DE3851548T2 - Keramisches Mehrschichtsubstrat und Verfahren zu seiner Herstellung. - Google Patents

Keramisches Mehrschichtsubstrat und Verfahren zu seiner Herstellung.

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Description

    1. Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Mehrschichtsubstrat und insbesondere ein keramisches Mehrschichtsubstrat, das durch Sintern bei niedriger Temperatur erhalten werden kann, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
    • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • In letzter Zeit werden keramische Substrate vielfach in verschiedenen elektronischen Schaltkreisen eingesetzt, denn es ist nicht nur einfach, mittels des Dickfilm-Druckverfahrens einen Schaltkreis zu bilden, sondern die Substrate weisen auch eine ausgezeichnete Wärmeabstrahlungsfähigkeit auf. Ferner wurden die keramischen Mehrschichtsubstrate in letzter Zeit zum Verkleinern der elektronischen Schaltkreise eingesetzt, und ferner, um Höchstleistungen zu verwirklichen. Als Verfahren zum Herstellen der Mehrschichtkeramiksubstrate sind die folgenden drei Verfahren allgemein bekannt.
  • (A) das Mehrschichtdruckverfahren auf einer gesinterten Keramikschicht,
  • (B) das Mehrschichtdruckverfahren auf einer Rohfolie (green sheet), und
  • (C) das Rohfolien-Laminierungs-Mehrschichtverfahren
  • Das Verfahren (A) wird in bezug auf Fig. 3 erläutert. Eine erste leitende Schicht wird auf eine gesinterte Keramikschicht aufgedruckt, und dann getrocknet und gesintert (Stufen 301-303). Dann wird eine erste Isolierschicht auf die erste leitende Schicht aufgedruckt, getrocknet und gesintert (Stufen 304-306). Daraufhin wird eine zweite Isolierschicht auf die erste Isolierschicht aufgedruckt und getrocknet. Eine zweite leitende Schicht wird auf die zweite Isolierschicht aufgedruckt und getrocknet (Stufen 309-310), und dann wird sie zusammen mit der zweiten Isolierschicht gesintert (Stufe 311). In diesem Verfahren werden die erste und zweite Isolierschicht so aufgedruckt, daß kleine Löcher, so-genannte Durchgangslöcher (via-holes) gebildet werden, und das gleiche Material, aus welchem die zweite leitende Schicht besteht, wird in die Durchgangslöcher gefüllt, wodurch die erste und zweite leitende Schicht miteinander verbunden werden. Anschließend wird eine dritte Isolierschicht auf die zweite Isolierschicht aufgedruckt, getrocknet und gesintert. In Verfahrensstufen, die denen der Bildung der zweiten Isolierschicht und der folgenden Schichten ähnlich sind, werden weitere leitende Schichten und Isolierschichten aufgebracht und miteinander laminiert.
  • Das Verfahren (B) wird in bezug auf Fig. 5 erläutert. Eine erste leitende Schicht wird auf die keramische Rohfolie aufgedruckt, welche nach dem Sintern zu einem Substrat wird (Stufe 501). Dann wird diese getrocknet (Stufe 502). Eine erste Isolierschicht wird auf die erste leitende Schicht aufgedruckt und getrocknet (Stufen 503-504). Dann wird eine zweite leitende Schicht auf die erste Isolierschicht aufgedruckt und getrocknet (Stufen 505-506). Eine zweite Isolierschicht wird auf die zweite leitende Schicht aufgedruckt und dann getrocknet (Stufen 507-508). Anschließend wird in ähnlicher Weise das Drucken und Trocknen der leitenden Schichten und der Isolierschichten so oft wiederholt, wie vorgesehen, wodurch eine Mehrschichtstruktur entsteht. Die Mehrschichtstruktur wird als Ganzes gesintert. Dann wird ein oberer dicker Film, der eine obere leitende Schicht, eine obere Widerstandschicht und eine deckende Glasschicht umfaßt, auf dem gesinterten Mehrschichtsubstrat gebildet.
  • Das Verfahren (C) wird in bezug auf Fig. 4 erläutert. Durchgangslöcher werden in verschiedenen keramischen Rohfolien gebildet (Stufen 401-403). Die Muster der Durchgangslöcher sind in jeder Rohfolie anders. Dann werden die leitenden Schichten mit je unterschiedlichen Mustern auf die Rohfolien aufgedruckt und getrocknet (Stufen 404-409). Anschließend werden die Rohfolien mit den unterschiedlichen Leitmustern miteinander laminiert (Stufe 410) und zusammengepreßt, um sie unter geeigneten Druck und Temperatur zu einem Körper zu verbinden (Stufe 411). Die dabei erhaltene Folie wird in geeignete Formate und Größen zerteilt und gesintert (Stufen 412-413). Die Leitung zwischen den leitenden Schichten wird durch das in die Durchgangslöcher der Rohfolien gefüllte leitfähige Material bewirkt. Anschließend wird ein dicker Deckfilm auf dem gesinterten Mehrschichtsubstrat gebildet.
  • Ein Vergleich der drei genannten Verfahren (A), (B) und (C) zeigt, daß im Verfahren (A), obwohl die Bildung einer Mehrschichtstruktur durch ein einfaches Verfahren realisiert wird, Schwierigkeiten in bezug auf die Begrenzung der Anzahl der Schichten auftreten, welche im wesentlichen höchstens 4 bis 6 beträgt. Ist die Anzahl der Schichten höher als der genannte Wert, dann bilden sich auf der Oberfläche beträchtliche Konkav- und Konvexstellen, d. h. Unebenheiten, wodurch es für die praktische Anwendung unbrauchbar wird. Beim Verfahren (B) läßt sich das Verfahren durch gemeinsames Sintern der Rohfolie, der aufgedruckten Isolierschicht und der aufgedruckten leitenden Schicht vereinfachen. Jedoch ist die Anzahl der Schichten wie im Verfahren (A) auf 4 bis 6 begrenzt, da bei größerer Anzahl von Schichten die Unebenheiten auf der Oberfläche ein beträchtliches Ausmaß annehmen. Beim Verfahren (C) ist die Anzahl der Schichten theoretisch nicht begrenzt. Tatsächlich wurden 30 bis 40 Schichten realisiert. Zu diesem Zweck sind jedoch hochentwickelte Techniken erforderlich und das diesbezügliche Verfahren bringt viele Probleme mit sich.
  • Von den genannten Verfahren kommt das Verfahren (C) der vorliegenden Erfindung am nächsten. Im folgenden wird das herkömmliche Rohfolien-Mehrschichtverfahren in bezug auf Fig. 4 genau beschrieben.
    • (Erstes Beispiel des herkömmlichen Verfahrens)
  • Das erste Beispiel für ein herkömmliches Verfahren ist ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtsubstrats, welches eine Art Sinterverfahren bei hoher Temperatur ist. Durch Herstellen einer Mischung aus Aluminiumoxidpulver und organischem Material und Verarbeiten derselben zu einer Schicht mit vorbestimmter Dicke werden verschiedene Rohfolien hergestellt. Jede Rohfolie ist mit Durchgangslöchern in unterschiedlicher Anordnung versehen (Stufen 401-403) und die leitenden Schichten mit unterschiedlichem Muster werden auf diese aufgedruckt (Stufen 404- 406) und getrocknet (Stufen 407-409). Als leitendes Material für die leitende Schicht werden hauptsächlich Metalle, wie W und Mo, eingesetzt. Das Einfüllen des leitfähigen Materials in die Durchgangslöcher findet vor oder gleichzeitig mit dem Aufdrucken der leitenden Schicht statt. Nach dem Trocknen der leitenden Schicht wird eine vorbestimmte Anzahl von Rohfolien mit je unterschiedlichem Leitmuster laminiert und unter Druck und bei geeigneter Temperatur zu einem Körper verbunden (Stufen 410-411). Anschließend wird der Körper in eine vorbestimmte Form und Größe geschnitten und bei ca. 1600ºC in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert, wobei ein Mehrschichtsubstrat entsteht (Stufen 412 und 413). Nach ausreichendem Waschen des gesinterten Mehrschichtsubstrats wird der dicke Deckfilm auf diesem gebildet (Stufe 414).
    • (Zweites Beispiel für ein herkömmliches Verfahren)
  • Das zweite Beispiel für ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung des Mehrschichtsubstrats ist eine Art Sinterverfahren bei niedriger Temperatur, wie es in der veröffentlichten geprüften japanischen Patentanmeldung Nr. Sho 59-22399 beschrieben ist. In diesem zweiten Beispiel für ein herkömmliches Verfahren wird ein Material des B&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-PbO-Al&sub2;O&sub3;-Systems für eine keramische Schicht eingesetzt. Zuerst wird eine Mischung aus dem Material des B&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-PbO-Al&sub2;O&sub3;-Systems und aus organischem Material zu einer Folie mit vorbestimmter Dicke verarbeitet, wobei eine Rohfolie entsteht. Dann werden mehrere Rohfolien so mit Durchgangslöchern versehen, daß jede Rohfolie ein unterschiedliches Muster an Durchgangslöchern aufweist. Anschließend werden die leitenden Schichten mit jeweils unterschiedlichem Muster auf jede Rohfolie aufgedruckt und getrocknet. Metalle, wie Ag, Au, Pd und Pt oder Legierungen davon werden als leitfähige Materialien eingesetzt. Das Einfüllen des leitfähigen Materials in die Durchgangslöcher findet vor oder gleichzeitig mit dem Aufdrucken der leitenden Schichten statt. Nach dem Trocknen der leitenden Schichten werden die Rohfolien mit jeweils unterschiedlichen Leitmustern miteinander laminiert und unter Druck und geeigneter Temperatur zu einem Körper geformt. Anschließend wird der Körper in eine vorbestimmte Form und Größe geschnitten und bei einer Temperatur von 700 bis 1400ºC an Luft gesintert, wobei ein Mehrschicht-Keramiksubstrat entsteht. Nach sorgfältigem Waschen des gesinterten Mehrschichtsubstrats wird der dicke Deckfilm darauf gebildet.
    • (Drittes Beispiel für ein herkömmliches Verfahren)
  • Das dritte Beispiel für ein herkömmliches Verfahren ist wie das zweite Beispiel eine Art Sinterverfahren bei niedriger Temperatur zur Herstellung des Mehrschicht-Keramiksubstrats. Dieses Verfahren ist in der US-A-4 624 934 (entsprechend der japanischen veröffentlichten, nicht geprüften Patentanmeldung Nr. Sho 60-235744) offenbart. In diesem Beispiel wird ein Material aus einem B&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-(Al&sub2;O&sub3; oder ZrO&sub2;)-System für die keramische Zusammensetzung eingesetzt. Das Verfahren zur Herstellung des Mehrschicht-Keramiksubstrats ist das gleiche wie das im zweiten Beispiel für ein herkömmliches Verfahren beschriebene Verfahren.
    • (Viertes Beispiel für ein herkömmliches Verfahren)
  • Das vierte Beispiel für ein herkömmliches Verfahren stammt von den Erfindern der vorliegenden Erfindung und ist in der japanischen , nicht geprüften, veröffentlichten Patentanmeldung Sho 61-186918 offenbart. Dieses Beispiel betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Keramiksubstrats von der Art eines Sinterverfahrens bei niedriger Temperatur, wie das zweite und dritte Beispiel für ein herkömmliches Verfahren. In diesem vierten herkömmlichen Verfahren wird ein Material aus einem SiO&sub2;-PbO-(Al&sub2;O&sub3;,ZrO&sub2; oder TiO&sub2;)-System für eine Isolierzusammensetzung eingesetzt.
  • Beim ersten Beispiel für ein herkömmliches Verfahren sind jedoch die Kosten für die technische Ausrüstung hoch und die Durchführung des Verfahrens ist schwierig, denn die Sintertemperatur ist ziemlich hoch und das Sintern muß in einer reduzierenden Atmosphäre stattfinden. Außerdem wird Aluminiumoxid als Material für die Rohfolie eingesetzt und die Sintertemperatur dafür ist hoch. Daher lassen sich nur Metalle mit einem hohen Schmelzpunkt, wie W und Mo, für die leitende Schicht einsetzen, die einen Widerstandswert von 7 bis 15 mΩ/ aufweisen. Daraus ergibt sich die Schwierigkeit, daß der Widerstand der leitenden Schicht hoch ist.
  • Das herkömmliche Verfahren der Beispiele 2, 3 und 4 vermag die mit Beispiel 1 verbundenen Probleme zu lösen. Es treten dabei jedoch Schwierigkeiten dahingehend auf, daß die Mehrschicht-Keramiksubstrate in bezug auf die Hitzebeständigkeit unbefriedigend sind und im Sinterverfahren bei einer Temperatur von 850ºC nach dem Aufdrucken und Trocknen des dicken Deckschichtmaterials ein unerwünschtes Verwerfen verursacht wird. Ein weiteres Problem besteht darin, daß beim Sintern der Isolierschicht zusammen mit der leitenden Schicht die Bestandteile der leitenden Schicht in die Isolierschicht dispergieren und dadurch der Widerstandswert derselben gering wird, wodurch die Isolierfähigkeit vermindert wird.
  • Ein weiteres Problem bei dem in den Beispielen 1 bis 4 für ein herkömmliches Verfahren hergestellten Mehrschicht-Keramiksubstrat besteht darin, daß es nicht möglich ist, das Laser- Trimmverfahren zum Trimmen der Widerstandsdeckschicht zwecks Kontrolle des Widerstands derselben einzusetzen, da sich auf der Widerstandsdeckschicht und in der Isolierschicht feine Risse bilden. Wenn ferner elektronische Komponenten an der Deckleitschicht der dicken Deckschicht mittels Löten angebracht werden, dann stellt sich die Löt-Benetzbarkeit und die Lötfestigkeit der Deckleitschicht als unzureichend heraus,das heißt, die Bildung von feinen Rissen und die Lötbarkeit, wie die Löt- Benetzbarkeit, sind von den Komponenten und der Zusammensetzung der keramischen Isolierschicht abhängig. Folglich ist es beim herkömmlichen Mehrschicht-Keramiksubstrat im wesentlichen nicht möglich, die Widerstandsdeckschicht mit einer hohen Widerstandsgenauigkeit auszubilden und die elektronischen Komponenten mittels Löten anzubringen, und daher ist der Einsatzbereich davon auf solche elektronischen Schaltkreise, für welche die Widerstandsdeckschicht oder Genauigkeit in bezug auf die hohe Widerstandsfähigkeit nicht erforderlich sind, und auf solche Substrate begrenzt, bei welchen sich andere Verfahren als das Lötverfahren zum Anbringen der elektronischen Komponenten einsetzen lassen. Wenn man auf das Löten nicht verzichten kann, dann sollte es nach dem Plattieren der dicken Deckschicht mit einem Metall durchgeführt werden.
    • Gegenstand und Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mehrschicht-Keramiksubstrat zur Verfügung zu stellen, das bei niedriger Temperatur unter üblicher Atmosphäre gesintert werden kann, bei welchem ein Laser-Trimmverfahren der Widerstandsdeckschicht durchgeführt werden kann, ohne daß feine Risse entstehen, und welches außerdem ausgezeichnete Lötfähigkeit aufweist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung des genannten Mehrschicht-Keramiksubstrats zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Mehrschicht-Keramiksubstrat gelöst, das mindestens 2 leitende Schichten und mindestens eine Isolierschicht zum Isolieren der leitenden Schichten, umfaßt, wobei die genannte Isolierschicht die folgenden Bestandteile als Oxide enthält:
  • a) mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2;, in einer Menge von 32-58 Gewichtsprozent,
  • b) SiO&sub2; in einer Menge von 13 bis 30 Gewichtsprozent,
  • c) PbO in einer Menge von 15 bis 39 Gewichtsprozent, und
  • d) mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus BaO, CaO und ZnO in einer Menge von 0,5 bis 12 Gewichtsprozent.
  • Das Mehrschicht-Keramiksubstrat nach vorliegender Erfindung kann
  • mindestens zwei leitende Schichten und
  • mindestens eine Isolierschicht zum Isolieren der genannten leitenden Schichten
  • umfassen, wobei die genannte Isolierschicht die folgenden Bestandteile als Oxide enthält:
  • a) mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2;, in einer Menge von 39-51 Gewichtsprozent,
  • b) SiO&sub2; in einer Menge von 19 bis 25 Gewichtsprozent,
  • c) PbO in einer Menge von 22 bis 32 Gewichtsprozent, und
  • d) mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus BaO, CaO und ZnO, in einer Menge von 2 bis 8 Gewichtsprozent.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Keramiksubstrats nach vorliegender Erfindung umfaßt die folgenden Verfahrensstufen:
  • Herstellung einer Aufschlämmung durch Mischen eines Bindemittels und einer Zusammensetzung, umfassend mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2;, in einer Menge von 39 bis 51 Gewichtsprozent und ferner SiO&sub2; in einer Menge von 19 bis 25 Gewichtsprozent, PbO in einer Menge von 22 bis 32 Gewichtsprozent und mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus BaO, CaO und ZnO, in einer Menge von 2 bis 8 Gewichtsprozent,
  • Herstellen mehrerer Rohfolien aus der Aufschlämmung,
  • Versehen der Rohfolien mit Durchgangslöchern,
  • Einfüllen eines leitfähigen Materials in die Durchgangslöcher,
  • Aufdrucken einer leitenden Schicht auf die Rohfolien,
  • Trocknen der leitfähigen Schicht
  • Laminieren der Rohfolien unter Druck, und Sintern der laminierten Rohfolien.
  • Die Isolierschicht des Mehrschicht-Keramiksubstrats nach vorliegender Erfindung besteht aus anorganischen Zusammensetzungen, die bei niedriger Temperatur im Bereich von ca. 870 bis 950ºC gesintert werden können, und das Mehrschicht-Keramiksubstrat hat ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf die Herstellung eines elektronischen Schaltkreises.
  • In dem Substrat nach vorliegender Erfindung kann mindestens ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, Au, Pd und Pt, oder mindestens eine Legierung aus zwei der genannten Bestandteile als Material für die leitende Schicht eingesetzt werden. Diese Materialien werden kaum oxidiert, und daher ist für das Sintern keine reduzierende Atmosphäre erforderlich. Das Sintern bei niedriger Temperatur kann an Luft erfolgen und deshalb sind die Kosten für die technische Ausrüstung geringer und die Durchführung ist einfach.
  • Die Widerstandswerte von Au und Ag (1-3 mΩ/ ) sind niedriger als die Werte von W und Mo (7-15 mΩ/ ).
  • Ferner weist das Mehrschicht-Keramiksubstrat nach vorliegender Erfindung ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf Hitzebeständigkeit auf und daher werden auch beim Sintern des dicken Deckschichtmaterials bei einer Temperatur von mehr als 850ºC keine Verwerfungen verursacht. Außerdem hat die Isolierschicht einen ausgezeichneten Widerstandswert, da die Komponente der inneren leitenden Schicht nicht in die Isolierschicht dispergiert, auch nicht wenn die Isolierschicht zusammen mit der inneren leitenden Schicht gesintert wird.
  • In dem Substrat nach vorliegender Erfindung bilden sich keine feinen Risse, wenn die Widerstandsdeckschicht einem Laser- Trimmverfahren unterworfen wird. Außerdem ist es möglich, die elektronischen Komponenten mittels Löten an der dicken Deckschicht anzubringen, ohne daß vorher eine Plattierungsbehandlung durchgeführt werden müßte.
  • Bei dem Substrat und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung sind die Gründe für eine Begrenzung der Zusammensetzung der keramischen Isolierschicht wie folgt
  • SiO&sub2; ist der Hauptbestandteil der Isolierschicht (keramische Schicht) und wenn SiO&sub2; in einer Menge von weniger als 13 Gewichtsprozent vorliegt ( nachstehend werden Gewichtsprozent einfach mit % abgekürzt), dann ist die Dispersion des Schrumpfungsverhältnisses der Isolierschicht im Sinterverfahren hoch. Außerdem ist es nicht möglich, Metalle mit einem niedrigen Schmelzpunkt einzusetzen, wie z. B. Ag, Au, Pt und Pd, denn die Sintertemperatur ist hoch. Wenn SiO&sub2; in einer Menge von mehr als 30% vorliegt, dann ist die Biegefestigkeit sehr gering, und das Schrumpfungsverhältnis im Sinterverfahren ist hoch und deshalb läßt sich das resultierende Mehrschicht-Keramiksubstrat nicht für praktische Zwecke einsetzen. Ferner, wenn SiO&sub2; nicht in einem Bereich von 13 bis 30% vorliegt, dann sind die Eigenschaften in bezug auf Sintertemperatur, Schrumpfungsgeschwindigkeit und Biegefestigkeit nahezu zufriedenstellend, aber das Kristallisationsgleichgewicht mit den anderen Bestandteilen geht verloren, und es treten Probleme, wie Herabsetzung der Hitzebeständigkeit und Dispersion der Komponente der inneren leitenden Schicht, auf.
  • Das heißt, wenn die Menge an SiO&sub2; zu hoch oder zu niedrig ist, dann geht das Kristallisationsgleichgewicht verloren, wodurch eine Erhöhung der amorphen Teile in der Isolierschicht bewirkt wird. Als Ergebnis davon wird das Substrat in erheblichem Maß weicher und es findet eine Wanderung (transfer) der Bestandteile statt. Wenn daher das Material der dicken Deckschicht bei ca. 850ºC gesintert wird (zu diesem Zeitpunkt wird das Mehrschicht-Keramiksubstrat nochmals gesintert), wird aufgrund der Erweichung der darunter liegenden Isolierschicht eine erhebliche Verformung der dicken Deckschicht, wie z. B. eine Verwerfung verursacht. Wird das Mehrschicht-Keramiksubstrat gesintert während es an beiden Enden gestützt wird (nicht die gesamte Oberfläche), dann ist die Verformung am deutlichsten. Wenn ferner eine beträchtliche Menge an Bestandteilen auswandert, dann dispergiert der Bestandteil der leitenden Schicht in die Isolierschicht und der Bestandteil der Isolierschicht dispergiert in die leitende Schicht, und als Ergebnis davon wird der Widerstandswert der Isolierschicht vermindert. Außerdem wird eine Dispersion des Bestandteils der Isolierschicht in die leitende Deckschicht durch den Verlust des Kristallisationsgleichgewichts und den Übergang der Bestandteile verursacht, wodurch die Lötbenetzbarkeit und die Lötfestigkeit herabgesetzt werden. Die Menge an SiO&sub2; liegt mehr bevorzugt im Bereich von 19 bis 25%. PbO ist ebenfalls ein Grundbestandteil der Isolierschicht. Liegt das PbO in einer Menge von weniger als 15% vor, dann weist die Isolierschicht eine niedrige Wasserabsorptionsfähigkeit und eine geringe Biegefestigkeit auf. Bei geringer Biegefestigkeit bilden sich auf der Widerstandsschicht und auf der Isolierschicht kleine Risse, da diese einer Hitzebelastung während des Lasertrimmens nicht standhalten. Liegt das PbO in einer Menge von mehr als 39% vor, dann ist die Verformung des keramischen Substrats während des Sinterns bemerkenswert hoch. Ferner, wenn PbO in einer Menge in einem Bereich außerhalb von 15 bis 39% vorliegt, dann geht, wie im oben genannten Fall von SiO&sub2; das Kristallisationsgleichgewicht verloren und das gleiche Phänomen und die gleichen Probleme treten auf. PbO liegt bevorzugterweise in einer Menge von 22 bis 32% vor.
  • BaO, CaO und ZnO sind Hauptbestandteile zur Förderung der Kristallisation der Isolierschicht und sie erfüllen weitere Zwecke, wie z. B. die Verbesserung der Sinterfähigkeit und des dielektrischen Verlusts (Tangens) der Isolierschicht, und die Kontrolle des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Isolierschicht. Wenn ein Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus BaO, CaO und ZnO, in einer Menge von weniger als 0,5% vorliegt, dann ist die Sinterfähigkeit unzureichend, und bei Vorliegen in einer Menge von mehr als 12% ist der dielektrische Verlust (Tangens) unerwünscht groß. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Isolierschicht wird in Abhängigkeit von der Art des Mehrschicht-Keramiksubstrats, in welchem die Isolierschicht eingesetzt wird, kontrolliert. Wird die Isolierschicht für einen gewöhnlichen integrierten Dickfilm-Hybrid-Schaltkreis eingesetzt, und vor allem in dem Fall, daß die Bildung des Schaltkreises unter Verwendung einer leitfähigen Paste und einer widerstandsverleihenden Paste für den Dickfilm erfolgt, ist es wünschenswert, den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Isolierschicht dem vom Aluminiumoxid (6,0-6,5)·10&supmin;&sup6;/ºC anzupassen. Wenn ein Siliciumchip eines IC direkt auf dem Substrat befestigt wird, ist es wünschenswert, den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Isolierschicht dem von Silicium, nämlich 4·10&supmin;&sup6;/ºC anzupassen. Obwohl es schwierig ist, die Isolierschicht nur auf der Basis von deren Wärmeausdehnungskoeffizienten zu beurteilen, so kann die Isolierschicht nicht für praktische Zwecke eingesetzt werden, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient der Isolierschicht sich wesentlich von den Koeffizienten von Aluminiumoxid und Silicium unterscheidet.
  • Wenn ferner der eine Bestandteil, ausgewählt aus BaO, CaO und ZnO, nicht in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 12% vorliegt, dann geht das Kristallisationsgleichgewicht verloren und außerdem bilden sich in der Deckwiderstandsschicht und in der Isolierschicht während des Lasertrimmens der Deckwiderstandsschicht kleine Risse. Ferner bestehen Probleme, wie die Verschlechterung des Widerstandswertes der Isolierschicht und die geringe Lötbarkeit der Deckleitschicht, wie im oben genannten Fall, wo die Menge an SiO&sub2; nicht im bevorzugten Bereich liegt. Es ist mehr bevorzugt, daß mindestens ein Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus BaO, CaO und ZnO, in einem Bereich von 2 bis 8% vorliegt.
  • Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2; werden als Kristallisationskerne und als Füllstoffe der Isolierschicht zugegeben. Sie dienen der Verbesserung der Biegefestigkeit und unterdrücken die Dispersion des Sinter-Schrumpfungsverhältnisses.
  • Wenn ein Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2;, in einer Menge von weniger als 32% vorliegt, dann ist die Biegefestigkeit der Isolierschicht äußerst gering und die Dispersion des Sinter-Schrumpfungsverhältnisses ist groß, und daher eignet sich das resultierende Mehrschicht-Keramiksubstrat nicht für den Einsatz in der Praxis. Wenn andererseits einer der Bestandteile, ausgewählt aus Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2;, in einer Menge von mehr als 58% vorliegt, dann wird die Sintertemperatur hoch und es ist möglich, daß das Sintern zu keinem befriedigenden Ergebnis führt. Als Folge davon ist die Isolierschicht wasserabsorptionsfähig, ferner ist die Biegefestigkeit der Isolierschicht gering und beim Lasertrimmen der Deckwiderstandsschicht entstehen kleine Risse. Es ist mehr bevorzugt, daß mindestens einer der Bestandteile, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2;, in einer Menge von 39-51% vorliegt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 zeigt eine Teilansicht eines Mehrschicht-Keramiksubstrats der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 1a zeigt eine Teilansicht eines Mehrschicht-Keramiksubstrats mit dicken Deckfilmen an dessen beiden Seiten.
  • Fig. 2 ist ein Fließdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Keramiksubstrats der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 3,4 und 5 sind Fließdiagramme für herkömmliche Verfahren zum Herstellen eines Mehrschicht-Keramiksubstrats.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Im folgenden wird ein Mehrschicht-Keramiksubstrat nach vorliegender Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung desselben in bezug auf Fig. 1, 1a und 2 erläutert.
  • Zuerst wird jedes Material einer keramischen Zusammensetzung für eine Isolierschicht (1), wie SiO&sub2;, PbO, BaO, CaO und ZnO in einem Verhältnis gemäß der nachstehenden Tabelle 1 abgewogen, und dann werden diese Materialien 1 bis 3 Stunden lang bei 1400-1500ºC erhitzt, um sie zum Schmelzen zu bringen, wobei mittels eines Verfahrens, wie z. B. des Ausrollverfahrens, eine Glasplatte hergestellt wird. Diese Glasplatte wird unter Verwendung von z. B. einer Aluminiumoxidkugel zu Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 bis 5 um zermahlen. Dann wird ein Füllstoff, wie Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2;, mit ungefähr gleichem Teilchendurchmesser zugegeben, wodurch die anorganische Zusammensetzung für die Isolierschicht (1) erhalten wird. Obwohl die genannten Materialien als Oxide vorliegen, können auch andere Material formen, wie Metalle, Carbonat und Hydroxid, in einem bekannten Verfahren eingesetzt werden. Tabelle 1 Probe Zusammensetzung (Gewichtsprozent) keramische Zusammensetzung Füllstoff Vergleichsbeispiel
  • Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrschicht-Keramiksubstrats nach vorliegender Erfindung beschrieben, in welchem die genannte anorganische Zusammensetzung eingesetzt wird. Polyvinylbutyral wird in einer Menge von 10 Gewichtsteilen, Dibutylphthalat in einer Menge von 6 Gewichtsteilen, Glycerinmonooleat in einer Menge von 0,4 Gewichtsteilen, 1,1,1-Trichlorethan in einer Menge von 20 Gewichtsteilen und Isopropylalkohol in einer Menge von 39 Gewichtsteilen zu 100 Gewichtsteilen der genannten anorganischen Zusammensetzung zugegeben. Dann werden diese Bestandteile 24 Stunden lang unter Verwendung einer Kugelmühle vermischt, wobei eine Aufschlämmung entsteht. Eine Rohfolie mit einer Dicke von 0,1 mm wird gebildet, indem man die Aufschlämmung mittels der Rakel-Walzenbeschichtungsmethode (doctor blade method) auf einen Polyesterfilm aufbringt. Die Rohfolie (1) (welche durch das Sintern zu einer Isolierschicht gemacht wird) wird vollkommen gealtert und mechanisch mit feinen Löchern als Durchgangslöcher (2) versehen (Stufen 201-203). Dann wird mittels eines Druckverfahrens unter Verwendung einer Metallmaske ein leitendes Material (7), das aus einer Legierung aus 95% Ag und 5% Pd besteht, in die Durchgangslöcher (2) gefüllt.
  • Daraufhin wird eine leitende Schicht (3), die aus dem gleichen leitfähigen Material besteht wie das genannte leitende Material (7), auf die Rohfolien (1) aufgedruckt (Stufen 204-206) und getrocknet (Stufen 107-109). Verschiedene Rohfolien (1) mit jeweils unterschiedlichem Muster der Durchgangslöcher (2) und unterschiedlichen Druckmustern der leitenden Schicht (3) werden laminiert (Stufe 210) und unter einem Druck von 200 kg/cm² und bei einer Temperatur von 80ºC zu einem Körper verbunden (Stufe 211). Nach dem Zuschneiden desselben in eine vorbestimmte Konfiguration (Stufe 212), wird er unter den Bedingungen einer maximalen Temperatur von 870-1340ºC und einer Retentionszeit bei der maximalen Temperatur von 60 Minuten (Stufe 213) gesintert, wodurch das in Fig. 1 dargestellte Mehrschicht-Keramiksubstrat hergestellt wird. Das gesinterte Mehrschicht-Keramiksubstrat wird mittels einer Ultraschall-Waschmethode mit Wasser gewaschen (Stufe 214), und dann werden, wie in Fig. 1a dargestellt, dicke Deckfilme (Schaltkreis) mit leitenden Deckschichten (4), Widerstandsdeckschichten (5) und abdeckenden Glasschichten (6) auf beiden Seiten des Substrats gebildet (Stufe 215). Die Widerstandsdeckschicht 5 wird mittels des Lasertrimmverfahrens getrimmt (Stufe 216). Dann werden elektronische Komponenten der leitenden Deckschicht (4) mittels Löten angebracht (Stufe 217), wodurch das Mehrschicht-Keramiksubstrat für den elektronischen Schaltkreis hergestellt wird.
  • Tabelle 2 zeigt die Eigenschaften des gesinterten Mehrschicht- Keramiksubstrats, wie die Biegefestigkeit, das Wasserabsorptionsverhältnis und den dielektrischen Verlust (Tangens). Tabelle 2 Probe Sintertemperatur Biegefestigkeit Wasserabsorptionsverhältnis dielektrischer Verlustfaktor Tangens Verwerfung Verformung Schrumpf-Verhältnis b. Sintern durchschnittl. Wert Dispersion Hitze-Widerstandstemperatur Tiefe f. Dispersion d. Bestandteil d. leidenden Schicht Feine Risse Lötbarkeit Lötbenetzbarkeit Lötfestigkeit nicht beobachtet nicht beoabachtet nicht beobachtet beobachtet nicht beobachtet
  • * Vergleichsbeispiel
  • + Eigenschaften, die für das Mehrschicht-Keramiksubstrat nicht geeignet sind.
  • Die Sintertemperatur von Tabelle 2 ist so gewählt, daß die Wasserabsorptionsrate 0 ist und die Biegefestigkeit den maximalen Wert hat, wobei ein Annäherungswert für die Sintertemperatur der anorganischen Zusammensetzungen vorher durch eine Differentialthermalanalyse festgestellt wird. Bei der Auswertung der Verformung werden die Substrate als für den praktischen Einsatz ungeeignet beurteilt, wenn nach dem Sintern auf der Oberfläche der Substrate konkave und konvexe Teile, Verwerfungen, Wellen o. ä. mit dem Auge erkennbar sind.
  • Was die Hitzebeständigkeit des gesinterten Substrats betrifft, so wird eine Temperatur, bei welcher unter Bedingungen, wo das Substrat an beiden Enden mit einem Zwischenraum von 100 mm unterstützt wird und die Retentionszeit bei der Spitzentemperatur 15 Minuten beträgt, eine Verwerfung von mehr als 0,3 mm/100 mm beobachtet wird, als Hitzebeständigkeitstemperatur betrachtet. Liegt die Hitzebeständigkeitstemperatur über 820ºC, dann bestehen keine Probleme in der praktische Anwendung. Bevorzugterweise liegt sie über 850ºC. Die Dispersion des Bestandteils der leitenden Schicht (3) wird aufgrund eines charakteristischen Röntgenbilds eines Abschnitts des Substrats bestimmt. (In dieser Ausführungsform wird vor allem die Dispersion von Ag beobachtet). Wenn die Tiefe der Disperson unterhalb 10 um liegt, dann gibt es keine Probleme in der praktischen Anwendung, aber eine Tiefe von mehr als 10 um ist nicht bevorzugt. Bevorzugterweise beträgt die Tiefe nicht mehr als 3 um.
  • Die Bildung von feinen Rissen in der Widerstandsdeckschicht (5) beim Lasertrimmen wird durch Beobachten der Oberfläche an dem betreffenden Abschnitt mittels eines Elektronenmikroskops gemessen.
  • Die Lötbenetzbarkeit wird mittels des Durchmessers der sich ausbreitenden Lötmasse ausgewertet, wobei eine 63Sn-37Pb-Lötscheibe mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Dicke von 2,85 mm auf die leitende Deckschicht (4) gelegt und bei 230ºC zum Fließen gebracht wird. Wenn der Durchmesser der sich ausbreitenden Lötmasse weniger als 6,7 mm beträgt, dann gilt die Lötbenetzbarkeit als unzureichend.
  • Die Lötfestigkeit wird durch Messen der Bindungsfestigkeit des gelöteten Drahts an der leitenden Deckschicht (4) des Dickfilms beurteilt, wobei die Bedingungen so sind, daß ein metallbeschichteter Draht mit einem Durchmesser von 0,6 mm mit dem 63 Sn-37Pb-Lötmittel auf die leitende Deckschicht gelötet wird und nach dem Abbiegen in einem rechten Winkel zur leitenden Deckschicht abgezogen wird (sogenannte Schälmethode). Ein Substrat, das eine Dickfilm-Bindungsfestigkeit von mehr als 0,5 kg/cm² aufweist, wird als gut bewertet.
  • Die Eigenschaften einer 96-prozentigen Al&sub2;O&sub3;-Schicht, der herkömmlichen Isolierschicht, sind zu Vergleichszwecken in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3 Hauptbestandteil Sintertemperatur Bindefestigkeit Wasserabsorptionsverhältnis dielektrischer Verlust (Tangens) Verwerfung, Verformung nicht beobachtet Sinter-Schrumpf-Verhältnis durchschnittl. Wert Dispersion Hitzewiderstandstemperatur Tiefe der Dispersion des Bestandteils der leitenden Schicht Feine Risse nicht beobachtet Lötbarkeit Lötbenetzbarkeit Lötfestigkeit
  • Wie oben erwähnt kann das Mehrschicht-Keramiksubstrat nach vorliegender Erfindung bei so niedrigen Temperaturen wie 870 bis 980ºC gesintert werden und weist ausreichend gute Eigenschaften als Keramiksubstrat für einen elektronischen Schaltkreis auf. Außerdem sind seine Eigenschaften besser als die des herkömmlichen Mehrschicht-Keramiksubstrats, in welchem die Isolierschicht aus herkömmlichem Material besteht, wie dem Material des 96-prozentigen Al&sub2;O&sub3;-Systems, enthaltend B&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-PbO- Al&sub2;O&sub3;, und dem Material des B&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-Systems, enthaltend Al&sub2;O&sub3; oder ZrO&sub2;.
  • Bei dem Substrat und dem Verfahren nach vorliegender Erfindung lassen sich die Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt, die niedrige Widerstandswerte aufweisen als leitendes Material einsetzen, da die Sintertemperatur zum Herstellen des Mehrschicht-Keramiksubstrats niedrig ist. Es ist daher möglich, den Widerstandswert des resultierenden Mehrschicht-Keramiksubstrats zu erniedrigen und die Kosten für die technische Ausrüstung zu senken. Der Widerstandswert der Isolierschicht (1) wird nicht gesenkt, da die Dispersion des Bestandteils der inneren leitenden Schicht (3) in die Isolierschicht unterdrückt werden kann. Aufgrund der ausgezeichneten Hitzewiderstandsfähigkeit besteht auch kein Problem in bezug auf eine Verwerfung des Substrats. Es ist außerdem möglich, den Widerstandswert der Widerstandsdeckschicht (5) mit hoher Genauigkeit zu kontrollieren, da auf der Widerstandsdeckschicht und der Isolierschicht während des Verfahrens des Lasertrimmens der Widerstandsdeckschicht keine feinen Risse entstehen. Zudem ist die Lötbarkeit ausgezeichnet und deshalb ist es möglich, die elektronischen Komponenten auf der leitenden Deckschicht (4) mittels Löten anzubringen.

Claims (12)

1. Ein Mehrschicht-Keramiksubstrat, umfassend:
mindestens zwei leitende Schichten (3),
mindestens eine Isolierschicht (1) zum Isolieren der genannten leitenden Schichten, wobei die genannte Isolierschicht die folgenden Bestandteile als Oxide aufweist:
a) mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al&sub2;O&sub3; und ZrO2,in einer Menge von 32-58 Gewichtsprozent,
b) SiO&sub2; in einer Menge von 13 bis 30 Gewichtsprozent,
c) PbO in einer Menge von 15 bis 39 Gewichtsprozent und
d) mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus BaO, CaO und ZnO in einer Menge von 0, 5 bis 12 Gewichtsprozent.
2. Ein Mehrschicht-Keramiksubstrat, wie in Anspruch 1 beansprucht, in welchem
a) der mindestens eine Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2;, in einer Menge von 39 bis 51 Gewichtsprozent,
b) das SiO&sub2; in einer Menge von 19 bis 25 Gewichtsprozent,
c) das PbO in einer Menge von 22 bis 32 Gewichtsprozent und
d) der mindestens eine Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus BaO, CaO und ZnO, in einer Menge von 2 bis 8 Gewichtsprozent vorliegt.
3. Ein Mehrschicht-Keramiksustrat nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die genannte leitende Schicht (3) aus mindestens einem Metall, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, Au, Pd und Pt, besteht.
4. Ein Mehrschicht-Keramiksustrat nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die genannte leitende Schicht (3) aus mindestens einer Legierung, bestehend aus mindestens zwei Bestandteilen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, Au, Pd und Pt, besteht.
5. Ein Mehrschicht-Keramiksustrat nach Anspruch 1 oder 2, in welchem ferner eine Widerstandsdeckschicht (5) oder eine leitende Deckschicht (4) auf der Oberfläche des genannten Mehrschicht-Keramiksubstrats vorhanden sind.
6. Ein Mehrschicht-Keramiksustrat nach Anspruch 1 oder 2, in welchem eine Widerstandsdeckschicht (5), die mit Laser getrimmt worden ist, auf dem genannten Mehrschicht-Keramiksubstrat vorhanden ist.
7. Ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Keramiksubstrats, umfassend die folgenden Verfahrensstufen:
Herstellung einer Aufschlämmung durch Mischen eines Bindemittels und einer Zusammensetzung, umfassend mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2; in einer Menge von 39-51 Gewichtsprozent, und außerdem SiO&sub2; in einer Menge von 19 bis 25 Gewichtsprozent, PbO in einer Menge von 22 bis 32 Gewichtsprozent, und mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus BaO, CaO und ZnO, in einer Menge von 2 bis 8 Gewichtsprozent,
Herstellung verschiedener Rohfolien (1) aus besagter Aufschlämmung,
Versehen der Rohfolien (1) mit Durchgangslöchern (2), Einfüllen eines leitenden Materials (7) in die Durchgangslöcher (2),
Aufdrucken einer leitfähigen Schicht (3) auf die genannten Rohfolien( 1),
Trocknen der genannten leitenden Schicht (3),
Laminieren der genannten Rohfolien (1) unter Druck und
Sintern der genannten laminierten Rohfolien (1).
8. Ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Keramiksubstrats nach Anspruch 7, in welchem die genannte Aufschlämmung unter Verwendung einer Kugelmühle hergestellt wird.
9. Ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Keramiksubstrats nach Anspruch 7, in welchem die genannte Aufschlämmung mittels des Rakel-Walzenbeschichtungs-Verfahrens verarbeitet wird.
10. Ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Keramiksubstrats nach Anspruch 7, in welchem das genannte leitende Material (7) aus einem Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, Au, Pd und Pt, besteht, und unter Verwendung einer Metallmaske in die genannten Durchgangslöcher (2) eingefüllt wird.
11. Ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Keramiksubstrats nach Anspruch 7, in welchem das genannte leitende Material (7) aus einer Legierung besteht, die aus mindestens zwei Bestandteilen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ag, Au, Pd oder Pt, besteht, und unter Verwendung einer Metallmaske in die genannten Durchgangslöcher (2) gefüllt wird.
12. Ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Keramiksubstrats nach Anspruch 7, in welchem die genannten Rohfolien (1), welche mit der genannten getrockneten leitenden Schicht (3) versehen sind, laminiert werden, solange sie warm sind.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0429670B1 (de) * 1989-06-16 1994-06-08 Nitto Denko Corporation Verfahren zur herstellung von gebrannten mustern
US5357403A (en) * 1990-06-29 1994-10-18 General Electric Company Adaptive lithography in a high density interconnect structure whose signal layers have fixed patterns
DE9016266U1 (de) * 1990-11-29 1991-03-21 Siemens Nixdorf Informationssysteme AG, 4790 Paderborn Mehrlagenleiterplatte in Mikroverdrahtungstechnologie
US5403651A (en) * 1991-10-14 1995-04-04 Fuji Electric Co., Ltd. Insulating substrate for mounting semiconductor devices
CA2093407C (en) * 1992-04-06 1997-12-09 Jun Inasaka Method for fabricating a ceramic multi-layer substrate
US5349137A (en) * 1993-05-17 1994-09-20 W. L. Gore & Associates, Inc. Sterilizable cable assemblies
JP3309492B2 (ja) * 1993-05-28 2002-07-29 住友電気工業株式会社 半導体装置用基板
WO1995001870A1 (en) * 1993-07-07 1995-01-19 Arthur D. Little, Inc. Design and fabrication of synthetic superconductors
US5948193A (en) * 1997-06-30 1999-09-07 International Business Machines Corporation Process for fabricating a multilayer ceramic substrate from thin greensheet
US6178082B1 (en) 1998-02-26 2001-01-23 International Business Machines Corporation High temperature, conductive thin film diffusion barrier for ceramic/metal systems
US6258191B1 (en) 1998-09-16 2001-07-10 International Business Machines Corporation Method and materials for increasing the strength of crystalline ceramic
US6174829B1 (en) * 1999-01-07 2001-01-16 Advanced Ceramic X Corp. Ceramic dielectric compositions
DE19957517C1 (de) * 1999-11-30 2001-01-11 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Durchbrüchen in grünen Keramikfolien
DE10007414B4 (de) * 2000-02-18 2006-07-06 eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH & Co. KG Verfahren zur Durchkontaktierung eines Substrats für Leistungshalbleitermodule durch Lot und mit dem Verfahren hergestelltes Substrat
US6800815B1 (en) * 2001-01-16 2004-10-05 National Semiconductor Corporation Materials and structure for a high reliability bga connection between LTCC and PB boards
JP4160901B2 (ja) 2001-10-01 2008-10-08 ヘラエウス インコーポレイテッド マイクロエレクトロニクス用自己拘束型非焼結低温ガラスセラミックテープ及びその製法ならびに用途
US6583019B2 (en) * 2001-11-19 2003-06-24 Gennum Corporation Perimeter anchored thick film pad
TW200428684A (en) * 2003-03-24 2004-12-16 Tdk Corp Manufacturing method and manufacturing system of ceramic device
US7404680B2 (en) * 2004-05-31 2008-07-29 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Optical module, optical module substrate and optical coupling structure
KR101046134B1 (ko) * 2007-12-27 2011-07-01 삼성전기주식회사 세라믹 기판 및 그 제조방법과 이를 이용한 전기장치
DE102009038674B4 (de) 2009-08-24 2012-02-09 Epcos Ag Trägervorrichtung, Anordnung mit einer solchen Trägervorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung eines mindestens eine keramische Schicht umfassenden struktururierten Schichtstapels
US20110269615A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 The Catholic University Of America Compositions and methods for converting hazardous waste glass into non-hazardous products
EP3406113B1 (de) * 2016-01-20 2020-09-09 Jaquet Technology Group AG Herstellungsverfahren für ein messgegenstand und messgerät

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1408256A (en) * 1974-02-08 1975-10-01 Du Pont Dielectric compositions and glass frits for use as components thereof
JPS57184296A (en) * 1981-05-09 1982-11-12 Hitachi Ltd Ceramic circuit board
US4634634A (en) * 1981-10-19 1987-01-06 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Glaze ceramic base
JPS60221358A (ja) * 1984-04-13 1985-11-06 日本碍子株式会社 電気絶縁体用セラミック組成物
JPS60235744A (ja) * 1984-05-04 1985-11-22 Asahi Glass Co Ltd セラミック基板用組成物
US4533435A (en) * 1984-06-07 1985-08-06 Microban Products Company Antimicrobial paper
US4689270A (en) * 1984-07-20 1987-08-25 W. C. Heraeus Gmbh Composite substrate for printed circuits and printed circuit-substrate combination
US4767672A (en) * 1984-09-17 1988-08-30 Kyocera Corporation Process for preparation of glazed ceramic substrate and glazing composition used therefor
JPS61142759A (ja) * 1984-12-14 1986-06-30 Ngk Spark Plug Co Ltd Ｉｃパツケ−ジ用基板
JPS61205658A (ja) * 1985-03-08 1986-09-11 旭硝子株式会社 回路基板用組成物
US4654095A (en) * 1985-03-25 1987-03-31 E. I. Du Pont De Nemours And Company Dielectric composition
DE3525972A1 (de) * 1985-07-20 1987-01-29 Standard Elektrik Lorenz Ag Emaillierungen mit heterogenem gefuege
US4759965A (en) * 1985-08-06 1988-07-26 Canon Kabushiki Kaisha Ceramic, preparation thereof and electronic circuit substrate by use thereof
JPS6247195A (ja) * 1985-08-26 1987-02-28 松下電器産業株式会社 セラミツク多層基板
US4732794A (en) * 1986-10-02 1988-03-22 Mobay Corporation Porcelain enamel composition and substrates coated therewith

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