DE3148809C2 - Keramische Trägerplatte für feinlinige elektrische Schaltungen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Keramische Trägerplatte für feinlinige elektrische Schaltungen und Verfahren zu deren Herstellung

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Abstract

Eine gesinterte monolithische Keramikträgerplatte für eine feinlinige elektrische Schaltung umfaßt eine Grundschicht, die mindestens 90 Gew.% kristallines Aluminiumoxid oder Berylliumoxid enthält, und eine dünne obere Schicht, die mindestens 90 Gew.% aus demselben kristallinen Material enthält, wie die Grundschicht, jedoch mit einer durchschnittlichen Korngröße, die kleiner als diejenige des kristallinen Materials der Grundschicht ist. Die obere Schicht hat eine unregelmäßige Berührungsfläche mit der Grundschicht, jedoch eine ebene obere Oberfläche mit minimalen Oberflächen-Unregelmäßigkeiten zur verbesserten Aufnahme einer auf diese Schicht aufzubringenden feinlinigen Schaltung. Eine solche Trägerplatte wird dadurch hergestellt, daß zuerst eine Keramikplatte aus Aluminiumoxid- oder Berylliumoxid-Keramik zu einer Grundschicht geformt und gebrannt wird und dann eine Beschichtung mit feinkörnigem Aluminiumoxid oder Beryllium oxid, je nach dem Material der Platte, vorgenommen und dann diese Platte gebrannt wird.

Description

20
2. Trägerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht (12) eine glasige Phase enthält.
3. Trägerplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Korngröße des kristallinen Materials der oberen Schicht (14) nicht mehr als die Hälfte derjenigen des kristallinen Materials der Grundschicht (12) beträgt.
4. Trägerplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Korngröße des kristallinen Materials der Grundschicht (12) etwa 6 bis 8 μπι und die durchschnittliche Korngröße des kristallinen Materials der oberen Schicht zwischen 2,5 und 3,5 μπι beträgt.
5. Trägerplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der oberen Schicht zwischen 0,005 und 0,025 mm beträgt.
6. Trägerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht (12, 14) mindestens 95 Gew.-% des kristallinen Materials enthält.
7. Trägerplatte nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kristalline Material Aluminiumoxid ist.
8. Verfahren zum Herstellen einer gesinterten, aus zwei Schichten zusammengesetzten Keramikträgerplatte für eine feinlinige elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Keramikrohmasse hergestellt wird, die als keramische Bestandteile mindestens 90 Gew.-% kristallinen Materials enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Aluminiumoxid und Berylliumoxid enthält, daß diese Rohmasse zu einer Platte geformt wird, daß die Platte mit der Sinterungstemperatur zu einer gesinterten Platte gebrannt wird, daß dann eine Oberfläche der Platte mit einer dünnen Schicht aus Keramik beschicht wird, die mindestens 90 Gew.-% partikelförmiges kristallines Material enthält, von dem der größte Teil das gleiche ist, wie das, das in der Rohmasse zum Bilden der Platte verwendet wurde, dessen durchschnittliche Partikelgröße jedoch kleiner als diejenige des kristallinen Materials ist, das für die Rohmasse der Platte verwendet wurde, und daß die Platte schließlich zum Sintern der aufgebrachten Beschichtung gebrannt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohmasse zum Bilden der Platte Glasbildner enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohmasse zum Bilden der Platte und der Beschichtung mindestens 95% des kristallinen Materials enthält
11. Verfahren nach Ansprach 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Partikelgröße des kristallinen Materials der Beschichtung nicht mehr als die Hälfte derjenigen des kristallinen Materials der Rohmasse für die Platte beträgt
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das kristalline Material Aluminiumoxid ist
13. Verfahren nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohmasse durch Trockenpressen zu einer Platte geformt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß die Rohmasse vor dem Trockenpressen sprühgetrocknet wird.
Die Erfindung betrifft keramische Tragplatten für feinlinige elektrische Schaltungen und ein Verfahren zu deren Herstellung nach dem Oberbegriff des Patentan-Spruches 1. In der Keramikindustrie werden keramische Trägerplatten zum Anbringen von Halbleitern oder dergleichen und zum Drucken, Ablagern durch Aufdampfen oder sonstigen Aufbringen elektrischer Schaltungen verwendet. Da die Technik der Elektronik fortschreitet, besteht ein steigender Bedarf an besseren elektrischen Schaltungen. Dies macht es erforderlich, daß die Leiter schmaler sind und damit eine kleinere Fläche dafür benötigt wird. Derartige feinlinige Schaltungen machen es erforderlich, daß die Plattenoberfläehe, auf die die Schaltung aufgebracht wird, besonders eben ausgebildet ist, d. h. nur minimale Oberflächenfehler, wie Narben oder Lücken, aufweist.
Keramische Trägerplatten für einen solchen Zweck werden üblicherweise aus Aluminiumoxidkeramik hergestellt, obwohl dann, wenn eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit erwünscht ist, Berylliumoxid trotz höherer Kosten verwendet werden kann. Diese Keramik ist jedoch sehr hart und aus diesem Grunde ist ein Polieren der Oberfläche schwierig und kostspielig. Obwohl Polieren eine Glätte erzeugt, beseitigt es nicht unbedingt Oberflächenfehler, wie relativ tiefe Narben, die Schwierigkeiten beim Erzeugen einer guten feinlini&en Schaltung bewirken. Die übliche Lösung dieses Problems der Oberflächenfehler besteht darin, eine dünne Glasur, beispielsweise ein Glas, auf die Oberfläche der Keramik aufzubringen. Jedoch ergibt das Aufbringen einer Glasur zahlreiche unerwünschte Eigenschaften, wie eine Abnahme der Adhäsion, der thermischen Leitfähigkeit, der chemischen Widerstandsfähigkeit und der elektrisehen Isolation zwischen benachbarten Leiterbahnen der Schaltung. Dies ist der Fall, weil Glas im Vergleich zu Aluminiumoxid- oder Berylliumoxid-Keramik in all diesen Beziehungen minderwertiger ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine keramische Trägerplatte für feinlinige elektrische Schaltungen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, wobei die sonst bei solchen keramischen Trägerplatten leicht auftretenden Oberflächenfehler beseitigt bzw. ausgefüllt sind.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 8 angegebene Erfindung gelöst.
Die obere Oberfläche einer solchen Tragplatte, auf die das Schaltungsmuster aufgebracht wird, hat alle ge-
wünschten Eigenschaften von Aluminiumoxid oder Berylliumoxid und ist darüber hinaus im wesentlichen eben,, d. h. hat minimale Oberflächenfehler, wobei die obere Schicht der Struktur ein Ausfüllen vier Oberflächennarben oder -lücken der Grundschicht bewirkt, um die gewünschte eingeebnete und fehleitreie Oberfläche zu schaffen.
Zur Herstellung einer solchen Trägerplatte wird gemäß der Erfindung zuerst eine Platte aus Aluminiumoxid- oder Berylliurnoxid-Keramik geformt und gesintert, die in der fertigen Struktur als Grundschicht dient, und dann wird mindestens eine der einander abgewandten Oberflächen der Platte mit einer dünnen Schicht der Keramik beschichtet, die als obere Schicht der Tragplatte dienL Dann wird die Tragplatte noch einmal erhitzt, um die obere Schicht zu sintern. Das Aluminiumoxid oder Berylliumoxid, das in der dünnen Beschichtung verwendet wird, die die obere Schicht bildet, ist von kleinerer Durchschnitts-Partikelgröße, vorzugsweise nicht größer als die Hälfte der Partikelgröße des Aluminiumoxids, das in der Rohmasse zum Bilden der Platte verwendet wird, nämlich der Grundschicht. Dadurch ist sichergestellt, daß die Beschichtung ihre gewünschte Funktion des Ausfüllens der Oberflächennarben oder -lücken in der Platte ausübt, um die gewünschte, im wesentlichen ebene und fehlerfreie Oberfläche zu schaffen. Dabei ist auch sichergestellt, daß die endgültige, nach dem Brennen entstandene Korngröße des Aluminiumoxids in der oberen Schicht kleiner als diejenige nach dem Brennen im kristallinen Material in der Grundschicht ist. Da die Partikelgröße der Keramik der Beschichtung so klein ist, ist die keramische Masse reaktionsfreudiger und kann aus diesem Grunde bei einer geringeren Temperatur zu einer gesinterten Struktur gebrannt werden, wodurch die Größe des Kornwachstums während des Brennens reduziert wird.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen einer Trägerplatte, die als Grundschicht dienen soll, umfaßt folgende Verfahrensschritte:
1. Mischen einer Rohmasse in Form eines wässerigen Schlickers, der zusätzlich zu den keramischen Bestandteilen eine kleine Menge Wachs oder einen ähnlichen organischen Binder enthält;
2. Sprühtrocknen der Masse;
3. Trockenpressen der sprühgetrockneten Masse in gewünschte Platten und dann
4. Brennen der Platten zum Ausbrennen oder Verdampfen des organischen Binders und zum Sintern der Keramik.
Dieses Verfahren zum Herstellen der Platten ist aus verschiedenen Gründen vorteilhaft gegenüber anderen Verfahren, beispielsweise den Verfahren, bei denen die Platten von einem gegossenen Strang abgeschnitten werden, der aus der Rohmasse gebildet worden ist. Der Hauptvorteil des Sprühtrocknungs-Trockenpreß-Verfahrens besteht darin, daß es größere Freiheit in der Wahl der Plattendicke und der Plattengestalt mit minimalem Abfallverlust gestattet. Der übliche Nachteil des Sprühtrocknungs-Trockenpreß-Verfahrens ist der, daß die so hergestellten Platten Oberflächen haben, die durch ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster von Oberflächenfehlern gekennzeichnet sind. Dieser Nachteil wird jedoch durch das erfindungsgemäße Ver fahren auf ein Mindestmaß herabgesetzt.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgem&ßeii keramischen Trägerplatte ist in der Zeichnung dargestellt In dieser Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine vergrößerte Teildraufsicht auf eine erfindungsgemäß hergestellte keramische Trägerplatte mit einer feinlinigen elektrischen Schaltung, wie sie typischerweise auf eine Trägerplatte aufgebracht wird, und
F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in F i g.!, aus dem vergrößert, jedoch nicht im genauen Maßstab die Grundschicht und die obere Schicht sowie die Berührungsfläche zwischen beiden Schichten ersichtlich ίο ist
Bei dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel enthält die Grundschicht eine glasige Phase; aus diesem Grunde enthält das keramische Gemenge zur Bildung der Grundschicht einen geringen Anteil Kieselerde sowie einen geringen Anteil eines Erdalkalioxids, Talkum oder dergleichen.
Die Rohmasse zum Herstellen der Platte besteht aus:
Bestandteile
Gew.-%
Aluminiumoxid 96,6
Kieselerde 2,3
Magnesiumoxid 0,8
sonstige (Kalziumoxid, Eisenoxid, o. dgl.) 0,3
Das Aluminiumoxid wird Alpha-Aluminiumoxid verwendet Die Rohmasse wird angemengt und in einer Kugelmühle zerkleinert, bis die gewünschte durchschnittliche Partikelgröße des Aluminiumoxids bei etwa 3 bis 5 μπι liegt, bei einem Gesamtbereich der Partikelgröße von 0, 5 μπι bis 20 μπι. Während oder nach dem Zerkleinern in der Kugelmühle wird aus den keramischen Bestandteilen ein wässeriger Schlicker gebildet, der einen geringen Anteil Wachs oder einen ähnlichen organischen Binder enthält. Wie jedem Fachmann bekannt ist, wird dies am besten durch Einbringen einer wässerigen Wachs-Emulsion in den keramischen Schlikker bewirkt. Dabei wird die Menge der Wachs-Emulsion so gewählt, daß 4 bis 8% Wachs in der Trockenmasse des Gesamtgemenges enthalten sind. Ein derartiger Schlicker wird dann in einem üblichen Sprühtrocknungsvorgang sprühgetrocknet. Ein solcher Vorgang umfaßt kurz gesagt das Versprühen des Schlickers vom oberen Ende eines Turmes, in dem sich Warmluft derart aufwärts bewegt, daß das Wasser aus den Tröpfchen verdunstet. Das Produkt, das sich am Boden des Turmes ansammelt, besteht aus winzigen, im wesentlichen sphärischen Tropfen aus mit Wachs gebundener Keramikmasse, deren Größe von etwa 0,06 bis 0,2 mm variiert.
Die Platten werden durch Trockenpressen der sprühgetrockneten Masse in Metallformen hergestellt, die jeweils eine Matrize und eine Patrize aufweisen. Wenn die Platte Löcher aufweisen soll, weist eine der Formhälften Stifte auf, denen öffnungen in der anderen Formhälfte zugeordnet sind. Der beim Trockenpressen der Platten aufgewandte Druck liegt in der Größenordnung von 70 N/mm2 bis 105 N/mm2. Es ist klar, daß während des sich anschließenden Brennvorgangs, bei dem der organische Binder verdampft oder ausgebrannt wird und bei dem die Keramik gesintert wird, ein gewisses Schrumpfen in allen Dimensionen, im allgemeinen um 15%, eintritt. „:> daß die aus der Rohmasse trockengepreßten Platten entsprechend größe sind, als die fertiggebrannten Platten sein sollen. Beim Ausführungsbeispiel liegt die Dicke der Grundschicht und damit die Dicke der gebrannten Platte in der Größenordnung von 0,6 bis 6 mm.
Die aus der Rohmasse geformten Platten werden als nächstes gebrannt, um den organischen Binder auszubrennen oder zu verdampfen und die Keramik zu sintern. Wie jedem Fachmann bekannt ist, ist die bevorzugte Brenntemperatur von der genauen Zusammensetzung der Keramik abhängig. Für Aluminiumoxid-Keramik beträgt die Brenntemperatur 1575°C bis 1675°C, wobei die beste Brenntemperatur für die Aluminium-Keramik, deren Zusammensetzung vorher beschrieben wurde, zu etwa 16400C bei fünfstündigem Durchglühen ermittelt wurde. Das Brennen erfolgt unter normalen atmosphärischen Bedingungen, d. h. in einer oxidierenden Atmosphäre.
Während der letzten Abschnitte des Brennvorgangs, in denen die Keramik sintert, erfolgt ein Zusammenwirken zwischen dem Silicium und dem Magnesiumoxid und einer geringen Menge des Aluminiumoxids, um eine glasige Phase zu bilden, wobei ein Wachsen der Korngröße des kristallinen Aluminiumoxids erfolgt; die endgültige Durchschnittskorngröße des kristallinen Aluminiumoxids liegt nach dem Brennen zwischen 6 bis 8 μιτι.
Die Rohmasse für die Beschichtung, die auf die Platte aufgebracht und dann zur Bildung der oberen Schicht gebrannt wird, sollte etwa 90 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 95 Gew.-% Aluminiumoxid enthalten, und der Rest sollte im wesentlichen alles Silicium und andere Glasbildner, wie Erdalkalioxide, Talkum oder dergleichen enthalten, die mit Silicium zur Bildung von Glas reagieren. Obwohl es wünschenswert ist, daß ein geringe Menge an glasiger Phase in der oberen Schicht zumindest an ihrer Berührungsfläche mit der Grundschicht vorhanden ist, ist das Einbringen von Glasbildnern in die Rohmasse für die Beschichtung nicht immer erforderlich, da dann, wenn die Platte, auf die die Beschichtung aufgebracht wird, selbst eine glasige Phase enthält, das an der Berührungsschicht vorhandene Glas ausreichend sein und während des Brennens der Beschichtung ausreichend wandern kann, um eine glasige Phase für die obere Schicht an der Berührungsfläche zu schaffen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rohmasse zur Bildung der Platte Glasbildner in einer Menge von mindestens etwa 2 Gew.-% enthält, was es nicht erforderlich, der Rohmasse für die Beschichtung mehr als 1 Gew.-% Glasbildner hinzuzufügen.
Nachstehend ist die Zusammensetzung einer Rohmasse für die Beschichtung angegeben, die auf die Oberfläche der Platte aufgebracht und dann zur Bildung der oberen Schicht gebrannt wird.
Bestandteile
Gew.-°/o
Aluminiumoxid 99,4
Kieselerde 0,23
Magnesiumoxid 0,27
sonstige (Kalziümoxid, Eisenoxid, o. dgl.) 0,1
Als Aluminiumoxid wurde für die Rohmasse der Beschichtung Alpha-Aluminiumoxid gewählt, das infolge seiner kleinen Partikelgröße hochreaktionsfreudig ist Die Rohmasse wird gemischt, und die Partikelgröße wird durch Mahlen in einer Kugelmühle verringert, so daß die durchschnittliche Partikelgröße der Masse und infolgedessen des darin enthaltenen Aluminiumoxids kleiner und nicht mehr als halb so groß als die gewünschte durchschnittliche Partikelgröße des Aluminiumoxids in der Rohmasse ist, die zum Bilden der Platte verwendet wurde. Bei dem Ausführungsbeispiel liegt die durchschnittliche Partikelgröße des Aluminiumoxids in der Rohmasse der Beschichtung nach dem Behandeln in der Kugelmühle in der Größenordnung von 1 bis 1,5 μιτι, bei einem Gesamtbereich der Partikelgröße von 0,1 bis ΙΟμπι. Während oder nach dem Zerkleinern in der Kugelmühle wird aus den keramischen Bestandteilen ein Schlicker gebildet. Obwohl als Flüssigkeit Wasser verwendet werden kann, wurde als Flüssigkeit ein
ίο organisches Verdünnungsmittel benutzt, das eine geringe Menge gelöstes organisches Harz enthält, das eine gute Haftung des Schlickers an der Keramikplatten erbringt, auf die dieser aufgebracht wird. Ein Gemisch von etwa 40 Gew.-% Butylcarbitol, 40% Methyläthylketon und 20% Alpha-Terpineol wurde als organisches Bindemittel verwendet. Das organische Harz war ein Acrylharz, das in einer Menge von etwa 3 Gew.-% des Schlikkers vorhanden war.
Wenn Wasser als Verdünnungsmittel verwendet wird, sollte es ebenfalls einen geringen Anteil eines Binders, beispielsweise Polyvinyl-Alkohol, oder eines im Wasser emulgierbaren Wachses enthalten. Der bevorzugte Gehalt an festen Keramikstoffen im Schlicker ist von der Stärke der oberen Schicht abhängig, die ihrerseits die Dicke vorschreibt, die für die aufzubringende Beschichtung verwendet wird. Beim Ausführungsbeispiel liegt die Dicke der oberen Schicht nach dem Brennen zwischen 0,005 bis 0,025 mm, im Durchschnitt beträgt sie 0,012 mm. Die Dicke der gebrannten oberen Schicht ist im allgemeinen etwa 50% der Dicke der Beschichtung vor dem Brennen, nachdem das Verdünnungsmittel verdunstet ist; infolgedessen liegt die Dicke der Beschichtung vor dem Brennen beim Ausführungsbeispiel in der Größenordnung von 0,01 bis 0,05, im Mittel 0,025 mm.
Ein Schlicker, der einen Feststoffanteil von 40 bis 50 Gew.-% hatte, wurde als sehr zufriedenstellend befunden.
Die Beschichtung der Oberfläche der Platte wird durch Sprühen oder ein anderes Aufbringen des Schlikkers auf diese bewirkt, wonach dem Verdünnungsmittel die Möglichkeit gegeben wird zu verdunsten.
Die Platte mit der in der vorbeschriebenen Weise aufgebrachten Beschichtung wird gebrannt, um den organischen Binder auszubrennen oder zu verdampfen und um die sich ergebende dünne obere Schicht mit der Grundschicht zusammenzusintern. Wie beim Brennen der Platte, so hängt auch hier die genaue Brenntemperatur und die Behandlung von der genauen Zusammensetzung der Keramik der oberen Schicht ab. Für das vorbeschriebene Keramikgemenge zum Bilden der oberen Schicht wurde eine Brenntemperatur von 25000C bis 15600C mit einem vier- bis sechsstündigen Durchglühen bei dieser Temperatur verwendet Das Brennen wurde in normaler, d.h. oxidierender Atmosphäre durchgeführt
Während des Brennens der oberen Schicht erfolgt ein gewisses Kornwachstum des Aluminiumoxids; wenn die Rohmasse für die obere Schicht einen Glasbildner enthält, wirkt dieser mit einem kleinen Teil des Aluminiumoxids zur Bildung der glasigen Phase zusammen. Nach dem Brennen betrug die durchschnittliche Korngröße des kristallinen Aluminiumoxids in der oberen Schicht weniger als bzw. nicht mehr als die Hälfte der durchschnittlichen Korngröße des kristallinen Materials in der Grundschicht Bei den Versuchen, die mit den vorbeschriebenen Zusammensetzungen und den vorerwähnten Verfahrensschritten durchgeführt wurden, lag die endgültige durchschnittliche Kristallgröße des kri-
7 8
stallinen Aluminiumoxids in der oberen Schicht zwi- '
sehen 2,5 bis 3,5 μιη, also unterhalb der Hälfte der durchschnittlichen Korngröße des kristallinen Materials in
der Grundschicht, die zwischen 6 bis 8 μΐπ beträgt.
Während des abschließenden Brennvorgangs, bei 5
dem die obere Schicht gesintert wird, bildet die obere :
Schicht eine zusammengesetzte Struktur mit der
Grundschicht und füllt die Oberflächennarben und -lükken der Grundschicht derart aus, daß eine relativ ebene
obere Oberfläche der oberen Schicht entsteht, die fast io
frei von Oberflächenfehlern ist, die sonst Schwierigkeiten beim Herstellen eines guten feinlinigen Schaltungsmusters auf der Trägerplatte ergeben wurden.
Fig. 1 zeigt ein typisches feiniiniges Schaltungsmuster, das später auf die Trägerplatte aufgebracht wurde. 15
Die dünnen Linien 2 aus leitendem Material wurden auf r'~
die relativ ebene Oberfläche der Trägerplatte durch
Drucken aufgebracht. Man kann aber auch eine dünne :,
Filmbeschichtung, photolithographische Techniken ;··
oder dergleichen verwenden. Bei dem in der Zeichnung 20 ;};
dargestellten Beispiel weist die Trägerplatte eine Vielzahl von öffnungen 4 auf, die der Aufnahme von elektrischen Leitungsdrähten dienen, die elektrisch mit den die J-. öffnungen 4 umgebenden Bereichen 6 des Schaltungs- \i musters verbunden sind. 25 ζ
Fig.2 zeigt die unregelmäßige Berührungsfläche S
zwischen der Grundschicht 12 und der oberen Schicht |j
14, während die obere Oberfläche 16 der oberen Schicht *:
14 relativ eben und frei von Oberflächenfehlern ist. ^
Wegen der fehlerfreien Oberfläche der Zwei-Schich- 30 J
ten-Trägerplatte ist das Aufbringen von feinlinigen ]i,
Schaltungsmus'ern erleichtert, wobei gleichzeitig eine f"
erhöhte Sicherheit gegen Kurzschlüsse oder Unterbre- ':
chungen garantiert ist. γ
35 :,
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
40 Il
W 45
50
55
60
65

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Gesinterte, aus zwei Schichten zusammengesetzte Keramikträgerplatte für feinlinige elektrische Schaltungen, gekennzeichnet durch eine dickere Grundschicht (12) und eine dünnere obere Schicht (14) mit einer weitgehend ebenen oberen Oberfläche (16) und einer unregelmäßigen Berührungsfläche (10) mit der Grundschicht die beide mindestens etwa 9OGew.-°/o kristallines Material enthalten, wobei das kristalline Material der Grundschicht aus der Gruppe stammt die Aluminiumoxid oder BeryMiumoxid enthält und das kristalline Material der oberen Schicht (14) im wesentlichen das gleiehe ist wie das der Grundschicht (12), jedoch eine durchschnittliche Korngröße hat die kleiner als diejenige des kristallinen Materials der Grundschicht
DE3148809A 1980-12-15 1981-12-10 Keramische Trägerplatte für feinlinige elektrische Schaltungen und Verfahren zu deren Herstellung Expired DE3148809C2 (de)

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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2123316B (en) * 1982-07-14 1985-10-23 Atomic Energy Authority Uk Substrates for electronic devices
JPS59101896A (ja) * 1982-12-02 1984-06-12 日立化成工業株式会社 セラミツク多層回路基板の製造法
US4537827A (en) * 1983-02-07 1985-08-27 Hughes Aircraft Company Optically flat semiconductor baseplate structure
FR2556503B1 (fr) * 1983-12-08 1986-12-12 Eurofarad Substrat d'interconnexion en alumine pour composant electronique
DE3407443A1 (de) * 1984-02-29 1985-08-29 Buchtal Gmbh Keramische Betriebe, 8472 Schwarzenfeld Plattenfoermiges verbundelement
JPS6114187A (ja) * 1984-06-27 1986-01-22 日本特殊陶業株式会社 補強板状焼結体
DE3500998A1 (de) * 1985-01-14 1986-07-17 INTERATOM GmbH, 5060 Bergisch Gladbach Verfahren zur oberflaechenverfestigung von formkoerpern aus keramischer faser
JPS62142396A (ja) * 1985-12-17 1987-06-25 アルプス電気株式会社 薄膜回路基板
US4786342A (en) * 1986-11-10 1988-11-22 Coors Porcelain Company Method for producing cast tape finish on a dry-pressed substrate
GB9519888D0 (en) * 1995-09-29 1995-11-29 Atomic Energy Authority Uk Electrically isolating coating layers
US5948193A (en) * 1997-06-30 1999-09-07 International Business Machines Corporation Process for fabricating a multilayer ceramic substrate from thin greensheet
US6258191B1 (en) 1998-09-16 2001-07-10 International Business Machines Corporation Method and materials for increasing the strength of crystalline ceramic
JP4902020B2 (ja) * 2009-07-31 2012-03-21 京セラ株式会社 発光素子搭載用セラミックス基体
EP3919460A4 (de) * 2019-01-30 2022-11-30 Kyocera Corporation Wärmebeständiges element

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1079405A (en) * 1963-08-12 1967-08-16 Minnesota Mining & Mfg Glazed alumina substrates
FR1530711A (fr) * 1967-05-30 1968-06-28 Minnesota Mining & Mfg Substrat réfractaire entièrement céramique pour circuits électriques miniatures
US3764444A (en) * 1971-05-17 1973-10-09 Owens Illinois Inc Glass ceramic and process therefor
DE2128374A1 (de) * 1971-06-08 1973-01-04 Leiber Carl Otto Dr Dipl Phys Substrat fuer elektronische anwendungen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NICHTS-ERMITTELT

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Publication number Publication date
JPS6122630B2 (de) 1986-06-02
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FR2496385A1 (de) 1982-06-18
FR2496385B1 (de) 1986-04-04
US4340635A (en) 1982-07-20
GB2094176B (en) 1984-09-26

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