DE2008604A1

DE2008604A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung ungebrannter keramischer Streifen

Info

Publication number: DE2008604A1
Application number: DE19702008604
Authority: DE
Inventors: Wilfried Karl 7030 Böblingen Neuffer
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-02-26
Filing date: 1970-02-24
Publication date: 1970-09-10
Also published as: FR2031152A5; GB1277695A; JPS4831729B1

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 23. Februar 1970 ru-ba

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket FI 9-68-082

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung ungebrannter keramischer Streifen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen ungebrannter keramischer Streifen, die nach dem Brennen insbesondere in kleine Plättchen zerschnitten werden und als Träger für integrierte Schaltkreise dienen.

Es ist bekannt die keramischen Streifen aus einer keramischen Masse dadurch herzustellen, daß die keramische Masse durch ein Band in eine bestimmte Richtung bewegt wird, in der sich in der Vorrichtung ein Ausschnitt befindet, der die Größe des Querschnitts des zu erzeugenden keramischen Streifens hat. Mit Hilfe eines Abstreifmessers kann der Querschnitt, insbesondere die gewünschte Dicke des keramischen Streifens eingestellt werden. Durch das Bewegen der keramischen Masse durch diese Öffnung entsteht nach dieser Öffnung der keramische Streifen mit dem gewünschten Querschnitt. Außerdem ist noch ein ähnliches Verfahren zur Herstellung von keramischen Streifen bekannt, bei dem die keramischen Streifen

durch Pressen der keramischen Masse durch eine öffnung mit einem bestimmten Querschnitt hergestellt werden.

Da die keramische Masse die Eigenschaft hat, während des Brennens zu schrumpfen, wird der Querschnitt des nicht gebrannten keramischen Streifens wesentlich größer gehalten, als er dann für den gebrannten Streifen erforderlich ist. Bei den beiden bekannten beschriebenen Verfahren hat es sich nun herausgestellt, daß beim Brennen das Schrumpfmaß in der Längsrichtung und in der Querrichtung wesentlich verschieden ist. Dies resultiert aus der durch diese Herstellungsverfahren eingeprägten Schrumpfanisotropie. Zur Herstellung von Schaltungsplättchen für integrierte Schaltungen eignen sich deshalb diese Herstellungsverfahren nicht.

In der US Patentschrift 2 966 719 ist ein Verfahrt η, insbesondere für dünne keramische Schichten bekanntgeworden, v/obei die getrockneten keramischen Streifen anschließend ;-?walzt werden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es nur für sehr dünne keramische Schichten anwendbar ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, keramische Streifen herzustellen, die eine Schrumpfanisotropie aufweisen, die entgegengesetzt der charakteristischen Schrumpfanisotropie ist.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht in einem Verfahren, das dadurch charakterisiert ist, daß zunächst ein keramischer Streifen mit einer charakteristischen Schrumpfanisotropie auf bekannte Art und Weise hergestellt wird, der danach einen Kalander durchläuft, um dem keramischen Streifen eine Schrumpfanisotropie aufzuprägen, die in der Richtung entgegengesetzt der charakteristischen Schrumpfanisotropie verläuft und daß danach der keramische Streifen auf bekannte Art und Weise gebrannt wird.

Eine weitere Lösung besteht in einer Vorrichtung aur DurchfUh-

öoiitf11103 Γ

rung des Verfahrens, die dadurch charakterisiert ist, daß zum Kalandern zwei Walzenpaare nacheinander angeordnet sind, zwischen denen ungebrannte keramische Streifen laufen, wobei der Abstand der Walzen des einen Walzenpaares größer ist als der Abstand der Walzen des anderen Walzenpaares.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß auf diese Art und Weise die gewünschte Schrumpfanisotropie erreicht werden kann und daß das Ausmaß der Schrumpfung beim Brennen exakt bestimmt werden kann und in allen Richtungen gleich ist.

Die Erfindung wird nun anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

In den Zeichnungen bedeuten:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schema einer bekannten Vorrichtung zur Herstellung von keramischen Streifen,

Fig. 2 ein vereinfachtes Schema eines Kalanders mit dem Keramikstreifen mit einer bestimmten Schrumpfanisotropie hergestellt werden können und

Fig. 3 ein Diagramm, an Hand dessen die Beziehungen zwischen der Dickenreduktion und der verschiedenen erzeugten Schrumpfanisotropie in gebrannten keramischen Streifen zu sehen sind.

Wie aus Fig. 1 zu sehen ist, wird der keramische Streifen dadurch hergestellt, daß ein flexibles Band 3 in einer bestimmten Richtung unterhalb eines Hessers 2 bewegt wird. Das flexible Band 3 dient dabei als Träger für die keramische Masse 1. Nicht dargestellte Vorrichtungen dienen zum Antrieb des flexiblen Bandes 3 über die Rollen 4 und 5. Das flexible Band 3 verläuft dabei in der Rich-

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tung dee Pfeils 7 auf der Unterlage 6. Als keramische Masse für den keramischen Streifen 1 können alle bekannten· keramischen Grundstoffe, deren Mischungen und in jeder beliebigen Zusammensetzung verwendet werden. Nachdem der Streifen in der Vorrichtung nach Fig. 1 geformt ist wird er getrocknet. Die typische Dicke eines mit der Vorrichtung nach Fig. 1 hergestellten Streifens beträgt 75 bis 500 μ. Dieser getrocknete Streifen wird dann von dem Trägerband 3 entfernt. Dieser ungebrannte aber getrocknete Keramikstreifen kann nun den weiteren Prozeßschritten ausgesetzt werden.

Obwohl dieser erste Verfahrensschritt an Hand der Vorrichtung nach Fig. 1 beschrieben wurde, ist es auch möglich, den Keramikstreifen mit anderen bekannten Verfahren in diesem ersten Schritt herzustellen. Unabhängig von dem vollendeten Verfahren und der verwendeten Vorrichtung haben die so hergestellten ungebrannten keramischen Streifen gemeinsame Eigenschaften hinsichtlich der Schrumpfanisotropie nach dem Brennen des keramischen Streifens. Ganz allgemein ist die Schrumpfung in der Bearbeitungsrichtung (in Fig. 1 mit χ bezeichnet) kleiner als in der transversalen Richtung (in Fig. 1 mit y bezeichnet).

Die Schrumpfanisotropie wird durch die Orientierung der einzelnen Keramikpartikel während des beschriebenen Herstellungsschrittes hervorgerufen. Und zwar resultiert die Orientierung daraus, daß die Keramik eine bestimmte Öffnung, die dem Querschnitt des herzustellenden Keramikstreifens entspricht, passieren muß. Um nun die verschiedene Schrumpfung, hervorgerufen durch die beschriebene Schrumpfanisotropie, der nicht gebrannten Keramikstreifen zu verhindern, werden die nachfolgenden beschriebenen Schritte sowie die erfindang3gemäße Vorrichtung angewendet. Der getrocknete im eisten Veri-ühensscSiritt hergestellte Keramikstreifen 8 wird nun r:ac.■> Fig., 2 v^ ifhcr; ,'>.--·: Kaianderrollenpaaren IO und hindurch -jef-irt : ί ·: ; . e^{1 !}ser der Kalanderrollen 10 und II,α:; 7·.ί.-i-Γ;-·_". ■ r ''cx.xi! ;«..: der Prozeßtemperatur sowie der Zu;· -,'υ: · .,·■ ^/^ί...,._: -Vv. αϊ.:: :.:.·■'l\ . ■-. -■ ί t' η-,-. P wird eine Schruntpfan-

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isotropie in dem Streifen 8 erzeugt, die entgegengesetzt der charakteristischen Schrumpfanisotropie im ersten Verfahrensschritt ist. Daraus resultiert, daß die Schrumpfung eines durch den Kalander gelaufenen keramischen Streifens nach dem Brennen in der x-Richtung größer als in der y-Richtung ist.

Durch das Kalandern wird der ungebrannte keramische Streifen δ sowohl gedehnt, als auch verdichtet. Beide Effekte in Kombination verursachen die gewünschte Kompensation der Schrumpfanisotropie.

Es wurde gefunden, daß die Schrumpfanisotropie hervorgerufen durch das Kalandern schneller durch das Dehnen der nicht gebrannten Keramikmasse erreicht wird als durch das Verdichten. Es ist natürlich selbstverständlich, daß eine Dehnung nicht ohne eine Verdichtung erreicht werden kann und umgekehrt, aber es ist möglich, durch kleinere Durchmesser der Kalanderrollenpaare die Dehnung zu vergrößern und die Verdichtung zu minimisieren. Dies geht besonders aus der weiter unten stehenden Tabelle hervor.

Die Zusammensetzung der dabei verwendeten Keramikmasse ist folgendermaßen:

100,CX) g Keramikpulver (95% ₃₃

10,50 g polimerisierbares Harz

510,00 g plastisches Bindemittel

1,50 g Netzmittel und

68,0Og Lösungsmittel

Die im ersten Verfahreneschritt hergestellten Keramikstreifen würden in einem Kalander mit Rollen, die mit einer Aluminium- schicht versehen waren und einen Durchmesser von ca. 50 mm be

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saßen gewalzt. Außerdem wurden Versuche mit Rollenpaaren mit einem Durchmesser von 265 mm, 510 mm und 265 mm aus Stahl/Cotton/ Stahl durchgeführt. Um die Verschiebungen, die durch das Kalandern entstehen, messen zu können, wurden in den Ausgangskeramikstreifen Löcher gestanzt, deren Abstand sowohl vor dem Kalandern als auch dem Kalandern gemessen wurde. Die Verdichtung der ungebrannten keramischen Streifen ergibt sich aus folgender Formel:

Verdichtung = Originalvolumen - Endvolumen Originalvolumen

In der nachfolgenden Tabelle 1 wird die Wirkung der Verdichtung und der Dehnung auf die erzeugte Schrumpfanisotropie gezeigt.

(Tabelle siehe Seite 7)

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Dicken-Reduktion

50 mm Rollen mit Alu-Schicht Ausdehnung Verdichtung

eingeprägte Schrumpf-Anisotropie

größere Rollen
Ausdehnung Verdichtung

O O CD OO LO -J

2.0	0.67
3.8	1.57
4,25
V.I
7.2	2.4
:"' ti	4.0

SoO

2.3

4 ο

4.95

1.5	+	0.22
2.8	+	0.27
	+	0.13
	+	0.29
5.07	+	0.51
5.8	+	0.64
	+	0.40
6.1	•f	0.73
	+	0.52
	+	0.46

	4.16	I
0.2		«j
	6.7	I
0.5

0.8

1.1
1.3

8.8

11.8
13.65

In Flg. 3 1st die Beziehung zwischen der prozentualen Schrumpfanlsotrople und der prozentualen Streifendicken-Reduktion zu sehen für den Fall, bei dem die 50 mm Rollen verwendet wurden (Kurve 12) und für den Fall, wo die Rollen mit größerem Durchmesser verwendet wurden (Kurve 13). Aus den Kurven ist zu sehen, daß beide in etwa linear verlaufen und daß der Anstiegswinkel der Kurve 12 wesentlich größer ist als der der Kurve 13. Bei einem angenommenen Beispiel wird eine Schrumpfanisotropie von O nach dem Brennen erreicht mit einer Dicken-Reduktion von 6 % unter Verwendung von Rollen mit 50 mm Durchmesser, währenddem eine 13 %ige Dicken-Reduktion erforderlich ist für dasselbe Resultat, wenn Kalanderrollen mit größerem Durchmesser verwendet werden.

Es ist selbstverständlich möglich, daß auch andere Rollendurchmesser für den Kalander verwendet werden können, ohne daß das Gebiet der Erfindung verlassen wird.

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Claims

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PATE NTAN SPRÜCHE

Verfahren zum Herstellen ungebrannter keramischer Streifen/ die nach dem Brennen insbesondere in kleine Plättchen zerschnitten werden und als Träger für integrierte Schaltkreise dienen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein keramischer Streifen mit einer charakteristischen Schrumpfanisotropie auf bekannte Art und Weise hergestellt wird, der danach einen Kalander durchläuft, um dem keramischen Streifen eine Schrumpfanisotropie aufzuprägen, die in der Richtung
entgegengesetzt der charakteristischen Schrumpfanisotropie ä verläuft und daß danach der keramische Streifen auf bekannte Art und Weise gebrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schrumpfanisotropie durch Einstellen des Drucks der Walzenpaare auf die keramische Masse variiert wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kalandern zwei Walzenpaare (10 und 11) nacheinander angeordnet sind, zwischen denen ungebrannte keramische Streifen (8) laufen, wobei der Abstand der Walzen des einen Walzenpaares größer ist als der A Abstand der Walzen des anderen Walzenpaares.

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