DE2553763C3 - Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Schaltung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Schaltung

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Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Schaltung mit passiven Bauelementen, die auf einem Keramiksubstrat aufgebracht sind und die miteinander sowie gegebenenfalls mit aktiven Bauelelementen über Leiterbahnen entsprechend der Schaltungsstruktur verbunden sind.
Der Trend zur Miniaturisierung elektronischer Schaltkreise hat im wesentlichen zu zwei Lösungen geführt, welche unter den Bezeichnungen Filmschaltkreise und monolithische Schaltkreise bekanntgeworden sind. Beide haben ihre Vorteile, die sich aus der Technologie ergeben, Filmschaltkreise bestehen aus einem Trägerkörper, d.h. einem Substrat, auf dem so passive Bauelemente, wie etwa Widerstände oder Kondensatoren oder auch Leiterbahnen in einer dünnen Schicht in Form eines Films aufgebracht sind.
Man unterscheidet weiterhin zwischen Dick- und Dünnfilmschaltkreisen.
Bei der Dickfilmtechnik wird ein keramisches Substrat als Träger verwendet Die passiven Bauelemente sowie die Leiterbahnen werden im Siebdruckverfahren auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen und bei höheren Temperaturen eingebrannt Die hierbei zur Anwendung kommenden Siebdruckpasten enthalten Glasanteile, welche beim Einbrennvorgang mit dem keramischen Material reagieren, wodurch eine haftfeste Verbindung zwischen passiven Bauelementen, bzw. Leiterbahnen und Substrat hergestellt wird. Wegen des Glasanteiles in den Pasten kann jedoch beispielsweise der ohmsche Widerstand in den Leiterbahnen nicht auf das wünschenswerte Maß reduziert werden, was zwangsläufig eine Verringerung der Kreisgüten zur Folge hat Die durch das Glas bedingte Körnigkeit des Materials verhindert weiterhin eine hinreichende hohe Kantenschärfe, wie sie beispielsweise bei Leiterbahnen in der Mikrowellentechnik erforderlich ist
Eine hohe Konturenschärfe ist dagegen in Dünnfilmtechnik ohne Schwierigkeiten realisierbar. Die Widerstände oder die Leiterbahnen werden hierbei üblicherweise aufgedampft und gegebenenfalls galvanisch verstärkt Zur Erzeugung der Leiterbahnen wird zunächst eine Haftschicht, beispielsweise aus Chrom, auf dem Substrat aufgebracht und hierauf eine Schicht aus Gold galvanisch abgeschieden. Die Strukturierung kann auch mit Hilfe der Fotolacktechnik erfolgen. Widerstände werden in ähnlicher Weise, jedoch unter Verwendung von Widerstandsmaterialien, hergestellt, allerdings ist hier eine obere Grenze der Widerstandswerte vorgegeben, welche durch die Abmessungen der üblicherweise in Mäanderform ausgebildeten Widerstände bedingt ist
Um diesen Nachteil zu umgehen, werden bisweilen auch diskrete Widerstände, z. B. in Chip-Form, in Dünnfilmschaltkreise eingesetzt Hierbei muß man aber auf die fertigungstechnischen Vorteile der Dick- oder Dünnfilmtechnologie verzichten und muß weiter einen höheren Raumbedarf des gesamten Schaltkreises in Kauf nehmen.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches die Vorteile von gedruckten Dickschichtwiderständen und die Mikrowellentauglichkeit aufgedampfter und gegebenenfalls galvanisch verstärkter Leiterbahnen vereint
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß als Widerstände dienende Bauelemente sowie Anschlußflecken in Dickfilmtechnik auf das Keramiksubstrat aufgebracht werden, daß die Widerstände sowie die Anschlußflecken eingebrannt und alle Widerstände sodann abgeglichen werden und daß anschließend Leiterbahnen in Dünnfilmtechnik auf das Keramiksubstrat sowie die Anschlußflecken aufgebracht werden.
Die Erfindung soll anhand der Figur noch näher erläutert werden.
Die Figur stellt einen Ausschnitt aus einem Schaltkreis dar, welcher auf einem Substrat 1, z. B. aus AI2O3, besteht Auf die Oberfläche des Substrats 1 werden im Siebdruckverfahren zunächst der Widerstand 2 und die Anschlußflecken 3 aufgebracht und sodann eingebrannt Nach dem Einbrennvorgang erfolgt der Abgleich des Widerstandes beispielsweise mit Hilfe von Laserstrahlen odler Sandstrahlen. Nunmehr wird z. B. unter Verwendung von Masken eine Haftschicht vorzugsweise aus Chrom, auf die Substratoberfläche und die Anschlußflecken 3 aufgedampft und sodann auf diese Haftschicht eine Goldschicht aufgebracht Das Aufbringen der Goldschicht wird zweckmäßigerweise zunächst durch Aufdampfen und anschließend durch galvanische Abscheidung vorgenommen. Falls die Strukturierung der Leiterbahnen nicht bereits beim Aufdampfen erfolgte, kann dies selbstverständlich nun auch unter Verwendung der Fotolacktechnik durchgeführt werden.
Nach Vorliegen der in Dick- und Dünnfilmtechnik aufgebauten Anordnung lassen sich dann ohne Schwierigkeiten noch diskrete Bauelemente, wie beispielsweise Transistoren, in die Schaltung einbauen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind darin zu sehen, daß für solche Schaltkreise Einsatzmöglichkeiten in der Mikrowellentechnik bis in den
GHz-Bereich bestehen. Dies ist in erster Linie darauf zurückzuführen, daß z. B. durch geätzte Goldleiterstrukturen eine bessere Kantenschärfe, kleinere Leiterbreiten und Schlitzabmessungen und dünnere Leiterschichten herstellbar sind. Wegen der fehlenden Glasanteile im Gold der Leiterbahnen ist zuderu die Bondbarkeit verbessert
Andererseits ist aber auch der mit Hilfe von Laseroder Sandstrahlen mögliche Abgleich gedruckter Widerstände im Gegensatz zu aufgedampften Widerständen ieichter durchführbar, da letztere chemisch oxidiert und durch Aufdampfen von Dielektrika zusätzlich passiviert werden müssen. Auch die Anschaffung weiterer Aiifdampf- bzw. Sputteranlagen, welche die Verarbeitung von Widerstandsmaterialien und Dielektrika gestatten, ist nicht erforderlich. In Dickfilmtechnik sind zudem größere Widerstandsbereiche realisierbar, z. B. 10 Ω bis ca. 10 M Ω gegenüber 200 Ω bis 10 K. Ω, welche in Dünnfilmtechnik möglich sind.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich anhand nachfolgender Untersuchungsergebnisse noch besser beurteilen.
Zur Anwendung kamen Keramiksubstrate mit einem Al2O3-GeImIt von 96% und den Abmessungen 1" χ 1", die mit verschiedenen Widerstandspasten sowie mit Goldplatinpasten über ein Testlayout bedruckt wurden. Die jeweiligen Flächenwidersiände lagen bei 100Ω,
Nach Ermittlung der Widerstandswerte nach dem Brennvorgang und kurzer Reinigung der Substrate wurden dieselben dem üblichen Aufdampf- und Galvanisierprozeß unterworfen.
Die mit ca. 8 μΐη Gold zusätzlich beschichteten Substrate wurden belackt, über das Negativ des Leiterbahn-Layouts belichtet, entwickelt und geätzt. Beim erneuten Vermessen der Widerstände ergab sich eine Änderung von 0 bis 1 °/o. Selbst nach anschließender Lagerung gemäß verschärfter Prüfvorschrift, z. B. 28 Zyklen a 24 h bei Temperaturen von — 10°C bis + 65° C und relativer Luftfeuchte von 98%, betrug die zusätzliche Widerstandsänderung maximal 5%o des Ausgangswertes. Ebenso beeinflußte eine längere Lagerung der Substrate bei Raumtemperatur die Eigenschaften nicht mehr.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Schaltung mit passiven Bauelementen, die auf einem Keramiksubstrat aufgebracht sind und die miteinan- s der sowie gegebenenfalls mit aktiven Bauelementen über Leiterbahnen entsprechend der Schaltungsstruktur verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstände dienende Bauelemente (2) sowie Anschlußflecken (3) in Dickfilmtech- nik auf das Keramiksubstrat (1) aufgebracht werden, daß die Widerstände (2) sowie die Anschlußflecken (3) eingebrannt und alle Widerstände sodann abgeglichen werden und daß anschließend Leiterbahnen (4) in Dünnfilmtechnik auf das Keramiksub- strat (1) sowie die Anschlußflecken (3) aufgebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus Metalloxid und Glasanteilen bestehende Widerstände (2) und aus Gold und Glasanteilen bestehende Anschlußflecken (3) auf das Keramiksubstrat (1) aufgedruckt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Leiterbahnen (4) zunächst eine Haftschicht, vorzugsweise aus Chrom, aufgedampft wird und daß anschließend die Haftschicht durch eine aufgedampfte und/oder galvanisch aufgebrachte Goldschicht verstärkt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß abschließend gegebenenfalls aktive Bauelemente mit der in Dick- und Dünnfilmtechnik aufgebauten Anordnung entsprechend der Schaltungsstruktur verbunden werden.
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