DE3879063T2

DE3879063T2 - Keramikbasis sowie verfahren zur herstellung.

Info

Publication number: DE3879063T2
Application number: DE8888903382T
Authority: DE
Inventors: Go Suzuki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1987-04-16
Filing date: 1988-04-16
Publication date: 1993-08-05
Anticipated expiration: 2008-04-17
Also published as: JPH0475876B2; EP0309593A1; EP0309593A4; EP0309593B1; WO1988007983A1; US4959255A; DE3879063D1; JPS63260884A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Keramiksubstrat, das an seiner Oberfläche stromlosem Plattieren unterworfen ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Bisher sind folgende als ein Verfahren zum direkten stromlosen Plattieren verwendet worden, wenn ein metallischer Film zum Anfügen eines anderen Metalls oder als ein Leiter auf der Oberfläche des Keramiksubstrats ausgebildet wird:
a) ein Verfahren, bei dem die Oberfläche des Keramiksubstrats einer Oberflächenaufrauhungsbehandlung mit einer Ätzlösung unterworfen wird, die eine Alkalimetallverbindung enthält, mit einem Katalysator für ein stromloses Plattieren adsorbiert wird und dann dem stromlosen Plattieren unterworfen wird;
b) ein Verfahren, bei dem eine aktivierte Paste auf die Oberfläche des Keramiksubstrats aufgebracht und eingebrannt wird, um eine plattierte Schicht zu bilden, und dann eine Plattierung stromlos auf die plattierte Schicht aufgebracht wird;
c) ein Verfahren, bei dem eine Harzfolie, deren Oberfläche aufgerauht worden ist, an die Oberfläche des Keramiksubstrats geklebt wird, und dann ein Katalysator für ein stromloses Plattieren an der Harzfolie adsorbiert wird, die dann dem stromlosen Plattieren unterworfen wird;
d) ein Verfahren, bei dem eine Tonerdepaste, die eine im Vergleich zum normalen Zustand überschüssige Menge eines organischen Bindemittels enthält, durch Drucken auf einen Teil einer oder eine ganze Oberfläche einer grünen (keramischen) Folie aufgebracht und dann gleichzeitig gebrannt wird, um ein Keramiksubstrat mit einer porösen Oberfläche zu bilden, und danach die Oberfläche des Keramiksubstrats einem stromlosen Plattieren unterworfen wird (Japanisches offengelegtes Patent Nr. 59-161,896).
Die oben beschriebenen Verfahren weisen jedoch die folgenden Probleme auf:

Fall von Verfahren a)

i) Es besteht die Tendenz, daß die Ätzlösung, gemäß dem Zustand der aufgerauhten Oberfläche, zurückgehalten wird, sodaß die Möglichkeit besteht, daß nach dem stromlosen Plattieren das Korrosionsphänomen an der Grenze zwischen der stromlos plattierten Schicht und dem Keramiksubstrat verursacht wird;
ii) beim wohlbekannten Ätzverfahren, bei dem beispielsweise eine Hochtemperatur-Alkalimetallverbindung verwendet wird, insbesondere ein Hydroxid oder ähnliches eines Alkalimetalls, das bei etwa 400ºC gelöst wird, ist es aufgrund ungleichmäßigen Erwärmens schwierig, ein gleichmäßiges Atzen durchzuführen, sodaß die Tendenz besteht, daß eine Streuung der Bindungskraft zwischen der stromlos plattierten Schicht und dem Keramiksubstrat verursacht wird.

Fall von Verfahren b)

Da die durch die aktivierte Paste erreichte Bindungsfestigkeit von der Bindungskraft der aktivierten Paste abhängt, ist es notwendig, ein Hochtemperatursintern bei etwa 600ºC durchzuführen, um die Bindungsfestigkeit zu erhöhen. Wenn das Keramiksubstrat jedoch als ein Substrat für eine elektronische Schaltung verwendet wird, werden, wenn Widerstände, magnetische Materialien, Dielektrika und so weiter als funktionelle Teile der elektronischen Schaltung unter den Einbrennbedingungen vorgesehen sind, die sich von denen für die Bildung von Leitern vor dem stromlosen Plattieren unterscheiden, diese Teile dem zuvor genannten Hochtemperatursintern ausgesetzt. Als ein Ergebnis werden die Eigenschaften der funktionellen Teile durch derartiges Hochtemperatursintern verändert, sodaß es schwierig ist, stabile Eigenschaften zu gewährleisten.

Fall von Verfahren c)

Da die Harzfolie zwischen der stromlos plattierten Schicht und dem Keramiksubstrat angeordnet ist, werden die Wärmeeigenschaften wie Hitzebeständigkeit, hochthermische Konduktivität von Keramik als das Substrat aufgrund der Harzfolie beeinträchtigt.

Fall von Verfahren d)

i) Wenn beispielsweise eine Kupferplattierung als stromlos aufgebrachte Plattierung angewandt wird, wird zwischen der kupferplattierten Schicht und dem Keramiksubstrat im Vergleich zu einem Keramiksubstrat ohne poröse Struktur nur eine etwa 1,2 2-fache Bindungskraft erhalten, was immer noch unzureichend ist.
ii) Wenn die Oberflächenrauhigkeit der porösen Schicht nach dem Brennen durch das Hinzufügen eines Überschusses an organischem Bindemittel beträchtlich erhöht wird, um die Viskosität der Tonerdepaste zu erhöhen, um die Bindungskraft zu schaffen, ist es aufgrund des hohen Grades an Oberflächenrauhigkeit schwierig, feinere Verdrahtungsmuster auf der stromlos plattierten Schicht auszubilden.
Und auch, bei einem Schritt zum Ausbilden des Verdrahtungsmusters durch Ätzen, verbleibt die Ätzlösung aufgrund der hohen Oberflächenrauhigkeit, wenn die Atzlösung nicht ausreichend gespült wird, was zu verminderter Isolierung des Verdrahtungsmusters führt.
Des weiteren nimmt, im Fall des Keramiksubstrats für die Bildung von Verdrahtungsmuster für Hochfrequenzsignale, der Übertragungsverlust zu, wenn die Oberflächenrauhigkeit größer wird. Beispielsweise ist berichtet worden, daß der Übertragungsverlust bei einem Hochfrequenzsignal von 20 GHz abrupt zunimmt, wenn die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit 1,0 um übersteigt. (Berichter: Akira Morita, Hisashi Tomimuro: The Institute of Electronics and Communication Engineers, The lecture papers of the general national convention in 1983: 3-152)
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung diese Probleme zu lösen.
Das Keramiksubstrat gemäß vorliegender Erfindung wird in Anspruch 1 dargelegt.
Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion kann gute Bindungsfestigkeit zwischen der stromlos plattierten Schicht und dem Keramiksubstrat durch eine starke Verankerungswirkung durch den gegen das Innere zwischen den körnigen vorspringenden Abschnitten wesentlich verbreiterten Raum, von der Oberflächenseite betrachtet, erreicht werden. So ist es möglich, ohne Ätzen, das Korrosion verursacht, oder eine aktive Metallisierungsbehandlung, die das Hochtemperatursintern erfordert, und ohne die Verwendung der Harzfolie, welche die Wärmeeigenschaften des Keramiksubstrats beeinträchtigt, ein Keramiksubstrat mit stabiler Bindungsfestigkeit zu schaffen. Darüberhinaus ist es, da das Plattieren ein stromloses Plattieren ist, nicht erforderlich, die Wärmebehandlung während des Plattierungsvorgangs bei einer hohen Temperatur durchzuführen. Wenn das Keramiksubstrat daher für elektronische Schaltungen verwendet wird, ist es möglich, Schaltungen durch stromloses Plattieren zu erhalten, nachdem Widerstände durch ein Dickfilmverfahren, Dünnfilmverfahren, Plattierungsverfahren oder ähnliches, Dielektrika oder transparente Körper durch Dickfilmverfahren, Dünnfilmverfahren oder ähnliches und magnetische Körper durch Dickfilmverfahren, Dünnfilmverfahren oder ähnliches auf dem Keramiksubstrat gebildet worden sind.
Es ist vorzuziehen, daß ein Anteil der Gesamtfläche des eingezogenen Abschnitts im erweiterten Raum pro Oberflächeneinheit des Substrats 0,5 10% beträgt, und die Anzahl der eingezogenen Abschnitte 2000 100 000 pro mm² beträgt.
Des weiteren ist es vorzuziehen, daß der Anteil der Gesamtfläche des eingezogenen Abschnitts pro Oberflächeneinheit Oberfläche des Substrats 3 7% beträgt und die Anzahl der eingezogenen Abschnitte 5000 20000 pro mm² beträgt.
Darüberhinaus ist es vorzuziehen, daß die Oberflächenrauhigkeit in der Substratoberfläche 0,4 1,0 um als eine durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit beträgt.
Das Verfahren zur Herstellung eines Keramiksubstrats gemäß vorliegender Erfindung wird in Anspruch 5 dargelegt.
Daher ist die der grünen Keramikseite zugewandte Seite des körnigen Keramikmaterials in der Oberflächenschichtkeramik an die grüne Keramik, die beim Sintern durch zumindest ein Kristallbindemittel verdichtet wird, gebunden, um die körnigen vorspringenden Abschnitte auszubilden. So sind die Räume, die sich, auf der Basis der körnigen Gestalt des Materials, von der Oberflächenseite betrachtet, gegen das Innere hin erweitern, zwischen den körnigen vorspringenden Abschnitten auf der Oberfläche des Keramiksubstrats ausgebildet.
Als Ergebnis tritt, wenn das stromlose Plattieren auf das Keramiksubstrat angewandt wird, ein Teil der resultierenden stromlos plattierten Schicht in diese Räume ein und wird dann verfestigt, sodaß eine starke Verankerungswirkung auftritt.
Die Figuren 1A bis 6B sind Zeichnungen zur Veranschaulichung der Ausführungsformen des Keramiksubstrats und des Verfahrens zu dessen Herstellung gemäß vorliegender Erfindung, worin:
Figur 1A bis Figur 1C Querschnittansichten sind, die jeweils eine allgemeine Darstellung im grundlegenden Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Keramiksubstrats als ein Grundmodell zeigen;
Figur 2 eine Querschnittansicht ist, die Figur 1B entspricht, wenn das körnige Keramikmaterial zwei Schichten bildet;
die Figuren 3A und 3B Querschnittansichten sind, die einer vergrößerten Ansicht eines Teils von Figur 1C entsprechen und Stadien vor bzw. nach dem Abschälen der stromlos plattierten, in den eingezogenen Abschnitten (Halsabschnitten) der Räume abgeschnittenen Schicht zeigen;
die Figuren 4A und 4B eine Scanning-Elektronenmikrophotographie und ihre schematische Draufsicht sind, welche die verbleibenden Abschnitte der in den eingezogenen Abschnitten der Räume abgeschnittenen stromlos plattierten Schicht zeigen;
die Figuren 5A und 5B Querschnittansichten sind, welche einen Fall zeigen, bei dem die Anzahl der Räume groß ist und die Fläche des eingezogenen Abschnitts pro Raum klein ist, und die Räume vollständig mit der stromlos plattierten Schicht gefüllt sind, bzw. einen Fall, bei dem die Anzahl der Räume klein ist und die Fläche des eingezogenen Abschnitts pro Raum groß ist und die Räume unvollständig mit der stromlos plattierten Schicht gefüllt sind; und
die Figuren 6A und 6B eine Scanning-Elektronenmikrophotographie und ihre schematische Querschnittsansicht sind, welche die körnige Struktur des erfindungsgemäßen Keramiksubstrats zeigen.
Die Ausführungsformen des Keramiksubstrats und des Verfahrens zu seiner Herstellung gemäß vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen nachstehend beschrieben.
Zuerst wird das Grundmodell unter Bezugnahme auf Figur 1A bis Figur 1C beschrieben.
Auf einer grünen Platte (grünes Band) 1 als eine grüne Keramik gemäß vorliegender Erfindung, die durch Mischen eines Ausgangskeramikmaterials und eines Flußmittels aus Glasbestandteil als ein Beispiel für ein Kristallbindemittel, und weiters eines geeigneten organischen Bindemittels, eines Plastifiziermittels und eines organischen Lösungsmittels gebildet ist, werden Kugeln aus körnigem Keramikmaterial 2 angeordnet, das eine Art des Granulats ist (z.B. kugelförmig, verzweigt, stabförmig, eine unbestimmte Form usw.), wie in Figur 1A gezeigt, um eine Oberflächenschichtkeramik 3 zu bilden, wodurch eine Mehrschichtstruktur gebildet wird. Wenn die grüne Platte 1 dann gesintert wird, strömt der Glasbestandteil des Kristallbindemittels aus der grünen Platte 1 aus, um die Oberfläche des körnigen Keramikmaterials 2 oder ähnlichem zu benetzen, wie in Figur 1B gezeigt, wodurch eine Bindungsschicht 4, die aus dem Glasbestandteil besteht, gebildet wird. Nach dem Sintern ist der Endabschnitt an der unteren Seite des körnigen Keramikmaterials 2 fest mit der grünen Platte 1 verbunden, die durch das Sintern durch die Bindungsschicht 4 verdichtet ist. So werden die körnigen vorspringenden Abschnitte 5 durch das körnige Keramikmaterial 2 gebildet, und folglich werden Räume 6 zwischen den körnigen vorspringenden Abschnitten 5 gebildet, um sich, von der Oberflächenseite betrachtet, hin zum Inneren zu verbreitern. Ein Teil der zu bildenden stromlos plattierten Schicht wird in die Räume 6 eingebracht und verfestigt, wie in Figur 1 C gezeigt, um eine starke Verankerungswirkung zu entwickeln.
Deshalb kann, wenn das Einbrennen für Dickfilmwiderstände, Dielektrika, Leiter und so weiter nach dem Bilden der stromlos plattierten Schicht 7 erforderlich ist, das Abschälen, Blasenbilden oder ähnliches der stromlos plattierten Schicht aufgrund der Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der stromlos plattierten Schicht 7 und dem Keramiksubstrat A, das aus der grünen Platte 1 mit den körnigen vorspringenden Abschnitten 5 und der Oberflächenschichtkeramik 3 besteht, durch die oben erwähnte Verankerungswirkung verhindert werden.
Als das das körnige Keramikmaterial 2 einschließende Keramikmaterial können Tonerde, Beryllerde, Cordierit, Siliziumkarbid, Forsterit, Zirkonerde, Mullit und so weiter erwähnt werden. Als das Kristallbindemittel können alle Materialien verwendet werden, die als Sinterhilfe für die Hauptkeramikmaterialien wirken, wie der oben erwähnte Glasbestandteil, ein Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der des Hauptkeramikmaterials und einem größeren Diffusionskoeffizienten als der von diesem und ähnlichem. So weist das Kristallbindemittel während des Brennens eine große Migration bzw. Wanderung auf und hat die Eigenschaft, daß es durch einen Konzentrationsgradienten verteilt wird, um an die Oberfläche wie Korngrenze mit einem geringen Energieniveau oder ähnlichem zu wandern, was zum Benetzen zur Oberfläche des körnigen Keramikmaterials 2 führt.
Obwohl das Grundmodell unter Bezugnahme auf die Oberflächenschichtkeramik 3, die kein Kristallbindemittel einschließt und aus dem körnigen Keramikmaterial 2 in einer Schicht besteht, beschrieben worden ist, kann die Oberflächenschichtkeramik 3 das Kristallbindemittel einschließen oder das körnige Keramikmaterial 2 kann in zwei oder mehr Schichten angeordnet sein. Darüberhinaus wird der Figur 1B entsprechende Zustand im Fall von zwei Schichten in Figur 2 gezeigt, worin die gleichen Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen.
Als nächstes werden die Bedingungen für die Bildung der körnigen vorspringenden Abschnitte 5 wie oben beschrieben im Detail beschrieben.

1) Kristallbindemittel usw.

Das Gew.-Mischverhältnis zwischen dem in der grünen Platte 1 als ein Kristallbindemittel eingeschlossenen Bestandteil und der grünen Platte 1 ist größer als das Gew.-Mischverhältnis zwischen dem im körnigen Keramikmaterial 2 oder der Oberflächenschichtkeramik 3 enthaltenen Bestandteil und der Oberflächenschichtkeramik 3.
Der Grund dafür basiert auf der Tatsache, daß zumindest am weitesten außen gelegene Körner in der auf der grünen Platte 1 ausgebildeten Oberflächenschichtkeramik 3 nicht mit dem Kristallbindemittel zugedeckt sind, um die körnigen vorspringenden Abschnitte 5 zu bilden.
2) Das Sintern wird bei einer solchen Temperatur durchgeführt, daß die grüne Platte 1 verdichtet wird und das körnige Keramikmaterial 2 an den resultierenden verdichteten Körper gebunden wird.
Der Grund dafür basiert auf der Tatsache, daß, wenn das Sintern bei einer Brenntemperatur der Oberflächenschichtkeramik 3 durchgeführt wird, die grüne Platte 1 nicht verdichtet wird und spröde wird.
Als nächstes wird die Bindungsfestigkeit der stromlos plattierten Schicht 7 beschrieben, indem eine quantitative Erklärung des Raumes 6 unter Bezugnahme auf Figur 3A, die einen Teil von Figur 1 in Vergrößerung zeigt, und weiters auf Figur 3B gegeben wird.
Wenn die stromlos plattierte Schicht 7 vom Keramiksubstrat A von einem Zustand abgeschält wird, daß die stromlos plattierte Schicht 7 am Keramiksubstrat A angeklebt wird, wie in Figur 3A gezeigt, wird sie an einer Position geschnitten, die als ein eingezogener Abschnitt 8 bezeichnet wird, in der die beiden körnigen Keramikmaterialien 2, 2 sich am nächsten befinden, wie in Figur 3B gezeigt. Deshalb ist die Bindungsfestigkeit umso höher, je größer die Gesamtfläche der eingezogenen Abschnitte 8 ist. Darüberhinaus wird diese Gesamtfläche durch Messen der Flächen der verbleibenden Abschnitte in der stromlos plattierten Schicht 7 auf der Oberfläche des Keramiksubstrats A bestimmt, nachdem die stromlos plattierte Schicht 7 vom Keramiksubstrat A abgeschält ist. Angenommen, daß ein Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der eingezogenen Abschnitte 8 und einer gegebenen Oberfläche des Substrats (Oberfläche des Keramiksubstrats A) durch einen Prozentsatz % angegeben ist, der als eine Fläche des eingezogenen Abschnitts 8 im Raum 6 bezeichnet wird, wird unter Verwendung dieser Prozentsatzangabe die folgende Erklärung gegeben. In den Figuren 4A und 4B werden eine Scanning-Elektronenmikrophotographie und ihre schematische Draufsicht des verbleibenden Abschnitts in der stromlos plattierten Schicht 7 gezeigt, die an den eingezogenen Abschnitten 8 geschnitten ist. Wie zuvor beschrieben wird die Gesamtfläche der eingezogenen Abschnitte 8 durch Messen und Zusammenzählen der einzelnen Oberflächen des verbleibenden Abschnitts in der stromlos plattierten Schicht 7 in Figur 4A und 4B bestimmt.
Beim herkömmlichen Keramiksubstrat, das keinen Mehrschichtaufbau wie oben erwähnt aufweist, ist die Fläche des eingezogenen Abschnitts 8 beinahe Null. Um eine praktische Bindungsfestigkeit zu erzielen, ist es notwendig, daß der Anteil an Gesamtfläche der eingezogenen Abschnitte 8 nicht weniger als 0,5%, aber nicht mehr als 10% beträgt. Denn wenn die Anzahl der Räume 6 zu groß ist, nimmt die mechanische Festigkeit der Oberflächenschichtkeramik 3 selbst ab und verursacht das Zerreißen der Keramikanordnung. Es ist wünschenswert, daß sie im Bereich von 3 7 % liegt.
Es ist notwendig, daß die Anzahl der Räume 6 nicht weniger als 3000 pro mm² beträgt, um eine praktische Bindungsfestigkeit zu erhalten, und die zufriedenstellende Bindungsfestigkeit wird erreicht, wenn die Anzahl der Räume bis zu 150 000 beträgt. Vorzugsweise beträgt sie 5 000 bis 20 000 pro mm².
Die Figuren 5A und 5B zeigen einen Fall, bei dem das Keramiksubstrat A mit einer stromlos plattierten Schicht 7 und weiters mit einer elektroplattierten Schicht 9 versehen ist, um die plattierte Dicke unmittelbar zu erhöhen. Figur 5A zeigt einen Fall, bei dem die Anzahl der Räume 6 groß und die Fläche des Raumes 6 pro einem eingezogenen Abschnitt 8 klein ist, und die Räume 6 vollständig mit der stromlos plattierten Schicht 7 gefüllt sind. Andererseits zeigt Figur 5B einen Fall, bei dem die Anzahl der Räume 6 klein ist und die Fläche des Raumes 6 pro einem eingezogenen Abschnitt 8 groß ist, und die Räume 6 unvollständig mit der stromlos plattierten Schicht 7 gefüllt sind.
Im Fall von Figur 5B verbleiben, auch nach der Bildung der elektroplattierten Schicht 9, die nicht mit den plattierten Schichten 7,9 gefüllten Räume 10 in einem größeren Teil der Räume 6. Diese Räume 10 werden aufgrund der Tatsache erzeugt, daß, wenn die elektroplattierte Schicht 9 gebildet wird, der elektrolytische Strom sich in den oberen Enden 11 der größeren Teile der Räume 6 konzentriert, um die Räume sofort zu bedecken. Ein derartiger Raum 10 vergeudet teilweise die wirksame Oberfläche des Keramiksubstrats A, die ohne jeden Beitrag zur Verbesserung der Bindungsfestigkeit gebunden wird. Daher wird es vorgezogen, daß die Länge L des eingezogenen Abschnittes 8 im Raum 6 so gewählt ist, daß sie kürzer als das Zweifache der Dicke der zu bildenden stromlos plattierten Schicht 7 ist.
Weiters kann die oben erwähnte Verankerungswirkung an der stromlos plattierten Schicht 7 weiter erhöht werden, indem das körnige Keramikmaterial 2 einer Oberflächenaufrauhungsbehandlung unterzogen wird.
Darüberhinaus kann die Bindungsfestigkeit der stromlos plattierten Schicht 7 an das Keramiksubstrat A weiter durch Erwärmen nach der Bildung der stromlos plattierten Schicht 7 erhöht werden, wodurch eine chemische Reaktionsschicht auf der Grenzfläche zwischen der stromlos plattierten Schicht 7 und dem Keramiksubstrat A gebildet wird.
Die Räume 6 können durch ein verbrennbares raumbildendes Material wie Graphit, Kohlenstoffgranulat und ähnliches mit einer Größe zum Ausbilden des gewünschten Raums 6 zwischen den körnigen Keramikmaterialien 2, 2 gesteuert werden.
Weiters kann das Verbleiben des raumbildenden Materials verhindert werden, wenn das obige Sintern in einer Oxidationsatmosphäre durchgeführt wird.
Das Verfahren zum Ausbilden einer Mehrschichtstruktur aus grüner Platte 1 und der Oberflächenschichtkeramik 3, die das Keramiksubstrat A darstellen, wird unten beschrieben.
(1) Ein Verfahren, bei dem das körnige Keramikmaterial 2 mit einem organischen Bindemittel, einem organischen Lösungsmittel, einem Plastifiziermittel, einem raumbildenden Material und so weiter gemischt wird, um eine pastige Aufschlämmung mit einer Viskosität von 2000 cps zu bilden, und die Aufschlämmung durch ein Umkehrbeschichtungsverfahren auf beiden Seiten der bandförmigen grünen Platte 1 verteilt wird;
(2) ein Verfahren, bei dem die zuvor auf beiden Seiten davon mit einem Lösungsmittel besprühte bandförmige grüne Platte 1 durch einen Behälter geschickt wird, der mit einer Mischung aus dem körnigen Keramikmaterial 2 und dem raumbildenden Material gefüllt ist, und dann zwischen Druckwalzen hindurchgeschickt wird, um das körnige Keramikmaterial 2 anzukleben;
(3) ein Verfahren, bei dem eine Aufschlämmung mit einer Viskosität von etwa 200 cps durch Mischen eines organischen Bindemittels, eines organischen Lösungsmittels, eines Plastifiziermittels, eines raumbildenden Materials und so weiter mit einem körnigen Keramikmaterial 2 wie in Verfahren (1) durch ein Sprühbeschichtungsverfahren auf eine Seite oder auf beide Seiten der grünen Platte 1 aufgebracht wird;
(4) ein Verfahren, bei dem die zuvor auf ein Übertragerpapier übertragene oben erwähnte Aufschlämmung auf eine Seite oder beide Seiten der grünen Platte 1 übertragen wird;
(5) ein Verfahren, bei dem die obige Aufschlämmung durch ein Siebdruckverfahren auf eine Seite oder beide Seiten der grünen Platte 1 gedruckt wird;
(6) ein Verfahren, bei dem das körnige Keramikmaterial 2 direkt auf die Oberfläche der grünen Platte 1 verteilt und gepreßt wird.
Es ist auch zu bemerken, daß, nachdem die Mehrschichtstruktur nach einem der obigen Verfahren ausgebildet ist, auch wenn diese Anordnungen aufeinander gestapelt und gleichzeitig gebrannt werden, sie nicht durch Verschmelzen miteinander verbunden werden.
Denn da die Reinheit der Keramik im Oberflächenschichtabschnitt hoch ist, werden sie während des Brennens nicht durch Verschmelzen verbunden.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Ein Tonerdepulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 3 um als ein körniges Keramikmaterial 2 wurde mit einem Butyralharz (Polymerisationsgrad: 800) als ein organisches Bindemittel in einem Gewichtsverhältnis von 10:1 zusätzlich zu einem Plastifiziermittel und einem organischen Lösungsmittel gemischt. Der resultierenden Mischung wurde Kohlenstoffpulver mit #400 Mesh als ein raumbildendes Material in einer Menge von 0 Vol.-%, 10 Vol.-%, 20 Vol.-% oder 30 Vol.-% zum Volumen des Tonerdepulvers hinzugefügt, um vier Arten von Aufschlämmungen zu erzeugen, die jeweils eine Viskosität von etwa 1500 cps aufwiesen. Jede der resultierenden Aufschlämmungen wurde auf beiden Seiten eines grünen Tonerdebandes 1 mit einer Reinheit von 96% durch ein Umkehrbeschichtungsverfahren verteilt, sodaß eine Dicke einer Oberflächenschichtkeramik von 25 30 um erzielt wurde, die in einer Oxidationsatmosphäre bei etwa 1600ºC gebrannt wurde, um ein Keramiksubstrat A zu bilden.
Als nächstes wurde das Keramiksubstrat A Vorbehandlungen des Entfettens, Sensibilisierens, Aktivierens und Beschleunigens nach einem Verfahren der von Kizai Co., Ltd. vertriebenen Marke "Naiko-CER" unterworfen, und dann einer stromlosen Nickelplattierung unterworfen, um eine stromlos plattierte Schicht 7 mit einer Dicke von 2 um zu bilden. Deshalb wurde das Elektroplattieren von Kupfer in einem Plattierungsbad durchgeführt, das Kupfersulfat enthielt, um eine galvanische Überzugs-Schicht 9 mit 30 um Dicke zu bilden.
Der Querschnitt des kupferplattierten Keramiksubstrats A wird in den Figuren 6A und 6B als eine Scanning-Elektronenmikrophotographie und seine schematische Ansicht gezeigt. Wie aus diesen Zeichnungen zu ersehen, wurden die körnigen vorspringenden Abschnitte 5 ausgebildet. Darüberhinaus kennzeichnet Bezugszahl 12 eine kupferplattierte Schicht (durch stromloses Plattieren und Galvanisieren). Dann wurde das Keramiksubstrat bei 150ºC gesintert, durch Photolithographie geätzt, um Muster mit 2 mm Quadraten zu bilden, und eine Kupferleitung mit 0,8 mm wurde senkrecht dazu angelötet. Unter Verwendung dieser Kupferleitung wurde die Bindungsfestigkeit zwischen dem Keramiksubstrat A und der stromlos plattierten Schicht 7 und ähnlichem gemessen.
Die gemessenen Ergebnisse für die obigen vier Aufschlämmungen (Probe Nr. 1 No.4) werden in Tabelle 1 gezeigt. Zu Vergleichszwecken wurde ein Keramiksubstrat mit keiner Oberflächenschichtkeramik hergestellt und ihre Bindungsfestigkeit und ähnliches wurden auf ähnliche Art gemessen, um Ergebnisse wie in Tabelle 1 gezeigt zu erhalten. Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die Bindungsfestigkeit des Keramiksubstrats A mit der Oberflächenschichtkeramik 3 im Vergleich zu der des Keramiksubstrats, das keine Oberflächenschichtkeramik aufweist, doppelt so groß ist. TABELLE 1 Probe Menge an Kohlenstoffpulver Vol.-% Bindungsfestigkeit kg/mm² Fläche an eingezogenem Abschnitt im Raum % Anzahl der Räume Räume/mm² Durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit um Vergleich
(Die Messung der Oberflächenrauhigkeit wurde durchgeführt, indem eine in JIS BO601 definierte Mittelliniendurchschnittsrauhigkeit durch ein in JIS BO652 vorgeschriebenes Oberflächenrauhigkeitsmeßgerät vom Tracertyp bestimmt wurde. In diesem Fall betrugen der Abschnitt-Wert und die Meßlänge 0,8 mm bzw. 2,5 mm).

Beispiel 2

Ein Keramiksubstrat A wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß das gleiche Tonerdepulver wie in Beispiel 1 mit einem Butyralharz (Polymerisationsgrad: 800) in einem Gewichtsverhältnis von 20:1 gemischt wurde, das einem stromlosen Plattieren mit einem im Handel erhältlichen Kupfer-Plattierungsmittel unterworfen wurde, das für gewöhnliches Drucksubstrat verwendet wurde, um eine stromlos plattierte Schicht 7 mit einer Dicke von 2 um zu bilden. Danach wurde ein Kupfer-Galvanisieren durchgeführt, um eine galvanisierte Schicht mit einer Dicke von 30 um zu bilden, und dann wurden die Bindungsfestigkeit und ähnliches auf die gleiche Art wie in Beispiel 1 gemessen.
Die gemessenen Ergebnisse werden in Tabelle 2 (Probe Nr. 5) gezeigt. Zum Vergleich wurde ein Keramiksubstrat hergestellt, indem das Gewichtsverhältnis zwischen Tonerdepulver und Butyralharz (Polymerisationsgrad: 800) 20:5 betrug, und die Messung wurde gemeinsam mit einem Keramiksubstrat ohne Oberflächenschichtkeramik durchgeführt, um Ergebnisse wie in Tabelle 2 gezeigt zu erhalten. Wie aus Tabelle 2 zu ersehen, steigt die Bindungsfestigkeit, wenn der Gewichtsanteil des Butyralharzes oder des organischen Bindemittels steigt, aber das Zerreißen der Oberflächenschichtkeramik selbst wird verursacht, und somit kann die exakte Messung des Raumes 6 nicht durchgeführt werden. Weiters liegt der Wert der durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit nicht unter 1,0 um. Tabelle 2 Probe Verhältnis zwischen Tonerdepulver und organischem Bindemittel Bindungsfestigkeit kg/mm² Fläche des eingezogenen Abschnitts im Raum % Anzahl der Räume Räume/mm² Durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit um Vergleichsbeispiel konnte nicht gemessen werden

Beispiel 3

Ein Zirkonerdepulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1,8 um als ein körniges Keramikmaterial 2 wurde mit einem Butyralharz (Polymerisationsgrad: 800) als ein organisches Bindemittel in einem Gewichtsverhältnis von 10:1 zusätzlich zu einem Plastifiziermittel und einem organischen Lösungsmittel gemischt, um eine Aufschlämmung mit einer Viskosität von etwa 200 cps herzustellen. Diese Aufschlämmung wurde durch Luftsprühen auf beiden Seiten eines grünen Tonerdebandes 1 mit einer Reinheit von 96% verteilt, das in einer Oxidationsatmosphäre bei etwa 1600ºC gebrannt wurde, um ein Keramiksubstrat A zu bilden. Dann wurde eine stromlos plattierte Schicht 7 mit einer Dicke von 2 um und eine galvanisierte Schicht 9 mit einer Dicke von 30 um durch das gleiche stromlose Kupferplattieren und Kupfergalvanisieren wie in Beispiel 2 auf dem Keramiksubstrat A ausgebildet, und dann wurde die Bindungsfestigkeit und ähnliches auf die gleiche Art wie in Beispiel 1 gemessen.
Die gemessenen Ergebnisse werden in Tabelle 3 (Probe Nr. 6) gezeigt. Zum Vergleich wurde das obige Keramiksubstrat A einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre bei etwa 900ºC 10 Minuten lang unterworfen, und die gleiche Messung wurde durchgeführt, um Ergebnisse wie in Tabelle 3 (Probe Nr. 7) gezeigt zu erhalten. Aus den obigen Ergebnissen ist offensichtlich, daß die Bindungsfestigkeit durch die Wärmebehandlung weiter erhöht werden kann. Tabelle 3 Probe Wärmebehandlung Bindungsfestigkeit kg/mm² Fläche des eingezogenen Abschnitts im Raum % Anzahl der Räume Räume/mm² Durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit um Abwesenheit Gegenwart
Gemäß vorliegender Erfindung wird die starke und stabile Bindungsfestigkeit an das Keramiksubstrat durch die Verankerungswirkung erzielt. Deshalb ist das Keramiksubstrat gemäß vorliegender Erfindung besonders nützlich als das Keramiksubstrat für Schaltungsplatten von Elektronikteilen.

Claims

1. Keramiksubstrat, das mit einer stromlos plattierten Schicht (7) auf einer Oberfläche davon versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Substrat einen dichten Keramikkörper (1) und eine Vielzahl körniger Vorsprünge (5) umfaßt, die auf einer Oberfläche des genannten dichten Keramikkörpers ausgebildet sind und eine Vielzahl von Räumen (6) zwischen den genannten körnigen vorspringenden Abschnitten begrenzen, wobei die genannten Räume (6) eingezogene Abschnitte und Basisabschnitte aufweisen, die wesentlich breiter als die jeweiligen eingezogenen Abschnitte in der zur Oberfläche des Körpers (1) parallelen Richtung sind, um Verankerung für die genannte stromlos plattierte Schicht (7) zu bieten.

2. Keramiksubstrat nach Anspruch 1, worin das genannte Substrat einen Anteil von Gesamtfläche der genannten eingezogenen Abschnitte der genannten Räume (6) pro Oberflächeneinheit des Substrats von 0,5-10% und die Anzahl der genannten eingezogenen Abschnitte von 2000-100 000 pro mm² aufweist.

3. Keramiksubstrat nach Anspruch 2, worin der genannte Anteil an Gesamtfläche an eingezogenen Abschnitten pro Oberflächeneinheit des Substrats 3-7% beträgt und die genannte Anzahl an eingezogenen Abschnitten 5000 bis 20000 pro mm² beträgt.

4. Keramiksubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das genannte Substrat eine durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit von 0,4 bis 1,0 um aufweist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Keramiksubstrats, welches folgende Schritte umfaßt:

(a) das Ausbilden einer Mehrschichtstruktur, die aus einer grünen Keramik besteht, die ein durch Brennen verdichtbares Keramikmaterial und eine Oberflächenschichtkeramik enthält, die aus körnigem Keramikmaterial besteht oder dieses enthält, wobei in der grünen Keramik ein Bindemittel vorhanden ist;

(b) das Sintern der Mehrschichtstrucktur bei einer solchen Temperatur, daß die grüne Keramik verdichtet wird und das körnige Keramikmaterial an den resultierenden verdichteten Körper (1) gebunden wird, eine Vielzahl von Räumen (6) zwischen den genannten körnigen vorspringenden Abschnitten, wobei die genannten Räume (6) eingezogene Abschnitte und Basisabschnitte aufweisen, die wesentlich breiter als die jeweiligen eingezogenen Abschnitte in der zur Oberfläche des Körpers (1) parallelen Richtung sind;

(c) das stromlose Plattieren einer Schicht auf den gesinterten Körper, sodaß die stromlos plattierte Schicht in den genannten Räumen verankert wird.