WO2012025331A1 - Verfahren zur herstellung einer keramischen grünfolie - Google Patents

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WO2012025331A1
WO2012025331A1 PCT/EP2011/063044 EP2011063044W WO2012025331A1 WO 2012025331 A1 WO2012025331 A1 WO 2012025331A1 EP 2011063044 W EP2011063044 W EP 2011063044W WO 2012025331 A1 WO2012025331 A1 WO 2012025331A1
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ceramic
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carrier
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Aloys Josef Foecker
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Epcos AG
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C39/00—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor
    • B29C39/02—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C39/10—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles incorporating preformed parts or layers, e.g. casting around inserts or for coating articles
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K3/4611—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards
    • H05K3/4626—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials
    • H05K3/4629—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials laminating inorganic sheets comprising printed circuits, e.g. green ceramic sheets
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    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/28—Applying non-metallic protective coatings
    • H05K3/285—Permanent coating compositions

Definitions

  • Method for Producing a Ceramic Green Film Ceramic components comprise one or more layers of a ceramic material and planar or structured conductor structures arranged thereon, usually made of
  • a ceramic material with purely dielectric properties can serve to insulate the conductor structures.
  • a component manufactured therefrom can be a ceramic
  • Ceramic materials having particular electrical properties can be used in conjunction with corresponding deposited conductor structures to produce capacitances, inductances, and resistive elements.
  • Green films produced The conductor structures are respectively applied to the green sheets or integrated into these.
  • Green foil stack is then laminated and sintered.
  • the ladder structures can in the simplest case by
  • the conductive structures have a larger size
  • the ratio of the conductor thickness to the thickness of the ceramic green sheet is the ratio of the conductor thickness to the thickness of the ceramic green sheet
  • the object of the present invention is to provide a process for the production of green films with integrated structures, which can produce green films with flat surfaces in a simple manner.
  • a method is proposed in which first a carrier, a slurry of a ceramic base material and a functional material are provided. At first it becomes: a structure of the functional material generated on the carrier. Subsequently, with the slurry on the support and over the structure, a slurry layer is applied so that the structure is completely separated from the slurry layer covered and thus completely embedded in the slurry layer.
  • Functional material is arranged is completely flat, or has the usually planar topography of the carrier.
  • Slip layer may vary depending on the application method
  • the ceramic base material has any mix ⁇ setting, but usually has a dielectric character and serves both for insulation and for mechanical stabilization of the later ceramics.
  • the functional material differs from the ceramic base material in that the from the Functional material formed structure an electrical
  • a simple combination of base material and functional ⁇ material are, for example, dielectric and electrical conductors.
  • An interaction of functional material or structure of functional material and ceramic base material can also lead to an electrical component, in the ceramic base material beyond the electrical insulation ⁇ going function goes.
  • capacitive, inductive and resistive devices can be fabricated with electrically conductive structures made from the functional material.
  • the ceramic base material may also have hot or cold conductive properties or comprise a varistor material. From this, it is then possible to generate PTC (positive temperature coefficient) or NTC (negative temperature coefficient) elements or varistors.
  • the base material can also have magnetic properties
  • magnets or inductive components can be produced.
  • Structures produced from conductive functional material can in all cases be used as electrode layers for the
  • the functional material is provided in the form of a printable, preferably viscous or pasty mass and then as a structure on a support
  • the structure can be a desired fine
  • Structuring or larger areas include.
  • On the surface of the support may be a release layer
  • the properties of the separating layer are adjusted so that both the structure of functional material and the slip layer have sufficient adhesion to the separating layer,
  • green film is understood to mean the combination of slip layer and embedded structure in the state in which all the solvent is removed from the structure and the slip layer, ie in which the layers of ceramic base material and functional material have dried.
  • a further possibility for producing the structure from the functional material is to apply the functional material not structured but to apply whole or large area as a layer to the carrier and only then to structure this layer to form the structure.
  • a sinterable green film it is a prerequisite that all components of the green film are sintered or a
  • Green films with a small thickness of less than 50 ⁇ are especially with such thin green sheets leads a
  • Green films with an embedded structure according to the invention lead to the lamination of film stacks to
  • Outer structures such as in particular the upper ⁇ or bottom or on the side surfaces of the
  • the structures of functional material in ceramic multi-layer components usually from foil to foil
  • films with and without embedded structure can alternate.
  • the green sheets can be provided with vias prior to stacking and laminating. These can first be generated mechanically as holes and punched out, for example, and then with a
  • the proposed method is particularly suitable for the production of LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic) or HTCC (High Temperature Co-fired Ceramic) ceramics.
  • Such ceramic multilayer substrates which themselves already represent multilayer components or at least can fulfill electrical subfunctions, contain in particular metallic structures made of functional material, wherein the
  • Metal at LTCC may be selected from silver, palladium or platinum.
  • Metal at LTCC may be selected from silver, palladium or platinum.
  • HTCC ceramics which are only affected by the LTCC due to the increased sintering temperature.
  • another electrode material adapted to the higher sintering temperatures is required.
  • HTCC ceramics contain z.
  • Figure 1 shows a arranged on a support
  • FIGS. 2A to 2D show different method steps in the production of this green sheet
  • FIGS. 3A and 3B show two method steps in FIG.
  • FIGS. 4A and 4B show two process steps in the
  • FIG. 1 shows a green sheet GF produced according to the invention on a support TR.
  • a structure ST is arranged, which either comprises a ceramic mass or sinterable to conductive structures
  • FIGS. 2A to 2D show two different process stages in the production of a green film according to the invention.
  • a support TR which consists of any solid, but preferably flexible material such as a plastic film, a release layer is first applied. This serves to create the structure to be created on it and the
  • Slip layer releasably stick.
  • the release layer is selected depending on the materials of the green sheet and then has suitable adhesion and release properties.
  • FIG. 2A shows the thus produced layer SCS of FIG.
  • the process step according to FIG. 2B can also be achieved by directly generating the structure, eg. B. can be achieved by printing.
  • a slurry layer SCH of a slurry of a ceramic base material is applied over the entire surface, for example by means of film casting or
  • FIG. 2D shows a slurry layer with a leveled surface.
  • the slip layer SCH can also be produced directly with a correspondingly flat surface.
  • the green sheet so cast or drawn is allowed to dry first until the solvent, usually
  • FIG. 3A shows a corresponding green sheet. As can be seen, this green sheet has two almost completely flat and mutually parallel surface. This plane parallelism makes it possible to increase the height proportion of the structure of functional material relative to the total layer thickness of the green sheet to values of 20% and more without the green sheet thereby losing stability or being produced therefrom
  • Multi-layer devices show excessively high failure rates during lamination and sintering.
  • an assumed layer thickness h s of a structure ST of metallic functional material of about 10 ⁇ m it is thus possible, for example, to produce green sheets with a layer thickness h F of 50 ⁇ m and less, as used in particular for the production of highly integrated substrates made of LTCC ceramic.
  • FIG. 3B shows a film stack FS, in which here five green films GF1 to GF5 are stacked on top of one another. Due to the plane-parallel surfaces of this film stack FS has no gaps and can therefore be laminated to a stress-free laminate. Independent of
  • FIG. 4A clearly shows that the structure ST with its entire layer thickness is above the
  • the invention is not limited to the embodiments illustrated in the embodiments. Rather, it is possible to process not only the same material, but also made of different materials green sheets to a film stack and further to a multilayer ceramic component.
  • Foil stacks These structures can be applied before or after sintering. Such structures can also be produced by means other than thick film processes, for example by vapor deposition, sputtering and / or electroless or galvanic deposition or amplification. Reference sign list

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Abstract

Zur Herstellung von keramischen Grünfolien (GF) mit eingebetteten Strukturen (ST) eines Funktionsmaterials wird vorgeschlagen, auf einem Träger (TR) zunächst Strukturen (ST) eines Funktionsmaterials zu erzeugen und diese anschließend in eine Schlickerschicht (SCH) eines keramischen Grundmaterials einzubetten. So erhaltene annähernd planparallele Grünfolien lassen sich in einfacher Weise zu keramischen Mehrschichtbauelementen weiterverarbeiten.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer keramischen Grünfolie Keramische Bauelemente umfassen eine oder mehrere Schichten eines keramisches Materials sowie darauf angeordnete flächige oder strukturierte Leiterstrukturen, üblicherweise aus
Metall. Ein keramisches Material mit rein dielektrischen Eigenschaften kann zur Isolation der Leiterstrukturen dienen. Ein daraus gefertigtes Bauelement kann eine keramische
Leiterplatte sein. Keramische Materialien mitbesonderen elektrischen Eigenschaften lassen sich in Verbindung mit entsprechenden aufgebrachten Leiterstrukturen zur Herstellung von Kapazitäten, Induktivitäten und Widerstandselementen verwenden.
Komplexere keramische Bauelemente sind mehrschichtig
aufgebaut und werden z. B. aus laminierten Stapeln von
Grünfolien hergestellt. Die Leiterstrukturen sind jeweils auf den Grünfolien aufgebracht oder in diese integriert. Der
Grünfolienstapel wird anschließend laminiert und gesintert.
Die Leiterstrukturen können im einfachsten Fall durch
Aufdrucken einer leitfähigen Paste auf die Grünfolien
hergestellt werden. Durch den Materialauftrag erhalten die Grünfolien jedoch eine unebene Oberfläche, die beim Stapeln der Grünfolien Probleme bereitet. Ein solcher Stapel verformt sich dann beim Laminieren, wenn keramisches Material unter Druck in die beim Stapeln verbleibenden Zwischenräume
einfließt. Weiter werden auf diese Weise Spannungen erzeugt, die beim Sintern zu weiteren Verformungen führen. Dies hat zur Folge, dass die leitenden Strukturen eine größere
Toleranz einhalten müssen. Die Genauigkeit, mit der insbesondere die Geometrien der leitfähigen Strukturen reproduziert werden kann, ist dadurch reduziert. Dies hat zur Folge, dass die elektrischen Werte solcher Bauelemente einer größeren Schwankung unterliegen.
Um solche Probleme zu vermeiden, wird das Verhältnis der Leiterbahndicke zur Dicke der keramischen Grünfolie
minimiert, sodass der Anteil der Verformung an der gesamten Dicke ebenfalls reduziert ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Vertiefungen in der Oberfläche der keramischen Grünfolien zu erzeugen, die dann mit Metallpaste gefüllt werden. So kann eine keramische Grünfolie mit leitfähigen Strukturen erhalten werden, die eine ebene Oberfläche
aufweisen. Diese Methode ist jedoch mit einem höheren Aufwand verbunden .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Grünfolien mit integrierten Strukturen anzugeben, welches Grünfolien mit ebenen Oberflächen auf einfache Weise erzeugen kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem zunächst ein Träger, ein Schlicker eines keramisches Grundmaterials und ein Funktionsmaterial vorgesehen werden. Es wird nun zunäch: eine Struktur aus dem Funktionsmaterial auf dem Träger erzeugt. Anschließend wird mit dem Schlicker auf dem Träger und über der Struktur eine Schlickerschicht so aufgebracht, dass die Struktur vollständig von der Schlickerschicht abgedeckt und somit in die Schlickerschicht vollständig eingebettet wird.
Mit dem Verfahren gelingt es, eine Grünfolie zu erzeugen, di eine wesentlich geringere Dickenschwankung aufweist. Die Oberseite der Grünfolie, die näher an der Struktur des
Funktionsmaterials angeordnet ist, ist vollständig eben, bzw weist die üblicherweise planare Topografie des Trägers auf.
Auf der gegenüberliegenden Oberfläche der erzeugten
Schlickerschicht kann je nach Aufbringverfahren eine
Unebenheit verbleiben, die die Geometrie der Struktur in den Umrissen nachzeichnet, die aber eine wesentlich weniger über die restliche Oberfläche der Schlickerschicht übersteht als es eine auf die Grünfolie aufgedruckte Struktur tun würde, sodass eine wesentlich ebenere Oberfläche erhalten wird als mit dem bekannten Druckverfahren.
Möglich ist es jedoch auch, das Verfahren so zu führen, dass eine ebene Oberfläche der Schlickerschicht ausgebildet wird. Dazu kann es erforderlich sein, die Oberfläche der Schlicker schicht nach dem Aufbringen einzuebnen. Dies kann beispielsweise mit einer Klinge erfolgen, mit der die Folie nach dem Aufbringen abgezogen wird.
Das keramische Grundmaterial weist eine beliebige Zusammen¬ setzung auf, hat üblicherweise aber einen dielektrischen Charakter und dient sowohl zu Isolationszwecken als auch zur mechanischen Stabilisierung der späteren Keramik.
Das Funktionsmaterial dagegen unterscheidet sich von dem keramischen Grundmaterial dadurch, dass die aus dem Funktionsmaterial gebildete Struktur eine elektrische
Funktion im Bauelement erzeugt.
Eine einfache Kombination aus Grundmaterial und Funktions¬ material sind beispielsweise Dielektrikum und elektrischer Leiter .
Ein Zusammenwirken aus Funktionsmaterial bzw. Struktur aus Funktionsmaterial und keramischem Grundmaterial kann auch zu einem elektrischen Bauelement führen, in dem keramischen Grundmaterial eine über die elektrische Isolation hinaus¬ gehende Funktion zukommt.
Ein elektrisches Funktionsmaterial und eine Kondensator¬ keramik als keramisches Grundmaterial erlauben die
Herstellung von Kondensatoren.
Allgemein können mit elektrisch leitenden Strukturen, die aus dem Funktionsmaterial hergestellt sind, kapazitive, induktive und resistive Bauelemente hergestellt werden. Das keramische Grundmaterial kann auch heiß- oder kaltleitende Eigenschaften aufweisen oder ein Varistormaterial umfassen. Daraus lassen sich dann PTC- (PTC = positive temperature coefficient) oder NTC-Elemente (NTC = negative temperature coefficient) oder Varistoren erzeugen.
Das Grundmaterial kann auch magnetische Eigenschaften
besitzen und beispielsweise Ferrite umfassen. Daraus lassen sich Magnete oder induktive Bauelemente herstellen.
Aus leitfähigem Funktionsmaterial erzeugte Strukturen können in allen Fällen als Elektrodenschichten für die zu
erzeugenden keramischen Bauelemente dienen. Zur Herstellung der Struktur aus dem Funktionsmaterial kann ein Druckverfahren wie beispielsweise Sieb- oder Stempeldruck eingesetzt werden. Dazu wird das Funktionsmaterial in Form einer druckfähigen, vorzugsweise viskosen oder pastösen Masse bereitgestellt und dann als Struktur auf einen Träger
aufgedruckt. Die Struktur kann eine gewünschte feine
Strukturierung oder eine größere Flächen umfassen.
Auf der Oberfläche des Trägers kann eine Trennschicht
aufgebracht sein, die sowohl an die Hafteigenschaften des Funktionsmaterials als auch an die Hafteigenschaften des keramischen Grundmaterials angepasst ist. Die Eigenschaften der Trennschicht sind so abgestimmt, dass sowohl die Struktur aus Funktionsmaterial als auch die Schlickerschicht eine ausreichende Haftung auf der Trennschicht aufweisen,
gleichzeitig aber ein Ablösen der fertigen Grünfolie von der Trennschicht und damit von dem Träger ohne Beschädigung der Grünfolie oder der darin eingebetteten Struktur möglich ist.
Unter Grünfolie wird in dem Zusammenhang die Kombination aus Schlickerschicht und eingebetteter Struktur in dem Stadium verstanden, in dem sämtliches Lösungsmittel aus Struktur und Schlickerschicht entfernt ist, in dem also die Schichten aus keramischem Grundmaterial und Funktionsmaterial getrocknet sind .
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung der Struktur aus dem Funktionsmaterial besteht darin, das Funktionsmaterial nicht strukturiert sonder ganz- oder großflächig als Schicht auf den Träger aufzubringen und erst anschließend diese Schicht zur Struktur zu strukturieren. Für eine sinterbare Grünfolie ist es Voraussetzung, dass all Komponenten der Grünfolie sinterbar sind bzw. einen
Sinterprozess überstehen. Insbesondere betrifft dies das keramische Grundmaterial und das Funktionsmaterial.
In einer weiteren Aus führungs form werden bei dem Verfahren unterschiedliche Strukturen aus gegebenenfalls
unterschiedlichem Funktionsmaterial erzeugt. Möglich ist es dabei auch, dass sich unterschiedliche Strukturen in der Schichtdicke bzw. in der Höhe der aufgebrachten Schicht unterscheiden .
Besonders vorteilhaft wird das Verfahren zur Herstellung von Grünfolien eingesetzt, bei denen die Höhe der Struktur mehr als 10 % der Gesamtdicke der Grünfolie beträgt. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren auch zum Erzeugen von
Grünfolien mit einer geringen Dicke von weniger als 50 μπι. Insbesondere bei solchen dünnen Grünfolien führt eine
Struktur, deren Dicke mehr als 10 % der Gesamtdicke beträgt, zu instabilen Grünfolien, die dann während des Laminierens oder später während des Sinterns beschädigt werden können.
Grünfolien mit einer erfindungsgemäß eingebetteten Struktur führen sowohl beim Laminieren von Folienstapeln zum
Herstellen von Mehrlagenkeramiken als auch beim Sintern dieser Folienstapel zu weniger Verspannungen und damit zu weniger Ausfällen durch beschädigte oder unbrauchbare
Produkte .
Zur Herstellung von Mehrlagenbauelementen werden mehrere Grünfolien mit und ohne integrierte Strukturen hergestellt, übereinander gestapelt, laminiert, gesintert und zu
keramischen Mehrlagenaufbauten und Bauelementen weiter prozessiert. Äußere Strukturen wie insbesondere auf Ober¬ oder Unterseite oder auch auf den Seitenflächen des
keramischen Mehrschichtaufbaus aufzubringende Metalli¬ sierungen können auch nach dem Sintern aufgebracht werden.
Die Strukturen aus Funktionsmaterial sind bei keramischen Mehrlagenbauelementen in der Regel von Folie zu Folie
unterschiedlich, so dass diese im Mehrlagenaufbau
dreidimensionale Struktur ausbilden können, beispielsweise helixartige Windungen eines induktiven Bauelements, die sich über mehrere Folienebenen erstrecken können.
In einem solchen Folienstapel/Mehrlagenaufbau können sich auch Folien mit und ohne eingebettete Struktur abwechseln.
Zur Verschaltung oder elektrischen Verbindung von leitfähigen Strukturen, die in unterschiedlichen übereinander gestapelten Folien realisiert sind, können die Grünfolien vor dem Stapeln und Laminieren noch mit Durchkontaktierungen versehen werden. Diese können zunächst mechanisch als Löcher erzeugt und beispielsweise ausgestanzt werden und dann mit einer
leitfähigen Masse gefüllt werden.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von LTCC- (Low Temperature Co-fired Ceramic) oder von HTCC-Keramiken (High Temperature Co-fired Ceramic) .
Solche keramischen Mehrlagensubstrate, die selbst bereits Mehrlagenbauelemente darstellen oder zumindest elektrische Teilfunktionen erfüllen können, enthalten insbesondere metallische Strukturen aus Funktionsmaterial, wobei das
Metall bei LTCC ausgewählt sein kann aus Silber, Palladium oder Platin. Zur Herstellung von HTCC-Keramiken, die sich von der LTCC nur durch die erhöhte Sintertemperatur unter- scheiden, ist ein anderes an die höheren Sintertemperaturen angepasstes Elektrodenmaterial erforderlich. HTCC Keramiken enthalten z. B. leitfähige Strukturen aus Kupfer oder
Wolfram.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs¬ beispiels und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt
Figur 1 zeigt eine auf einem Träger angeordnete
erfindungsgemäße Grünfolie mit eingebetteter
Struktur,
Figuren 2A bis 2D zeigen verschiedene Verfahrensschritte bei der Herstellung dieser Grünfolie,
Figuren 3A und 3B zeigen zwei Verfahrensschritte bei der
Herstellung eines Mehrlagenbauelements aus erfindungsgemäßen Grünfolien,
Figuren 4A und 4B zeigen zwei Verfahrensstufen bei der
Herstellung eines keramischen Mehrlagenaufbaus , die in bekannter Weise mit leitfähigen Strukturen bedruckt sind.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäß auf einem Träger TR hergestellte Grünfolie GF. Direkt auf dem Träger ist eine Struktur ST angeordnet, die entweder eine keramische Masse umfasst oder zu leitfähigen Strukturen sinterbare
Metallpartikel enthält.
Über der Struktur ST ist eine Schlickerschicht SCH
aufgebracht, die die Struktur ST vollständig abdeckt. Vorzugsweise weist die Schlickerschicht SCH eine planarisierte Oberfläche auf, sodass die Grünfolie GF über die gesamte Fläche eine konstante Dicke aufweist. Figur 2A bis 2D zeigen zwei verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Grünfolie. Auf einem Träger TR, der aus einem beliebigen festen, vorzugsweise aber flexiblen Material wie beispielsweise einer Kunststofffolie besteht, wird zunächst eine Trennschicht aufgebracht. Diese dient dazu, die darauf zu erzeugende Struktur und die
Schlickerschicht ablösbar haften zu lassen. Die Trennschicht wird in Abhängigkeit von den Materialien der Grünfolie ausgewählt und weist dann geeignete Adhäsions- und Release- Eigenschaften auf.
Über der Trennschicht (in der Figur nicht dargestellt) wird nun eine ganzflächige Schicht SCS eines Funktionsmaterials aufgebracht, beispielsweise in Form eines Schlickers oder einer Paste. Dementsprechend kann das Funktionsmaterial aufgestrichen oder mittels Foliengießens aufgebracht werden. Auch Folien ziehen ist eine geeignete Aufbringmöglichkeit. Figur 2A zeigt die so hergestellte Schicht SCS des
Funktionsmaterials . Im nächsten Schritt wird die ganzflächige Schicht SCS zur gewünschten Struktur ST strukturiert. Figur 2B zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe.
Die Verfahrensstufe gemäß Figur 2B kann aber auch durch direktes Erzeugen der Struktur, z. B. durch Aufdrucken erreicht werden. Im nächsten Schritt wird ganzflächig eine Schlickerschicht SCH aus einem Schlicker eines keramischen Grundmaterials aufgebracht, beispielsweise mittels Foliengießens oder
Folienziehens. Je nach Viskosität des Schlickers und nach Aufbringverfahren ist es möglich, dass die Struktur ST sich durch eine leichte Erhöhung an der Oberfläche der Schlickerschicht SCH abzeichnet. In diesem Fall ist es möglich, die Struktur nachträglich einzuebnen, beispielsweise durch Abziehen mittels einer Klinge (blade) . Figur 2D zeigt eine Schlickerschicht mit eingeebneter Oberfläche.
Mit einem geeigneten Verfahren lässt sich die Schlickerschicht SCH aber auch direkt mit einer entsprechend ebenen Oberfläche herstellen.
Die so gegossene oder gezogene Grünfolie lässt man nun zunächst trocknen, bis das Lösungsmittel, üblicherweise
Wasser, vollständig entfernt ist. Anschließend kann die
Grünfläche GF von dem Träger TR abgezogen werden. Figur 3A zeigt eine entsprechende Grünfolie. Wie zu erkennen, weist diese Grünfolie zwei nahezu vollständig ebene und zueinander parallele Oberfläche auf. Diese Planparallelität ermöglicht es, den Höhenanteil der Struktur aus Funktionsmaterial relativ zur Gesamtschichtdicke der Grünfolie auf Werte von 20 % und mehr zu steigern, ohne dass die Grünfolie dabei an Stabilität verliert bzw. ohne dass daraus gefertigte
Mehrschichtbauelemente beim Laminieren und Sintern übermäßig hohe Ausfallquoten zeigen. Bei einer angenommenen Schichtdicke hs einer Struktur ST aus metallischem Funktionsmaterial von ca. 10 μπι lassen sich so beispielsweise Grünfolien mit einer Schichtdicke hF von 50 μπι und weniger herstellen, wie sie insbesondere zur Herstellung von hochintegrierten Substraten aus LTCC-Keramik benötigt werden .
Figur 3B zeigt einen Folienstapel FS, bei dem hier fünf Grünfolien GF1 bis GF5 übereinander gestapelt sind. Aufgrund der planparallelen Oberflächen weist dieser Folienstapel FS keinerlei Zwischenräume auf und lässt sich daher zu einem spannungsfreien Laminat laminieren. Unabhängig von
möglicherweise erzeugten Spannungen zeigt ein solcher
Folienstapel nach dem Laminieren auch keinen durch das
Laminieren erzeugten Verzug der Strukturen ST bzw. ein
Verschieben der Strukturen in den einzelnen Grünfolien gegeneinander, was insgesamt zu Strukturungenauigkeiten im Folienstapel führen könnte.
Im Vergleich dazu zeigen Figur 4A und 4B die bekannte
Herstellung eines Folienstapels aus Grünfolien, deren
Strukturen ST durch Bedrucken einer keramischen Grünfolie hergestellt worden sind. Figur 4A zeigt deutlich, dass die Struktur ST mit ihrer gesamten Schichtdicke über der
Oberfläche der auf dem Träger TR erzeugten Grünfolie
übersteht und eine entsprechende Unebenheit erzeugt. Dies führt, wie in Figur 4B gezeigt, beim Übereinanderstapeln mehrerer Grünfolien zu Zwischenräumen, die beim Laminieren ausgeglichen werden müssen. Dies kann dann dazu führen, dass Strukturen sich gegeneinander verschieben und damit nicht mehr an der vorgesehenen Position sitzen. Nachteiliger noch sind die dabei aufgebauten Spannungen, die sich durch
Zugbelastungen an den Strukturen ergeben und beim späteren Sintern zur Beschädigung der Strukturen oder zu Rissen im keramischen Mehrlagenaufbau führen können. Die Erfindung ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Ausführungen beschränkt. Vielmehr ist es möglich, nicht nur aus gleichem Material, sondern auch aus unterschiedlichem Material hergestellte Grünfolien zu einem Folienstapel und weiter zu einem mehrlagigen keramischen Bauelement weiterzuverarbeiten .
Im Folienstapel können sich auch unterschiedliche Folien abwechseln. Es können Grünfolien enthalten sein, in die Strukturen ST eingebettet sind.
Nicht dargestellt sind auch Durchkontaktierungen, mit denen leitfähige Strukturen über mehrere Schichten hinweg
elektrisch leitend miteinander verbunden werden können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beliebig komplexe und auch feinteilige, d. h. mit niedrigem Querschnitt verlaufende Strukturen erzeugt werden, ohne dass dies zu einer höheren Empfindlichkeit der Strukturen führt. Durch deren Einbettung in die Schicht des keramischen Grundmaterials sind diese beim Laminieren praktisch geschützt und keinem zusätzlichen Stress ausgesetzt.
Nicht dargestellt sind auch Weiterverarbeitungsschritte, die zur Fertigstellung eines keramischen Mehrlagenbauelements erforderlich sein können und insbesondere die Herstellung von leitfähigen Strukturen auf Ober- und Unterseite des
Folienstapels betreffen. Diese Strukturen können vor oder nach dem Sintern aufgebracht werden. Solche Strukturen können auch mit anderen als Dickschichtverfahren erzeugt werden, beispielsweise durch Aufdampfen, Aufsputtern und/oder stromlose oder galvanische Abscheidung oder Verstärkung. Bezugs zeichenliste
TR Träger
ST Struktur
SCH Schlickerschicht
GF Grünfolie
STS Schicht aus Funktionsmaterial hs Höhe der Struktur
hF Dicke der Grünfolie
FS Folienstapel

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung von keramischen Grünfolien (GF) ,
bei dem ein Träger (TR) , ein Schlicker eines keramische Grundmaterials und ein Funktionsmaterial vorgesehen werden,
bei dem auf dem Träger zunächst eine Struktur (ST) aus dem Funktionsmaterial erzeugt wird
bei dem anschließend mit dem Schlicker eine
Schlickerschicht (SCH) so auf dem Träger (TR) und über der Struktur aufgebracht wird, dass die Struktur vollständig in der Schlickerschicht eingebettet wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem die Schlickerschicht (SCH) nach dem Aufbringen eingeebnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem die Struktur (ST) aus dem Funktionsmaterial in einer gewünschten Strukturierung auf den Träger (TR) aufgedruckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
bei dem eine Schicht (STS) aus dem Funktionsmaterial ganzflächig auf den Träger (TR) aufgebracht wird und bei dem anschließend die Struktur (ST) durch
Strukturieren dieser Schicht hergestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem zur Herstellung der Schicht (STS) oder Struktur (ST) des Funktionsmaterials ein leitfähiges Material oder eine zu einem leitfähigen Material sinterbare Masse verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem zur Herstellung der Schicht (STS) oder Struktu (STS) des Funktionsmaterials ein keramisches Material verwendet wird, welches sich von dem keramischen
Grundmaterial des Schlickers unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei dem die Struktur (ST) so hoch mit der
Schlickerschicht (SCH) bedeckt wird, das der Anteil der Struktur an der Gesamtdicke der Schlickerschicht (SCH) mehr als 10% beträgt und/oder dass die Schlickerschicht (SCH) eine Höhe hF von 50μπι und weniger aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
bei dem die Schlickerschicht (SCH) in einem
Foliengießverfahren aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
bei dem die Schlickerschicht (SCH) nach dem Aufbringen mit einer Klinge abgezogen und so eingeebnet wird. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
bei dem die Schlickerschicht (SCH) zu einer Grünfolie (GF) getrocknet, vom Träger (TR) abgelöst und
anschließend zusammen mit weiteren gleichartigen oder verschiedenen Grünfolien (GF1,GF2,GF3 .) zu einem
Folienstapel (FS) gestapelt und zu einem Mehrlagenaufbau laminiert wird.
1. Verwendung einer Grünfolie (GF) nach Anspruch 10 zur Herstellung einer LTCC oder HTCC Keramik.
PCT/EP2011/063044 2010-08-26 2011-07-28 Verfahren zur herstellung einer keramischen grünfolie Ceased WO2012025331A1 (de)

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