DE69404002T2 - Goldpaste für keramische Leiterplatte. - Google Patents

Goldpaste für keramische Leiterplatte.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine keramische Leiterplatte, die verwendet wird, um Komponenten, wie beispielsweise Halbleiter, integrierte Schaltkreise (ICs) und Chip-Bauteile darauf zur Herstellung von Verbindungen untereinander zu tragen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Goldpaste für die Herstellung von keramischen Leiterplatten, eine keramische Leiterplatte, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Goldpaste ausgebildet worden ist, und ein Herstellungsverfahren hierfür.
  • Eine Metallisierungspaste aus Edelmetall ist aus der US-PS- 3,440,182 bekannt. Diese Paste umfaßt ein Edelmetallpulver, ein anorganisches Binderpulver und ein V&sub2;O&sub5;-Zusatzpulver, zur Verbesserung der Lötbarkeit, der Leitfähigkeit und/oder der Hafteigenschaften darauf aufgebrannter Metallisierungen auf keramischen Substraten. Der V&sub2;O&sub5; -Zusatz gemäß der US-PS-3,440,182 kann eine Kupfer-Vanadiumoxid Mischung sein, die Cu&sub2;O und V&sub2;O&sub5; in bestimmten Anteilen enthält, wobei diese Cxidzusammensetzung vorzugsweise in einer schmelzreagierten Form vorliegt. Gemäß diesem vorbekannten Stand der Technik muß als Beimengung zu dem V&sub2;O&sub5; Glaspulver benutzt werden, sofern V&sub2;O&sub5; als Zusatz verwendet wird.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die keramische Leiterplatte hat in der jüngeren Vergangenheit eine besondere Beachtung erfahren, da vielschichtige Verbindungen leicht möglich sind und ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient nahe von demjenigen von Silikon und IC-Chips liegt und da innere Durchgangsleiter (Via Oonductors) leicht ausgebildet werden können. Diese Merkmale von keramischen Leiterplatten tragen zu einer erhöhten Packungsdichte von beispielsweise Halbleiter-ICs bei. Aus diesem Grund findet die keramische Leiterplatte vielfach Verwendung, beispielsweise bei Videosystemen mit eingebauter Kamera mit kleinerexi Schaltkreisen.
  • Figur 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer keramischen Leiterplatte, die unter Verwendung einer herkömmlichen Goldpaste hergestellt worden ist.
  • Ein IC-Rohchip (bare chip) ist über eine allgemein bekannte Technik, die CCB (Chip-On-Board) genannt wird, auf der Qberfläche einer keramischen Leiterplatte gemäß Figur 3 befestigt. Bei dem COB werden die IC-Rohchips direkt auf der keramischen Leiterplatte befestigt. Bei der andauernden Miniaturisierung von elektronischen Schaltbauteilen spielt diese COB-Befestigungstechnik eine wichtige Rolle. Die COB-Technik ist für eine vielschichtige Verbindung (multi-layer interconnection) geeignet.
  • Figur 3 zeigt eine konventionelle keramische Leiterplatte, bei der eine gebräuchliche Goldpaste als goldene Leitungsführung verwendet wird. Diese vorbekannte Platte umfaßt eine keramische Platte 11, einen IC-Rohchip 15, eine goldene Leitungsführung 17, einen Golddraht 19 und eine Silberpaste 20. Die goldene Verdrahtung 17 ist durch Behandeln einer übliche Goldpaste in einem Aufbrennverfahren in Luft bei Temperaturen von 800ºC bis 900ºC ausgebildet worden und elektrisch durch den Golddraht 19 mit dem IC-Rohchip 15 verbunden, der auf der keramischen Platte 11 über die Silberpaste 20 befestigt ist.
  • Figur 4 zeigt eine weitere vorbekannte keramische Leiterplatte, bei der eine übliche Goldpaste als goldene Leitungsführung verwendet wird. Bei der keramischen Leiterplatte gemäß Figur 4 ist eine "face-down"-Verbindungstechnik verwendet worden, die weniger Fläche für das Verbinden des IC-Rohchips 15 und der goldenen Verdrahtung 17 im Vergleich mit einer Technik, wie sie bei der keramischen Leiterplatte gemäß Figur 4 verwendet worden ist, benötigt, so daß eine höhere Packungsdichte erzielt werden kann. Figur 4 zeigt einen Goldanschluß 16 und eine Verbindungsschicht 21. Der IC-Rohchip 15, der den Goldanschluß 16 trägt, der einen Durchmesser von 0,2 mm hat, ist auf der Goldleitungsführung 17 ausgebildet, in dem eine übliche Goldpaste in Luft bei einer Temperatur von 800ºC bis 900ºC zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Goldanschluß 16 und der Goldleitungsführung 17 über die Verbindungsschicht 21 gesintert wird. Die Verbindungsschicht kann ein elektrisch leitendes Bindemittel, eine anisotroper elektrisch leitender Film, bzw. eine anisotropes elektrisch leitendes Bindemittel, eine Lot oder dergleichen sein. Die Verbindungstechnik, bei der eine Lotanschluß verwendet wird, führt im Vergleich zu der "face-down"-Verbindungstechnik zu einer verbesserten Leiterplatte mit einer höheren Haltbarkeit, beispielsweise bei Wärmeeinfluß (heat shock).
  • Die oben beschriebene Technik, bei der der 10-Rohchip 15 auf der Goldleitungsführung 17 über den Golddraht 19 oder den Goldanschluß 16 befestigt wird, wird bis heute als zuverlässigste Verbindungstechnik für IC-Rohchips angesehen, da Gold chemischen Veränderungen, wie beispielsweise einer Oxidation, standhält.
  • Jede Plattenleitungsführung muß dünn ausgebildet sein, um dem Erfordernis einer hohen Dichte gerecht zu werden. Aufgrund des geringen Widerstandes und der geringen Migrationsneigung ist Kupfer ein attraktives Leitungsführungsmaterial, wobei Kupfer außerdem zu einer Beschleunigung der Signalübertragung beiträgt.
  • In Figur 1 ist eine verbesserte keramische Leiterplatte dargestellt, die unter Ausnutzung der Vorteile sowohl der Goldleitungsführung als auch der Kupferleitungsführung hergestellt worden ist. Genauer gesagt wird Gold an den Verbindungsstellen zwischen dem 10-Rohchip und einer keramischen Platte verwendet, wohingegen andererseits Kupfer für die anderen Verbindungsleitungen verwendet wird.
  • Figur 1 zeigt eine als Oberflächenschicht ausgebildete Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12, eine Lotschicht 13, eine chipkomponente 14, eine Kupfer-Gold-Überlappungsschicht 18, einen Kupferdurchgangsleiter 22 und eine Kupferleitungsführungsinnenschicht 23.
  • Die Leitungsführung auf der keramischen Leiterplatte gemäß Figur 1 kann wie folgt ausgebildet werden. Die Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12, der Kupferdurchgangsleiter 22, die Kupferleitungsführungsinnenschicht 23 werden auf der keramischen Platte 11 ausgebildet. Eine Goldpaste wird auf eine Elektrode auf der keramischen Platte 11 dort aufgebracht, wo der IC-Rohchip 15 angeordnet wird. Nach einem Trocknungsverfahren wird die derart aufgetragene Goldpaste in einem Binderausbrennverfahren (Entfernung eines Binders) und in einem Brennverfahren in einem Bandofen in einer Stickstoffatmosphäre behandelt. Als Ergebnis wird die Goldleitungsführung 17 und die Kupfer- Gold-Überlappungsschicht 18 ausgebildet. Das Brennen bzw. Aufbrennen der Goldpaste wird in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt, um die Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12, den Kupferdurchgangsleiter 22 und die Kupferleitungsführungsinnenschicht 23 vor Oxidation zu schützen. Übliche Goldpasten für keramische Leiterplatten lassen sich in Luft brennen. Wenn jedoch eine übliche Goldpaste zusammen mit der Kupferleitungsführungsoberfläche 12, dem Durchgangsleiter 22 und der Kupferleitungsführungsinnenschicht 23 gebrannt werden, oxidiert das Kupfer jeder Leitungsschicht, wodurch der Leitungsführungswiderstand erheblich ansteigt. Als Ergebnis werden die Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12, der Kupferdurchgangs leiter 22 und die Kupferleitungsführungsinnenschicht 23 unbearbeitbar.
  • Das oben beschriebene Problem kann gelöst werden, indem eine Goldpaste in einer Stickstoffatmosphäre gebrannt wird, jedoch weist die erzielte Goldleitungsführung nicht nur einen höheren Widerstand sondern auch eine schlechtere Haftungsfestigkeit zu der keramische Platte im Vergleich zu der solchen auf, die durch Brennen in Luft geschaffen wird. Insbesondere die Verschlechterung der Haftungsfestigkeit zwischen der Goldleitungsführung und der keramischen Platte ist ein schwerwiegendes Problem.
  • Es ist eine andere Art von Goldpaste ausprobiert worden, die als organischen Binder lediglich einen Wachs enthält, der sich in einer Stickstoffatmosphäre zersetzen und verdampfen läßt (z.B. Polymethylakrylat). Eine derartige Goldpaste wurde in einer Stickstoffatmosphäre gebrannt, wobei sich herausgestellt hat, daß mit der sich ergebenden Goldleitungsführung keine verbesserte Haftungsfestigkeit zu der keramischen Platte erzielen
  • Ein weitere Versuch wurde unternommen. Dabei wurde die Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12 ausgebildet, nachdem eine übliche Goldpaste in Luft zur Ausbildung einer Goldleitungsführung gebrannt wurde. Dieser Ansatz läßt sich jedoch lediglich für die Herstellung von keramischen Leiterplatten verwenden, die weder einen Kupferdurchgangsleiter 22 noch eine Kupferleitungsführungsinnenschicht 23 aufweisen.
  • Es wurde ein weiterer Versuch unternommen. Dabei wurde der 10- Rohchip 15 mit der Kupferleitungsführungsinnenschicht 12 verbunden, die goldbeschichtet war. Dieser Ansatz ist jedoch kostenintensiv und führt bei der Kupferleitungsoberflächenschicht 12 zu dem Problem, wie sie einer derartigen Beschichtung widersteht.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In Anbetracht der voranstehenden genannten Probleme, die sich beim vorbekannten Stand der Technik ergeben, wurde die vorliegende Erfindung gemacht. Somit will die vorliegende Erfindung eine verbesserte Goldpaste zur Verwendung als Goldleitungsführungsmaterial bei der Herstellung von keramischen Leiterplatten bereitstellen. Die mit der vorliegenden Erfindung offenbarte Goldpaste kann einem Binderausbrennverfahren und einem Brennverfahren in einer Stickstoffatmosphäre zur Ausbildung der Goldleitungsführung ausgesetzt werden, so daß die erzielte Goldleitungsführung eine relativ starke Haftungsfestigkeit zu der keramischen Platte aufweist. Außerdem bezieht sich die vorliegenden Erfindung auf eine keramische Leiterplatte, die unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Goldplatte ausgebildet worden ist, sowie auf ein Herstellungsverfahren hierfür.
  • Das Konzept der vorliegenden Erfindung beruht auffolgender Erkenntnis. Sofern ein vorbestimmter Gehalt an V&sub2;O&sub5; in einer organischen Komponente zur Bildung einer Goldpaste vorliegt, wird die Adhäsionsfestigkeit zwischen der keramischen Platte und der Goldleitungsführung, die durch Brennen einer Goldpaste in einer Stickstoffatmosphäre erzielt werden kann, gleich derjenigen Haftungsfestigkeit zwischen einer keramischen Platte und einer Goldleitungsführung, die durch Brennen einer konventionellen Goldpaste in Luft erzielt werden kann. Sofern der anorganische Bestandteil außerdem einen vorbestimmten Gehalt an CuO enthält, führt dies zu einer weitere Verbesserung der Haftungsfestigkeit zwischen der keramischen Platte und der Goldleitungsführung, ohne daß der Widerstand der gesamten Leitungsführung erhöht wird. Mit der vorliegenden Erfindung wird eine erste Goldpaste zur Verwendung als Goldleitungsführungsmaterial bei der Herstellung von keramischen Leiterplatten offenbart. Die erste Goldpaste weist eine Zusammensetzung auf mit (a) einem anorganischen Bestandteil, (b) einem organischen Binder und (c) einem Lösungsmittel, wobei der anorganische Bestandteil pulverförmiges Gold und V&sub2;O&sub5; enthält, das pulverförmige Gold mit einem Gehalt in einem Bereich von 82 bis 94 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt und das V&sub2;O&sub5; mit einem Gehalt in einem Bereich von 0,5 bis 2,5 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart eine zweite Goldpaste zur Verwendung als Goldleitungsführungsmaterial bei der Herstellung von keramischen Leiterplatten. Die zweite Goldpaste weist eine Zusammensetzung auf, mit (a) einem anorganischen Bestandteil,
  • (b) einem organischen Binder und (c) einem Lösungsmittel, wobei der anorganische Bestandteil pulverförmiges Gold und Glasurmasse enthält, die eine Gehalt an V&sub2;O&sub5; aufweist. Das pulverförmige Gold mit einem Anteil von zwischen 82 und 94 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt,, die Glasurmasse mit einem Anteil von zwischen 0,3 und 3,0 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt und das V&sub2;O&sub5; mit einem Gehalt in einem Bereich von 2,0 bis 20 Gew.% bezogen auf die Glasurmasse vorliegt.
  • Gemäß der ersten und zweiten Goldpaste liegt das pulverförmige Gold und V&sub2;O&sub5; in einem vorbestimmten Gehalt vor, so daß die durch ein Brennen in einer Stickstoffatmosphäre erzielte Goldleitungsführung eine relative starke Haftungsfestigkeit zu der keramischen Platte und dieselben Eigenschaften wie sie durch Brennen einer konventionellen Goldpaste in Luft erzielt werden können, aufweist. Mithin kann eine Goldleitungsführung ausgebildet werden, ohne die Lötbarkeit auf der Kupferleitungsführungsoberflächenschicht zu verringern, die auf einer keramischen Platte ausgebildet ist, ohne den Widerstand der Kupferleitungsführungsoberflächenschicht zu erhöhen und ohne den Widerstand des Kupferdurchgangsleiters und der Kupferleitungsführungsinnenschicht, die auf der keramischen Platte zum Zeitpunkt des Brennens einer Goldpaste ausgebildet ist, zu erhöhen.
  • In Übereinstimmung mit der ersten und zweiten Goldpaste kann eine keramische Leiterplatte geschaffen werden, indem zwischen einer Keramikplatte und einem elektrischen Bauteil (beispielsweise einem IC-Rohchip) eine Verbindungsleitung über Goldleitungsführung bewirkt werden kann, wohingegen die anderen Verbindungsleitungen über Kupferleitungsführungen bewirkt werden.
  • Es ist zu bevorzugen, daß bei der ersten und zweiten Goldpaste der anorganische Bestandteil außerdem Kupfer(II)-oxid (CuO) enthält, wobei das CuO mit einem Anteil von zwischen 0,3 bis 2 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt. Bei einer derartigen Ausgestaltung ergibt sich, daß die Haftungsfestigkeit zwischen der keramischen Platte und der Goldleitungsführung weiter verbessert werden kann, ohne den Widerstand der Goldleitungsführung in einem erheblichen Maße zu steigern.
  • Es ist zu bevorzugen, daß die Partikelgröße des CuO des organischen Bestandteils in einem Bereich zwischen 0,3 µm und 2,0 µm liegt. Dies gewährleistet, daß das Binderausbrennen wirkungsvoll durchgeführt werden kann. Zusätzlich kann eine Verringerung der Druckbarkeit der Goldpaste und eine Verringerung der Haftungsfestigkeit zwischen der keramischen Platte und der Goldleitungs führung verhindert werden.
  • Es ist zu bevorzugen, daß bei der ersten Goldpaste und der zweiten Goldpaste die Partikelgröße des pulverförmigen Goldes in einem Bereich von 0,3 µm bis 1,5 µm liegt. Dies gewährleistet, daß das Binderausbrennen wirkungsvoll durchgeführt werden kann. Zusätzlich kann eine Verringerung der Druckbarkeit der Goldpaste und eine Verringerung der Haftungsfestigkeit zwischen der keramischen Platte und der Goldleitungsführung verhindert werden.
  • Es ist zu bevorzugen, daß bei der ersten Goldpaste die Partikelgröße des V&sub2;O&sub5; des anorganischen Bestandteils in einem Bereich von 0,3 µm bis 2,5 µm liegt. Es ist zu bevorzugen, daß bei der zweiten Goldpaste die Partikelgröße der Glasurmasse des anorganischen Bestandteils in einem Bereich von 0,3 µm bis 2 µm liegt. Dies verhindert, daß die Druckbarkeit der Goldpaste und die Haftungsfestigkeit zwischen Platte und Leitungsführung verschlechtert wird.
  • Die vorliegenden Erfindung offenbart eine dritte Goldpaste zur Verwendung als Leitungsführungsmaterial bei der Herstellung von keramischen Leiterplatten. Diese dritte Goldpaste weist eine Zusammensetzung auf, mit (a) einem anorganischen Bestandteil, (b) einem organischen Binder und (c) einem Lösungsmittel, wobei der anorganische Bestandteil pulverförmiges Gold mit einer mittleren Partikelgröße von 0,3 µm bis 0,7 µm, V&sub2;O&sub5; und Kupfer(II)-oxid (OuC) enthält, wobei das pulverförmige Gold mit einem Gehalt in einem Bereich von 82 bis 94 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt, das V&sub2;O&sub5; mit einem Gehalt in einem Bereich von 0,3 bis 2,0 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt und das CuO mit einem Gehalt in einem Bereich von 0,3 bis 2, Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt.
  • Dieselben Wirkungen, die mit der ersten und zweiten Goldpaste erzielt werden konnten, können für die dritte Goldpaste erwartet werden. Zusätzlich kann bei der dritten Goldpaste das Brennen bei Brenntemperaturen von 580ºC bis 750ºC in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt werden. Die Partikelgröße des pulverförmigen Goldes ist hier beschränkt auf einen Bereich zwischen 0,3 µm und 0,7 µm, so daß selbst bei Brenntemperaturen von 580ºC bis 750ºC sowohl die Entfernung von Bindern von der Goldpaste als auch das Sintern des pulverförmigen Goldes ausreichend durchgeführt werden kann.
  • Gemäß der dritten Goldpaste kann die Goldleitungsführung direkt auf dem Kupferdurchgangsleiter befestigt werden und nicht mittels der Kupferleitungsführungsoberflächenschicht. Außerdem kann eine direkte Verbindung der Kupferleitungsführungsoberflächenschicht zu der Goldleitungsführung bewirkt werden also nicht über einen Kupfer-Gold-Überlappungsbereich. Mithin kann eine Befestigung bei höherer Dichte erzielt werden.
  • Es ist auch bei der dritten Goldpaste zu bevorzugen, daß die Partikelgröße des V&sub2;O&sub5; des organischen Bestandteils in einem Bereich von 0,3 µm bis 2,0 µm liegt. Daraus ergibt sich, daß nicht nur eine Abfall der Druckbarkeit der Goldpaste sondern auch ein Abfall der Haftungsfestigkeit zwischen der keramischen Platte und der Goldleitungsführung vermieden werden kann.
  • Es ist auch bei der dritten Goldpaste zu bevorzugen, daß die Partikelgröße des CuO des anorganischen Bestandteils in einem Bereich von 0,3 µm bis 2,0 µm liegt. Wenn die Partikelgröße es CuQ weniger als 0,3 µm beträgt, führt dies zu einer Behinderung der Binderausbrennung. Andererseits fällt die Druckbarkeit der Goldpaste und die Haftungsfestigkeit zwischen der keramischen Platte und der Goldverdrahtung ab, wenn die Partikelgröße des CuO größer als 2,0 µm ist.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart eine erste keramische Leiterplatte mit (a) einer keramischen Platte und (b) einer Goldleitungsführung, die auf der keramischen Platte ausgebildet ist, wobei die Goldleitungsführung erzielt wird, indem die voranstehend genannten erste Goldpaste einem Brennverfahren in einer Stickstoffatmosphäre ausgesetzt wird.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart eine erste keramische Leiterplatte mit (a) einer keramischen Platte und (b) einer Goldleitungsführung, die auf der keramischen Platte ausgebildet ist, wobei die Goldleitungsführung erzielt wird, indem die voranstehend genannten zweite Goldpaste einem Brennverfahren in einer Stickstoffatmosphäre ausgesetzt wird.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart eine erste keramische Leiterplatte mit (a) einer keramischen Platte und (b) einer Goldleitungsführung, die auf der keramischen Platte ausgebildet ist, wobei die Goldleitungsführung erzielt wird, indem die voranstehend genannten dritte Goldpaste einem Brennverfahren bei Brenntemperaturen von 580ºC bis 750ºC in einer Stickstoffatmosphäre ausgesetzt wird.
  • Mithin kann eine keramische Leiterplatte, geschaffen werden, in der die Verbindungsleitung zwischen einer keramischen Platte und einem elektronischen Bauteil mittels Goldleitungsführung bewirkt wird, wohingegen die anderen Verbindungsleitungen mittels Kupferleitungsführung bewirkt wird. Zusätzlich kann eine Technik zum Befestigen von elektronischen Bauteilen, wie beispielsweise IC-Rohchips, über die Befestigung an einem Goldanschluß verwendet werden bzw. eine Goldleitungsführung kann unter Verwendung einer Löttechnik verwendet werden.
  • Insbesondere bei der dritten keramischen Leiterplatte kann eine Goldleitungsführung direkt auf den Kupferdurchgangsleiter befestigt werden und nicht über die Kupferleitungsführungsoberflächenschicht. Darüber hinaus kann eine direkte Verbindung zwischen der Kupferleitungsführungsoberflächenschicht und der Goldleitungsführung bewirkt werden, also nicht über einen Kupfer-Gold-Überlappungsbereich. Mithin kann einen Befestigung bei höherer Dichte erzielt werden.
  • Es ist somit zu bevorzugen, daß die erste, zweite und dritte keramische Leiterplatten jeweils ein elektrisches Bauteil aufweist, das elektrisch mit der Goldleitungsführung verbunden ist. Es ist zu bevorzugen, daß das elektronische Bauteil mittels einer "face-down" Verbindungstechnik elektrisch mit der Goldleitungsführung über eine Verbindungsschicht verbunden ist, die durch ein elektrisch leitendes Bindemittel, einen anisotropen elektrisch leitenden Film bzw. ein anisotropes elektrisch leitendes Bindemittel oder Lot gebildet ist. Es ist zu bevorzugen, daß die erste und dritte keramische Leiterplatte jeweils eine Kupferleitungsführung aufweisen, die direkt mit der Goldleitungsführung verbunden ist.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart eine Verfahren zur Herstellung einer keramischen Leiterplatte, das die Schritte umfaßt (a) Ausbilden einer Kupferleitungsführung auf einer keramischen Platte, (b) Anordnen eines Leistungsmusters auf der keramischen Platte, das aus der voranstehend genannten dritten Goldpaste derart hergestellt worden ist, daß das derart ausgebildete Leitungsmuster mit der Kupferleitungsführung verbunden ist und (c) Ausbilden einer Goldleitungsführung durch Brennen des Leitungsmusters bei Brenntemperaturen zwischen 580ºC und 750ºC in einer Stickstoffatmosphäre.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Figur 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer keramischen Leiterplatte, der eine der ersten bis vierten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt.
  • Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer keramischen Leiterplatte, der eine Goldpaste einer fünfte bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt.
  • Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer keramischen Leiterplatte, der eine konventionelle Goldpaste zugrundeliegt.
  • Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren keramischen Leiterplatte, der eine konventionelle Goldpaste zugrundeliegt.
    • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG AUSFÜHRUNGSFORM 1
  • Eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart eine erste Goldpaste zur Verwendung als Goldleitungsführungsmaterial bei der Herstellung von keramischen Leiterplatten. Tabelle 1 zeigt Proben der ersten Goldpaste.
  • Jede Probe der ersten Goldpaste weist eine Zusammensetzung auf mit (a) pulverförmigem Gold (Au) und (b) V&sub2;O&sub5;. In Tabelle 1 sind die Gehalte dieser Bestandteile der Goldpaste (d.h. pulverförmiges Gold und V&sub2;O&sub5;) in Gew.% für jede entsprechende Probe dargestellt. Tabelle 1 zeigt weiterhin die Haftungsfestigkeit zwischen einer keramischen Platte und der Goldleitungsführung, die durch Brennen der entsprechenden Probe bei einer Brenntemperatur von 850ºC in einer Stickstoffatmosphäre (die Konzentration an Sauerstoff: ≤ 10 ppm) erzielt werden kann. TABELLE 1
  • Beachte: *=#5723, ein Produkt von Du Pont zum Vergleich mit der vorliegenden Erfindung.
  • Die Haftungsfestigkeit wurde wie folgt bestimmt. Zunächst wurde ein Leitungsführungsmuster von 2 mm x 2 mm auf der Oberfläche einer keramischen Platte unter Verwendung der ersten Goldpaste siebgedruckt. Dann wurde das Leitungsführungsmuster in einer Stickstoffatmosphäre (Konzentration Sauerstoff: ≤ 10 ppm) zur Ausbildung einer Goldleitungsführung gebrannt. Ein Stab mit einem Durchmesser von 2 mm wurde an der derart erzielten Goldleitungsführung über eine Lotpaste (Indium: Blei = 1 : 1) befestigt. Eine steigende Kraft wurde auf den Stab in einer Richtung parallel zur Oberfläche der keramischen Platte aufgebracht, bis sich der Stab von der keramischen Platte löste. Die Spannung bei jedem Lösen des Stabes (d.h. die maximale Spannung) wurde bestimmt. Eine im Handel allgemein erhältliche Goldpaste für keramische Leiterplatten (z.B. eine Du Pont Produkt, #5723) wurde bei Brenntemperaturen von 850ºC in einer Stickstoffatmosphäre (Sauerstoffkonzentration: ≤ 10 ppm) zur Aufbildung einer Goldleitungsführung gebrannt und die Haftungsfestigkeit zwischen einer keramischen Platte und der erzielten Goldleitungsführung wurde bestimmt.
  • Tabelle 1 zeigt, daß ein Gehalt von 0,5 Gew.% V&sub2;O&sub5; zu einer Verbesserung der Haftfestigkeit zwischen der Platte und der Verdrahtung führt. Die Haftungsfestigkeit zwischen der Platte und der Verdrahtung erreicht ihren Maximalwert, sofern 2,0 Gew.% V&sub2;O&sub5; enthalten ist. Ein Gehalt an 2,5 Gew.% V&sub2;O&sub5; trägt weiterhin zu einer Verbesserung der Haftfestigkeit bei. Sofern der Gehalt V&sub2;O&sub5; 2,5 Gew.% übersteigt, steigt jedoch der elektrische Widerstand der erzielten Goldleitungsführung an.
  • Zusätzlich zu dem pulverförmigen Gold und dem V&sub2;O&sub5; kann ein geringer Gehalt an Glasurmasse zugegeben werden, wobei die gleiche Haftfestigkeit zwischen Platte und Leitungsführung erzielt werden kann.
  • Die erste Goldpaste gemäß der ersten Ausführungsform wird in der folgenden Weise vorbereitet. Zunächst wird (a) pulverförmiges Gold, welches der Hauptbestandteil der ersten Goldpaste ist und (b) V&sub2;O&sub5; in einem organischen Trägermaterial zur Ausbildung einer ersten Goldpaste dispergiert (vgl. Tabelle 1 für die Zusammensetzung in Gew.%). Als Lösungsmittel für das organische Trägermaterial wurde α-Terpineol verwendet. Das organische Trägermaterial wird geschaffen, indem ein organischer Binder (d.h. Glycidyl-Methacrylat/Isodecyl-Methacrylat/Isobutyl-Methacrylat- Copolymer) in α-Terpineol aufgelöst wird.
  • Der Gehalt an organischem Binder ist vorzugsweise 2 bis 5 Gew.% und der Gehalt an Lösungsmitteln ist vorzugsweise 10 Gew.%. Zuviel organischer Binder verringert nicht nur den Widerstand der erzielten Goldleitungsführung sondern verringert auch die Haftfestigkeit zwischen der Goldleitungsführung und der keramischen Platte. Sofern der Gehalt an organischem Binder zu gering ist, oder sofern der Gehalt an Lösungsmittel zu gering oder zu groß ist, fällt die Druckbarkeit der Goldpaste ab. Der Gehalt an pulverförmigem Gold liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 82 und 94 Gew.%. Sofern der Gehalt an pulverf örmigem Gold erheblich unterhalb von 82 Gew.% liegt, führt das zu einem Anstieg des Widerstands bei der erzielten Goldleitungsführung. Sofern der Gehalt an pulverförmigem Gold einen Wert von 94 Gew.% übersteigt, wird die Druckbarkeit der Goldpaste verringert.
  • Obwohl bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel α-Terpineol als Lösungsmittel bei dem organischen Trägermaterial verwendet wird, kann jede andere Art von Lösungsmitteln verwendet werden, sofern es nicht zu Lagerungs- bzw. Druckproblemen führt oder die Binderentfernung bzw. das Brennen behindert Die vorliegende Ausführungsform verwendet ein Glycidyl-Methacrylat/Isodecyl-Methacrylat/Isobutyl-Methacrylat-Copolymer als organischen Binder. Jedoch kann jeder organische Binder verwendet werden, der sich in einer Stickstoffatmosphäre zersetzen und verdampfen läßt (z.B. Polymethylmethacrylat).
  • Harze, wie beispielsweise Ethylzellulose können als organischer Binder verwendet werden, obwohl sie sich nicht in einer Stickstoffatmosphäre verdampfen lassen, sofern diese in einem Gehalt von bis zu 1,0 Gew.% vorliegen. Die Verwendung von Glycidyl-Methacrylat/Isodecyl-Methacrylat/Isobutyl-Methacrylat-Copolymer als organischer Binder ist üblich in verschiedenen Offsetdruckverfahren (beispielsweise beim Offsettiefdruck), bei dem eine Goldpaste auf eine Platte über einen Silikongummi aufgebracht wird. Mit diesen Offsetdrucken lassen sich feinere Leitungsmuster herstellen als mit dem Siebdruck.
  • Es ist zu bevorzugen, daß das pulverförmige Gold in dem anorganischen Bestandteil eine Partikelgröße von 0,3 µm bis 1,5 mµ aufweist. Sofern die Partikelgröße des pulverförmigen Goldes geringer als 0,3 µm ist, kann das Binderausbrennen nicht ausreichend in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt werden. Demgegenüber führt eine Partikelgröße von mehr als 2,0 µm nicht nur zu einer Verringerung der Druckbarkeit der Goldpaste sondern verhindert außerdem die Herstellung von dicht zusammengesetzter Goldleitungsführung. Sofern die Abweichung der Partikelgröße des Goldpulvers auf einen Wert von nicht mehr als 0,5 µm beschränkt werden kann, kann eine dicht zusammengesetzte Goldleitungsführung erzielt werden.
  • Es ist zu bevorzugen, daß das V&sub2;O&sub5; in dem anorganischen Bestandteil eine Partikelgröße von 0,3 µm bis 2,0 µm aufweist. Es ist zu bevorzugen, daß die Glasurmasse des anorganischen Bestandteils eine Partikelgröße von 0,3 µm bis 2,0 µm aufweist. Sofern die Partikelgröße des V&sub2;O&sub5; bzw. der Glasurmasse geringer als 0,3 µm ist, verringert dies die Druckbarkeit der Goldpaste. Sofern die Partikelgröße des V&sub2;O&sub5; bzw. der Glasurmasse größer als 2,0 µm ist, verringert dies die Haftfestigkeit zwischen der Goldpaste und der Platte.
  • Im folgenden wird beschrieben, wie die keramische Leiterplatte gemäß Figur 1 hergestellt wird. Elemente der keramischen Leiterplatte gemäß Figur 1 werden nicht beschrieben, da diese bereits voranstehend beschrieben worden sind.
  • Die keramische Platte 11 wird mit einer Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12, dem Kupferdurchgangsleiter 22 und der Kupferleitungsführungsinnenschicht 23 versehen. Eine Goldpaste (z.B. Probe VI gemäß Tabelle 1) wird mittels Siebdruck auf eine Elektrode auf der keramischen Platte 11 dort aufgebracht, wo der IC-Rohchip 15 in einem späteren Schritt befestigt werden soll. Danach erfolgt ein Trocknungsverfahren, um die aufgebrachte Goldpaste zu trocknen. Dann wird die keramische Platte 11 in einen Bandofen verbracht, um bei der Goldpaste eine Binderaustreibung und ein Brennen in einer Stickstoffatmosphäre (Konzentration an Sauerstoff: ( 10 ppm) bei einer Brenntemperatur von 850ºC zu bewirken. Als Ergebnis wird die Goldleitungsführung 17 und die Kupfer-Gold-Überlappungsschicht 18 ausgebildet. Die Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12 wird ausgebildet, indem eine allgemein erhältliche Kupferpaste für keramische Leiterplatten (z.B. QP153 von Du Pont) in einem Brennverfahren in einer Stickstoffatmosphäre (Sauerstoffkonzentration: ≤ 10 ppm) bei einer Brenntemperatur von 900ºC behandelt wird. Der Kupferdurchgangsleiter 22 und die Kupferleitungsführungsinnenfläche 23 werden wie folgt ausgebildet. Zuerst wird Kupfer(II)oxid (CuO)-Paste für keramische Leiterplatten einem Binderaustreibungsverfahren bei einer Temperatur von 400ºC in Luft ausgesetzt. Die CuO-Paste wird dann zu Kupfer bei einer Temperatur von 250ºC in einer Wasserstoffatmosphäre reduziert und dann bei einer Brenntemperatur von 900ºC in einer Stickstoffatmosphäre (Sauerstoffkonzentration: ≤ 10 ppm) gebrannt. Auf diese Weise werden der Kupferdurchgangsleiter 22 und die Kupferleitungsführungsinnenschicht 23 ausgebildet.
  • Danach wird der IC-Rohchip 15, der den Goldanschluß 16 trägt, in einer "face-down"-Verbindung (Verbindung mit der Stimseite nach unten) auf der Goldleitungsführung 17 durch die Verbindungsschicht 21 befestigt und das Chip-Bauteil 14 wird auf der Kupferleitungsführungsoberfläche 12 durch die Lotschicht 13 befestigt. Die Verbindungsschicht 21 kann ein elektrisch leitendes Bindemittel, ein anisotroper elektrisch leitender Film bzw. ein anisotropes elektrisch leitendes Bindemittel, ein Lot oder ein ähnliches Material sein.
  • Da Befestigen des IC-Rohchips 15 auf der Goldleitungsführung 17, die aus der Probe VI gemäß Tabelle 1 hergestellt worden war, konnte glatt durchgeführt werden, wobei sich die Zuverlässigkeit der Goldleitungsführung 17 als akzeptabel erwies. Das Brennen, das bei der Probe VI gemäß Tabelle 1 durchgeführt worden war, führte weder zu einer Verringerung der Lötbarkeit der Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12 noch zu einer Erhöhung des Widerstandes der Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12, des Kupferdurchgangsleiters 22 und der Kupferleitungsführungsinnenschicht 23. Mithin konnte das Verfahren zum Befestigen der Chipkomponente 14 auf der Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12 durch die Lotschicht 13 glatt durchgeführt werden, wobei sich die Zuverlässigkeit der Lotschicht 13 als zufriedenstellend herausstellte.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der IC-Rohchip 15 auf der Goldleitungsführung 17 durch den Goldanschluß 16 befestigt. Der IC-Rohchip 15 kann auch durch einen Golddraht an der Goldleitungsführung 17 befestigt werden.
    • AUSFÜHRUNGSFORM 2
  • Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart eine zweite Goldpaste zur Verwendung als Goldleitungsführungsmaterial bei der Herstellung von keramischen Leiterplatten. Tabelle 2 zeigt Beispiele der zweiten Goldpaste.
  • Jede Probe der zweiten Goldpaste weist eine Zusammensetzung auf mit (a) pulverförmigen Gold (Au) und (b) einer Glasurmasse mit einem Gehalt an V&sub2;O&sub5;. In Tabelle 2 sind die Gehalte von diesen Goldpastenkomponenten (d.h. pulverförmiges Gold und Glasurmasse) in Gew.% einer entsprechenden ersten Goldpastenprobe dargestellt und der Gehalt an V&sub2;O&sub5; ist dargestellt in Gew.% der Glasurmasse. Tabelle 2 zeigt außerdem die Haftfestigkeit zwischen einer keramischen Platte und der Goldleitungsführung, die durch Brennen einer entsprechenden Probe bei einer Brenntemperatur von 850ºC in einer Stickstoffatmosphäre (Sauerstoffkonzentration: ≤ 10 ppm) geschaffen wurde. TABELLE 2
  • Die zweite Goldpaste gemäß der zweiten Ausführungsform wird wie folgt vorbereitet. Zunächst wird (a) pulverförmiges Gold, welches der Hauptbestandteil der ersten Goldpaste ist, und (b) Glasurmasse mit einem Gehalt an V&sub2;O&sub5; in dem organischen Trägermaterial der ersten Ausführungsform dispergiert, um eine zweite Goldpaste herzustellen (vgl. Tabelle 2 für die Zusammensetzung in Gew.%).
  • Selbst wenn der Gehalt an V&sub2;O&sub5; der Glasurmasse in Gew.% der zweiten Goldpaste geringer ist als der der ersten Goldpaste, kann dieselbe Haftfestigkeit zwischen Goldleitungsführung und keramischer Platte erzielt werden, wie sie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden kann.
  • Es ist zu bevorzugen, daß das V&sub2;O&sub5; mit einem Gehalt in einem Bereich von 2,0 bis 20 Gew.% der Glasurmasse vorliegt. Eine erhebliche Abweichung von diesem Bereich führt zu einer Verringerung der Haftfestigkeit zwischen der Goldleitungsführung und der keramischen Platte.
  • Es ist zu bevorzugen, daß die Glasurmasse mit einem Gehalt in einem Bereich von 0,3 bis 3,0 Gew.% der Goldpaste vorliegt. Sofern der Gehalt an Glasurmasse erheblich tiefer als 0,3 Gew.% der Goldpaste liegt, führt dies zu einem Abfall der Haftfestigkeit zwischen der Goldleitungsführung und der keramischen Platte. Sofern der Gehalt an Glasurmasse einen Wert von 3,0 Gew.% der Goldpaste übersteigt, führt dies zu einem Anstieg des Widerstandes der erzielten Goldleitungsführung.
  • Bei der zweiten Goldpaste und der ersten Goldpaste werden die gleichen Arten von Goldpulver, organischem Binder und Lösungsmittel verwendet.
  • Bei der zweiten Goldpaste und der ersten Goldpaste sind das pulverförmige Gold, organischer Binder und Lösungsmittel in denselben bevorzugten Gehalten vorhanden.
  • Die keramische Leiterplatte gemäß Figur 1 kann unter Verwendung der zweiten Goldpaste hergestellt werden.
    • AUSFÜHRUNGSBEISPIELE 3 UND 4
  • Ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung offenbart eine dritte Göldpaste zur Verwendung als Goldleitungsführungsmaterial bei der Herstellung von keramischen Leiterplatten. Tabelle 3 zeigt die Proben der dritten Goldpaste.
  • Jede Probe der dritten Goldpaste weist eine Zusammensetzung auf mit (a) pulverförmigem Gold (Au), (b) V&sub2;O&sub5; und (c) Kupfer(II)- oxid (CuO). In Tabelle 3 sind die Gehalte dieser Goldpastenkomponenten (d.h. pulverförmiges Gold, V&sub2;O&sub5; und CuO) dargestellt in Gew.% einer entsprechenden Probe. Tabelle 3 zeigt weiterhin die Haftfestigkeit zwischen einer keramischen Platte und einer Goldleitungsführung, die durch Brennen einer entsprechenden Probe bei einer Brenntemperatur von 850ºC in einer Stickstoffatmosphäre (Sauerstoffkonzentration: ( 10 ppm) geschaffen werden kann. TABELLE 3
  • Ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung offenbart eine vierte Goldpaste zur Verwendung als Goldleitungsführungsmaterial bei der Herstellung von keramischen Leiterplatten. Tabelle 4 zeigt die Proben der dritten Goldpaste.
  • Jede Probe der vierten Goldpaste weist eine Zusammensetzung auf mit (a) pulverförmigem Gold, (b) Glasurmasse mit einem Gehalt an V&sub2;O&sub5; und (c) Kupfer(II)-oxid (CuO) . In Tabelle 4 sind die Gehalte dieser Goldpastenkomponenten (d.h. pulverförmiges Gold, Glasurmasse und CuO) dargestellt in Gew.% einer entsprechenden Probe. Tabelle 4 zeigt weiterhin die Haftfestigkeit zwischen einer keramischen Platte und einer Goldleitungsführung, die durch Brennen einer entsprechenden Probe bei einer Brenntempe ratur von 850º in einer Stickstoffatmosphäre (Sauerstoffkonzentration: ≤ 10 ppm) geschaffen werden kann. TABELLE 4
  • Wenngleich die dritte Goldpaste vorbereitet wird, indem eine anorganische Komponente, die gebildet wird, indem CuO der anorganischen Komponente der ersten Goldpaste zugegeben wird, in einem organischen Trägermaterial dispergiert wird, wird die vierte Goldpaste vorbereitet, indem eine organische Komponente, die gebildet wird, indem CuO zu der anorganischen Komponente der zweiten Goldpaste hinzugegeben wird, in einem organischen Trägermaterial dispergiert wird.
  • Die Untersuchung zeigte, daß die Zugabe von CuO zu einer weiteren Verbesserung der Haftfestigkeit zwischen der Goldleitungsführung und der keramischen Platte führt (vgl. Tabelle 3 und 4).
  • Es ist zu bevorzugen, daß CuO mit einem Gehalt in einem Bereich von 0,3 bis 2,0 Gew.% vorliegt. Wie den Tabelle 3 und 4 zu entnehmen ist, führt eine Zugabe von CuO auf eine Gehalt von mehr als 0,3 Gew.% zu einer weiteren Verbesserung der Haftfestigkeit. Sofern ein Gehalt von mehr als 2,0 Gew.% an CuO zugegeben wird, steigt der Widerstand der erzielten Goldleitungsführung.
  • Es ist zu bevorzugen, daß bei der dritten und vierten Goldpaste sphärisches CuO zugegeben wird, das eine Partikelgröße von ungefähr 0,3 µm bis 2,0 µm aufweist. Sofern die Partikelgröße des CuO wesentlich geringer als 0,3 µm ist, wird dies zum Hindernis beim Binderaustreiben bzw. -ausbrennen. Andererseits verringert sich nicht nur die Druckbarkeit der Goldpaste sondern wird auch die Haftfestigkeit zwischen der Goldleitungsführung und der keramischen Platte schlechter, wenn CuO eine Partikelgröße von größer als 2,0 µm aufweist.
  • Bei der dritten und vierten Goldpaste werden dieselben Arten von pulverförmigem Gold, V&sub2;O&sub5;, Glasurmasse, organischem Binder und Lösungsmittel verwendet, wie sie bei der ersten Goldpaste verwendet worden sind.
  • Bei der dritten und vierten Goldpaste sind die bevorzugten Gehalte der Goldpastenkomponenten, wie beispielsweise das pulverförmige Gold, V&sub2;O&sub5;, Glasurmasse, organischer Binder und Lösungsmittel, dieselben wie in der ersten Goldpaste.
  • Die keramische Leiterplatte gemäß Figur 1 kann unter Verwendung der dritten Goldpaste oder der vierten Goldpaste hergestellt werden.
    • AUSFÜHRUNGSFORM 5
  • Ein fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung offenbart eine fünfte Goldpaste zur Verwendung als Goldleitungsführungsmaterial bei der Herstellung von keramischen Leiterplatten. Tabelle 5 zeigt die Proben der dritten Goldpaste.
  • Jede Probe der fünften Goldpaste weist eine Zusammensetzung auf mit (a) pulverförmigem Gold (Au) mit einer mittleren Partikelgröße von 0,6 µm, (b) V&sub2;O&sub5; und (c) Kupfer(II)-oxid (CuO). In Tabelle 5 sind die Gehalte dieser Goldpastenkomponenten (d.h. pulverförmiges Gold, V&sub2;O&sub5; und CuO) dargestellt in Gew.% einer entsprechenden Probe. Tabelle 4 zeigt weiterhin die Haftfestigkeit zwischen einer keramischen Platte und einer Goldleitungsführung, die durch Brennen einer entsprechenden Probe bei unterschiedlichen Brenntemperaturen (d.h. 580ºC, 700ºC und 750ºC) in einer Stickstoffatmosphäre (Sauerstoffkonzentration: ≤ 10 ppm) geschaffen werden kann. TABELLE 5
  • Die fünfte Goldpaste wird vorbereitet, indem eine Zusammensetzung aus (a) pulverförmigem Gold mit einer mittleren Partikelgröße in einem Bereich von 0,3 µm bis 0,7 µm, (b) pulverförmiges V&sub2;O&sub5; und (c) pulverförmiges CuO in einem organischen Binder dispergiert wird.
  • Die fünfte derart vorbereitete Goldpaste kann in einem Brennverfahren bef Temperaturen in einem Bereich von 580ºC bis 750ºC in einer Stickstoffatmosphäre behandelt werden.
  • Dadurch wird es möglich, das Ausbrennen des Binders und des nachfolgende Sintern des pulverförmigen Goldes derart durchzuführen, daß die keramische Platte 11 und die Goldleitungsführung 17 miteinander über das V&sub2;O&sub5; und CuO der Goldpaste verbunden werden.
  • Die Proben der fünften Goldpaste gemäß Tabelle 5 verwenden jeweils pulverförmiges Gold mit einer Partikelgröße von 0,6 µm. Jedoch kann ein anderes pulverförmiges Gold mit einer mittleren Partikelgröße in einem Bereich von 0,3 µm bis 0,7 µm verwendet werden, um denselben Effekt zu erzielen. Sofern die mittlere Partikelgröße geringer als 0,3 µm wird, führt dies zu einer Behinderung beim Ausbrennen des Binders von der Goldpaste. Sofern die mittlere Partikelgröße größer als 0,7 µm wird, führt dies zu einem unvollständigen Sintern des pulverförmigen Goldes. Sofern die Partikelgröße des pulverförmigen Goldes erheblich variiert, führt dies in gleicher Weise zu einer Behinderung bei der Binderentfernung.
  • Bei der fünften Goldpaste werden dieselben Arten von V&sub2;O&sub5;, CuO, organischem Binder und Lösungsmittel verwendet, wie sie bei der ersten Goldpaste verwendet wurden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform liegen die Brenntemperaturen in einem Bereich von 580ºC bis 750ºC, um eine verbesserte keramische Leiterplatte gemäß einer in Figur 2 dargestellten herzustellen, die die Möglichkeit einer höheren Packungsdichte im Vergleich zu derjenigen aufweist, wie sie in Figur 1 darrgestellt ist.
  • Figur 2 zeigt im Querschnitt eine keramische Leiterplatte, die auf der fünften Goldpaste basiert. Die Figur 2 zeigt die keramische Platte 11, die Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12, die Lotschicht 13, das Ohip-Bauteil 14, der IO-Rohchip 15, der Goldanschluß 16, die Goldleitungsführung 17, die Verbindungsschicht 21 und der Kupferdurchgangsleiter 22, sowie die Kupferleitungsführungsinnenschicht 23.
  • Eine konventionelle Goldpaste zur Verwendung als Goldleitungsführungsmaterial wurde untersucht, indem (die übliche Goldpate) auf den Kupferdurchgangsleiter 22 aufgebracht wurde und dann die aufgebrachte Paste gebrannt wurde. Die Untersuchung zeigte, daß zwischen dem Kupferdurchgangsleiter 22 und der Goldleitungsführung 17 eine Ablösung auftrat. Gute keramische Leiterplatten lassen sich somit nicht erzielen.
  • Bei der fünften Ausführungsform wird jedoch die Brenntemperatur auf 580ºC - 750ºC gesetzt, so daß der Kupferdurchgangsleiter 22 und die Goldleitungsführung 17 direkt miteinander verbunden werden können. Eine derartige direkte Verbindung ermöglicht es, daß die Goldleitungsführung 17 auf dem Kupferdurchgangsleiter 22 ausgebildet werden kann und nicht über die Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12 (vgl. Figur 2). Dies ermöglicht die Herstellung von keramischen Leiterplatten mit höherer Dichte.
  • Außerdem kann durch Festlegen der Brenntemperatur auf 580ºC - 750ºC die Goldleitungsführung 17 auf der Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12 ausgebildet werden und der 10-Rohchip 15, der den Goldanschluß 16 auf sich trägt, kann auf der Goldleitungsführung 17 befestigt werden. Wie in Figur 4 dargestellt, sind die Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12 und die Goldleitungsführung 17 direkt miteinander verbunden und nicht über eine Kupfer-Gold-Überlappungsschicht 18. Dies ermöglicht in gleicher Weise die Herstellung von keramischen Leiterplatten mit hoher Dichte.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Leiterplatte gemäß Figur 2, das auf der fünften Goldpaste beruht, wird im folgenden beschrieben.
  • Die keramische Platte 11 wird mit einer Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12, dem Kupferdurchgangsleiter 22 und der Kupferleitungsführungsinnenschicht 23 versehen. Eine der Proben der fünften Goldpaste (beispielsweise Probe V gemäß Tabelle 5) wird mittels Siebdruck auf eine Elektrode einer keramischen Platte 11 dort angebracht, wo der IC-Rohchip 15 befestigt wird. Danach folgt ein Trocknungsverfahren, um die derart aufgebrachte Goldpaste zu trocknen. Dann wird zur Ausbildung der Goldleitungsführung 17 die keramische Platte 11 in einen Bandofen gesetzt, um bei der Goldpaste den Binder auszubrennen und ein Brennen in einer Stickstoffatmosphäre (Sauerstoffkonzentration: ≤ 10 ppm) bei einer Brenntemperatur von 600ºC durchzuführen.
  • Die Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12 wird ausgebildet, indem eine allgemein erhältliche Kupferpaste für keramische Leiterplatten (z.B. QP153, von Du Pont) in einem Brennverfahren in einer Stickstoffatmosphäre (Sauerstoffkonzentration: ≤ 10 ppm) bei einer Brenntemperatur von 900ºC behandelt wird. Der Kupferdurchgangsleiter 22 und die Kupferleitungsführungsinnenschicht 23 werden wie folgt ausgebildet. Zuerst wird eine CuO-Paste für keramische Leiterplatten in einem Binderausbrennungsverfahren bei einer Temperatur von 400ºC in Luft behandelt. Die CuO-Paste wird dann bei einer Temperatur von 250ºC in einer wasserstoffenthaltenden Wasserstoffatmosphäre reduziert und danach bei einer Brenntemperatur von 900ºC in einer Stickstoffatmosphäre (Sauerstoffkonzentration: ≤ 10 ppm) gebrannt. Danach wird der IC-Rohchip 15 auf dem der Goldanschluß 16 ausgebildet ist, mit der Stirnseite nach unten ("face-down") auf die Goldleitungsführung 17 über die Verbindungsschicht 21 befestigt und das Chip-Bauteil 14 wird auf der Kupferoberflächenschicht 12 über die Lötschicht 13 befestigt. Der 10-Rohchip 15 wurde tatsächlich auf die Goldleitungsführung 17, die von der Probe V gemäß Tabelle 5 hergestellt worden war, befestigt, wobei eine derartige Befestigung glatt durchgeführt werden konnte. Es hat sich herausgestellt, daß die Zuverlässigkeit der Goldleitungsführung 17 gut war.
  • Das Brennen von Probe V von Tabelle 5 führte weder zu einer Verringerung der Lötbarkeit der Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12 noch zu einem Anstieg des Widerstandes der Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12, des Kupferdurchgangsleiter 22 und der Kupferleitungsführungsinnenschicht 23. Das Chip-Bauteil 14 wurde auf die Kupferleitungsführungsoberflächenschicht 12 über die Lotschicht 13 befestigt und eine derartige Befestigung konnte glatt durchgeführt werden. Es hat sich herausgestellt, daß die Zuverlässigkeit der Lotschicht 13 gut war.
  • Es wurde nachgewiesen, daß die Goldleitungsführung 17 zuverlässiger wurde, wenn das Binderausbrennen bei Temperaturen von 400ºC bis 550ºC zur Entfernung eines Binders von der Goldpaste durchgeführt wurde.
  • Bei der keramischen Leiterplatte gemäß Figur 2 ist der 10-Rohchip 15 auf der Goldleitungsführung 17 durch den Goldanschluß 16 befestigt. Der IC-Rohchip 15 kann durch einen Golddraht mit der Goldleitungsführung 17 verbunden werden.
  • Bei der keramischen Leiterplatte gemäß Figur 2 ist der 10-Rohchip 15, der auf sich den Goldanschluß 16 trägt, mit der Goldleitungsführung 17 verbunden. Stattdessen kann ein anderes elektronisches Bauteil auf die Goldleitungsführung 17 über die Verbindungsschicht 21 befestigt werden.

Claims (17)

1. Goldpaste für eine keramische Leiterplatte, die- eine Zusammensetzung aufweist mit:
(a) einem anorganischen Bestandteil --
(b) einem organischen Binder und
(c) einem Lösungsmittel,
wobei der anorganische Bestandteil pulverförmiges Gold und V&sub2;O&sub5; enthält,
das pulverförmige Gold mit einem Gehalt in einem Bereich von 82 bis 94 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt und das V&sub2;O&sub5; mit einem Gehalt in einem Bereich von 0,5 bis 2,5 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt.
2. Goldpaste für eine keramische Leiterplatte, die eine Zusammensetzung aufweist mit:
(a) einem anorganischen Bestandteil
(b) einem organischen Binder und
(c) einem Lösungsmittel,
wobei der anorganische Bestandteil pulverförmiges Gold und Glasurmasse enthält, die einen Gehalt an V&sub2;O&sub5; aufweist,
das pulverförmige Gold mit einem Anteil von zwischen 82 und 94 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt,
die Glasurmasse mit einem Anteil von zwischen 0,3 und 3, Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt und
das V&sub2;O&sub5; mit einem Gehalt in einem Bereich von 2,0 bis 20, Gew.% bezogen auf die Glasurmasse vorliegt.
3. Goldpaste für eine keramische Leiterplatte gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der anorganische Bestandteil außerdem Kupfer(II)-oxid (CuO) enthält, wobei das CuO mit einem Anteil von zwischen 0,3 und 2,0 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt.
4. Goldpaste für eine keramische Leiterplatte gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das CuO als Pulver mit einer Teilchengröße von zwischen 0,3 und 2,0 mm vorliegt.
5. Goldpaste für eine keramische Leiterplatte gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Gold mit einer Teilchengröße von zwischen 0,3 und 1,5 mm vorliegt.
6 Goldpaste für eine keramische Leiterplatte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das V&sub2;O&sub5; als Pulver mit einer Teilchengröße von zwischen 0,3 und 2,0 mm vorliegt.
7. Goldpaste für eine keramische Leiterplatte gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasurmasse mit einer Teilchengröße von zwischen 0,3 und 1,5 mm vorliegt.
8. Goldpaste für eine keramische Leiterplatte gemäß einem der Ansprüche 1, 3-4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Gold mit einer mittleren Teilchengröße von zwischen 0,3 und 0,7 mm vorliegt.
9. Keramische Leiterplatte mit
einer keramischen Platte und
einer Goldleitungsführung, die auf der keramischen Platte ausgebildet worden ist, indem eine keramische Goldpaste für eine keramische Leiterplatte einer Glühbehandlung in einer Stickstoffatmosphäre unterzogen wird, wobei die Paste eine Zusammensetzung aufweist mit:
(a) einem anorganischen Bestandteil
(b) einem organischen Binder und
(c) einem Lösungsmittel, wobei der anorganische Bestandteil pulverförmiges Gold und V&sub2;O&sub5; enthält,
das pulverförmige Gold mit einem Gehalt in einem Bereich von 82 bis 94 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt und
das V&sub2;O&sub5; mit einem Gehalt in einem Bereich von 0,5 bis 2,5 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt.
10. Keramische Leiterplatte mit
einer keramischen Platte und
einer Goldleitungsführung, die auf der keramischen Platte ausgebildet worden ist, indem eine keramische Goldpaste für eine keramische Leiterplatte einer Glühbehandlung in einer Stickstoffatmosphäre unterzogen wird, wobei die Paste eine Zusammensetzung aufweist mit:
(a) einem anorganischen Bestandteil
(b) einem organischen Binder und
(c) einem Lösungsmittel,
wobei der anorganische Bestandteil pulverförmiges Gold und Glasurmasse enthält, die einen Gehalt an V&sub2;O&sub5; enthält,
das pulverförmige Gold mit einem Anteil von zwischen 82 und 94 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt,
die Glasurmasse mit einem Anteil von zwischen 0,3 und 3, Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt,
das V&sub2;O&sub5; mit einem Gehalt in einem Bereich von 2,0 bis 20, Gew.% bezogen auf die Glasurmasse vorliegt.
11. Keramische Leiterpiatte gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem ein elektronisches Bauteil aufweist&sub1; das elektrisch mit der Goldleitungsführung verbunden ist.
12. Keramische Leiterplatte gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, elektronisches Bauteil mittels einer "face- down"-Verbindungstechnik elektrisch mit der Goldleitungsführung über eine Verbindungsschicht verbunden ist, die durch ein elektrisch leitendes Bindemittel, einen anisotropen elektrisch leitenden Film bzw. ein anisotropes elektrisch leitendes Bindemittel oder ein Lot gebildet ist.
13. Keramische Leiterplatte gemäß einem der Ansprüche 9, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der anorganische Bestandteil Kupfer(II)-oxid (CuO) enthält und daß das pulverförmige Gold mit einer Teilchengröße von zwischen 0,3 und 0,7 mm vorliegt.
14. Keramische Leiterplatte gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupferleitungsführung direkt mit der Goldleitungsführung verbunden ist.
15. Keramische Leiterplatte gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferleitungsführung einen Durchgangsleiter umfaßt.
16. Keramische Leiterplatte gemäß einem der Ansprüche 9, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldleitungsführung auf der Kupferleitungsführung ausgebildet ist, die auf der keramischen Platte ausgebildet ist, und daß das V&sub2;O&sub5; mit einem Gehalt in einem Bereich von 0,3 bis 2, Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt.
17. Verfahren zur Herstellung einer keramischen Leiterplatte, das folgende Schritte umfaßt:
(i) Ausbilden einer Kupferleitungsführung auf einer keramischen Platte
(ii) Anordnen eines Leitungsmusters über eine Goldpaste für eine keramische Leiterplatte auf der keramischen Platte derart, daß das Leitermuster mit der Kupferleitungsführung verbunden ist, wobei die Goldpaste eine Zusammensetzung aufweist mit:
(a) einem anorganischen Bestandteil
(b) einem organischen Binder und
(c) einem Lösungsmittel,
wobei der anorganische Bestandteil pulverförmiges Gold mit einer Teilchengröße von zwischen 0,3 und 0,7 mm, V&sub2;O&sub5; und Kupfer(II)-oxid (CuO) enthält,
das pulverförmige Gold mit einem Gehalt in einem Bereich von 82 bis 94 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt,
das V&sub2;O&sub5; mit einem Gehalt in einem Bereich von 0,3 bis 2, Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt und
das CuO mit einem Anteil von zwischen 0,3 und 2,0 Gew.% bezogen auf die Goldpaste vorliegt, und
(iii) Ausbilden einer Goldleitungsführung durch Brennen des Leitungsmusters bei Brenntemperaturen in einem Bereich von zwischen 580ºC und 750ºC in einer Stickstoffatmosphäre.
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