WO2008043320A1 - Method for generating a defined shrinkage behaviour of a section of a ceramic green film - Google Patents

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WO2008043320A1
WO2008043320A1 PCT/DE2007/001335 DE2007001335W WO2008043320A1 WO 2008043320 A1 WO2008043320 A1 WO 2008043320A1 DE 2007001335 W DE2007001335 W DE 2007001335W WO 2008043320 A1 WO2008043320 A1 WO 2008043320A1
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Kerafol Keramische Folien Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method with which a defined shrinkage behavior of a ceramic green sheet section or laminate can be brought about.
  • Ceramic green film sections are used in particular in the field of hybrid microelectronics and microsystem technology, for which purpose such green films for forming LTCC bodies can also be interconnected and sintered in multiple layers.
  • No. 4,585,706 teaches to exert a pressure in the axial direction on a film or a layer composite during the sintering process.
  • a high technical complexity is required, also an adjustment of the pressure / temperature behavior of the sintering behavior of the materials used is required.
  • two films connect to each other, which are subject to a shrinking process in mutually different temperature ranges in a sintering process. If the first temperature range is passed through during the sintering process, then the first film tries to contract and disappear, but is prevented by the second film. If the second temperature range during which the second film or second layer tends to shrink during sintering is prevented by the already stabilized first film.
  • the invention has for its object to perform a method for achieving a defined shrinkage behavior of a ceramic green sheet section during a sintering process so that the shrinkage process runs targeted and reproducible.
  • multilayer green film sections are to be produced without delay, which may have as a result of the deliberately induced shrinkage electronic structures that are reduced in dimensions compared to conductor track structures that could be produced with normal screen printing processes.
  • a conventionally produced and punched-out section of a green sheet for sintering is laid essentially loosely on a firing base, which has approximately the same shrinkage behavior as the green sheet itself in the green-film sintering process to be subsequently performed.
  • the mitschwindende firing pad and their uniform shrinkage process it is avoided by the mitschwindende firing pad and their uniform shrinkage process that it may come as a result of adherence of the green sheet section on a non-dwindling firing pad usually in frame structures to an uncontrolled, especially cushion-like delay of the film section.
  • the weight of the film section in conjunction with a substantially simultaneous shrinkage of the firing pad is sufficient to ensure that there is no or at least no significant delay of the film section during the sintering process.
  • firing pads which consist of a mixture of glass and ceramic.
  • approximately equal shrinkage behavior is meant a shrinkage behavior of the firing pad, which does not deviate significantly more than 2.5% from the shrinkage behavior of the green film.
  • the layer thicknesses of the firing pad can vary between 0.05 and 2 mm.
  • the green sheet rests on the firing support under the influence of its own weight without any further fixing.
  • the green sheet section between two ceramic mitschwindende slices namely down a firing pad and lay down a burning pad.
  • a ceramic multilayer body in particular a LTCC body is sintered, initially ceramic green sheet webs are prepared containing organic binders and other organic adjuvants, then the film parts and optionally through holes or recesses are miteingestanzt in the film parts, the punched green foil part is applied to a carrier and then lamination to a composite layer takes place. This layer composite is then placed on a mitschwindende firing pad and the sintering process started to run the defined shrinkage process. If the multilayer green film section is placed between a firing pad and a firing pad, then some pressure may be beneficial, but this depends on - A -
  • LTTC bodies have a conductor track structure, which due to their thermal and mechanical properties can lead to a distortion of the green foil section during the sintering process. It is within the scope of the invention to bring about a homogenized metallization distribution on the green sheets by blank metallization structures or surfaces not involved in the conductor track structure, and to ensure that the shrinkage behavior is thereby made uniform.
  • Claims 14-19 protect a firing pad for use in a method according to claims 1-13.
  • Claim 20 protects the use of a flat body of 55-85% by weight of glass and 15-45% by weight of ceramic as a firing underlay for ceramic green sheet sections a sintering process to control the shrinkage process defined.
  • Figure 1 shows a green sheet section together with a mitschwindenden firing pad on a support body.
  • FIG. 2 shows an arrangement according to FIG. 1, wherein additionally a shrinking firing layer is placed on the green foil section;
  • LTCC laminate Low Temperature Cofired Ceramic laminate
  • a green foil Abschriitt 1 is cut or punched out of a ceramic green sheet produced and this green sheet section 1 placed on a mitschwindende firing pad 2, which rests in the illustrated embodiment on a support body 3 in order to perform a sintering process can.
  • the sintered, purpose shrunken green sheet After completion of the sintering process, the sintered, purpose shrunken green sheet can be removed.
  • the mitschwindende firing pad 2 consists of a mixture of glass and ceramic, in particular, it has 55 - 85 wt.% Glass and 15 - 45 wt.% Ceramic on. Deviations upwards and downwards are however possible, in particular if the adaptation of the sintering shrinkage of the shrinking firing base to a stronger or weaker shrinking green sheet section is to be achieved.
  • the difference between the shrinkage between the shrinking firing base 2 and the green sheet 1 should be less than 2.5% in order to obtain a particularly distortion-free sintering result.
  • the thickness of mitschwindenden firing pad 2 and the green sheet 1 is exaggerated in the drawings, in reality, the mitschwindende firing pad 2 has a thickness of about 0.05 - 2 mm.
  • the mitschwindende firing pad 2 has substantially the same dimensions as the green sheet 1. Also a same geometric shape is possible. As a rule, the green foil section is the same size or slightly smaller than the vanishing firing underlay.
  • the contact area 4 has a positive effect on the uniformity of the shrinkage behavior of the film section in conjunction with a slight increase in the contact pressure due to the additional weight of the burn pad.
  • Meaningful in the embodiment shown in Figure 2 is also that the green sheet section 1 is inserted only between the firing pad 2 and the burn pad 5, ie after the sintering process can be removed easily and quickly without the need for a complicated detachment of stabilizing films.
  • a multilayer body namely an LTCC foil section 11, which, as in the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2, rests on a shrinking firing base 12, which in turn rests on a carrier body 13.
  • the layers 11a-c of the LTCC film section 11 consist of green film sections 1 punched or cut out of a ceramic green sheet and laminated to form a composite.
  • through-holes and structures 20 are provided which serve for introducing printed conductors or other electronic element structures.
  • the surfaces of the LTCC film section 11 are exposed, are in contact with the shrinking firing pad 12 or a firing pad 15, which is indicated by dashed lines in FIG. Even if it comes in the area of the contact surfaces 14, 14 'to adhesions between the firing pad 12 and the burning pad 15 and the surfaces of the LTCC film section 11, resulting from no significant delay of the LTCC film section 11 during the sintering process, since the shrinkage behavior the firing pad 12, the burning pad 15 and the LTCC foil section 11 are matched to one another.
  • LTCC film section 11 with a different number of layers than shown in FIG.
  • the scope of the invention is not abandoned even if there is a slight sticking in the area of Contact surfaces 4, 4 'and 14, 14' comes in the sintering process.
  • the weight of the stacked elements 1, 2, 11, 12 and optionally 5, 15 is sufficient to stabilize the defined shrinkage process and to make it so reproducible that eg LTCC film sections 11 are shrunk quite specifically with regard to the microstructures introduced into them can.
  • the shrinkage behavior can be further uniformized if blank metallization structures or areas not involved in the interconnect structure are applied to the film sections 1 to produce a homogenized metallization distribution, since then local stresses in the LTCC film section 11 are avoided or at least reduced can be.

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Abstract

The invention relates to a method for generating a defined shrinkage behaviour of a section (1) of a ceramic green film, said method comprising the following steps: a ceramic green film (1) is produced and cut into film sections; a green film section (1) is applied to a simultaneously shrinking combustion support (2) which approximately has the same shrinkage behaviour as the green film during a green film sintering process; the sintering process is carried out; and the sintered green film (1) shrunk in a targeted manner is removed.

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Verfahren zur Herbeiführung eines definierten Schrumpfungsverhaltens eines keramischen GrünfolienabschnittesMethod for producing a defined shrinkage behavior of a ceramic green sheet section
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit welchem ein definiertes Schrumpfungsverhalten eines keramischen Grünfolienabschnittes oder Laminates herbeigeführt werden kann.The invention relates to a method with which a defined shrinkage behavior of a ceramic green sheet section or laminate can be brought about.
Wenn nachstehend von Folienabschnitt gesprochen wird, so sollen damit sowohl einlagig als auch mehrlagig verbundene Folienabschnitte umfaßt sein.If the following is spoken of film section, so it should be both single-layer and multi-layer connected film sections.
Stand der TechnikState of the art
Keramische Grünfolienabschnitte werden insbesondere im Bereich der Hybrid- Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik eingesetzt, wozu derartige Grünfolien zur Ausbildung von LTCC-Körpern auch mehrlagig miteinander verbunden und gesintert werden können.Ceramic green film sections are used in particular in the field of hybrid microelectronics and microsystem technology, for which purpose such green films for forming LTCC bodies can also be interconnected and sintered in multiple layers.
Beim Sintervorgang derartiger Grünfolienabschnitte (ein- oder mehrlagig) tritt eine Schrumpfung auf, die - je nach genauem Einsatzbereich der Folie - entweder vermieden werden soll oder zumindest gezielt zu kontrollieren ist.During the sintering process of such green film sections (single or multi-layered), a shrinkage occurs which, depending on the exact area of use of the film, is either to be avoided or at least purposefully controlled.
Als Stand der Technik sind dabei folgende Vorgehensweisen bekannt.As prior art, the following procedures are known.
US 4,585,706 lehrt, während des Sintervorgangs auf eine Folie oder einen Schichtverbund einen Druck in axialer Richtung auszuüben. Um den Sintervorgang kontrolliert ablaufen zu lassen, ist ein hoher technischer Aufwand erforderlich, außerdem ist eine Anpassung des Druck-/Temperaturverhalten an das Sinterverhalten der verwendeten Werkstoffe erforderlich.No. 4,585,706 teaches to exert a pressure in the axial direction on a film or a layer composite during the sintering process. In order to run the sintering process controlled, a high technical complexity is required, also an adjustment of the pressure / temperature behavior of the sintering behavior of the materials used is required.
Nach der deutschen Patentschrift DE 103 09 689 B4 ist vorgesehen, zwei Folien miteinander zu verbinden, die bei einem Sintervorgang einem Schrumpfungsprozeß in voneinander unterschiedlichen Temperaturbereichen unterliegen. Wird beim Sintervorgang der erste Temperaturbereich durchlaufen, dann versucht die erste Folie sich zusammenzuziehen und zu schwinden, wird aber durch die zweite Folie daran gehindert. Wird beim Sintern der zweite Temperaturbereich durchlaufen, in dem die zweite Folie oder zweite Schicht dazu tendiert, zu schrumpfen, so wird diese durch die bereits stabilisierte erste Folie daran gehindert.According to the German patent DE 103 09 689 B4 is provided, two films connect to each other, which are subject to a shrinking process in mutually different temperature ranges in a sintering process. If the first temperature range is passed through during the sintering process, then the first film tries to contract and disappear, but is prevented by the second film. If the second temperature range during which the second film or second layer tends to shrink during sintering is prevented by the already stabilized first film.
Schließlich ist es aus US 2003/0234072 bekannt geworden, durch Einbringung von Sperrschichten oder Anbringung von flankierenden Folien an zum Schrumpfen neigende Folien eine Schrumpfung zu verhindern.Finally, it has become known from US 2003/0234072 to prevent shrinkage by incorporating barrier layers or attaching flanking films to shrink-prone films.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herbeiführung eines definierten Schrumpfungsverhaltens eines keramischen Grünfolienabschnittes während eines Sintervorganges so durchzuführen, daß der Schwindungsprozeß gezielt und reproduzierbar abläuft. Insbesondere sollen mehrlagige Grünfolienabschnitte ohne Verzug hergestellt werden können, die in Folge der gezielt herbeigeführten Schrumpfung elektronische Strukturen aufweisen können, die hinsichtlich ihrer Abmessungen gegenüber Leiterbahnstrukturen, die man mit normalen Siebdruckprozessen herstellen könnte, reduziert sind.The invention has for its object to perform a method for achieving a defined shrinkage behavior of a ceramic green sheet section during a sintering process so that the shrinkage process runs targeted and reproducible. In particular, multilayer green film sections are to be produced without delay, which may have as a result of the deliberately induced shrinkage electronic structures that are reduced in dimensions compared to conductor track structures that could be produced with normal screen printing processes.
Um dies zu erreichen, wird ein herkömmlich hergestellter und ausgestanzter Abschnitt einer Grünfolie zum Sintervorgang im wesentlichen lose auf eine Brennunterlage aufgelegt, die bei dem nachfolgend durchzuführenden Grünfoliensinterprozeß annähernd ein gleiches Schrumpfungsverhalten aufweist wie die Grünfolie selbst.In order to achieve this, a conventionally produced and punched-out section of a green sheet for sintering is laid essentially loosely on a firing base, which has approximately the same shrinkage behavior as the green sheet itself in the green-film sintering process to be subsequently performed.
Zunächst wird durch die mitschwindende Brennunterlage und deren gleichmäßigen Schwindungsprozeß vermieden, daß es infolge eines Anhaftens des Grünfolienabschnittes auf einer nicht schwindenden Brennunterlage in der Regel bei Rahmenstrukturen zu einem unkontrollierten, insbesondere kissenartigen Verzug des Folienabschnittes kommen kann. Alleine das Eigengewicht des Folienabschnittes in Verbindung mit einem im wesentlichen simultanen Schwinden der Brennunterlage ist ausreichend, um sicher zu stellen, daß es zu keinem oder zumindest keinem wesentlichen Verzug des Folienabschnittes beim Sintervorgang kommt.First, it is avoided by the mitschwindende firing pad and their uniform shrinkage process that it may come as a result of adherence of the green sheet section on a non-dwindling firing pad usually in frame structures to an uncontrolled, especially cushion-like delay of the film section. Alone the weight of the film section in conjunction with a substantially simultaneous shrinkage of the firing pad is sufficient to ensure that there is no or at least no significant delay of the film section during the sintering process.
Wenn vorstehend von einer mitschwindenden Brennunterlage gesprochen wird, die ein annähernd gleiches Schrumpfungsverhalten aufweist wie die Grünfolie selbst, so werden damit Brennunterlagen verstanden, die aus einer Mischung aus Glas und Keramik bestehen. Unter „annähernd gleichem Schrumpfungsverhalten" ist ein Schrumpfungsverhalten der Brennunterlage zu verstehen, das vom Schrumpfungsverhalten der Grünfolie nicht- wesentlich mehr als 2,5 % abweicht.If it is spoken above of a mitschwindenden firing pad, which has a nearly the same shrinkage behavior as the green sheet itself, so are understood firing pads, which consist of a mixture of glass and ceramic. By "approximately equal shrinkage behavior" is meant a shrinkage behavior of the firing pad, which does not deviate significantly more than 2.5% from the shrinkage behavior of the green film.
Was die Materialzusammensetzung der Brennunterlage anbelangt, so haben sich Brennunterlagen aus 55 - 85 Gew.% Glas und 15 - 45 Gew.% Keramik als vorteilhaft erwiesen, die Schichtdicken der Brennunterlage können zwischen 0,05 und 2 mm variieren.As far as the material composition of the firing base is concerned, firing pads of 55-85% by weight of glass and 15-45% by weight of ceramic have proven advantageous, the layer thicknesses of the firing pad can vary between 0.05 and 2 mm.
Wie oben bereits angemerkt, ist es vorteilhaft, wenn die Grünfolie ohne weitere Fixierung unter Einwirkung ihres Eigengewichtes auf der Brennunterlage aufliegt. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung den Grünfolienabschnitt zwischen zwei keramische mitschwindende Scheiben, nämlich unten eine Brennunterlage und oben eine Brennauflage hinzulegen.As already noted above, it is advantageous if the green sheet rests on the firing support under the influence of its own weight without any further fixing. But it is also within the scope of the invention, the green sheet section between two ceramic mitschwindende slices, namely down a firing pad and lay down a burning pad.
Gemäß Anspruch 8 soll nach dem vorstehenden Verfahren ein keramischer Mehrlagenkörper, insbesondere ein LTCC-Körper gesintert werden, wobei zunächst keramische Grünfolienbahnen hergestellt werden, die organischen Binder und weitere organische Hilfsstoffe enthalten, sodann die Folienteile und gegebenenfalls Durchgangslöcher oder Ausnehmungen in den Folienteilen miteingestanzt werden, das ausgestanzte Grünfolienteil auf einen Träger aufgebracht wird und dann eine Laminierung zu einem Schichtverbund erfolgt. Dieser Schichtverbund wird dann auf eine mitschwindende Brennunterlage aufgelegt und der Sintervorgang gestartet, um den definierten Schrumpfungsprozeß ablaufen zu lassen. Wenn der mehrlagige Grünfolienabschnitt zwischen eine Brennunterlage und eine Brennauflage gelegt wird, dann kann eine gewisse Druckausübung von Vorteil sein, dies allerdings abhängig von - A -According to claim 8, according to the above method, a ceramic multilayer body, in particular a LTCC body is sintered, initially ceramic green sheet webs are prepared containing organic binders and other organic adjuvants, then the film parts and optionally through holes or recesses are miteingestanzt in the film parts, the punched green foil part is applied to a carrier and then lamination to a composite layer takes place. This layer composite is then placed on a mitschwindende firing pad and the sintering process started to run the defined shrinkage process. If the multilayer green film section is placed between a firing pad and a firing pad, then some pressure may be beneficial, but this depends on - A -
Sintertemperaturen und Materialzusammensetzungen.Sintering temperatures and material compositions.
LTTC-Körper weisen eine Leiterbahnstruktur auf, die aufgrund ihrer thermischen und mechanischen Eigenschaften zu einer Verzerrung des Grünfolienabschnittes beim Sintervorgang fuhren kann. Es liegt im Rahmen der Erfindung, durch nicht an der Leiterbahnstruktur beteiligte Blindmetallisierungsstrukturen oder -flächen auf den Grünfolien eine homogenisierte Metallisierungsverteilung herbeizuführen und dafür zu sorgen, daß dadurch das Schrumpfungsverhalten vergleichmäßigt wird.LTTC bodies have a conductor track structure, which due to their thermal and mechanical properties can lead to a distortion of the green foil section during the sintering process. It is within the scope of the invention to bring about a homogenized metallization distribution on the green sheets by blank metallization structures or surfaces not involved in the conductor track structure, and to ensure that the shrinkage behavior is thereby made uniform.
Die Ansprüche 14 — 19 schützen eine Brennunterlage zur Verwendung in einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 - 13, Anspruch 20 schützt die Verwendung eines flachen Körpers aus 55 - 85 Gew.% Glas und 15 - 45 Gew.% Keramik als Brennunterlage für keramische Grünfolienabschnitte in einem Sintervorgang, um das Schrumpfungsverfahren definiert zu kontrollieren.Claims 14-19 protect a firing pad for use in a method according to claims 1-13. Claim 20 protects the use of a flat body of 55-85% by weight of glass and 15-45% by weight of ceramic as a firing underlay for ceramic green sheet sections a sintering process to control the shrinkage process defined.
Die Erfindung ist anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele in den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Diese zeigenThe invention is explained in more detail with reference to advantageous embodiments in the drawing figures. These show
Fig. 1 einen Grünfolienabschnitt zusammen mit einer mitschwindenden Brennunterlage auf einem Trägerkörper;Figure 1 shows a green sheet section together with a mitschwindenden firing pad on a support body.
Fig. 2 eine Anordnung gemäß Fig. 1, wobei zusätzlich auf dem Grünfolienabschnitt eine mitschwindende Brennauflage aufgelegt ist;FIG. 2 shows an arrangement according to FIG. 1, wherein additionally a shrinking firing layer is placed on the green foil section; FIG.
Fig. 3 ein LTCC-Laminat (Low Temperature Cofired Ceramic-Laminat; deutsch: Niedertemperatur-Mehrlagen-Keramikgrünkörper) auf einer Brennunterlage, wobei auf der Oberseite des LTCC-Laminats noch eine Brennauflage vorgesehen ist.3 shows a LTCC laminate (Low Temperature Cofired Ceramic laminate) on a firing pad, wherein a firing pad is still provided on the upper side of the LTCC laminate.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein Grünfolienabschriitt 1 aus einer hergestellten keramischen Grünfolie herausgeschnitten oder herausgestanzt und dieser Grünfolienabschnitt 1 auf eine mitschwindende Brennunterlage 2 aufgelegt, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem Trägerkörper 3 ruht, um einen Sinterprozeß durchführen zu können.According to the method of the invention, first a green foil Abschriitt 1 is cut or punched out of a ceramic green sheet produced and this green sheet section 1 placed on a mitschwindende firing pad 2, which rests in the illustrated embodiment on a support body 3 in order to perform a sintering process can.
Nach Abschluß des Sinterprozesses kann die gesinterte, gezielt geschrumpfte Grünfolie entnommen werden.After completion of the sintering process, the sintered, purpose shrunken green sheet can be removed.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist wichtig, daß im Gegensatz zu bekannten Verfahren keine Vorverbindung des Grünfolienabschnittes 1 mit anderen Stabilisierungsabschnitten erfolgt, sondern ein Grünfolienabschnitt 1 im wesentlichen ohne weitere Fixierung unter Einwirkung seines Eigengewichtes auf die Brennunterlage 2 aufgelegt wird. Die im Kontaktbereich 4 zwischen mitschwindender Brennunterlage 2 und Grünfolie 1 auftretenden Kräfte sind ausreichend, um einen Verzug der im Prinzip frei aufliegenden Grünfolie 1 beim Schwinden während des Sintervorgangs zu vermeiden. Die mitschwindende Brennunterlage 2 besteht aus einer Mischung aus Glas und Keramik, insbesondere weist sie 55 — 85 Gew.% Glas und 15 — 45 Gew.% Keramik auf. Abweichungen nach oben und unten sind aber möglich, insbesondere dann, wenn die Anpassung der Sinterschwindung der mitschwindenden Brennunterlage an ein stärker bzw. schwächer schwindenden Grünfolienabschnitt erreicht werden soll.In the method according to the invention is important that, in contrast to known methods, no pre-connection of the green sheet section 1 with other stabilization sections, but a green sheet section 1 is placed on the firing pad 2 substantially without further fixation under the action of its own weight. The forces which occur in the contact region 4 between shrinking firing underlay 2 and green sheet 1 are sufficient to prevent warping of the green sheet 1, which in principle rests freely on shrinkage during the sintering process. The mitschwindende firing pad 2 consists of a mixture of glass and ceramic, in particular, it has 55 - 85 wt.% Glass and 15 - 45 wt.% Ceramic on. Deviations upwards and downwards are however possible, in particular if the adaptation of the sintering shrinkage of the shrinking firing base to a stronger or weaker shrinking green sheet section is to be achieved.
Die Differenz des Schwundes zwischen der mitschwindenden Brennunterlage 2 und der Grünfolie 1 sollte kleiner als 2,5 % sein, um ein besonders verzugsfreies Sinterergebnis zu erhalten. Die Dicke der mitschwindenden Brennunterlage 2 und der Grünfolie 1 ist in den Zeichnungsfiguren übertrieben dargestellt, real hat die mitschwindende Brennunterlage 2 etwa eine Schichtdicke von 0,05 - 2 mm.The difference between the shrinkage between the shrinking firing base 2 and the green sheet 1 should be less than 2.5% in order to obtain a particularly distortion-free sintering result. The thickness of mitschwindenden firing pad 2 and the green sheet 1 is exaggerated in the drawings, in reality, the mitschwindende firing pad 2 has a thickness of about 0.05 - 2 mm.
In Zeichnungsfigur 1 ist dargestellt, daß die mitschwindende Brennunterlage 2 im wesentlichen die gleichen Dimensionen aufweist wie die Grünfolie 1. Auch eine gleiche geometrische Form ist möglich. In der Regel ist der Grünfolienabschnitt gleich groß oder etwas ldeiner als die mitschwindende Brennunterlage.In drawing figure 1 it is shown that the mitschwindende firing pad 2 has substantially the same dimensions as the green sheet 1. Also a same geometric shape is possible. As a rule, the green foil section is the same size or slightly smaller than the vanishing firing underlay.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf die Grünfolie 1 zusätzlich eine mitschwindende Brennauflage 5 aufgelegt, der Kontaktbereich 4' wirkt sich in Verbindung mit einer leichten Erhöhung des Kontaktdruckes in Folge des zusätzlichen Gewichtes der Brennauflage 5 positiv auf die Gleichförmigkeit des Schrumpfungsverhaltens des Folienabschnittes aus. Bedeutungsvoll bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls, daß der Grünfolienabschnitt 1 lediglich zwischen die Brennunterlage 2 und die Brennauflage 5 eingelegt ist, d.h. nach dem Sintervorgang problemlos und schnell entnommen werden kann, ohne daß es einer komplizierten Ablösung von stabilisierenden Folien bedarf.In the embodiment shown in Figure 2 is in addition to the green sheet 1 a mitschwindende burn pad 5 launched, the contact area 4 'has a positive effect on the uniformity of the shrinkage behavior of the film section in conjunction with a slight increase in the contact pressure due to the additional weight of the burn pad. Meaningful in the embodiment shown in Figure 2 is also that the green sheet section 1 is inserted only between the firing pad 2 and the burn pad 5, ie after the sintering process can be removed easily and quickly without the need for a complicated detachment of stabilizing films.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Mehrlagenkörper, nämlich ein LTCC-Folienabschnitt 11 dargestellt, der wie bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer mitschwindenden Brennunterlage 12 aufliegt, die ihrerseits auf einem Trägerkörper 13 ruht. Die Schichten I Ia - c des LTCC-Folienabschnitts 11 bestehen aus Grünfolienabschnitten 1, die aus einer keramischen Grünfolie herausgestanzt oder herausgeschnitten und zu einem Verbund laminiert sind. Wie bei im Bereich der Mikroelektronik eingesetzten LTCC- Folienabschnitten 11 üblich, sind Durchgangslöcher und Strukturen 20 vorgesehen, die zur Einbringung von Leiterbahnen oder sonstigen elektronischen Elementstrukturen dienen.In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 3, a multilayer body, namely an LTCC foil section 11, which, as in the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2, rests on a shrinking firing base 12, which in turn rests on a carrier body 13. The layers 11a-c of the LTCC film section 11 consist of green film sections 1 punched or cut out of a ceramic green sheet and laminated to form a composite. As usual with LTCC foil sections 11 used in the field of microelectronics, through-holes and structures 20 are provided which serve for introducing printed conductors or other electronic element structures.
Die Oberflächen des LTCC-Folienabschnitts 11 liegen frei, sind in Kontakt mit der mitschwindenden Brennunterlage 12 bzw. einer Brennauflage 15, die in Figur 3 gestrichelt angedeutet ist. Auch dann, wenn es im Bereich der Kontaktflächen 14, 14' zu Anhaftungen zwischen der Brennunterlage 12 bzw. der Brennauflage 15 und den Oberflächen des LTCC-Folienabschnitts 11 kommt, resultiert daraus kein wesentlicher Verzug des LTCC-Folienabschnitts 11 beim Sintervorgang, da das Schrumpfungsverhalten der Brennunterlage 12, der Brennauflage 15 und des LTCC- Folienabschnits 11 aufeinander abgestimmt sind.The surfaces of the LTCC film section 11 are exposed, are in contact with the shrinking firing pad 12 or a firing pad 15, which is indicated by dashed lines in FIG. Even if it comes in the area of the contact surfaces 14, 14 'to adhesions between the firing pad 12 and the burning pad 15 and the surfaces of the LTCC film section 11, resulting from no significant delay of the LTCC film section 11 during the sintering process, since the shrinkage behavior the firing pad 12, the burning pad 15 and the LTCC foil section 11 are matched to one another.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, LTCC-Folienabschnitts 11 mit einer anderen Anzahl von Schichten vorzusehen als in Figur 3 dargestellt. Der Rahmen der Erfindung wird auch dann nicht verlassen, wenn es zu einem geringfügigen Anhaften im Bereich -der Kontaktflächen 4, 4' und 14, 14' beim Sintervorgang kommt. Jedenfalls ist keine feste Verbindung zwischen Brennunterlage 2, 12, Brennauflage 5, 15 und Oberflächen der Grünfolien 1 bzw. des LTCC-Folienabschnitts 11 vorgesehen. Alleine das Eigengewicht der aufeinander geschichteten Elemente 1, 2, 11, 12 und gegebenenfalls 5, 15 ist ausreichend, um den definierten Schrumpfungsprozeß zu stabilisieren und so reproduzierbar zu gestalten, daß z.B. LTCC-Folienabschnitte 11 ganz gezielt hinsichtlich der in sie eingebrachten Mikrostrukturen geschrumpft werden können.It is within the scope of the invention to provide LTCC film section 11 with a different number of layers than shown in FIG. The scope of the invention is not abandoned even if there is a slight sticking in the area of Contact surfaces 4, 4 'and 14, 14' comes in the sintering process. In any case, there is no fixed connection between the firing base 2, 12, firing pad 5, 15 and surfaces of the green films 1 or the LTCC film section 11. Alone the weight of the stacked elements 1, 2, 11, 12 and optionally 5, 15 is sufficient to stabilize the defined shrinkage process and to make it so reproducible that eg LTCC film sections 11 are shrunk quite specifically with regard to the microstructures introduced into them can.
Hinsichtlich der Leiterbahnstrukturen ist bedeutungsvoll, daß die für Innenlagen- Leiterbahnen und Durchkontaktierungen entwickelten Silber, Silberpalladium und Goldpasten, die sich auf keramischen Folienabschnitten verarbeiten lassen, nahezu in gleichem Maße schrumpfen wie die Folienabschnitte selbst.With regard to the printed conductor structures, it is significant that the silver, silver palladium and gold pastes developed for inner layer printed conductors and plated-through holes, which can be processed on ceramic film sections, shrink almost to the same extent as the film sections themselves.
Werden andere Leiterbahnmaterialien verwendet, so läßt sich das Schrumpfungsverhalten weiter vergleichmäßigen, wenn erfindungsgemäß nicht an der Leiterbahnstruktur beteiligte Blindmetallisierungsstrukturen oder -flächen auf die Folienabschnitte 1 zur Herbeiführung einer homogenisierten Metallisierungsverteilung aufgebracht werden, da dann lokale Spannungen in dem LTCC-Folienabschnitts 11 vermieden oder zumindest reduziert werden können. If other interconnect materials are used, the shrinkage behavior can be further uniformized if blank metallization structures or areas not involved in the interconnect structure are applied to the film sections 1 to produce a homogenized metallization distribution, since then local stresses in the LTCC film section 11 are avoided or at least reduced can be.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herbeiführung eines definierten Schrumpfungsverhaltens eines keramischen Grünfolienabschnittes (1),1. A method for achieving a defined shrinkage behavior of a ceramic green sheet section (1),
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:characterized by the following process steps:
Herstellung einer keramischen Grünfolie (1) sowie Stanzen der Grünfolie (1) in Folienabschnitte;Production of a ceramic green sheet (1) and punching of the green sheet (1) in film sections;
Auflegen eines Grünfolienabschnittes (1) auf eine mitschwindendeLaying a green foil section (1) on a mitschwindende
Brennunterlage (T), die bei einem Grünfoliensinterprozeß annähernd ein gleiches Schrumpfungsverhalten aufweist wie die Grünfolie (1);Firing pad (T), which has approximately the same shrinkage behavior in a green foil sintering process as the green sheet (1);
Durchführung des Sinterprozesses;Implementation of the sintering process;
Entnehmen der gesinterten, gezielt geschrumpften Grünfolie (1).Remove the sintered, deliberately shrunk green foil (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die mitschwindende Brennunterlage (2) aus einer Mischung aus Glas und Keramik besteht.characterized in that the mitschwindende firing pad (2) consists of a mixture of glass and ceramic.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,3. The method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz des Schwundes zwischen der mitschwindenden Brennunterlage (2) und der Grünfolie (1) kleiner als 2,5 % ist.characterized in that the difference of the shrinkage between the mitschwindenden firing pad (2) and the green sheet (1) is less than 2.5%.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,4. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, daß die mitschwindende Brennunterlage (2) aus 55 - 85 Gew-% Glas und 15 - 45 Gew.-% Keramik besteht.characterized in that the mitschwindende firing pad (2) from 55 - 85 wt% glass and 15 - 45 wt .-% ceramic.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,5. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, daß die mitschwindende Brennunterlage (2) eine Schichtdicke von 0,05 - 2 mm aufweist.characterized in that the mitschwindende firing pad (2) has a layer thickness of 0.05 - 2 mm.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,6. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, daß die Grünfolie (1) ohne weitere Fixierung unter Einwirkung ihres Eigengewichtes auf der Brennunterlage (2) aufliegt.characterized in that the green sheet (1) rests without further fixation under the action of its own weight on the firing base (2).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,7. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, daß die mitschwindende Brennunterlage (2) eine im wesentlichen gleiche geometrische Form aufweist wie die Grünfolie (1).characterized in that the mitschwindende firing pad (2) has a substantially same geometric shape as the green sheet (1).
8. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines im wesentlichen plattenartigen keramischen Mehrlagenkörpers, insbesondere eines LTCC-Körpers (11), mit den Verfahrensschritten8. The method according to any one of the preceding claims for producing a substantially plate-like ceramic multilayer body, in particular an LTCC body (11), with the method steps
- Bereitstellung einer keramischen Grünfolie (1), die organischen Binder und weitere organische Hilfsstoffe enthält;- Providing a ceramic green sheet (1) containing organic binders and other organic auxiliaries;
Stanzen der Folienteile und gegebenenfalls Einbringung vonPunching the film parts and optionally introducing
Durchgangslöchern oder Ausnehmungen (20) in die Folienteile;Through-holes or recesses (20) in the film parts;
Aufbringen des ausgestanzten Grünfolienteils (1) auf einen Träger (13) und Laminierung zu einem Schichtverbund; Auflegen des Schichtverbundes mit der Grünfolienseite auf eine mitschwindende Brennunterlage (12);Applying the punched green foil part (1) on a support (13) and lamination into a layer composite; Laying the layer composite with the green foil side on a mitschwindende firing pad (12);
Sintern des Schichtverbundes zu einem monolithischen Schichtverbund, wobei der Schichtverbund und die Brennunterlage (12) zur Herbeiführung eines definierten Schrumpfungsverhaltens des Schichtverbundes ein im wesentlichen übereinstimmendes Schrumpfungsverhalten aufweisen.Sintering of the layer composite to form a monolithic layer composite, the layer composite and the firing base (12) having a substantially matching shrinkage behavior in order to bring about a defined shrinkage behavior of the layer composite.
9. Verfahren nach Anspruch 8,9. The method according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Laminierungsvorgang der Mehrlagenkörper ein Laminationsdruck von etwa 50 - 300 bar ausgeübt wird.characterized in that the lamination of the multilayer body a lamination pressure of about 50 - 300 bar is exercised.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 - 9,10. The method according to any one of claims 8 - 9,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Grünfolien (1) zur Bildung eines wenigstens zweilagigencharacterized in that at least two green sheets (1) to form an at least two-ply
Körpers auf einer Trägerschicht angeordnet sind und die Grünfolien (1) beim Sintervorgang auf eine mitschwindende Brennunterlage (12) oder zwischen eine mitschwindende Brennunterlage (12) und eine mitschwindende Brennauflage (15) gelegt werden.Body are arranged on a support layer and the green sheets (1) during sintering on a mitschwindende firing pad (12) or between a mitschwindende firing pad (12) and a mitschwindende firing pad (15) are placed.
11. Verfahren nach Anspruch 105 11. The method according to claim 10 5
dadurch gekennzeichnet, daß die Brennunterlage (12) und die Brennauflage (15) die freien Flächen dercharacterized in that the firing pad (12) and the firing pad (15) the free surfaces of the
Grünfolien (1) unter Druck beaufschlagen.Press green films (1) under pressure.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,12. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise vor der Laminierung der Folienschichten auf Keramikfolie verarbeitbare Strukturen aus Silber/Palladium- und/oder Goldpasten als Leiterbahnen oder elektronische Elementstrukturen aufgebracht werden.characterized in that Structures made of silver / palladium and / or gold pastes that can be processed in a conventional manner prior to the lamination of the film layers on ceramic film can be applied as conductor tracks or electronic element structures.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 - 12,13. The method according to any one of claims 8 - 12,
dadurch gekennzeichnet, daß nicht an der Leiterbahnstruktur beteiligte Blindmetallisierungsstrukturen oder - flächen auf die Grünfolien (1) zur Herbeiführung einer homogenisiertencharacterized in that blind metallization structures or surfaces not involved in the conductor track structure are applied to the green sheets (1) in order to produce a homogenized one
Metallisierungsverteilung und Vergleichmäßigung des Schrumpfungsverhaltens aufgebracht werden.Metallization distribution and equalization of the shrinkage behavior can be applied.
14. Brennunterlage zur Einbringung in eine Sintervorrichtung für keramische Folien,14. firing pad for incorporation in a sintering device for ceramic films,
dadurch gekennzeichnet, daß die Brennunterlage (2) ein an das Schrumpfverhalten der Grünfolie (1) bei einem Sintervorgang angepaßtes Schrumpfverhaltεn aufweist.characterized in that the firing base (2) has a shrinkage behavior adapted to the shrinkage behavior of the green sheet (1) during a sintering process.
15. Brennunterlage nach Anspruch 14,15. firing pad according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Mischung aus Glas und Keramik besteht.characterized in that it consists of a mixture of glass and ceramic.
16. Brennunterlage nach einem der Ansprüche 14 oder 15,16. firing pad according to one of claims 14 or 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz des Schrumpfverhaltens zwischen Grünfolie (1) und Brennunterlagecharacterized in that the difference of the shrinkage behavior between green sheet (1) and firing pad
(2) kleiner als 2,5 % ist.(2) is less than 2.5%.
17. Brennunterlage nach Anspruch 15,17. firing pad according to claim 15,
dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 55 - 85 Gew-% Glas und 15 - 45 Gew-% Keramik besteht.characterized in that It consists of 55-85% by weight of glass and 15-45% by weight of ceramic.
18. Brennunterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 - 17,18. firing pad according to any one of the preceding claims 14 - 17,
gekennzeichnet durch eine im aufzulegenden und zu sinternden keramischen Folienabschnitt angepaßte Außenkontur.characterized by a in the aufzulegenden and sintered ceramic film section adapted outer contour.
19. Brennunterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 - 18,19. firing pad according to one of the preceding claims 14 - 18,
gekennzeichnet durch eine Schichtdicke von 0,05 - 2 mm.characterized by a layer thickness of 0.05 - 2 mm.
20. Verwendung eines flachen Körpers aus 55 - 85 Gew-% Glas und 15 - 45 Gew-% Keramik als Brennunterlage (12) für keramische Grünfolienabschnitte (1) in einem Sintervorgang, wobei das Schrumpfungsverhalten des flachen Körpers im wesentlichen dem des Grünfolienabschnittes (1) entspricht, um ein definiertes20. Use of a flat body of 55-85% by weight of glass and 15-45% by weight of ceramic as a firing pad (12) for ceramic green sheet sections (1) in a sintering process, wherein the shrinkage behavior of the flat body substantially that of the green sheet section (1 ) corresponds to a defined
Schrumpfungsverhalten des Grünfolienabschnittes (1) zu erzielen. Shrinkage behavior of the green sheet section (1) to achieve.
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