DE19637551A1 - Production of ceramic constructional element, e.g. capacitor - Google Patents
Production of ceramic constructional element, e.g. capacitorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Bauelemen tes, insbesondere eines keramischen Vielschichtbauelementes, mit mindestens einem keramischen Substrat und mindestens einer gedruckten Schicht mit einer Struktur durch Bedrucken des keramischen Substrates mit der Schicht durch ein Transfer druckverfahren mit einer Druckfolie als Transfermedium.The invention relates to a method for producing a ceramic component tes, in particular a ceramic multilayer component, with at least one ceramic substrate and at least one printed layer with a structure by printing the ceramic substrate with the layer by transfer printing process with a printing film as transfer medium.
Zahlreiche keramische Bauelemente werden heute als Vielschichtbauelemente gefertigt, um eine hohe Volumeneffizienz der geforderten Funktion zu erreichen. Vielschichtbauelemente sind beispielsweise Vielschichtkondensatoren, Vielschicht aktuatoren, Vielschichtsubstrate und integrierte passive Schaltungen. Sie enthalten im allgemeinen gedruckte Schichten, die eine elektrische Funktion erfüllen. Bei den Vielschichtkondensatoren und den Vielschichtaktuatoren sind es die inneren Elek trodenschichten, bei den Vielschichtsubstraten und den integrierten passiven Schal tungen die Leiterebenenschichten.Numerous ceramic components are used today as multilayer components manufactured to achieve a high volume efficiency of the required function. Multilayer components are, for example, multilayer capacitors, multilayer actuators, multilayer substrates and integrated passive circuits. They contain generally printed layers that perform an electrical function. Both Multi-layer capacitors and the multi-layer actuators are the inner elec tread layers, with the multi-layer substrates and the integrated passive scarf the conductor level layers.
Die Fertigung von Vielschichtbauelementen kann in Mehrschichttechnologie oder in Mehrlagentechnologie ausgeführt werden. Kennzeichnend für die Mehrschichten technologie ist die Verwendung von gesinterten Substraten, auf das ein oder mehrere Pastenschichten mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften, wie Leit-, Isola tions- oder Widerstandsschichten, nacheinander aufgebracht werden, die je nach Pastenart in einem nachfolgenden Temperaturprozeß endbehandelt werden.The production of multi-layer components can in multi-layer technology or in Multi-layer technology can be executed. Characteristic of the multi-layers technology is the use of sintered substrates on which one or more Paste layers with different electrical properties, like Leit-, Isola tion or resistance layers, which are applied in succession, depending on Type of paste can be finished in a subsequent temperature process.
Bei der Mehrlagentechnologie werden zunächst nur einzelne Leiterebenen auf jeweils gesonderten Substraten aus noch ungesinterter grüner Keramik durch im Siebdruckverfahren aufgebrachte gedruckte Schichten realisiert, die dann in einem Warmpreß- und nachfolgenden Temperaturprozeß als einheitliches Produkt gestapelt, laminiert, ausgebrannt und gesintert werden.With multi-layer technology, only individual conductor levels are initially created each separate substrates from green ceramic still unsintered by im Screen printing process applied printed layers realized, which then in one Hot press and subsequent temperature process stacked as a single product, laminated, burned out and sintered.
Das Aufbringen von gedruckten Schichten im Siebdruckverfahren zur Herstellung von keramischen Vielschichtbauelementen in Mehrlagentechnologie hat ein Reihe von Nachteilen.The application of printed layers in the screen printing process for production of multilayer ceramic components in multi-layer technology has a number of disadvantages.
- - Das Lösungsmittel aus der Metallpaste durchfeuchtet das grüne keramische Substrat- The solvent from the metal paste moistens the green one ceramic substrate
- - Beim Trocknen der Metallpaste verändern sich durch Schrumpfung die geometrischen Verhältnisse von gedruckten Strukturen zum Substrat.- When the metal paste dries, it changes due to shrinkage the geometric relationships of printed structures to Substrate.
- - Siebgedruckte Schichten sind nicht sehr homogen und glatt. Ihre rauhe Oberfläche kann die Durchbruchsspannung in dem fertigen Bauteil erniedrigen.- Screen-printed layers are not very homogeneous and smooth. Your rough The breakdown voltage in the finished component can surface humiliate.
- - Die Schichtdicke einer grünen siebgedruckten Elektrode beträgt aufgrund des Anteils an organischem Binder ein Mehrfaches der eigentlichen Metallschicht. Dies führt bei abnehmender keramischer Foliendicke und zunehmender Anzahl an Schichten zu einem Stapel während des Preßvorganges zu starken Druckunterschieden innerhalb des Bauteils, was zu Stapelfehlern und zu Schwankungen der elek trischen Eigenschaften des fertigen Vielschichtbauelementes führt.- The layer thickness of a green screen-printed electrode is due to the proportion of organic binder a multiple of actual metal layer. This leads to decreasing ceramic Film thickness and increasing number of layers to a stack during the pressing process too strong pressure differences within of the component, which leads to stacking errors and fluctuations in the elec tric properties of the finished multilayer component leads.
- - Eine Strukturauflösung von 100 µm stellt etwa die Grenze der Sieb drucktechnik unter den Bedingungen einer industriellen Fertigung dar. Um den Bereich von < 50 µm zu erschließen, müssen andere Verfah ren entwickelt werden.- A structure resolution of 100 µm sets the limit of the sieve printing technology under the conditions of industrial production. In order to develop the range of <50 µm, other procedures be developed.
Es wird daher in der EP 0 381 879 A vorgeschlagen, laminierte keramische elektronische Komponenten durch ein Verfahren herzustellen, bei dem ein Metall film für die inneren Elektroden auf einem Trägerfilm in Dünnschichttechnik abgeschieden wird, eine keramische grüne Folie gebildet wird, der Metallfilm auf die grüne keramische Folie in einem vorgeschriebenen Muster transferiert wird und eine Vielzahl der beschichteten grünen keramischen Folien gestapelt werden. Das Transferieren des Metallfilm in einem vorgeschriebenen Muster kann entweder dadurch erfolgen, daß der Metallfilm im vorgeschriebenen Muster geätzt wird oder dadurch, daß der Preßdruck nur auf die zu transferierenden Teile des Metallfilms ausgeübt wird. Der Metallfilm kann durch Vapour Deposition - Verfahren oder durch Sputtern abgeschieden werden.It is therefore proposed in EP 0 381 879 A, laminated ceramic to manufacture electronic components by a process in which a metal film for the inner electrodes on a carrier film using thin-film technology is deposited, a ceramic green foil is formed, the metal film the green ceramic film is transferred in a prescribed pattern and a variety of the coated green ceramic sheets are stacked. The Transfer of the metal film in a prescribed pattern can either in that the metal film is etched in the prescribed pattern or in that the pressing pressure only on the parts of the metal film to be transferred is exercised. The metal film can be made by vapor deposition or be deposited by sputtering.
Derartige durch Transferdruck abgeschiedene Elektrodenschichten sind frei von organischen Bindemitteln und anderen organischen Hilfsmitteln und sie sind wenig porös. Die beiden in der EP 0 381 879 vorgeschlagenen Wege zur Bildung des Elektrodenstrukturmusters haben jedoch Nachteile. Das erste vorgeschlagene Verfahren mit nachträglichem Ätzen des Metallfilms ist ein kompliziertes und teures Verfahren. Das andere, in der EP 0 381 879 offenbarte Verfahren, bei dem nur auf das vorgeschriebene Muster ein Preßdruck ausgeübt wird, erfordert eine sehr fein strukturierte, scharfkantige und dünne Preßmaske, andernfalls treten Schatteneffekte auf. Solche feinen Preßmasken sind jedoch selbst mechanisch sehr instabil und verletzen die Trägerfolie leicht.Such electrode layers deposited by transfer printing are free of organic binders and other organic auxiliaries and they are little porous. The two ways proposed in EP 0 381 879 to form the However, electrode structure patterns have disadvantages. The first proposed Post-etching process of the metal film is a complicated and expensive one Method. The other method, disclosed in EP 0 381 879, in which only The prescribed pattern of pressing pressure requires a very fine one structured, sharp-edged and thin press mask, otherwise shadow effects occur on. However, such fine press masks are mechanically very unstable and easily injure the carrier film.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Her stellung eines keramischen Bauelementes mit mindestens einem keramische Substrat und mindestens einer gedruckten Schicht mit einer Struktur durch Bedrucken des keramischen Substrates mit der Schicht durch ein Transferdruckverfahren an zugeben, das einerseits preisgünstig ist und andererseits scharfkonturierte Strukturen ergibt.It is therefore the object of the present invention to produce a method position of a ceramic component with at least one ceramic substrate and at least one printed layer with a structure by printing on the ceramic substrate with the layer by a transfer printing process admit that on the one hand it is inexpensive and on the other hand it has sharply contoured structures results.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, durch ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Bauelementes mit mindestens einem keramische Substrat und mindestens einer gedruckten Schicht mit einer Struktur durch Bedrucken des keramischen Substrates mit der Schicht durch ein Transferdruckverfahren, bei dem das Transfermedium eine hoch-tief-strukturierte Druckfolie mit erhöhten und vertieften Teilen der Oberfläche ist und für den Druckprozeß die gesamte Ober fläche der Druckfolie mit dem Druckmedium beschichtet wird und das Druckmedi um von den erhöhten Teilen der Druckfolienoberfläche auf das Substrat übertragen wird.According to the invention, the object is achieved by a method for production a ceramic component with at least one ceramic substrate and at least one printed layer with a structure by printing on the ceramic substrate with the layer by a transfer printing process in which the transfer medium is a high-deep-structured printing film with raised and recessed parts of the surface and the entire upper for the printing process surface of the printing film is coated with the printing medium and the printing medium to transfer from the raised parts of the printing film surface to the substrate becomes.
Dies Verfahren ist kostengünstig, weil die Druckfolie immer wieder verwendet werden kann und das Druckmedium, das in den vertieften Teilen der Oberfläche der Druckfolie verbleibt, zurückgewonnen und wiederverwendet werden kann. Das Druckmuster der gedruckten Schicht kann mit sehr feinen Strukturbreiten und Strukturzwischenräumen ausgeführt werden. Die Kantenqualität ist besonders gut, weil die Kanten glatt sind und der Materialauftrag an den Kanten verstärkt ist. Darüber hinaus können die gedruckten Schichten sehr dünn ausgeführt werden mit Schichtdicken von einigen Angström bis zu 1-2 µm.This process is inexpensive because the printing film is used again and again can be and the printing medium that is in the recessed parts of the surface of the Printing film remains, can be recovered and reused. The Print pattern of the printed layer can be made with very fine structure widths and Structural spaces are executed. The edge quality is particularly good because the edges are smooth and the material application on the edges is reinforced. In addition, the printed layers can be made very thin with Layer thicknesses from a few angstroms to 1-2 µm.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, daß das Druckmedium von den erhöhten Teilen der Druckfolienoberfläche auf das Substrat durch Heißpressen übertragen wird.In the context of the present invention, it is preferred that the printing medium from the elevated parts of the printing film surface onto the substrate by hot pressing is transmitted.
Es ist besonders bevorzugt, daß das Substrat eine ungesinterte grüne keramische Folie ist. Da ungesinterte grüne keramische Folien weich sind, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren das Druckmedium durch die erhöhten Teile der Oberfläche der Druckfolie in die weiche keramische Folie eingebettet. Dies erleich tert das Stapeln und Laminieren bei der Herstellung von Vielschichtbauelementen. Deshalb kann auch bei hoher Schichtzahl des Vielschichtbauelementes auf ein Komplementärdruckverfahren, bei dem die Zwischenräume der Druckstruktur aufgefüllt werden, verzichtet werden. Die Form- und Lageabweichungen der gedruckten Schichten im laminierten Stapel sind gering. It is particularly preferred that the substrate be an unsintered green ceramic Slide is. Since unsintered green ceramic foils are soft, the inventive method the pressure medium through the raised parts of the Surface of the printing film embedded in the soft ceramic film. This facilitates tert stacking and laminating in the production of multilayer components. Therefore, even with a high number of layers of the multilayer component, one can Complementary printing process in which the gaps in the printing structure to be replenished, to be dispensed with. The form and position deviations of the printed layers in the laminated stack are small.
Es ist weiterhin besonders bevorzugt, daß das Druckmedium ein Metall oder eine Metallegierung ist. Die erfindungsgemäß gedruckten Schichten aus Metallen oder einer Metallegierung sind durch die verstärkten Kanten besonders gut lötbar und bondbar und die Strombelastbarkeit des fertigen Bauteils ist verbessert.It is further particularly preferred that the printing medium is a metal or a Is metal alloy. The layers of metals or printed according to the invention a metal alloy are particularly easy to solder due to the reinforced edges bondable and the current carrying capacity of the finished component is improved.
Es kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt sein, daß die gesamte Oberfläche der Druckfolie mit einer Trennschicht beschichtet wird. Dies erleichtert die Rückgewinnung des Druckmediums und ist besonders bevorzugt für Edelmetalle als Druckmedium.It can be preferred in the context of the present invention that the entire Surface of the printing film is coated with a separating layer. This makes it easier the recovery of the pressure medium and is particularly preferred for precious metals as a print medium.
Es kann auch bevorzugt sein, daß die erhöhten Teile der Oberfläche der Druckfolie mit einer Trennschicht beschichtet wird. Dadurch wird die Kantenschärfe der gedruckten Strukturen noch verbessert.It may also be preferred that the raised parts of the surface of the printing film is coated with a separating layer. This will increase the sharpness of the edges printed structures still improved.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren weiter erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to figures.
Fig. 1 zeigt den unstrukturierten Trägerfilm 1, Fig. 1 shows the unstructured carrier film 1,
Fig. 2 den Trägerfilm 1 mit der Oberflächenrelief 2 Fig. 2 shows the carrier film 1 with the surface relief 2
Fig. 3 den strukturierten Trägerfilm mit dem Druckmedium 3, Fig. 3 shows the structured carrier film with the print medium 3,
Fig. 4 das grüne keramische Substrat 4, Fig. 4, the green ceramic substrate 4
Fig. 5 das Transferdruckverfahren vom beschichteten Trägerfilm 1 zum Substrat 4, Fig. 5, the transfer printing process from the coated carrier film 1 to the substrate 4,
Fig. 6 den Trägerfilm 1 nach dem Transferdruck und Fig. 6 shows the carrier film 1 by the transfer printing and
Fig. 7 das keramische grüne Substrat mit teilweise transferierten Druckmedium 3. Fig. 7, the ceramic green substrate having partially transferred printing medium 3.
Ein typischer Fertigungsprozeß für ein Vielschichtbauelement mit gedruckten Schichten besteht aus folgenden Schritten:A typical manufacturing process for a multilayer component with printed Layers consist of the following steps:
- 1. Herstellung einer Suspension aus einem keramischen Pulver, Lösungsmittel, Dispergiermittel, Bindemittel, Verflüssiger etc.1. Preparation of a suspension from a ceramic powder, solvent, Dispersants, binders, plasticizers etc.
- 2. Ausziehen der Suspension zu Schichten2. Extend the suspension into layers
- 3. Trocknen der Schichten zu grünen keramischen Folien 3. Drying the layers to green ceramic films
- 4. Bedrucken der grünen keramischen Folien mit einer Metallpaste für die Elek trodenstruktur4. Printing the green ceramic foils with a metal paste for the elec tread structure
- 5. Stapeln der Folien5. Stack the foils
- 6. Laminieren des Stapels6. Laminate the stack
- 7. Trennen in die einzelnen grünen Produkte7. Separate into the individual green products
- 8. Binderausbrand8. Binder burnout
- 9. Sintern9. Sintering
10. Aufbringen der Außenkontaktpaste und Einbrennen der Kopfkontakte
Für das erfindungsgemäße Verfahren wird zunächst eine Trägerfolie mit einem
Oberflächenrelief hergestellt. Die erhöhten Teile des Oberflächenreliefs entsprechen
dem Muster für die gedruckten Schichten, z. B. dem Muster für die Elektroden
schichten oder die Leiterebenenschichten. Die vertieften Teile entsprechen den
Zwischenräumen zwischen den Elektroden oder den Leiterwegen.10. Apply the external contact paste and burn in the head contacts
For the method according to the invention, a carrier film with a surface relief is first produced. The raised parts of the surface relief correspond to the pattern for the printed layers, e.g. B. layers the pattern for the electrodes or the conductor plane layers. The recessed parts correspond to the spaces between the electrodes or the conductor paths.
Das Material für den Trägerfilm kann beispielsweise Gummi, Polyethylen-Terepht halat, Polyimid, Polyester, Polytetrafluorethylen oder ein thermoplastischer Kunst stoff sein.The material for the carrier film can be, for example, rubber, polyethylene terephthal halate, polyimide, polyester, polytetrafluoroethylene or a thermoplastic be fabric.
Die Strukturierung des Trägerfilms kann durch lithografische Methoden, durch Laser-Bearbeitung, durch Reliefdruck oder bei der thermoplastischen Folie durch Pressen mit einem erhitzten Preßstempel erfolgen. Das Tiefenprofil ist vorzugsweise rechtwinklig oder leicht unterschnitten sein. Gleichzeitig oder anschließend kann die Transferfolie mit einem Trennmittel, beispielsweise Siliconöl, beschichtet oder bedruckt werden. Das Trennmittel kann auch nur auf den erhöhten Teilen des Oberflächenreliefs aufgebracht werden.The structuring of the carrier film can be carried out by lithographic methods Laser processing, through relief printing or with the thermoplastic film Pressing is done with a heated ram. The depth profile is preferred be rectangular or slightly undercut. Simultaneously or subsequently, the Transfer film coated with a release agent, such as silicone oil or be printed. The release agent can only on the elevated parts of the Surface reliefs are applied.
Das Druckmedium kann aus einem Metall oder einer Metallegierung, beispielsweise Platinmetalle, Gold, Silber, deren Legierungen, Nickel und seine Legierungen, Molybdän oder Wolfram bestehen. The print medium can be made of a metal or a metal alloy, for example Platinum metals, gold, silver, their alloys, nickel and its alloys, Molybdenum or tungsten exist.
Die Trägerfolie mit dem Oberflächenrelief wird mit dem Druckmedium, ins besondere also mit einem Metall oder einer Metallegierung für die inneren Elek troden des Vielschichtbauelementes, insgesamt, sowohl auf den erhöhten als auch auf den vertieften Teilen des Oberflächenreliefs beschichtet. Die Schichtdicke kann von einigen Angström bis zu mehreren Mikrometern reichen. Das Druckmedi um kann mit den üblichen Dünnfilmtechniken wie PVD, Elektroplattierung, u. a. aufgebracht werden. Diese mit dem Druckmedium beschichteter Trägerfolie wird für den Transferdruckvorgang eingesetzt.The carrier film with the surface relief is ins with the printing medium especially with a metal or a metal alloy for the inner elec Trodes of the multilayer component, overall, both on the elevated and coated on the recessed parts of the surface relief. The layer thickness can range from a few angstroms to several micrometers. The print media um can with the usual thin film techniques such as PVD, electroplating, u. a. be applied. This carrier film coated with the printing medium is used for used the transfer printing process.
Als Substratmaterial kommen zum Einsatz: gesinterte oder ungesinterte, grüne Keramik, letztere in Folienform, Glas, glasierte Keramik, Glaskeramik wie Forsterit und Steatit, emaillierte oder keramikbeschichtete Metallsubstrate, Silizium, starre oder flexible Basismaterialien der Leiterplattentechnik.The following are used as substrate material: sintered or unsintered, green Ceramics, the latter in foil form, glass, glazed ceramics, glass ceramics such as forsterite and steatite, enamelled or ceramic-coated metal substrates, silicon, rigid or flexible base materials for PCB technology.
Das keramische Substrat, beispielsweise eine grüne keramische Folie, und die Trägerfolie werden gemäß Fig. 5 durch zwei Walzen zusammengepreßt. Bevorzugt ist ein Heißpreßverfahren, bei dem beispielsweise ein Druck von 10-500 kg/cm² bei einer Temperatur von 60-95°C ausgeübt wird. Nach dem Preßvorgang werden Substrat und Druckfolie wieder getrennt.The ceramic substrate, for example a green ceramic film, and the carrier film are pressed together by two rollers according to FIG. 5. A hot pressing process is preferred, in which, for example, a pressure of 10-500 kg / cm 2 is exerted at a temperature of 60-95 ° C. After the pressing process, substrate and printing film are separated again.
Nur das Druckmedium von dem erhöhten Teilen des Oberflächenreliefs wird auf das Substrat übertragen, weil nur dies im Kontakt mit dem Substrat steht und nur auf dies Druck ausgeübt wird. Das Ergebnis ist ein Substrat, das mit einer strukturierten Schicht aus dem Druckmedium bedruckt ist.Only the print medium from the elevated parts of the surface relief will be on the Transfer substrate because only this is in contact with the substrate and only on this pressure is exerted. The result is a substrate that is structured with a Layer is printed from the print medium.
Das Druckmedium, das in den vertieften Teilen des Oberflächenreliefs der Druckfo lie zurückbleibt, kann durch chemische oder physikalische Methoden zurückgewon nen werden. The printing medium that is in the recessed parts of the surface relief of the printing fo can be recovered by chemical or physical methods be.
Zur Fertigstellung des keramischen Vielschichtbauelementes werden die bedruckten, ungesinterten Keramikfoliengestapelt, laminiert, in einzelne Produkte getrennt und gesintert.To complete the ceramic multilayer component, the printed, unsintered ceramic films stacked, laminated, separated into individual products and sintered.
Claims (6)
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DE1996137551 DE19637551A1 (en) | 1996-09-14 | 1996-09-14 | Production of ceramic constructional element, e.g. capacitor |
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