WO1994024838A1 - Kontaktierung von elektrisch leitenden schichten eines schichtsystems - Google Patents

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Definitions

  • the invention is based on contacting electrically conductive layers of a layer system according to the preamble of the main claim.
  • Layer structures which are produced by printing, stacking and laminating ceramic foils, are increasingly being used in sensor technology, for example in gas sensors, in addition to electronic circuits.
  • conductive layers for example conductor tracks
  • via holes vias
  • electrically conductive paste an electrically conductive paste
  • the material of the ceramic foils deviates in the area of the edges and the plated-through hole, which reduces the lamination pressure in this area. This ultimately leads to the fact that, after sintering, the laminating bond between the two ceramic foils and the electrical connection can be interrupted at the point of the plated-through hole or else can be interrupted by alternating thermal stress.
  • the contacting according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that a permanent electrical contact is maintained even after sintering of the layer system during operation, for example with thermal alternating stress.
  • the contact point is placed in the area of a defined lamination pressure, so that after sintering in this area a homogeneous lamination bond is created between the two ceramic foils.
  • FIG. 1 shows a layer system with electrical contacting of two conductor tracks after sintering according to the prior art
  • FIG. 2a shows a first film of a layer system with a formed contact point
  • FIG. 2b shows a second ceramic film belonging to the first ceramic film according to FIG. 2a with also a contact point
  • FIG. 3 shows the ceramic films according to FIGS. 2a and 2b in a laminated and sintered state.
  • FIG. 1 A layer system with contacting according to the prior art can be seen in FIG. 1, the layer system consisting of a first ceramic film 10 and a second ceramic film 20.
  • a first conductor track 11 is arranged on the first film 10 as an electrically conductive layer.
  • a hole 12 is provided in the film 10, in which a via 13 is guided, which contacts the first conductor track 11 with a second conductor track 21, the second conductor track 21 being a further electrically conductive layer arranged on the second film 20.
  • the films 10, 20 have a gap 24 under the plated-through hole 13 through which the contacting of the conductor tracks 11 and 21 is interrupted.
  • Figures 2a, 2b and 3 show an embodiment of the invention.
  • the conductor track 11 arranged on the one large surface 17 of the first film 10 is continued by means of the plated-through hole 13 through the hole 12 to the other large surface 18 of the first ceramic film 10.
  • a conductor track section 14 Arranged on the large area 18 is a conductor track section 14, which is returned, for example, in the direction of the first conductor track 11 and which has a first raised surface 15 on the large area 18.
  • the raised surface 15 is guided, for example, over the entire width of the conductor track section 14, so that a first pressure contact 19 is formed.
  • a first elevation 16 is provided on the large surface 18 as a printing layer, which is made, for example, from the material of the film 10.
  • the conductor track section 14 is placed over the elevation 16, so that the pressure contact 19 with the designated raised surface 15 is formed at this point.
  • the second conductor track 21 is arranged on the large area 27 of the second film 20 facing the large area 18 of the first film 10.
  • the second conductor track 21 is designed with a second raised surface 25.
  • the second raised surface 25 is, for example, also guided over the entire width of the conductor track 21, so that a second pressure contact 29 is formed.
  • a second elevation 26 is provided on the large surface 27 of the film 20, over which the second conductor track 21 is finally guided.
  • the elevation 26 consists, for example, of the material of the film 20.
  • the large area 27 of the second ceramic film 20 is also provided with a binder layer 22, the binder layer 22 noting the raised surface 25 of the second conductor track 21.
  • the binder layer 22 can, however, also be applied to the first film 10 or to both films 10, 20.
  • FIG. 3 The layered system sintered and sintered from the two foils 10 and 20 according to FIGS. 2a and 2b with a contact point 23 is shown in FIG. It is clear from FIG. 3 that in the region of the hole 12, as a result of the laminating and sintering influences, the gap 24 between the two foils 10 and 20 occurs as in FIG. 1.
  • the contacting of the first and second conductor tracks 11 and 21 occurs when the two ceramic foils 10 and 20 are laminated together by pressing the first pressure contact 19 and the second pressure contact 29 together as a result of the laminating pressure.
  • a high lamination pressure is exerted on the contact point 23, as a result of which the two pressure contacts 19 and 29 snap together.
  • the two foils 10 and 20 consist for example of zirconium oxide.
  • the conductor tracks 11 and 21 are made, for example, from a cermet material applied using the screen printing method.
  • a conductor track or electrode material used for example in oxygen sensors is Pt-cermet with a support structure made of the ceramic material of the adjacent ceramic film. It is also conceivable to connect corresponding electrodes or other electrically conductive layers to one another instead of the conductor tracks 11, 21. The one when laminating
  • the pressure used for ceramic films is usually 500 - 2000
  • the layer system described can also be used for other multilayer systems, such as those used in the manufacture of electronic circuits.

Abstract

Es wird eine Kontaktierung von in mindestens zwei Schichtebenen verlaufenden elektrisch leitenden Schichten (11, 14, 21) vorgeschlagen, zwischen denen mindestens eine keramische Folie (10) angeordnet ist. Die keramische Folie (10) besitzt eine Durchkontaktierung (13) von der einen Schichtebene zur anderen Schichtebene. In mindestens einer Schichtebene ist eine Kontaktstelle (23) vorgesehen, die außerhalb der Durchkontaktierung (13) liegt und die von mindestens einem an einer elektrisch leitenden Schicht (14, 21) sich beim Laminieren ausbildenden Druckkontakt (19, 29) gebildet wird.

Description

Kontaktierunσ von elektrisch leitenden Schichten eines Schichtsystems
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kontaktierung von elektrisch leitenden Schichten eines Schichtsystems nach der Gattung des Hauptanspruchs. Schichtstrukturen, die durch das Bedrucken, Stapeln und La inieren von keramischen Folien erzeugt werden, finden außer bei elektronischen Schaltungen auch immer mehr Anwendung in der Sensorik, beispielsweise bei Gassensoren. In einer solchen Laminatstruktur ist es oft notwendig, daß leitende Schichten, zum Beispiel Leiterbahnen, durch eine keramische Folie auf die nächstfolgende Folie geführt werden müssen. Um Leiterbahnen durch eine keramische Folie durchzukontaktieren, werden üblicherweise Durchkontaktierungslöcher (vias), die entweder gestanzt, gebohrt oder durch einen Laser erzeugt werden, vollständig oder teilweise mit einer elektrisch leitfähigen Paste gefüllt. Wird auf der nächstfolgenden Folie an dieser Stelle eine Leiterbahn geführt, entsteht die durchgehende elektrische Verbindung, wenn beide Folien paßgenau mit gleichmäßigem Flächendruck laminiert werden. Da die Keramikfolien jedoch plastisch verformbar sind, weicht das Material der Keramikfolien im Bereich der Kanten und der Durchkontaktierung aus, wodurch sich in diesem Bereich der Laminierdruck reduziert. Das führt schließlich dazu, daß nach dem Sintern an der Stelle der Durchkontaktierung sowohl der Laminierverbund zwischen den beiden keramischen Folien als auch die elektrische Verbindung unterbrochen sein kann oder aber durch thermische Wechselbeanspruchung unterbrochen wird.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kontaktierung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch nach dem Sintern des Schichtsystems während des Betriebs, zum Beispiel mit thermischer Wechselbeanspruchung, eine dauerhafte elektrische Kontaktierung erhalten bleibt. Die Kontaktstelle ist in den Bereich eines definierten Laminierdrucks gelegt, so daß nach dem Sintern in diesem Bereich ein homogener Laminierverbund zwischen den beiden Keramikfolien entsteht.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhaften Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Kontaktierung möglich. Eine besonders gute elektrische Kontaktierung wird erreicht, wenn beide zu kontaktierenden Schichten an der Kontaktstelle jeweils eine erhabene Oberfläche aufweisen, so daß eine druckknopf rtige Verbindung entsteht.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Schichtsystem mit einer elektrischen Kontaktierung von zwei Leiterbahnen nach dem Sintern nach dem Stand der Technik, Figur 2a eine erste Folie eines Schichtsystems mit einer ausgebildeten Kontaktstelle, Figur 2b eine zur ersten Keramikfolie gemäß Figur 2a gehörende zweite Keramikfolie mit ebenfalls einer Kontaktstelle und Figur 3 die Keramikfolien gemäß Figur 2a und 2b in zusammenlaminiertem und gesintertem Zustand. Ausführungsbeispiel
Ein Schichtsystem mit einer Kontaktierung nach dem Stand der Technik geht aus Figur 1 hervor, wobei das Schichtsystem aus einer ersten keramischen Folie 10 und einer zweiten keramischen Folie 20 besteht. Auf der ersten Folie 10 ist als elektrisch leitende Schicht eine erste Leiterbahn 11 angeordnet. In der Folie 10 ist ein Loch 12 vorgesehen, in welchem eine Durchkontaktierung 13 geführt ist, die die erste Leiterbahn 11 mit einer zweiten Leitenbahn 21 kontaktiert, wobei die zweite Leiterbahn 21 eine auf der zweiten Folie 20 angeordnete weitere elektrisch leitende Schicht ist. Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß die Folien 10, 20 unter der Durchkontaktierung 13 einen Spalt 24 aufweisen, durch den die Kontaktierung der Leiterbahnen 11 und 21 unterbrochen ist.
Die Figuren 2a, 2b und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei ist die auf der einen Großfläche 17 der ersten Folie 10 angeordnete Leiterbahn 11 mittels der durch das Loch 12 geführten Durchkontaktierung 13 bis zur anderen Großfläche 18 der ersten Keramikfolie 10 weitergeführt. Auf der Großfläche 18 ist ein Leiterbahnabschnitt 14 angeordnet, welcher beispielsweise in Richtung der ersten Leiterbahn 11 zurückgeführt ist und welcher auf der Großfläche 18 eine erste erhabene Oberfläche 15 aufweist. Die erhabene Oberfläche 15 ist beispielsweise über die gesamte Breite des Leiterbahnabschnitts 14 geführt, so daß sich ein erster Druckkontakt 19 ausbildet. Zur Herstellung des Druckkontakts 19 ist auf der Großfläche 18 als Druckschicht eine erste Erhöhung 16 vorgesehen, die beispielsweise aus dem Material der Folie 10 ausgeführt ist. Über die Erhöhung 16 ist schließlich der Leiterbahnabschnitt 14 gelegt, so daß sich an dieser Stelle der Druckkontakt 19 mit der bezeichneten erhabenen Oberfläche 15 ausbildet. ie zweite Leiterbahn 21 ist gemäß Figur 2b auf der der Großfläche 18 der ersten Folie 10 zugewandten Großfläche 27 der zweiten Folie 20 angeordnet. Der ersten erhabenen Oberfläche 15 gegenüberliegend ist die zweite Leiterbahn 21 mit einer zweiten erhabene Oberfläche 25 ausgeführt. Hierbei ist die zweite erhabene Oberfläche 25 beispielsweise ebenfalls über die gesamte Breite der Leiterbahn 21 geführt, so daß sich ein zweiter Druckkontakt 29 ausbildet. Zur Herstellung der zweiten erhabenen Oberfläche 25, ist wie bei der ersten erhabenen Oberfläche 15, eine zweite Erhöhung 26 auf der Großfläche 27 der Folie 20 vorgesehen, über die schließlich die zweite Leiterbahn 21 geführt ist. Auch hier besteht die Erhöhung 26 beispielsweise aus dem Material der Folie 20. Die Großfläche 27 der zweiten Keramikfolie 20 ist ferner mit einer Binderschicht 22 versehen, wobei die Binderschicht 22 die erhabene Oberfläche 25 der zweiten Leiterbahn 21 ausspart. Die Binderschicht 22 kann aber genauso auf der ersten Folie 10 oder auf beiden Folien 10, 20 aufgebracht sein.
Das aus den beiden Folien 10 und 20 gemäß den Figuren 2a und 2b zusa-mmenla inierte und gesinterte Schichtsystem mit einer Kontaktstelle 23 geht aus Figur 3 hervor. Aus Figur 3 wird deutlich, daß im Bereich des Lochs 12 infolge der Laminier- und Sintereinflüsse der Spalt 24 zwischen den beiden Folien 10 und 20 wie in Figur 1 auftritt. Die Kontaktierung der ersten und der zweiten Leiterbahn 11 und 21 entsteht beim Zusammenlaminieren der beiden Keramikfolien 10 und 20 durch Zusammenpressen des ersten Druckkontaktes 19 und des zweiten Druckkontaktes 29 infolge des Laminierdrucks. Durch das Verlagern der Kontaktstelle 23 aus dem Bereich des Lochs 12 heraus wird auf die Kontaktstelle 23 ein hoher Laminierdruck ausgeübt, wodurch sich die beiden Druckkontakte 19 und 29 druckknopf rtig verbinden. Die beiden Folien 10 und 20 bestehen beispielsweise aus Zirkoniumoxid. Die Leiterbahnen 11 und 21 sind beispielsweise aus einem im Siebdruckverfahren aufgebrachten Cermet-Material ausgeführt. Ein beispielsweise bei Sauerstoffsensoren verwendetes Leiterbahn- beziehungsweise Elektrodenmaterial ist Pt-Cermet mit einem Stützgerüst aus dem Keramikmaterial der angrenzenden Keramikfolie. Es ist genauso denkbar, anstelle der Leiterbahnen 11, 21 entsprechende Elektroden oder andere elektrisch leitende Schichten miteinander zu verbinden. Der beim Laminieren von
Keramikfolien verwendete Druck beträgt üblicherweise 500 - 2000
2
N/cm und die Sintertemperatur je nach Folientyp beispielsweise
800 - 1500° C. Das beschriebene Schichtsystem ist auch für andere Multilayer-Systeme, wie sie beispielsweise bei der Herstellung elektronischer Schaltungen zum Einsatz kommen, einsetzbar.

Claims

Ansprüche
1. Kontaktierung von in mindestens zwei Schichtebenen verlaufenden elektrisch leitenden Schichten, zwischen denen mindestens eine keramische Folie angeordnet ist, wobei in die keramische Folie eine Durchkontaktierung von der einen Schichtebene zur anderen Schichtebene eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Schichtebene eine Kontaktstelle (23) vorgesehen ist, die außerhalb der Durchkontaktierung (13) liegt.
2. Kontaktierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstelle (23) in einem Bereich der Schichtebene der elektrisch leitenden Schicht (14, 21) angeordnet ist, in dem ein hoher Laminierdruck aufbringbar ist.
3. Kontaktierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine elektrisch leitende Schicht (14, 21) an der Kontaktstelle (23) eine erhabene Oberfläche (15, 25) aufweist.
4. Kontaktierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erhabene Oberfläche (15, 25) durch Aufbringen mindestens eines zusätzlichen leitenden Schichtabschnittes hergestellt ist.
5. Kontaktierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kontaktstelle (23) die keramische Folie (10, 20) eine über die Schichtebene ragende Erhöhung (16, 26) aufweist, über welche die elektrisch leitende Schicht (14, 21) geführt ist, so daß sich die erhabene Oberfläche (15, 25) ausbildet.
6. Kontaktierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Schichtebene der Keramikfolie (10, 20) ragende Erhöhung (16, 26) aus dem Material der keramischen Folie (10, 20) besteht.
7. Kontaktierung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Erhöhung auf die elektrisch leitende Schicht (14, 21) mindestens ein zusätzlicher leitender Schichtabschnitt aufgebracht ist.
8. Kontaktierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Durchkontaktierung (13) bis zur Kontaktstelle (23) ein an der ersten keramischen Folie (10) geführter, elektrisch leitender Schichtabschnitt (14) vorgesehen ist, und daß die zweite elektrisch leitende Schicht (21) auf einer zweiten keramischen Folie (20) geführt ist.
9. Kontaktierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens eine keramische Folie (10, 20) in der Schichtebene der Kontaktstelle (23) eine die Laminierung unterstützende Schicht (22) aufgebracht ist, welche den Bereich der Kontaktstelle (23) ausspart.
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