NO141530B - Keramisk multilagskrets-struktur samt fremgangsmaate for fremstilling herav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrorer fremstilling av elektroder og/eller ledere i keramiske, dielektriske eller isolerende legemer og omfatter spesielt fremstilling av slike elektroder og/eller ledere ifolge en fremgangsmåte som eliminerer nød-vendigheten av å brenne dem samtidig ved brenningen av de dermed forbundne keramiske legemer. Eksempler på produkter som kan fremstilles i henhold til foreliggende oppfinnelse er kretser med multilagsstruktur, f.eks. slike som anvendes for hybride integrerte kretser.

De tidligere kjente fremgangsmåter for fremstilling av kretser med multilagsstruktur medforer vesentlige omkostninger, fordi det er nodvendig å anvende edelmetallelektroder. Solvelektroder, som vanligvis anvendes, er ubrukbare fordi det er nodvendig med brenning til hoy temperatur efter anbringelse av . elektrodene.

Foreliggende oppfinnelse angår en multilagskrets-struktur bestående av et elektrisk isolerende legeme av et tett, sintret, isolerende keramisk materiale med ett eller flere innleirede, elektrisk ledende områder i form av hulrom i det elektrisk isolerende legeme, hvori er anbragt elektrisk ledende materiale, idet disse elektrisk ledende områder strekker seg ut til ett eller flere kantområder av det elektrisk isolerende legeme. Strukturen er karakterisert ved at de elektrisk ledende områder består av områder av et porost, keramisk materiale med et nett av innbyrdes forbundne porer og at det porose, keramiske materiale inneholder elektrisk ledende materiale.

Videre angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for fremstilling av slike multilagskrets-strukturer.

En av fordelene ved foreliggende oppfinnelse er at man oppnår en fremgangsmåte som kan redusere omkostningene for multilagskrets-strukturer ved at bruken av edelmetallelektroder elimi-neres ved at den ikke nodvendiggjor brenning av det ledende materiale samtidig som det keramiske objekt fremstilles ved brenning.

Ytterligere en fordel ved foreliggende oppfinnelse er at den muliggjor fremstilling av strukturer med multilagskretser for hybride, integrerte kretser, hvori finnes ledere for festing av komponenter på ulike nivåer i et keramisk substrat eller en matrise.

Ved en slik fremstilling utstyres tynne lag av pulverisert,

keramisk, isolerende materiale, som er temporært bundet med et flyktig bindemiddel, med et Bnsket monster av linjer, opphbyde ruter og lignende av en keramisk komposisjon, som ved brenning blir porost, hvorved porene i den er innbyrdes forbundet. Derefter blir platene stablet, komprimert og brent, hvorved man får aintrede legemer med på forhånd bestemte porose områder, hvori innfores et ledende materiale eller en komposisjon hvorav kan dannes et ledende materiale.

Ved hjelp av vedlagte tegninger skal illustrerende utforings-former nærmere beskrives. Fig. 1 viser et forstorret snitt av en ferdig, monolittisk, keramisk kondensator. Fig. 2 viser et snitt i form av en multilagsstruktur langs linjene 2 - 2 i Fig. 1. Fig. 3 viser et bilde i plan av en bundet plate av en keramisk, dielektrisk komposisjon med en i et monster på denne utfelt keramisk komposisjon, som egner seg for dannelse av et porost lag. Fig. i+ viser et forstorret perspektivbilde av to lag av en bundet, keramisk, dielektrisk komposisjon, hvorved hvert lag har en overflate belagt med en keramisk komposisjon som egner seg for dannelse av et porost lag. Fig. 5 viser en ytterligere forstorret detalj av et tverrsnitt av en multilagsstruktur, bestående av flere plater, til-svarende Fig. k• Fig. 6 viser et forstorret tverrsnitt av en keramsik krets med multilagsstruktur i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 7 viser et forstorret, ekspandert bilde ("exploded view") av flere keramiske lag som danner den i Fig. 6 viste struktur med halvledere påfort.

Ved hjelp av en monolittisk, keramisk kondensator skal fremgangsmåten for fremstilling av en multilagskrets-struktur beskrives.

Et egnet, finfordelt, keramisk dielektrisk materiale formes

til en tynn film ved hjelp av et egnet filmdannende middel som kan fjernes ved oppvarmning. Etter torking skjæres filmen opp i blad av passende storrelser* På disse blad påfores derefter et tynt lag, film eller belegg, i det monster man onsker, av

en egnet pasta eller liknende, som inneholder et bindemiddel som er flyktig eller kan fjernes ved hjelp av varme, samt en pulverisert, keramisk komposisjon som ved brenning ved sintringstemperatur, i stedet for å bli tett og kompakt, danner en struktur med et nett av innbyrdes forenede porer. Flere av de belagte keramiske blad stables oppå hverandre, konsolideres til en blokk og skjæres opp til mindre blokker eller spon. Disse oppvarmes for å fjerne de filmdannende, temporære bindemidler, og oppvarmes derefter videre til hoy temperatur i luft, hvorved oppnås små, koherente, sintrede legemer, som har tette, keramiske, dielektriske lag som veksler med porose, keramiske lag. I hvert spon strekker de porbse lag seg ut til en kantoverflate og kan således infil-treres eller impregneres med et ledende materiale eller med

en forbindelse som kan bringes til spaltning eller til reaksjon i de sammenbundne porer i de porose lag og derved danne et ledende belegg i dem. Ved egnet infiltrering eller impregnering og eventuelt spaltning eller egnet reaksjon for dannelse av slike ledende utfellinger, oppnås en struktur hvori lag av dielektrisk materiale og ledende materiale veksler og man oppnår derved en monolittisk kondensator. En slik struktur vises i tegningene hvor figur 1 og 2 i en forstorret og overdrevet målestokk, viser en monolittisk kondensator 11 med tynne lag 13 av dielektrisk materiale og med tynnere lag 15 av ledende materiale innlagt mellom lagene 13. Som det vil

fremgå av figur 1, er lagene 15 anordnet slik at alternerende lag strekker seg ut til motsatte endeflater av kondensatoren, slik at de av de ledende lag 15 som strekker seg ut til samme kondensatorendeflate, kommer i elektrisk kontakt med hverandre der, ved metallisering av endene på kjent måte hvorved oppstår ende- eller terminalelektrodene 17 og 19- Der det som vist ved 21, ikke finnes noe mellomliggende ledende materiale, er de dielektriske lag 13 forenet.

I figur 3 vises en film eller et blad 25 av temporært bundet, dielektrisk materiale hvorpå er trykket en pasta eller liknende i et monster av små flater 27. Denne pasta, som inneholder et flyktig bindemiddel og en keramisk komposisjon, danner ved brenning til sintringstemperatur en poros struktur ved innbyrdes forenede porer.

I figur if vises i forstørrelse to små, tynne blad 35 av dielektrisk materiale som er bundet ved hjelp av et flyktig bindemiddel, hvorved hvert blad 35 dekkes ved et lag, en film eller et belegg 37 av en temporært bundet, keramisk komposisjon, som ved brenning danner en sintret struktur med et nett av innbyrdes forenede porer. Platene 35» som kan være formet individuelt eller ved egnet oppskjæring av storre blad slik som bladet 25 i figur 3» anordnes slik at, når de er stablet eller anbragt på hverandre, vil lagene 37 > som strekker seg ut til kantene av bladene, befinne seg ved de motsatte ender av stabelen. Når en rekke slike blad stables og brennes ved

sintringstemperatur, oppnås en struktur som vist i figur 5«

I figur 5 vises, ytterligere forstorret, et partielt snitt-bilde av. et sintret legeme med alternerende, dielektriske lag 1+1 og porbse lag 1+3 p hvorved det sistnevnte er tilpasset for opptak av et elektrisk ledende materiale.

I de folgende eksempler vises detaljer av fremstillingen av monolittiske, keramiske kondensatorer som det også henvises til ved fremstillingen av multilagskrets-strukturer.

Eksempel 1

En ukalsinert, keramisk, dielektrisk komposisjon bestående av 93% bariumtitanat (BaTiO^) og 7% vismutzirkonat (BigO^OZrOg) benyttes. En blanding av 100 g av den dielektriske komposisjon i finfordelt form (med en partikkelstorrelse på ca. 1.5 ^u) med 65 ml toluen, 3 g butyl-benzylftalat, 10 ml dikloretan og 1+ ml eddiksyre males i 4 timer i en kulemolle. lii det malte produkt tilsettes derefter langsomt og under omroring ytterligere 1+0 ml dikloretan og 8 g etylcellulose. Hvis det er nodvendig å fjerne blærer, kan omroringen fortsettes i langsomt tempo i flere timer. Av blandingen lages en ca. 610 mm x 102 mm film med en tykkelse på 0,051 mm ved hjelp av et skjærende blad på en jevn planglass-skive. Når filmen er tbrr, fjernes de fremkomne bladene og av dem skjæres små rek-tangulære blad eller skiver med en stbrrelse på ca. 102 mm x 51 mm.

Komposisjonen for de porbse lag fremstilles av en annen keramisk komposisjon bestående av 66, 9k% bariumkarbonat (BaCO^), 27,1$ titandioksyd (TiOg), 3,325? vismutoksyd (Bi^O^) og 2,61+$ zirkoniumoksyd (ZrO^), alt i pulverform, og blandet i vekt-forholdet 1:1 med en bæresubstans av en type kjent som utstrykningsmiddel ("squeegee media") og som består av 6*0 ml terpentinolje ("pine oil"), 14 g akrylharpiks og 1,5 g lecitin som dispergeringsmiddel, hvortil settes 1,3? etylcellulose (basert på totalvekt av samtlige andre bestanddeler i komposisjonen) for okning av viskositeten. Midlere partikkelstorrelse av TiO i komposisjonen er fortrinsvis ca. 5-10 u, og partikkelstorrelsen for de andre keramiske bestanddeler som anvendes, er fortrinsvis ca. 1-2 ^u. Denne komposisjonen silketrykkes i en tykkelse av ca. 0,03$ mm i et gjentatt monster, som vist på figur 3» på små blad av den dielektriske komposisjon fremstilt som beskrevet ovenfor. De trykte bladene inndeles og stables i grupper på 10 på en slik måte at de trykte mbnsterne på alternerende blad er forskjovet i forhold til hverandre. De brutte linjene 29 i figur 3 viser plaseringen av det trykte monsteret på bladene ovenfor og/ eller nedenfor bladet 25, når bladene er stablet. De stablede bladene presses ved 85°C. og 28 kg/cm^, hvorved dannes blokker. Blokkene skjæres derefter med egnete innretninger, f.eks. kniver, hvorved oppnås mindre blokker eller spon, og skjæringen foretas langs slike linjer som de brutte linjene 31 og 32, slik at i hver av de mindre blokkene er alternerende lag av den sliketrykte kompososjonen blottet i de motsatte endene, men ikke på sidene.

De mindre blokkene oppvarmes derefter meget langsomt i luft for avdrivning og/eller dekomposisjon av det temporært bindende materiale i de keramiske lag og brennes derefter ved hoy temperatur, likeledes i luft, hvorved små, sammenhengende, sintrede spon eller legemer oppnås.

Et egnet oppvarmningsskjerna for fjerning av det temporært bindende materiale er folgende:

Temperaturen heves derefter til 1260°C og holdes på dette nivå i 2 timer, for sintring av sponene.

De fremkomne sintrede spon behandles efter avkjbling på en av de nedenfor beskrevne måter for oppnåelse av ledende materialer, i de porbse lag, og utstyres med terminalelektroder i sine motsatte ender, hvorved oppnås effektive monolittiske kondensatorer.

I det foregående eksempel er de monolittiske kondensatorers porbse lag kjemisk vesentlig lik de tette, dielektriske lag, hvorved porbsiteten av de porbse lag oppnås ved det reduserte volum som opptas av det keramiske lag som anvendes efter dets reaksjon, som foregår under oppvarmningen. I de fblgende to eksempler er de porbse lag kjemisk forskjellige fra det dielektriske lag.

Eksempel 2

En finfordelt, keramisk komposisjon (med en partikkelstbrrelse på ca. l,5^u), bestående av 98$ bariumtitanat (BaTiO^) og 2$ niobiumoksyd (Nb^O,-) benyttes. En blanding bestående av 1+80

g av den pulveriserte, dielektriske komposisjon, l+»8 g lecitin som dispergeringsmiddel, 12,6 g dibutylftalat og 75 ml toluen males i k timer i kulemblle. Derefter tilsettes 156 g av en opplbsning av 1+0$ akrylharpiks og 60$ toluen. Blandingen om-rbres langsomt i tilstrekkelig lang tid til at viskositeten bkes ved avdampning av opplbsningsmiddelet, og omsluttet luft fjernes. Den utstbpes derefter på en jevn glass-skive til en film på ca. 610 mm x 610 mm og får derefter tbrke. De luft-tbrkede, stbpte filmene er ca. 0,07 mm tykke og skjæres opp i mindre filmer eller blad på ca. 102 mm x 51 mm.

Komposisjonen for de porbse lag fremstilles av en annen blanding, som består av bariumoksalat (BaCg0^9 og TiOg i et mol-forhold på 1:1. Ti02» som utgjor 26,17$ av blandingen, har fortrinsvis en midlere partikkelstbrrelse på ca. 2 - 5 ^u. Blandingen blandes i et vektforhold på 1:1 med utstryknings-middelet som beskrevet i eksempel 1, og silketrykkes på de små blad av dielektrisk materiale i et på forhånd bestemt, gjentatt monster. 9 De trykte bladene ordnes derefter og stables i et antall av 15 oppå hverandre, samt komprimeres. De derved fremkomne blokker skjæres, som i eksempel 1, hvorved man oppnår flere mindre blokker eller spon. I hvert enkelt av disse strekker det seg alternerende lag av den påtrykte komposisjon ut til de motsatte endeflater av sponene, i det lagene forovrig er utilgjengelige.

Sponene oppvarmes etter et passende skjema, som kan være det samme som angitt i eksempel 1, for å fjerne bindemiddelet, og brennes derefter i ca. 2 timer ved ca. 1325°C. for sintring. Som i eksempel 1 har lagene mellom de tette dielektriske lag

et nett av innbyrdes forenede porer på grunn av den relativt storre krympning som pppstår når bariumoksalat og TiO^ reagerer og danner bariumtitanat (BaTiO^). De brente spon kan efter avkjoling behandles som senere beskrevet for oppnåelse av et ledende materiale for elektroder i porbse' områder som dannes mellom de dielektriske lag og derefter forsynes med terminalelektroder gjennom en passende kjent prosess.

Ytterligere hoyst forskjellig keramisk materiale benyttes i

de dielektriske lag og de porbse lag i fblgende eksempel.

Eksempel 3

Man fremstiller en blanding av 1+ 72, 8 g TiO^ (med en gjennom-snitlig partikkelstbrrelse på ca. 1,5 ^u), 7>2 g kaolin, l±, 8

g lecitin som dispergeringsmiddel, 13, 6 g dibutylftalat og 75 g toluen, og denne blandingen males i kulemolle i k timer. Den blandes derefter med 124,9 g av en opplbsning i forholdet 1:1 av akrylharpiks og toluen, og stbpes efter avluftning på en jevn glassplate ved hjelp av et skjærende blad til en tykkelse på 0, 2 mm, hvorved man efter torking oppnår en film med en tykkelse på ca. 0,0Q mm, som skjæres opp i mindre blad med en storrelse på ca. 102 mm x 51 mm.

Under anvendelse av den i eksempel 2 nevnte fremgangsmåte silketrykkes de små bladene i et på forhånd bestemt, gjentatt monster med en komposisjon fremstillet av en blanding av 27, 58% pulverisert aluminiumoksyd (Al^O^) (midlere partikkelstorrelse 2,5 ^u), li+,11+% carbon black og 5&, 27% utstrykningsmiddel som beskrevet i eksempel 1. Derefter blir de trykte bladene ordnet,'stablet oppå hverandre i et antall avvlO, sammen-presset og skåret, hvorved man oppnår flere blokker eller spon, som hver har alternerende lag av påtrykt komposisjon som strekker seg ut til de motsatte endeflater av sponene men som ellers er utilgjengelige.

Sponene oppvarmes og brennes derefter i alt vesentlig på samme måte som sponene i eksempel 1, hvorved anvendes en avsluttende brenning ved en temperatur på 1320°C. i et tidsrom av 2 timer. Som i eksempel 1 har lagene mellom de tette, dielektriske lag av TiOg et nettverk av innbyrdes forenede porer. Disse skyldes forbrenning av carbon black og den storre partikkelstorrelse til Al^O^. De porose lag fylles med et ledende materiale ved hjelp av en av de metoder som senere skal beskrives, for dannelse av elektroder, hvorefter terminalelektroder anbringes.

I det folgende eksempel vises en annen fremgangsmåte for fremstilling av legemer med alternerende dielektriske og porfise lag.

Eksempel k

Små ark eller blad av en harpiks-bundet, dielektrisk komposisjon fremstilles slik som angitt i eksempel 2. En silketrykk-komposisjon fremstilles ved at 16 g av det utstrykningsmiddel som er beskrevet i eksempel 1, blandes med 12 g BaT.iO^ (med. en partikkelstorrelse på ca. 4 ^u) og 2+ g carbon black, hvorved om nQdvendig tilsettes Stoddard's opplosningsmiddel for å oppnå onsket viskositet. Denne komposisjon silketrykkes på bladene på samme måte som nevnt i eksempel 2 og torkes derefter. Blokker skåret i forskjellig storrelse, eventuelt spon, fremstilles av de trykte bladene på samme måte som vist i eksempel 2, og sponene oppvarmes og brennes også på samme måte. Under brenningen bortbrennes carbon black og efterlater et nett av innbyrdes forenede porer i områdene mellom de tette, dielektriske lag, Anvendelse av relativt grov BaTiO^ i trykk-komposisjonen oker porøsiteten. Disse porose flater fylles med ledende materiale på en av de måter som beskrives i det folgende, og utstyres med ende-elektroder, hvorved oppnås monolittiske kondensatorer.

Eksempel 5

En ca. 0,08 mm tykk film av keramisk, dielektrisk materiale

som fremstillet i eksempel 2, skjæres opp i små skiver eller blad av en storrelse på ca. 20 mm x 20 mm, kalt blad av type A. For oppnåelse av porose lag fremstilles en annen film med litt mindre tykkelse, ved at man stoper en komposisjon laget av 351 g BaTiO^, 7 g NbgO^, og 115 g carbon black, idet oven-

nevnte bestanddeler males i flere timer i kulemolle med toluen og dibutylftalat og, efter tilsetning av en 1:1 akrylharpiks-toluen opplosning, avluftes for stopning. Den sistnevnte film skjæres opp til ca. 13 mm x 16 mm store blad, kalt blad av type B. Blad av type A, inneholdende dielektrisk materiale, og

blad av type B, inneholdende annet keramisk materiale, stables avvekslende på hverandre i et antall av 11, med sidekantene rettet parallelt og med samme avstand fra sidekantene av bladene av type B og ut til sidekantene av de storre bladene av type A. Bladene anordnes videre på den måten at endene av bladene av type A, slik at annet hvert blad av type B strekker seg ut til samme endekantområde av blad av type A. Stablene konsolideres derefter ved pressing av 7 kg/cm og en temperatur av ca. 1+0°C, og den konsoliderte blokken oppvarmes for ut-brenning av de temporære bindemidler og carbon black og for sintring av det keramiske materiale til en struktur hvori porose, keramiske lag (type B) veksler med tette, keramiske, dielektriske lag (type A). Det benyttes et oppvarmningsskjerna som angitt i eksempel 1, idet imidlertid slutt-temperaturen er 1370°C. i to timer, og brenningen foregår i luft. Den brente blokken forsynes med ledende materiale i de porose lagene, hvorved oppnås elektroder i henhold til en av de nedenfor beskrevne metoder.

I det folgende eksempel beskrives en fremgangsmåte for fremstilling av ledende materiale i de porose. områder, av små, sintrede, keramiske legemer eller spon, som fremstilles i henhold' til prosessene som er beskrevet i de foregående eksempler.

Eksempel 6

En rekke små, sintrede, keramiske spon eller legemer fremstillet som beskrevet i eksempel 1, nedsenkes i en mettet, vandig opplosning av solvnitrat (AgNO^) ved en temperatur av 25°C. i en beholder som er innrettet for evakuering. Trykket i beholdren senkes derefter til 10 cm kvikksolv og gjenopprettes derefter til normaltrykk, hvorved det porose lag i legemene fylles med opplosningen. Sponene tas derefter ut av beholderen og oppvarmes i en liten tunnelovn ved ca. 6*15°C.

i en halv time for spaltning av AgNO^, som efterlater utfellinger av solv i de porose områdene. Den ovenfor beskrevne prosess gjentas flere ganger, fortrinsvis minst 3" ganger, hvorved i det minste en betydelig del og fortrinsvis største-delen av de innbyrdes forenede porene i hvert porost lag be-legges på sine indre overflater med solv, hvorved det dannes en elektrode mellom de tilliggende, tette dielektriske lag,

og de fremkomne elektroder strekker seg til de blottede endeflater av de porose lag. På hver endeflate kan anbringes en ende-elektrode, hvorved flertallet av elektroder som strekker seg helt ut, forbindes elektrisk og man oppnår en anordning for tilknytning av elektriske ledninger til kondensatoren. Slike ende-elektroder kan anbringes på konvensjonelt vis eller på en hvilken som helst annen onsket måte. Eventuelt uonskede utfellinger av solv på kondensatoroverflaten kan fjernes ved forsiktig sandblåsing.

Andre fremgangsmåter som kan benyttes for å oppnå interne elektroder i de poro-se lag i de keramiske enheter, vil bli beskrevet i de folgende eksempler.

Eksempel 7

En rekke små, keramiske spon, fremstillet som vist i eksempel 1, nedsenkes i et bad av smeltet solvnitrat ved en temperatur av ca. 250°C. i en beholder som er innrettet for evakuering. Trykket i beholderen reduseres derefter til 10 cm kvikksolv

og gjenopprettes til normaltrykk, hvorved solvnitrat bringes til infiltrasjon i de porose lag av sponene. Disse tas derefter ut og oppvarmes i luft i en liten tunnelovn ved ca. 700 - <g>J+0 C. i en halv t ime, hvorved solvnitratet spaltes,

og man får en utfelling av solv i porene i de porose områder. Denne prosess gjentas inntil i det minste en betydelig del og fortrinsvis storstedelen av de innbyrdes forenede porene i hvert porSst lag har solvbelegg på sine interne overflater, hvorved oppnås elektroder mellom de dielektriske lag. Ende-elektroder kan derefter anbringes som beskrevet ovenfor, og uQnskede sSlvutfellinger kan fjernes.

Eksempel &

De porSse lag av slike sintrede, keramiske spon som fremstillet i henhold til eksempel 1-5» impregneres med solvnitrat overensstemmende med fremgangsmåten vist i eksempel 6, og plaseres derefter i et sintret aluminiumoksydror, hvor det oppvarmes til en temperatur av ca. 150°C. - 215°C, mens en strom av hydrogengass ledes over dem, inntil solvnitratet i de porose områdene er redusert til metallisk solv.

Disse impregnerings- og oppvarmningstrinn gjentas flere ganger, hvorved det i de porSse lag dannes tilstrekkelig mengder redusert s51v for oppnåelse av egnete elektroder. Sponene kan derefter renses og utstyres med ende-elektroder som tidligere beskrevet.

Eksempel 9

Det benyttes den generelle fremgangsmåte som beskrevet i eksempel 5*, med unntagelse av at hydrazin-damp benyttes som reduksjonsmiddel i stedet for hydrogen for oppnåelse av redusert solv i de porose lag av sponene. Disse spon ut-settes for hydrazin-damp ved en temperatur av 'ca. 25°C....

Det er tydelig at både hydrogen og hydrazin kan benyttes som reduksjonsmiddel også med spon som er impregnert med smeltet solvnitrat som angitt i eksempel 7. Det er også tydelig at smeltet metall kan innfores direkte i de porose lag i sponene for dannelse av elektroder. Folgende eksempel belyser denne fremgangsmåte.

Eksempel 10

Flere sintrede spon i henhold til eksempel 1 plaseres i et bad av en smeltet metallegering bestående av 50$ Bi, 25% Pb, 12,5$ Sn og 12,5$ Cd. Det smeltede metall holdes ved en temperatur på ca. 100°C. - 125°C. i et egnet lukket kar. Efter plaseringeav sponene i karet reduseres trykket i dette slik at porene i de porftse lag i sponene evakueres, hvorefter trykket okes til ca. 11+ kg/cm , hvorved det smeltede metallet tvinges inn i de innbyrdes forenede porer. Efter at sponene er tatt ut av badet, inneholder de elektroder dannet ved utfelling av legeringen i de porose lag mellom de tette, dielektriske lag. Efter påfSring av ende-elektroder på en hvilken som helst Qnsket måte er sponene tilfredsstillende monolittiske kondensatorer.

Ytterligere en annen fremgangsmåte for oppnåelse av metall-utfelling i de porSse områdene i de sintrede, keramiske spon er folgende:

Eksempel 11

De porose overflatene hos mange slike spon fremstillet som beskrevet i eksempel 2, impregneres med en flytende harpiks, fortrinsvis en harpiks med hoyt karboninnhold, f.eks. en epoksyharpiks, ved at sponene nedsenkes i harpiksen, trykket reduseres til ca. 10 mm kvikksolv og hvorefter atmosfærisk trykk gjenopprettes. De impregnerte spon oppvarmes til ca. 370°C. i ca. 1 time for spalting av harpiksen, som dermed danner et svart, karbonholdig residuum i det porose lag av sponene. Disse plaseres så i smeltet solvnitrat, som holdes på en temperatur av ca. 340°C. under et vakuum av ca. 750 mm Hg i 15 minutter, hvorefter de tas ut og avkjoles. Under-søkelse av brutte spon viser metallisk solv i porose områder, sansynligvis som et resultat av den reduserende virkning det karbonholdige materiale har på solvnitrat i slike områder. Prosessen kan gjentas til man oppnår egnete elektroder.

Foreliggende oppfinnelse innbefatter også bruken av ikke-metalliske, interne elektroder i en monolittisk, keramisk kondensator. Dette skal vises i folgende eksempel.

Eksempel 12

Flere små, sintrede, keramiske enheter eller spon som fremstillet i' henhold til eksempel 1, nedsenkes i en vandig sal^ petersyreopplosning med en spesifikk motstand på 1,34 ohm - cm ved 1 kHz. Trykket i beholderen, inneholdende enhetene og syre reduseres derefter til ca. 10 mm Hg, slik at syre kan infiltrere i porene i de porose lag i enhetene når trykket atter heves .til normaltrykk. Efter gjenopprettelse av normaltrykk i karet tas sponene ut av dette, idet de flytende elektroder som dannes av syren, holdes igjen i kondensatorene ved at kantflåtene hvor det porose lag er blottet, forsegles med blott blyfolium. Foliet danner også ende-elektrodene for den ferdige kondensator.

Andre materialer og fremgangsmåter kan naturligvis anvendes for fremstilling av elektroder i de porose lag i spon av sintret keramikk fremstillet i henhold til foreliggende oppfinnelse. Eksempelvis kan andre lavtsmeltende metaller eller legeringer, bl.a. bly, anvendes i stedet for den legering som er beskrevet i eksempel 10, og visse ledende keramiske materialer, som f.eks. tinnoksyd inneholdende opp til 2% antimonoksyd, har tilstrekkelig lav spesifikk motstand til å kunne brukes som' elektroder. Man kan også lage andre ledende utfellinger enn solv i de porose lag eller områder ved at egnede forbindelser innfores i disse og derefter spaltes. Et metallkarbonyl, som nikkelkarbonyl, kan f.eks. innfores i de porose områder og spaltes termisk e ter en prosess som beskrevet i US-PS 2.918.392.

Selv om det i eksemplene 1 / 3 er benyttet modifiserte barium-titanatkomposisjoner som dielektriske materialer, er det klart at andre av det store antall kjente keramiske dielektriske komposisjoner også kan benyttes. Man kan f.eks. bruke TiO^

(se eksempel 3), glass, steatitt og barium strontium niobat foruten bariumtitanat alene, idet man foretar egned e, vel-kjente endringer i brennforholdene og liknende for oppnåelse av riktige sintring. Kapasitansen til de oppnådde kondensatorer vil åpenbart variere som et resultat av at man benytter materialer med hoyere eller lavere dielektrisitets-konstant.

Det fremgår også at komposisjonen av de porose lag i keramiske spon kan variere sterkt. Porositet i områder eller lag kan oppnås ikke bare ved anvendelse av en komposisjon som er identisk med eller likner komposisjonen hos de dielektriske lag, enda om de har en storre krymping ved brenning, men komposisjonen kan også være helt annerledes, som, f.eks. i eksempel 3« Porøsiteten kan også oppnås eller okes på andre måter, f.eks. ved anvendelse av brennbart materiale i blandingen, som vist i eksemplene 3 og 5- Det er imidlertid viktig at man benytter materiale som ikke reagerer med den benyttede dielektriske komposisjon og som har en skadelig innflytelse på de dielektriske egenskapene til denne, ved de temperaturer som benyttes under oppvarmning og sintring. Fagfolk er kjent med innvirkningen av forskjellige materialer og kan lett foreta et riktig utvalg av disse.

Det er videre tydelig at det i handelen finnes mange bæresubstanser eller media som kan benyttes til fremstilling av filmer og/eller silketrykk-komposisjoner av fine keramiske partikler i henhold til foreliggende oppfinnelse, og at mange slike bæresubstanser er kjent av fagfolk. Hensikten med et slikt medium eller bæresubstans er vesentlig å dispergere de. keramiske partikler og utstyre dem med et temporært eller ubestandig bindemiddel under fremstillingen av blad og/eller lag av dem, samt under efterfolgende behandling av slike blad og/eller lag og konsolidering av mange av disse til ubearbeidede keramiske legemer for sintring. Ved sintring av legemene forsvinner det tempo- > rære eller ubestandige bindemiddel. Det er derfor et sporsmål om valg eller egnedhet hvilket medium eller bæresubstans som anvendes, og i de fleste tilfeller kommer enhver forandring av dermed forbundet komposisjon til å

kreve en viss endring eller modifikasjon, f.eks. justering av viskositet, i et hvert medium eller bæresubstans som benyttes.

Brenning av små keramiske enheter eller spon for sintring

av dem til enhetlige legemer foregår for trinsvis i en ovn i en oksyderende atmosfære, som f.eks. luft. En elektrisk oppvarmet ovn foretrekkes, men andre ovner eller andre oppvarmningsinnretninger kan anvendes. Brenntemperaturen og -tiden avhenger av de keramiske komposisjoner som benyttes. Fagfolk er.kjent med slike detaljer som nevnt ovenfor og vet at den nodvendige sintringstid vanligvis varierer omvendt med temperaturen og vice versa. Som angitt ovenfor, foretrekkes en forlenget oppvarmningsperiode ved relativt lav temperatur for fjerning av det temporære bindemiddel som benyttes i bladene og de trykte områder. Skjer oppvarmningen for raskt, kan ekspansjon av gasser som dannes under spaltningen av det temporære bindemiddel, sprenge sponene.

I figur 6 vises en typisk kretsstruktur 50 av multilags-keramikk som benyttes for hybride integrerte kretser. Strukturen 50 har en keramisk matrise 52 og en rekke elektriske ledere 54 som strekker seg inn i og gjennom matrisen. Både ledernes og matrisens tykkelse er i figur 6 overdrevet for bedre anskueliggjørelse. Slike strukturer har hittil vært kostbare i fremstilling og skulle normalt lages ved silketrykk av en metallisk pasta inneholdende et edelmetall, som palladium eller platina i onskede- monstre av ledere på

blad i Snsket tykkelse av et temporært bundet, elektrisk isolerende keramisk materiale, som f.eks. aluminium-oksydpulver, konsolidering av flere blad og sintring av aluminiumoksydlagene til et enhetlig legeme.

Som angitt ovenfor, kan slike kretsstrukturer av multilags-keramikk også fremstilles ved hjelp av fremgangsmåter som er vesentlig lik de fremgangsmåter som er beskrevet ovenfor for fremstilling av monolittiske kondensatorer, hvorved man unngår nødvendigheten av å benytte dyre edelmetaller som ledere. Fremstilling av slike strukturer som vist i figur 6 ved hjelp av foreliggende fremgangmåte, skal beskrives kort under henvisning til figur 7.

Bladene eller filmene A, B og C vist i figur 7 fremstilles i onsket storrelse, form og tykkelse ved stGpning, formning eller liknende av en onsket keramisk, elektrisk isolerende komposisjon, f.eks. finfordelt aluminiumoksyd, idet man bruker en harpiks, etylcellulose eller liknende som temporært bindemiddel. Halv-ledere som folger banene til de onskede lederne i og/eller på strukturen som vist ved 60, silketrykkes deretter på bladene eller filmene, idet man benytter et keramisk materiale i en passende bæresubstans eller utstrykningsmiddel, hvorved det keramiske materiale er f.eks. et grovere aluminium-oksydpulver som ved brenning til sintringstemperatur vil utvikle et nett av innbyrdes forenede porer. Bladene settes sammen, konsolideres og oppvarmes til sintring t til et enhetlig legeme, alt på samme måte som beskrevet ovenfor under fremstillingen av monolittiske kondensatorer.

Med hensyn til sistnevnte omfatter det enhetlige eller monolittiske legemet som fremstilles ved oppvarmning, en tett matrise av den keramiske, isolerende komposisjon med områder av keramisk materiale, som kan væreaav samme eller

av forskjellig komposisjon, og som kjennetegnes av et nett av innbyrdes forenede porer. Hvert slikt område strekker

seg til i det minste ett område på- en ytterflate, f. eks.

en kantoverflate av legemet.- Ledere i og gjennom legemene dannes ved innfbring av et egnet elektrisk ledende materiale i de porose områdene, idet man vanligvis foretrekker et metall.-En egnet av de fremgangsmåter som er beskrevet ovenfor, kan benyttes for slik innfbring. Ledninger kan på passende,

kjent måte festes til avdekkede ledere på onskede steder,

og små komponenter som transistorer, dioder mm. kan fast-loddes til på forhånd bestemte punkter, hvorved ledninger,

om onsket, går ut fra disse til underliggende ledere 54 gjennom hull 62, som opprinnelig er anbrakt i ett eller flere av bladene. Eventuelt kan ett eller flere av hullene 62 fylles med halv-ledende materiale ved 1påfbring på over-flaten av platene.

Det fremgår av ovenstående beskrivelse at mange variasjoner

og modifikasjoner av foreliggende oppfinnelse er mulige innenfor oppfinnelse-ramme. I stedet for å anvende blad av temporært bundet, pulverisert, dielektrisk eller isolerende, keramisk material, som dannes som distinkte enheter, kan man fremstille blad-lignende filmer av slikt materiale i et egnet medium eller bæresubstans ved silketrykk på underliggende blad eller lag. I stedet for silketrykking av komposisjoner som utvikler porbsitet ved brenning, kan slike komposisjoner f.eks. også påmales eller påfbres på andre måter. Selv om man bnsker et selvbærende legeme for brenning, behbver man ikke å presse stabelen av blad og lag på dem for konsolidering av stabelen. I visse tilfelle kan f.eks. valsing av stabelen under oppbygging gi tilstrekkelig konsolidering.

Hvos ikke annet er angitt, angis mengder, prosenter og

deler i nærværende sammenheng som vektmengder, vekt-

prosent og vektdeler.

Claims (5)

1. Multilagskrets-struktur bestående av et elektrisk isolerende legeme av et tett, sintret, isolerende keramisk materiale med ett eller flere innleirede, elektrisk ledende områder i form av hulrom i det elektrisk isolerende legeme, hvori er anbrakt elektrisk ledende materiale, idet disse elektrisk ledende områder strekker seg ut til ett eller flere kantområder av det elektrisk isolerende legeme, karakterisert ved at de elektrisk ledende områder består av områder av et porost, keramisk materiale med et nett av innbyrdes forbundne porer'og at det porbse, keramiske materiale inneholder elektrisk ledende materiale.

2. Multilagskrets-struktur ifolge krav 1, karakterisert ved at den elektrisk isolerende, keramiske komposisjon består av aluminiumoxyd.

3. Multilagskrets-struktur ifolge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det elektrisk ledende materiale består av et metall eller en metall-legering. i+.

Fremgangsmåte for fremstilling av multilagskrets-struktur som angitt i krav 1- 3, karakterisert ved forming av flere tynne lag av en finfordelt, elektrisk isolerende, keramisk komposisjon bundet sammen ved hjelp av et flyktig bindemiddel, idet nevnte komposisjon ved brenning til sintringstemperatur danner tette lag, innforing mellom nevnte lag et belegg av en annen keramisk komposisjon sammenbundet ved et flyktig bindemiddel, idet sistenevnte komposisjon ved brenning utvikler" et nett av innbyrdes forbundne porer, sammenstilling av en rekke av ovennevnte tynne lag og mellomliggende belegg til et selvbærende legeme bundet sammen ved hjelp av et flyktig bindemiddel, oppvarming av dette legeme for å fjerne de flyktige bindemidler, brenning av legemet til sintringstemperatur i en oxyderende atmosfære til et sintret, monolittisk legeme sammensatt av tynne lag av tett, keramisk materiale og mellomliggende områder av porbst, keramisk materiale med et nett av innbyrdes forbundne porer, idet hvert porost område strekker seg ut til minst ett kantområde på det monolittiske legeme, samt tilveiebringelse av et elektrisk ledende materiale i de porose områder.

5. Fremgangsmåte ifolge krav I+, karakterisert ved at belegg av nevnte andre keramiske komposisjon anbringes alternerende mellom lagene av elektrisk isolerende materiale.