DE69321660T2

DE69321660T2 - Diffusionsverbindungsverfahren

Info

Publication number: DE69321660T2
Application number: DE69321660T
Authority: DE
Inventors: Yo Nara-Shi Nara Hasegawa; Masahiro Hirakata-Shi Osaka Nagasawa; Masahide Nara-Shi Nara Tsukamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1993-06-07
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2013-06-08
Also published as: EP0576872B1; TW222736B; KR940006311A; EP0576872A1; US5439164A; KR970010879B1; US5551626A; DE69321660D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein neues Diffusionsverbindungsverfahren, welches zum Verbinden von Kontaktflächen aus Cu oder Cu-Legierungen bei niederer Temperatur eingesetzt wird und in der Metallurgie und in der Elektronik Einsatz findet; das Verfahren kann insbesondere bei der Herstellung von Vielschichtleiterplatten eingesetzt werden. Nachfolgend wird auch eine bei dem Verfahren eingesetzte Paste beschrieben.

Beschreibung des Standes der Technik

Zum Verbinden von mindestens zwei in Kontakt stehenden Oberflächen bzw. Flächen (Kontaktflächen) aus Metall wurden bisher weitverbreitet Verbindungsverfahren wie das Löten eingesetzt. In der Elektronik bzw. Elektrotechnik wurden mitunter Ultraschallverbindungsverfahren eingesetzt, jedoch konnte im allgemeinen außer als mit Löten keine zuverlässige elektrische Verbindung erhalten werden.
Beim Löten führt jedoch eine mit der Lötstelle in Kontakt stehende Metallkomponente wie Blei oder Zinn, die sich vom Kupfer der zu verbindenden Flächen unterscheidet, mitunter zu Korrosion an der Verbindungsstelle und auch zur Bildung von Intermetallverbindungen, was zu den Problemen schlechter Verbindungen führt, in denen bei wiederholter Belastung leicht Brüche erzeugt werden. Das erwähnte Ultraschallverbindungsverfahren kennt diese Probleme nicht, jedoch das Problem, daß nur eine kleine Kontaktfläche erhalten wird, die für übliche Metallverbindungen nicht eingesetzt werden kann.
Ein weiteres typisches, jedoch nicht praktikables Verfahren zum Verbinden von Kupferflächen bei niedrigen Temperaturen wird beschrieben von R. A. Nichting et al. in "Journal of Materials Engineering and Performance", Band 1, Nr. 1 (1992).
Dabei werden die Oberflächen von zu verbindendem Kupfer einer Sputterreinigung unterzogen und dann mit Hochvakuum verbunden. Der Bericht R. A. Nichting zeigt klar die Grenzen der früheren Technik, d. h. ein Verbinden des Kupfers in Luftatmosphäre ist nicht möglich.
Für Verfahren zum Verbinden von elektronischen Teilen oder Schaltkreisen und zur Bildung von elektrisch leitenden Pfaden wurden viele Arten von leitfähigen Pasten mit dispergierten Harzen eingesetzt. Es gibt jedoch das Problem, daß der Widerstand des Kontakts oder des Pfades relativ hoch ist und deshalb kein Ohm'sches Verhalten zeigt, wodurch der Widerstand bei kleinen Strömen zunimmt, so daß der Einsatz herkömmlicher leitfähiger Pasten begrenzt ist.
Die Verfahren, die zum Verbinden von Durchgangslöchern einer Vielschichtleiterplatte in elektronischen Schaltkreisen eingesetzt werden, werden in zwei Gruppen eingeteilt. Eine ist ein Verfahren zum Herstellen eines leitfähigen Pfades im Durchgangsloch durch Elektroplattieren, die andere ein Verfahren zum Füllen der Durchgangslöcher mit der leitfähigen Paste, welches als Ag-Durchgangslochverfahren bezeichnet wird.
Mit dem Elektroplattieren erhält man Durchgangslöcher mit überlegener Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit, wobei es jedoch vieler Verfahrensschritte und vieler technische Einrichtungen zum Nachbehandeln beim Elektroplattieren oder zum Abführen von Waschlösungen bedarf, was zu nachteilhaften Kosten führt. Das andere Verfahren ergibt ein leicht herzustellendes Ag-Durchgangsloch mit geringen Kosten, führt jedoch zu relativ hohem Widerstand und neigt deshalb zu Nicht- Ohm'schem Verhalten, wodurch der Widerstand bei niedrigen Strömen zunimmt, so daß der Einsatz von herkömmlichen leitfähigen Pasten begrenzt ist.
Das US-Patent 4 228 944 offenbart Substrate aus Metall oder Legierungen, die miteinander verbunden werden, indem man sie auf der Oberfläche des Substrats mit einem Hartlötflußmittel beschichtet, welches pulverförmiges Metall oder eine pulverförmige Metallverbindung enthält und einen Schmelzpunkt von mehr als 700ºC aufweist. Die beschichteten Substrate werden auf eine Temperatur erwärmt, die oberhalb des Schmelzpunktes des Flußmittels, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls oder der Metallverbindung liegt. Dies führt zur Kristallisation in der Schmelze und zur gegenseitigen Diffusion zwischen den Substraten und dem Metall, welches durch das geschmolzene Flußmittel aktiviert ist.
Das Hartlötflußmittel kann ein handelsübliches Flußmittel sein, welches wesentliche Mengen an KFB&sub4; und/oder KF zusammen mit Natriumborat oder Borsäure enthält oder ein handelsübliches Flußmittel, welches hauptsächlich AgCl, CuCl oder CoCl&sub2; enthält. Die aneinander zu bindenden Substrate können aus Kupfer sein. Bei einem Experiment wurde ein gemischtes Flußmittel hergestellt, indem AgCl-Pulver in ein geschmolzenes Flußmittel auf der Basis von Fluorid eingebracht wurde. Das gemischte Flußmittel wurde auf die behandelten Oberflächen der zwei Substrate aufbeschichtet, von denen eines eine gesinterte Cu/W-Legierung und das andere elektrolytisches Kupfer war. Nach dem Kontaktieren der Substrate wurden sie in Luft zu einer Temperatur von 800ºC erwärmt, wobei diese Temperatur oberhalb dem Schmelzpunkt des Flußmittel liegt, jedoch kleiner ist als der Schmelzpunkt Ag.
Das US-Patent 4 383 363 offenbart ein Verfahren, bei dem eine leitfähige Paste in ein Durchgangsloch gebracht wird, um eine Verbindung zwischen Schaltkreisen herzustellen, die auf den beiden Hauptoberflächen eines Insulatorsubstrats ausgebildet sind. Auf beiden Hauptoberflächen der Substrate werden mit den Schaltkreisen einstückige leitfähige Schichten ausgebildet, so daß sich die leitfähigen Schichten über das Durchgangsloch erstrecken. Die leitfähigen Schichten kommen mit der leitfähigen Paste im Durchgangsloch in Kontakt, wobei die Schichten die Funktion haben, beide Enden der leitfähigen Paste zu umschließen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zum Verbinden von Kontaktflächen aus Cu oder Cu-Legierungen in einer Atmosphäre aus Luft zur Verfügung zu stellen, mit den Verbindungen mit überlegener Zuverlässigkeit erhalten werden. Gemäß einem Aspekt dieser Aufgabe möchte die Erfindung ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen einer Vielschichtleiterplatte zur Verfügung stellen, wobei die Vielschichtleiterplatte einen geringen Widerstand aufweist und eine hohe Zuverlässigkeit zeigt.
Die Aufgabe wird gelöst mit dem in den Ansprüchen 1 und 5 definierten Verfahren. Geeignete und bevorzugte Ausführungsformen werden in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.

Zusammenfassung der Erfindung

Als Ergebnis unserer Forschungsarbeiten wurde überraschenderweise gefunden, daß Kupferatome in einer Atmosphäre aus Luft selbst bei einer Temperatur von nur 170ºC in den Kontaktgrenzschichten von einer Kontaktfläche zur anderen Kon taktoberfläche zu diffundieren beginnen, vorausgesetzt es bildet sich auf den Kontaktflächen kein Metalloxid.
Die Anwendung des erfinderischen Konzepts gemäß einem ersten Aspekt ergibt deshalb ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei in Kontakt stehenden Oberflächen bzw. Flächen aus Cu oder einer Cu-Legierung in einer Luftatmosphäre bei niedriger Temperatur gemäß Anspruch 1.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist es bevorzugt, daß eine der Kontaktflächen Cu oder eine Cu-Legierung ist und mit einer Schicht des Metalloxidentferners beschichtet wird, wogegen die andere Fläche aus einem Edelmetall oder einer Legierung davon oder aus einem anderen Metall besteht, die durch Elektroplattieren, Verdampfen oder Sputtern mit einer Dünnschicht aus einem Edelmetall oder einer Legierung davon versehen ist.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Metalloxidentferner bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Carbonsäuren und Carboxylgruppen aufweisende Polymere oder Oligomere.
Die elektrisch leitfähige Paste, die wahlweise zum Verbinden der Kontaktflächen bei der niedrigen Temperatur eingesetzt wird, indem Cu-Atome von der Oberfläche aus Cu oder einer Cu-Legierung in eine gegenüberliegende Metallfläche in einer Atmosphäre aus Luft diffundieren, enthält Metallteilchen, die ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Edelmetalle, Cu oder Legierungen davon, den Metalloxidentferner und - falls erforderlich - ein Bindeharz.
Bei einer Ausführungsform der elektrisch leitfähigen Paste kann als Metalloxidentferner jedes in der Löttechnik verfügbare oberflächenaktive Mittel eingesetzt werden; es ist bevorzugt, daß es ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend Carbonsäuren und Carboxylgruppen aufweisende Polymere oder Oligomere, insbesondere ist es bevorzugt, daß der Metalloxidentferner als Bindeharz fungiert. Die Teilchen aus Cu oder einer Cu-Legierung sind bevorzugt kugelförmig.
Gemäß einen zweiten Aspekt der Erfindung wird das Diffusionsverbindungsverfahren für ein Verfahren zum Herstellen einer Vielschichtleiterplatte eingesetzt. Das Verfahren ist definiert durch Anspruch 5.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden verdeutlicht durch die nachfolgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Teile durchwegs durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind; es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Ansicht, die ein erfindungsgemäßes Verbindungsverfahren zum Herstellen einer zweilagigen Leiterplatte zeigt;
Fig. 2(a): eine perspektivische Ansicht der zweilagigen Leiterplatte, die mit dem in Fig. 1 gezeigten Verfahren hergestellt wurde;
Fig. 2(b): eine perspektivische Ansicht der Platte nach dem Ätzen;
Fig. 3(a): eine schematische Ansicht, die ein Verbindungsverfahren zum Herstellen einer vierlagigen Leiterplatte aus der in Fig. 2(b) gezeigten zweilagigen Leiterplatte zeigt;
Fig. 3(b): eine schematische Ansicht, die ein Verbindungsverfahren zum Herstellen einer sechslagigen Leiterplatte aus der in Fig. 2(b) gezeigten zweilagigen Leiterplatte zeigt;
Fig. 4: eine schematische Ansicht, die das Bedrucken unter Einsatz eines abziehbaren Films zeigt;
Fig. 5: eine Auftragung der Cu-Diffusion an der Grenzschicht mit Silber elektroplattiertes Cu/Silber (180ºC, 30 Min., gepreßt), XMA-Analyse für Beispiel 5;
Fig. 6: eine Aufzeichnung der Cu-Diffusion an der Grenzschicht entoxidiertes Cu/Silber (180ºC, 30 Min., gepreßt); XMA- Analyse für Beispiel 10;
Fig. 7: eine Aufzeichnung der Cu-Diffusion an der Grenzschicht entoxidiertes Cu/Silber (240ºC, 30 Min., gepreßt); XMA- Analyse für Beispiel 10;

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Das erfindungsgemäße Verbindungsverfahren kann eingesetzt werden für in Kontakt stehende Oberflächen bzw. Flächen aus Cu oder Cu-Legierung, wie beispielsweise elektrolytisches Kupfer, gewalztes Kupfer, Bronze, Messing, Beryliumkupfer, Gußzinnbronze. Die zu verbindenden Metallteile können beliebige Formen aufweisen, wie beispielsweise Platten, Folien, Drähte, Stäbe und der gleichen, es ist jedoch erforderlich, daß die zu verbindenden Oberflächen bzw. Flächen vor dem Verbinden mit dem Metalloxidentferner oder dem Edelmetall beschichtet werden.
Für das Edelmetallplattieren sind viele Arten der Vorbehandlung bekannt, mit denen Oxidschichten vor dem Plattieren entfernt werden können, beispielsweise Ätzen, mechanisches Schleifen und Erwärmen in einer reduzierenden Atmosphäre, woraus eine geeignetes Verfahren in Abhängigkeit der zu verbindenden Formen und der erforderlichen Eigenschaften und dergleichen ausgewählt werden können. Beispielsweise kann bei einer kontinuierlichen Schicht wie einer Kupferfolie ein kontinuierliches Naßverfahren eingesetzt werden, wogegen bei kleinen Teilen wie bei einstückigen Elementen ein reduzierender Ofen verwendet werden kann.
Nach der Behandlung zur Entfernung der Oxidschicht wird eine Dünnschicht aus Edelmetall abgeschieden. Die Edelmetallschicht verhindert ein Oxidieren der Oberfläche. Wenn dies nicht gegeben ist, verhindert beim nachfolgenden Erwärmen gebildetes Metalloxid eine Diffusion der Cu-Atome während des Verbindungsprozesses. Herkömmliches Plattieren mit Ni zum Vermeiden einer Oxidation der Oberfläche verhindert ebenfalls eine Diffusion von Cu-Atomen. Das Edelmetallplattieren auf den sauberen Oberflächen aus Cu oder Cu-Legierungen ist deshalb wesentlich, damit Cu-Atome diffundieren können. Selbst eine geringe Dicke der Edelmetallplattierung reicht aus, um eine Oxidation der Kontaktfläche zu verhindern und die Diffusion von Cu-Atomen von einer Kontaktfläche zur gegenüberliegenden Kontaktfläche zu unterstützen. Wie nachfolgend beschrieben wird, ist eine Dicke von 100 Å für diesen Zweck ausreichend. Eine größere Dicke verhindert nicht die Verbindung der Kontaktflächen durch die Diffusion von Cu-Atomen, verursacht jedoch nachteilig hohe Kosten. Wenn Silber als Edelmetall eingesetzt wird, verursachen dicke Silberschichten die Migration von Silber, was zu geringerer Zuverlässigkeit führt.
Als Verfahren für das Edelmetallplattieren sind das Elektroplattieren, das chemische Plattieren, das Vakuumabscheiden, daß Sputtern und dergleichen bekannt, wobei das geeignete Verfahren nach Maßgabe der zu verbindenden Gestalt ausgewählt wird. Das Edelmetall umfaßt Gold, Silber, Platin, Paladium und Rodium. Im Hinblick auf die Kosten sind Gold und Silber geeignet. Bei Silber erfolgt mitunter eine Farbänderung der plattierten Fläche bzw. Oberfläche durch Sulfidierung, jedoch hat eine solche Farbänderung keinen nachteiligen Einfluß auf die Verbindung.
Anstelle der Edelmetallplattierung kann beim Verbinden auf die Fläche bzw. Oberfläche aus Cu oder einer Cu-Legierung ein Metalloxidentferner aufbeschichtet werden. Der Metalloxidentferner bedeutet einen aktiven Stoff, der mit Cu-Oxid reagiert und die Fläche des Cu oder der Cu-Legierung in eine Fläche aus reinem Metall umwandelt. Insbesondere Carbonsäuren und Carboxylgruppen enthaltende Polymere oder Oligomere sind bevorzugt. Beispiele sind gesättigte Fettsäuren mit linearen Ketten oder Seitenketten wie Capronsäure, Önanthsäure (Heptansäure), Carprylsäure, 2-Ethylhexansäure, Stearinsäure; ungesättigte Fettsäuren wie Oleinsäure, Linolsäure, Linolensäure; ein- oder mehrbasische Carbonsäuren oder Aminocarbonsäuren wie Abietinsäure, Succinsäure, Malonsäure, Asparaginsäure; und Ester davon. Beispiele für das Polymer oder Oligomer sind Polymere oder Copolymere von Acrylsäure, Copolymere von Maleinsäure, Alkydharz, Polybutadien mit endständigen oder anhängenden Carboxylgruppen.
Der Entferner wird direkt oder in einer Lösung auf die Flächen aus Cu oder Cu- Legierung aufbeschichtet. Die anderen Beispiele umfassen herkömmliche Aktivstoffe, die als Flußmittel beim Löten eingesetzt werden, wie beispielsweise Chlorwasserstoffsäure, Ameisensäure, Essigsäure, Milchsäure, primäre, sekundäre und tertiäre Amine und ihre Salze wie z. B. Dimethylaminhydrochlorid. Bei Verwendung eines anorganischen Aktivstoffs ist nach dem Verbinden eine Reinigung erforderlich, um den Aktivstoff zu entfernen.
Obwohl durch die Wirkung des Entferners in Lösung selbst dicke Oxidschichten entfernt werden können, ist es bevorzugt, daß die Oxidschicht im Fall des Elektroplattierens vor dem Beschichten bereits auf ähnliche Weise entfernt worden ist.
Die Temperatur zum Verbinden der Flächen aus Cu oder einer Cu-Legierung muß mehr als etwa 170ºC betragen. Bei niedrigeren Temperaturen können Cu-Atome nicht in die gegenüberliegende Fläche diffundieren, was dazu führt, daß keine Bindung zwischen den Kontaktflächen entsteht. Obwohl es für die Temperatur keine Obergrenze gibt, wird der Prozeß des Verbindens bevorzugt bei möglichst niederen Temperaturen durchgeführt, weil Cu oder Cu-Legierungen leicht oxidiert werden. Höhere Temperaturen innerhalb des praktikablen Bereiches führen zu umgehender Verbindung. Soweit möglich sollte gleichzeitig mit dem Schritt des Erwärmens und Pressens ein Ultraschallverfahren eingesetzt werden.
Das Pressen der Kontaktflächen erfordert keinen extremen Druck, der höher wäre als der, der die gegenüberliegenden Flächen miteinander in Kontakt bringt. Es ist bevorzugt, daß die Rauhheit auf der Kontaktfläche so gering wie möglich ist, um den zum Verbinden erforderlichen Druck herabzusetzen. Selbst wenn die Kontaktfläche eine schlechte Rauhheit aufweist, können Cu oder eine Cu-Legierung aufgrund ihrer geringen Festigkeit deformiert werden, damit man sie verbinden kann. Das Einfügen eines flexiblen Metalls wie Gold oder Silber zwischen die Kontaktflächen aus Cu oder Cu-Legierung führt außerdem selbst bei kleinerem Anpressdruck zu einer Vergrößerung der Kontaktbereiche und zu einer Verbesserung der Bindestärke.
Das erfindungsgemäße Verbindeverfahren kann nicht nur für Platten eingesetzt werden, sondern auch für Pulver oder Teilchen. Es kann deshalb die gleiche Bindetheorie für ein Binden oder eine Verbindung angewandt werden, die durch eine leitfähige Paste gebildet wird. Dies bedeutet, daß die zum Binden der in Kontakt stehenden Metalloberflächen bei niedriger Temperatur eingesetzte leitfähige Paste hergestellt werden kann, indem man den Metalloxidentferner als Bindeharz der leitfähigen Paste einsetzt oder Metalloxidentferner dem Bindeharz zusammen mit Teilchen aus Cu oder Cu-Legierung zusetzt. Gemäß der leitfähigen Paste können die leitfähigen Pfade hergestellt werden durch Aufbeschichten der Paste auf ein Substrat oder durch Füllen der Durchgangslöcher und Erwärmen unter Druck, und es ergibt sich ein Ohm'sches Verhalten, wodurch der Widerstand selbst im Bereich kleiner Ströme niemals ansteigt.
Die für die Erfindung eingesetzte leitfähige Paste besteht hauptsächlich aus Teilchen aus Cu oder einer Cu-Legierung als elektrisch leitfähige Komponente und aus dem Metalloxidentferner zum Entfernen der Oberflächenschicht aus Oxid. Als aridere Komponenten können, falls erforderlich, viele Arten von Bindeharzen und Zusätze zugesetzt werden, um die Druckeigenschaften zu verbessern.
Die Teilchen können bevorzugt eine sphärische bzw. kugelförmige Form aufweisen, um die Anwendung eines lokalen Drucks auf die Kontaktflächen der Teilchen zu erleichtern, es ist jedoch nicht erforderlich, daß sie eine tatsächliche Kugelgestalt aufweisen, weil die Gestalt nur dazu dient, den lokalen Kontaktzustand zu verwirklichen.
Beispiele für den Metalloxidentferner sind gesättigte Fettsäuren mit linearen Ketten oder Seitenketten wie Carbonsäure, Önanthsäure (Heptansäure), Carprylsäure, 2- Ethylhexansäure, Stearinsäure; ungesättigte Fettsäuren wie Oleinsäure, Linolsäure; ein- oder mehrbasische Carbonsäuren oder Aminocarbonsäuren wie Abietinsäure, Succinsäure, Malonsäure, Asparaginsäure; und Ester davon.
Beispiele für das als Bindeharz wirkende Metalloxidentferners sind Carboxylgruppen aufweisende Polymere oder Oligomere.
Beispiele für das Bindeharz sind thermoplastische Harze und thermisch härtende Harze, die in herkömmlichen leitfähigen Pasten eingesetzt werden, wie z. B. Acrylharz, Epoxyharz, Phenolharz.
Das Carboxylgruppen aufweisende Polymer oder Oligomer kann zusammen mit dem Bindeharz eingesetzt werden, in dem - wenn es sich um Epoxyharz handelt - das Polymer oder Oligomer aufgrund seiner Carboxylgruppen als Härtemittel wirkt.
Die leitfähige Paste kann als Hilfsstoff beim Verbinden der Fläche aus Cu oder einer Cu-Legierung eingesetzt werden, wie auch zum Verbinden für elektrische Zwecke. Insbesondere wenn die Kontaktfläche eine schlechte Rauhheit aufweist, wirkt die Paste auch, indem sie die Fläche glättet.
Das erfindungsgemäße Verbindeverfahren für Kupfer und Kupferlegierungen kann zum Herstellen von Vielschichtleiterplatten eingesetzt werden. Die nachfolgende Beschreibung betrifft das Herstellen von Vielschichtleiterplatten, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
In Fig. 1(a) wird die erwähnte elektrisch leitfähige Paste 3 in ein Loch 2 eingedrückt, welches an einem gegebenen Ort des isolierenden Klebstoff 1 gebildet ist; dies erfolgt beispielsweise mit einem Rakel 4. Der isolierende Klebstoffs 1 ist zwischen zwei Kupferfolien 5 und 5' gesetzt und wird dann bei einer Temperatur oberhalb von 170ºC gepreßt, wie es in Fig. 1 (c) gezeigt ist. Auf diese Weise ist es möglich, ein Substrat herzustellen, welches auf beiden Seiten Kupferfolien trägt und welches an den erforderlichen Stellen viele Durchgangslöcher aufweist, wie es in Fig. 2 (a) gezeigt ist. Das auf beiden Seiten mit Kupferfolien versehene Substrat wird mit einem üblichen Ätzverfahren bezüglich der nicht erforderlichen Teile geätzt und so daraus ein Substrat hergestellt, welches auf beiden Seiten ein Schaltmuster aufweist, wie es in Fig. 2 (b) gezeigt ist. Die elektrisch leitfähigen Teilchen im Durchgangsloch 6 werden wie oben gezeigt durch eine metallische Bindung verbunden und weisen einen geringen elektrischen Widerstand auf. Die elektrisch leitfähigen Teilchen in dem Durchgangsloch werden außerdem durch eine metallische Bindung an die Kupferschichten gebunden. Man erhält dadurch eine zweischichtige Leiterplatte mit überlegener Zuverlässigkeit. Die erfindungsgemäße zweischichtige Leiterplatte kann auf einfache Weise hergestellt werden, und zwar ähnlich wie eine gedruckte Leiterplatte mit einem Durchgangsloch aus Silber. Zusätzlich werden die Durchgangslöcher durch Einsatz einer metallischen Bindung hergestellt. Das erfindungsgemäße Durchgangsloch hat deswegen einen niedrigen elektrischen Widerstand ähnlich dem eines Durchgangslochs, welches durch Elektroplattieren hergestellt wird und weist außerdem im Bereich niedriger Ströme einen niedrigen elektrischen Widerstand auf, wodurch eine breite Anwendbarkeit für alle Schaltungen gegeben ist. Mehrere zweischichtige Leiterplatten 8, 8' und 8" werden mit mehreren elektrisch isolierenden Klebstoffen 9 und 9' kombiniert, die an den erforderlichen Stellen eine aufgedruckte elektrisch leitfähige Paste aufweisen, und dann bei einer Temperatur oberhalb von 170ºC zusammengedrückt, damit eine Vielschichtleiterplatte mit vier Schichten oder sechs Schichten entsteht. Eine Vielschichtleiterplatte mit mehr Schichten kann herstellt werden, indem man die Anzahl der zweischichtigen Leiterplatten und den isolierenden Klebstoff erhöht.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vielschichtleiterplatte eingesetzte elektrisch leitfähige Paste besteht im wesentlichen aus elektrisch leitfähigen Teilchen, beispielsweise aus Edelmetallen oder Kupfer und ihren Legierungen und aus einem Metalloxidentferner. Zusätzlich zu diesen Komponenten werden in die elektrisch leitfähige Paste ein Bindeharz und andere erforderliche Zusätze eingebaut, um die Druckfähigkeit zu verbessern. Für die Herstellung der Vielschichtleiterplatte ist es erforderlich, daß die ein Lösungsmittel enthaltende, elektrisch leitfähige Paste genügend getrocknet werden sollte, weil die Paste auf der Leiterplatte versiegelt werden kann.
Im Zusammenhang mit der Herstellung der erfindungsgemäßen Vielschichtleiterplatte ist es bevorzugt, daß die elektrisch leitfähigen Teilchen von kugelförmiger Gestalt sind, was dazu führt, daß hauptsächlich die Kontaktpunkte zwischen leitfähigen Teilchen gepreßt werden. Im Hinblick auf den Zweck, den Druck bevorzugt auf die Kontaktpunkte zwischen den elektrisch leitfähigen Teilchen auszuüben, ist die kugelförmige Gestalt nicht notwendigerweise die einer echten Kugel.
Wie vorstehend erwähnt wurde, können zum Einsatz bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Vielschichtleiterplatte Carboxygruppen aufweisende Polymere oder Oligomere für den Metalloxidentferner verwendet werden. Weil die elektrisch leitfähige Paste während der Herstellung der erfindungsgemäßen Vielschichtleiterplatte im Substrat luftdicht geschlossen wird, muß dem Siedepunkt des zugesetz ten Entferners Aufmerksamkeit geschenkt werden. Wenn der einen niedrigen Siedepunkt aufweisende Metalloxidentferner in der Leiterplatte verbleibt, zerstört der Dampf des Metalloxidentferners beim Löten den leitfähigen Pfad im Durchgangsloch. Es ist deshalb bevorzugt, daß der Metalloxidentferner, wie beispielsweise eine Fettsäure mit niedrigem Molekulargewicht, mit einem Harz wie beispielsweise Epoxyharz und dergleichen umgesetzt wird, damit sich durch die chemische Umsetzung eine stabile Verbindung ergibt.
Es ist eine Vielzahl von Druckverfahren bekannt, wie beispielsweise der Siebdruck oder der Nadeldruck, um die erwähnte elektrisch leitfähige Paste auf das Loch zu drucken, welches an einem gegebenen Ort des isolierenden Klebstoff gebildet ist. Fig. 4 zeigt ein anderes Verfahren, bei dem eine abziehbare Folie 10 eingesetzt wird. Die abziehbare Schicht 10 wird auf den isolierenden Klebstoff 1 aufgebracht und dann zusammen mit dem isolierenden Klebstoff 1 gebohrt. Die elektrisch leitfähige Paste 3 wird auf die abziehbare Folie 10 aufgebracht und dann die abziehbare Folie 10 abgezogen. Dieses verhindert, daß der unnötige Teil mit der elektrisch leitfähigen Paste verunreinigt wird. Wenn die elektrisch leitfähige Paste aus Kupfer oder Legierungen davon besteht, kann die elektrisch leitfähige Paste, die außerhalb des Durchgangslochs 2 an unnötigen Bereichen haftet, weggeätzt werden.
Das Pressen kann bei einer Temperatur oberhalb von 170ºC durchgeführt werden, bevorzugt bei oberhalb von 180ºC. Wenn das Pressen bei einer Temperatur unterhalb von 170ºC durchgeführt wird, unterstützt die niedrige Temperatur nicht die Diffusion von Metallatomen zwischen den Metallteilchen der elektrisch leitfähigen Paste. Selbst wenn das Durchgangsloch anfänglich einen geringen elektrischen Widerstand aufweist, zeigt sich als Ergebnis ein Ausfall oder eine Zunahme des elektrischen Widerstand während des Zuverlässigkeittests.
Der erforderliche Pressdruck variiert mit der Art der eingesetzten Metallteilchen. Bei elektrisch leitfähigen Teilchen hoher Flexibilität wie beispielsweise Gold oder Silber ist ein geringerer Druck zulässig. Andererseits erfordern schwer verformbare elektrisch leitfähige Pulver wie Kupfer oder Legierungen davon einen höheren Druck.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft bevorzugte Ausführungsformen.

Beispiel 1

Eine Kupferplatte mit einer Dicke von 0,5 mm wird entfettet und dann mit einer wässrigen Lösung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid leicht geätzt. Nach dem Waschen wird die Kupferplatte mit einer Silberschicht elektroplattiert, wozu ein herkömmliches Elektroplattierungsverfahren eingesetzt wird. Die Plattierungslösung enthält ein im Handel erhältliches Nichtcyanid; die eingesetzte Anode ist eine Silberplatte; und die Stromdichte beträgt 0,5 A/dm². Die entstehende Plattierungsschicht aus Silber hat eine Dicke von 500 Ångström und hat auf der Kupferoberfläche eine silberweiße Farbe.
Zwei Kupferplatten mit darauf gebildeten Plattierungsschichten aus Silber werden mit Wasser gewaschen, getrocknet und dann miteinander überlappt. Die überlappten Kupferplatten werden zwischen Stahlplatten gesetzt, die eine darauf gebildete Plattierungsschicht aus Hartchrom aufweisen, und dann an Luft unter den nachfolgenden Bedingungen gepreßt; das Pressen kann 30 Minuten lang bei einem Druck von 300 kg/cm² und bei 180ºC durchgeführt werden. Als Ergebnis haften die zwei Platten stark aneinander. Der auf der Kupferplatte ausgebildete Plattierungsfilm aus Silber ist während des Pressens an den nicht überlappten Bereichen der Luft ausgesetzt und verfärbt sich durch die Oxidation des Kupfers. Die Messung der Schubabziehfestigkeit mit einem Zugfestigkeitsprüfgerät ergibt eine Bindestärke zwischen den zwei Kupferplatten von 400 bis 500 kg/cm².
Zum Vergleich wurde das folgende Experiment ausgeführt: Zwei Kupferplatten werden leicht geätzt, mit Wasser gewaschen, getrocknet und dann miteinander überlappt. Die überlappten Kupferplatten werden unter ähnlichen Bedingungen wie obengepreßt, werden jedoch nicht aneinander gebunden. Die Kupferplatte mit der darauf gebildeten Plattierungsschicht aus Silber wird mit der Kupferplatte überlappt, die mit Wasser ohne Silberplattierung gewaschen wurde. Die zwei überlappten Kupferplatten werden unter ähnlichen Bedingungen wie oben gepreßt und sind nicht aneinander gebunden.
Die vorstehenden Experimente zeigen deutlich, daß die zwei Kupferplatten fest aneinander gebunden werden, wenn zwei Kupferplatten mit Silber elektroplattiert und unter heißen Bedingungen aneinander gepreßt werden.

Beispiel 2

Eine Kupferfolie mit einer Dicke von 18 um wird auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 an einer flachen Ebene mit einer Silberschicht von 100 Ångström plattiert. Die Kupferfolien wird auf der Kupferplatte, die darauf einen gemäß Beispiel 1 gebildeten Plattierungsfilm aus Silber aufweist, überlappt und dann unter ähnlichen Bedingungen wie bei Beispiel 1 gepreßt, wobei jedoch der Druck 750 kg/cm² beträgt. Zum Erleichtern des Pressens wird die andere Seitenebene der Kupferfolie mit einer Kupferplatte mit einer Dicke von 1 mm überlappt. Die Kupferfolie wird durch das Pressen an die Kupferplatte mit der darauf gebildeten Plattierungsschicht aus Silber gebunden, jedoch nicht an die überlappende Kupferplatte.
Das Pressen erlaubt ein starkes Binden der Kupferfolie an die Kupferplatte. Der Abziehtest verursacht einen Bruch der Kupferfolie, und ein Messen der Bindestärke ist dann nicht möglich.

Beispiel 3

Zur Beurteilung der Auswirkungen einer Verunreinigung bzw. Kontamination der Oberfläche wird die Oberfläche der Kupferplatte, welche eine darauf gebildete Plattierungsschicht aus Silber trägt, mit einem Epoxyharz beschichtet (das Epoxyharz ist ein Epichlorhydrin/Bisphenol-Epoxy, Äquivalent von 180), welches kein Härtemittel enthält und unter ähnlichen Bedingungen wie bei Beispiel 1 gepreßt. Es ergab sich die gleiche Bindestärke wie bei Beispiel 1. Es ist daraus zu schließen, daß selbst dann, wenn die Oberfläche der Kupferplatte, die eine darauf gebildete Plattierungsschicht aus Silber trägt, mit Harz verunreinigt ist, dies keine Auswirkung auf die Abziehfestigkeit der entstehenden Bindung hat.

Beispiel 4

Eine Silberplatte mit einer Dicke von 0,5 mm wird mit einer Kupferplatte überlappt, die eine darauf gebildete Plattierungsschicht aus Silber aufweist, und dann unter den Bedingungen von Beispiel 1 gepreßt. Dieser Fall zeigt eine Bindung, die gleich der von Beispiel 1 ist. Bei der in Fig. 5 gezeigten XMA-Analyse wird gefunden, daß Kupferatome zu einer Oberfläche der Silberplatte bis zu einer Tiefe von einigen Micron eindiffundieren. Dieses Ergebnis zeigt deutlich den erfindungsgemäßen Bindemechanismus.

Beispiel 5

Bei diesem Vergleichsbeispiel wird die gleiche Kombination wie bei Beispiel 1 gepreßt, und zwar eine Stunde lang bei 170ºC anstatt der in Beispiel 1 eingesetzten 30 Minuten bei 180ºC. Die zwei Kupferplatten verbinden sich miteinander, die Stärke ist jedoch sehr schlecht. Durch leichten mechanischen Schlag werden die zwei Kupferplatten voneinander getrennt.

Beispiel 6

Die zwei Kupferplatten werden mit einer Plattierungsschicht aus Silber mit einer Dicke von 100 Ångström elektroplattiert, der sich von dem des Beispiels 1 unterscheidet. Dann werden die zwei Kupferplatten in ähnlicher Weise behandelt wie bei Beispiel 1. Man erhält die gleiche Bindestärke wie bei Beispiel 1. Diese zeigt, daß selbst die dünne Schicht aus plattiertem Silber dazwischen eine genügend starke Bindestärke ergibt.

Beispiel 7

In ähnlicher Weise wie bei Beispiel 1 wird eine Phosphorbronzeplatte mit einer Dicke von 0,2 mm mit Silber elektroplattiert. Die elektroplattierte Silberschicht hat eine Dicke von 500 Ångström. Die zwei Platten aus Phosphorbronze mit aufplattierter Silberschicht werden miteinander überlappt und bei einem Druck von 2.000 kg/cm² 30 Minuten lang bei 180ºC gepreßt. Die zwei Platten aus Phosphorbronze werden miteinander verbunden. Die Stärke ist jedoch so schlecht, daß die zwei Platten aus Phosphorbronze durch Verbiegen im Verbindungsbereich leicht voneinander getrennt werden. Wenn das Pressen bei 220ºC ausgeführt wird, erhält man eine starke Verbindung ohne den Verlust der Elastizität von Phorphorbronze.

Beispiel 8

Eine Kupferfolie auf der Leiterplatte wird mit Gold plattiert. Die aufplattierte Goldschicht hat eine Dicke von 200 Ångström. Nachdem die Lötplattierschicht auf der IC-Leiterbahn des QFP-Packets durch Ätzen entfernt wurde, wird die Leiterbahn mit Kupfer und dann außerdem mit Silber plattiert. Die plattierte Kupferschicht hat eine Dicke von 5 um, die plattierte Silberschicht eine Dicke von 500 Ångström. Nach Positionieren der IC-Leiterbahn an gewünschter Stelle der Leiterplatte wird die Leiterplatte eine Minute lang auf 220ºC erwärmt, wobei die Leiterbahn mit einer Pressvorrichtung komprimiert wird. Es ergibt sich, daß die Leiterbahn fest mit der Leiterplatte verbunden ist.
Es werden dann mit der erfindungsgemäß erhaltenen Leiterplatte und mit der durch herkömmliches Löten erhaltenen Leiterplatte Testzyklen unter Erwärmen und Abkühlen durchgeführt. Das Testergebnis zeigt, daß die erfindungsgemäß erhaltene Leiterplatte eine Standzeit hat, die zweimal so groß ist wie die Standzeit der Leiterplatte, die durch herkömmliches Löten erhalten wurde. Außerdem zeigt die durch herkömmliches Löten erhaltene Leiterplatte bei Erwärmung auf 200ºC Bruch, wogegen die erfindungsgemäß erhaltene Leiterplatte bei Erwärmen auf 200ºC keinerlei Veränderungen aufweist.

Beispiel 9

Eine Kupferplatte mit einer Dicke von 2 mm wird auf der Oberfläche mit Schleifpapier # 1.200 geschliffen, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Danach wird die Kupferplatte mit einer 5prozentigen Acetonlösung von Abietinsäure beschichtet und die Lösung auf der behandelten Kupferplatte eingetrocknet. Die zwei behandelten Kupferplatten werden miteinander überlappt und dann 30 Minuten lang bei 180ºC in Luft bei 380 kg/cm² gepreßt und aneinander gebunden. Von den verbundenen Kupferplatten wird ein Teststück hergestellt und mit einem Zugfestigkeitsprüfgerät untersucht. Die verbundenen Kupferplatten zeigen eine Schubspannungsfestigkeit von 240 bis 260 kg/cm² und sind deshalb fest aneinander gebunden.
Zum Vergleich werden die obigen Kupferplatten mit Schleifpapier # 1.200 geschliffen, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Die zwei Kupferplatten werden miteinander überlappt und unter ähnlichen Bedingungen wie beim obigen Verfahren gepreßt. Das Ergebnis zeigt keine Bindung zwischen den zwei Kupferplatten.
Es ist also bestätigt, daß die zwei Kupferplatten fest aneinander gebunden werden können, wenn sie mit einer 5prozentigen Acetonlösung von Abietinsäure beschichtet und gemäß der Erfindung unter Erwärmen gepreßt werden.

Beispiel 10

Die behandelte Kupferplatte von Beispiel 9 wird mit einer Silberplatte mit einer Dicke von 2 mm überlappt. Die mit der Silberplatte überlappte Kupferplatte wird unter ähnlichen Bedingungen wie bei Beispiel 9 gepreßt. Die beiden Platten werden fest aneinander gebunden. Die Zugfestigkeitsprüfung zeigt, daß die verbundene Platte aus der Kupferplatte und der Silberplatte eine Schubspannungsfestigkeit von 540 bis 600 kg/cm² aufweist.
Die Untersuchung mit einem XMA-Analysator zeigt, daß Silber und Kupfer an der Grenzschicht der verbundenen Bereiche einige Micron zur Kupferschicht bzw. der Silberschicht diffundieren, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. In Fig. 7 sind weiterhin die Ergebnisse einer XMA-Analyse einer gepreßten Kupfer/Silber-Grenzschicht (30 Minuten lang bei 240ºC) gezeigt.

Beispiel 11

Ein Rundstab aus Kupfer mit einem Durchmesser von 5 mm wird an seiner Stirnfläche geschliffen und die flache Ebene der Stirnfläche mit einer Lösung von Abietinsäure beschichtet. Nach dem Trocknen stößt der Rundstab aus Kupfer mit der flachen Ebene gegen eine Silberplatte, die eine Dicke von 0,5 mm und einen Durchmesser von 5 mm aufweist. Die Einheit des an der Silberscheibe anstoßenden Kupferstabs wird 30 Minuten lang bei 195ºC bei einem Druck von 680 kg/cm² gepreßt. Der entstehende Rundstab aus Kupfer wird einer Zugfestigkeitsprüfung unterworfen. Das Testergebnis zeigt, daß der an der Silberscheibe anstoßende Rundstab aus Kupfer eine Zugfestigkeit von 830 kg/cm² aufweist. Es ist bewiesen, daß der Rundstab aus Kupfer erfindungsgemäß fest mit der Silberscheibe verbunden ist.

Beispiel 12

Nachdem eine Platte aus Phosphorbronze mit Abietinsäure beschichtet wurde, wird ein Golddraht mit einem Durchmesser von 1 mm auf die Platte aus Phosphorbronze gesetzt. Die Einheit aus Platte aus Phosphorbronze und Golddraht wird 15 Minuten lang bei 195ºC gepreßt. Es ergibt sich, daß der Golddraht fest mit der Platte aus Phosphorbronze verbunden ist. Die Abziehprüfung des Golddrahtes ergibt eine Abziehfestigkeit von 4,0 kg/mm². Es wird gefunden, daß der Golddraht erfindungsgemäß fest mit der Platte aus Phosphorbronze verbunden ist.

Beispiel 13

Dieses Beispiel verwendet N-Laurylasparaginsäure-β-laurylester als Kupferoxidentferner anstelle der in Beispiel 9 eingesetzten Abietinsäure. Bei diesem Versuch wird der Entferner auf der erwärmten Kupferplatte verstreut und geschmolzen. Die zwei Kupferplatten werden unter Einsatz des geschmolzenen Entferners miteinander verbunden. Man erhält eine Bindestärke ähnlich wie bei Beispiel 9.

Beispiel 14

Durch Rühen und Erwärmen eines Gemisches aus Acrylsäuremonomer und 0,5% Benzoylperoxid bei 60ºC wird ein Polymer hergestellt. Eine 5prozentige wässrige Lösung des entstehenden Polymers wird anstelle der im Beispiel 9 eingesetzten Abietinsäure als Mittel zum Entfernen der oxidierten Schicht verwendet. In diesem Fall erhält man auf ähnliche Weise wie bei Beispiel 9 die starke Diffunsionsbindung.

Beispiel 15

Bei diesem Vergleichsbeispiel wird die Einheit von Beispiel 9 eine Stunde lang bei 170ºC gepreßt, anstelle von 30 Minuten lang bei 180ºC wie bei Beispiel 1. Die zwei Kupferplatten verbinden sich miteinander, jedoch ist die Stärke sehr schlecht. Durch leichten mechanischen Schlag werden die zwei Kupferplatten voneinander getrennt.

Beispiel 16

Es wird eine elektrisch leitfähige Paste hergestellt, indem 75 g Kupferteilchen, die eine kugelförmige Gestalt und einen Durchmesser von 4 bis 5 um aufweisen (Tanaka Kikinzoku Co. CRYSTAL COPPER), in einer Lösung von 35 g Cellsolveacetat und 25 g Harz dispergiert werden. Die elektrisch leitfähige Paste wird in eine Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 0,5 mm eingedrückt, welches an einer gegebenen Stelle eines Glass/Epoxy-Rohlings ausgebildet ist, und getrocknet. Der GIass/Epoxy-Rohling wird zwischen zwei Kupferfolien gesetzt, die eine Dicke von 35 um aufweisen, und dann zu einer zweilagigen Leiterplatte mit einem Durchmesser von 0,5 mm gepreßt. Das Pressen wird 30 Minuten lang bei 180ºC und einem Druck von 150 kg/cm² durchgeführt.
Zur Bildung eines gegebenen Leitungsmusters wird die Platte geätzt. Dann wird der Gleichstromwiderstand der Durchgangslöcher gemessen. Die Testergebnisse zeigen, daß ein Durchgangsloch einen elektrischen Widerstand von kleiner als 1 mil aufweist. Dieser elektrischer Widerstand wird im Bereich von hohen Strömen bis 10 uA beibehalten.
Zu Vergleichszwecken ist festzustellen, daß eine herkömmliche Leiterplatte mit Durchgangslöchern aus Silber einen Widerstand des Durchgangslochs von 10 mW aufweist, der zunimmt, wenn der elektrische Widerstand weniger als 10 mA beträgt.

Beispiel 17

Es wird eine elektrisch leitfähige Paste hergestellt, indem 75 g sprühfähige Kupferteilchen mit einem Durchmesser von 2 bis 15 um in einer Lösung dispergiert werden, die 7,5 g Dimethylolpropionsäure und 15 g eines Epoxyharzes (Epoxyäquivalent 180) enthalten, welches vom Typ Epichlorhydrinbisphenol A ist. Die elektrisch leitfähige Paste wird in eine Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 0,5 mm eingedrückt, welches an gegebener Stelle auf einem Glass/Epoxy-Rohling gebildet ist. Die Glass/Epoxy-Platte wird zwischen zwei Kupferfolien gesetzt, die eine Dicke von 35 um haben, und dann gepreßt und ergibt eine zweilagige Leiterplatte mit einer Dicke von 0,5 mm. Das Pressen wird 30 Minuten lang bei 180ºC und einem Druck von 150 kg/cm² ausgeführt.
Zum Bilden eines Leitermusters wird die Platte geätzt. Dann wird der Gleichstromwiderstand des Durchgangslochs gemessen. Das Testergebnis zeigt, daß ein Durchgangsloch einen elektrischen Widerstand von weniger als 1 mΩ hat. Dieser elektrische Widerstand wird im Bereich von hohen Strömen bis 10 uA beibehalten.
Das Leiterplattensubstrat wird einem Test mit Wärmezyklen im Bereich von 260 bis 25ºC unterworfen. Das Testergebnis zeigt, daß sich der elektrische Widerstand bei bis zu 300 Testzyklen nicht verändert.
Zu Vergleichszwecken ist festzustellen, daß eine herkömmliche Leiterplatte mit Durchgangslöchern aus Silber einen Widerstand des Durchgangslochs von 10 mΩ aufweist, der zunimmt, wenn der elektrische Strom weniger als 10 mA beträgt. Der Test mit Wäremzyklen zeigt, daß die herkömmliche Leiterplatte mit Durchgangslöchern aus Silber sich bezüglich ihres elektrischen Widerstands über 100 Zyklen um mehr als 20% verändert.
Diese Testergebnisse zeigen deutlich, daß die zweilagige Leiterplatte dieser Ausführungsform auf den oberen und unteren Ebenen Kupferfolien aufweist, die in elektrischer Hinsicht vollständig aneinander gebunden sind.

Beispiel 18

Ein Rohling aus Epoxy wird zur Herstellung von Löchern von 0,5 mm gebohrt. Die in Beispiel 17 hergestellte elektrisch leitfähige Paste wird auf den Rohling aus Epoxy aufgebracht. Der Rohling aus Epoxy wird zwischen die zwei zweilagigen Leiterplatten gesetzt, die bei Beispiel 17 erhalten wurden, und unter Erwärmen gepreßt, womit man eine vierlagige Leiterplatte erhält. Die entstehende vierlagige Leiterplatte hat eine elektrische Verbindung über vier Lagen hinweg, die sich durch einen stabilen und niedrigen elektrischen Widerstand auszeichnet, und zwar ähnlich wie bei Beispiel 17. Es zeigt sich, daß ein einfacher Prozeß wie das in dieser Ausführungsform gezeigte Heißpressen die Herstellung einer Vielschichtleiterplatte ermöglicht, die bezüglich der elektrischen Verbindungen überlegene Eigenschaften hat.

Beispiel 19

Es wird eine elektrisch leitfähige Paste hergestellt, indem 75 g eines sprühfähigen Kupferpulvers mit einem Durchmesser von 2 bis 15 um in einer Lösung von 25 g Cellsolveacetat und 25 g Harz dispergiert werden. Diese elektrisch leitfähige Paste wird in eine Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 0,5 mm eingedrückt, welches an vorgegebener Stelle auf einem Glass/Epoxy-Rohling ausgebildet ist, und getrocknet. Die Glass/Epoxy-Platte wird zwischen zwei Kupferfolien gesetzt, die eine Dicke von 35 mm aufweisen, und dann zu einer zweilagigen Leiterplatte mit einer Dicke von 0,5 mm gepreßt. Das Pressen wird 30 Minuten bei 180ºC und einem Druck von 150 kg/cm² durchgeführt.
Zur Bildung eines Leitungsmusters wird die Platte geätzt. Dann wird der Gleichstromwiderstand des Durchgangslochs gemessen. Das Testergebnis zeigt, daß das Durchgangsloch einen elektrischen Widerstand von weniger als 0,1 mil aufweist. Dieser elektrischer Widerstand wird im Bereich von hohen Strömen bis zu 10 pA beibehalten.

Beispiel 20

Es wird eine elektrisch leitfähige Paste hergestellt, indem anstelle der in Beispiel 17 verwendeten Kupferteilchen Silberteilchen von sphärischer Gestalt eingesetzt werden, die einen Durchmesser von 1 um aufweisen. Die zweilagige Leiterplatte wird unter Verwendung der vorstehend erwähnten elektrisch leitfähigen Paste hergestellt. Das Heißpressen dieser Ausführungsform wird bei 190ºC und einem Druck von 50 kg/cm² durchgeführt. Auch diese Ausführungsform führt zu einer zweilagigen Leiterplatte mit überlegener Zuverlässigkeit und elektrischer Leitfähigkeit. Eine Mikroskopuntersuchung des Bereichs der Durchgangslöcher der zweilagigen Leiterplatte dieser Ausführungsform zeigt, daß die Silberteilchen als säulenförmiger Körper aus Silber ausgebildet sind und das Silber und Kupfer an der Grenzschicht der Kupferfolie und der Silbersäule eine wechselseitige Diffusion ausführen.

Beispiel 21

Anstelle der in Beispiel 17 eingesetzten Lösung von Dimethylolpropionsäure und Epoxyharz (Epoxyäquivalent 180) vom Typ Epichlorhydrinbisphenol A verwendet diese Ausführungsform ein Styrol/Maleinsäure-Copolymer (1 : 1). Als Lösungsmittel für die elektrisch leitfähige Paste wird in diesem Fall Methylethylketon verwendet. Die Ausführungsform ergibt eine zweilagige Leiterplatte mit überlegener elektrischer Verbindung gemäß der Erfindung.

Beispiel 22

Anstelle der in Beispiel 17 verwendeten Lösung von Dimethylolpropionsäure verwendet diese Ausführungsform N-Stearoylasparaginsäuremonosterarylester und erreicht eine zweilagige Leiterplatte mit überlegener elektrischer Verbindung zwischen den Schaltungsmustern auf beiden Seiten.

Beispiel 23

Bei diesem Vergleichsbeispiel wird die Presstemperatur von Beispiel 17 auf 170ºC verändert. Die Presszeit wird im Beispiel auf eine Stunde verändert. Die bei diesen Bedingungen erhaltene zweilagige Leiterplatte hat eine elektrische Leitung zwischen beiden Seiten ähnlich wie bei Beispiel 17, fällt jedoch nach 20 Zyklen des Wärmezyklentests aus. Diese Daten zeigen, daß die zulässige Presstemperatur 170ºC als Untergrenze hat.
Wie durch diese Ausführungsformen beschrieben wurde, ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Vielschichtleiterplatten einfach in ähnlicher Weise wie das Verfahren der Durchgangslöcher aus Silber, erreicht jedoch ähnlich wie beim Elektroplattieren Vielschichtleiterplatten mit überlegener elektrischer Leitfähigkeit über die beiden Seiten.

Claims

1. Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei in Kontakt stehenden Oberflächen aus Cu oder einer Cu-Legierung in einer Luftatmosphäre bei niedriger Temperatur, wobei man bei dem Verfahren

(a) die in Kontakt stehenden Oberflächen mit einer Verbindungsschicht beschichtet, wobei die Verbindungsschicht ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus einer Dünnschicht eines Edelmetalls, einer Schicht eines Metalloxidentferners und einer Schicht einer leitfähigen Paste, die den Metalloxidentferner enthält und Metallteilchen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Edelmetallteilchen und Teilchen aus Cu oder einer Cu-Legierung; und

(b) die Oberflächen erwärmt und preßt, so daß Cu-Atome von der Oberfläche aus Cu oder der Cu-Legierung in eine gegenüberliegende Oberfläche diffundieren, wobei man das Erwärmen und Pressen bei einer Temperatur durchführt, bei der die Cu-Atome zur Diffusion befähigt sind, wobei die Temperatur größer als etwa 170ºC ist und bis 240ºC reicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine der in Kontakt stehenden Metalloberflächen Cu oder eine Cu-Legierung ist und mit einer Schicht des Metalloxidentferners beschichtet ist, wogegen die andere Oberfläche aus einem Edelmetall oder einer Legierung davon oder einem anderen Metall hergestellt ist, welches durch Elektroplattieren, Verdampfen oder Sputtern mit einer Dünnschicht eines Edelmetalls oder einer Legierung davon versehen wurde.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die in Kontakt stehenden Oberflächen auf einer Vielschichtleiterplatte aufgebracht sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Metalloxidentferner ausgewählt wird aus Carbonsäuren, Aminocarbonsäuren, Carboxylgruppen aufweisenden Polymeren oder Oligomeren und primären, sekundären und tertiären Aminen und ihren Salzen.

5. Verfahren zum Herstellen einer Vielschichtleiterplatte (8, 8', 8") mit den Schritten, daß man

mindestens zwei Bahnen (5, 5') aus Cu oder einer Cu-Legierung bereitstellt; zwischen jedes Paar der Bahnen (5, 5') eine isolierende Klebeschicht (1, 9) setzt, wobei die isolierende Schicht (1, 9) vorher an vorbestimmten Stellen mit Durchgangslöchern (2, 6) versehen und die Durchgangslöcher (2, 6) mit einer leitfähigen Paste (3) bedruckt wurden,

dadurch gekennzeichnet,

daß man zum Herstellen der Vielschichtleiterplatte (8, 8', 8") das Pressen der Bahnen (5, 5') und der isolierenden Klebeschicht (1, 9) bei einer Temperatur von größer als etwa 170ºC durchführt, bei der die Cu-Atome zur Diffusion befähigt werden,

wobei die leitfähige Paste (3) einen Metalloxidentferner und leitfähige Metallteilchen enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ag, Cu oder Legierungen davon.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalloxidentferner ausgewählt wird aus Carbonsäuren, Aminocarbonsäuren, Carboxylgruppen aufweisenden Polymeren oder Oligomeren und primären, sekundären und tertiären Aminen und ihren Salzen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalloxidentferner als Bindeharz wirkt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Metallteilchen eine kugelförmige Gestalt haben.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedrucken der Durchgangslöcher (2) mit der leitfähigen Paste (3) einen Schritt umfaßt, bei dem man die sandwichartig zwischen einem Paar abziehbarer Folien (10) liegende isolierende Klebeschicht (1) bohrt; einen Schritt, bei dem man die leitfähige Paste (3) auf die abziehbare Folie (10) aufdruckt; und einen Schritt, bei dem man die abziehbaren Folien (10) abzieht.