DE2745581A1

DE2745581A1 - Verfahren zum herstellen mehrschichtiger keramischer substrate

Info

Publication number: DE2745581A1
Application number: DE19772745581
Authority: DE
Inventors: Charles Michael Mcintosh; Arnold Friedri Schmeckenbecher
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-12-10
Filing date: 1977-10-11
Publication date: 1978-06-15
Also published as: JPS5373365A; JPS6118356B2; US4289719A; FR2373499B1; GB1538818A; FR2373499A1

Description

Anmelderin: International Business liachines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504 heb-pi

Verfahren zum Herstellen mehrschichtiger keramischer Substrate

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen mehrschichtiger keramischer Substrate für Anwendungen in der Mikroelektronik und insbesondere ein neuartiges Verfahren, das die Schwierigkeiten beseitigt, die durch die Instabilität der Abmessungen der grünen keramischen Folien vor dem Sintern aufgetreten sind.

Ein übliches Verfahren für die Herstellung mehrschichtiger keramischer Strukturen für die Mikroelektronik besteht zunächst darin, daß das keramische Material zu einem biegsamen Band ausgeformt wird, daß dieses Band anschließend in einzelne Folienstücke, die als grüne Folien bezeichnet werden sollen, zerschnitten und in den einzelnen Folien an vorbestimmten Orten durchgehende Bohrungen hergestellt, eine elektrisch leitende Paste auf gewünschten Bereichen der verschiedenen Folien und in den durchgehenden Bohrungen aufgebracht, die Folien übereinander gestapelt, miteinander ausgerichtet und anschließend solange einer hohen Sintertemperatur ausgesetzt werden, damit das gesamte organische Bindemittel ausgebrannt und die keramischen Teilchen in eine in wesentlichen undurchlässige massive Einheit umgeformt werden. Während dec Sinterns findet bei den grünen keramischen Folien eine sehr starke Schrumpfung statt, die bereits bei den vorhergehenden Verfahrensstufen mit berücksichtigt werden muß, sollen die gewünschten Abmessungen der Keramik erreicht werden. Anschließend werden auf diesen gesinterten mehrschichtigen Subtraten auf der Überseite und Unterseite Metallisierungsmuster aufgebracht, und es werden Steckerstifte oder andere An-

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Schlüsse zum Herstellen der äußeren Verbindungen angebracht. Außerdem werden Halbleitervorrichtungen auf der Oberseite durch entsprechende bekannte Verfahren, vorzugsweise durch ein Anschmelzen mit Lötkügelchen aufgebracht.

Die keramische grüne Folie, bevor sie laminiert und gesintert wird, muß beträchtlich bearbeitet werden. Diese Bearbeitung, insbesondere die Herstellung der durchgehenden Bohrungen,
das Ausfüllen dieser Bohrungen mit elektrisch leitender Paste und das Herstellen von Leitungsmustern benötigt beträchtliche Zeit. Nimmt man dann noch die zusätzliche Zeit dazu, die zum Zerschneiden der grünen keramischen Folie, wie sie aus der Rakel oder dem Abstreichmesser herauskommt, das Untersuchen der grünen Folien auf Fehler, das Herstellen von Ausrichtbohrungen und die entsprechenden Sortier- und Registriervorgänge, dann wird die Zeit, die die grüne keramische Folie in diesem Zustand verbleibt, ziemlich lang. Grüne keramische Folien sind von sich aus in ihren Abmessungen nicht stabil, da sie flüchtige organische Harzlösungsmittel und Weichmacher enthalten, die verdampfen können, so daß sich nicht nur die Gesamtzusammensetzung sondern auch die Abmessungen ändern. Ferner können
diese Folien auch Feuchtigkeit absorbieren und/oder mit in
der Atmosphäre enthaltenen Elementen reagiern. Daher kann
die Instabilität der Abmessungen der grünen Folien große
Schwierigkeiten verursachen, insbesondere dann, wenn bei
der angewandten Technik sehr schmale, dicht beieinander liegende metallische Leitungen und eng benachbarte Bohrungen
herzustellen sind. Änderungen in den Abmessungen können eine Fehlausrichtung der auf einer grünen Folie befindlichen Leitungsmuster und des elektrisch leitenden Materials in den
durchgehenden Bohrungen der darüberliegenden keramischen
grünen Folie zur Folge haben.

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- 9 Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe eier Erfindung ist es, neue Verfahren zum Herstellen sinterbarer keramischer Folien und damit auch eines neuen in seinen Abmessungen stabilen sinterbaren keramischen Folienmaterials für die Herstellung von mehrschichtigen keramischen Substraten zu schaffen, bei welchen die bisher auftretende Instabilität in den Abmessungen der bisher gebräuchlichen grünen keramischen Folien vermieden wird. Insbesondere soll dabei eine in ihren Abmessungen stabile keramische Rohfolie hergestellt sein, die dann in üblicher Weise weiter verarbeitet werden kann. Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei der Herstellung mehrschichtiger keramischer Substrate für integrierte Schaltungen mit innenliegenden Leitungsmustern in der Weise gelöst, daß zunächst eine Anzahl von porösen keramischen Rohfolien oder Diskuitfolien hergestellt werden, daß anschließend die Poren der Biskuitfolien mit einem organischen Bindemittel gefüllt, daß ferner Bohrungen durch die imprägnierten Biskuitfolien hergestellt, die Bohrungen mit leitendem Material ausgefüllt, auf den Oberflächen der imprägnierten Biskuitfolien elektrische Leitungsmuster aufgedruckt und eine Anzahl von mit Bohrungen und gedruckten Schaltungen versehene imprägnierte Biskuitfolien zu einer laminierten einheit aufeinander gestapelt und diese laminierte Einheit dann zur Bildung einer einheitlichen laminierten Struktur mit den erforderlichen, miteinander verbundenen elektrischen Leitungszügen gesintert wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

In ilen Zeichnungen zeigt:

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μ η ι e ■>'. / π r> f.

Fign. 1,2 vergrößerte Schliffbilder der Porenstruktur und 3 des keramischen Materials bei drei verschiedenen Verfahrensstufen gemäß der Erfindung,

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Darstellung des Verfahrens zum Herstellen einer mehrschichtigen keramischen Struktur und

Fign. 5A, 5B Mikroschliffbilder der Kornstrukturen und 5C einer grünen keramischen Folie, einer porösen

keramischen Biskuitfolie und einer gesinterten keramischen Struktur.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung

Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung lassen sich eine Anzahl unterschiedlicher Strukturen herstellen. Das Interesse ist im vorliegenden Fall hauptsächlich auf die Herstellung mehrschichtiger keramischer Strukturen für die Mikroelektronik gerichtet, und das Verfahren wird unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben. Ls ist offensichtlich, daß das neve Verfahren auch mit Vorteilen zur Herstellung anderer Strukturen, wie z.B. eines Kondensators, benutzt werden kann, dessen Dielektrikum aus keramischem Material besteht.

Der erste Verfahrensschritt ist in Fig. 4 im Kästchen 10 angezeigt, gemäß den eine poröse Rohfolie oder eine poröse Biskuitfolie aus geschmolzenen keramischen Teilchen hergestellt wird, welche als skelettartige Struktur benutzt wird, die in ihren Abmessungen stabil ist. Diese Teilchenstruktur der porücen Kohfolie ist in Fig. 2 angedeutet, wo Teilchen 12 aus relativ hochsclirielzenden keramischen Haterialien gemäß der Lovorzuijten Auü führung r>foru durch eine dünne Schicht 14 nieuri<jer scluneLzenden Glasnaterial miteinander ver-

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schmolzen sind. Bei diesem Verfahrensschritt liegt die Porosität der Folie in der Größenordnung von 40%, allgemeiner im bereich zwischen 30 und 55% oder sogar im Bereich von 15 bis 7O%. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind Poren 16 vorhanden. Diese allgemeine Struktur ist auch in Fig. 5B als Schliffbild einer keramischen Rohfolie oder Biskuitfolie stark vergrößert gezeigt. Die in Fig. 2 gezeigte MikroStruktur ist in ihren Abmessungen stabil, da sie aus einer einstückigen zusammenhängenden Ilatrix eines stabilen Materials, d.h. der durch die dünne geseluaolzene Glasschicht miteinander verbundenen keramischen Teilchen besteht. Diese Struktur kann bearbeitet werden, d.h. es lassen sich bohrungen herstellen, und sie kann im Siebdruck mit Leitungszügen bedruckt werden, wie dies im einzelnen noch erläutert werden soll.

Die in Fig. 2 gezeigte Struktur kann auf verschiedene Weise erhalten v/erden. Ein erstes bevorzugtes Verfahren zum Herstellen dieser Struktur besteht zunächst in der Herstellung einer grünen keramischen Folie in bekannter Weise, die anschließend vorzugsweise bei einer niedrigen Temperatur in der Größenordnung von 450 solange erwärmt wird, bis das organische bindemittel ausgebrannt ist, worauf die grüne Folie anschließend bei einer zweiten höheren Temperatur gebrannt wird, bei der die Glasteilchen erweichen. Fig. 1 zeigt dabei die Teilchenstruktur der grünen keramischen Folie nach uem Ausbrennen oder Lntfernen des organischen Bindemittels. Im Gegensatz zu Fig. 2 enthält die in Fig. 1 gezeigte Struktur einzelne Glasteilchen 13, die zwischen den keramischen Teilchen 12 liegen. Das Mikroschliffbild in Fig. 5Λ zeigt die gleiche Struktur. Wenn die Glasteilchen 13 während der Erwärmung ausreichend schmelzen, dann bewirkt die Oberflächenspannung der Glasteilchen, daß sie sich in die Richtung verschieben, wo die keramischen Teilchen einander berühren. Zu diesem Zweck wird eine Trübe angesetzt, die ein hochsclunolzendes pulverisiertes keramiticneü Material, ein niedriger

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schmelzendes pulverisiertes Glasmaterial, ein organisches Harzbindemittel, ein flüchtiges Lösungsmittel für das Harzbindemittel und möglicherweise noch einen Weichmacher enthält. Typische hochschmelzende keramische pulverisierte Materialien sind Al₂O₃, TiO₂, Bariumoxid, Kalziumoxid und dgl. Typische niedrig sclunelzende Glasmaterialien können Bleisilikatglas und Mischungen, die Bleisilikatglas, Borsilikatgläser und Sodakalkgläser enthalten, sein. Harzbindemittel sind typischerweise ein Polyvivylbutyral-, Vinylchloridacetat kopolymeres und dergleichen. Als Lösungsmittel eignen sich Trichloräthylen, Ilethyläthylketon, mllethylalkohol, Zyklöhexan und Toluol. Typische Weichermacher sind Dibutylphthalat, Butylbenzylphthalat, Dioctylphthalat und dergleichen. Die soeben erv/ähnten Materialien v/erden zu einer Trübe gemischt und dann mit einer Rakel oder einem Streichmesser auf einer geeigneten Unterlage, wie z.B. auf einer Kunststoffolie aufgetragen. Das mit den Streichmesser oder der Rakel aufgetragene Material wird dann vorzugsweise bei einigen Grad oberhalb von Zimmertemperatur in einem Ofen getrocknet, so daß das Lösungsmittel, das einen höheren Dampfdruck besitzt, verdampft und damit eine biegsame verformbare grüne keramische Folie ergibt, die gemäß den Lehren des Standes der Technik nun durch Herstellen von durchgehenden Bohrungen, Ausfüllen der Bohrungen mit einer elektrisch leitenden Paste und Herstellen von Leitungsmustern auf der Oberfläche durch Siebdruck weiter verarbeitet wird. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch wird die grüne Folie dabei soweit, vorzugsweise etwa auf 450 C erwärmt, daß das Harzbindemittel ausgetrieben wird, und anschließend auf eine noch höhere Temperatur zum Schmelzen der niedriger schmelzenden Glasteilchen, die dann als eine Art Klebstoff die keramischen Teilchen zu einer porösen Matrix zusammenschmelzen lassen. In der Paxis wird die grüne Folie in einen Ofen bei etwa 450° C eingelegt, und die Temperatur wird dann bis zum Sclimelzpunkt

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des Glases erhöht/ der etwa In der Größenordnung von 1100 bis 1250° C liegt.

Ein anderes Verfahren zum Herstellen der porösen Rohfolie oder der porösen Biskuitfolie besteht darin, zunächst eine Mischung aus einem hochschmelzenden pulverisierten keramischen Material und einem niedriger schmelzenden Glasmaterial zu bilden und anschließend diese Mischung bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Glasmaterials jedoch unterhalb des Erweichungspunktes des keramischen Materials heiß zu verpressen. Während dieses Heißpreßvorganges schmelzen die Glasteilchen und bilden damit die poröse Rohfolie, bei der das Glas die keramischen Teilchen fest miteinander verbindet.

Ein weiteres Verfahren zum Herstellen der porösen keramischen Rohfolie besteht darin, zunächst ein pulverisiertes keramisches Material mit einer niedrigen Brenntemperatur, wie z.B. keramische Materialien, die Bleisilikat enthalten, zu verwenden. Das keramische pulverisierte Material wird dann bei der Brenntemperatur des Materials nur solange heiß gepreßt, daß die Teilchen nur teilweise schmelzen, so daß sie miteinander verschmelzen, ohne jedoch bereits umgeformt zu v/erden.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung der porösen Rohfolic oder porösen Biskuitfolie besteht im Herstellen einer preß- oder spritzbaren Pastenmischung aus einem pulverisierten keramischen Material, einem niedriger schmelzenden pulverisierten Glasmaterial, einem organischen Bindemittel und einem Träger. Diese Pas teigmischung wird dann in Folienform ausgepreßt und zum Ausbrennen des organischen Materials und zum Schmelzen des Glasmaterials für ein Versctimelzen der koraiiischen Teilchen miteinander erwärmt.

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Wie in Fig. 4 gezeigt, besteht der nächste Verfahrensschritt 20 darin, die Poren der keramischen Rohfolie mit einem organischen Fällmittel oder Bindemittel zu imprägnieren. Zum Füllen der Poren der porösen Rohfolie wird diese in ein geeignetes flüssiges Material eingetaucht, v/ie z.B. flüssiges Wachs. Ein anderes verwendbares Material sind thermoplastische Materialien, wie Polyvinylalkohol in Wasser oder Polyamid in Alkohol. Die Poren der keramischen Rohfolie können auch einfach dadurch ausgefüllt v/erden, daß man die Folie einfach in die Flüssigkeit eintaucht, so daß das Wachs oder das andere Material durch die Kapillarwirkung in die Poren eingesogen wird. Gleichzeitig wird auf der Oberfläche der keramischen Rohfolie oder keramischen Biskuitfolie eine relativ dünne Wachsschicht gebildet. Dadurch wird aber die keramische Rohfolie mit ihren durch ein Füllmittel oder Bindemittel ausgefüllten Poren wesentlich fester und eignet sich dadurch viel mehr für die weiteren Verfahrensschritte wie Herstellen von durchgehenden Bohrungen, Siebdruck und dergleichen, Die imprägnierte Rohfolie ist wegen ihrer einheitlichen zusammengeschmolzenen Struktur in ihren Abmessungen stabil, so daß die üblichen durch Instabilität der Abmessungen der grünen keramischen Folie hervorgerufenen Schwierigkeiten nicht auftreten können.

Die v/eiteren Bcarbeitungsschritte wie das Herstellen von durchgehenden Bohrungen, durch Siebdruck aufzubringende Leitungsmuster und dgl. ist in Fig. 4 in dem Kästchen 22 angedeutet. In der imprägnierten keramischen Rohfolie lassen sich die Bohrungen in üblicher Weise durch mechanische Mittel, durch Elektronenstrahl oder Laserstrahl herstellen. Das Leitungsnustur, das normalerweise aus einer elektrisch leitenden Paste gebildet wird, läßt sich durch normale Masken- und Üiebdruckverfahren oder irgendein anderes Verfahren herstellen. Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines Leitungs-

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musters besteht darin, auf eier Oberfläche der imprägnierten Rohfolie zunächst eine dünne Schicht aus einem wachsartigen Material herzustellen (dies kann während der Imprägnierung erfolgen) , worauf anschließend in der Wachssschicht linienförmige öffnungen hergestellt und außerdem das Wachs aus den Poren der Oberfläche der Rohfolie in Form des Leitungsmusters entfernt wird, das sich durch die Schicht und in Rohfolie hinein erstreckt. Diese linienformigen Öffnungen können dadurch hergestellt werden, daß die Oberfläche der imprägnierten Rohfolie einem Elektronenstrahl geringer Energie ausgesetzt wird. Die Bewegung des Elektronenstrahls ist dabei so programmiert, daß ein vorbestimmtes Linienmuster in das Wachs hineingeschnitten wird. Man kann auch einen Elektronenstrahl hoher Energie zur Herstellung der durchgehenden Bohrungen im gleichen Verfahrensschritt einsetzen, falls dies erwüscht ist. Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß keinerlei keramische Teilchen in die Kammer des Elektronenstrahls ausgestoßen werden, wenn das Leitungsmuster durch einen Elektronenstrahl geringer Energie ausgeschnitten wird, da die keramischen Teilchen durch das Glasmaterial oder das teilweise geschmolzene, niedrig schmelzende keramische üaterial in der anderen Ausführungsform festgehalten wird. Bearbeitet man gewöhnliches grünes keramisches Folienmaterial mit einem Elektronenstrahl, dann sind die keramischen Teilchen nicht festgehalten und können dabei in die Kammer des Elektronenstrahls eintreten und sammeln sich häufig an solchen Punkten an, wo dies Schwierigkeiten verursacht. Die keramischen Teilchen in denjenigen Bereichen, in denen das Wachs von der Oberfläche der keramischen Rohfolie entfernt worden ist, können dadurch ausgelöst werden, daß die Folie Flußsäure oder einem anderen Fluorid ausgesetzt wird, das das Glasbindemittel auflöst. Dabei erhält man ein vertieft liegendes Lcitungsmuster auf der Oberfläche der imprägnierten keramischen Pohfolie. Die öffnungen in der organischen Materialschicht und

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und das vertieft liegende Muster werden dann vorzugsweise dadurch mit einer geeigneten elektrisch leitenden Paste ausgefüllt, daß diese mit einem Abstreichmesser oder einer Rakel aufgetragen und die überschüssige Paste abgewischt wird. Selbstverständlich muß der Pastenträger so ausgewählt werden, daß er das uberzugsmaterial der Rohfolie nicht angreift. Die durchgehenden Bohrungen können im gleichen Arbeitsgang ebenso ausgefüllt werden.

Uer nächste Verfahrensschritt, das Laminieren einer Anzahl von porösen keramischen Rohfolien, ist in Kästchen 24 in Fig. 4 angedeutet. Die mit Bohrungen versehenen und bedruckten, imprägnierten keramischen Rohfolien werden dann ausgewählt, übereinander gestapelt und zur Bildung einer laminierten Einheit in praktißch der gleichen Weise miteinander ausgerichtet, v:ie dies beim Zusammenbau aus üblichen grünen keramischen Folien geschieht. Dieser Aufbau wird dann gemäß Kästchen 26 in Fig. 4, vorzugsweise unter Druck bei einer so hohen Temperatur gesintert, daß das Füllmaterial ausgebrannt und die keramischen Teilchen zu einer Kornstruktur miteinander versintert werden, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Ein tatsächliches Schliffbild mit 2000facher Vergrößerung der gesinterten keramischen Struktur ist in Fig. 5C gezeigt. Bei diesem Verfahrensschritt erfolgt bei grünen keramischen Folien eine beträchtliche Schrumpfung dadurch, daß durch Sintern das keramische Material in der Weise umgeformt wird, daß es die zuvor durch die Füllmasse ausgefüllten Poren besetzt. Typische Sintertemperaturen liegen in der Größenordnung von 1400° C. Die vorher erwähnte Sinterung wird vorzugsweise durch Einlegen der laminierten Struktur in einem Ofen bei einer zum Ausbrennen des Füllmaterials ausreichenden Temperatur von beispielsweise 450° C durchgeführt, worauf anschließend die Temperatur bis zur Sintertemperatur des keramischen Materials erhöht wird. Das elektrisch leitende Material der Paste muß ein feuerfestes Material, wie z.B. Molybdän oder Wolfram sein, wenn so hohe

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Sintertemperaturen verwendet werden. Im Fall der niedriger schmelzender keramischer Materialien kann auch niedriger schmelzendes elektrisch leitendes Material, wie z.B. Kupfer, Gold oder goldplattierte Nickelteilchen, verv/endet werden. Diese Materialien können im allgemeinen bis zu einer Sintertemperatur unterhalb von 900° C benutzt v/erden.

Beispiel I

Zunächst wurde eine große aus keramischem grünen Material bestehende Folie dadurch hergestellt, daß eine Trübe aus 63 Gewichtsprozent keramischem Pulver und 37 Gewichtsprozent organischem Bindemittel mittels eines AufStreichmessers oder einer Rakel aufgetragen wurde. Das keramische Pulver bestand zu 89 Gewichtsprozent aus Al₃O₃ und zu 11 Gewichtsprozent Glasfritte. Die Glasfritte bestand zu 24 Gewichtsprozent aus Keramatalk, 63 % Kaolinajax-P, 2,5 % Cab-O-Sil und 10,5 % CaCO.,. Aus dieser Mischung ergab sich eine Fritte von folgender Oxidzusammensetzung:

CaO 7,1 Gewichtsprozent

MgO 8,85 Gewichtsprozent

SiO₂ 54,9 Gewichtsprozent

Al₃O₃ 29,0 Gewichtsprozent

Das organische Bindemittel hat die folgenden Bestandteile:

Polyvinylbutyralharz 11,5 %

Dibutylphthalat (Weichmacher) 3,9 %

Tergitol (Netzmittel) 2,5 %

Zyklohexanon (Lösungsmittel) 43,6 %

Äthanol (Lösungsmittel) 15,4 I

Toluol (Lösungsmittel) 23,1 %

1OO,O Ί

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Die große grüne keramische Folie wurde für die Untersuchung in einer Anzahl kleinerer Folien zerschnitten. Vier getrennte Sätze von Folien wurden für zwei Stunden auf 750° C, auf 85ü° C, 950° C bzw. 1100° C erwärmt. Die auf 750° C erwärmten Folien waren sehr zerbrechlich und konnten nicht ohne Zerbrechen behandelt werden. Die auf 850° C erwärmten Folien waren ebenfalls zerbrechlich, jedoch schon merklich besser als die erstgenannte Gruppe. Die auf 900° C erwärmten Folien ließen sich, wenn auch mit Schwierigkeiten, ohne zu zerbrechen handhaben. Die auf 1100° C erwärmten Folien waren starr und konnten ohne zu zerbrechen behandelt werden. Diese Folien waren, wie eine genaue Untersuchung ergab, ziemlich porös, was auch für alle anderen Folien zutraf. Es wird angenommen, daß die größere Festigung der auf 11OO° C erwärmten Folien auf das Anhaften der keramischen Teilchen an dem geschmolzenen Glas zurückzuführen ist. Die auf 1100 erwärmten Folien wurden dann durch Eintauchen in ein Füllwachs mit einem Bindemittel imprägniert. Das Wachs war ein synthetisches elfenbeinfarbiges Wachs, das aus Dis-Stearoylamid bestand. Die porösen Rohfolien wurden in wenigen Sekunden in dem geschmolzenen Wachs imprägniert. Dabei bildete sich gleichzeitig auf der Oberfläche ein Überzug mit einer Dicke von etwa 0,025 mm. Mittels eines Elektronenstrahls wurden dann in der imprägnierten Rohfolie die durchgehenden Bohrungen und die Linienzüge in dem Oberflächenwachs der Folie hergestellt. Dabei wurde auch gleichzeitig das Wachs innerhalb der freiliegenden keramischen Struktur der Rohfolie entfernt. Durch die Behandlung mit dem Elektronenstrahl wurden in Schritten von 10 iiikron Weite bei 1OO Kev Punkte mit einem Durchmesser von 55 Ilikron gebildet. Die Einstellung des Elektronenstrahlgeräts war für jeden dieser Punkte 1,5 iuA für 5 Ilikrosekunden. Die Untersuchung ergab, daß die Substratoberfläche der Rohfolie tiurch die Oberflüchenwachsschicht freigelegt war. Die imprägnierten Rohfolien wurden dann für etva 10 Hin. in

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- 19 eine wässrige 48 %ige Flußsäurelösung eingetaucht.

In den Folien wurde auf diese Weise eine Nut hergestellt, deren Tiefe und Breite etwa gleich groß war und in v/elcher praktisch alle Tonerdeteilchen entfernt waren. Anschließend wurde eine ein feuerfestes Metall enthaltende leitende Paste in die Nuten eingearbeitet. Anschließend v/urde eine Anzahl derartig imprägnierter keramischer Rohfolien übereinander gestapelt und unter leichtem Druck für etwa 3 Stunden bei 1450° C gesintert. Nach Abkühlung ergab sich, daß die so hergestellte keramische Struktur von gleichförmiger Dichte und undurchlässiger keramischer Struktur war, wie sie sich für mehrschichtige keramische Packungen eignet.

Beispiel II

Eine Mischung aus keramischen Pulverteilchen, bestehend aus 89 Gewichtsprozent fein gemahlener Tonerde A-14 und 11 % einer Fritte der im Beipiel I angegebenen Zusammensetzung wurde in eine flache Metallform eingegeben, zum Verdichten des Pulvers gepreßt und in Luft für zwei Stunden etv:a auf 1100° C erwärmt.

Daraus wurde ein poröser keramischer Körper gebildet, der mit einer Lösung von 75 Gewichtsprozent Polyvinylbutyral und 25 Gewichtsprozent Dibutylphthalat in Methylalkohol imprägniert wurde.

Nach Verdampfung des Lösungsmittels wurde eine Folie gebildet und wie in Beispiel I beschrieben, behandelt.

Beispiel III

Lin keramisches Pulver bestehend aus

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8 0 9 R ? A / D 5 6 ß

68,6 Gewichtsprozent eutektisches Bleisilikat 13,3 Gewichtsprozent Al₃O₃ χ 4 SiO₂ χ 9Η_0

13,3 Gev/ichtsprozent plastisches Kaolin (als Quelle für M₂O₃, SiO₂)

4,8 Gewichtsprozent Al _0 .,-Pulver
100,0 Gewichtsprozent

wurde in eine flache Metallform eingelegt, durch Pressen verdichtet und zur Bildung einer porösen Rohfolie, die als einziges Stück behandelt werden kann, in Luft auf etwa 550 erwärmt.

Die poröse Folie wurde mit einer Lösung von 10 % Polyamid in Ilethanol imprägniert. Anschließend wurde das Methanol verdampft. Daraus erhält man eine Folie, die in ihren Abmessungen stabil ist und zu einer mehrschichtigen keramischen Struktur durch die im Beispiel I beschriebenen Verfahrensschritte verarbeitet werden kann, unter Verwendung einer elektrisch leitenden Paste, die anstelle von Molybdän Kupfer oder Goldteilchen enthält.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Herstellen mehrschichtiger keramischer Substrate für integrierte Schaltungen mit innen liegenden Leitungsmustern, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Bildung einer Anzahl poröser keramischer Rohfolien, Imprägnieren der Poren dieser Rohfolien mit einem organischen Bindemittel,

Herstellen von durchgehenden Bohrungen in den imprägnierten Rohfolien,

Ausfüllen dieser Bohrungen mit einem leitenden Material,

Aufdrucken von elektrisch leitenden Leitungsmustern auf der Oberfläche der imprägnierten Rohfolien, Zusammenbau einer Anzahl solcher mit Bohrungen versehener, mit Leitungsmustern bedruckter imprägnierter Rohfolien in eine laminierte Einheit und Sintern dieser laminierten Einheit zur Herstellung einer zusammenhängenden Struktur mit innen liegenden miteinander verbundenen Leitungsmustern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte zur Herstellung der porösen keramischen Rohfolient

Ansetzen einer Trübe, die ein hochschmelzendes keramisches pulverisiertes Material, ein niedriger schmelzendes pulverisiertes Glasmaterial, ein organisches Bindemittel und ein flüchtiges Lösungsmittel für das organische Harzbindemittel enthält, Aufstreichen der Trübe in einer dünnen Schicht, Aufheizen dieser dünnen Schicht zum Austreiben des Lösungsmittels, wodurch eine dünne biegsame grüne keramische Folie entsteht,

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Aufheizen dieser grünen keramischen Folie bei einer so hohen Temperatur solange, bis das Harzbindemittel ausgebrannt und das Glasmaterial geschmolzen und die einzelnen Keramikteilchen an den Glasteilchen angeschmolzen sind, zur Bildung einer porösen Folie.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische pulverisierte Material aus einer aus Tonerde, Ferriten, Titanaten und deren Mischungen enthaltene Gruppe ausgewählt wird, daß das pulverisierte Glasmaterial aus einer Gruppe aus Bleisilikat und deren Mischungen ausgewählt wird, daß das Harzbindemittel ein aus der Gruppe aus Wachs, Polyvinylbutyral, Polyamid, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyäthylen, Polyvinylacetat und deren Mischungen ausgewählt wird.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß j die keramische grüne Folie zunächst auf eine Tempera- j tür in der Größenordnung von 450° C solange aufgeheizt wird, bis das Bindeharz ausgebrannt ist, und daß anschließend die Temperatur auf etwa 11OO° erhöht wird, bis das Glas schmilzt und mit den keramischen Teilchen zu einer Matrix verschmilzt.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität der keramischen Rohfolie in der Größenordnung von 30 bis 55 % liegt.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Rohfolien dadurch hergestellt werden, daß eine Mischung aus einem hochschmelzenden pulverisierten keramischen Material und einem niedriger schmelzenden pulverisierten Glasmaterial verwendet

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wird, daß die Mischung bei einer Temperatur oberhalb des Erweichungspunktes des Glasmaterials, jedoch unterhalb des Erweichungspunktes des keramischen Materials solange heiß gepreßt wird, bis eine verschmolzene Teilchenmatrix mit einer Porosität in der Größenordnung von 30 bis 55 % gebildet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Material aus einer aus Tonerde, Ferriten, Titanaten und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt wird, daß das pulverisierte Glasmaterial aus einer Bleisilikat, Borsilikat oder Natriumkalkglas oder deren Mischungen enthaltenden Gruppe ausgewählt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Heißpressen eine Temperatur im Bereich zwischen 450 und 750° C benutzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse keramische Rohfolie mit einem wachsartigen Material imprägniert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse keramische Folie mit einem aus der Gruppe aus Polyvinylbutyral, Polyvinylalkohol, Polyamid und deren Mischungen, die in einem Lösungsmittel aufgelöst sind, ausgewählten thermoplastischen Material imprägniert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse keramische Rohfolie durch heißes Pressen eines pulverisierten niedrigschmelzenden keramischen Materials oder eines Glasmaterials bei einer Temperatur

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solange heiß verpreßt wird, daß die Teilchen zu einer porösen Matrixfolie mit einer Porosität im Bereich zwischen 45 und 55 % verschmolzen werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß das Material aus einer aus Bleisilikat-, Borsilikat-« Natriumkalkglas und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt und daß zum heißen Vorpressen eine Temperatur im Bereich zwischen 450 und 750° C verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse keramische Rohfolie durch folgende Verfahrensschritte gebildet wird:

Herstellen einer auspreßbaren oder spritzbaren Pastenmischung aus einen pulverisierten keramischen Material, einem pulverisierten Glasmaterial mit niedrigerem Schmelzpunkt, einem organischen Bindemittel, ]

Auspressen oder Ausgießen der Mischung in Folienform, Erwärmen der Folie auf eine erste Temperatur zum Ausbrennen des organischen Bindemittels und auf eine zweite über dem Erweichungspunkt des Glasmaterials liegende höhere Temperatur zum Verschmelzen der keramischen Teilchen mit den erweichten Glasmaterialien.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Bohrungen durch mechanisches Stanzen oder Lochen hergestellt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Bohrungen mit Hilfe eines Elektronenstrahls erzeugt werden.

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16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Bohrungen nit einem Laserstrahl erzeugt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als keramische poröse Rohfolie eine Hatrix aus keramischen Teilchen verwendet wird, die über ein Glasmaterial zusammenhängt, wobei die Porosität der Rohfolienbereiche zwischen 15 und 70 % liegt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitendes Leitungsmuster dadurch gebildet wird, daß auf der Oberfläche der imprägnierten porösen keramischen Rohfolie ein dünner überzug aus einem wachsartigen Material hergestellt wird, daß in dieser Wachsschicht Öffnungen für die Bildung von Leitungsmustern hergestellt werden, welche sich durch die V/achsschicht hindurch erstrecken und die Oberfläche der imprägnierten Rohfolie freilegen, daß die Oberfläche mit Flußsäure zum Auflösen des in den öffnungen zugänglichen Glases und damit Herauslösen der keramischen Teilchen bearbeitet, die losen keramischen Teilchen entfernt und die sich dadurch ergebenden offenen Kanäle mit einem elektrisch leitenden Pastenmaterial ausgefüllt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß diese Linienzüge in dem Überzug aus dem wachsartigen Material durch einen Elektronenstrahl erzeugt werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Kanäle mit dem pastenförmige!! elektrisch leitenden Material durch Verstreichen dieses Materials über die Oberfläche der Rohfolie ausgefüllt worden und daß anschließend überschüssigen Material abgewischt wird.

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21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Bohrungen in der keramischen porösen Rohfolie mit einem Elektronenstrahl zur gleichen Zeit, wie die linienförmigen Kanäle in dem aus einem wachsartigen iiaterial bestehenden überzug gebildet werden.

22. Keramische Folie, hergestellt nach einem oder mehreren der Verfahrensansprüche 1 bis 21 für eine Formgebung, ein Drucken und Sintern, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus einer Matrix aus keramischen Teilchen besteht, die durch ein niedriger schmelzendes anorganisches Materials zusammengehalten werden.

23. Keramische Folie nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität im Bereich zwischen 30 und 55 % liegt.

24. Keramische Folie nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren der Matrix mit einem organischen Harzbindemittel imprägniert sind.

25. Keramische Folie nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Harzbindemittel ein wachsartiges Material ist.

FI 976 ü23

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