DE4233403C2 - Verfahren zur Herstellung von Mehrlagen-Hybriden - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Mehrlagen-Hybriden

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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.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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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