Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Metallpaste zur Herstellung von
Keramik-Multilayern bzw. einer Stoffkombination zur Herstellung von
Keramik-Multilayern nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Aus
der EP 0 345 809 A1 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von
Keramik-Multilayern bekannt, bei dem eine Metallpaste und grüne
Keramikfolien verwendet werden. Die Metallpasten bestanden dabei aus
feinen Metallpartikeln, Glas und einem organischen Bindemittel. In
die grünen Keramikfolien werden Öffnungen eingebracht und mit der
Metallpaste gefüllt. Weiterhin wurden Strukturen aus der Metallpaste
aufgedruckt, um Leiterbahnen zu bilden.The invention relates to a metal paste for the production of
Ceramic multilayers or a combination of fabrics for the production of
Ceramic multilayers according to the genus of the independent claims. Out
EP 0 345 809 A1 is already a process for the production of
Ceramic multilayers known in which a metal paste and green
Ceramic foils are used. The metal pastes consisted of it
fine metal particles, glass and an organic binder. In
the green ceramic foils are opened and with the
Filled metal paste. Furthermore, structures made of metal paste
printed to form conductor tracks.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Metallpaste bzw. die erfindungsgemäße Stoffkom
bination mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprü
che hat demgegenüber den Vorteil, daß der Schrumpf von Metallpaste
und Keramikfolie beim Brennprozeß synchronisiert wird, indem die
Temperaturen, bei denen der Schrumpf der Metallpaste bzw. der Kera
mikfolien erfolgt, einander angeglichen werden. Dies ist insbeson
dere vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Vias übereinander angeord
net ist. Die Ausbeute der fertigen Keramik-Multilayer bzw. die
Qualität der Keramik-Multilayer wird so verbessert.The metal paste according to the invention or the material com
combination with the characteristic features of the independent claims
che has the advantage that the shrinkage of metal paste
and ceramic film is synchronized in the firing process by the
Temperatures at which the shrinkage of the metal paste or Kera
Mikfolien takes place, are aligned. This is in particular
which is advantageous if a plurality of vias are arranged one above the other
is not. The yield of the finished ceramic multilayer or
This improves the quality of the ceramic multilayer.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhän
gigen Ansprüchen angegebenen Metallpaste bzw. Stoffkombination mög
lich. Besonders vorteilhaft können Metallresinate verwendet werden,
da es sich dabei um gebräuchliche Verbindungen handelt, die mit den
weiteren Komponenten der Metallpaste gut verträglich sind. Durch die
Konzentration bzw. Art der metallorganischen Verbindung läßt sich
das Schrumpfungsverhalten der Metallpaste beim Brennen in einem wei
ten Temperaturbereich beeinflussen.By the measures listed in the dependent claims
advantageous developments and improvements in the independ
metal paste or material combination specified claims possible
Lich. Metal resinates can be used particularly advantageously,
since these are common connections with the
other components of the metal paste are well tolerated. Through the
Concentration or type of organometallic compound can be
the shrinkage behavior of the metal paste when fired in a white
influence the temperature range.
Zeichnungendrawings
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 Metallpaste
in auseinandergezogener Darstellung und Fig. 2 einen danach herge
stellten Keramik-Multilayer.Embodiments of the invention are shown in the drawings and Darge explained in more detail in the following description. In the drawings Fig. 1 is a stack of ceramic green sheets with the metal paste in an exploded view and Fig. 2 is a subsequently manufactured in, ceramic multilayer.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
In der Fig. 1 wird ein Stapel aus mehreren grünen Keramikfolien 1
gezeigt. Die grünen Keramikfolien 1 sind mit Vias 2, 3 versehen,
durch die ein elektrischer oder thermischer Kontakt zwischen der
Ober- und Unterseite der Keramikfolien 1 hergestellt wird. Die Vias
2, 3 sind mit einer Metallpaste gefüllt. Weiterhin sind Leiterbahnen
4 vorgesehen. Die als Stapel angeordneten Keramikfolien 1 werden
aufeinandergelegt und gebrannt. Bei diesem Brennen werden die Kera
mikfolien miteinander versintert und so ein Keramik-Multilayer 5,
wie es in der Fig. 2 gezeigt wird, geschaffen. Wie in der Fig. 2
zu erkennen ist, haben sich die Vias 3 zu langen Kanälen verbunden,
die die Oberseite und Unterseite des Keramiklayers 5 miteinander
verbinden. Durch diese langen Kanäle kann ein guter thermischer Kon
takt von einem auf der Oberseite des Keramik-Multilayers 5 angeord
neten Chip 6 zur Grundplatte 7 hergestellt werden, auf dem der Kera
mik-Multilayer 5 angeordnet ist. Die Leiterbahnen 4 und Vias 2 zei
gen hier exemplarisch eine Verdrahtung innerhalb des Keramik-Multi
layers. Reale Keramik-Multilayer weisen eine Vielzahl von Leiterbah
nen 4 und Vias 2 auf.In FIG. 1, a stack is shown of a plurality of ceramic green sheets 1. The green ceramic films 1 are provided with vias 2 , 3 , by means of which an electrical or thermal contact between the top and bottom of the ceramic films 1 is produced. The vias 2 , 3 are filled with a metal paste. Furthermore, conductor tracks 4 are provided. The ceramic films 1 arranged as a stack are placed on top of one another and fired. During this firing, the ceramic foils are sintered together and so a ceramic multilayer 5 , as shown in FIG. 2, is created. As can be seen in FIG. 2, the vias 3 have joined to form long channels which connect the top and bottom of the ceramic layer 5 to one another. Through these long channels, a good thermal contact can be made from a chip 6 arranged on the top of the ceramic multilayer 5 to the base plate 7 , on which the ceramic multilayer 5 is arranged. The conductor tracks 4 and vias 2 show examples of wiring within the ceramic multi-layer. Real ceramic multilayers have a large number of conductor tracks 4 and vias 2 .
Als "grün" werden ungebrannte Keramikfolien bezeichnet. Diese be
stehen im wesentlichen aus fein zermahlenem Keramikpulver, feinem
Glaspulver und einem organischen Binder. Beim Brennen wird in einer
ersten Aufheizphase der organische Binder in einen gasförmigen Zu
stand überführt und entweicht durch das poröse Material der Keramik
folien. Bei einer Erhöhung der Brenntemperatur werden dann die Kera
mikpartikel und Glaspartikel zum endgültigen Keramik-Multilayer mit
einander versintert. Bei diesem Sinterprozeß kommt es bei einer de
finierten Temperatur zu einem erheblichen Schrumpf des Materials.
Herkömmliche Metallpasten bestehen im wesentlichen aus einem Metall
pulver, einem Glaspulver und einem organischen Binder. In einer er
sten Brennphase wird der organische Binder durch Überführung in ein
Gas ausgetrieben. Bei einer weiteren Erhöhung der Temperatur werden
dann die Metallpartikel miteinander versintert. Der Glasanteil von
Metallpasten muß so gering gewählt werden, daß die Metallpartikel zu
einem leitfähigen Material versintern. Bei diesem Sinterprozeß kommt
es ebenfalls bei einer definierten Temperatur zu einem starken
Schrumpfprozeß der Metallpaste. Bei herkömmlichen Metallpasten ist
die Temperatur, bei der die Paste schrumpft, in der Regel deutlich
geringer als die Temperatur, bei der die grünen Keramikfolien
schrumpfen. Der Stapel von grünen Keramikfolien 1 mit metallgefüll
ten Vias 2, 3 schrumpft daher ungleichmäßig, so daß das fertig
gebrannte Keramik-Multilayer 5 interne Spannungen, Oberflächenun
ebenheiten und eventuell sogar Hohlräume aufweisen kann. Besonders
gravierend wird dieses Problem, wenn wie in der Fig. 2 gezeigt, ei
ne Vielzahl von Vias 3 übereinander und in unmittelbarer Nähe zuein
ander angeordnet wird. Wie bereits erläutert, dienen die übereinan
der angeordneten Vias 3 dazu, einen guten thermischen Fluß vom
Chip 6 zum Substrat 7 sicherzustellen. Dies liegt daran, daß Metalle
in der Regel Wärme besser ableiten als keramische Materialien. Für
diese thermischen Vias 3 sind bestimmte Materialien besonders in
teressant, die einen großen Wärmefluß erlauben, aber leider bei be
sonders niedrigen Temperaturen schrumpfen. Ein Beispiel für ein sol
ches Material ist beispielsweise reines Silber, dessen thermische
Leitfähigkeit besonders groß ist. Es hat sich nun gezeigt, daß durch
geringen Zusatz von metallorganischen Verbindungen (in der Größen
ordnung von 0,01-1%) die Temperatur, bei der Metallpasten, insbe
sondere eine Silberpaste, schrumpfen, besonders gut beeinflußt wer
den kann. Als Beispiel sei hier nur Rhodiumresinat genannt, es liegt
jedoch im Rahmen der Erfindung, eine Vielzahl von metallorganischen
Verbindungen auf ihre Tauglichkeit zur Beeinflussung der Schrumpf
temperatur von Metallpasten zu verwenden. Aufgrund des geringen Ge
halts von metallorganischen Verbindungen in der Größenordnung von
0,01-1% ist damit keine Änderung der elektrischen oder thermi
schen Eigenschaften der Metallpasten nach dem Brennen verbunden.Unfired ceramic films are referred to as "green". These consist essentially of finely ground ceramic powder, fine glass powder and an organic binder. During firing, the organic binder is converted into a gaseous state in a first heating phase and escapes through the porous material of the ceramic foils. When the firing temperature is increased, the ceramic particles and glass particles are sintered together to form the final ceramic multilayer. In this sintering process, the material shrinks considerably at a defined temperature. Conventional metal pastes consist essentially of a metal powder, a glass powder and an organic binder. In a first burning phase, the organic binder is expelled by converting it into a gas. If the temperature is increased further, the metal particles are then sintered together. The glass content of metal pastes must be chosen so low that the metal particles sinter to a conductive material. This sintering process also results in a strong shrinking process of the metal paste at a defined temperature. With conventional metal pastes, the temperature at which the paste shrinks is generally significantly lower than the temperature at which the green ceramic foils shrink. The stack of green ceramic films 1 with metal-filled vias 2 , 3 shrinks unevenly, so that the fired ceramic multilayer 5 may have internal stresses, surface unevenness and possibly even cavities. This problem becomes particularly serious when, as shown in FIG. 2, a plurality of vias 3 are arranged one above the other and in close proximity to one another. As already explained, the vias 3 arranged one above the other serve to ensure a good thermal flow from the chip 6 to the substrate 7 . This is because metals generally dissipate heat better than ceramic materials. For these thermal vias 3 , certain materials are particularly interesting, which allow a large heat flow, but unfortunately shrink at particularly low temperatures. An example of such a material is, for example, pure silver, the thermal conductivity of which is particularly high. It has now been shown that by adding a small amount of organometallic compounds (in the order of 0.01-1%) the temperature at which metal pastes, especially a silver paste, shrink, can be influenced particularly well by anyone who can. Only rhodium resinate is mentioned here as an example, but it is within the scope of the invention to use a large number of organometallic compounds for their suitability for influencing the shrinking temperature of metal pastes. Due to the low Ge content of organometallic compounds in the order of 0.01-1%, there is no change in the electrical or thermal properties of the metal pastes after firing.