EP3010870A1 - Metallisierung auf keramischen substraten - Google Patents

Metallisierung auf keramischen substraten

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EP3010870A1
EP3010870A1 EP14725412.2A EP14725412A EP3010870A1 EP 3010870 A1 EP3010870 A1 EP 3010870A1 EP 14725412 A EP14725412 A EP 14725412A EP 3010870 A1 EP3010870 A1 EP 3010870A1
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EP
European Patent Office
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metallization
electrically conductive
ceramic substrate
compounds
paste
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14725412.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Herrmann
Roland Leneis
Alfred Thimm
Alexander Dohn
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Ceramtec GmbH
Original Assignee
Ceramtec GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C04B2111/00844—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for electronic applications

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of metallizations on ceramic substrates for electrical contacting as well as ceramic substrates with metallizations.
  • the invention relates to the production of weldable and solderable metallizations on ceramic substrates.
  • Active and passive electronic components which are applied to ceramic circuit boards are usually soldered or welded to the circuit boards by means of soft solder.
  • these components and the circuit boards must have solderable or weldable metals, for example, with conventional soft solders, in particular SnAgCu alloys, alloys.
  • Passive electrical components such as Bobbins include one
  • Core made of ceramic, which is wrapped with a conductive metal wire, often made of copper.
  • the metallization serves not only the electrical connection of the coil wire, but also the fixation of the coil wire on the bobbin.
  • the coil wire is generally friction welded to the on the
  • the metallizations on the electrical components and on the circuit boards must therefore contain solderable and / or weldable, conductive metals such as copper, nickel, gold or silver.
  • Substrates are insufficient or do not form a solderable or weldable surface.
  • a closed, sheet-like surface of the metallization is desired.
  • Such metallization can not currently be directly, i. E. can be achieved without a complicated sequence of layers made of different metals.
  • the tungsten / glass base metallization serves to firmly bond the
  • Metallization on the ceramic e.g. by immersion in the metallizing paste or by means
  • tungsten is not a good electrical conductor and can not
  • a chemically or electroless nickel layer is applied, which is solderable and weldable. Since nickel on the tungsten layer does not deposit directly by chemical galvanization, the tungsten layer must be seeded with palladium as the catalyst prior to nickel deposition.
  • the nickel layer can, if it is made sufficiently thick, soldered or welded. However, finer copper, aluminum or gold wires than coil wire or as a connection to electronic components on the
  • a gold coating must additionally be applied to the metallization. Since gold forms an alloy with nickel, another palladium layer can be provided between the nickel and gold coatings as a release layer. The palladium layer also serves to protect against corrosion. Both the palladium and the gold layer are usually by electrochemical galvanization or from electroless baths
  • the object of the invention is therefore to simplify the one hand, the production of metallizations on ceramic substrates and on the other hand, the
  • a method for producing an electrically conductive metallization on ceramic substrates comprises the following steps:
  • Adhesive layer can be applied to the ceramic substrate, usually made of tungsten, since electrically conductive, solderable and / or weldable metals easily over sinter or not sufficiently adhere to ceramic substrates. This is particularly true for the cheap and therefore often used nickel.
  • the invention also relates to ceramic substrates with an electrically conductive metallization, wherein the metallization is solderable and / or weldable. These ceramic substrates differ from the metallized substrates known from the prior art in that the metallization is in direct contact with the ceramic substrate and not on a
  • Base metallization for example, tungsten, is applied.
  • ceramic substrates in particular oxide ceramics such as Al 2 O 3, Al 2 O 3 ZrO 2, Al 2 O 3 -SiO 2, but also dielectric or magnetic materials in question.
  • oxide ceramics such as Al 2 O 3, Al 2 O 3 ZrO 2, Al 2 O 3 -SiO 2, but also dielectric or magnetic materials in question.
  • all common ceramic substrates can be used.
  • the invention is particularly advantageous when conductive metals whose melts have a high surface energy, for example above 0.9 N / m, preferably greater than 1, 0 N / m, more preferably greater than 1, 2 N / m and in particular greater than 1 , 4 N / m, should be used.
  • a high surface energy for example above 0.9 N / m, preferably greater than 1, 0 N / m, more preferably greater than 1, 2 N / m and in particular greater than 1 , 4 N / m, should be used.
  • the stoving atmosphere can further improve wetting.
  • the at least one electrically conductive metal is preferably at least one element of the transition elements VIIIB, in particular Fe, Co, Ni and / or Cu comprises.
  • metallization can be sintered directly onto the ceramic since the problem of "sintering" of the electrically conductive material does not occur.
  • the inventors have recognized that the sintering phenomenon is substantially related to the surface energy of the melt of the electrically conductive material If this surface energy is high, as in the case of the frequently used nickel (surface energy of the melt: 1.77 N / m), the sintering electrically conductive material has a strong tendency to surface reduction as the most energetically favorable state of the material even at temperatures that are actually below the melting temperature of this material.
  • the surface energy of a material determines its wetting properties. At high surface energies there is a poor wetting ability and vice versa. For this reason, the sintering can be avoided by lowering the surface energy of the metals to be applied.
  • the metallizing paste comprises only the electrically conductive metal and the necessary for pasting additives, so a pasting agent.
  • the pasting agent may comprise, for example, a solution of 5 to 25% by weight of ethylcellulose in terpineol.
  • the system binder solvent may also consist of other (conventional) components such as polyvinyl butyral or polyacrylates with Texanol, butylcarbitol and the like, preferably in a proportion of 5 to 25 wt .-%, consist.
  • a molten copper has a low surface energy compared to, for example, a molten nickel, which is 1.36 N / m.
  • the surface energy is so low without further additives that copper powder only must be pasted with appropriate additives and can be baked.
  • the surface energy of a nickel melt is 1, 77 N / m and is therefore too high to be directly on the without further additives
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that the additives are selected according to that a melt of the mixture of the at least one electrically conductive metal and the additives a smaller
  • a further preferred embodiment provides as additives at least one element of the transition groups IVB, VB, VIB, in particular Ti, Zr, W and / or Al and / or their compounds such as crystalline or glassy oxides, nitrides, borides, carbides or compounds with mixed anions such as carbonitrides in front.
  • additive metals in particular metals which enter into alloys with the one or more electrically conductive metals.
  • the metals are particularly preferably selected from Cu, Fe, Ti, Zr, W and / or Al.
  • the alloys can lower the surface energy as the additive (s) break the internal structures of the melt of the electrically conductive material responsible for the high surface energies. The cohesive forces in the melt are reduced.
  • the relationship between the surface energies and the alloy can be estimated using the Butler equation.
  • Carbonitrides are used which are dissolved in the melt of the electrically conductive metal or at least finely dispersed.
  • the oxidation or nitration of, for example, metals can advantageously also take place during the baking process by baking under a certain atmosphere, for example under N 2 gas or in moist air.
  • metals can be used, which initially alloy with the electrically conductive metal and thus contribute to reducing the surface energy.
  • the metal oxide or metal nitride takes over the role of the metal as an additive, so that a synergy effect can be achieved here.
  • Examples of such compounds are, without limitation, TiN, ZrN, ZrC, ZrB 2 , TiCN. It is essential that the compounds have a good wettability for the electrically conductive metal, so that the wetting the
  • Cohesion of the melt can be overcome.
  • a further preferred embodiment of the invention provides for the addition of adhesion promoters to the metallization paste. If glasses are used, they can on the one hand improve the adhesion to the ceramic, ie their function as a
  • the metallization paste can be applied to the ceramic substrate by different methods. Preference is given to diving in the
  • a major advantage of the metallization pastes presented here is also the low stoving temperatures in comparison with the stoving temperatures of the usual tungsten base metallization. Preferably, these are between 800 and 900 ° C and more preferably between 830 and 870 ° C.
  • a further layer can be applied via the electrically conductive metallization. If, for example, a particularly thick nickel layer is to be present, which is readily weldable, then an electroless nickel layer can subsequently be applied.
  • the burned-in metallization already consists of nickel as a conductive metal, in contrast to the prior art, no previous nucleation with palladium as a catalyst is necessary because electroless nickel can be deposited directly on a nickel-containing layer. This avoids on the one hand the expensive raw material Pd and on the other hand the process step of diving into a Pd salt solution.
  • a metallization of copper or nickel which is connected via inexpensive glassy or crystalline oxides to the base ceramic in terms of conductivity and welding or solderability would be optimal. Especially at the
  • Adhesive can be baked. Should the metallization, however
  • Metallization can not be baked without energy-reducing additives.
  • Ferromagnetic metal alloys must be reduced to offset the tendency to surface reduction.
  • BUTLER Equation the relationship between the surface energies of the elements and the alloy again.
  • Copper has a surface energy of 1, 36 N / m and iron even of 1, 92 N / m.
  • the tendency to surface reduction can also be reduced by adding separating particles, such as metal compounds with lower surface energy and / or poor wettability such as oxides, nitrides, carbides, borides, for this purpose compounds of nickel (such as NiO) or copper ( like CU2O, which in glasses or in substance both the adhesion to copper and on
  • separating particles such as metal compounds with lower surface energy and / or poor wettability such as oxides, nitrides, carbides, borides, for this purpose compounds of nickel (such as NiO) or copper ( like CU2O, which in glasses or in substance both the adhesion to copper and on
  • Ceramics improved or glasses (such as SiO 2 -ZnO-B 2 O 3 or MnO-SiO 2 -Al 2 O 3 ) are used, which also improve the adhesion to the ceramic.
  • an electrically conductive metal for example Ti, Zr, Fe or W, in elemental form or as a compound.
  • alloy formation occurs with the Cu or Ni, i. the electrically conductive metal.
  • reaction gas N 2 , moisture
  • reaction gas N 2 , moisture
  • compounds such as TiN or FeO from the additives, which inhibit the sintering of the nickel and improve the adhesion to the ceramic.
  • a U-shaped oxide ceramic bobbin is metallized by dipping the ends in a paste of Ni, Fe, Cu and possibly other materials and glass.
  • the Metallization paste may, for example, have the following composition: 50% by weight of Ni, 0 to 20% by weight of Fe and / or 0 to 20% by weight of Ti and / or 0 to 20% by weight of Al, 10 to 20% by weight. -% Cu and / or 0 to 20 wt .-% CuO and / or 0 to 20 wt .-% Cu 2 O, 10 wt .-% of a MnO-SiO 2 -AI 2 O 3 glass.
  • the copper powder can be partially or completely replaced by copper oxide, CuO or Cu 2 O.
  • the iron can be partially or completely replaced by titanium powder and / or aluminum powder.
  • the glass has the composition 50% by weight MnO, 40% by weight SiO 2 and 10% by weight Al 2 O 3 .
  • the metallization paste is sintered for 30 min at 1100 ° C in moist hydrogen with dew point 20 ° C.
  • a mixture of ZnO-SiO 2 -B 2 O 3 AI-2 can O3 TiO 2 -ZrO 2 are used, for example: 35 wt .-% ZnO, 35 wt .-% SiO 2, 20 wt .-% B 2 O 3 , 5 wt .-% Al 2 O 3 , remainder TiO 2 and ZrO 2 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von schweiß- und lötbaren Metallisierungen auf keramischen Substraten zur elektrischen Kontaktierung sowie keramische Substrate mit solchen Metallisierungen.

Description

Metallisierung auf keramischen Substraten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallisierungen auf keramischen Substraten zur elektrischen Kontaktierung sowie keramische Substrate mit Metallisierungen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung von schweißbaren und lötbaren Metallisierungen auf keramischen Substraten.
Aktive und passive elektronische Komponenten, die auf keramische Leiterplatten aufgebracht werden, werden üblicherweise auf den Leiterplatten mittels Weichlot verlötet oder verschweißt. Dafür müssen diese Komponenten und die Leiterplatten löt- oder schweißbare Metalle aufweisen, die beispielsweise mit üblichen Weichloten, insbesondere SnAgCu-Legierungen, Legierungen eingehen.
Passive elektrische Komponenten wie z.B. Spulenkörper umfassen einen
Isolierkörper (Core) aus Keramik, der mit einem leitfähigen Metalldraht, häufig aus Kupfer, umwickelt ist. Die elektrische Anbindung der Spule, also des leitfähigen Spulendrahts, erfolgt über eine Metallisierung, die auf dem keramischen Isolierkörper aufgebracht ist. Die Metallisierung dient dabei nicht nur der elektrischen Anbindung des Spulendrahts, sondern auch der Fixierung des Spulendrahts am Spulenkörper. Der Spulendraht wird im Allgemeinen mittels Reibschweißens mit der auf der
Keramik aufgebrachten Metallisierung verbunden. Über die gleiche Metallisierung kann auch die elektrische Verbindung der elektrischen Komponente beispielsweise an eine Leiterplatte erfolgen.
Die Metallisierungen an den elektrischen Komponenten und auf den Leiterplatten müssen daher löt- und/oder schweißbare, leitfähige Metalle wie Kupfer, Nickel, Gold oder Silber enthalten.
Die genannten Metalle, insbesondere gut leitende und gut lötbare und/oder gut schweißbare Metalle wie Kupfer oder Nickel, haften jedoch auf keramischen
Substraten nicht ausreichend oder bilden keine löt- oder schweißbare Oberfläche. Wird beispielsweise eine Nickel-Glas-Metallisierung bei relativ niedrigen
Temperaturen eingebrannt, ist die Haftung zwischen Keramik und Metallisierung nicht ausreichend. Wird die Nickel-Glas-Metallisierung bei höheren Temperaturen eingebrannt,„übersintert" die Metallisierung. Diese„Übersinterung" führt dazu, dass ein unregelmäßiges Metallnetz entsteht, das nicht ausreichend verlötet oder verschweißt werden kann.
Damit eine gute Verlöt- oder Verschweißbarkeit gegeben ist, wird eine geschlossene, blechartige Oberfläche der Metallisierung angestrebt. Eine solche Metallisierung kann mit den genannten Metallen derzeit nicht direkt, d.h. ohne eine aufwändig herzustellende Schichtabfolge aus unterschiedlichen Metallen, erzielt werden.
Derzeit gängige Metallisierungen weisen beispielsweise eine Schichtenabfolge aus Wolfram/Glas, Nickel, Palladium und Gold oder auch aus Silber-Palladium auf.
Die Wolfram/Glas-Grundmetallisierung dient der haftfesten Anbindung der
Metallisierung auf der Keramik. Dafür wird eine Metall-Glas-Paste auf die Keramik aufgebracht, z.B. mittels Eintauchens in die Metallisierungspaste oder mittels
Siebdrucks. Diese Paste muss bei Temperaturen über 1000°C eingebrannt werden.
Allerdings ist Wolfram kein guter elektrischer Leiter und kann auch nicht
zufriedenstellend gelötet werden. Deshalb wird in einem nächsten Schritt eine chemisch oder stromlos Nickel-Schicht aufgebracht, die löt- und schweißbar ist. Da sich Nickel auf der Wolframschicht nicht direkt durch chemische Galvanisierung abscheidet, muss die Wolfram-Schicht vor der Nickelabscheidung mit Palladium als Katalysator bekeimt werden.
Die Nickel-Schicht kann, wenn sie ausreichend dick ausgeführt ist, verlötet oder verschweißt werden. Sollen jedoch feinere Kupfer-, Aluminium- oder Golddrähte als Spulendraht oder als Verbindung zu elektronischen Komponenten auf die
Metallisierung aufgebracht werden oder soll eine elektrische Anbindung mittels Bonden erfolgen, muss zusätzlich noch eine Goldbeschichtung auf der Metallisierung aufgebracht werden. Da Gold mit Nickel eine Legierung bildet, kann eine weitere Palladiumschicht zwischen der Nickel- und der Goldbeschichtung als Trennschicht vorgesehen werden. Die Palladium-Schicht dient auch dem Korrosionsschutz. Sowohl die Palladium- als auch die Goldschicht werden in der Regel durch elektrochemische Galvanisierung oder aus stromlos arbeitenden Bädern
abgeschieden.
Aus diesen Ausführungen wird deutlich, dass die elektrische Anbindung auf keramischen Substraten mittels Metallisierung mit vielen verschiedenen
Arbeitsschritten, vielen verschiedenen Verfahren und teuren Materialien,
insbesondere Palladium, Silber und Gold verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einerseits die Herstellung von Metallisierungen auf keramischen Substraten zu vereinfachen und andererseits auch die
Herstell kosten durch die Vermeidung von teuren Materialien und durch die
Vereinfachung des Verfahrens zu senken.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein Produkt gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Demgemäß umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Metallisierung auf keramischen Substraten, wobei die Metallisierung in direktem Kontakt mit dem keramischen Substrat steht und löt- und/oder schweißfähig ist, die folgenden Schritte:
a) Herstellen einer Metallisierungspaste, umfassend zumindest ein elektrisch leitfähiges, löt- und/oder schweißfähiges Metall;
b) Aufbringen der Metallisierungspaste auf das keramische Substrat;
c) Einbrennen der Metallisierungspaste.
Dieses Verfahren hat gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten
Verfahren den Vorteil, dass die elektrisch leitfähige, löt- und/oder schweißbare Metallisierung direkt auf das keramische Substrat aufgebracht werden kann. Nach den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren muss zunächst eine
Haftvermittlerschicht auf das keramische Substrat aufgebracht werden, meist aus Wolfram, da elektrisch leitfähige, löt- und/oder schweißbare Metalle leicht übersintern oder auf keramischen Substraten nicht ausreichend haften. Dies trifft insbesondere auf das günstige und daher häufig verwendet Nickel zu. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch keramische Substrate mit einer elektrisch leitfähigen Metallisierung, wobei die Metallisierung löt- und/oder schweißfähig ist. Diese keramischen Substrate unterscheiden sich von den aus dem Stand der Technik bekannten metallisierten Substraten dadurch, dass die Metallisierung in direktem Kontakt mit dem keramischen Substrat steht und nicht auf eine
Grundmetallisierung, beispielsweise aus Wolfram, aufgebracht ist.
Als keramische Substrate kommen insbesondere Oxidkeramiken wie AI2O3, AI2O3- ZrO2, AI2O3-S1O2, aber auch dielektrische oder magnetische Werkstoffe infrage. Grundsätzlich können alle gängigen Keramiksubstrate Verwendung finden.
Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Metallisierungspaste so
zusammengesetzt, dass eine Schmelze aus dem elektrisch leitfähigen Material oder die Schmelze aus dem elektrisch leitfähigen Material und den Additiven eine
Oberflächenspannung von kleiner als 1 ,4 N/m, bevorzugt kleiner als 1 ,2 N/m und besonders bevorzugt kleiner als 1 ,0 N/m bzw. kleiner als 0,9 N/m aufweist.
Analog ist die Erfindung dann besonderes vorteilhaft, wenn leitfähige Metalle, deren Schmelzen eine hohe Oberflächenenergie, beispielsweise oberhalb von 0,9 N/m, bevorzugt größer 1 ,0 N/m, besonders bevorzugt größer 1 ,2 N/m und insbesondere größer 1 ,4 N/m, aufweisen, verwendet werden sollen. Diese hohen
Oberflächenenergien können herabgesetzt werden, so dass die Metalle besser die Keramik und das eventuell zur Erhöhung der Haftfestigkeit zugegebene Glas benetzen. Dadurch wird das Einbrennen als Metallisierung direkt auf einem
Keramiksubstrat möglich.
Über die Einbrenn-Atmosphäre kann die Benetzung weiter verbessert werden. Indem geringste Mengen Sauerstoff oder Wasserdampf zudosiert werden, kann die
Oxidbildung der Metalle angeregt und damit die Reaktion mit der Keramik verstärkt werden. Als das zumindest eine elektrisch leitfähige Metall ist bevorzugt zumindest ein Element der Übergangselemente VIIIB, insbesondere Fe, Co, Ni und/oder Cu umfasst.
Werden diese Grenzwerte eingehalten, können Metallisierungen direkt auf die Keramik aufgesintert werden, da das Problem der„Übersinterung" des elektrisch leitfähigen Materials nicht auftritt. Die Erfinder haben erkannt, dass das Phänomen der Übersinterung im Wesentlichen mit der Oberflächenenergie der Schmelze des elektrisch leitfähigen Materials zusammenhängt. Ist diese Oberflächenenergie hoch, wie z.B. bei dem häufig verwendeten Nickel (Oberflächenenergie der Schmelze: 1 ,77 N/m), weist das sinternde elektrisch leitfähige Material eine starke Tendenz zur Oberflächenverkleinerung als energetisch günstigstem Zustand auf. Die Folge dieser Tendenz ist das Übersintern des Materials schon bei Temperaturen, die eigentlich unterhalb der Schmelztemperatur dieses Materials liegen.
Die Oberflächenenergie eines Materials bestimmt seine Benetzungseigenschaften. Bei hohen Oberflächenenergien liegt ein schlechtes Benetzungsvermögen vor und umgekehrt. Aus diesem Grund kann die Übersinterung vermieden werden, indem die Oberflächenenergie der aufzubringenden Metalle herab gesetzt wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Metallisierungspaste lediglich das elektrisch leitfähige Metall und die zur Anpastung notwenigen Zusatzstoffe, also ein Anpastungsmittel. Das Anpastungsmittel kann beispielsweise eine Lösung aus 5 bis 25 Gew.-% Ethylcellulose in Terpineol umfassen. Das System Binder-Lösungsmittel kann aber auch aus anderen (üblichen) Komponenten wie Polyvinylbutyral oder Polyacrylaten mit Texanol, Butylcarbitol u.a., bevorzugt mit einem Anteil von 5 bis 25 Gew.-%, bestehen.
Diese Ausführungsform der Erfindung ist beispielsweise für reine Kupfer- Metallisierungen möglich. Eine Kupferschmelze hat im Vergleich zu beispielsweise einer Nickelschmelze eine geringe Oberflächenenergie, die bei 1 ,36 N/m liegt. Damit ist die Oberflächenenergie ohne weitere Zusätze so niedrig, dass Kupfer-Pulver nur mit entsprechenden Zusätzen angepastet werden muss und eingebrannt werden kann.
Anders ist dies bei Nickel. Die Oberflächenenergie einer Nickelschmelze liegt bei 1 ,77 N/m und ist damit zu hoch, um ohne weitere Zusätze direkt auf dem
keramischen Substrat eine löt- und/oder schweißfähige Schicht ausbilden zu können. Es ist daher notwendig Additive zuzusetzen, um die vergleichsweise hohe
Oberflächenenergie einer Nickelschmelze zu verringern.
Daher sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Additive danach ausgewählt werden, dass eine Schmelze aus der Mischung aus dem zumindest einen elektrisch leitfähigen Metall und den Additiven eine geringere
Oberflächenenergie aufweist als eine Schmelze, die nur aus dem elektrisch leitfähigen Metall besteht.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht als Additive zumindest ein Element der Übergangsgruppen IVB, VB, VIB, insbesondere Ti, Zr, W und/oder AI und/oder deren Verbindungen wie kristalline oder glasartige Oxide, Nitride, Boride, Carbide oder Verbindungen mit Mischanionen wie Carbonitriden vor.
Besonders bevorzugt können dies Additive Metalle sein, insbesondere Metalle, die mit dem oder den elektrisch leitfähigen Metallen Legierungen eingehen. Besonders bevorzugt werden die Metalle aus Cu, Fe, Ti, Zr, W und/oder AI ausgewählt. Die Legierungen können die Oberflächenenergie senken, indem das oder die Additive die inneren Strukturen der Schmelze des elektrisch leitfähigen Materials aufbrechen, die für die hohen Oberflächenenergien verantwortlich sind. Die Kohäsionskräfte in der Schmelze werden verringert. Über die Butler-Gleichung kann der Zusammenhang zwischen den Oberflächenenergien und der Legierung abgeschätzt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können als Additive auch kristalline oder glasartige Oxide, Carbide, Nitride, Boride oder
Carbonitride verwendet werden, die in der Schmelze des elektrisch leitfähigen Metalls gelöst oder wenigstens fein dispergiert sind. Die Oxidation oder Nitrierung von beispielsweise Metallen kann vorteilhaft auch während des Einbrennens erfolgen, indem unter einer bestimmten Atmosphäre, z.B. unter N2-Gas oder bei feuchter Luft eingebrannt wird. So können Metalle verwendet werden, die zunächst mit dem elektrisch leitfähigen Metall legieren und damit zur Senkung der Oberflächenenergie beitragen. Bei fortschreitender Oxidierung oder Nitrierung übernimmt dann das Metalloxid oder das Metallnitrid die Rolle des Metalls als Additiv, so dass sich hier ein Synergie-Effekt erzielen lässt.
Beispiele für solche Verbindungen sind ohne Beschränkung der Allgemeinheit: TiN, ZrN, ZrC, ZrB2, TiCN. Wesentlich ist, dass die Verbindungen eine gute Benetzbarkeit für das elektrisch leitfähige Metall aufweisen, so dass über die Benetzung die
Kohäsion der Schmelze überwunden werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht den Zusatz von Haftvermittlern zu der Metallisierungspaste vor. Werden Gläser verwendet, können diese zum einen die Haftung zur Keramik verbessern, also ihre Funktion als
Haftvermittler erfüllen und andererseits aber auch zur Senkung der
Oberflächenenergie der Schmelze des elektrisch leitenden Metalls beitragen. Dies trifft insbesondere für oxidische Gläser wie S1O2, B12O3, ZnO, Erdalkalimetalloxide oder Oxide aus der Hauptgruppe III oder Mischungen aus diesen Verbindungen zu.
Die Metallisierungspaste kann über unterschiedliche Verfahren auf das keramische Substrat aufgebracht werden. Bevorzugt werden das Tauchen in die
Metallisierungspaste, beispielsweise für Terminationen von U-förmigen
Spulenkörpern. Siebdruck- oder Tampondruck-Verfahren, Sprühen oder ähnliche Verfahren, eignen sich eher für das Aufbringen von Metallisierungen auf Leiterplatten oder andere beliebig geformte, insbesondere flächige keramische Substrate.
Ein großer Vorteil der hier vorgestellten Metallisierungspasten sind auch die niedrigen Einbrenntemperaturen im Vergleich mit den Einbrenntemperaturen der üblichen Wolfram-Grundmetallisierung. Bevorzugt liegen diese zwischen 800 und 900°C und besonders bevorzugt zwischen 830 und 870°C. Anschließend an das Einbrennen der Metallisierungspaste kann über die elektrisch leitfähige Metallisierung eine weitere Schicht aufgebracht werden. Soll beispielsweise eine besonders dicke Nickelschicht vorhanden sein, die gut schweißbar ist, kann anschließend noch eine stromlos Nickel-Schicht aufgebracht werden. Besteht die eingebrannte Metallisierung schon aus Nickel als leitfähigem Metall ist, im Gegensatz zum Stand der Technik, keine vorherige Bekeimung mit Palladium als Katalysator nötig, weil stromlos Nickel direkt auf einer Nickel-haltigen Schicht abgeschieden werden kann. Dies vermeidet zum einen den teuren Rohstoff Pd und andererseits den Verfahrensschritt des Tauchens in eine Pd-Salzlösung.
Auf die Metallisierung könnte bei Bedarf auch problemlos Silber oder Gold galvanisch abgeschieden werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.
Grundsätzlich wäre eine Metallisierung aus Kupfer oder Nickel, die über preiswerte glasartige oder kristalline Oxide an die Grundkeramik angebunden wird hinsichtlich Leitfähigkeit und Schweiß- bzw. Lötbarkeit optimal. Insbesondere bei der
Verwendung von Nickel besteht aber das Problem der schnellen und starken
Sinterung, was eine Folge seiner hohen Oberflächenenergie von 1 ,77 N/m ist.
Kupfer hat dagegen nur eine Oberflächenenergie von 1 ,36 N/m, weshalb
Kupfermetallisierungen auch direkt auf keramischen Substraten mit und ohne
Haftvermittler eingebrannt werden können. Soll die Metallisierung jedoch
ferromagnetisch sein, ist die Zugabe eines entsprechenden Metalls notwendig.
Dadurch wird die Oberflächenenergie der Cu-Schmelze erhöht. Eine solche
Metallisierung kann ohne energiesenkende Additive nicht eingebrannt werden.
Hohe Oberflächenenergien insbesondere des Nickels, aber auch von
ferromagnetischen Metalllegierungen müssen herabgesetzt werden, um die Neigung zur Oberflächenreduzierung abzufangen. Für binäre Systeme gibt die BUTLER- Gleichung den Zusammenhang zwischen den Oberflächenenergien der Elemente und der Legierung wieder.
Eine binäre Legierung von 60 Gew.-% Kupfer mit 40 Gew.-% Eisen hat
beispielsweise nur noch eine Oberflächenenergie von 1 ,22 N/m, obwohl die
Oberflächenenergie beider Metalle deutlich über diesem Wert liegen. Kupfer hat eine Oberflächenenergie von 1 ,36 N/m und Eisen sogar von 1 ,92 N/m. Die
Oberflächenenergie der Legierung kann durch Zugabe von Aluminium mit einer Oberflächenenergie von 0,50 N/m sogar noch weiter gesenkt werden. Selbst durch Zugabe von Eisen zum Nickel kann dessen Oberflächenenergie leicht um 2% gesenkt werden.
Auch durch Zugabe von trennenden Partikeln wie Metallverbindungen mit niedrigerer Oberflächenenergie und/oder schlechter Benetzbarkeit wie Oxide, Nitride, Carbide, Boride kann die Neigung zur Oberflächenreduzierung ( =„Übersinterung") vermindert werden. Hierzu können Verbindungen von Nickel (wie NiO) oder Kupfer (wie CU2O, das in Gläsern oder in Substanz sowohl die Haftung auf Kupfer als auch auf
Keramiken verbessert) oder Gläser (wie SiO2-ZnO-B2O3 oder MnO-SiO2-AI2O3) dienen, die auch die Haftung zur Keramik verbessern.
Ferner kann eine Zugabe weiterer Metalle zum Nickel als elektrisch leitfähigem Metall, beispielsweise Ti, Zr, Fe oder W, in elementarer Form oder als Verbindung erfolgen. Beim Aufsintern auf die Keramik erfolgt eine Legierungsbildung mit dem Cu bzw. Ni, d.h. dem elektrisch leitfähigen Metall.
Durch die geeignete Wahl des Reaktionsgases (N2, Feuchtigkeit) können aus den Additiven auch Verbindungen wie TiN oder FeO erzeugen, welche die Übersinterung des Nickels hemmen und die Haftung zur Keramik verbessern.
Beispiele :
Ein U-förmiger oxid keramischer Spulenkörper wird metallisiert durch Tauchen der Enden in eine Paste aus Ni, Fe, Cu und ggf. weitere Materialien sowie Glas. Die Metallisierungspaste kann beispielsweise folgende Zusannnnensetzung aufweisen: 50 Gew.-% Ni, 0 bis 20 Gew.-% Fe und/oder 0 bis 20 Gew.-% Ti und/oder 0 bis 20 Gew.- % AI, 10 bis 20 Gew.-% Cu und/oder 0 bis 20 Gew.-% CuO und/oder 0 bis 20 Gew.- % Cu2O, 10 Gew.-% eines MnO-SiO2-AI2O3-Glases.
In dem Ausführungsbeispiel umfasst die Paste 50% feines Nickelpulver (d50 = 5 μιτι), 20% Eisenpulver (d50 = 5 μηη), 20% Kupferpulver (d50 = 5 μηη) und 10% eines Glaspulvers MnO (50 Gew.-%)-SiO2 (40 Gew.-%) -AI2O3 (10 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des Glases), angepastet in einer Lösung aus 10 Gew.-% Ethylcellulose in Terpineol, bei einer Viskosität von 30 Pa*s.
Das Kupferpulver kann teilweise oder ganz durch Kupferoxid, CuO oder Cu2O, ersetzt werden.
Das Eisen kann teilweise oder vollständig ersetzt werden durch Titanpulver und/oder Aluminium-Pulver.
In einem weiteren Beispiel wird die Metallisierungspaste aus einer Mischung aus Ni, W, W(VI)-oxid sowie Glas und dem vorstehend beschriebenen Anpastungsmittel hergestellt. Es werden 70 Gew.-% Ni, 15 Gew.-% W, 5 Gew.-% W(VI)-oxid und 10 Gew.-% Glas als Pulver (d50 = 5 μιτι) miteinander vermischt und angepastet. Das Glas hat die Zusammensetzung 50 Gew.-% MnO, 40 Gew.-% SiO2 und 10 Gew.-% AI2O3. Die Metallisierungspaste wird 30 min bei 1100°C in feuchtem Wasserstoff mit Taupunkt 20°C aufgesintert.
Als Glaspulver kann auch eine Mischung aus ZnO-SiO2-B2O3-AI2O3-TiO2-ZrO2 verwendet werden, beispielsweise: 35 Gew.-% ZnO, 35 Gew.-% SiO2, 20 Gew.-% B2O3, 5 Gew.-% AI2O3, Rest TiO2 und ZrO2.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Metallisierung auf
keramischen Substraten, wobei die Metallisierung in direktem Kontakt mit dem keramischen Substrat steht und löt- und/oder schweißfähig ist, umfassend die Schritte:
a) Herstellen einer Metallisierungspaste, umfassend zumindest ein elektrisch leitfähiges, löt- und/oder schweißfähiges Metall;
b) Aufbringen der Metallisierungspaste auf das keramische Substrat;
c) Einbrennen der Metallisierungspaste.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Metallisierungspaste neben dem zumindest einen elektrisch leitfähigen Metall zumindest ein Additiv umfasst ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Schmelze aus dem elektrisch leitfähigen Material oder die Schmelze aus dem elektrisch leitfähigen Material und ggf. den Additiven eine Oberflächenenergie von kleiner als 1 ,4 N/m, bevorzugt kleiner als 1 ,2 N/m und besonders bevorzugt kleiner als 1 ,0 N/m oder kleiner 0,9 N/m aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine elektrisch leitfähige Metall zumindest ein Element der Übergangselemente VI IIB, insbesondere Fe, Co, Ni und/oder Cu umfasst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als das zumindest eine Additiv Elemente der Übergangsgruppen IVB, VB, VIB, insbesondere Ti, Zr, W und/oder AI und/oder deren Verbindungen wie kristalline oder glasartige Oxide, Nitride, Boride, Carbide und/oder
Verbindungen mit Mischanionen wie Carbonitriden umfasst sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungspaste zusätzlich Haftvermittler, insbesondere Gläser, besonders bevorzugt umfassend S1O2, B12O3, ZnO, T1O2, MnO, Erdalkalimetalloxide oder Oxide aus der Hauptgruppe III oder Mischungen aus diesen Verbindungen umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Anpastungsmittel eine Lösung aus 5 bis 25 Gew.-% Ethylcellulose in Terpineol oder Polyvinylbutryral oder Polyacrylaten mit Texanol oder
Butylcarbitol umfasst ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b), das Aufbringen der Metallisierungspaste auf das keramische Substrat, durch Tauchen des Substrats in die Metallisierungspaste oder durch Aufbringen der Metallisierungspaste mittels eines Siebdruck- oder
Tampondruck-Verfahrens oder mittels Sprühens umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c), das Einbrennen, bei Temperaturen zwischen 800 und 900°C, bevorzugt zwischen 830 und 870°C, erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbrennen unter Verwendung eines Reaktionsgases, insbesondere unter N2-Atmosphäre oder mit feuchter Luft, erfolgt.
11 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die elektrisch leitfähige Metallisierung eine weitere Schicht, insbesondere aus Ni, Ag oder Au aufgebracht wird.
12. Keramisches Substrat mit einer elektrisch leitfähigen Metallisierung, wobei die Metallisierung löt- und/oder schweißfähig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die löt- und/der schweißfähige Metallisierung in direktem Kontakt mit dem keramischen Substrat steht.
13. Keramisches Substrat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung zumindest ein elektrisch leitfähiges Metall ausgewählt aus den Übergangselementen VIIIB, insbesondere Fe, Co, Ni und/oder Cu umfasst.
14. Keramisches Substrat nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Metallisierung zusätzlich zumindest ein Additiv umfasst, ausgewählt aus den Elementen der Übergangsgruppen IVB, VB, VIB, insbesondere Ti, Zr, W und/oder AI und/oder deren Verbindungen wie kristalline oder glasartige Oxide, Nitride, Boride, Carbide und/oder
Verbindungen mit Mischanionen wie Carbonitride.
15. Keramisches Substrat nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Metallisierung zusätzlich einen Haftvermittler umfasst, insbesondere Gläser, besonders bevorzugt umfassend S1O2, B12O3, ZnO, ΤΊΟ2, MnO, Erdalkalimetalloxide oder Oxide aus der Hauptgruppe III oder Mischungen aus diesen Verbindungen.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015216642A1 (de) * 2015-08-31 2017-03-02 Ceramtec Gmbh Kupfermetallisierung für Keramik
CN107010849B (zh) * 2017-05-10 2020-06-16 北京工业大学 钼组玻璃与可伐合金的激光焊接工艺方法
EP3427889B1 (de) * 2017-07-14 2021-02-24 Ansaldo Energia IP UK Limited Luftlötungsfüllmaterial für metallisierung und verbindung von keramiken sowie verfahren zur metallisierung und verbindung von keramischen oberflächen
CN108169286B (zh) * 2018-01-08 2020-09-15 中国电子科技集团公司第二十四研究所 一种用于三氯乙烯溶剂电导率测试探头的制备方法及产品
CN108516871B (zh) * 2018-04-23 2020-12-22 哈尔滨工业大学（威海） 一种多孔氮化硅陶瓷的表面金属化方法
CN109111243B (zh) * 2018-09-20 2020-12-11 界首永恩机电科技有限公司 一种陶瓷工艺品表面喷施复合铜粉末的方法
DE102019109308A1 (de) * 2019-04-09 2020-10-15 Tdk Electronics Ag Keramisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung des keramischen Bauelements
CN111438412A (zh) * 2020-04-16 2020-07-24 山东威尔斯通钨业有限公司 一种钨铜合金表面喷银技术
JP7540459B2 (ja) * 2022-05-09 2024-08-27 昭栄化学工業株式会社 ポリマー型導電性ペースト、導電膜、及び、固体電解コンデンサ素子
CN115161631B (zh) * 2022-07-05 2024-06-11 凯诺建设有限公司 一种带有复合金属涂层的抹刀及其制备方法
TW202437276A (zh) 2023-02-09 2024-09-16 德商陶瓷技術公司 用於陶瓷基板的金屬糊料
CN118373587B (zh) * 2024-03-25 2026-03-31 景德镇陶瓷大学 一种导磁导热膜玻璃蚀刻剂及其制备方法和应用
CN118652140B (zh) * 2024-05-28 2025-07-15 新化县佳和精密陶瓷有限公司 一种陶瓷元器件的金属化方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2857664A (en) * 1954-08-09 1958-10-28 Frenchtown Porcelain Company Coated non-metallic refractory bodies, composition for coating such bodies, and method for bonding such bodies by means of said composition
US2985547A (en) * 1958-06-13 1961-05-23 Frenchtown Porcelain Company Method for preparing coated bodies
DE4111711C1 (en) * 1991-04-10 1993-02-04 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De Metallising ceramic for fuel cells - includes firing mixt. into ceramic surface of glass forming and non-oxidising metallic components

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1646882B1 (de) 1965-07-29 1970-11-19 Du Pont Edelmetallmasse zum Aufbrennen auf keramische Traeger
US3922387A (en) 1973-08-28 1975-11-25 Du Pont Metallizations comprising nickel oxide
US4187201A (en) 1978-03-15 1980-02-05 Electro Materials Corporation Of America Thick film conductors
US4323483A (en) 1979-11-08 1982-04-06 E. I. Du Pont De Nemours And Company Mixed oxide bonded copper conductor compositions
IE52134B1 (en) 1980-07-31 1987-07-08 Du Pont Thick film conductor compositions
US4517155A (en) * 1982-05-18 1985-05-14 Union Carbide Corporation Copper base metal termination for multilayer ceramic capacitors
DE3782522T2 (de) * 1986-03-31 1993-06-03 Tatsuta Densen Kk Leitfaehige kupferpastenzusammensetzung.
JP2568075B2 (ja) * 1986-11-20 1996-12-25 旭硝子株式会社 導体用組成物
JPH01112605A (ja) * 1987-10-27 1989-05-01 Asahi Glass Co Ltd 導体ペースト組成物
JPH01192781A (ja) * 1988-01-26 1989-08-02 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd 銅厚膜導体組成物
JPH0762190B2 (ja) * 1988-10-31 1995-07-05 第一工業製薬株式会社 厚膜銅導体組成物
JP2788510B2 (ja) 1989-10-27 1998-08-20 第一工業製薬株式会社 銅ペースト組成物
US6207288B1 (en) 1991-02-05 2001-03-27 Cts Corporation Copper ink for aluminum nitride
JPH0581922A (ja) * 1991-05-10 1993-04-02 Asahi Glass Co Ltd 導体ペースト組成物及びセラミツクス多層基板
JP2657008B2 (ja) * 1991-06-26 1997-09-24 日本特殊陶業株式会社 セラミックス用メタライズ組成物
JPH07157812A (ja) * 1993-12-07 1995-06-20 Miyoshi Denshi Kk 金属化組成物
JPH07192529A (ja) * 1993-12-24 1995-07-28 Miyoshi Denshi Kk 耐メッキ性導電性被膜形成用厚膜銅組成物
JPH07230714A (ja) * 1994-02-16 1995-08-29 Murata Mfg Co Ltd 銅導電性ペースト
JPH0945130A (ja) * 1995-07-28 1997-02-14 Tanaka Kikinzoku Internatl Kk 導体ペースト組成物
DE19828574B4 (de) 1998-06-26 2008-11-27 Ceramtec Ag Verfahren zur Metallisierung von Oberflächenbereichen kleinvolumiger keramischer Formkörper
JP3734731B2 (ja) * 2001-09-06 2006-01-11 株式会社ノリタケカンパニーリミテド セラミック電子部品及びその製造方法
KR100779770B1 (ko) * 2002-07-17 2007-11-27 엔지케이 스파크 플러그 캄파니 리미티드 동 페이스트 및 그것을 이용한 배선기판
JP4099054B2 (ja) * 2002-12-25 2008-06-11 京セラ株式会社 銅メタライズ組成物、並びに、配線基板およびその製法
JP2006124812A (ja) * 2004-11-01 2006-05-18 Murata Mfg Co Ltd セラミック基板、及びめっき方法
WO2007026562A2 (ja) * 2005-08-29 2007-03-08 Kyocera Corp 金属膜およびその製法、並びに、積層型電子部品の製法および積層型電子部品
DE102008001220A1 (de) * 2007-04-24 2008-10-30 Ceramtec Ag Bauteil mit einem Keramikkörper, dessen Oberfläche metallisiert ist
US7704416B2 (en) 2007-06-29 2010-04-27 E.I. Du Pont De Nemours And Company Conductor paste for ceramic substrate and electric circuit
TW200943330A (en) 2008-03-06 2009-10-16 Ceramtec Ag Metallized coil bodies (inductor) having high q-value
US8952245B2 (en) * 2012-01-23 2015-02-10 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc Conductive thick film paste for solar cell contacts
JP2013153051A (ja) * 2012-01-25 2013-08-08 Tokuyama Corp メタライズドセラミックスビア基板及びその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2857664A (en) * 1954-08-09 1958-10-28 Frenchtown Porcelain Company Coated non-metallic refractory bodies, composition for coating such bodies, and method for bonding such bodies by means of said composition
US2985547A (en) * 1958-06-13 1961-05-23 Frenchtown Porcelain Company Method for preparing coated bodies
DE4111711C1 (en) * 1991-04-10 1993-02-04 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De Metallising ceramic for fuel cells - includes firing mixt. into ceramic surface of glass forming and non-oxidising metallic components

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEMICAL ABSTRACTS, 26 June 1989 (1989-06-26), XP000152006, ISSN: 0009-2258 *
See also references of WO2014195097A1 *

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