DE4309005A1 - Multilayer hybrid integrated circuit mfr. from ceramic green sheets - providing contacts between conductive tracks via feedthrough(s) in holes through interposed ceramic plate which prevents shrinkage - Google Patents

Multilayer hybrid integrated circuit mfr. from ceramic green sheets - providing contacts between conductive tracks via feedthrough(s) in holes through interposed ceramic plate which prevents shrinkage

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Abstract

The two ceramic green sheets (1, 2) and the ceramic plate (6) joining them together measure about 15 cm in each direction in the X-Y plane and a few tenths of a millimetre in the Z direction. Feedthrough contacts (10) in the plate make for connections between conductive tracks (11) on the facing sides of the green sheets when the stack (17) is pressed together and fired. This process prevents any shrinkage of the green sheets. ADVANTAGE - Shrinkage in the X-Y plane is suppressed by a simple expedient requiring no modification of the prodn. line or process steps.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von Mehr­ lagen-Hybriden nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist allgemein bekannt, Mehrlagen-Hybride herzustellen, wobei sogenannte grüne Keramikfolien, d. h. ungebrannte Keramikfolien, mit Leiterbahnen und Durchkontaktierungen versehen werden, diese grünen Keramikfolien justiert übereinander in einem Stapel angeordnet werden und der Stapel dann gebrannt wird. Problematisch ist bei diesem Verfahren, daß die Keramikfolien beim Übergang vom grünen in den gebrannten Zustand ca. 15 bis 20% schrumpfen. Mit diesem Schrumpf ist eine ver­ ringerte Reproduzierbarkeit bzgl. Abmessungen und Ebenheit bei der Herstellung der Mehrlagen-Hybride verbunden. Es sind bereits verschiedene Methoden bekannt, dieses Problem zu verringern.The invention is based on a method for producing more layered hybrids according to the genus of the main claim. It is general known to produce multi-layer hybrids, so-called green Ceramic foils, d. H. unfired ceramic films, with conductor tracks and Vias are provided in these green ceramic foils adjusted one above the other in a stack and the Stack is then burned. The problem with this method is that the ceramic foils during the transition from green to fired Shrink condition approx. 15 to 20%. With this shrink is a ver reduced reproducibility in terms of dimensions and flatness of the Manufacture of multilayer hybrids connected. There are already Various methods are known to reduce this problem.

In der US 42 59 061 wird die Reproduzierbarkeit des Schrumpfungs­ prozesses dadurch erhöht, daß die Keramikfolien beim Brennprozeß zwischen zwei Setterplatten zusammengedrückt werden. Diese Setter­ platten bestehen aus Metall und sind auf ihrer Oberfläche mit einem dünnen keramischen Film beschichtet.In US 42 59 061 the reproducibility of the shrinkage process increases in that the ceramic foils during the firing process be pressed together between two setters. These setters plates are made of metal and have a surface on them coated thin ceramic film.

In der US 46 45 552 wird indirekt die X-Y-Schrumpfung der Keramik­ folien verhindert, indem einzelne Keramikfolien mit Keramikplatten verbunden werden, die beim Brennen nicht schrumpfen. Das Verfahren geht von einer konventionellen Substratplatte aus, auf die eine erste Keramikfolie aufgebracht und dann gebrannt wird. Dieser Verbund von Grundplatte und bereits ge­ brannter Keramikfolie stellt dann wieder ein Substrat dar, welches beim Brennen nicht mehr schrumpft. Auf dieses neue Substrat wird dann eine weitere Keramikfolie aufgebracht und wieder gebrannt. Dieser Prozeß wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Anzahl von Keramikfolien übereinander angeordnet sind.In US 46 45 552 the X-Y shrinkage of the ceramic is indirect foils prevented by individual  Ceramic foils can be connected to ceramic plates when burning don't shrink. The process is based on a conventional one Substrate plate on which a first ceramic film is applied and then burned. This composite of base plate and already ge fired ceramic film is then again a substrate, which no longer shrinks when burning. On this new substrate then another ceramic film applied and fired again. This process is repeated until the desired number of ceramic foils are arranged one above the other.

In der US 50 85 720 wird die horizontale Schrumpfung einzelner Keramikfolien verhindert, indem diese mindestens einseitig mit einer Trennschicht verbunden werden, während des Brennens gepreßt werden und zuletzt die Trennschicht entfernt wird. Durch diese Methode wird der X-Y-Schrumpf unterdrückt und eine Schrumpfung der Keramikfolie erfolgt nur in Z-Richtung.In US 50 85 720 the horizontal shrinkage is individual Ceramic foils prevented by at least one side with a Separation layer are connected, pressed during the firing and finally the separation layer is removed. Through this method the X-Y shrinkage is suppressed and the ceramic film shrinks takes place only in the Z direction.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Schrumpfung in der X-Y-Ebene mit besonders einfachen Mitteln unterdrückt wird. Weiterhin ist dieses Verfahren für einen Stapel von Keramikfolien gedacht, d. h. die Herstellung von Mehrlagen-Hybriden mittels dieses Verfahrens ist besonders einfach. Da sich das erfindungsgemäße Ver­ fahren problemlos in die normalen Herstellungsschritte von Mehr­ lagen-Hybriden einfügt, sind keine wesentlichen Änderungen von Her­ stellungslinien notwendig, um das erfindungsgemäße Verfahren durch­ zuführen.The inventive method with the characterizing features of The main claim has the advantage that the shrinkage in the X-Y plane is suppressed with particularly simple means. Furthermore, this method is for a stack of ceramic films thought d. H. the production of multi-layer hybrids using this The procedure is particularly simple. Since the Ver drive smoothly into the normal manufacturing steps of Mehr layer hybrids, are not significant changes from Her positioning lines necessary to complete the process according to the invention respectively.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. The measures listed in the subclaims provide for partial further training and improvements of the main claim specified procedure possible.  

Das Material der Keramikplatten kann aus dem Material der gebrannten Keramikfolien oder anderen insbesondere hochsinternden Materialien gewählt werden. Wenn die Keramikplatte in ihrer Dicke in etwa den Keramikfolien entspricht, so kann die Keramikplatte mit den gleichen Mitteln wie die Keramikfolie bearbeitet werden. Durch das Zusammen­ pressen des Stapels beim Brennen zwischen zwei porösen Setterplatten wird die Ebenheit des Mehrlagen-Hybrids erheblich verbessert. Um eine einfache Trennung von Setterplatte und Mehrlagen-Hybrid nach dem Brennen zu gewährleisten, können die Setterplatten oder der Stapel mit einer Trennschicht versehen werden. Diese Trennschicht kann besonders einfach aus Aluminiumoxidpartikeln bestehen, die durch Schlickerguß oder durch Siebdruck einer Paste aufgebracht werden. Wenn die Setterplatten in einer ersten Brennphase durch Ab­ standshalter von den Keramikfolien getrennt sind, so wird ein be­ sonders gutes Verbrennen der organischen Bestandteile der grünen Keramikfolien erreicht. Durch die Verwendung von Abstandshaltern aus niederschmelzendem oder verbrennende:n Material wird mit besonders einfachen Mitteln erreicht, daß nach dem Ausbrennen des organischen Binders die Setterplatten auf den Stapel drücken, um eine gute Eben­ heit des Mehrlagen-Hybrids zu gewährleisten.The material of the ceramic plates can be made from the material of the fired Ceramic foils or other particularly high-sintering materials to get voted. If the ceramic plate is approximately the same in thickness Corresponds to ceramic foils, the ceramic plate can be made with the same Means like the ceramic film can be processed. By working together pressing the stack when burning between two porous setter plates the flatness of the multi-layer hybrid is significantly improved. Around a simple separation of the setter plate and multi-layer hybrid to ensure the burning, the setter plates or the Stack to be provided with a separating layer. This interface can particularly easily consist of aluminum oxide particles that applied by slip casting or by screen printing a paste become. If the setter plates in a first burning phase by Ab are separated from the ceramic foils, so a be particularly good combustion of the organic components of the green Ceramic foils reached. Made by using spacers melting or burning: n material is special simple means achieved that after burning out the organic Binders press the setter plates onto the stack to get a good level to ensure the multi-layer hybrid.

Durch besondere Anordnung der Keramikfolien relativ zur Keramik­ platte wird der Schrumpf besonders gut unterdrückt und eine beson­ ders gute Ebenheit des Mehrlagen-Hybrids erreicht. Dies kann bei­ spielsweise durch eine symmetrische Anordnung der Keramikfolien zu beiden Seiten der Keramikplatte erreicht werden. Durch die Ver­ wendung von mehreren Keramikplatten die abwechselnd aufeinander­ gelegt werden, wird der Schrumpf beim Brennen nahezu vollständig unterdrückt, ohne daß dadurch die Zahl der möglichen Verdrahtungs­ ebenen verringert würde.Due to the special arrangement of the ceramic foils relative to the ceramic plate shrinkage is suppressed particularly well and a particular achieved good flatness of the multi-layer hybrid. This can happen with for example by a symmetrical arrangement of the ceramic foils both sides of the ceramic plate can be reached. By ver Turning several ceramic plates alternately on top of each other the shrinkage is almost complete when burning suppressed without reducing the number of possible wiring levels would be reduced.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawings represents and explained in more detail in the following description.

Es zeigenShow it

Fig. 1 einen Stapel von Keramikfolien und Keramikplatten in auseinandergezogener Darstellung, Fig. 2 ein Mehrlagen-Hybrid, Fig. 3 einen Stapel zwischen zwei Setterplatten, Fig. 4 einen Stapel zwischen zwei Setterplatten mit Abstandshalter und Fig. 5 einen Stapel mit jeweils einer Keramikplatte auf der Ober- und Unterseite. Fig. 1 a stack of ceramic sheets, and ceramic plates in an exploded view, Fig. 2, a multi-layer hybrid, Fig. 3 a stack between two setter plates, Fig. 4 a stack between two setter plates with spacers and Fig. 5 a stack, each with a ceramic plate on the top and bottom.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In der Fig. 1 wird ein Stapel 17 aus einer Keramikplatte 6 und zwei grünen Keramikfolien 1 und 2 gezeigt. Die Abmessungen der Keramik­ platte 6 und der grünen Keramikfolien 1, 2 sind in der X-Y-Ebene in der Größenordnung von beispielsweise 15 cm und in der Z-Richtung in der Größenordnung von einigen Zehntel-Millimetern. Zur klareren Dar­ stellung sind die einzelnen Ebenen des Stapels 17 auseinandergezogen dargestellt. Die Keramikplatte 6 ist mit Durchkontaktierungen 10, die grünen Keramikfolien 1, 2 sind mit Durchkontaktierungen 10 und Leiterbahnen 11 versehen.In FIG. 1, a stack 17 of a ceramic plate 6 and two ceramic green sheets 1 and 2 is shown. The dimensions of the ceramic plate 6 and the green ceramic films 1 , 2 are in the XY plane on the order of 15 cm, for example, and in the Z direction on the order of a few tenths of a millimeter. For clearer Dar position, the individual levels of the stack 17 are shown pulled apart. The ceramic plate 6 is provided with vias 10 , the green ceramic films 1 , 2 are provided with vias 10 and conductor tracks 11 .

Im Stapel 17 befinden sich die Keramikfolien 1, 2 noch im grünen Zustand. Durch Brennen, d. h. Erhitzen auf eine höhere Temperatur wird aus grünen Keramikfolien gebrannte Keramikfolien. Die grünen Keramikfolien bestehen aus fein zerriebenen Keramikpartikeln, einem anorganischen Binder und einem organischen Binder. Geeignete Materialien für diese drei Komponenten sind beispielsweise in der US 50 85 720 aufgelistet. Beim Brennvorgang wird in einer ersten Phase der organische Binder, in der Regel ein Kunststoff, pyroli­ siert, d. h. rückstandslos verbrannt. In einer zweiten Phase, deren Temperatur die Temperatur der ersten Phase übersteigt, werden in einem Sinterprozeß die Keramikpartikel miteinander verbunden. Der inorganische Binder, in der Regel ein Glas, wirkt dabei als Matrix, durch die die Keramikpartikel miteinander verbunden werden.The ceramic foils 1 , 2 are still in the green state in the stack 17 . Firing, ie heating to a higher temperature, turns ceramic foils from green ceramic foils. The green ceramic films consist of finely ground ceramic particles, an inorganic binder and an organic binder. Suitable materials for these three components are listed, for example, in US 50 85 720. During the burning process, the organic binder, usually a plastic, is pyrolyzed in a first phase, ie burned without residue. In a second phase, the temperature of which exceeds the temperature of the first phase, the ceramic particles are bonded to one another in a sintering process. The inorganic binder, usually a glass, acts as a matrix through which the ceramic particles are bonded together.

Im grünen Zustand können Keramikfolien besonders einfach bearbeitet werden, insbesondere ist es sehr einfach, Löcher für die Durch­ kontaktierungen 10 in die Keramikfolien einzubringen. Weiterhin ist es auf grünen Keramikfolien möglich, Leiterbahnen beispielsweise durch Siebdruck mit besonders großer Präzision herzustellen, da die Lösungsmittel von Leiterbahnpasten in grüne Keramikfolien ein­ diffundieren können und so ein Verlaufen von aufgedruckten Leiter­ bahnen verhindert wird. Auf grünen Keramikfolien lassen sich mit vertretbarem Aufwand Leiterbahnen mit einer Breite von ca. 50 Mikro­ metern und einem Abstand von ca. 50 Mikrometern untereinander her­ stellen.In the green state, ceramic foils can be processed particularly easily, in particular it is very easy to make holes for the through contacts 10 in the ceramic foils. Furthermore, it is possible on green ceramic films to produce printed conductors with great precision, for example by screen printing, since the solvents from printed conductor pastes can diffuse into green ceramic films and thus prevent printed conductors from running. Printed circuit boards with a width of approx. 50 micrometers and a distance of approx. 50 micrometers from one another can be produced on green ceramic films with reasonable effort.

Für die Keramikplatte 6 wird ein Material ausgewählt, das bei der Temperatur, bei der die grünen Keramikfolien 1, 2 gebrannt werden, weitgehend formstabil ist. Die Keramikplatte 6 ist mit Durch­ kontaktierungen 10 versehen, so daß die Leiterbahnen 11 auf den der Keramikplatte 6 zugewandten Seiten der grünen Keramikfolien 1, 2 miteinander verbunden werden können. Da es sich bei der Keramik­ platte 6 nicht um eine grüne Keramik handelt, ist die Erzeugung von Löchern für die Durchkontaktierungen 10 etwas aufwendiger als bei den grünen Keramikfolien 1, 2. Bei grünen Keramikfolien werden die Löcher für die Durchkontaktierungen in der Regel gestanzt, bei der Keramikplatte werden die Löcher einzeln mit einem Ultraschall­ werkzeug oder einem Laserstrahl geschnitten. Die Keramikplatte 6 kann aus einem keramischen Material bestehen, das einen Schmelz­ bereich oberhalb der Sintertemperatur der grünen Keramikfolien 1, 2 aufweist. Für die Keramikplatte 6 kann jedoch auch eine gebrannte Keramikfolie verwendet werden, die die gleiche Zusammensetzung wie die Keramikfolien 1, 2 im gebrannten Zustand hat. Wenn die Keramik­ platte 6 durch Brennen einer grünen Keramikfolie hergestellt wird, können die Löcher für die Durchkontaktierungen 10 auch im grünen Zustand angebracht werden, sofern beim Brennprozeß sichergestellt wird, daß es zu keinen Verzügen der Keramikplatte 6 kommt. Dafür kann beispielweise eine Methode der in der Einleitung genannten Patente verwendet werden. Alternativ kann das Design so ausgelegt werden, daß die Lagetoleranz der Durchkontaktierungen 10 durch entsprechend verbreiterte Leiterbahnen 11 eingefangen wird.A material is selected for the ceramic plate 6 which is largely dimensionally stable at the temperature at which the green ceramic foils 1 , 2 are fired. The ceramic plate 6 is provided with contacts 10 , so that the conductor tracks 11 on the ceramic plate 6 facing sides of the green ceramic films 1 , 2 can be connected. Since the ceramic plate 6 is not a green ceramic, the generation of holes for the plated-through holes 10 is somewhat more complex than in the case of the green ceramic films 1 , 2 . In the case of green ceramic foils, the holes for the plated-through holes are generally punched, in the ceramic plate the holes are cut individually using an ultrasound tool or a laser beam. The ceramic plate 6 can consist of a ceramic material which has a melting range above the sintering temperature of the green ceramic films 1, 2 . However, a fired ceramic film can also be used for the ceramic plate 6 , which has the same composition as the ceramic films 1 , 2 in the fired state. If the ceramic plate 6 is produced by firing a green ceramic film, the holes for the plated-through holes 10 can also be made in the green state, provided that the firing process ensures that there is no warping of the ceramic plate 6 . For example, a method of the patents mentioned in the introduction can be used for this. Alternatively, the design can be designed such that the position tolerance of the plated-through holes 10 is captured by correspondingly widened conductor tracks 11 .

Die Durchkontaktierungen 10 werden hergestellt, indem zunächst Löcher in den grünen Keramikfolien 1, 2 und der Keramikplatte 6 er­ zeugt werden, die dann mit einer sogenannten Leitpaste gefüllt werden. Eine Leitpaste besteht aus einem organischen Binder und Metallpartikeln. Beim Brennen verbrennt der organische Binder rück­ standslos und die Metallpartikel werden miteinander verbacken, so daß ein durchgängiger Strompfad von der einen Seite der Durch­ kontaktierung zur anderen Seite der Durchkontaktierung 10 erzeugt wird.The plated-through holes 10 are produced by first producing holes in the green ceramic films 1 , 2 and the ceramic plate 6 , which are then filled with a so-called conductive paste. A conductive paste consists of an organic binder and metal particles. When fired, the organic binder burns without residue and the metal particles are baked together, so that a continuous current path from one side of the through-contact to the other side of the via 10 is generated.

Beim Brennen erleiden die grünen Keramikfolien eine Schrumpfung in der Größenordnung von 15 bis 20%. Da die lateralen Abmessungen in X-Y-Richtung z. B. mit ca. 15 cm sehr groß gegen die Größe der Leiterbahnen (ca. 100 Mikrometer) sind ist es wünschenswert, daß der gesamte Schrumpf nur in der Z-Richtung erfolgt. Dies wird beim hier vorgestellten Verfahren dadurch erreicht, daß die Keramikplatte 6 beim Brennen nicht schrumpft. Da bereits bei niedrigen Temperaturen eine gute Haftung der Keramikfolien 1, 2 auf der Keramikplatte 6 erreicht wird, wird das Zusammenziehen d. h. die Schrumpfung der Keramikplatten 1, 2 in der X-Y-Ebene nahezu vollständig unterdrückt. Die grünen Keramikfolien können auch durch Laminieren, d. h. durch Anwendung von Druck und Wärme verbunden werden. Der Druck wird dabei beispielsweise durch eine Walze erzeugt, die Temperatur bleibt unterhalb der Temperatur, bei der der organische Binder verbrennt. When fired, the green ceramic films shrink by the order of 15 to 20%. Since the lateral dimensions in the XY direction z. B. with about 15 cm very large against the size of the conductor tracks (about 100 microns), it is desirable that the entire shrinkage occurs only in the Z direction. In the method presented here, this is achieved in that the ceramic plate 6 does not shrink during firing. Since at low temperatures, good adhesion of the ceramic films 1, is achieved on the ceramic plate 6 2, the contraction that is, the shrinkage of the ceramic plates 1, 2 in the XY plane almost completely suppressed. The green ceramic films can also be connected by lamination, ie by applying pressure and heat. The pressure is generated, for example, by a roller, the temperature remains below the temperature at which the organic binder burns.

In der Fig. 2 ist ein Mehrlagen-Hybrid 12 gezeigt, das durch Brennen des Stapels 17 aus der Fig. 1 entstanden ist. Die Keramik­ folien 1, 2 sind fest mit der Keramikplatte 6 verbunden. Auf der Oberseite des Mehrlagen-Hybrids 12 ist ein Siliziumchip 24 gezeigt, der durch einen Bonddraht 25 mit einer Leiterbahn 11 verbunden ist. Durch die Leiterbahnen 11 und die Durchkontaktierungen 10 weist der Mehrlagen-Hybrid 12 ein Netzwerk von Verbindungsleitungen auf, durch die Siliziumchips untereinander oder mit anderen Elementen wie Kon­ densatoren oder Widerständen verbunden werden. Durch die Verwendung der Keramikplatte 6 wird die Zahl der möglichen Verdrahtungsebenen 15 des Mehrlagen-Hybrides 12 nicht verringert. Beim hier in der Fig. 2 gezeigten Aufbau sind bei drei Lagen, die von den beiden Keramikfolien 1, 2 und der Keramikplatte 6 gebildet werden, vier Verdrahtungsebenen 15 möglich. Auf jeder dieser Verdrahtungsebenen 15 weisen die Leiterbahnen 11 die hohe Präzision auf, mit der Leiter­ bahnen 11 auf grünen Keramikfolien erzeugt werden können. FIG. 2 shows a multi-layer hybrid 12 which was created by burning the stack 17 from FIG. 1. The ceramic films 1 , 2 are firmly connected to the ceramic plate 6 . A silicon chip 24 is shown on the upper side of the multi-layer hybrid 12 and is connected to a conductor track 11 by a bonding wire 25 . Through the conductor tracks 11 and the plated-through holes 10 , the multilayer hybrid 12 has a network of connecting lines through which silicon chips are connected to one another or to other elements such as capacitors or resistors. The use of the ceramic plate 6 does not reduce the number of possible wiring levels 15 of the multi-layer hybrid 12 . In the construction shown here in FIG. 2, with three layers, which are formed by the two ceramic foils 1 , 2 and the ceramic plate 6 , four wiring levels 15 are possible. On each of these wiring layers 15 11, the conductor paths on the high precision, tracks with the conductor 11 may be formed on the green ceramic films.

In den Fig. 3 bis 5 sind die Keramikplatten 6, 7, 8 und die Keramikfolien 1 bis 5, 13, 14 aus Vereinfachungsgründen jeweils ohne Leiterbahnen dargestellt.In FIGS. 3 to 5, the ceramic plates 6, 7, 8 and the ceramic film 1 to 5, 13, 14 shown for reasons of simplification in each case without traces.

In der Fig. 3 wird ein Stapel 17 gezeigt, der aus drei Keramik­ folien 3, 4, 5 und zwei Keramikplatten 7, 8 gebildet wird. Dieser ist zwischen zwei Setterplatten angeordnet. Zwischen dem Stapel 17 und den Setterplatten 20, 21 ist eine Trennschicht 22 gelegen. Durch die beiden Setterplatten 20, 21 wird der Stapel 17 beim Brennen ge­ preßt. Der Druck beim Pressen kann durch das Gewicht der Setter­ platten 20, 21 allein erzeugt werden, oder aber die Setterplatten 20, 21 werden durch ein Gewicht oder eine Preßvorrichtung zusammen­ gepreßt.In Fig. 3 a stack 17 is shown, which is formed from three ceramic films 3 , 4 , 5 and two ceramic plates 7 , 8 . This is arranged between two setters. A separating layer 22 is located between the stack 17 and the setter plates 20 , 21 . By the two setter plates 20 , 21 , the stack 17 is pressed ge during burning. The pressure during pressing can be generated by the weight of the setter plates 20 , 21 alone, or else the setter plates 20 , 21 are pressed together by a weight or a pressing device.

Die Trennschicht 22 wird benötigt, um die Setterplatten 20, 21 nach dem Brennen problemlos von der Oberfläche des Mehrschicht-Hybrids zu trennen. Eine dafür geeignete Trennschicht 22 kann beispielsweise von fein zermahlenen Aluminiumoxidpartikeln gebildet werden. Diese werden beispielsweise durch Schlickerguß, d. h. einer Suspension der fein zermahlenen Aluminiumoxidpartikel in einer Trägerflüssigkeit, auf den Setterplatten 20, 21 oder dem Stapel 17 aufgebracht. Nach dem Abdampfen der Trägerflüssigkeit bleibt eine dünne Schicht von Keramikpartikeln, die jedoch nur eine geringe mechanische Stabilität aufweist. Alternativ ist der Auftrag auch über einen Siebdruckprozeß einer Aluminiumoxidpaste möglich. Da die Keramikpartikel bei der Brenntemperatur der grünen Keramikfolien nicht miteinander ver­ backen, können sie nach dem Brennen problemlos von der Oberfläche des Mehrlagen-Hybrids entfernt werden.The separating layer 22 is required in order to easily separate the setter plates 20 , 21 from the surface of the multilayer hybrid after the firing. A suitable separating layer 22 can be formed, for example, by finely ground aluminum oxide particles. These are applied, for example, by slip casting, ie a suspension of the finely ground aluminum oxide particles in a carrier liquid, on the setter plates 20 , 21 or the stack 17 . After the carrier liquid has evaporated, a thin layer of ceramic particles remains, which, however, has only a low mechanical stability. Alternatively, the application is also possible using a screen printing process of an aluminum oxide paste. Since the ceramic particles do not bake together at the firing temperature of the green ceramic foils, they can be easily removed from the surface of the multi-layer hybrid after firing.

Da der organische Binder der grünen Keramikfolien 3, 4, 5 beim Brennen zersetzt wird und die dabei entstehenden gasförmigen Ab­ fallprodukte entweichen müssen, sind sowohl die Trennschicht 22 wie auch die Setterplatten 20, 21 gasdurchlässig. Dies wird insbesondere durch eine entsprechende Porosität sowohl der Trennschicht wie auch der Setterplatten 20, 21 erreicht. Wenn wie hier gezeigt eine grüne Keramikfolie 4 zwischen zwei Keramikplatten 7, 8 liegt, so müssen auch diese Keramikplatten 7, 8 in der ersten Ausbrennphase gasdurch­ lässig bzw. porös sein.Since the organic binder of the green ceramic films 3 , 4 , 5 is decomposed during firing and the resulting gaseous waste products have to escape, both the separating layer 22 and the setter plates 20 , 21 are gas-permeable. This is achieved in particular by a corresponding porosity of both the separating layer and the setter plates 20 , 21 . If, as shown here, a green ceramic film 4 lies between two ceramic plates 7 , 8 , these ceramic plates 7 , 8 must also be gas-permeable or porous in the first burnout phase.

Wie hier gezeigt wird, sind im Stapel 17 Keramikfolien 3, 4, 5 und Keramikplatten 7, 8 immer abwechselnd abgeordnet, um eine besonders gute Vermeidung des Schrumpfens der grünen Keramikfolien 3, 4, 5 zu gewährleisten. Weiterhin werden durch diesen Aufbau die Keramik­ platten 7, 8 auch gleichmäßig d. h. symmetrisch mit Spannungen die durch das Schrumpfen der grünen Keramikfolien 3, 4, 5 entstehen be­ lastet. Somit wird durch diese abwechselnde Anordnung von Keramik­ folien 3, 4, 5 und Keramikplatten 7, 8 auch die Planarität des Mehr­ schicht-Hybrides 12 verbessert.As shown here, ceramic foils 3 , 4 , 5 and ceramic plates 7 , 8 are always alternately arranged in the stack 17 in order to ensure particularly good avoidance of shrinkage of the green ceramic foils 3 , 4 , 5 . Furthermore, by this structure, the ceramic plates 7 , 8 evenly, ie symmetrically with stresses caused by the shrinking of the green ceramic foils 3 , 4 , 5 be loaded. Thus, this alternating arrangement of ceramic films 3 , 4 , 5 and ceramic plates 7 , 8 also improves the planarity of the multi-layer hybrid 12 .

Durch das Zusammenpressen des Stapels 17 mit den Setterplatten 20, 21 wird eine große Planarität des fertiggestellten Mehr­ schicht-Hybrides 12 erreicht. Eine große Planarität des Mehr­ schicht-Hybrides 12 ist wünschenswert, um eine genaue Montage von Bauelementen auf der Oberfläche des Mehrschicht-Hybrides 12 zu erlauben. Dies gilt insbesondere wenn die Bauelement mit ihren An­ schlußbereichen dem Mehrschicht-Hybrid direkt zugewandt sind und eine unmittelbare Verbindung zwischen den Leiterbahnen 11 und den Bauelementen hergestellt wird (Flip-Chip-Bonding).By pressing the stack 17 with the setter plates 20 , 21 , a large planarity of the finished multi-layer hybrid 12 is achieved. A high level of planarity of the multi-layer hybrid 12 is desirable in order to allow precise assembly of components on the surface of the multi-layer hybrid 12 . This applies in particular if the component with its connection regions directly faces the multilayer hybrid and a direct connection is established between the conductor tracks 11 and the components (flip-chip bonding).

In der Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit gezeigt, wie ein Plattenstapel 17 bestehend aus grünen Keramikfolien 3, 5, 13, 14 und einer Keramikplatte 7 zwischen zwei Setterplatten 20, 21 angeordnet werden kann, die mit Trennschichten 22 beschichtet sind. Zwischen den Setterplatten 20, 21 und dem Stapel 17 sind Abstandshalter 23 angeordnet. Die Abstandshalter bestehen aus einem Material das bei einer Brenntemperatur, die etwas höher ist als die Temperatur bei der der organische Binder der grünen Keramikfolien 3, 5, 13, 14 ver­ brannt bzw. zersetzt wird. Beim Brennen des Plattenstapels 17 der so zwischen den Setterplatten 20, 21 angeordnet ist wird beim Aufheizen zunächst nur der organische Binder aus den grünen Keramikfolien 3, 5, 13, 14 ausgetrieben. Da der Plattenstapel nach oben und nach unten hin durch die Abstandshalter 23 von den Setterplatten 20, 21 getrennt ist, können die dabei entstehenden Gase problemlos ent­ weichen. Beim weiteren Aufheizen werden dann die Abstandshalter 23 zersetzt, wodurch die Setterplatten 20, 21 direkt auf den Stapel 17 drücken. Da der Stapel 17 im hohen Temperaturbereich des Brenn­ prozesses zwischen den beiden Setterplatten 20, 21 zusammengepreßt wird wird auch durch diesen Prozeß eine hohe Planarität des fertigen Mehrlagen-Hybrides 12 erreicht. Vorteilhaft ist jedoch, daß bei diesem Prozeß die gasförmigen Abfallprodukte bei der Verbrennung der organischen Binder besonders gut abgeführt werden, da die Abfuhr der gasförmigen Verbrennungsprodukte nicht mehr von der Porosität der Setterplatten 20, 21 bzw. der Trennschicht 22 bestimmt wird. Insbe­ sondere kann der Stapel 17 bei diesem Prozeß besonders schnell auf­ geheizt werden und so die für das Brennen der grünen Keramikfolien benötigte Zeit verringert werden. In FIG. 4, a further possibility is shown as a disc stack 17 consisting of ceramic green foils 3, 5, 13, 14 and a ceramic plate 7 between two setter plates 20, 21 can be arranged, which are coated with release layers 22. Spacers 23 are arranged between the setters 20 , 21 and the stack 17 . The spacers consist of a material which is burned or decomposed at a firing temperature which is somewhat higher than the temperature at which the organic binder of the green ceramic films 3 , 5 , 13 , 14 . When the plate stack 17, which is arranged between the setter plates 20 , 21 , is fired, only the organic binder is first expelled from the green ceramic foils 3 , 5 , 13 , 14 during heating. Since the plate stack is separated upwards and downwards by the spacers 23 from the setter plates 20 , 21 , the resulting gases can easily escape. The spacers 23 are then decomposed during further heating, as a result of which the setter plates 20 , 21 press directly onto the stack 17 . Since the stack 17 is pressed between the two setter plates 20 , 21 in the high temperature range of the burning process, a high level of planarity of the finished multilayer hybrid 12 is also achieved by this process. However, it is advantageous that in this process the gaseous waste products are removed particularly well during the combustion of the organic binders, since the removal of the gaseous combustion products is no longer determined by the porosity of the setter plates 20 , 21 or the separating layer 22 . In particular, the stack 17 can be heated up particularly quickly in this process and the time required for firing the green ceramic films can be reduced.

In der Fig. 5 wird ein Stapel 17 gezeigt, der aus drei Keramik­ folien 1, 2, 3 und zwei Keramikplatten 6, 8 gebildet wird. Der Stapel 17 ist zwischen zwei Setterplatten 20, 21 angeordnet. Die Keramikplatten 6, 8 sind derart im Stapel 17 angeordnet, daß sie die Oberseite und Unterseite des Stapels 17 bilden. Durch diese An­ ordnung der beiden Keramikplatten 6, 8 wird ein besonders symmetri­ scher Aufbau des Stapels 17 erreicht und so eine hohe Formstabilität bzw. Ebenheit beim Brennen gewährleistet. Die Ebenheit des so herge­ stellten Mehrlagen-Hybrids wird noch durch das Brennen zwischen den beiden Setterplatten 20, 21 verbessert. Im Unterschied zu den Setterplatten der Fig. 3 und 4 sind die Setterplatten hier nicht mit einer Trennschicht versehen, da keinerlei Gefahr besteht, daß die Setterplatten 20, 21 mit den bereits gebrannten Keramikplatten 6, 8 verbunden werden könnten. Um ein gutes, d. h. rückstandsloses Abbrennen des organischen Binders der grünen Keramikfolien 1, 2, 3 beim Brennvorgang zu gewährleisten, sind die Keramikplatten 6, 8 und auch die Setterplatten 20, 21 aus einem porösen Material, welches einen ungehinderten Durchtritt der gasförmigen Verbrennungsprodukte erlaubt. Geeignete Keramikplatten sind beispielsweise aus Cordierit (Mg2Al4Si5O18). Um zu verhindern, daß beim späteren Betrieb in das so hergestellte Mehrlagen-Hybrid Flüssigkeiten durch die porösen Keramikplatten 6, 8 in das Mehrlagen-Hybrid eindringen, können die Oberflächen der Keramikplatten 6, 8 noch nachträglich mit einer dünnen Glasschicht versehen werden, die die Poren zuverlässig verschließt.In FIG. 5, a stack 17 is shown consisting of three ceramic films 1, 2, 3 and two ceramic plates 6, 8 is formed. The stack 17 is arranged between two setter plates 20 , 21 . The ceramic plates 6 , 8 are arranged in the stack 17 such that they form the top and bottom of the stack 17 . This arrangement of the two ceramic plates 6 , 8 achieves a particularly symmetrical structure of the stack 17 and thus ensures high dimensional stability or flatness during firing. The flatness of the multi-layer hybrid produced in this way is further improved by the firing between the two setter plates 20 , 21 . In contrast to the setter plates of FIGS . 3 and 4, the setter plates here are not provided with a separating layer, since there is no risk that the setter plates 20 , 21 could be connected to the already fired ceramic plates 6 , 8 . In order to ensure a good, ie residue-free burning of the organic binder of the green ceramic films 1 , 2 , 3 during the firing process, the ceramic plates 6 , 8 and also the setter plates 20 , 21 are made of a porous material which allows the gaseous combustion products to pass through unhindered. Suitable ceramic plates are, for example, made of cordierite (Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 ). In order to prevent liquids from penetrating into the multilayer hybrid through the porous ceramic plates 6 , 8 during later operation in the multilayer hybrid thus produced, the surfaces of the ceramic plates 6 , 8 can subsequently be provided with a thin glass layer which covers the pores reliably closes.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung von Mehrlagen-Hybriden (12) bei dem mindestens zwei grüne Keramikfolien (1 bis 5, 13, 14) mit Leiter­ bahnen (11) und Durchkontaktierungen (10) versehen werden, die grünen Keramikfolien (1 bis 5, 13, 14) justiert übereinander in einem Stapel (17) angeordnet werden, so daß durch die Durch­ kontaktierungen (10) elektrische Verbindungen zwischen den Leiter­ bahnen (11) hergestellt werden, die Keramikfolien (1 bis 5, 13, 14) gebrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Keramikplatte (6 bis 8), die beim Brennen nicht schrumpft, mit Durchkontaktierungen (10) versehen wird, und daß die Keramikplatte (6 bis 8) in dem Stapel (17) der grünen Keramikfolien (1 bis 5, 13, 14) angeordnet wird, so daß durch die Durchkontaktierungen (10) der Keramikplatte (6 bis 8) elektrische Verbindungen zwischen den Leiterbahnen (11) hergestellt werden.1. A method for producing multi-layer hybrids ( 12 ) in which at least two green ceramic foils ( 1 to 5 , 13 , 14 ) are provided with conductor tracks ( 11 ) and plated-through holes ( 10 ), the green ceramic foils ( 1 to 5 , 13 , 14 ) adjusted one above the other in a stack ( 17 ), so that through the contacts ( 10 ) electrical connections between the conductor tracks ( 11 ) are made, the ceramic foils ( 1 to 5 , 13 , 14 ) are burned, thereby characterized in that at least one ceramic plate ( 6 to 8 ), which does not shrink when fired, is provided with vias ( 10 ), and that the ceramic plate ( 6 to 8 ) in the stack ( 17 ) of the green ceramic films ( 1 to 5 , 13 , 14 ) is arranged so that electrical connections between the conductor tracks ( 11 ) are made through the plated-through holes ( 10 ) of the ceramic plate ( 6 to 8 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Keramikplatte (6 bis 8) im wesentlichen das Material der gebrannten Keramikfolien (1 bis 5, 13, 14) gewählt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that for the ceramic plate ( 6 to 8 ) substantially the material of the fired ceramic films ( 1 to 5 , 13 , 14 ) is selected. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Keramikplatte (6 bis 8) im wesentlichen ein anderes Material wie für die gebrannten Keramikfolien (1 bis 5, 13, 14) gewählt wird, insbe­ sondere ein Material mit einem höheren Schmelzbereich.3. The method according to claim 1, characterized in that for the ceramic plate ( 6 to 8 ) essentially a different material as for the fired ceramic films ( 1 to 5 , 13 , 14 ) is selected, in particular a special material with a higher melting range. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Keramikplatte (6 bis 8) in etwa so dick ge­ wählt wird, wie eine gebrannte Keramikfolie (1 bis 5, 13, 14).4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the ceramic plate ( 6 to 8 ) is selected approximately as thick ge as a fired ceramic film ( 1 to 5 , 13 , 14 ). 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stapel (17) aus Keramikfolien (1 bis 5, 13, 14) und Keramikplatte (6 bis 8) beim Brennen zwischen zwei porösen Setterplatten (20, 21) zusammengedrückt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the stack ( 17 ) of ceramic foils ( 1 to 5 , 13 , 14 ) and ceramic plate ( 6 to 8 ) is compressed during firing between two porous setter plates ( 20 , 21 ) . 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Setterplatten (20, 21) und dem Stapel (17) eine Trennschicht (22) gelegen ist.6. The method according to claim 5, characterized in that between the setter plates ( 20 , 21 ) and the stack ( 17 ) a separating layer ( 22 ) is located. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenn­ schicht (22) Keramikpartikel - vorzugsweise Aluminiumoxid - auf­ weist, die durch Schlickerguß aufgebracht werden.7. The method according to claim 6, characterized in that the separating layer ( 22 ) has ceramic particles - preferably aluminum oxide - which are applied by slip casting. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenn­ schicht (22) durch Siebdruck einer mit Keramikpartikeln gefüllten Paste aufgebracht ist.8. The method according to claim 7, characterized in that the separating layer ( 22 ) is applied by screen printing a paste filled with ceramic particles. 9. Verfahren nach Anspruch 5 bis Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Setterplatten (20, 21) durch Abstandshalter (23) zunächst bis zu einer vorgegebenen Trenntemperatur vom Stapel (17) getrennt werden, daß die Abstandshalter (23) bei der vorgegebenen Temperatur zersetzt werden und erst dann die Setterplatten (20, 21) auf den Stapel (17) aus Keramikfolien (1 bis 5, 12, 14) und Keramikplatte (6 bis 8) drückt. 9. The method according to claim 5 to claim 8, characterized in that the setter plates ( 20 , 21 ) by spacers ( 23 ) are first separated up to a predetermined separation temperature from the stack ( 17 ) that the spacers ( 23 ) at the predetermined temperature are decomposed and only then does the setter plates ( 20 , 21 ) press onto the stack ( 17 ) of ceramic foils ( 1 to 5 , 12 , 14 ) and ceramic plate ( 6 to 8 ). 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehr als zwei Keramikfolien (1 bis 5, 13, 14) und mehr als eine Keramikplatte (6 bis 8) verwendet werden, wobei die Keramikfolien (1 bis 5, 13, 14) und die Keramikplatten (6 bis 8) abwechselnd aufeinandergelegt werden.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that more than two ceramic foils ( 1 to 5 , 13 , 14 ) and more than one ceramic plate ( 6 to 8 ) are used, the ceramic foils ( 1 to 5 , 13 , 14 ) and the ceramic plates ( 6 to 8 ) are placed alternately on top of each other. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eine Keramikplatte (6) auf der Ober­ seite und eine Keramikplatte (8) auf der Unterseite des Stapels (17) angeordnet wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one ceramic plate ( 6 ) on the upper side and a ceramic plate ( 8 ) is arranged on the underside of the stack ( 17 ). 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ zahl der Keramikplatten (6 bis 8) nur eins weniger als die Anzahl der Keramikfolien (1 bis 5, 13, 14) gewählt wird.12. The method according to claim 10, characterized in that the number of ceramic plates ( 6 to 8 ) is chosen only one less than the number of ceramic foils ( 1 to 5 , 13 , 14 ). 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf beiden Seiten der Keramikplatte (6 bis 8) dieselbe Anzahl von Keramikfolien (1 bis 5, 13, 14) angeordnet werden.13. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the same number of ceramic foils ( 1 to 5 , 13 , 14 ) are arranged on both sides of the ceramic plate ( 6 to 8 ).
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