DE3750279T2 - Abbildungsverfahren für den Aufbau keramischer elektronischer Schaltkreise. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
• Diese Erfindung bezieht sich auf verbesserte elektronische Schaltkreise und die Herstellungsverfahren.
2. Beschreibung der Vorveröffentlichungen
• Die Herstellung verschiedener Typen von ein- und mehrschichtigen keramischen elektronischen Packungen ist allgemein bekannt. Verschiedene Verfahren werden eingeschlossen, z. B. lehrt US-Patent Nr. 3 189 978 ein Verfahren zum Siebdrucken leitfähiger Schichten mit gewünschten Mustern auf den Oberflächen grüner keramischer Tafeln, die getrennt geformt werden. Gewünschte elektrische Verbindungen zwischen Lagen der grünen keramischen Tafeln werden durch Stanzen von Löchern (Vias) in den grünen keramischen Tafeln gebildet, und die entsprechenden Löcher werden mit leitfähigem Material gefüllt. Die resultierenden Tafeln werden zu einem laminierten Körper geschichtet, so daß die leitfähigen Schichten die gewünschten Verbindungen haben können. Der laminierte Körper wird gesintert, um eine mehrlagige Struktur zu erhalten.
• Bei solchem Stand der Technik wurden relativ dicke grüne keramische Tafeln verwendet, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wurde, daß die Löcher für die Verbindungen nicht vollständig mit dem leitfähigen Material gefüllt werden. Dies führt zur Unterbrechung zwischen den auf den verschiedenen Tafeln gebildeten leitfähigen Schichten.
• Im US-Patent Nr. 3 549 784 wird ein Verfahren zum Siebdrucken von isolierendem und leitfähigem Material alternativ auf einem keramischen Körper beschrieben. Das Problem bei diesem Verfahren ist die Deformation der endgültigen keramischen Struktur aufgrund von Differenzen der Schrumpfraten zwischen der keramischen Basis und den keramischen und den metallischen Pasten während des Sinterns. Um eine solche Deformation zu vermeiden, wird im Stand der Technik vorgeschlagen, daß auf der Rückseite der keramischen Basis eine metallische Lage aufgetragen werden soll, die eine Fläche und Dicke ähnlich der auf die erste Seite der keramischen Basis gedruckten metallischen Lage oder Lagen hat. Diese zusätzlichen Druckschritte führen zu einem Anstieg der Herstellungskosten und zu einem Anwachsen in der Dicke der endgültigen keramischen Struktur. Die Auflösung und Lagegenauigkeit von Siebdrucktechniken begrenzen auch die Anzahl der Lagen, die gebildet werden können.
• Im US-Patent Nr. 3 978 248 sind die keramische Paste und die Metallpaste zum Siebdrucken auf dem grünen Substrat so entwikkelt, daß sie beim Sintern dasselbe Schrumpfen zeigen.
• Es sind andere Verfahren zum Bilden leitfähiger Schaltkreismuster auf oder in keramischen Substraten vorgeschlagen worden. US-Patent Nr. 4 540 462 lehrt ein Verfahren, wobei eine Metalltafel auf eine oder beide Oberflächen einer keramischen Tafel geklebt wird. Ein Schaltkreismuster wird durch Auftragen einer Fotopolymerschicht auf die Metallschicht gebildet, welche anschließend unter Verwendung konventioneller Bild- und Ätztechniken abgebildet und entwickelt wird. Dieses Verfahren ist auf ein Maximum von zwei leitfähigen Schaltkreislagen beschränkt.
• Das britische Patent 1 256 344 lehrt ein Verfahren zum Herstellen elektrischer Schaltkreise durch Abbilden einer lichtempfindlichen Zusammensetzung, die auf einem Substrat ein Metall oder ein bei Wärme schmelzbares Dielektrikum enthält. Die Zusammensetzung wird nach jedem Abbildungsvorgang gebrannt, um das lichtempfindliche Material abzubrennen und die Zusammensetzung auf das Substrat zu schmelzen. Dieser Vorgang hat den Nachteil, daß mehrfaches Brennen erforderlich ist, und leidet an einer Verzerrung infolge differenzieller Schrumpfung zwischen den gebrannten und ungebrannten Materialien und einer Verzerrung infolge wiederholten Brennens.
• US-Patent Nr. 4 336 320 lehrt ein Verfahren zum Erzeugen zusammen gebrannter Leiter- und- dielektrischer Muster durch Ablagern einer Fotoresistschicht über einer getrockneten dielektrischen Didkfilmpaste. Der Fotoresist wird durch eine Fotomaske belichtet, und das gewünschte Muster wird durch einen Prozeß entwikkelt, der simultan die ungebrannte dielektrische Schicht ätzt. Die resultierenden Hohlräume in der dielektrischen Schicht werden mechanisch mit einer herkömmlichen leitfähigen Paste gefüllt, die keine lichtempfindlichen Materialien enthält. In einem anderen Ausführungsbeispiel enthält die dielektrische Zusammensetzung einen lichtempfindlichen Träger, der direkt abgebildet und entwickelt werden kann. Wiederum werden die resultierenden Hohlräume in der dielektrischen Schicht mechanisch mit einer leitfähigen Paste gefüllt, die keine lichtempfindlichen Materialien enthält. Das Patent hängt von einem Schablonierungsschritt ab, wo das leitfähige Material gepreßt wird oder die Hohlräume in dem Dielektrikum anders mechanisch mit einer leitfähigen Paste gefüllt werden. Obwohl ein Schlüsselmerkmal eine Verminderung der Zahl der Brennschritte ist, erfordert dieses Verfahren zum Herstellen mehrschichtiger Strukturen immer noch mehrfaches Brennen. Ferner könnte differenzielles Schrumpfen beim Sintern zwischen den gebrannten und den ungebrannten Materialien zu Verzerrungen führen.
3. Ziele der Erfindung
• Es ist ein Ziel dieser Erfindung, einen verbesserten elektronischen Schaltkreis mit verminderten Abmessungen zu schaffen.
• Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, miniaturisierte mehrlagige Schaltkreise mit einem relativ hohen Grad an Haltbarkeit zu schaffen.
• Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, verbesserte mehrlagige keramische Schaltkreise zu schaffen.
• Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, die Möglichkeit bereitzustellen, dünne Schichten dielektrischer Materialien und leitfähiger Materialien zu erzeugen, die die Bildung anderer elektrischer Komponenten wie Widerstände, Induktoren und Kondensatoren erlauben.
• Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, die Möglichkeit bereitzustellen, die Dicke des Leiters und des Dielektrikums zu steuern, um größere Dicken für verbesserte Leitfähigkeit oder Isolierung zu schaffen, falls erforderlich.
• Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, feine Strukturen von Leitern und Dielektrika zu erzeugen, die eine verbesserte Pakkungsdichte und Komponentendichte bereitstellen.
• Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das von den Erfordernissen mechanischer Werkzeuge der herkömmlichen Technologie befreit, was Kosten vermindert und die Aufstellzeit herabsetzt.
• Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine reproduzierbare Lagegenauigkeit der Leiter und Dielektrika mit hoher Auflösung bereitzustellen' was eine bessere Ausbeute und höhere Qualität schafft und zu einer besseren Leistung führt.
• Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, spezielle Merkmale wie koaxiale Leiter zu erzeugen, die die Verläßlichkeit des Betriebs erhöhen und elektrisches Rauschen reduzieren.
• Es ist ein weiteres Merkmal dieser Erfindung, eine größere Integration der CAD/CAM-Kompatibilität durch direktes Erhöhen der Automation des Schaltkreis-Konstruktionsvorgangs zu schaffen.
• Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine Großflächenproduktion von Schaltkreisen außerhalb der herkömmlichen Grenzen des Bandgießens und Siebdruckens zu schaffen.
• Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, die Konstruktion elektrischer Komponenten in einer monolithischen Struktur in einem einzigen Brennvorgang zu erlauben.
• Diese und weitere Ziele werden im Laufe der Beschreibung der Erfindung offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur von Leitern und Isolatoren mit einer Verteilung von elektrischen Elementen, wie Leitern, Induktoren, Widerständen und Kondensatorelementen, die in der Lage ist, elektrische Zusammenschaltungen zu zeigen, mit den Schritten
• a) Auftragen einer Lage einer Zusammensetzung, die ein sinterbares Material und ein strahlungsempfindliches Material, das als ein Binder für das sinterbare Material dient, aufweist, wobei das sinterbare Material ein Isolator oder ein Leiter ist, auf einer sinterbaren Unterlage;
• b) Aussetzen der Lage einer Strahlung in einem gewünschten Muster;
• c) Entwickeln der Zusammensetzungslage durch Entfernen von Gebieten, die nicht das gewünschte Muster bilden; und
• d) Sintern des zusammengesetzten Produkts in einem einzigen Brennprozeß, um eine monolithische Struktur zu formen.
• Wie in dem unabhängigen Anspruch 2 definiert, kann die Erfindung auch durch Verwenden einer entfernbaren Unterlage ausgeführt werden.
• Besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
• Wenn eine Struktur mit mehrfachen Mustern gewünscht ist, kann das oben beschriebene Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Nach dem Entwickeln der ersten Lage wird wenigstens ein weiteres Muster durch Wiederholen der Basisschritte des Auftragens der Lage, des Aussetzens einem Strahlungsmuster und des Entwicklens geformt, um ein zusammengesetztes Produkt zu bilden. Nachdem die gewünschte Zahl von Mustern hergestellt ist, wird ein einziger, endgültiger Brennvorgang durchgeführt.
• In einem anderen Ausführungsbeispiel wird eine Struktur von Leitern und Isolatoren mit mehrfachen Mustern mit einer inneren Verteilung elektrischer Elemente wie Leiter-, Induktor-, Widerstand- und Kondensatorelemente, die in der Lage ist, mehrlagige elektrische Zusammenschaltungen zu zeigen, durch eine Laminierungstechnik erzeugt. Es wird eine Serie sinterbarer Unterlagen verwendet, und verschiedene einzelne Muster werden auf jeder Unterlage plaziert und durch das Verfahren dieser Erfindung entwickelt. Dann werden die verschiedenen Muster auf den Unterlagen zusammengeschichtet, um nach Formung des Laminats mit einem einzelnen endgültigen Brennvorgang ein zusammengesetztes Produkt zu bilden. Alternativ können die Muster auf entfernbaren Unterlagen hergestellt werden, wobei die Unterlagen vor der Laminierung entfernt werden. Bei dieser Laminierungstechnik kann die Struktur so hergestellt werden, daß sie Vias für die elektrische Zusammenschaltung zwischen benachbarten Unterlageschichten enthält.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die die Basiskomponenten beim Ablegen eines Musters auf einer Unterlage zeigt.
• Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die die Basisschritte beim Aufbauen einer Struktur mit mehrfachen Mustern auf einer Unterlage zeigt.
• Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die ein alternatives Verfahren zum Aufbauen einer Struktur mit mehrfachen Mustern durch Laminierung getrennter Unterlagen zeigt.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
• Die vorliegende Erfindung ist auf das Erzeugen einer entweder einlagigen oder mehrlagigen zusammengesetzten Struktur mit einer Anzahl leitfähiger und isolierender Lagen durch Abbinden bei Bestrahlung von Zusammensetzungen, die strahlungsempfindliche Materialien und sinterbare Materialien aufweisen, gefolgt von einem einzelnen Brennschritt, um die Struktur in eine monolitische Form zu festigen, gerichtet. Die sinterbaren Materialien können entweder Leiter oder Isolatoren sein.
• In einem Ausführungsbeispiel wird eine Struktur mit einer einzelnen Lage hergestellt. Durch Füllen von Keramik- und Metallpartikeln in ein strahlungshärtbares Polymer, das als Binder für die aus Partikeln bestehenden Stoffe dient, kann solch eine Zusammensetzung formuliert werden, die auf ein keramisches Substrat zum nachfolgenden Abbilden, Entwicklen und Sintern aufgetragen werden soll. Dann kann ein elektronisches Paket erhalten werden, das durch einen Bereich von Dielektrizitätskonstanten, die ihm durch die keramischen Partikel verliehen werden, und durch einen Bereich von spezifischen Widerständen, die ihm durch die metallischen Partikel verliehen werden, gekennzeichnet ist.
• Für die dielektrischen Partikel geeignete Materialien umfassen, aber sind keineswegs darauf beschränkt, Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Silikate, Titanate, andere Oxide, Aluminiumnitrid und andere Nitride und Karbide. Für die leitfähigen Partikel geeignete Materialien umfassen Metalle wie Molybdän, Silber, Gold, Kupfer und Metalle der Platingruppe wie auch Verbindungen wie Rutheniumdioxid oder Zinnoxid oder Karbide, sind aber nicht darauf beschränkt.
• Es können verschiede Typen von durch Strahlung härtbaren Polymeren verwendet werden. Siehe z. B. "UV Curing: Science and Technology", herausgegeben von S.P. Pappas, Technology Marketing Corp. (1980). Zum Abbilden und Abtasten, um Muster zu erzeugen, werden viele Typen von Strahlung in Betracht gezogen, und sie können z. B. UV-, EB-, IR-, Röntgen- und Laser-Strahlung einschließen. Beispiele für durch Ultraviolettlicht aushärtbare Polymere sind Acrylate, Methacrylate und Cinnamat-Systeme.
• Von Fachleuten wird verstanden, daß die Auswahl des geeigneten Fotopolymers von den Aushärtungsbedingungen (Zeit, Temperatur, Belichtung mit der ausgewählten Strahlung, Laden, usw.), den Brennbedingungen (Rate des Temperaturanstiegs, Atmosphäre, Verweilzeit, Spitzentemperatur, usw.) abhängt. Ein Beispiel eines durch Ultraviolettlicht aushärtbaren Polymers ist ACCUTRACE 3000®, hergestellt von W.R. Grace & Co. Der Typ des Polymers ist im US-Patent 4 422 914 beschrieben, und der gesamte Inhalt dieses Patents wird hierin durch Referenz eingeschlossen. Das Polymer hat eine Urethan-Struktur mit einer endständigen Ungesättigtheit und einer endständigen Karboxylgruppe. Das Polymer kann in einem Fall mit einem aus keramischen Partikeln bestehenden Stoff wie Alumiumoxidpulver gefüllt werden, um einen Isolator herzustellen, oder in einem anderen Fall mit einem Metallpulver wie Molybdän, um einen Leiter zu machen. Diese Zusammensetzungen werden formuliert und durch Fotoabbildungs-Techniken auf ungebrannte keramische Substrate aufgebracht. Mit diesem System können Muster mit einer Linie und einem Abstand von weniger als 1 mil erzeugt werden.
• Einige härtbare Polymere können einen Kohlenstoffrest hinterlassen, wenn die gefüllten Zusammensetzungen in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert werden, um das sinterbare Material zu schmelzen. Wenn z. B. ein Dielektrikum gemacht wird, dann kann dieser leitfähige Kohlenstoff zu beanstanden sein. In diesem Fall kann das Brennen in einer Atmosphäre ausgeführt werden, die der Entfernung von Kohlenstoff förderlich ist, z. B. einer oxidierenden Atmosphäre, oder es kann ein sich sauber zersetzendes Polymersystem verwendet werden. Wenn dicke Abschnitte gehärtet werden sollen, können Änderungen an dem Polymersystem, dem Polymerisationsiniziierungssystem wie auch an der Strahlung vorgenommen werden, um eine selektive Durchdringung zu ergeben.
• In einem anderen Ausführungsbeispiel können auch zusammengesetzte Strukturen mit mehrfachen Mustern erfolgreich hergestellt werden.
• Diese Ausführungsbeispiele werden unter Bezug auf die Fig. 1, 2 und 3 beschrieben.
• Fig. 1 ist eine Darstellung der Basisschritte beim Herstellen eines leitfähigen Musters auf einer Unterlage. Die Unterlage kann eine entfernbare Unterlage oder eine sinterbare Unterlage sein. Eine mit Metall gefüllte lichtempfindliche Polymerzusammensetzung 20 wird in Form eines Überzugs auf eine Unterlage 30 aufgetragen, siehe Figur IA. Die Zusammensetzung wird durch eine Fotomaske 10 einer UV-Strahlung ausgesetzt. Nach geeigneter Entwicklung durch Techniken, die in der Technik wohlbekannt sind, wird das gewünschte Muster 21, das ein negatives Bild der Fotomaske 10 ist, auf der Unterlage gebildet, wie in Fig. 1B gezeigt. Das fotosensitive Polymer ist ein Fotopolymer vom negativen Typ, wie in Fig. 1 dargestellt. Von Fachleuten auf dem Gebiet des Abbildens mit fotosensitiven Polymeren wird verstanden, daß entweder ein positives oder ein negatives Fotomaterial verwendet werden kann und daß das Verfahren zum Entwickeln des Bildes gemäß dem verwendeten fotosensitiven Polymer variiert.
• In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein Metallpulver wie Molybdän-Metallpulver mit dem bevorzugten ACCUTRACE 3000- Fotopolymer in einem bevorzugten Gewichtsverhältnis von etwa 72 : 28 unter Bedingungen mit geringer UV-Beleuchtung gemischt werden. Die vermischte Mischung wird mittels eines Streichmessers zu einer Dicke von etwa 1-2 mils auf ein ungebranntes keramisches Substrat aufgetragen, das nach herkömmlichen Bandgießverfahren vorgerichtet wurde. Siehe z. B. "Tape Casting of Ceramics" von R.E. Mistler, D.J. Shanefield und R.B. Runk auf den Seiten 411-448 in "Ceramic Processing Before Firing", herausgegeben von G.Y. Onoda und L.L. Hench, J. Wiley & Son (1978). Das überzogene Substrat wird ohne Kontakt unter einer Fotomaske positioniert. Das überzogene Substrat wird mit kolluminiertem UV-Licht (von einer Hochdruck-Quecksilberbogenlampe) durch die Fotomaske für etwa 30 Sekunden beleuchtet. Das belichtete überzogene Substrat wird in einer wäßrigen Natriumcarbonat-Lösung, wie einer Lösung von 0,75 Gew.%, entwickelt. Das entwickelte Muster wird anschließend gespült, getrocknet und nachgehärtet, um die Unversehrtheit des Musters zu verbessern. Das mit einem Muster versehene Substrat wird in einer reduzierenden Atmosphäre bei 1600ºC gebrannt, um das metallische Muster und die keramische Unterlage zu sintern.
• Fig. 2 ist eine Darstellung der Basisschritte beim Herstellen einer Struktur mit mehrfachen Mustern. Eine mit einem Metall gefüllte fotosensitive Polymerzusammensetzung 20 wird in Form eines Überzugs auf einer Unterlage 30 aufgetragen, siehe Fig. 2A. Die Zusammensetzung wird durch eine Fotomaske 11 einer UV- Strahlung ausgesetzt. Nach geeigneter Entwicklung, wie in Fig. 2B gezeigt, wird das gewünschte Muster 22, das ein negatives Bild der Fotomaske 11 ist, auf der Unterlage gebildet. Um eine Struktur mit mehrfachen Mustern aufzubauen, wird eine zweite Lage eines gefüllten Fotopolymers 40, das in diesem Fall eine dielektrische Zusammensetzung sein kann, über das zuvor mit einem Muster versehene Substrat aufgetragen und wird, wie oben beschrieben, unter Verwendung einer Fotomaske 12 mit einem Bild versehen, wie in Fig. 2C gezeigt. Die in Fig. 2D gezeigte resultierende Struktur 41 wird nach Entwicklung der zweiten Schicht 40 des gefüllten Fotopolymers erhalten.
• Dieses Verfahren zum Beschichten, Bildgeben und Entwickeln kann wiederholt werden, wie in Fig. 2E und 2F gezeigt, um mit Mustern versehene dreidimensionale Strukturen zu erzeugen. Es ist zu beachten, daß in Fig. 2E die mit 23 bezeichnete Materiallage zum Herstellen des nächsten Musters 24 nicht notwendigerweise in einer horizontalen Ebene gebildet werden muß; die Lage kann angeordnet werden, um eine Struktur mit einem dreidimensionalem Muster herzustellen.
• Die in Fig. 2 dargestellte Unterlage 30 kann eine entfernbare oder sinterbare Unterlage sein.
• Als ein Beispiel dieser Ausführungsform mit mehrfachen Mustern wurde eine Leiter-Polymer-Zusammensetzung durch Mischen von Molybdän-Metallpulver mit ACCUTRACE 3000 im Gewichtsverhältnis von 72 : 28 unter Bedingungen mit niedriger UV-Beleuchtung hergestellt. Eine zusätzliche Mischung wurde durch Mischen von Aluminiumoxid-Pulver mit ACCUTRACE 3000 im Gewichtsverhältnis von 73 : 27 unter ähnlichen Bedingungen bereitet. Die vermischte Aluminiumoxid-Mischung wurde mit einem- Aufstreichmesser auf ein entfernbares Mylar-Substrat zu einer Dicke von 3-5 mils aufgetragen. Diese erste Schicht wurde mit UV-Licht geflutet, um das Fotopolymer zu polymerisieren, was in einer kontinuierlichen dielektrischen Schicht resultiert.
• Das mit dem Metall gefüllte Fotopolymer wurde mit einem Streichmesser zu einer Dicke von 1-2 mils aufgetragen. Das beschichtete Substrat wurde ohne Kontakt unter einer Fotomaske positioniert.
• Das beschichtete Substrat wurde mit kolluminiertem UV-Licht (von einer Hochdruck-Quecksilberbogenlampe) durch die Fotomaske für 30 Sekunden beleuchtet. Das belichtete beschichtete Substrat wurde in einer wäßrigen Natriumcarbonat-Lösung entwickelt, wodurch eine zweite Schicht erzeugt wurde. Das entwickelte Muster wurde anschließend gespült, getrocknet und nachgehärtet, um die Unversehrtheit des Musters zu verbessern.
• Eine dritte Schicht wurde durch Aufstreichen eines mit Aluminiumoxid gefüllten Fotopolymers in einer Dicke von 3-5 mils über der zuvor mit einem Muster versehenen Lage erzeugt. Es folgte ein ähnliches Bildgebungs- und Entwicklungsverfahren, wodurch eine dreidimensionale Struktur erzeugt wurde. Das dielektrische Muster wurde so gewählt, daß es Vias enthält, um eine Verbindung mit der vierten Lage zu schaffen, die unter Verwendung des Metall-Fotopolymer-Materials erzeugt wurde. Das mit mehrfachen Mustern versehene Substrat wurde in einer reduzierenden Atmosphäre bei 1600ºC gebrannt, um das metallische Muster und die keramische Unterlage zu sintern. Das Resultat dieses einzelnen Brennvorgangs war ein monolithisches Substrat, das die Integrität der isolierenden und leitenden Struktur demonstriert und insbesondere das feine Ausmaß und die elektrische Kontinuität des leitfähigen Netzwerks.
• Dieser technische Ansatz der Verwendung von Fotowerkzeugen erlaubt die Erzeugung von feineren Details als herkömmliches Siebdrucken und eine höhere Lagegenauigkeit von mehrfachen Schichten. Herkömmliche Siebdrucke sind auf eine relativ kleine Fläche begrenzt, in der ein genaues Drucken erreicht werden kann. Die vorliegende Technologie der Bildgebung erlaubt die Erzeugung großer Gebiete mit hoher Auflösung und Lagegenauigkeit, was bis zu 18 mal 24 Zoll auf einer Produktionsbasis demonstriert worden ist.
• Die Verfahren erzeugen sequentielle Muster hoher Genauigkeit von Materialien, die von variabler Leitfähigkeit sein können, oder Isolatoren mit variablen Dielektrizitätskonstanten. So können anspruchsvolle elektrische Komponenten wie Kondensatoren, koaxiale Leiter, Widerstände, usw. konstruiert werden, die innerhalb des fertiggestellten Körpers eingeschlossen sein können.
• Der Fotobildgebungsprozeß erlaubt die Erzeugung von komplexen Strukturen ohne mechanische Werkzeuge. Durch Verwendung von Fotomasken können Strukturen wie Vias, was vertikale Leiterwege sind, Lötanschlußflächen und andere solche Strukturen erzeugt werden. Diese Beseitigung mechanischer Werkzeuge ermöglicht den schnellen Wechsel von einem Produkt auf ein anderes, und sie ermöglicht es, daß Modifikationen leicht bewerkstelligt werden können, und erlaubt ein schnelles Einleiten von Änderungen bei der technischen Bearbeitung.
• Die aktive Strahlung, die das gewünschte Muster erzeugt, kann von herkömmlichen UV-Lichtquellen wie Hochdruck-Quecksilber- oder Xenonlampen sein. Die Verwendung von beispielsweise Abtastlasern, Elektronenstrahlen oder Röntgenstrahlen kann auch demselben Bildgebungszweck dienen, ohne die Verwendung einer Fotomaske. Die Verwendung von Fotomasken oder diese anderen Quellen von Abtaststrahlung erlauben, daß dieses Verfahren effektiv durch CAD/CAM-Systeme gesteuert werden kann. Diese Computersteuerung ermöglicht sogar eine noch effektivere Ausnutzung der Erfindung beim Erzeugen komplexerer Strukturen auf einer zeitlich sogar noch günstigeren Basis. Dieses System kann voll automatisiert und in einem kompakten Gebiet eingeschlossen werden, was verbesserte Produktausbeuten schafft.
• Fig. 3 illustriert ein weiteres alternatives Verfahren zum Aufbauen einer Struktur mit mehreren Mustern. Mehrfache Muster werden aufgetrennten sinterbaren Unterlagen erzeugt. Die getrennten Unterlagen werden anschließend laminiert und gebrannt, um eine einzelne Struktur mit mehreren Mustern zu bilden. Eine Lage 20 aus einem mit einem Metall gefüllten Fotopolymer wird auf eine sinterbare Lage 30 aufgetragen und durch die Fotomaske 14 einer Bildgebung unterzogen, siehe Fig. 3A. Das nach der Entwicklung resultierende Muster 23 ist in Fig. 3B gezeigt. Diese Musterbildung kann wiederholt werden, wie bei der Beschreibung der Fig. 2 gezeigt.
• Wie in Fig. 3C dargestellt, wird ein mit einem Metall gefülltes Fotopolymer 20 auf eine sinterbare Unterlage 31 aufgetragen, die Via-Löcher zur elektrischen Verbindung mit benachbarten Lagen enthält. (Die Via-Löcher können durch herkömmliches Stanzen oder durch diesen Fotopolymerprozeß gebildet werden.) Das gefüllte Fotopolymer 20 wird durch die Fotomaske 15 belichtet und entwikkelt, wie zuvor beschrieben, um eine mit einem Muster versehene Lage 24 zu formen, wie in Fig. 3D gezeigt. Dieser Musterbildungsvorgang kann wiederholt werden, wie in der Beschreibung der Fig. 2 dargestellt.
• Kombinationen der in den Fig. 3B und 3D beschriebenen mit Mustern versehenen Unterlagen können dann, wie in Fig. 3E gezeigt, positioniert und geschichtet werden. Die untere Lage 32 kann eine der obigen Lagen oder ein unterschiedlich zubereitetes sinterbares Material sein. Die geschichteten, mit einem Muster versehenen Unterlagen werden gebrannt, um eine monolithische Struktur 33 zu bilden, wie in Fig. 3F gezeigt.
• Als ein Beispiel für dieses Ausführungsbeispiel werden verschiedene der mit Mustern versehenen, in Fig. 1 beschriebenen Unterlagen unter Wärme und Druck laminiert und gebrannt, um eine monolithische Struktur zu schaffen.
• Als weitere Variation dieses Ausführungsbeispiels kann die Unterlage entfernbar sein. Vor dem Laminierungsschritt können die Unterlagen entfernt und dann die verschiedenen Lagen zusammengeschichtet und gebrannt werden.

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen einer Struktur aus Leitern und Isolatoren mit einer Verteilung elektrischer Elemente, wie Leiter, Induktoren, Widerstände und Kondensatorelemente, die in der Lage ist, elektrische Zusammenschaltungen zu zeigen, mit den Schritten

a) Aufbringen einer Lage aus einer Zusammensetzung, die ein sinterbares Material und ein strahlungsempfindliches Material aufweist, das als -Binder für das sinterbare Material dient, wobei das sinterbare Material ein Isolator oder ein Leiter ist, auf eine sinterbare Unterlage;

b) Belichtung der Lage mit einer Strahlung in einem gewünschten Muster;

c) Entwickeln der Zusammensetzungslage durch Entfernen von Gebieten, die nicht das gewünschte Muster formen; und

d) Sintern des zusammengesetzten Produkts in einem einzigen Brennprozeß, um eine monolithische Struktur zu bilden.

2. Verfahren zum Herstellen einer Struktur von Leitern und Isolatoren mit einer Verteilung elektrischer Elemente, wie Leiter, Induktoren, Widerstände und Kondensatorelemente, die in der Lage ist, elektrische Zusammenschaltungen zu zeigen, mit den Schritten

a) Auftragen einer Lage aus einer Zusammensetzung, die ein sinterbares Material und ein strahlungsempfindliches Material aufweist, das als Binder für das sinterbare Material dient, wobei das sinterbare Material ein Isolator oder ein Leiter ist, auf einer entfernbaren Unterlage;

b) Belichten der Lage mit einer Strahlung in einem gewünschten Muster,

c) Entwickeln der Zusammensetzungslage durch Entfernen von Gebieten, die nicht das gewünschte Muster formen; und

d) Sintern des zusammengesetzten Produkts in einem einzigen Brennprozeß, um eine monolithische Struktur zu formen; wobei die Unterlage nicht ein Teil der gebrannten Struktur bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das sinterbare Material ein Isolator ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das sinterbare Material ein Leiter ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Belichtung in Schritt (b) eine Fotomaske verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Belichtung in Schritt (b) eine Abtaststrahlung verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Struktur mit mehrfachen Mustern von Leitern und Isolatoren mit einer inneren Verteilung elektrischer Elemente wie Leiter-, Induktor-, Widerstands- und Kondensatorelementen, die in der Lage ist, mehrlagige elektrische Zusammenschaltungen zu zeigen, erzeugt wird, mit

i) nach dem Entwickeln in Schritt (c) Bilden wenigstens eines zusätzlichen Musters durch Auftragen einer Lage einer Zusammensetzung, die ein sinterbares Material und ein strahlungsempfindliches Material aufweist, das als Binder für das sinterbare Material dient, wobei das sinterbare Material ein Isolator oder ein Leiter ist, und Wiederholen der Schritte (b) und (c), um ein zusammengesetztes Produkt zu bilden; und (ii) Durchführen des einzelnen Brennvorgangs in dem abschließenden Sinterschritt (d) nach dem Bilden des letzten Musters in Schritt (i).

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das sinterbare Material ein Isolator ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das sinterbare Material ein Leiter ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Belichtung in Schritt (b) eine Fotomaske verwendet.

11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Belichtung in Schritt (b) eine Abtaststrahlung verwendet.

12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Struktur mit mehrfachen Mustern von Leitern und Isolatoren mit einer inneren Verteilung elektrischer Elemente wie Leiter-, Induktor-. Widerstands- und Kondensatorelemente, die in der Lage ist, mehrlagige elektrische Zusammenschaltungen zu zeigen, erzeugt wird, mit

i) nach dem Entwickeln des ersten Musters in Schritt (c) Formen wenigstens eines zusätzlichen Musters durch Wiederholen der Schritte (a) bis (c) auf einer separaten Unterlage;

(ii) Zusammenschichten der verschiedenen Muster, um ein zusammengesetztes Produkt zu bilden; und

(iii) Durchführen des einzelnen Brennvorgangs in den abschließenden Sinterschritt (d) nach dem Bilden des Laminats in Schritt (ii).

13. Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Struktur mit mehrfachen Mustern aus Leitern und Isolatoren mit einer inneren Verteilung elektrischer Elemente wie Leiter-, Induktor-, Widerstands- und Kondensatorelemente, die in der Lage ist, mehrlagige elektrische Zusammenschaltungen zu zeigen, erzeugt wird, mit

(i) nach dem Entwickeln des ersten Musters im Schritt (c) Bilden wenigstens eines weiteren Musters durch Wiederholen der Schritt (a) bis (c) auf einer separaten Unterlage;

(ii) Zusammenschichten der verschiedenen Muster, um ein zusammengesetztes Produkt zu bilden; und

(iii) Durchführen des einzelnen Brennvorgangs in dem abschließenden Sinterschritt (d) nach dem Bilden des Laminats in Schritt (ii);

wobei die entfernbaren Unterlagen vor dem Laminierungsschritt entfernt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei Vias durch die sinterbare Unterlage für die elektrische Zusammenschaltung zwischen benachbarten Unterlageschichten hergestellt werden.