WO2013064531A1 - Leiterplatte aus ain mit kupferstrukturen - Google Patents

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adhesive paste
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ceramic substrate
copper
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Alexander Dohn
Roland Leneis
Klaus Herrmann
Dietmar JÄHNIG
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Ceramtec Gmbh
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    • Y10T29/49165—Manufacturing circuit on or in base by forming conductive walled aperture in base

Definitions

  • Printed circuit board made of AIN with copper structures
  • the invention relates to a method for producing a ceramic printed circuit board with electrical conductor tracks and contact points on at least one of the two sides and with at least one through-hole (via).
  • the invention has for its object to improve a method according to the preamble of claim 1 so that the printed circuit boards produced by the method in the LED technology for high-power light sources, where much heat is generated and high currents flow, can be used.
  • high-power light sources are used, for example, in a stadium as a floodlight system.
  • a downstream drying process or firing process of the ceramic substrate takes place. This improves the adhesion and long-term stability.
  • the conductor tracks and contact points or the baked cover paste are reinforced with electroless nickel and electroless gold corrosion-resistant and solderable.
  • the introduction of the holes at the locations provided for the vias preferably takes place either before sintering by punching or after sintering by laser radiation.
  • a highly viscous copper paste is used as the first adhesive paste whose viscosity is between 800 Pa * s and 1 .200 Pa * s, preferably between 900 Pa * s and 1 .100 Pa * s and more preferably at 1, 000 Pa * s lies.
  • the copper paste preferably contains CuO or CU 2 O and a bonding glass suitable for AIN, preferably of ZnO-SiO 2.
  • the second adhesive paste is preferably identical to the first adhesive paste except for its viscosity, wherein the viscosity of the second adhesive paste is smaller by half than that of the first adhesive paste.
  • half is meant preferably 50% + - 10%, more preferably 50% + - 5%, and most preferably 50% + - 2%.
  • the viscosity of the second adhesive paste is preferably 500 Pa * s.
  • 500 Pa * s is a viscosity between 500 + - 50 Pa * s understood, more preferably between 500 + - 10 Pa * s.
  • the topping paste is identical to the sticky paste except for the absence of the sticky glass, but has a lower viscosity than the sticky paste, the viscosity of the toppaste being between 1/3 and 2/3 of the viscosity of the sticky paste, and more preferably 40-60% of the viscosity of the adhesive paste is.
  • the overpressure 0.01 - 0.05 mm is executed circumferentially smaller.
  • the vertical thickness or height of the tracks and contact points is preferably between 20 and 125 ⁇ , preferably 60 to 90 ⁇ .
  • the vias are filled with copper, tungsten or molybdenum or mixtures thereof. Silver does not work because of too heavy alloy reaction.
  • These printed circuit boards are preferably used in LED technology for high-power light sources, in which a lot of heat is generated and high currents flow. Such high-power light sources are used, for example, in a stadium as a floodlight system. manufacturing:
  • a ceramic substrate made of aluminum nitride is used for the production, which is punched for the insertion of the vias in their places either before sintering or laser-drilled after sintering with laser radiation.
  • the vias are filled with an adhesive paste of copper, tungsten or molybdenum or their alloys or mixtures as a first step.
  • a copper paste having a viscosity of 1, 000 Pa * s is preferably used as an adhesive paste.
  • the copper vial paste may contain CuO or CU2O and a bonding glass suitable for AIN, preferably ZnO-SiO2.
  • volume-increasing components such as Al or Ti and copper-emitting substances such as CuCI are favorable.
  • a further screen printing process with the aforementioned copper paste is additionally carried out as adhesive paste.
  • the copper paste can be completely or partially overprinted several times with a screen printing process.
  • the ceramic substrate is dried with the imprint pastes or imprinted at preferably 80 ° C.
  • the printed ceramic substrate at 900 ° C by a baking oven with N2 (nitrogen) is driven, in which the oxygen content is controlled to 0 - 50 ppm O2 is maintained.
  • a low-glass topping paste in suitable viscosity and suitable composition is printed on the baked adhesive paste until the top said copper thickness of the conductor tracks and contact points is reached.
  • the topping paste is identical to the sticky paste except for the absence of the sticky glass, but has a lower viscosity than the sticky paste.
  • the viscosity of the topping paste is between 1/3 and 2/3 of the viscosity of the adhesive paste and more preferably at 40-60% of the viscosity of the adhesive paste.
  • the ceramic substrate with the printed cover paste is dried at preferably 80 ° C.
  • the printed ceramic substrate at 900 ° C by a baking oven with N2 (nitrogen) is driven, in which the oxygen content is controlled to 0 - 50 ppm O2 is maintained.
  • the conductor tracks and contact points are applied to the ceramic substrate of aluminum nitride with at least one screen printing process using a copper paste, whereby the abovementioned copper thickness is achieved.
  • the single application is sufficient for a thickness or height of the interconnects and contact points between 20 and 40 ⁇ . If thicker or higher conductor tracks and contact points of 40 to 125 ⁇ required, preferably two or more screen printing operations are performed.
  • 2 different pastes namely an adhesive paste directly on the ceramic substrate and a topping paste on the adhesive paste. According to the invention, both pastes are applied exclusively with a screen printing process.
  • the vias in the ceramic substrate are filled with an adhesive paste and at least one side of the ceramic substrate is overprinted once or twice completely with the adhesive paste according to the desired layout.
  • the adhesive paste can additionally be overprinted with another screen printing process.
  • a topping paste in suitable viscosity and suitable composition is printed on the adhesive paste until the above-mentioned copper thickness of the conductor tracks and contact points is reached.
  • the other side of the circuit board, ie the bottom may contain one or more overprints with copper paste.
  • the vias preferably have a diameter of 0.20 mm, but may have an adapted diameter depending on the thickness of the ceramic substrate. Thicker ceramic substrates need more vias, ie larger diameter vias. For 1 mm thickness of the ceramic substrate, a diameter of the vias of 0.3-0.4 mm is required.
  • the vias are preferably filled with a high viscosity copper paste with a viscosity of 1 .000 Pa * s on a screen printing machine with matching screen layout and a printing plate in the layout of the vias.
  • the copper paste (especially the adhesive paste directly on the AIN substrate) contains CuO or CU2O and a bonding glass (preferably ZnO-SiO2) suitable for AIN. This is the first screen printing process.
  • the printed substrate is preferably dried at preferably 80 ° C.
  • another screen printing operation is carried out with the same layout on the screen printing machine. This is the second screen printing process.
  • the second screen printing process takes place exactly on the conductor tracks and contact points produced by the first screen printing process, so that their thickness or height increases.
  • the substrate thus prepared is driven at 900 ° C. through a baking oven with N 2 (nitrogen), in which the oxygen content is kept controlled at 0-50 ppm O 2.
  • N 2 nitrogen
  • the copper does not touch the kiln furniture anywhere. Thereafter, certain areas or structures or the entire already printed and baked structure on one or both sides with the help of another glass arms Reinforced copper paste. It is branded again under the same conditions.
  • the thickness of the copper layer is now present in the thickness or thickness of the invention.
  • the cover layer or baked copper layer is then preferably reinforced with 4 ⁇ electroless nickel, optionally 0.05 ⁇ Pd and 0.05 ⁇ electroless gold corrosion-resistant and solderable.
  • the metallization i.
  • the copper layer closes so close to the ceramic that even the vias have no leaks, through which, for example, low-viscosity adhesives can penetrate to the upper LED side.
  • the screen printed ceramic substrate is baked either after each printing or after all printing operations together at a suitable temperature, usually for 6-10 minutes at 900 ° C, and nitrogen atmosphere with very low residual oxygen of preferably 0-50 ppm.
  • the invention closes for the AIN the gap between the known DCB technique (from 200 ⁇ ) and the thick-film technology (up to about 20 ⁇ ), and can use filled vias of thick film technology, making contacts on both sides are possible.
  • DCB technique from 200 ⁇
  • the thick-film technology up to about 20 ⁇
  • a sintered ceramic substrate of AIN size 1 14 * 1 14 * 0.38 mm is laser drilled with a defined layout.
  • the vias have a diameter of 0.20 mm.
  • the vias are filled with a high viscosity copper paste 1 .000 Pa * s on a screen printing machine with matching screen layout and a printing plate in the layout of the vias.
  • the copper paste contains CuO and / or CU2O, a ZnO-SiO2 and 2% Al powder suitable for AIN and a small amount of 3% CuCl. After drying at 80 ° C, a surface pressure is applied to the screen printing machine with the same paste but diluted to 500 Pa * s on each side of the substrate.
  • the prepared substrate is driven at 900 ° C through a baking oven with N 2 , in which the oxygen content is controlled to 0 - 50 ppm O 2 is maintained.
  • the copper does not touch the kiln furniture anywhere. After that, certain Structures or the entire already printed and baked structure reinforced on one side or on both sides with the help of another low-glass copper paste. It is branded again under the same conditions.
  • the thickness of the copper layer is now 70 ⁇ .
  • the copper layer is reinforced with 4 ⁇ electroless nickel and 0.05 ⁇ electroless gold corrosion-resistant and solderable. The metallization is so close to the ceramic that even the vias have no leaks, for example, through the thin-film adhesive can penetrate to the upper LED side.
  • Ceramic circuit board made of aluminum nitride with baked conductor tracks and contact points made of copper or a copper alloy, the thickness or height or copper thickness of the tracks and contact points between 20 and 500 ⁇ , preferably 20 to 125 ⁇ , particularly preferably 60-90 ⁇ .
  • circuit board vias are arranged, which are filled with copper, tungsten or molybdenum.
  • a ceramic substrate made of aluminum nitride is used, which is either punched before sintering for the insertion of the vias or laser-drilled after sintering after sintering.
  • the printed conductors and contact points are applied to a ceramic substrate with at least two screen printing operations and copper or copper alloy burn-in processes.
  • the second print is made circumferentially smaller with about 0.01-0.05 mm, so that the second paste does not run down the "hangs" of the first layer and widen the structures uncontrollably.
  • a high-viscosity copper paste is used as adhesive paste whose viscosity is between 800 Pa * s and 1 .200 Pa * s. Preferably, this is between 900 Pa * s and 1 .100 Pa * s and particularly preferably at 1, 000 Pa * s.
  • the viscosity is lower than that of the sticky paste to make the surface smoother and to minimize the screen cloth imprint.
  • the topping paste preferably has a viscosity which is lower than the viscosity of the adhesive paste.
  • the viscosity is between 1/3 and 2/3 of the viscosity of the adhesive paste and more preferably at 40-60% of the viscosity of the adhesive paste.
  • the adhesive and toppings are chemically identical and differ, apart from the glass content, only in their viscosity.
  • the copper paste of the adhesive paste contains CuO and / or CU2O and a bonding glass of ZnO-SiO2 suitable for AIN.
  • the ceramic substrate is dried at suitable temperatures, preferably 80 ° C.
  • the ceramic substrate of AIN has a size of preferably 1 14 * 1 14 * 0.38 mm. 0.38 mm is the thickness of the ceramic substrate.
  • the baking is preferably carried out at 900 ° C in a baking oven with N 2 (nitrogen), in which the oxygen content is controlled to 6-10 ppm O 2 is maintained.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Leiterplatte mit elektrischen Leiterbahnen und Kontaktierungspunkten auf zumindest einer der beiden Seiten und mit zumindest einer Durchkontaktierungs-Bohrung (Via). Erfindungsgemäß werden folgende aufeinander folgende Verfahrensschritte ausgeführt: a) Herstellung eines Keramiksubstrats aus Aluminiumnitrid und Einbringen der Bohrungen an den für die Vias vorgesehenen Stellen, b) Füllen der Bohrungen mit einer ersten Haftpaste aus Kupfer, Wolfram, Molybdän oder deren Legierungen oder Gemischen hieraus und c) einmaliges Überdrucken mit einem ersten Siebdruckvorgang zumindest einer Seite des Keramiksubstrats mit dem gewünschten Layout der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte mit einer zweiten Haftpaste, d) optional komplettes oder partielles Wiederholen des Überdruckens mit der zweiten Haftpaste, e) Brennen des bedruckten Keramiksubstrats in einem Einbrennofen mit N2 (Stickstoff), bei dem der Sauerstoffgehalt kontrolliert auf 0 - 50 ppm O2 gehalten wird, f) Aufdrucken mit einem zweiten Siebdruckvorgang einer glasarmen Deckpaste auf die zweite Haftpaste bis die gewünschte Stärke der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte erreicht ist. g) Brennen des bedruckten Keramiksubstrats in einem Einbrennofen mit N2 (Stickstoff), bei dem der Sauerstoffgehalt kontrolliert auf 0 - 50 ppm O2 gehalten wird.

Description

Leiterplatte aus AIN mit Kupferstrukturen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer keramischen Leiterplatte mit elektrischen Leiterbahnen und Kontaktierungspunkten auf zumindest einer der beiden Seiten und mit zumindest einer Durchkontaktierungs-Bohrung (Via).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, dass die mit dem Verfahren hergestellten Leiterplatten in der LED-Technik für Hochleistungslichtquellen, bei denen viel Wärme entsteht und hohe Ströme fließen, verwendbar sind. Derartige Hochleistungslichtquellen werden zum Beispiel in einem Stadion als Flutlichtanlage verwendet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch folgende aufeinander folgende Verfahrensschritte gelöst:
a) Herstellung eines Keramiksubstrats aus Aluminiumnitrid und Einbringen der Bohrungen an den für die Vias vorgesehenen Stellen
b) Füllen der Bohrungen mit einer ersten Haftpaste aus Kupfer, Wolfram, Molybdän oder deren Legierungen oder Gemischen hieraus und
c) einmaliges Überdrucken mit einem ersten Siebdruckvorgang zumindest einer Seite des Keramiksubstrats mit dem gewünschten Layout der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte mit einer zweiten Haftpaste
d) optional komplettes oder partielles Wiederholen des Überdruckens mit der zweiten Haftpaste
e) Brennen des bedruckten Keramiksubstrats in einem Einbrennofen mit N2 (Stickstoff), bei dem der Sauerstoffgehalt kontrolliert auf 0 - 50 ppm O2 gehalten wird
f) Aufdrucken mit einem zweiten Siebdruckvorgang einer glasarmen Deckpaste auf die zweite Haftpaste bis die gewünschte Stärke der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte erreicht ist. g) Brennen des bedruckten Keramiksubstrats in einem Einbrennofen mit N2 (Stickstoff), bei dem der Sauerstoffgehalt kontrolliert auf 0 - 50 ppm O2 gehalten wird. Mit diesem Verfahren lassen sich besonders dicke oder hohe Leiterbahnen herstellen.
Bevorzugt erfolgt nach jedem Siebdruckvorgang ein nachgeschalteter Trocknungsvorgang oder Brennvorgang des Keramiksubstrats. Dies verbessert die Haftung und Langzeitstabilität.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte bzw. die eingebrannte Deckpaste mit stromlos Nickel und stromlos Gold korrosionssicher und lötbar verstärkt.
Das Einbringen der Bohrungen an den für die Vias vorgesehenen Stellen erfolgt bevorzugt entweder vor dem Sintern durch Stanzen oder nach dem Sintern durch Laserstrahlung. In bevorzugter Ausführungsform wird als erste Haftpaste eine hochviskose Kupferpaste verwendet, deren Viskosität zwischen 800 Pa*s und 1 .200 Pa*s, bevorzugt zwischen 900 Pa*s und 1 .100 Pa*s und besonders bevorzugt bei 1 .000 Pa*s liegt. Die Kupferpaste enthält bevorzugt CuO oder CU2O und ein für AIN geeignetes Haftglas, vorzugsweise aus ZnO-SiO2.
In einer Ausführungsform sind bevorzugt in der Kupferpaste volumenvergrössernde Bestandteile wie AI oder Ti und in der Hitze kupferabgebende Substanzen wie CuCI enthalten. Bevorzugt ist die zweite Haftpaste mit der ersten Haftpaste bis auf deren Viskosität identisch, wobei die Viskosität der zweiten Haftpaste um die Hälfte geringer ist als die der ersten Haftpaste. Mit„um die Hälfte" ist bevorzugt 50 % +- 10 % gemeint, besonders bevorzugt 50 % +- 5 % und ganz besonders bevorzugt 50 % +- 2 % gemeint.
Die Viskosität der zweiten Haftpaste beträgt bevorzugt 500 Pa*s. Mit bevorzugt 500 Pa*s wird eine Viskosität zwischen 500 +- 50 Pa*s verstanden, besonders bevorzugt zwischen 500 +- 10 Pa*s.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Deckpaste mit der Haftpaste bis auf das Fehlen des Haftglases identisch, weist jedoch eine niedrigere Viskosität als die Haftpaste auf, wobei die Viskosität der Deckpaste zwischen 1/3 und 2/3 der Viskosität der Haftpaste und besonders bevorzugt bei 40-60% der Viskosität der Haftpaste liegt.
Bevorzugt wird beim Wiederholen des Überdruckens der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte der Überdruck 0,01 - 0,05 mm umlaufend kleiner ausgeführt. Bei einer keramischen Leiterplatte mit Leiterbahnen und Kontaktierungspunkten, hergestellt nach dem eben beschriebenen Verfahren beträgt die vertikale Dicke oder Höhe der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte bevorzugt zwischen 20 und 125 μιτι, vorzugsweise 60 bis 90 μιτι. Erfindungsgemäß sind die Vias mit Kupfer, Wolfram oder Molybdän oder Gemischen hieraus gefüllt. Silber geht wegen zu heftiger Legierungs-Reaktion nicht.
Bevorzugt werden diese Leiterplatten in der LED-Technik für Hochleistungslichtquellen verwendet, bei denen viel Wärme entsteht und hohe Ströme fließen. Derartige Hochleistungslichtquellen werden zum Beispiel in einem Stadion als Flutlichtanlage verwendet. Herstellverfahren:
1 ) Zur Herstellung wird ein Keramiksubstrat aus Aluminiumnitrid verwendet, welches zum Einbrigen der Vias an deren Stellen entweder vor dem Sintern gestanzt oder nach dem Sintern mit Laserstrahlung lasergebohrt wird.
2) Erfindungsgemäß werden als erster Schritt die Vias mit einer Haftpaste aus Kupfer, Wolfram oder Molybdän oder deren Legierungen oder Mischungen gefüllt. Bevorzugt wird als Haftpaste eine Kupferpaste mit einer Viskosität von 1 .000 Pa*s verwendet. Die Kupferviapaste kann CuO oder CU2O enthalten und ein für AIN geeignetes Haftglas, vorzugsweise aus ZnO-SiO2. Zusätzlich sind volumenvergrößernde Bestandteile wie AI oder Ti und in der Hitze kupferabgebende Substanzen wie CuCI günstig. 3) Anschließend wird zumindest eine Seite des Keramiksubstrats gemäß gewünschtem Layout der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte mit der unter Ziffer 2 genannten Kupferpaste einmal mit einem Siebdruckvorgang komplett überdruckt. 4) Sollen besonders dicke Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte hergestellt werden, wird zusätzlich ein weiterer Siebdruckvorgang mit der genannten Kupferpaste als Haftpaste ausgeführt. Die Kupferpaste kann komplett oder partiell mehrmals mit einem Siebdruckvorgang überdruckt werden. 5) Anschließend wird das Keramiksubstrat mit der oder den aufgedruckten Haftpasten bei bevorzugt 80°C getrocknet.
6) Anschließend wird das bedruckte Keramiksubstrat bei 900°C durch einen Einbrennofen mit N2 (Stickstoff) gefahren, bei dem der Sauerstoffgehalt kontrolliert auf 0 - 50 ppm O2 gehalten wird.
7) Anschließend wird auf die eingebrannte Haftpaste eine glasarme Deckpaste in geeigneter Viskosität und geeigneter Zusammensetzung aufgedruckt, bis die oben genannte Kupferstärke der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte erreicht ist. Die Deckpaste ist mit der Haftpaste bis auf das Fehlen des Haftglases identisch, hat jedoch eine niedrigere Viskosität als die Haftpaste. Bevorzugt liegt die Viskosität der Deckpaste zwischen 1/3 und 2/3 der Viskosität der Haftpaste und besonders bevorzugt bei 40-60% der Viskosität der Haftpaste.
8) Anschließend wird das Keramiksubstrat mit der aufgedruckten Deckpaste bei bevorzugt 80°C getrocknet. 9) Anschließend wird das bedruckte Keramiksubstrat bei 900°C durch einen Einbrennofen mit N2 (Stickstoff) gefahren, bei dem der Sauerstoffgehalt kontrolliert auf 0 - 50 ppm O2 gehalten wird.
10) Alternativ entfällt Ziffer 6 und die Deckpaste wird gleich nach dem Trocknen ohne vorherigem Einbrennvorgang auf die Haftpaste aufgedruckt.
Erfindungsgemäß werden die Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte bevorzugt aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit mindestens einem Siebdruckvorgang mit einer Kupferpaste auf das Keramiksubstrat aus Aluminiumnitrid aufgebracht, wodurch die oben genannte Kupferstärke erzielt wird. Das einmalige Aufbringen reicht bei einer Dicke oder Höhe der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte zwischen 20 und 40 μιτι aus. Wenn dickere oder höhere Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte von 40 bis 125 μιτι erforderlich sind, werden bevorzugt zwei oder auch mehr Siebdruckvorgänge durchgeführt. Üblicherweise arbeitet man mit 2 unterschiedlichen Pasten, nämlich einer Haftpaste direkt auf dem Keramiksubstrat und einer Deckpaste auf der Haftpaste. Erfindungsgemäß werden beide Pasten ausschließlich mit einem Siebdruckvorgang aufgebracht.
Beim Herstellvorgang werden die Vias im Keramiksubstrat mit einer Haftpaste gefüllt und zumindest eine Seite des Keramiksubstrats gemäß gewünschtem Layout mit der Haftpaste ein- oder zweimal komplett überdruckt. Die Haftpaste kann zusätzlich noch mit einem weiteren Siebdruckvorgang überdruckt werden. Nach jedem Aufbringen wird bevorzugt getrocknet. Anschließend wird auf die Haftpaste eine Deckpaste in geeigneter Viskosität und geeigneter Zusammensetzung aufgedruckt, bis die oben genannte Kupferstärke der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte erreicht ist. Auch die andere Seite der Leiterplatte, d.h. die Unterseite kann eine oder mehrere Überdrucke mit Kupferpaste enthalten.
Die Vias haben bevorzugt einen Durchmesser von 0,20 mm, können jedoch je nach Dicke des Keramiksubstrats einen angepassten Durchmesser haben. Dickere Keramiksubstrate brauchen weitere Vias, d. h. Vias mit einem größeren Durchmesser. Für 1 mm Dicke des Keramiksubstrats ist ein Durchmesser der Vias von 0,3 - 0,4 mm erforderlich. Die Vias werden bevorzugt mit einer hochviskosen Kupferpaste mit einer Viskosität von 1 .000 Pa*s auf einer Siebdruckmaschine mit passendem Sieblayout und einer Druckplatte im Layout der Vias gefüllt. Die Kupferpaste (besonders die Haftpaste direkt auf dem AIN-Substrat) enthält CuO oder CU2O und ein für AIN geeignetes Haftglas (wie vorzugsweise) aus ZnO-SiO2. Dies ist der erste Siebdruckvorgang. Anschließend wird bevorzugt das bedruckte Substrat bei bevorzugt 80°C getrocknet. Anschließend wird mit der gleichen Kupferpaste, aber verdünnt auf bevorzugt 500 Pa*s ein weiterer Siebdruckvorgang mit demselben Layout auf der Siebdruckmaschine ausgeführt. Dies ist der zweite Siebdruckvorgang. Der zweite Siebdruckvorgang erfolgt genau auf die durch den ersten Siebdruckvorgang erzeugten Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte, so dass deren Dicke oder Höhe zunimmt.
Das so vorbereitete Substrat wird bei 900°C durch einen Einbrennofen mit N2 (Stickstoff) gefahren, bei dem der Sauerstoffgehalt kontrolliert auf 0 - 50 ppm O2 gehalten wird. Das Kupfer berührt nirgendwo das Brennhilfsmittel. Danach werden bestimmte Bereiche oder Strukturen oder die gesamte bereits bedruckte und eingebrannte Struktur einseitig oder beidseitig mit Hilfe einer weiteren glasarmen Kupferpaste verstärkt. Es wird erneut mit gleichen Bedingungen eingebrannt. Die Stärke der Kupferschicht liegt jetzt in der erfindungsgemäßen Stärke oder Dicke vor.
Die Deckschicht bzw. eingebrannte Kupferschicht wird anschließend bevorzugt mit 4 μιτι stromlos Nickel, wahlweise 0,05 μιτι Pd und 0,05 μιτι stromlos Gold korrosionssicher und lötbar verstärkt. Die Metallisierung, d.h. die Kupferschicht schließt so dicht an die Keramik an, dass auch die Vias keine Lecks haben, durch die beispielsweise dünnflüssige Kleber auf die obere LED-Seite dringen können. Das mit Siebdruck bedruckte Keramiksubstrat wird entweder nach jedem einzelnen Druckvorgang oder nach allen Druckvorgängen gemeinsam bei geeigneter Temperatur, üblicherweise für 6-10 min bei 900°C, und Stickstoffatmosphäre mit sehr geringem Restsauerstoff von vorzugsweise 0 - 50 ppm, eingebrannt. Die Erfindung schließt für das AIN die Lücke zwischen der bekannten DCB-Technik (ab 200 μιτι) und der Dickfilmtechnik (bis etwa 20 μιτι), und kann gefüllte Vias der Dickfilmtechnik verwenden, wodurch Kontaktierungen zu beiden Seiten möglich werden. Nachfolgend ein konkretes Beispiel :
Ein gesintertes keramisches Substrat aus AIN der Grösse 1 14*1 14 * 0,38 mm wird mit einem definierten Layout lasergebohrt. Die Vias haben einen Durchmesser von 0,20 mm. Die Vias werden mit einer hochviskosen Kupferpaste 1 .000 Pa*s auf einer Siebdruckmaschine mit passendem Sieblayout und einer Druckplatte im Layout der Vias gefüllt. Die Kupferpaste enthält CuO und/oder CU2O, ein für AIN geeignetes Haftglas aus ZnO-SiO2 und 2% AI-Pulver sowie eine kleine Menge von 3% CuCI. Nach Trocknen bei 80°C wird mit der gleichen Paste, aber verdünnt auf 500 Pa*s auf jeder Seite des Substrats ein Flächendruck auf der Siebdruckmaschine ausgeführt. Das so vorbereitete Substrat wird bei 900°C durch einen Einbrennofen mit N2 gefahren, bei dem der Sauerstoffgehalt kontrolliert auf 0 - 50 ppm O2 gehalten wird. Das Kupfer berührt nirgendwo das Brennhilfsmittel. Danach werden bestimmte Strukturen oder die gesamte bereits gedruckte und eingebrannte Struktur einseitig oder beidseitig mit Hilfe einer weiteren glasarmen Kupferpaste verstärkt. Es wird erneut mit gleichen Bedingungen eingebrannt. Die Stärke der Kupferschicht liegt jetzt bei 70 μιτι. Die Kupferschicht wird mit 4 μιτι stromlos Nickel und 0,05 μιτι stromlos Gold korrosionssicher und lötbar verstärkt. Die Metallisierung schließt so dicht an die Keramik an, dass auch die Vias keine Lecks haben, durch die beispielsweise dünnflüssige Kleber auf die obere LED-Seite dringen können.
Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung:
• keramische Leiterplatte aus Aluminiumnitrid mit eingebrannten Leiterbahnen und Kontaktierungspunkten aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, wobei die Dicke oder Höhe oder Kupferstärke der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte zwischen 20 und 500 μιτι, bevorzugt 20 bis 125 μιτι, besonders bevorzugt 60-90 μιτι liegt.
• Auf der Leiterplatte sind Vias angeordnet, die mit Kupfer, Wolfram oder Molybdän gefüllt sind.
• Zur Herstellung wird ein Keramiksubstrat aus Aluminiumnitrid verwendet, welches zum Einbrigen der Vias an deren Stellen entweder vor dem Sintern gestanzt oder nach dem Sintern mit Laserstrahlung lasergebohrt wird.
• die Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte werden auf ein Keramiksubstrat mit mindestens zwei Siebdruckvorgängen und Einbrennvorgängen mit Kupfer oder einer Kupferlegierung aufgebracht.
• Es werden zwei Pasten verwendet und eingebrannt. Die direkt an das Keramiksubstrat angrenzende bzw. aufliegende Paste ist eine Haftpaste mit einem Glasanteil und die sich darauf befindliche Deckpaste ist glasarm ausgeführt, da die Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte galvanikfähig sein sollen.
• Es wird bei beiden Siebdruckvorgängen exakt dasselbe Siebdruck-Layout verwendet. Wenn jedoch an einigen Stellen keine dicke Leiterbahn oder kein dicker Kontaktierungspunkt benötigt wird, so kann der zweite Siebdruckvorgang diese Stelle oder diese Stellen aussparen.
Bevorzugt wird der zweite Aufdruck mit etwa 0,01 - 0,05 mm umlaufend kleiner ausgeführt, damit die zweite Paste nicht an den „Hängen" der ersten Schicht herunterläuft und die Strukturen unkontrolliert verbreitert.
Beim ersten Siebdruckvorgang wird eine hochviskose Kupferpaste als Haftpaste verwendet, deren Viskosität zwischen 800 Pa*s und 1 .200 Pa*s liegt. Bevorzugt liegt diese zwischen 900 Pa*s und 1 .100 Pa*s und besonders bevorzugt bei 1 .000 Pa*s.
Bei der Deckpaste ist die Viskosität niedriger als bei der Haftpaste, um die Oberfläche glatter zu machen und den Siebgewebeabdruck gering zu halten. Die Deckpaste hat bevorzugt eine Viskosität, die niedriger als die Viskosität der Haftpaste ist. Bevorzugt liegt die Viskosität zwischen 1/3 und 2/3 der Viskosität der Haftpaste und besonders bevorzugt bei 40-60% der Viskosität der Haftpaste. Die Haft- und die Deckpaste sind jedoch chemisch identisch und unterscheiden sich, abgesehen vom Glasanteil nur in ihrer Viskosität.
Die Kupferpaste der Haftpaste enthält CuO und/oder CU2O und ein für AIN geeignetes Haftglas aus ZnO-SiO2.
Nach dem ersten Siebdruckvorgang wird das Keramiksubstrat getrocknet bei geeigneten Temperaturen, bevorzugt 80 °C.
Das Keramiksubstrat aus AIN hat eine Größe von bevorzugt 1 14*1 14 * 0,38 mm. 0,38 mm ist die Dicke des Keramiksubstrats.
Das Einbrennen erfolgt bevorzugt bei 900 °C in einem Einbrennofen mit N2 (Stickstoff), bei dem der Sauerstoffgehalt kontrolliert auf 6-10 ppm O2 gehalten wird.
Im Einbrennofen berührt das Kupfer nirgendwo das Brennhilfsmittel.

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Herstellung einer keramischen Leiterplatte mit elektrischen Leiterbahnen und Kontaktierungspunkten auf zumindest einer der beiden Seiten und mit zumindest einer Durchkontaktierungs-Bohrung (Via), gekennzeichnet durch folgende aufeinander folgende Verfahrensschritte:
a) Herstellung eines Keramiksubstrats aus Aluminiumnitrid und Einbringen der Bohrungen an den für die Vias vorgesehenen Stellen
b) Füllen der Bohrungen mit einer ersten Haftpaste aus Kupfer, Wolfram, Molybdän oder deren Legierungen oder Gemischen hieraus und
c) einmaliges Überdrucken mit einem ersten Siebdruckvorgang zumindest einer Seite des Keramiksubstrats mit dem gewünschten Layout der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte mit einer zweiten Haftpaste
d) optional komplettes oder partielles Wiederholen des Überdruckens mit der zweiten Haftpaste
e) Brennen des bedruckten Keramiksubstrats in einem Einbrennofen mit N2 (Stickstoff), bei dem der Sauerstoffgehalt kontrolliert auf 0 - 50 ppm O2 gehalten wird
f) Aufdrucken mit einem zweiten Siebdruckvorgang einer glasarmen Deckpaste auf die zweite Haftpaste bis die gewünschte Stärke der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte erreicht ist.
g) Brennen des bedruckten Keramiksubstrats in einem Einbrennofen mit N2 (Stickstoff), bei dem der Sauerstoffgehalt kontrolliert auf 0 - 50 ppm O2 gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem Siebdruckvorgang ein nachgeschalteter Trocknungsvorgang oder Brennvorgang des Keramiksubstrats erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte bzw. die eingebrannte Deckpaste mit stromlos Nickel und stromlos Gold verstärkt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Bohrungen an den für die Vias vorgesehenen Stellen vor dem Sintern durch Stanzen oder nach dem Sintern durch Laserstrahlung erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Haftpaste eine hochviskose Kupferpaste verwendet wird, deren Viskosität zwischen 800 Pa*s und 1 .200 Pa*s, bevorzugt zwischen 900 Pa*s und 1 .100 Pa*s und besonders bevorzugt bei 1 .000 Pa*s liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferpaste CuO oder CU2O und ein für AIN geeignetes Haftglas, vorzugsweise aus ZnO- SiO2, enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kupferpaste volumenvergrössernde Bestandteile wie AI oder Ti und in der Hitze kupferabgebende Substanzen wie CuCI enthalten sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Haftpaste mit der ersten Haftpaste bis auf deren Viskosität identisch ist, wobei die Viskosität der zweiten Haftpaste um die Hälfte geringer ist als die der ersten Haftpaste.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität der zweiten Haftpaste 500 Pa*s beträgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckpaste mit der Haftpaste bis auf das Fehlen des Haftglases identisch ist, jedoch eine niedrigere Viskosität als die Haftpaste aufweist, wobei die Viskosität der Deckpaste zwischen 1/3 und 2/3 der Viskosität der Haftpaste und besonders bevorzugt bei 40-60% der Viskosität der Haftpaste liegt.
1 1 .Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Wiederholen des Überdruckens der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte der Überdruck 0,01 - 0,05 mm umlaufend kleiner ausgeführt wird.
12. Keramische Leiterplatte mit Leiterbahnen und Kontaktierungspunkten, insbesondere hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Dicke oder Höhe der Leiterbahnen und Kontaktierungspunkte zwischen 20 und 125 μιτι, vorzugsweise 60 bis 90 μιτι beträgt.
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