DE4233403C2 - Verfahren zur Herstellung von Mehrlagen-Hybriden - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von Mehrlagen-Hybriden
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der EP 345809 A1 ist bereits ein Verfahren zur
Herstellung von Mehrlagen-Hybriden aus grünen Keramikfolien mit Leiterbahnen und
Durchkontaktierungen bekannt, bei dem die grünen Keramikfolien derart übereinander
gestapelt werden, dass durch die Durchkontaktierungen elektrische Verbindungen zwi
schen den Leiterbahnen hergestellt werden. Als Materialien für die Leiterbahnen werden
dabei u. a. auch Kupfer und Silber verwendet.
Aus der US 4,947,286 ist ein Mehrlagen-Keramikkondensator bekannt, der durch Bren
nen mehrerer grüner Keramikfolien aus dielektrischen Materialien mit darauf angeord
neten inneren Elektroden hergestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptan
spruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass Materialien mit großen Unterschieden in der
Dielektrizitätskonstanten, beispielsweise einer bereits gebrannten keramikplatte in einem Mehrlagen-Hybrid miteinander kombiniert werden
können, die bei der ausschließlichen Verwendung von grünen Keramikfolien nicht mit-
einander kombinierbar sind. Durch diese Erweiterung der Materialpalette lassen sich die
Herstellungskosten verringern und die Qualität von Mehrlagen-Hybriden verbessern.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor
teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruchs
angegebenen Verfahrens möglich. Besonders einfach erfolgt die Her
stellung der Keramikplatte durch Brennen einer weiteren grünen
Keramikfolie. Wenn dabei Brenntemperaturen über 1000°C verwendet
werden, so können Materialien mit besonders hoher Dielektrizitäts
konstante zu porenfreien Keramikplatten gebrannt werden. Durch die
Verwendung einer Brenntemperatur des Stapels von weniger als 1000°C
können Materialien mit einer besonders geringen Dielektrizitäts
konstante verwendet werden, so daß die Leitungseigenschaften der
Mehrlagen-Hybride besonders günstig sind. Weiterhin erlauben derart
niedrige Brenntemperaturen die Verwendung von besonders nieder
ohmigen und kostengünstigen Metallisierungen aus Kupfer oder Silber.
Durch die Verwendung der Keramikplatte mit großer Dielektrizitäts
konstante zur Ausbildung von Kondensatoren im Mehrlagen-Hybrid
lassen sich große Kapazitäten realisieren, die sonst nur wesentlich
kostenintensiver durch oberflächenmontierte Bauteile zu erreichen
sind. Durch eine besonders dünne Auslegung der Keramikplatte lassen
sich dabei besonders große Kapazitätswerte erreichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge
stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen Fig. 1 einen Stapel von grünen Keramikfolien mit einer
keramischen Platte, Fig. 2 einen damit hergestellten Mehr
lagen-Hybrid und Fig. 3 eine weitere keramische Platte.
In der Fig. 1 wird ein Stapel 10, bestehend aus vier grünen
Keramikfolien 1 und einer Keramikplatte 2 in auseinandergezogener
Darstellung gezeigt. Die grünen Keramikfolien 1 sind mit Leiter
bahnen 3 und Durchkontaktierungen 4 versehen. Die Keramikplatte 2
weist eine Durchkontaktierung 4 auf. Weiterhin sind die grünen
Keramikfolien 1, die unmittelbar auf und unter der Keramikplatte 2
liegen, auf den der Keramikplatte 2 zugewandten Seiten mit Kon
densatorplatten 5 versehen.
Die grünen Keramikfolien 1 bestehen aus einem Keramikpulver, einem
anorganischen Binder und einem organischen Binder. Beim Brennen
werden die grünen Keramikfolien 1 auf Temperaturen, die typischer
weise kleiner als 1000°C sind, aufgeheizt. In einer ersten Brenn
phase wird dabei der organische Binder, in der Regel ein Kunststoff,
rückstandslos verbrannt. Im weiteren Verlauf des Brennprozesses
werden dann das Keramikpulver, beispielsweise Aluminiumoxid, und der
anorganische Binder, in der Regel ein Glas, zu einer keramischen
Platte gebrannt.
Die Durchkontaktierungen 4 werden in der Regel dadurch hergestellt,
daß im grünen Zustand Öffnungen in die grünen Keramikfolien 1 einge
bracht werden. Dies kann beispielsweise durch Stanzen erfolgen. Die
Löcher in den grünen Keramikplatten 1 werden dann mit einer Metall
paste gefüllt. Solche Metallpasten werden auch dafür genutzt,
Strukturen für die Leiterbahnen 3 auf den grünen Keramikfolien 1 zu
erzeugen. Dabei wird typischerweise der Siebdruck der Metallpasten
verwendet. Die Metallpasten bestehen aus einem Metallpulver, einem
anorganischen Binder und einer organischen Paste. Beim Brennprozeß
wird die organische Paste rückstandsfrei verbrannt, und das Metall
pulver bildet mit dem anorganischen Binder metallisch leitende
Leiterbahnen 3 oder Durchkontaktierungen 4.
In der Fig. 2 ist ein Mehrlagen-Hybrid 7 gezeigt, der durch das
Brennen des Stapels 10 der Fig. 1 hergestellt ist. Der Mehr
lagen-Hybrid ist aus vier Keramikfolien 1 und einer Keramikplatte 2
aufgebaut. Auf der Oberseite des Mehrlagen-Hybrides 7 ist ein
weiteres Bauteil ein Siliziumchip 8 aufgebracht. Der Siliziumchip 8
ist durch Bonddrähte 9 mit den Leiterbahnen 3 des Mehrlagen-Hybrides
7 verbunden. Weiterhin ist der Mehrlagen-Hybrid 7 auf einem Träger 6
aufgebracht. Durch die Kondensatorplatten 5 wird ein Kondensator
gebildet. Durch die hohe Dielektrizitätskonstante der Keramikplatte
2 ist die elektrische Kapazität des so gebildeten Kondensators be
sonders groß.
Bei der Herstellung von Mehrlagen-Hybriden durch Brennen von grünen
Keramikfolien mit aufgedruckten Metallpasten für Leiterbahnen und
mit Metallpasten gefüllten Löchern für Durchkontaktierungen müssen
die Materialien für die grüne Keramikfolie und die Materialien für
die Metallpasten aufeinander abgestimmt sein. Besonders interessant
ist dabei, wenn die Brenntemperatur kleiner als 1000°C ist, da in
diesem Temperaturbereich besonders billige und elektrisch gut
leitende Materialien, wie beispielsweise Kupfer oder Silber für die
Metallpasten verwendet werden können. Brenntemperaturen in einem
Bereich über 1100°C verlangen in der Regel die Verwendung von
Wolfram für die Metallpasten. Dieses Material ist jedoch weniger
günstig, da die elektrische Leitfähigkeit vergleichsweise gering ist
und der Preis des Materials hoch ist. Bei Brenntemperaturen von
kleiner als 1000°C weisen die Keramikfolien in der Regel einen hohen
Glasanteil auf. Solche Keramikfolien weisen daher eine niedrige Di
elektrizitätskonstante auf. Andere Füllmaterialien, mit denen eine
hohe Dielektrizitätskonstante erreicht werden kann, wie beispiels
weise Bariumtitanat, lassen sich bei einer
Brenntemperatur von unter 1000°C nur schlecht in Keramikfolien ver
wenden. Brenntemperaturen von kleiner als 1000°C sind nicht geeignet
diese Materialien in geeigneter Weise miteinander zu versintern, so
daß ein porenfreier und qualitativ hochwertiger Mehrlagen-Hybrid
entsteht. Materialien, die eine hohe Dielektrizitätskonstante auf
weisen, benötigen in der Regel eine hohe Brenntemperatur von über
1000°C. Mit einer derartigen Brenntemperatur können jedoch nicht die
Vorteile einer Metallisierung, die bei Temperaturen unter 1000°C
brennbar ist, verwendet werden. Der hier vorgeschlagene Verfahren
ermöglicht es, beide Vorteile in einem Mehrlagen-Hybrid zu ver
einigen. Zunächst wird eine keramische Platte 2 hergestellt, die
eine große Dielektrizitätskonstante aufweist. Diese keramische
Platte 2 ist nicht mehr im grünen Zustand und wird somit von einem
Brennprozeß mit Temperaturen unter 1000°C so gut wie nicht mehr ver
ändert. Diese keramische Platte 2 wird dann in Kombination mit
grünen Keramikfolien 1 und Metallpasten verwendet, die niedrige
Brenntemperaturen von kleiner 1000°C benötigen. Das erfindungsgemäße
Verfahren kombiniert somit die Vorteile eines Verfahrens zur Her
stellung von Mehrlagen-Hybriden bei niedrigen Temperaturen von
weniger als 1000°C mit der erweiterten Materialpalette von Prozessen
die höhere Temperaturen über 1000°C benötigen.
In der Fig. 3 wird die Herstellung einer Keramikplatte 2 mit einer
Durchkontaktierung 4 und Kondensatorplatten 5 beschrieben. Zur Her
stellung der Keramikplatte 2 wird von einer grünen Keramikfolie aus
gegangen, die mit einer Öffnung für die Durchkontaktierung 4 ver
sehen wird. Durch Brennen dieser Keramikfolie wird dann die Keramik
platte 2 hergestellt. Da für die Keramikplatte 2 Materialien mit
hoher Dielektrizitätskonstante verwendet werden, sind dabei
Brenntemperaturen von größer als 1000°C notwendig. Alternativ ist es
möglich, die Löcher für die Durchkontaktierungen 4 erst nach dem
Brennen beispielsweise durch Schneiden mit einem Laser einzubringen.
Auf die so hergestellte Keramikplatte 2 werden dann durch Siebdruck
Metallpasten für die Kondensatorplatten 5 und die Durchkon
taktierungen 4 aufgebracht. Dabei werden jedoch Metallpasten ver
wendet, deren Brenntemperaturen bei einer Temperatur von kleiner
1000°C liegen. Im Unterschied zur keramischen Platte 2 der Fig. 1
sind bei der hier gezeigten keramischen Platte 2 die Kondensator
platten 5 direkt auf der keramischen Platte 2 aufgebracht. Zur Aus
bildung des Kondensators im Mehrlagen-Hybrid sind beide Vorgehens
weisen möglich. Wichtig ist bei der in Fig. 3 gezeigten Vorgehens
weise nur, daß die Metallpaste für die Kondensatorplatten 5 im
richtigen, d. h. niedrigen, Temperaturbereich brennbar sind.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Mehrlagen-Hybriden, bei dem grüne Keramikfolien
(1) mit Leiterbahnen (3) und Durchkontaktierungen (4) versehen werden, bei dem die
grünen Keramikfolien (1) übereinander derart in einem Stapel (10) angeordnet wer
den, dass durch die Durchkontaktierungen (4) elektrische Verbindungen zwischen
den Leiterbahnen (3) hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
eine gebrannte Keramikplatte (2) aus einem Material mit hoher Dielektrizi
tätskonstante im Stapel (10) angeordnet wird, wobei die Brenntemperatur des Stapels
(10) < 1000°C gewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikplatte (2) durch
Brennen einer weiteren grünen Keramikfolie hergestellt wird, wobei das Material so
gewählt wird, dass die Brenntemperatur der weiteren Keramikfolie über 1000°C liegt.
3. Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Leiter
bahnen (3) und die Durchkontaktierungen (4) Kupfer oder Silber gewählt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Keramikplatte (2) mit Durchkontaktierung (4) versehen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Mehrlagen-Hybrid mindestens einen Kondensator aufweist, und das für den Kon
densator auf beiden Seiten der Keramikplatte (2) Kondensatorplatten (5) im Stapel
(10) angeordnet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Dicke der Keramikplatte (2) dünner gewählt wird als die Dicke der Keramikfolien
(1).
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