DE69629571T2 - Leitfähige tinte zum füllen von löchern für keramische mehrschichtige leiterplatte auf einem trägersubstrat - Google Patents

Leitfähige tinte zum füllen von löchern für keramische mehrschichtige leiterplatte auf einem trägersubstrat Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung wurde mit Regierungsunterstützung unter DAAB07-94-C-0009, vergeben vom US Department of the Army, gemacht. Die Regierung hat gewisse Rechte an dieser Erfindung.
  • Diese Erfindung bezieht sich auf leitfähige Fülltinte bzw. -paste für Durchkontaktierungen (Viafüllen) für gemeinsam gebrannte, keramische, mehrlagige bzw. mehrschichtige Schaltkreisplatinen mit einem metallischen Trägersubstrat. Im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf verbesserte Tinten zur Füllung von Durchgänge für mehrschichtige keramische Schaltkreisplatinen auf einem Träger, die Fehler in den Bohrungen während des Brennens reduzieren.
  • Mehrschichtige keramische Schaltkreisplatinen wurden viele Jahre hindurch für Schaltkreise von elektrischen Vorrichtungen wie Mainframe-Computer verwendet. Solche keramische Schaltkreisplatinen werden durch das Gießen von Glas und/oder keramischem Pulver zusammen mit einem organischen Bindemittel und durch Ausformen in Streifen bzw. Bänder, die Green Tapes (Grünbänder – ungesinterte Keramikfolien) genannt werden, hergestellt, auf denen ein metallischer Schaltkreis ausgebildet werden kann. Bohrungen bzw. Durchgänge werden in jedem Grünband gebildet, die mit einem leitfähigen Material gefüllt werden, um die Schaltkreise der verschiedenen Schichten elektrisch zu verbinden. Die Green-Tape-Schichten werden dann ausgerichtet und gestapelt, zusammengepreßt und gebrannt, um organische Rückstände wegzubrennen und das Glas zu sintern, wodurch eine gebrannte, mehrschichtige, keramische Schaltkreisplatine gebildet wird.
  • Ursprüngliche keramische Materialien wie Aluminiumoxid wurden verwendet, um die Green-Tape-Schichten zu bilden, aber diese keramischen Materialien erfordern hohe Brenntemperaturen bis zu 1500°C. Dies erfordert die Verwendung von hitzebeständigen, leitfähigen Metallen wie Wolfram oder Molybdän, um die leitfähigen Schaltkreismuster zu bilden. Diese hitzebeständigen, leittähigen Metalle können hohen Brenntemperaturen widerstehen, ohne zu schmelzen. Neuerdings wurden Materialien, die bei niedrigeren Temperaturen schmelzen, anstelle von Aluminiumoxid verwendet, wie z. B. Glaskeramik, die bei Temperaturen von 1000°C oder niedriger gebrannt werden können. Mehrschichtige, keramische Schaltkreisplatinen aus diesen Glasmaterialien können mit Metallen verwendet werden, die einen niedrigeren Schmelzpunkt und eine höhere Leitfähigkeit haben, wie Silber, Gold oder Kupfer. Diese keramischen Schaltkreisplatinen haben jedoch den Nachteil, daß sie nicht so fest bzw. stabil sind wie auf Aluminiumoxid basierende Schaltkreisplatinen.
  • EP-A-0569799 beschreibt leitfähige Durchkontaktierungspasten für mehrschichtige, keramische Substrate mit einer nicht-organischen Komponente, die aus 30–70 Gew.-% eines leitfähigen Pulvermaterials bestehen, wobei der Rest ein Glaspulver mit einem Erweichungspunkt, der höher liegt als der Beginn des Sinterns des isolierenden Materials, oder ein kristallines Glaskeramikpulver mit einem Glasübergangspunkt ist, der höher liegt als der Beginn des Sinterns des isolierenden Materials, und einer organischen Komponente, die ein organisches Binde- und Lösemittel enthält.
  • In jüngster Zeit wurden mehrschichtige, keramische Schaltkreisplatinen auf metallische oder keramische Trägersubstrate gebondet bzw. aufgebracht, die thermisch leitend sind. Das Trägersubstrat, das aus einem Metall wie Kovar (eingetragene Handelsmarke) oder Invar (eingetragene Handelsmarke) oder einem Verbundwerkstoff aus Cu/Kovar/Cu, Cu/Mo/Cu oder Cu/Invar/Cu und ähnlichem, oder aus Keramik wie Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid und ähnlichem bestehen kann, verleiht der zusammengesetzten Platine zusätzliche Festigkeit bzw. Stabilität. Es besteht jedoch ein großes Ungleichgewicht der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen herkömmlichen mehrschichtigen, keramischen Substraten und diesen Trägersubstraten. Trägersubstrate, die zum Beispiel aus Metall hergestellt sind, schrumpfen überhaupt nicht während des Brennvorgangs, wohingegen die Green-Tape-Schichten, die verwendet werden, um das keramische Substrat zu bilden, ungefähr um 20% in jeder Dimension schrumpfen. Daher wurde ein Verbindungs- bzw. Bindeglas wie im US-Patent 5.277.724 für Prabhu beschrieben wurde, verwendet, um das Green-Tape-Laminat an das Trägersubstrat zu binden. Darüber hinaus kann das Bindeglas, wenn es richtig ausgewählt wurde, das Schrumpfen des Green-Tape-Laminats beim Brennen bezogen auf das Trägersubstrat zumindest in den beiden Quer- und Längs-, x und y, Dimensionen völlig unterdrücken. Somit erfolgt das gesamte Schrumpfen nur in der Dicke oder der z-Dimension. Dies reduziert seinerseits die Probleme bei der Ausrichtung der Schaltkreismuster in den keramischen Schichten und den Kontakten und Durchkontaktierungslöchern in dem Trägersubstrat nach dem Brennen. Daher wurden mehrschichtige, keramische Substrate, die an Trägersubstrate gebondet bzw. gebunden sind, zum Mittel der Wahl.
  • Herkömmliche leitfähige Durchkontaktierungstinten für die Durchkontaktierungsverbindungen zwischen den mehreren Green-Tape-Schichten werden durch das Beimischen eines organischen Bindemittels, eines leitfähigen Metallpulvers wie Silber, Gold, Kupfer, Legierungen und Gemischen davon und ähnlichem mit einem Glaspulver hergestellt, im allgemeinen dasselbe Glas wie dasjenige, das zur Herstellung des Green-Tape verwendet wird. In diesem Fall sind die Schrumpfungseigenschaften des Green-Tape und des Glases in den Durchkontaktierungen ähnlich, und das Glas in dem Durchkontaktierungsloch und das Glas des Green-Tape sintern einfach bei ähnlichen Brenntemperaturen zusammen. Da die Glasarten und die Schrumpfung sowohl der Green-Tapes als auch der leitfähigen Fülltinten für Durchkontaktierungen ähnlich sind, sintern das Glas der leitfähigen Fülltinten für Durchkontaktierungen und dasjenige der Green-Tape-Schichten während des Brennschrittes, wobei sie eine Schnittstelle ohne Lücke bilden.
  • In dem Fall jedoch, in dem ein Trägersubstrat und eine bindende Glasschicht als Teil der Baugruppe bzw. Packung verwendet werden, wird die Schrumpfung der Green-Tape-Schichten in den x- und y- Längs- und Querrichtungen unterdrückt, und der größte Teil der Schrumpfung erfolgt in der z-Richtung oder Dicke. Wir haben herausgefunden, daß dieses Schrumpfungsverhalten einen nachteiligen Einfluß auf die Integrität der leitfähigen Durchkontaktierungen nach dem Brennen der oben genannten Trägerverbundstoff/Mehrschicht-Keramik-Schaltkreisplatinen hat. Da die Durchkontaktierungslöcher recht klein sind und das Glas nur einen kleinen Anteil an der gesamten leitfähigen Metall-Glas-Zusammensetzung der Fülltinte für Durchkontaktierungen hat, ist die Menge von Glas in dem Durchkontaktierungsloch klein. Tatsächlich muß dieses Glas in der Dicke ungefähr um 50% im Volumen schrumpfen, um dieselben Schrumpfungseigenschaften wie die des Green-Tape beizubehalten. Da das leitfähige Metallpulver, das den größten Teil der Rezeptur der leitfähigen Fülltinte für Durchkontaktierungen ausmacht, im allgemeinen vor den Glaskeramik-Green-Tape-Zusammensetzungen sintert, neigen die Fülltinten für Durchkontaktierungen darüber hinaus dazu, sich während des Brennens von den Wänden der Durchkontaktierungen zurückzuziehen. Dies führt natürlich zu Unterbrechungen in den Leiterpfaden an den Schnittpunkten von Durchkontaktierungen und Schaltkreis und zu nicht hermetisch dichten Durchkontaktierungen.
  • Um dieses Problem zu verringern und mehr Schrumpfung der Durchkontaktierungsfülltinte während des Sinterns zu erlauben, wurde der Zusatz von weiterem Glas zu den leitfähigen Fülltinten für Durchkontaktierungen versucht, aber diese Lösung führt zu anderen Problemen wie Unebenheiten bzw. Beulen der Durchkontaktierungen, Rißbildung der Glaskeramik um die Durchkontaktierungen beim Abkühlen, Porosität der Durchkontaktierungen und sogar zu Durchkontaktierungen, die nicht elektrisch leitfähig sind.
  • Daher wird eine verbesserte leitfähige Fülltinte für Durchkontaktierungen benötigt, um die oben genannten Probleme zu überwinden und leitfähige Durchkontaktierungen in keramischen, mehrschichtigen, an Trägersubstrate gebundene Schaltkreisplatinen zu bilden, die Integrität und korrekte Schrumpfungseigenschaften aufweisen.
  • Wir haben herausgefunden, daß es drei Kriterien gibt, die für das verwendete Glas nötig sind, um leitfähige Fülltinten für Durchkontaktierungen für mehrschichtige, keramische Schaltkreisplatinen, die an Trägersubstrate gebunden sind, herzustellen. Die Glasübergangstemperatur des Glases, das der leitfähigen Fülltinte für Durchkontaktierungen beigegeben wird, muß etwas höher sein als diejenige des Glases, das verwendet wird, um die Green-Tape-Zusammensetzungen bzw. -Strukturen herzustellen; das Glas muß eines sein, das vorzugsweise nicht bei der maximalen Temperatur des Brennens des mehrschichtigen Stapels kristallisiert; und der Glasgehalt der Fülltinte für die Durchkontaktierungen muß zwischen 30 und 70 Vol.-% des Glases und des leitfähigen Metallpulvers gehalten werden. Fülltinten für Durchkontaktierungen, die solche Glasarten bzw. -sorten verwenden, werden Durchkontaktierungen erzeugen, die vollständig gefüllt sind, die Schrumpfungseigenschaften ähnlich denjenigen der Green-Tape-Zusammensetzungen haben und die nicht-poröse Durchgangsfüllungen bilden.
  • Daher liefert die Erfindung in einem Aspekt ein Zwischenprodukt bzw. einen Vorläufer einer keramischen, mehrschichtigen Schaltkreisplatine, das eine Mehrzahl von gestapelten Green-Tape-Zusammensetzungen mit leitenden Metallschaltungen, die darauf gebildet sind, und mit Durchkontaktierungslöchern darin umfaßt, wobei der Stapel auf einem Trägersubstrat getragen wird und diese Durchkontaktierungslöcher mit einer leitfähigen Tinte gefüllt sind, die ein leitfähiges Metallpulver und ein Glas mit einer Glasübergangstemperatur aufweist, die höher ist als bei dem Glas, das für die Green-Tape-Struktur verwendet wird, aber kleiner ist als die maximale Brenntemperatur des Green-Tape, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Glas eine Zusammensetzung hat, die aus 20–30 Gew.-% Calciumoxid, aus 15–25 Gew.-% Aluminiumoxid, aus 45–60 Gew.% Siliziumoxid, bis zu 2 Gew.- Boroxid und bis zu 2 Gew.-% Phosphor-Pentoxid besteht, und daß diese leitfähige Tintenzusammensetzung aus 30–75 Vol.-% dieses Glases und 25–70 Vol.% leitfähigen Metalls besteht.
  • Nach einem anderen Aspekt liefert die Erfindung eine leitfähige Tinte zur Füllung von Durchgängen, die ein Glas mit einer Zusammensetzung enthält, die aus 20–30 Gew.-% Calciumoxid, aus 15–25 Gew.-% Aluminiumoxid, aus 45–60 Gew.-% Siliziumoxid, bis zu 2 Gew.-% Boroxid und bis zu 2 Gew.-% Phosphor-Pentoxid und einem leitfähigen Metallpulver besteht.
  • Das Glas, das verwendet wird, um die leitfähigen Fülltinten für Durchkontaktierungen der Erfindung herzustellen, wird verwendet, wenn der mehrschichtige Green-Tape-Stapel, in dem die Durchkontaktierungen gebildet werden, an ein Trägersubstrat gebunden wird. Solche Kombinationen verändern die allgemeinen Schrumpfungseigenschaften des Green-Tape, so daß es während des Brennens hauptsächlich nur in der Dicke schrumpft.
  • Die Glasübergangstemperatur des Glases, das verwendet wird, um die leitfähigen Fülltinten für Durchkontaktierungen der Erfindung herzustellen, muß mindestens etwas höher sein als die Glasübergangstemperatur des Glases, das verwendet wird, um das Green-Tape herzustellen, d. h. ab mindestens etwa 5°C höher, aber die Glasübergangstemperatur muß niedriger sein als die Maximaltemperatur beim Brennen, die während der Vorbereitung der keramischen, mehrschichtigen Schaltkreisplatine auftritt. Wenn zum Beispiel Magnesium-Aluminosilikat-Gläser eingesetzt werden, um die Green-Tapes herzustellen, ist die Glasübergangstemperatur ungefähr 850°C und die verwendete maximale Brenntemperatur ist ungefähr 950°C. Die Menge an Glas, die eingesetzt wird, um die Leitertinten zum Füllen der Durchgänge herzustellen, muß auf weniger als 75 Vol.-% der leitfähigen Metall-Glas-Zusammensetzung begrenzt werden, um sicherzustellen, daß die Durchkontaktierung elektrisch leitfähig bleibt.
  • Das Glas, das zur Herstellung der leitfähigen Fülltinten für Durchkontaktierungen verwendet wird, muß auch eines sein, das bei der verwendeten maximalen Brenntemperatur vorzugsweise nicht kristallisiert. Solch ein Glas wird weich oder fließt sogar oberhalb seiner Glasübergangstemperatur, was in dem vorliegenden Fall bedeutet, daß das Glas all die Zwischenräume in den Durchkontaktierungen füllt und eine gute Verbindung zu dem Glas in den Wänden der Durchkontaktierungen herstellt. Wenn das für die Durchkontaktierung verwendete Glas tatsächlich kristallisiert, sollte einer solchen Kristallisation eine beträchtliche Menge einer Schrumpfung durch Sintern vorausgehen.
  • Das erste und zweite Kriterium stellen sicher, daß das Glas in der Durchkontaktierung gesintert wird, nachdem das Sintern und das Schrumpfen in dem Green-Tape im wesentlichen geschehen ist. Daher findet die Schrumpfung in dem Green-Tape, die hauptsächlich in der z- oder Höhenrichtung geschieht, statt, bevor das Sintern des Glases in dem Durchkontaktierungsloch beginnt. Dies reduziert die Tendenz, daß sich die Durchkontaktierungsfülltinte von den Wänden des Durchganges zurückzieht, während das Sintern der Durchkontaktierungstinte erfolgt. Die Tatsache, daß das Glas in dem Durchgang nicht vorzeitig kristallisiert, hat die Wirkung, daß das Glas in der Durchkontaktierung weich wird, wenn die Brenntemperatur ansteigt, und sogar leicht fließt. Daher erfolgt der größte Teil der Schrumpfung auch in der Höhenrichtung, da die Tinte sich nicht seitlich ausbreiten kann, weil das Green-Tape bereits gesintert wurde. Das leichte Fließen des Durchkontaktie rungsglases sorgt für eine gute Bindung zwischen dem Glas der leitfähigen Durchkontaktierungstinte und dem Glas, das verwendet wird, um das Green-Tape herzustellen. Wenn ein bei niedriger Temperatur kristallisierendes Glas eingesetzt würde, würde ein solches Weichwerden nicht passieren, sondern es würden hohe Durchkontaktierungsbeulen auftreten.
  • Um die Vorbereitung eines geeigneten Systems zu veranschaulichen, wurde ein Green-Tape aus einem Magnesium-Aluminosilikat-Glas hergestellt, das nach dem Brennen in Forsterit-Cordieritartige Kristallphasen oder andere Magnesium-Silikat-Kristall-Phasen übergeht. Ein geeignetes Glas hat die folgende Zusammensetzung:
    Komponenten-Oxid Gew.-%
    MgO 29,0
    Al2O3 22,0
    SiO2 45,0
    P2O5 1,5
    B2O3 1,0
    ZrO2 1,5
  • Das oben genannte Glas hat, wenn es erhitzt wird und seine Glasübergangstemperatur durch Differential-Thermoanalyse (Differential Thermal Analysis, DTA) bei einer Erhitzungsrate von 10°C/min gemessen wird, eine Glasübergangstemperatur von 850°C und eine Kristallisationstemperatur zwischen 925–950°C abhängig von der Partikelgröße des Glases.
  • Eine Green-Tape-Zusammensetzung bzw. -Struktur wurde aus dem oben genannten Glas auf herkömmliche Weise hergestellt. Green-Tape-Strukturen können durch das Beimischen von Glaspulver mit einem organischen Hilfsmittel einschließlich eines Kunstharz-Bindemittels in einem geeigneten Lösungsmittel hergestellt werden. Geeignete und wohlbekannte oberflächenaktive Stoffe und Plastifizierungsmittel bzw. Weichmacher werden ebenso hinzugefügt, um einen farbartigen Brei zu erhalten. Beispiele von geeigneten Kunstharzen schließen Polyvenyl-Butyral, Zellulose-Derivate wie Äthylzellulose, synthetische Harze wie Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyester, Polyolefine und so ähnliche ein. Beispiele von geeigneten Lösungsmittels umfassen Methyl-Äthyl-Keton, Methyl-Isobutyl-Keton, Toluol und ähnliche. Die Bindemittel enthalten im allgemeinen von ungefähr 5 bis ungefähr 25 Gew.-% des Kunstharzbindemittels, obwohl dies angepaßt werden kann, um die richtigen Fließeigenschaften der Mischung zu erhalten. Im allgemeinen werden ungefähr 1–3 Prozent eines Tensids wie ein Oleylamin oder Fischöl eingesetzt. Ein Beispiel eines geeigneten Weichmachers ist Benzyl-Phthalat. Falls gewünscht, kann auch ein Viskositätsmodifizierer wie ein Ölderivat hinzugefügt werden. Die Green-Tape-Zusammensetzung bzw. -Struktur enthält im allgemeinen ab ungefähr 60–75 Gew.-% des Glaspulvers in dem organischen Bindemittel. Eine geringe Menge eines Füllstoffes wie Aluminiumoxid oder anderer Keramik kann ebenso hinzugefügt werden.
  • Daher wird das oben beschriebene Glaspulver mit einem Harz wie Polyvenyl-Butyrat und einem Lösungsmittel wie Methyl-Äthyl-Keton zusammen mit einer gering(er)en Menge eines Weich machers und eines Tensids in einer Kugelmühle mehrere Stunden lang vermischt, um einen Brei zu erhalten, der in eine Form gegossen oder mit einem Streichblatt auf ein Polyesterband aufgetragen wird, um eine Green-Tape-Schicht zu bilden, die daraufhin getrocknet wird. Das Green-Tape wird dann auf eine gewünschte Größe zugeschnitten, und Durchgangs- bzw. Durchkontaktierungslöcher werden in das Band gestanzt, wobei die Durchkontaktierungslöcher einen Durchmesser von zum Beispiel 200 μm (0,008 Zoll) haben. Dickfilm-Schaltkreismuster werden danach auf herkömmliche Weise wie durch Siebdruck auf jeder der Green-Tape-Schichten mit Dickfilmtinten gebildet.
  • Die Durchkontaktierungslöcher werden dann gefüllt, indem eine leitfähige Fülltinte für Durchkontaktierungen mittels Siebdruckverfahren auf das Band aufgebracht wird.
  • Leitertinten zum Füllen der Durchkontaktierungen werden durch das Beimischen eines leitfähigen Metallpulvers mit einer Partikelgröße von 3–5 Mikrometer wie Kupfer, Silber, Gold und Mischungen und Legierungen hieraus zusammen mit einem Glas bzw. einer Sorte Glas und einem organischen Bindemittel hergestellt. Im vorliegenden Fall wird das Glas so ausgewählt, daß es die drei oben diskutierten Kriterien erfüllt. Das organische Hilfsmittel ist geeigneterweise eine Äthylzellulose und ein Acrylharz, aber auch andere bekannte organische Materialien wie Polymethylmethacrylate, Polyester, Polyolefine und ähnliche können verwendet werden. Die Viskosität der Tinte wird mit einem organischen Lösungsmittel ähnlich denen, die oben für die Herstellung der Green-Tape-Zusammensetzung bzw. -Struktur aufgeführt wurden, eingestellt. Die Tinte wird in einer Drei-Walzen-Mühle gemischt und durch Siebdruck oder andere wohlbekannte Verfahren auf das Green-Tape aufgebracht.
  • Wir haben herausgefunden, daß bestimmte Glasarten bzw. -sorten in dem CaO-Al2O3-SiO2 ternären System im Zusammensetzungsbereich von ungefähr 20–30 Gew.-% Calciumoxid, von ungefähr 15–25 Gew.-% Aluminiumoxid, von ungefähr 45–60 Gew.-% Siliziumoxid und geringen Mengen von zusätzlichen Metalloxiden für die vorliegende Anwendung als Durchkontaktierungstinte zur Verwendung mit herkömmlichen Green-Tape-Zusammensetzungen besonders geeignet sind.
  • Wenn diese Calciumoxid-Aluminosilikat-Gläser ungefähr 35–75 Vol.% des Feststoffes der Durchkontaktierungstinte umfassen, erhält man in den mehrschichtigen Strukturen Durchgänge, die Durchkontaktierungen mit minimalen Beulenhöhen bzw. Überhöhungen (75 Mikrometer) mit passender elektrischer Leitfähigkeit darstellen, Durchkontaktierungen mit geringer oder keiner Porosität und mit guter Kontinuität der Seitenwände mit der umgebenden, dielektrischen Glaskeramik. Darüber hinaus gibt es eine geringe oder keine Tendenz zu Brennrissen in dem angrenzenden dielektrischen Material. Für die Zwecke dieser Erfindung ist das Festkörpervolumen als das zusammengesetzte Volumen des leitfähigen Metallpulvers und des Glaspulvers in einem gegebenen Tintenvolumen definiert.
  • Eine Teil des Glaspulvers in den oben genannten Durchkontaktierungtinten, bis zu ungefähr 50 Vol.-% des Glasbestandteils, kann durch inertes Material mit niedriger Ausdehnung wie geschmolzenes Silizium oder kristallines Cordierit ersetzt werden. Diese Tinten sind angrenzend an das dielektrische Material der Mehrschicht-Keramik frei von Brennrissen, aber sie zeigen eine gewisse Porosität, bis zu 10 Vol.-%. Dies kann auf das Absenken der thermischen Ausdehnung der zusammengesetzten Durchkontaktierungsstruktur zurückzuführen sein, die sich beim Brennen bildet.
  • Das hier als Beispiel gewählte Glas ist ein Calcium-Aluminosilikat-Glas mit folgender Zusammensetzung:
    Komponenten-Oxid Gew.-%
    CaO 26,0
    Al2O3 20,0
    SiO2 50,0
    P2O5 1,5
    ZrO2 2,5
  • Dieses Glas hat eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 905°C. Dieses Glas hat somit eine höhere Tg als das Glas, das zur Herstellung des Green-Tape verwendet wurde, aber die Tg ist niedriger als die maximale Brenntemperatur von 915°C. Darüber hinaus zeigte das Glas bis zu einer Temperatur von 1000°C keine Tendenz zu kristallisieren, was durch das Fehlen einer Kristallisationsspitze in einer Differential-Thermoanalyse bzw. differentiellen Thermoanalyse (DTA) offenkundig wird. Das oben genannte Glas wurde mit Silberpulver in einem Verhältnis von 35–75 Vol.% von Glas zu Silber gemischt. Ein Harzbindemittel und ein Lösungsmittel machen den Rest der Tinte aus.
  • Diese Durchkontaktierungstinte wurde per Siebdruck in die Durchkontaktierungslöcher des obengenannten Green-Tape eingebracht.
  • Sechs der bedruckten Green-Tape-Schichten wurden aufeinander gestapelt, die Durchkontaktierungen aufeinander ausgerichtet und der Stapel in einer Plattenpresse unter Verwendung eines Druckes von 1500 psi bei 90°C zusammengepreßt, um ein grünes Laminat zu bilden.
  • Das resultierende Laminat wurde auf einem vorbereiteten Cu/Mo/Cu-Trägersubstrat-Verbundstoff mit einer darauf befindlichen, bindenden Glasschicht ausgerichtet. Der Verbundstoff wurde allmählich auf 915°C erhitzt, um die organischen Stoffe zu entfernen und das Glas in dem Green-Tape zu sintern.
  • Das gebrannte Keramiksubstrat zeigte Durchkontaktierungen, die mit der Keramikoberfläche bündig waren, keine Brennrisse oder andere Integritätsmängel der Durchkontaktierungen und zeigte keine Porosität. Somit war der Durchgang vollständig gefüllt, und die Probleme mit Brennrissen und Porosität der Durchkontaktierung wurden bei der vorliegenden Kombination von Green-Tape und leitender Durchkontaktierungstinte vermieden.
  • In einem anderen Beispiel wurde eine Durchkontaktierungstinte, bei der 50 Vol.-% des Glasbestandteils der Tinte wie oben beschrieben durch geschmolzenes Siliziumdioxid bzw. Kieselsäure ersetzt wurde, eingesetzt, um die Durchkontaktierungen zu füllen. Wiederum hatte das gebrannte Substrat Durchkontaktierungen mit Beulen bzw. Unebenheiten, die 75 Mikron nicht überstiegen, mit angemessener elektrischer Leitfähigkeit, mit gutem Zusammenhang der seitlichen Wände, und es wurden keine Brennrisse beobachtet. Diese Durchkontaktierungen zeigten ungefähr 5–10% Porosi tät, aber die Poren waren in der Durchkontaktierungsstruktur isoliert und beeinträchtigten nicht die Dichtigkeit der Durchkontaktierungen.
  • Zur Kontrolle wurde Silberpulver mit einem Glas auf Bleibasis in einem Verhältnis von 4 : 1 Gew.-% zusammen mit Äthylzellulose und einem Acrylharz in einem geeigneten Lösungsmittel gemischt, um eine Kontrollzusammensetzung einer Leitertinte zum Füllen der Durchkontaktierungen zu bilden, die auf die Green-Tapes, wie oben für das Beispiel beschrieben, durch Siebdruck aufgebracht wurden. Das Glas auf Bleibasis hatte eine Glasübergangstemperatur von 525°C, wie durch eine DTA-Analyse festgestellt wurde, die viel niedriger war als die Tg des Glases, das zur Herstellung des Green-Tape verwendet wurde. Die Leitertinte zum Füllen der Durchkontaktierungen wurde auf die Green-Tapes durch Siebdruck aufgebracht, sechs der Green-Tapes wurden gestapelt und zusammengepreßt, auf ein Trägersubstrat aus Cu/Mo/Cu-Verbundmetall ausgerichtet und auf 915°C erhitzt, um die organischen Stoffe zu entfernen und das zur Herstellung des Green-Tape verwendete Glas zu sintern.
  • Sämtliche Durchkontaktierungen wiesen Probleme wie Porosität, Trennung der Durchkontaktierungstinte von den Wänden der Durchkontaktierungen, Glasunebenheiten an der Peripherie der Durchkontaktierungen und so weiter auf, welche die gebrannten Mehrschicht-Schaltkreisplatinen unbrauchbar machten.
  • Bei einer anderen Kontrolle wurde eine Durchkontaktierungstinte verwendet, die 50 Vol.-% desselben kristallisierenden Magnesium-Aluminosilikat-Glases wie das zur Herstellung des Green-Tape verwendete enthielt, um eine Fülltinte für Durchkontaktierungen herzustellen. Nach dem Laminieren und Brennen von sechs Schichten von solchem Green-Tape wurden die Durchkontaktierungen überprüft. Sie hatten inakzeptabel hohe Unebenheiten der Durchkontaktierungen von 100–120 Mikrometern Höhe und hatten einen inakzeptabel hohen Grad von Porosität. Es wird angenommen, daß die Kristallisation des Glaszusatzes in der Durchkontaktierungstinte ihre Fähigkeit reduziert, in dem notwendigen Maße zu schrumpfen oder zu fließen.
  • Wenn daher Leitertinten zum Füllen von Durchgängen in Übereinstimmung mit den oben genannte Kriterien hergestellt werden, d. h. das eingesetzte Glas eine Glasübergangstemperatur hat, die höher ist als diejenige des zur Herstellung des Green-Tape verwendeten Glases, jedoch nicht die eingesetzte Spitzenbrenntemperatur überschreitet, wobei das Glas vorzugsweise bei der maximalen Brenntemperatur des Green-Tape nicht kristallisiert, und wenn ein richtiges bzw. passendes Verhältnis von Glas und leitfähigem Metall verwendet wird, tritt die Schrumpfung in den Durchkontaktierungen nach der Schrumpfung in der Green-Tape-Zusammensetzung auf, wodurch sichergestellt wird, daß die Schrumpfung in der Durchkontaktierung auch in der Höhe erfolgt, die Durchkontaktierung fest bzw. solide gefüllt ist und daß Probleme mit der Porosität des Glases und mit Brennrissen des Glases an den Kanten bzw. Rändern der Durchkontaktierung vermieden werden.
  • Obwohl die Erfindung mittels spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, kann ein Fachmann auf diesem Gebiet leicht andere Materialien einschließlich leitfähiger Metalle, der ver schiedenen Glasarten bzw. -sorten und Reaktionsbedingungen anstelle der hier eingesetzten verwenden.

Claims (8)

  1. Vorläufer für eine keramische, mehrlagige Schaltkreisplatine mit einer Mehrzahl von gestapelten Grünbandzusammensetzungen, welche darauf ausgebildete leiffähige Metallschaltungen und Durchgangslöcher haben, wobei der Stapel auf einem Halterungssubstrat gehaltert wird und die Durchgangslöcher mit einer leiffähigen Tinte gefüllt sind, die ein leiffähiges Metallpulver aufweist, und mit einem Glas mit einer Glasübergangstemperatur, die höher ist als die des Glases, welches für die Gründbandzusammensetzung verwendet wird, jedoch niedriger als die maximale Temperatur des Brennens des Grundbandes, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas eine Zusammensetzung mit 20–30 Gew.-% Calciumoxid, 15–25 Gew.-% Aluminiumoxid, 45–60 Gew.-% Siliciumoxid, bis zu 2 Gew.-% Boroxid und bis zu 2 Gew.-% Phosphorpentoxid, und daß die leitfähige Tintenzusammensetzung 30–75 Volumendes Glases und 25–70 Volumen-% des leitfähigen Metalls aufweist.
  2. Vorläufer nach Anspruch 1, wobei das Glas ein Calcium-Aluminium-Silikatglas und bis zu 50 Volumen-% eines zweiten Glases oder eines kristallinen Zusatzstoffes aufweist.
  3. Vorläufer nach Anspruch 2, wobei das zweite Glas oder der kristalline Zusatzstoff geschmolzenes Silicium oder kristallines Cordiarit ist.
  4. Vorläufer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Trägersubstrat ausgewählt ist aus Kovar, Invar und Zusammensetzungen aus Cu/Kovar/Cu, Cu/Mo/Cu oder Cu/Invar/Cu.
  5. Vorläufer nach Anspruch 1, wobei das verwendete Glas zur Herstellung der Grünbandzusammensetzung ein Glas ist, welches eine Glasübergangstemperatur von nicht mehr als 850 °C und eine Brenntemperatur von bis zu 950 °C hat.
  6. Gebrannte Schaltkreisplatine aus einem Vorläufer nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche.
  7. Leitfähige Tinte zur Füllung von Durchgängen mit einem Glas, das eine Zusammensetzung hat, welche 20–30 Gew.-% Calciumoxid, 15–25 Gew.-% Aluminiumoxid, 45–60 Gew.-% Siliciumoxid, bis zu 2 Gew.-% Boroxid und bis zu 2 Gew.-% Phosphorpentoxid und ein leiffähiges Metallpulver aufweist.
  8. Tinte nach Anspruch 7, wobei die Tinte zwischen 30 und 75 Volumen-% des genannten Glases enthält.
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