DE3636335A1 - Metallisierungspaste - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Metallisierungspasten und
insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Metallisierungs
pasten, die auf hohen Temperaturen gebrannt werden können.
Die Verwendung von Niedertemperatur-Einbrennmetalli
sierungspasten als Zwischenschichten bei der Elektroplattie
rung von vorgesinterten Keramiken ist weit verbreitet,
beispielsweise bei der Herstellung von Keramikgehäusen für
die Montage von Halbleiterbauelementen, wobei die Pasten
mittels Siebdruck auf keramische Komponenten des Gehäuses
aufgebracht werden. Diese bilden eine metallische Grundlage,
auf die durch Elektroplattierung andere Metalle aufgebracht
werden können, um einen elektrischen und thermischen Kon
takt mit dem Halbleiterbauelement im Gehäuse zu schaffen.
In den Pasten können viele Metalle verwendet werden, bei
spielsweise Silber, Nickel und Kupfer.
In einigen Anwendungen wäre es jedoch vorteilhaft,
wenn die Paste auf einer "grünen" (d.h. ungesinterten)
Keramik abgeschieden und anschließend zusammen mit der Kera
mik auf Temperaturen bis zu 1600°C gebrannt werden könnte.
Bei solchen Temperaturen zeigen jedoch die oben beschrie
benen bekannten Pasten keine annehmbaren Ergebnisse.
Nach vorliegender Erfindung wird eine Metallisierungs
paste geschaffen, die Wolfram und ein organisches Träger
system aufweist.
Dies liefert eine siebdruckfähige feuerfeste Metall
zusammensetzung, die, wenn sie zusammen mit einer Keramik
(z.B. Aluminiumoxid) gebrannt oder auf eine vorgesinterte
Keramik aufgebrannt wird, einen anhaftenden, elektrisch
leitfähigen metallisierten Bereich ergibt, auf den die
verschiedensten Metalle durch Elektroplattierung aufge
bracht werden können.
Vorzugsweise weist die Paste weiterhin Fritte-Material
auf.
Das Wolfram kann in Form eines Pulvers vorliegen, das
vorteilhaft Teilchen mit einer Größe von etwa 1 µm auf
weist.
Das organische Trägersystem weist vorzugsweise ein
Polymermaterial,z.B. Ethylcellulose, sowie ein geeignetes
Lösungsmittel auf, z.B. Terpineol; die vorzugsweise ge
wichtsmäßig im Verhältnis 1 : 12 gemischt werden.
Das Gewicht des Trägersystems beträgt nach einem be
vorzugten Ausführungsbeispiel zwischen 20% und 50%, vor
zugsweise 35%, des Gewichts der Paste.
Das Fritte-Material weist vorzugsweise einen oder
mehrere der Bestandteile Aluminiumoxid, Cerfluorid, Bismut
oxid und Siliciumoxid auf, die vorzugsweise in gleichen An
teilen vorliegen.
Das Verhältnis Wolfram : Fritte in der Paste kann von
100 : 0 bis 50 : 50 Gew.-Teile betragen. Das Verhältnis
kann beispielsweise 90 : 10, 60 : 40 oder 99 : 1 betragen.
Andere Zusammensetzungen können zusätzlich zu Wolfram
und den Fritte-Materialien bis zu 20 Gew.-% Mangan und/oder
10 Gew.-% Nickel enthalten.
Die Vorteile derartiger Zusammensetzungen liegen darin,
daß die Zugabe von Mangan erlaubt, den prozentualen Anteil
der nicht leitfähigen Fritte-Materialien in der Paste zu
verringern, da sich das Mangan selbst chemisch mit dem
Keramiksubstrat verbindet.
Die Zugabe von kleinen Mengen Nickel ist vorteilhaft,
da das Vorliegen dieses Metalls die anschließende elektro
denlose Nickelplattierung der gebrannten Metallisierung
erleichtert.
Die Erfindung erfaßt auch einen Gegenstand, der unter
Verwendung einer erfindungsgemäßen Metallisierungspaste ge
bildet ist.
Im folgenden wird beispielhaft unter Bezugnahme auf
die anliegenden Zeichnungen eine spezielle Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen
zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungs
form eines Halbleiter-Gehäuses, das unter Verwen
dung einer-erfindungsgemäßen Metallisierungspaste
gebildet ist; und
Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in
Fig. 1.
Ein Gemisch A weist 90 Gew.-Teile von hochreinem
Wolframpulver auf, das 99,9% rein ist und eine durch
schnittliche Korngröße von 1 µm hat. Das Wolframpulver ist
mit 10 Gew.-Teilen Fritte-Material gemischt, das Aluminium
oxid, Cerfluorid, Bismutoxid und Siliciumoxid in gleichen
Gewichtsanteilen aufweist. Die Bestandteile des Fritte-
Materials werden durch ein 45 µm-Sieb geführt, so daß das
Fritte-Material keine Teilchen mit einer Größe über 45 µm
enthält. Das Gemisch aus Wolframpulver und Fritte-Material
wird einer organischen Trägerlösung zugegeben, die 9 Gew.-
Teile Terpineol (das als Lösungsmittel wirkt) und einen
Gew.-Teil Ethylcellulose aufweist, das ein Polymerbinde
mittel ist. Das sich ergebende Gemisch A enthält 70 Gew.-%
Wolfram und Fritte und 30 Gew.-% Trägerlösung. Die Zugabe
der Trägerlösung bildet eine Metallisierungspaste, die
eine für den Siebdruck geeignete Viskosität hat.
Die Gemische B und C sind dem Gemisch A ähnlich, mit
der Ausnahme, daß das Gemisch B einen minimalen Anteil von
Fritte-Material enthält, im vorliegenden Fall 1 Teil zu
99 Teilen Wolframpulver, und daß das Gemisch C einen hohen
Anteil von Fritte-Material aufweist, im vorliegenden Fall
40 Teile zu 60 Gew.-Teilen Wolfram.
Die Menge des Fritte-Materials, ausgehend von 100 Gew.-
Teilen eines Wolfram- und Fritte-Gemisches, das mit dem
Trägersystem ein erfindungsgemäßes Gemisch bildet, kann
minimal 0 Teile und maximal 50 Teile betragen und jeden
beliebigen Wert dazwischen annehmen. Alle derartigen, in
den Beispielen 1 bis 3 beschriebenen Wolfram- und Fritte-
Gemische liefern bei Mischung mit einer Trägerlösung eine
Paste, die über Siebdruck direkt auf "grünes" (d.h. unge
sintertes) Aluminiumoxid aufgebracht und in einer reduzie
renden Atmosphäre bei 1500°C oder darüber zusammen mit
diesem gebrannt werden kann oder die auf vorgesintertes
Aluminiumoxid aufgebracht und bei Temperaturen von nur
1200°C gebrannt werden kann. In beiden Fällen ergeben sich
anhaftende, elektrisch leitfähige metallisierte Bereiche,
auf die anschließend über Elektroplattierung die verschie
densten Metalle aufgebracht werden können.
Das sich ergebende Wolfram/Fritte-Gemisch kann einen
Gew.-Anteil von 50 bis 80 Gew.-% des Gesamtgemisches aus
machen.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Halbleiter-Gehäuse ge
zeigt. Dieses weist eine Vielzahl von Schichten (in den
Zeichnungen nicht einzeln zu erkennen) aus Aluminiumoxid
auf. Auf eine dieser Schichten, die in den Zeichnungen mit
Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, wird mittels Siebdruck das
Gemisch A aufgebracht, um ein rechteckiges Befestigungs
feld zu schaffen. Eine weitere Aluminiumoxid-Schicht 14
wird über Siebdruck mit dem Gemisch A versetzt, um Durch
führungen 16 und horizontale Eck-Metallisierungsbereiche
18 zu bilden.
Die Schichten aus Aluminiumoxid sind übereinander ge
schichtet und zusammen gebrannt, so daß sich eine monolithi
sche Struktur 20 ergibt, auf der anhaftende, elektrisch
leitfähige, metallisierte Wolfram-Bereiche liegen.
Nach dem Zuschneiden der Struktur 20 auf die ent
sprechenden Abmessungen und dem geeigneten Läppen wird in
Durchlaßöffnungen 22, die durch die Grundplatte 24 der
Struktur 20 zum Anschlußfeld 12 verlaufen, das Gemisch B
eingeführt. Nach Füllen mit dem Gemisch B schaffen die
sich ergebenden Metallstrukturen in den Durchlaßöffnungen
eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit zwi
schen dem Anschlußfeld und der Unterfläche der Struktur
20.
Um einen Deckel-Befestigungsbereich 26 zu schaffen,
wird auf die Oberfläche der Struktur 20, um vertikale
Eck-Metallisierungsbereiche 28 zu schaffen, wird auf die
Seiten und ebenso wird auf die Unterfläche 30 der Struk
tur 20 über Siebdruck das Gemisch C aufgebracht.
Der gesamte Aufbau wird anschließend erneut bei
1250°C in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt, und
die verbleibenden metallisierten Bereiche werden herkömm
lich in Gold über einer Nickel-Unterlage fertiggestellt.
Claims (21)
1. Metallisierungspaste, gekennzeichnet
durch die Verbindung von Wolframpulver und einem organi
schen Trägersystem in einem Gemisch mit einer für Siebdruck-
Anwendungen geeigneten Viskosität.
2. Metallisierungspaste nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß sie Fritte-Material enthält.
3. Metallisierungspaste nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Fritte-Material einen
oder mehrere der Bestandteile Aluminiumoxid, Cerfluorid,
Bismutoxid und Siliciumoxid aufweist.
4. Metallisierungspaste nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Fritte-Material Aluminium
oxid, Cerfluorid, Bismutoxid und Siliciumoxid in gleichen
Gewichtsanteilen aufweist.
5. Metallisierungspaste nach Anspruch 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis
Wolfram : Fritte in der Paste in dem Bereich 50 bis 100
Teile Wolframpulver : 50 bis 0 Teile Fritte-Material liegt.
6. Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Teilchen des Wolframpulvers eine Größe von etwa 1 µm
haben.
7. Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß das organi
sche Trägersystem ein Polymermaterial und ein Lösungsmittel
aufweist.
8. Metallisierungspaste nach Anspruch 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Polymermaterial Ethyl
zellulose ist.
9. Metallisierungspaste nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Ter
pineol ist.
10. Metallisierungspaste nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Polymermaterial
Ethylcellulose und das Lösungsmittel Terpineol ist, wobei
Ethylcellulose und Terpineol gewichtsmäßig im Verhältnis
1 : 12 gemischt sind.
11. Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht
des organischen Trägersystems zwischen 20% und 50% des
Gewichts der Paste beträgt.
12. Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu
20 Gew.-% Mangan enthalten sind.
13. Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu
10 Gew.-% Nickel enthalten sind.
14. Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu
20 Gew.-% Mangan und bis zu 10 Gew.-% Nickel enthalten sind.
15. Gegenstand, dadurch gekennzeichnet,
daß er unter Verwendung einer Metallisierungspaste nach
einem der Ansprüche 1 bis 14 gebildet ist.
16. Gegenstand nach Anspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß er ein Gehäuse für ein Halbleiter
bauelement ist.
17. Halbleiter-Gehäuse, gekennzeichnet
durch einen laminierten Stapel von Aluminiumoxidschichten,
auf dem mittels Siebdruck mit einer Metallisierungspaste
nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zuerst ein rechteckiges
Befestigungsfeld (12) für die Aufnahme eines Halbleiter-
Bauelements und anschließend eine Vielzahl von Durchfüh
rungen (16) aufgebracht ist, um eine externe elektrische Ver
bindung mit dem Halbleiter-Bauelement zu ermöglichen.
18. Halbleiter-Gehäuse nach Anspruch 17, dadurch ge
kennzeichnet, daß durch den Stapel der Alu
miniumoxidschichten eine Vielzahl von Durchlässen (22) ge
bildet und mit einer Metallisierungspaste nach einem der
Ansprüche 1 bis 14 gefüllt ist, um das leitfähige recht
eckige Befestigungsfeld (12) mit einer weiteren leitfähigen
Schicht elektrisch zu verbinden, die auf einer Außenfläche
(30) des Gehäuses angeordnet und durch eine weitere Sieb
druck-Schicht der Metallisierungspaste gebildet ist.
19. Halbleiter-Gehäuse nach Anspruch 18, dadurch ge
kennzeichnet, daß die zur Bildung des Be
festigungsfeldes (12) verwendete Metallisierungspaste ein
Gemisch von etwa 90 Gew.-Teilen Wolframpulver und etwa
10 Gew.-Teilen Fritte-Material, das Aluminiumoxid, Zer
fluorid, Bismutoxid und Siliziumoxid in gleichen Gewichts
anteilen aufweist, zusammen mit einem organischen Träger
system aufweist, das etwa 9 Gew.-Teile Terpineol und
1 Gew.-Teil Ethylzellulose aufweist.
20. Halbleiter-Gehäuse nach Anspruch 18 oder 19, da
durch gekennzeichnet, daß die zur Bildung
der Durchlässe (22) verwendete Metallisierungspaste ein
Gemisch von etwa 99 Gew.-Teilen Wolframpulver und
Gew.-Teil Fritte-Material, das Aluminiumoxid, Zerfluorid,
Bismutoxid und Siliziumoxid in gleichen Gewichtsanteilen
aufweist, zusammen mit einem organischen Trägersystem auf
weist, das annähernd 9 Gew.-Teile Terpineol und 1 Gew.-
Teil Ethylzellulose aufweist.
21. Halbleiter-Gehäuse nach Anspruch 18, 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bil
dung der auf der Außenfläche (30) des Gehäuses angeordneten
leitfähigen Schicht verwendete Metallisierungspaste ein
Gemisch von 50 bis 60 Gew.-Teilen Wolframpulver und 50 bis
40 Gew.-Teilen Fritte-Material, das Aluminiumoxid, Zerfluorid,
Bismutoxid und Siliziumoxid in gleichen Gewichtsanteilen
aufweist, zusammen mit einem organischen Trägersystem auf
weist, das etwa 9 Gew.-Teile Terpineol und 1 Gew.-Teil
Ethylzellulose aufweist.
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