DE4337749C2 - Verfahren zur Herstellung von Keramik-Multilayern - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Keramik-Multilayern

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von Keramik-Multilayern nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1. Aus der Patentanmeldung US 4,947,286 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Keramik-Multilayern bekannt, bei dem mehrere grüne Keramikfolien in einem Stapel angeordnet und durch Brennen mit­ einander verbunden werden. Dabei werden zwischen den grünen Keramikfolien innere Elektroden angeordnet.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass es für die Ausbildung von porösen Platten im Keramik- Multilayer geeignet ist. Die Dichtbereiche können dazu benutzt werden, Teile der porö­ sen Platte zu schützen, in denen die Porosität die Funktion des Keramik-Multilayers be­ einträchtigen würde. Das Verfahren bedient sich der üblichen Methoden, die für die Her­ stellung von Keramik-Multilayern gebräuchlich sind, so dass es ohne großen zusätzlichen Aufwand realisierbar ist.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich. Da keramische Platten mit einer hohen Dielektrizitätskonstante in der Regel porös sind, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung von porösen Platten mit großen Dielektrizitätskonstanten. Besonders einfach können solche Platten aus grünen Keramikfolien mit Partikeln eines Materials mit hoher Dielektrizitätskonstante herstellt werden. Derartige Platten erlauben die Ausbildung von Kondensatoren mit besonders großen Kapazitäten. Besonders einfach erfolgt die Ausbildung der Dichtbereiche durch Aufbringen einer Dichtmasse aus Glas. Durch Anordnung einer Sonderfolie zwischen zwei grünen Keramikfolien und Ausbildung der Dichtbereiche im Randbereich des Keramik-Multilayers kann so der poröse Bereich vollständig gegen die Außenwelt abgekapselt werden, so daß keine Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe in den Keramik-Multilayer eindringen können. Weiterhin ist das Verfahren zur Ausbildung einer Mehrzahl von Keramik-Multilayern im Nutzen aus einer Keramik-Multilayerplatte geeignet.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 einen Stapel von Keramikfolien und die Fig. 2 eine daraus durch Brennen hervorgegangene Keramikmultilayerplatte.
Beschreibung
In der Fig. 1 ist ein Stapel 11 mit zwei grünen Keramikfolien 1 und einer Sonderfolie 2 in auseinandergezogener Darstellung gezeigt. Die Abmessungen in x-Richtung sind dabei stark übertrieben. Die grünen Keramikfolien 1 weisen mit Metall gefüllte Vias 3 auf, durch die eine Kontaktierung von der Oberseite zur Unterseite der Keramikfolien 1 möglich ist. Weiterhin sind auf den Keramikfolien 1 Leiterbahnen 4 vorgesehen. Auf der Sonderfolie 2 bzw. auf den grünen Keramikfolien 1 sind Strukturen für Elektroden 5 angeordnet, die jeweils durch Vias 3 kontaktiert werden können. Die Dichtmasse 6 ist derart angeordnet, daß sie im Stapel unmittelbar an die Sonderfolie 2 grenzt. Durch Zusammenpressen der hier gezeigten Folien 1, 2 und durch einen Brennvorgang, d. h. Erwärmen auf Temperaturen über 800°C, wird die in der Fig. 2 gezeigte Keramik-Multilayerplatte 7 geschaffen. Durch Zerteilen der Keramik-Multilayerplatte entlang der Zerteilungslinie 13 können so zwei Keramik-Multilayer 8 geschaffen werden. Die Keramikmultilayer 8 weisen jeweils in ihrer Mitte eine poröse Platte 9, die durch Brennen der Sonderfolie 2 entstanden ist, auf. In den Randbereichen der Keramik-Multilayer 8 ist jeweils ein Dichtbereich 10 gelegen, der durch ein Eindringen der Dichtmasse 6 in die Sonderfolie 2 während des Brennvorgangs entstanden ist. Im Unterschied zur porösen Platte 9 sind diese Dichtbereiche 10 hermetisch dicht und erschweren oder verhindern ein Eindringen von Gasen, Flüssigkeiten oder Dämpfen ins Innere der Keramikmultilayer 8. Durch die Elektroden 5, die dazwischen angeordnete poröse Platte 9, werden Kondensatoren 12 gebildet. Diese Kondensatoren 12 werden durch die Vias 3 bzw. die Leiterbahnen 4 kontaktiert. Auch wenn der Stapel 11 hier als vereinfachtes Beispiel nur mit zwei grünen Keramikfolien 1 und einer Sonderfolie 2 gezeigt wird, sind beliebige Mehrfachanordnungen von grünen Keramikfolien 1 bzw. Sonderfolien 2 denkbar. Die verschiedenen Schichten für Leiterbahnen 4, Vias 3, Dichtmassen 6 können beispielsweise durch Siebdruck aufgebracht werden. Ebensogut können einzelne Platten auch von beiden Seiten oder überhaupt nicht mit derartigen Schichten versehen werden.
Die grünen Keramikfolien bestehen in der Regel aus einem organischen Binder, einem anorganischen Binder und einem keramischen Füllstoff. Beim Brennprozeß wird zunächst der der organische Binder in einen gasförmigen Zustand übergeführt und so aus den Folien ausgetrieben. In einer weiteren Brennphase wird dann der anorganische Binder, in der Regel ein Glas, mit dem Füllstoff, in der Regel einem fein zermahlenen Keramikpulver, versintert. Dabei erfolgt auch ein Sinterprozeß zwischen den verschiedenen Folien, so daß sie mechanisch fest miteinander verbunden werden. Normalerweise werden für grüne Keramikfolien Füllstoffe verwendet, die eine geringe Dielektrizitätskonstante aufweisen, so daß die Kapazitäten zwischen den unterschiedlichen Leiterbahnen gering sind. Durch Verwendung der Sonderfolie 2 können jedoch auch Füllstoffe mit anderen Eigenschaften verwendet werden, insbesondere Füllstoffe mit einer sehr hohen Dielektrizitätskonstante, die die Ausbildung von Kondensatoren mit hohen Kapazitätswerten erlauben. Da die gängigen Stoffe für anorganische Binder in der Regel eine geringe Dielektrizitätskonstante aufweisen, wird bei Folien, die nach dem Brennen eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen, ein geringer Anteil an anorganischem Binder zugesetzt. Derartige Folien weisen daher nach dem Brennen meist eine große Porösität auf. Wenn Schichten mit einer großen Porösität mit der das Keramik-Multilayer umgebenden Umwelt in Kontakt stehen, können durch die feinen Poren Gase, Flüssigkeite oder Dämpfe in das Keramik-Multilayer eindringen. Die Kapazität der gebildeten Kondensatoren würde somit von den gerade herrschenden Umweltbedingungen abhängen. Weiterhin können so Stoffe eindringen, die evtl. eine Zerstörung des Keramik-Multilayers von außen bewirken (beispielsweise Wasser, welches im Innenraum des Keramik-Multilayers gefriert und so zu einem mechanischen Bruch führt). Die Verwendung von Materialien, die eine große Porösität aufweisen, ist daher für Keramik-Multilayer problematisch. Dieses Problem wird hier dadurch gelöst, daß auf die Sonderfolie 2 eine Dichtmasse 6 aufgebracht wird, die beim Brennprozeß in die Sonderfolie eindringt und die Poren schließt. Besonders geeignet ist hierzu beispielsweise eine Glaspaste, die von ihrem Schmelzpunkt und der Viskosität derart ausgestaltet ist, daß ein zuverlässiges Eindringen in die poröse Schicht gewährleistet ist. Durch entsprechende Anordnung der sich so bildenden Dichtbereiche 10 kann ein hermetisch dichter Verschluß der porösen Platte 9 im Inneren des Keramik-Multilayers 8 erfolgen. Auch wenn dabei bevorzugt an Platten mit einer großen Dielektrizitätskonstanten gedacht wird, läßt sich dieses Verfahren natürlich für alle Arten von porösen Platten verwenden. Durch Anordnung von Dichtbereichen 10 entlang der Zerteilungslinien 13 läßt sich das Verfahren auch bei der Vielfachfertigung von Keramik-Multilayern 8 im Nutzen aus einer Keramik-Multilayerplatte 7 verwenden.
Weiterhin ist die poröse Platte 9 nach oben und nach unten durch die dichte Schicht, die durch Brennen der grünen Keramikfolien 1 entsteht, abgedichtet.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Keramik-Multilayern (8), bei dem mehrere grüne Ke­ ramikfolien (1) in einem Stapel (11) angeordnet und durch Brennen miteinander ver­ bunden werden, wobei im Stapel (11) eine Sonderfolie (2) angeordnet wird, wobei die Sonderfolie (2) nach dem Brennen eine poröse Platte (9) bildet, die von ihrem Aufbau her ein Eindringen von Flüssigkeiten, Gasen oder Dämpfen erlaubt, wobei für Teile der Sonderfolie (2) eine Dichtmasse (6) vorgesehen wird, die beim Brennen in diese Teile der Sonderfolie (2) eindringt und nach dem Brennen Dichtbereiche (10) der porösen Platte (9) bildet, die ein Eindringen von Flüssigkeiten, Gasen oder Dämpfen erschweren oder verhindern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Platte (9) eine große Dielektrizitätskonstante aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Sonderfolie (2) eine grüne Keramikfolie vorgesehen wird, die als Füllstoff Partikel eines Materials mit hoher Dielektrizitätskonstante enthält.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden (5) für einen Kondensator (12) vorgesehen werden, die im Keramikmultilayer (8) auf der Oberseite und Unterseite der porösen Platte (9) angeordnet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Dichtmasse (6) ein Glas vorgesehen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonderfolie (2) zwischen zwei grünen Keramikfolien (1) angeordnet wird, und daß die Dichtbereiche (10) derart angeordnet werden, daß sie im Randbereich des Keramikmultilayers (8) liegen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Keramikmultilayern (8) durch Zerteilen einer Keramikmultilayerplatte (7) gebildet werden, wobei die Zerteilungslinien (13) in Dichtbereichen (10) angeordnet werden.
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