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 keramikInfo
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Description
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.
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.
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.
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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