lediglich die letzte Schicht wird aus amorphem Glas hergestellt. Der Grund hierfür is~, daß bei den kristallisierbaren Glasschichten Peststoffgemisch und Sinterprocess so aufeinander abgestimmt werden, daß die Schichtten bei einer Temperatur von ungefähr 85O⁰C auskristallisieren. Nach dem Drucken und auch nach mehrmaligem Sintern verändert sich, die geometrische Gestalt der Schicht kaum noch. Sie hält dann sogar noch eine Temperatur von 95O⁰C aus, die für das Glattfließen der amorphen Glasschicht notwendig ist.

Im folgenden sei die Erfindung anhand von 4 Piguren näher erläutert. Es zeigen:

Pig.1 einen Querschnitt durch eine zweilagige Schichtschaltung, Pig.2 einen Querschnitt durch eine zweilagige Schichtschaltung vor dem Sintern und vor dem Aufbringen der in Dünnfilmtechnik hergestellten Schaltungsebene,

Pig.3 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Pig.2 und Pig. 4 eine aus vier Lagen bestehende elektronische Schichtschaltung im Querschnitt.

In Pig.1 ist eine zweilagige Schaltungsebene im Querschnitt dargestellt. Eine erste Schaltungsebene 1 ist auf einem Sub-

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strat 2 aus Keramik in Dickschichtxechnik ausgeführt, wobei einzelne Leiterbahnen 3,4>5 erkennbar sind. Auf dieser Ebene ist eine Isolierschicht 6 aus amorphem G-las aufgebracht und über dieser Schicht ist eine weitere Schaltungsebene 7 in Dünnfilmtechnik angeordnet, wobei die beiden Schaltungsebenen 1,7 an vorgegebenen Stellen durch Säulen 8 miteinander kontaktiert sind.

In Fig.2 und 3 ist eine noch nicht fertiggestellte sweilagige Schichtschaltung erkennbar. Auf dem Substrat 2 ist, wie vorher beschrieben, eine Schaltungsebene 1 und darauf eine Glasschieht 6 aufgedruckt mit Ausnahme an den Stellen, an denen die Schaltur.gsebenen später miteinander kontaktiert werden sollen. Weiterhin ist die Säule 8 erkennbar, die auf der Leiterbahn 3 aufgedruckt; ist. Durch einen gemäß dem beschriebenen Verfahren sich anschliessenden Sinterprozess wird das Glas 6 flüssig, umschließt die Säule 8 und bekommt eine äußerst glatte Oberfläche, so daß diese für die in Dünnfilmtechnik hergestellte Schaltungsebene geeignet ist.

In Pig.4 ist eine vierlagige Schichtschaltung dargestellt, wobei die erste in Dickschichttechnik hergestellte Schaltungsebene 9 wiederum auf einem Substrat 10 aufgebracht ist. Eine Isolierschicht 11 aus kristallisierbarem Glas und eine weitere in Dickschichttechnik hergestellte Sehaltungsebene 12 schließen sich an. Daran schließen sich wiederum eine Glasschicht 13 und eine in Dickschichttechnik hergestellte Sehaltungsebene 14 an» Auf dieser Ebene ist dann eine Isolierschicht 15 aus amorphem Glas aufgebracht und über dieser Schicht ist eine weitere Schaltungsebene angeordnet, wobei die Schaltungsebenen 14,16 an vorgegebenen Stellen durch Säulen 17 miteinander kontaktiert sind.

6 Patentansprüche
4 !Figuren

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Claims

.J Mehrlagige elektronische Schichtschaltung bestehend aus zumindest zwei durch Isolierschichten getrennte, auf einem Substrat einseitig aufgebrachte, miteinander durch Durchkontaktierungen verbundene Schaltungsebenen, wobei zumindest die erste, auf dem Substrat aufgebrachte Schicht in Dickschichttechnik und jeweils die zuletzt aufgebrachte Schicht in Dünnschichttechnik hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in Dünnschichttechnik hergestellte Schaltungsebene (7,16) von der benachbarten in Dickschichttechnik hergestellten Schaltungsebene (1,14) durch eine Isolierschicht (6,15) aus amorphem Glas getrennt ist, und daß die Durchkontaktierungen durch auf der Dickschichtschaltungsebene aufgebrachte Säulen (8,17) gebildet sind.

Mehrlagige elektronische Schichtschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen (8,17) durch ein elektrisch leitfähiges Material in Dickschichttechnik ausgeführt sind.

Mehrlagige elektronische Schicht schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen Seite des Substrats (2) eine aus einer einlagigen, elektrisch leitfähigen Schicht gebildete Eotentialebene aufgebracht ist.

Verfahren zur Herstellung einer aus zwei lagen bestehenden Schich.--schaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeic: net, daß auf einem Substrat zunächst eine Schaltungsebene in Dickschichttechnik aufgebracht wird, daß danach darauf eine Isolierschicht aus G-las aufgedruckt wird mit Ausnahme an den Stellen die Durchkontaktierungsstellen bilden, daß anschließend an den freien Stellen Säulen in Dickschichttechnik hergestellt werden, daß weiterhin die so hergestellte Anordnung gesintert wird, wobei

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die Glasschicht in einen amorphen Zustand übergeht, und. daß auf dieser so gewonnenen amorphen Glasschicht eine Schaltungsebene in Dünnschichttechnik in konventioneller Technik aufgebracht wird,' wobei die Säulen elektrische Verbindungsstellen zur unteren Schichtebene darstellen.

5. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Schichtschaltung nach Anspruch 4_? dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur beim Sintern so eingestellt wird, daß das Glas glattfließt.

6. Verfahren sur Herstellung einer aus drei lagen bestehenden Schichtschaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennze ichne t, daß auf einem Substrat zunächst eine Schaltungsebene in Dickschichttechnik aufgebracht wird, daß darauf eine aus kristallisierbarem Glas gebildete Isolierschicht aufgebracht wird, daß darauf eine weitere Sehaltungsebene in Dickschichttechiiilc angeordnet wird, daß dann danach darauf eine Isolierschicht aus Glas aufgedruckt wird mit Ausnahme an den Stellen, die Durchkontaktierungsstellen bilden, daß anschließend an den freien Stellen Säulen in Dickschichttechnik hergestellt werden, daß weiterhin die so hergestellte Anordnung gesintert wird, wobei die Glasschicht in einen amorphen Zustand übergeht, und daß auf dieser so gewonnenen amorphen Glasschicht eine Schaltungsebene in Dünnschichttechnik in konventioneller Technik aufgebracht wird, wobei die Säulen elektrische Verbindungsstellen zur unteren Schichtebene darstellen.

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