DE3537161A1 - Verfahren zur herstellung festhaftender, loetfaehiger und strukturierbarer metallschichten auf al(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)o(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)-haltiger keramik - Google Patents

Verfahren zur herstellung festhaftender, loetfaehiger und strukturierbarer metallschichten auf al(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)o(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)-haltiger keramik

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, auf eine Al2O3-haltige Keramik eine haftfeste Kupferschicht dadurch aufzubringen, daß Kupferoxid und metallisches Kupfer gleichzeitig einge­ brannt werden, wobei die Einbrennbedingungen so gesteuert werden müssen, daß das metallische Kupfer in ausreichendem Maße erhalten bleibt, um dieses anschließend galvanisch ver­ stärken zu können. Die hierbei erzeugten Schichten sind zum einen verhältnismäßig dick, zum anderen ist eine sauerstoff­ freie Einbrennatmosphäre unbedingt erforderlich, was einen hohen apparativen Aufwand erfordert. Darüber hinaus ist die Haftfestigkeit der auf solche Substrate aufgebrachten Kupfer­ schichten für viele Zwecke noch nicht befriedigend. - Ein analoges Verfahren zur Herstellung haftfester Nickelschich­ ten ist nicht bekannt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich die haftvermittelnde Spinell-Zwischenschicht an Luft einbrennen läßt, daß die Haftfestigkeit der auf dem Haft­ vermittler aufgebrachten Metallschicht erheblich verbessert wird und daß sich das Verfahren auch auf Nickel anwenden läßt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft zur weiteren Haftverbesserung ist es, wenn der Siebdruckpaste Aluminiumoxid oder eine bei der Ein­ brenntemperatur Aluminiumoxid bildende Verbindung zuge­ fügt wird. Als besonders vorteilhaft hat sich hier Alu­ miniumacetylacetonat, Al(C5H7O2)3, erwiesen, da es gegen­ über dem Aluminiumoxid als Pulver den Vorteil hat, daß es in der Siebdruckpaste löslich ist und daher einen sehr homogenen Film liefert.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Ein plättchenförmiges Substrat aus einer Aluminiumoxid­ keramik wird mit einer Siebdruckpaste ganzflächig bedruckt, die folgende Zusammensetzung aufweist:
8,2 g eines Pastenbildners, bestehend aus 100 Gewichts­ teilen eines Lösungsmittelgemisches aus 40 Volumen­ teilen Cyclohexan, 80 Volumenteilen Benzylalkohol, 50 Volumenteilen α-Terpineol und 15 Gewichts­ teilen Ethylcellulose
0,635 g Aluminiumacetylacetonat
3 g eines Lösungsmittelgemisches obengenannter Zusammen­ setzung
0,9 g Cu₂O.
Nach dem Trocknen der Paste wird das bedruckte Substrat 0,5 bis 1 Stunde bei 1200°C an Luft behandelt, wobei sich zu­ nächst das Cu2O in CuO und das Aluminiumacetylacetonat in Al2O3 umwandelt und das CuO sowohl mit dem in der Paste befindlichen Al2O3 als auch mit dem Al2O3 der Substrat­ oberfläche zu Kupferspinell reagiert gemäß der Formel:
CuO + Al2O3 → CuAl2O4.
Nach dem Abkühlen wird die nunmehr auf der Oberfläche des Aluminiumoxid-Substrates erzeugte Spinellschicht in einem handelsüblichen Bad stromlos verkupfert, wobei sich auf der Oberfläche eine dünne Kupferschicht von 1 µm Dicke ausbildet. Diese Kupferschicht kann nun, je nach vorgesehenem Verwendungszweck, entweder im ganzen in einem galvanischen Kupferbad verstärkt werden oder aber die Fläche kann mit einem gewünschten Muster versehen werden, indem man einen Positivlack aufbringt, diesen entsprechend belichtet und entwickelt. Danach werden lediglich die freigelegten Bereiche galvanisch verstärkt und gegebenenfalls zur besseren Lötbar­ keit noch mit einer Blei-Zinn-Legierung beschichtet. Die ver­ bleibende, nicht galvanisch verstärkte Schicht des stromlos aufgebrachten Kupfers läßt sich in einfacher Weise in einem Ätzbad entfernen.
Benutzt man anstelle von Cu2O eine Siebdruckpaste, die Nickel­ oxid, NiO, enthält, so bildet sich auf der Substratoberfläche ein Nickelspinell, NiAl2O4, als haftvermittelnde Zwischen­ schicht, auf die dann mit einem ebenfalls handelsüblichen Bad stromlos eine Nickelschicht aufgebracht werden kann. Auch diese Siebdruckpaste enthält zur Verbesserung der Haftfestigkeit Aluminiumacetylacetonat oder auch Aluminium­ oxid.
Die durch die Wärmebehandlung auf der Substratoberfläche gebildeten Spinelle sind Isolatoren, so daß sie als Zwischen­ schichten für die Erzeugung von Leiterbahnen auf dem Substrat geeignet sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung festhaftender, lötfähiger und strukturierbarer Metallschichten auf Al2O-haltiger Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramiksubstrat mit einer metalloxidhaltigen Siebdruckpaste ganzflächig bedruckt, an Luft bei 800 bis 1350°C eingebrannt und die so ent­ standene Spinellschicht anschließend stromlos metallisiert wird, worauf die stromlos erzeugte Metallschicht galvanisch verstärkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Cu2O-haltige Siebdruckpaste verwendet und die entstan­ dene Kupferspinellschicht stromlos verkupfert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine NiO-haltige Siebdruckpaste verwendet und die entstan­ dene Nickelspinellschicht stromlos vernickelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebdruckpaste Al2O3 oder eine bei der Einbrenntemperatur Al2O3 bildende Aluminiumver­ bindung zugefügt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebdruckpaste Aluminiumacetylacetonat zugefügt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Siebdruckpaste so viel einer Aluminiumverbin­ dung zugegeben wird, wie 8 bis 12 Gew.-% Al2O3 entsprechen, bezogen auf einen stöchiometrischen Umsatz entsprechend der Gleichung MeO + Al2O3 → MeAl2O4 mit Me = Cu, Ni.
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