DE69328390T2

DE69328390T2 - Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Substrats

Info

Publication number: DE69328390T2
Application number: DE69328390T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Hakotani; Tsuneharu Katada; Kazuhiro Miura; Yoshifumi Nakamura; Seiichi Nakatani; Satoru Yuhaku
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2013-05-15
Also published as: DE69328390D1; EP0570855A2; EP0570855B1; US5370759A; EP0570855A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Keramiksubstrats für die Montage und die Verbindung von elektronischen Bauteilen wie hochintegrierten Halbleitern oder Chipkomponenten außerhalb davon.

Beschreibung der Erfindung

In diesen Jahren wurden mehrlagige Substrate zum Niedertemperaturbrennen entwickelt, bei denen Gold, Silber, Kupfer, Palladium oder deren Gemische als Leitermaterial verwendet wurden; solche Substrate fanden in den Bereichen der Elektronik weite Verbreitung.
Mehrlagige Keramiksubstrate zum Niedertemperaturbrennen werden hergestellt, indem man in einem Keramikrohling Durchgangslöcher erzeugt, die Durchgangslöcher mit einer Leiterpaste füllt, auf dem Rohling das gewünschte Schaltungsmuster ausbildet, zum Herstellen eines Laminats die gewünschte Zahl der Rohlinge aufeinanderlaminiert und das Laminat brennt.
Das Material des Substrats zum Niedertemperaturbrennen wird bei einer Temperatur von etwa 850 bis 1000ºC gebrannt, weil es bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des beschriebenen Metallmaterials gebrannt werden sollte. Als Material für das Substrat zum Niedertemperaturbrennen existieren zusammengesetzte Glaskeramik, kristallisiertes Glas, zusammengesetzte Keramik und dergleichen. Insbesondere zusammengesetzte Glaskeramik, die Keramikfüllstoffe enthält wie Aluminiumoxid und kristallisiertes Glas, wird oft eingesetzt, weil sie durch Auswahl der Glaszusammensetzung und der Art des Keramikfüllstoffs zu einem Substrat mit einer Reihe von Eigenschaftskombinationen führt, wie z. B. thermischer Ausdehnungskoeffizient, thermische Leitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante etc.
Es gibt drei Arten von Elektroden, die für mehrlagige Keramiksubstrate zum Niedertemperaturbrennen eingesetzt werden.
Die erste verwendet als Innenelektrode des mehrlagigen Substrats eine Silberschicht und wird hergestellt durch Laminieren der gewünschten Anzahl von Rohlingen, die die Silberelektrode für das Substrat zum Niedertemperaturbrennen aufweisen, Brennen der laminierten Rohlinge an Luft, Aufdrucken eines Elektrodenmusters mit einer Paste aus Silber/Paladium auf der Oberschicht und Brennen an Luft. Diese Art des mehrschichtigen Substrats verwendet eine Silberelektrode mit niedriger Impetanz an der Innenseite sowie ein Silber/Paladium-Gemisch, welches gegen die Lötwärme auf der Oberschicht beständig ist.
Die zweite verwendet wie die erste als Innenelektrode eine Silberschicht und ein Elektrodenmuster aus Kupfer auf der Oberschicht des mehrlagigen Substrats. Weil für das Schaltungsmuster auf der Oberschicht Kupfer eingesetzt wird, hat die Elektrode eine niedrige Impetanz und eine leichtere Lötbarkeit als die beschriebene Silber/Paladium-Elektrode. Weil jedoch Kupfer einen niedrigen eutektischen Punkt mit Silber hat, sollte eine Kupferpaste zum Niedertemperaturbrennen eingesetzt werden (z. B. etwa 600ºC). Als Ergebnis hat das Substrat einige Nachteile, wie z. B. schwache Haftfestigkeit, schlechte Lötbarkeit und dergleichen (siehe JP-A-78 798/1991).
Die dritte verwendet Kupferelektroden als Innenelektroden und als Elektrode auf der Oberschicht. Obwohl diese Struktur bezüglich Leiterwiderstand, Lötbarkeit und Kosten ausgezeichnet ist, sollte das Brennen in einer Innertatmosphäre aus beispielsweise Stickstoff durchgeführt werden, so daß die Produktion schwierig ist. Allgemein sollte zum Ausbilden der Kupferelektroden ein Schaltungsmuster durch Siebdruck mit einer Kupferpaste auf dem Substrat erzeugt werden, dieses getrocknet und bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts von Kupfer (z. B. einer Brenntemperatur von etwa 850 bis 950ºC) in einer Stickstoffatmosphäre gebrannt werden, in der der Sauerstoffpartialdruck so gesteuert wird, daß Kupfer nicht oxidiert wird, jedoch organische Materialien in der Paste gut abbrennen. Für die Herstellung einer mehrlagigen Struktur wird eine dielektrische Schicht aufgedruckt und bei den gleichen Bedingungen gebrannt (siehe JP-A-128 899 1980).
Es ist jedoch sehr schwierig, beim Brennen den Sauerstoffpartialdruck bei einem geeigneten Wert zu halten. Zusätzlich muß für das Ausbilden der mehrlagigen Struktur das Brennen nach jedem Aufdrucken von Paste wiederholt werden, so daß die Vorlaufzeit lange wird und die Produktionskosten einschließlich der Kosten für die Anlage zunimmt.
Die Druckschrift JP-A-20 914/1991 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Keramiksubstrats mit einer Paste aus Kupfer(II)oxid (CuO), bestehend aus einem Schritt, bei dem das Bindemittel abgebrannt wird, einem Schritt für die Reduktion und einem Schritt, bei dem gebrannt wird. Dies bedeutet, das mit Kupferoxid als Ausgangsmaterial für den Leiter ein mehrlagiger Körper hergestellt und beim Abbrennen des Bindemittels der mehrlagige Körper in einer Sauerstoffatmosphäre auf einem Temperatur erwärmt wird, die für die Pyrolyse des organischen Bindemittels ausreichend ist. Beim Reduzieren wird Kupferoxid zu metallischem Kupfer reduziert und beim Brennen das Substrat gesindet. Dadurch wird die Zusammensetzung der Atmosphäre beim Brennen auf einfache Weise gesteuert, und man erhält ein dichtes, gesintertes Material.
Das mehrlagige Keramiksubstrat schrumpft beim Brennen. Das Ausmaß des Schrumpfens beim Brennen verändert sich mit der Art des Substratmaterials, der Zusammensetzung des Rohlings, der Menge an Pulver und dergleichen. Dies führt bei der Herstellung des mehrlagigen Substrats zu einer Reihe von Problemen.
Weil das Schaltungsmuster auf der Oberschicht nach dem Brennen des inneren Leitungsmusters bei der beschriebenen Produktion des mehrlagigen Keramiksubstrats erzeugt wird, können erstens die Innenelektrode und das Schaltungsmuster auf der Oberschicht nicht miteinander verbunden werden, weil zwischen ihnen bei großem Schrumpffehler des Substratmaterials Abmessungsdifferenzen bestehen. Als Ergebnis muß zur Beseitigung des Schrumpffehlers ein Gebiet mit einer unnötig großen Oberfläche auf der Elektrode der Oberschicht ausgebildet werden, wobei eine solche Elektrode für eine Schaltung mit eng aneinanderliegenden Leiterbahnen nicht geeignet ist. Alternativ kann gemäß dem speziellen Schrumpffehler des Substrats eine Reihe von Siebdrucken für das obere Schaltungsmuster vorgesehen werden. Jedoch ist das Anbringen einer Anzahl von Siebdrucken nicht wirtschaftlich.
Wenn das Schaltungsmuster der Oberschicht gleichzeitig mit der Bildung der Innenelektrode ausgebildet wird, ist kein großes Gebiet erforderlich. Bei dieser gleichzeitigen Ausbildung bleibt jedoch der Schrumpffehler des Substrats bestehen. Das Schaltungsmuster aus Leiterpaste für die Montage der Bauteile kann deshalb wegen des Schrumpffehlers des Substrats nicht an den erforderlichen Orten aufgedruckt werden. Zusätzlich kann der Ort des tatsächlich montierten Bauteils vom vorgesehenen Ort abweichen.
Zweitens hat das durch Aufeinanderlaminieren der Rohlinge hergestellte mehrlagige Keramiksubstrat in Längs- und Querrichtung unterschiedliche Schrumpffaktoren, wobei dies von der Beschichtungsrichtung der Rohlinge abhängt. Dies ist eines der Probleme, die bei der Herstellung des mehrlagigen Keramiksubstrats auftreten.
Um den Schrumpffehler soweit wie möglich herabzusetzen, müssen nicht nur das Substratmaterial und die Zusammensetzung der Rohlinge kontrolliert werden, sondern auch der Unterschied der Pulvermenge und die Bedingungen des Laminierens (z. B. Preßdruck, Temperatur etc.). Es wird berichtet, daß immer noch etwa ±0,5% Abweichungen beim Schrumpffehler bestehen bleiben.
Dieses Problem besteht allgemein beim Brennen von Substraten, die aus Keramik oder Glaskeramik hergestellt werden, die das Brennen erfordern. Wenn ein Substrat hergestellt werden könnte, welches nur in Richtung der Dicke des Substrats schrumpft, jedoch nicht in einer Richtung der Ebene des Substrats, wären die obigen Probleme gelöst; ein solches Substrat wäre für die Industrie attraktiv.
Zur Lösung der obigen Probleme wurden Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Keramiksubstrats offenbart, welches in Richtung seiner Ebene nicht schrumpft.
Die Druckschrift US-A-5 085 720 offenbart ein Verfahren zum Vermindern des Schrumpfens in X/Y-Richtung beim Brennen von Keramikrohlingen, wobei eine Freisetzungsschicht, die während des Brennens porös wird, auf dem Keramikkörper gesetzt und die Anordnung gebrannt wird, wobei auf sie senkrecht zur Oberfläche des Körpers ein Druck erzeugt wird.
Die Druckschrift JP-A-243 978/1992 offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Herabsetzen des Schrumpfens in X/Y-Richtung von Keramikrohlingen, wobei bei dem Verfahren ein Keramikrohling bereitgestellt wird, auf eine Oberfläche des Keramikrohlings eine elastische Freisetzungsschicht aufgebracht wird, die Anordnung gebrannt wird, die gebrannte Anordnung gekühlt und die poröse Schicht von der Oberfläche des gesindeten Keramikkörpers entfernt wird. Bei diesem Verfahren ist beim Brennen kein Druck erforderlich.
Die Druckschrift US-A-5 130 670 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Keramiksubstrats, bei dem die Schrumpfung in X/Y-Richtung gesteuert und die Verwerfung in X/Y-Richtung sowie die Wölbung in Z-Richtung beseitigt werden. Bei diesem Verfahren verhindert das Laminieren eines Paares poröser Rohlinge auf die Struktur der Keramikrohlinge ein Schrumpfen in X/Y-Richtung beim Brennen der Keramikstruktur. Nach dem Brennen werden nicht gesinterte poröse Rohlinge entfernt.
Die Druckschrift EP-A-0 479 219, die den nächstkommenden Stand der Technik darstellt, von dem die Erfindung ausgeht, offenbart ein weiteres Verfahren zum Vermindern des Schrumpfens in Y/X-Richtung beim Brennen von Keramikkörpern, bei dem eine beim Brennen porös werdenden Zwangsschicht auf den Keramikkörper aufgebracht wird, so daß die elastische Zwangsschicht sich eng an die Oberfläche des ungebrannten Keramikkörpers anpaßt, wenn die Anordnung gebrannt wird. Bei diesem herkömmlichen Verfahren werden zwei Rohlinge laminiert, die aus einem Substratmaterial aus Glaskeramik, einem organischen Bindemittel und einem Weichmacher zusammengesetzt und mit einem Elektronenmuster und/oder einer Druchgangselektrode versehen seien können. Beim Laminieren werden den Rohlingen oben und unten zwei Zwangsschichten zugefügt, die aus einem anorganischen Material aufgebaut sind, welches bei der Sintertemperatur der Rohlinge nicht sintert. Das nachfolgende Brennen wird bei einer Temperatur durchgeführt, bei der die Rohlinge sintern, nicht jedoch die Zwangsschicht. Dann wird das ungesinterte anorganische Material vom gebrannten Laminat entfernt.
Bei diesen Verfahren verhindert der Rohling, der anorganisches Material umfaßt, welches bei der Brenntemperatur des Keramiksubstrats nicht sintert, das Schrumpfen des Keramiksubstrats in Richtung ihrer Ebene, wenn das Brennen durchgeführt wird.
Wenn das Brennen durchgeführt wird, nachdem der Rohling, der das anorganische Material enhält, welches bei der Brenntemperatur nicht gebrannt wird, an eine oder beide Oberflächen des Laminats anlaminiert wird, scheidet sich ein Teil des anorganischen Materials auf dem Elektrodenmuster oder auf den Durchgangselektroden ab, die auf der Oberfläche des Glaskeramiklaminats gebildet sind. Eine solche Abscheidung des anorganischen Materials verschlechtert nicht nur die Oberflächenglattheit der Elektrode und setzt den elektrischen Widerstand der Elektrode herauf, sondern verschlechtert auch die Lötbarkeit der Elektrode. Deshalb ist es schwierig, an einer solchen Elektrode ein elektronisches Bauteil zu montieren. Wenn sich das anorganische Material nur in einem kleinen Bereich der Elektrode abscheidet, kann die Lötbarkeit durch Entfernen der Abscheidung, beispielsweise durch Polieren, verbessert werden. Dies verursacht jedoch das neue Problem, daß die Anzahl der Verfahrensschritte bei der Produktion des Substrats zunimmt. Außerdem ist das Entfernen des anorganischen Materials unmöglich, wenn es in die Elektrode hinein imprägniert ist. Wenn sich das anorganische Material auf der Durchgangselektrode abscheidet, nimmt der elektrische Widerstand der Durchgangselektrode stark zu, und es kann zwischen der Durchgangselektrode und einem später auf der Oberschicht gebildeten Elektrodenmuster des Substrats (d. h. einem Schaltungsmuster der Oberschicht) keine elektrische Verbindung hergestellt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein mehrlagiges Glaskeramiksubstrat zur Verfügung zu stellen, welches keine Schrumpfung aufweist in Richtung ihrer Ebene, in der ein Schaltungsmuster als Oberschicht auf dem Substrat gleichzeitig mit dem Substrat gebrannt wird, wobei die Glätte der Oberfläche, der elektrische Widerstand und die Lötbarkeit des Schaltungsmusters der Oberschicht verbessert sind.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein mehrlagiges Keramiksubstrat zur Verfügung zu stellen, welches Durchgangselektroden aufweist, deren elektrischer Widerstand herabgesetzt ist und auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Substrats zur Verfügung zu stellen.
Zur Lösung der obigen Aufgaben wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Substrats mit den Schritten offenbart, daß man
mindestens zwei Rohlinge herstellt, die jeweils ein Substratmaterial aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen, ein organisches Bindemittel und einen Weichmacher umfassen,
mit einer Leiterpastenzusammensetzung auf und durch die Rohlinge aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen ein Elektrodenmuster und/oder eine Durchgangselektrode ausbildet,
die Rohlinge aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen laminiert, um ein Laminat zu erhalten, bei dem das Substrat eine vorbestimmte Leiterbahnstruktur aufweist,
mindestens einen Rohling herstellt, der aus einem anorganischen Material besteht, welches bei der Brenntemperatur der Rohlinge aus Glaskeramik zum Niedertemperturbrennen oder darunter nicht sintert,
auf eine der äußersten Rohlinge aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen den Rohling aus anorganischem Material auflaminiert,
das entstehende Laminat, welches den Rohling aus anorganischem Material aufweist, bei der Brenntemperatur des Glaskeramikmaterials brennt und
das ungesinterte anorganische Material von dem gebrannten Laminat entfernt,
dadurch gekennzeichnet, daß
durch den Rohling aus anorganischem Material mindestens ein Loch so ausgebildet wird, daß das Loch über einem Teil des Elektrodenmusters und/oder der Durchgangselektrode eines äußersten Rohlings aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen des Laminats positioniert ist, so daß ein direkter Kontakt zwischen dem Rohling aus anorganischem Material und dem Bereich des Elektrodenmusters und/oder der Durchgangselektrode verhindert wird, wenn der Rohling aus anorganischem Material auf das Laminat auflaminiert wird, um das entstehende Laminat zu erhalten, welches den Rohling aus anorganischem Material mit dem Loch aufweist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Keramiksubstrats mit den Schritten zur Verfügung gestellt, daß man
mindestens zwei Rohlinge herstellt, die jeweils ein Substratmaterial aus Glaskeramik zum Niedertemperaturenbrennen, ein organisches Bindemittel und einen Weichmacher umfassen,
mit einer Leiterpastenzusammensetzung auf und durch die Rohlinge aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen ein Elektrodenmuster und/oder eine Durchgangselektrode ausbildet,
die Rohlinge aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen laminiert, um ein Laminat zu erhalten, bei dem das Substrat eine vorbestimmte Leiterbahnstruktur aufweist,
mindestens einen Rohling herstellt, der aus einem anorganischen Material besteht, welches bei der Brenntemperatur der Rohlinge aus Glaskeramik zum Niedertemperturbrennen oder darunter nicht sintert,
auf eine der äußersten Rohlinge aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen des Laminats den Rohling aus anorganischem Material auflaminiert, das entstehende Laminat, welches den Rohling aus anorganischem Material aufweist, bei der Brenntemperatur des Glaskeramikmaterials brennt und das ungesinterte anorganische Material von dem gebrannten Laminat entfernt,
dadurch gekennzeichnet, daß
auf mindestens einem Teil des Elektrodenmusters und/oder der Durchgangselektrode einer der äußersten Rohlinge des Substrats aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen mindestens eine Schicht aus organischem Harz gebildet wird, wobei die Schicht beim nachfolgenden Brennen des Laminats zersetzt und abgebrannt wird, und
der Rohling aus anorganischem Material auf das Laminat auflaminiert wird, welches die Schicht aus anorganischem Harz aufweist, um das entstehende Laminat zu erhalten.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das Loch des Rohlings aus anorganischem Material und die Bildung der Schicht aus organischem Harz verhindern beide einen direkten Kontakt des Rohlings aus anorganischem Material mit einem Teil des Elektrodenmusters oder der Durchgangselektrode, wenn das Paar Rohlinge aus anorganischem Material auf beide Oberflächen des Laminats der Rohlinge aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen auflaminiert werden.
Die erfindungsgemäßen Verfahren führen zu einem mehrlagigen Glaskeramiksubstrat, welches auf der Oberschicht ein Elektrodenmuster mit besserer Glätte der Oberfläche, geringerem elektrischen Widerstand sowie besserer Lötbarkeit oder eine Durchgangselektrode mit geringerem elektrischen Widerstand aufweist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen mehrlagigen Keramiksubstrats, welches in Beispiel 1 hergestellt wird,
Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen mehrlagigen Keramiksubstrats, welches in Beispiel 3 hergestellt wird,
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 4 ist ein Graph, der die Brennbedingungen der Verfahren der Beispiele 2 und 4 darstellt.

Detailbeschreibung der Erfindung

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann als Substratmaterial für die Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen ein herkömmlicherweise eingesetztes Material verwendet werden. Bevorzugte Beispiele für ein solches Material sind Gläser wie Borosilikatglas und Bleiborosilikatglas (siehe US-A-5 004 640) sowie Keramiken wie Aluminiumoxid, Calciumoxid und Magnesiumoxid.
Beispiele für das Bindemittel sind Polyvinylbutyralharze, Cellulosederivate (z. B. Ethylcellulose), (Meth)acrylharze, Polyvinylalkohole und dergleichen.
Beispiele für Weichmacher sind Phtalate (z. B. Di-n-butylphtalat, Benzyl-n-butylphtalat, Dinonylphtalat etc.), aliphatische dibasische Säureester (z. B. Di(2-ethylhexyl) adipat oder -sebacat usw.) und dergleichen.
Der Rohling eines solchen Substratmaterials aus Glaskeramik wird mit herkömmlichen Verfahren hergestellt wie Rakeln, Walzenbeschichten, Kalandrieren und dergleichen. Typische Verfahren sind beschrieben in US-A-4 301 324 und US-A- 4 234 367.
Auf den Rohling wird das Elektrodenmuster mit einem herkömmlichen Verfahren wie Siebdruck und dergleichen ausgebildet. Anstelle oder zusätzlich zum Elektrodenmuster wird ebenfalls mit einem herkömmlichen Verfahren wie Stanzen oder Bohren mindestens eine Durchgangselektrode durch den Rohling ausgebildet. Typische Verfahren sind beschrieben in US-A-4 497 677. In einigen Fällen kann das Elektrodenmuster auf dem Rohling oder umgekehrt nicht vorgesehen werden, d. h. ein Rohling, der ein Substrat aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen aufweist, kann nur die Durchgangselektrode(n) enthalten, oder umgekehrt. Es ist wichtig, daß jeder Rohling mit einem Elektrodenmuster und/oder dem Elektrodenloch versehen wird, damit man auf dem fertigen Substrat ein vorbestimmtes Schaltungsmuster erhält.
Die Rohlinge des Substratmaterials zum Niedertemperaturbrennen mit dem darauf angebrachten Elektrodenmuster und/oder den Durchgangselektroden werden auf herkömmliche Weise als Laminat gestapelt, damit ein Laminat der Rohlinge erhält. Die Laminierungsbedingungen umfassen eine Temperatur von 50 bis 150ºC und einen Druck von 50 bis 200 kg/cm². Das Laminatstaplungsverfahren wird beispielsweise in US-A-4 234 367 offenbart.
Spezielle Beispiele für das anorganische Material, welches bei der Brenntemperatur der Rohlinge des Substratmaterials zum Niedertemperaturbrennen oder darunter nicht sintert, sind Al&sub2;O&sub3;, MgO, ZrO&sub2;, TiO&sub2;, BeO, BN und dergleichen. Die speziellen Beispiele des anorganischen Materials werden beispielsweise in US-A-5 085 720 offenbart.
Die Löcher durch den Rohling, der das anorganische Material umfaßt, werden auf herkömmliche Weise ausgebildet. Beispiele dafür sind Stanzen und Bohren, die in US-A-4 497 677 offenbart werden.
Die Löcher werden so positioniert, daß sie mit den Durchgangselektroden in Kontakt stehen, die durch den Rohling aus Glaskeramik gebildet sind, wenn der das anorganische Material enthaltende Rohling auf den Rohling aus Glaskeramik auflaminiert wird. Wenn der Durchmesser des Lochs zu klein ist, wird das Loch beim Laminieren zerstört. Wenn der Durchmesser des Lochs zu groß ist, wird das Schrumpfen des Glaskeramikrohlings beim Brennen nicht genügend unterbunden, so daß möglicherweise eine Verwerfung oder ein Bruch des Substrats erfolgt. Es ist deshalb bevorzugt, daß das gebildete Loch einen Durchmesser von etwa 0,1 bis 5 mm hat. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Loch jeden Querschnitt haben kann, bevorzugt ist jedoch wegen der leichten Herstellung ein kreisförmiger Querschnitt.
Der Rohling des anorganischen Materials mit Loch kann bei einer Temperatur von 50 bis 150ºC sowie einem Druck von 50 bis 200 kg/cm² auf eine oder beide Oberflächen des Rohlinglaminats aus Substratmaterial zum Niedertemperaturbeewnnen auflaminiert werden. Dieser Arbeitsschritt kann beim Laminieren des Substrats zum Niedertemperaturbrennen folgen.
Die Schicht aus organischem Harz wird bei einer Temperatur oder darunter zersetzt und/oder abgebrannt, bei der das Brennen des Laminats erfolgt, welches das Glaskeramiksubstrat zum Niedertemperaturbrennen enthält. Spezielle Beispiele für das organische Harz sind ein Polyvinylbutyral, eine Ethylcellulose und ein Acrylat. Das organische Harz kann in Form einer Schicht aufgebracht werden, wobei das Aufbringen der organischen Schicht mit herkömmlichen Verfahren durchgeführt werden kann wie Siebdruck auf die Harzpaste. Die Dicke der Schicht aus organischem Harz liegt bevorzugt im Bereich von 20 bis 200 um, beispielsweise etwa 100 um.
Die Bildung der Schicht aus organischem Harz erfolgt auf mindestens einem Teil, wo eine bessere Glätte der Oberfläche und Lötbarkeit der Elektrode erforderlich sind, wenn nach dem Brennen auf dem Substrat ein elektronisches Bauteil montiert wird.
Das sandwichartig von den Rohlingen eingeschlossene und das anorganische Material enthaltende Laminat wird gebrannt, indem zunächst über eine geeignete Zeit von beispielsweise einer Stunde bei einer Temperatur von 400 bis 750ºC in Luft das Bindemittel und das organische Harz abgebrannt und dann über eine geeignete Zeit von beispielsweise einer Stunde bei einer Temperatur von 800 bis 1000ºC in Luft das Laminat erwärmt (gebrannt) wird, wozu ein geeigneter Ofen verwendet wird, beispielsweise ein elektrischer Bandofen.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Erfindung mit dem Reduktionsverfahren kombiniert werden, das in der Druckschrift JP-A-20 914/1991 offenbart ist, auf die bereits Bezug genommen wurde. Die erwähnte Ausführungsform der Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen des mehrlagigen Substrats aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen mit den Schritten zur Verfügung, daß man
mindestens zwei Rohlinge herstellt, die jeweils das Material aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen, das organische Bindemittel und den Weichmacher umfassen,
mit der Kupfer(II)oxid als Hauptkomponente enthalten Leiterpastenzusammensetzung auf und durch die Rohlinge das Elektrodenmuster und/oder die Durchgangselektrode ausbildet,
die Rohlinge laminiert, um das Laminat zu erhalten, bei dem das Substrat die vorbestimmte Leiterbahnstruktur aufweist,
mindestens einen Rohling herstellt, der das anorganische Metall umfaßt, welches bei der Brenntemperatur des Rohlings des Substratmaterials aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen nicht sintert, und dann durch den das anorganische Materials umfassenden Rohling mindestens ein Loch bildet,
den Rohling aus anorganischem Material, der auf einer der äußersten Rohlinge aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen des Laminats das Loch aufweist, so laminiert, daß das Loch über einem Teil mindestens eines der Elektrodenmuster angeordnet ist und die Durchgangselektrode auf einem der äußersten Rohlinge aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen des Laminats angeordnet ist, womit das Laminat erhalten wird,
das entstehenden Laminat in einer oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur erwärmt, bei der das organische Bindemittel des Laminats und eine organische Komponente der Leiterpastenzusammensetzung, wie beispielsweise ein organisches Bindemittel und ein Weichmacher, zersetzt werden und abbrennen, und dann das erwärmte Laminat in einer reduzierenden Atmosphäre einer Reduktionsverhandlung unterwirft,
das Laminat in einer Ineratmosphäre brennt, und
das ungesinterte anorganische Material vom gebrannten Laminat entfernt.
Bei der obigen Ausführungsform wird die Wärmebehandlung, durch die das Bindemittel und die organischen Komponente abgebrannt werden, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 800ºC durchgeführt, bevorzugt von 400 bis 700ºC, beispielsweise 600ºC. Die oxidierende Atmosphäre ist beispielsweise Luft oder eine Sauerstoff enthaltende Atmosphäre. Die Reduktionsbehandlung wird in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt, die Wasserstoff enthält. Beispielsweise kann eine Atmosphäre eingesetzt werden, die im wesentlich aus Wasserstoff besteht oder eine Atmosphäre aus Wasserstoff und Stickstoff. Die Reduktion wird durchgeführt bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 500ºC, bevorzugt von 150 bis 350ºC, beispielsweise 200ºC.
Die Inertatmosphäre während des Brennens kann im wesentliche aus Stickstoff, Argon oder einem Gemisch davon bestehen. Die Brenntemperatur hängt ab von der Art des Substratmaterials aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen und liegt üblicherweise im Bereich von 850 bis 1000ºC.
Selbstverständlich kann das in der japanischen Patentveröffentlichung offenbarte Reduktionsverfahren mit der vorliegenden Erfindung kombiniert werden, bei der die Schicht aus organischem Harz vorgesehen wird. Bei einer solchen Ausführungsform ist es bevorzugt, daß die organische Schicht während des Erwärmens zersetzt und/oder abgebrannt wird.
Bei allen Ausführungsformen der Erfindung wird nach dem Brennen das ungesinterte anorganische Material mit einem herkömmlichen Verfahren entfernt wie beispielsweise Sandstrahlen, Ultraschallreinigen, Abbürsten, Wasserstrahlen und dergleichen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nachfolgend wird das Verfahren zum Herstellen des mehrlagigen Keramiksubstrats erläutert, welches auf der Oberschicht des Substrats das Elektrodenmuster (d. h. die Oberschicht des Schaltungsmusters) mit besserer Oberflächenglätte, den geringeren elektrischen Widerstand sowie die bessere Lötbarkeit aufweist, oder die durch eine Oberschicht des Substrats die Durchgangselektrode mit geringerem elektrischen Widerstand aufweist; auf die beigefügten Zeichnungen wird Bezug genommen.

Beispiel 1

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen des mehrlagigen Keramiksubstrats wird anhand von Fig. 3 erläutert, die ein Flußdiagramm des vorliegenden Verfahrens zeigt.
Als Substratmaterial aus Glaskeramik wurde eine Zusammensetzung aus Bleiborosilikatglaspulver und Aluminiumoxidpulver als Keramikmaterial im Gewichtsverhältnis von 50 : 50 eingesetzt (MLS-19, hergestellt von Nippon Electric Glass Co., Ltd.). Dieses Glaskeramikpulver als anorganische Komponente, Polyvinylbutyral als organisches Bindemittel, Di-n-butylphtalat als Weichmacher sowie ein gemischtes Lösemittel aus Toluol und Isopropanol im Gewichtsverhältnis von 30 : 70 wurden zur Herstellung einer Aufschlämmung gemischt.
Die Aufschlämmung wurde mit einem Rakel auf ein organisches Band (PET) aufgestrichen, wobei eine Schicht mit einer Dicke von etwa 200 um erzeugt wurde. Bei diesem Arbeitsschritt wurde ein Verfahren zur kontinuierlichen Durchführung des Beschichtens, Trocknens, Schneidens, sowie wahlweise der Bildung der Durchgangslöcher eingesetzt. Auf dem hergestellte Rohling wurde mit der Silberpaste sowohl durch Siebdruck das Leitungsmuster ausgebildet als auch die Durchgangslöcher gefüllt. Die Silberpaste für das Leitungsmuster wurde hergestellt durch Mischen von Silberpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 um, 5 Gew.-% Glasmehl (Glaspulver GA-9, hergestellt von Nippon Electric Glass Co., Ltd. mit einer mittleren Teilchengröße von 2,5 um), womit Haftfestigkeit erzeugt wurde, sowie eines Trägers umfassend Ethylcellulose als organisches Bindemittel, gelöst in a-Terpineol; es wurde zum Erreichen einer geeigneten Viskosität eine Walzmühle eingesetzt. Die Silberpaste für die Durchgangslöcher enthielt außerdem 15 Gew.-% des erwähnten Glaskeramikpulvers.
Mit dem gleichen Verfahren wie bei der obigen Herstellung des Rohlings aus Glaskeramik wurde ein ungesinterter Rohling hergestellt, wobei jedoch nur Aluminiumoxidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1,9 um (ALM-41, hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.) als anorganische Komponente verwendet wurde (d. h. das anorganische Material der beanspruchten Erfindung). Der Rohling aus Aluminiumoxid des anorganischen Materials hatte eine Dicke von etwa 300 um. Der Rohling aus Aluminiumoxid wurde zum Erzeugen der Löcher mit einer Stanzmaschine einer Stanzbehandlung unterworfen. Die Löcher waren so angeordnet bzw. positioniert, daß sie in Kontakt mit den Elektroden der Duchgangslöcher standen, die durch den Rohling aus Glaskeramik gebildet waren, wenn der Rohling aus Aluminiumoxid auf den Rohling aus Glaskeramik auflaminiert wurde. Wenn der Durchmesser des Lochs zu klein ist, wird das Loch beim Laminieren zerstört. Wenn der Durchmesser des Lochs zu groß ist, wird das Schrumpfen des Rohlings aus Glaskeramik beim Brennen nicht genügend verhindert, so daß Verwerfung und Bruch des Substrats wahrscheinlich sind. Es ist deshalb bevorzugt, daß das gebildete Loch einen Durchmesser von etwa 0,1 bis 5 mm hat. Bei diesem Beispiel hatte jedes Loch einen Durchmesser von 0,5 mm.
Für die Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Substrats wurden vier Rohlinge aufeinandergestapelt, die die Schaltungsmuster und die Durchgangselektroden aufwiesen. Auf beide Seiten der gestapelten Rohlinge wurden die Rohlinge aus Aluminiumoxid mit den Löchern gestapelt, womit ein Schichtkörper erhalten wurde. Unter diesen Bedingungen wurde der Schichtkörper heiß gepreßt, um ein ungebranntes, mehrlagiges Substrat aus Glaskeramik zu erhalten, die die Struktur von Fig. 1 hatte. Die Bedingungen des Heißpressens umfaßten eine Temperatur von 80ºC und einen Druck von 200 kg/cm². In Fig. 1 bedeutet das Bezugszeichen 1 die das Glaskeramikmaterial umfassenden Rohlinge, 2 die Innenelektroden, 3 die Durchgangselektroden, 4 die Rohlinge aus Aluminiumoxid und 5 die durch den Rohling aus Aluminiumoxid gebildeten Durchgangslöcher.
Das so gepreßte Laminat wurde dann auf einer Platte aus Aluminiumoxid (96%) gebrannt. Das Laminat wurde eine Stunde lang in einem elektrischen Bandofen an Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 900ºC gebrannt, wobei eine Verweilzeit von etwa 12 min bei einer Temperatur von 900ºC eingehalten wurde.
Weil nach dem Brennen auf den Oberflächen des Laminats ungesinterte Schichten aus Aluminiumoxid verblieben, wurde das Laminat in einem Bad aus Butylacetat einer Ultraschallreinigung unterzogen und die Schichten aus Aluminiumoxid vollständig entfernt.
Nach dem Brennen zeigt das Substrat keine Verwerfungen. Die Schrumpfung des Substrats betrug in Richtung ihrer Ebene weniger als 0,1%. In den Durchgangselektroden der Oberschicht des Substrats wurde keine Abscheidung von Aluminiumoxidpulver beobachtet. Auf der Oberfläche dieses mehrlagigen Substrats wurde durch Siebdruck mit einer Silber/Paladium-Paste ein Schaltungsmuster als Oberschicht erzeugt und nach dem Trocknen auf gleiche Weise wie vorstehend beschrieben das Brennen durchgeführt. Weil der elektrische Widerstand der Durchgangselektroden auf der Oberschicht des Substrats gering ist, war die Kontinuität des Schaltungsmusters der Oberschicht mit den Durchgangselektroden sehr gut.
Obwohl bei diesem Beispiel als anorganisches Material Al&sub2;O&sub3; eingesetzt wurde, welches nicht sintert, wurde bei Verwendung von BeO, MgO, ZrO&sub2;, TiO&sub2; und BN ähnliche Ergebnisse erhalten.

Beispiel 2

Mit den gleichen Materialien wie bei Beispiel 1 wurden Rohlinge hergestellt. Auf den Rohlingen wurden Durchgangslöcher mit jeweils einer Dicke von 200 um ausgebildet und dann das Erzeugen des Leitermusters sowie das Füllen der Durchgangslöcher jeweils mit einer CuO-Paste durchgeführt. Während das Herstellen des Schaltungsmusters der Oberschicht nach dem Brennen von Beispiel 1 erfolgte, wurde bei diesem Beispiel gleichzeitig ein Schaltungsmuster der Oberschicht des Substrats auf den Rohling aufgedruckt.
Die CuO-Paste wurde hergestellt durch Mischen von CuO-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 3 um, 3 Gew.-% Glasmehl (Glaspulver LS-0803, hergestellt von Nippon Electric Glass Co., Ltd. mit einer mittleren Teilchengröße von 2,5 um), womit Haftfestigkeit erzeugt wurde, sowie eines Trägers umfassend Ethylcellulose als organisches Bindemittel, gelöst in α-Terpineol; es wurde zum Erreichen einer geeigneten Viskosität eine Walzmühle eingesetzt. Die CuO-Paste für die Durchgangslöcher enthielt außerdem 15 Gew.-% des erwähnten Glaskeramikpulvers.
Mit dem gleichen Verfahren wie oben wurde ein ungesinterter Rohling hergestellt, wobei jedoch nur Berylliumoxidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 um (hergestellt von Kanto Chemical Co., Ltd.) als anorganische Komponente verwendet wurde. Der Rohling aus Berylliumoxid des anorganischen Materials hatte eine Dicke von etwa 300 um. Der Rohling aus Berylliumumoxid wurde zum Erzeugen der Löcher mit einer Stanzmaschine einer Stanzbehandlung unterworfen. Die Löcher waren so angeordnet, daß sie mit den Durchgangselektroden, die durch den Rohling aus Glaskeramik gebildet waren, in Kontakt standen, wenn der Rohling aus Berylliumoxid auf den Rohling aus Glaskeramik auflaminiert wurde. Das Stanzen muß nicht notwendigerweise auf der Gesamtheit des Schaltungsmusters der Oberschicht durchgeführt werden, es reicht aus, wenn es nur auf einem Teil durchgeführt wird, wo nach dem Brennen des Substrats eine Lötpaste zum Montieren eines elektronischen Bauteils aufgedruckt wird. Bei diesem Beispiel hatte jedes Loch einen Durchmesser von 1,5mm.
Eine vorbestimmte Anzahl von Rohlingen, die jeweils das Schaltungsmuster aufwiesen, wurde aufeinander gestapelt. Auf beide Seiten der gestapelten Rohlinge wurden die Rohlinge aus Berylliumoxid mit den Löchern gestapelt, womit ein Schichtkörper erhalten wurde. Unter diesen Bedingungen wurde der Schichtkörper bei Bedingungen einer Temperatur von 80ºC und einem Druck von 200 kg/cm² heiß gepreßt, um ein ungebranntes Substrat zu erhalten.
Dann wurde das ungebrannte Substrat wie folgt gebrannt:
Zunächst wurden die Bindemittel entfernt. Weil die für den Rohling und die CuO- Paste verwendeten Bindemittel Polyvinylbutyral und Ethylcellulose waren, können sie bei einer Temperatur von oberhalb 500ºC an Luft zersetzt werden. Bei diesem Beispiel wurden deshalb die Bindemittel bei einer Temperatur von 600ºC abgebrannt. Dann wurde das Laminat fünf Stunden lang in einer Atmosphäre von 100 % Wasserstoff bei einer Temperatur von 200ºC reduziert. Die Cu-Schicht wurde durch Röntgenbeugung analysiert, wobei die Bildung von Cu zu 100% bestätigt wurde. Dann wurde das Laminat in einem elektrischen Bandofen bei einer Temperatur von 900ºC in einer reinen Stickstoffatmosphäre gebrannt.
Nach dem Brennen wurde das Laminat mit Ultraschall gereinigt, so daß die ungebrannten Schichten aus Berylliumoxid auf den Oberflächen des Laminats wie bei Beispiel 1 entfernt wurden. Die Schrumpfung wurde auf weniger als 0,05% abgeschätzt; es wurden keine Verwerfungen beobachtet. Bei der Untersuchung der Elektrodenmuster aus Cu auf beiden Seiten des Substrats wurde auf einem Teil, bei dem die Cu-Elektrode in Kontakt mit dem Rohling aus Berylliumoxid stand, Berylliumoxid gefunden. Jedoch hatte der Teil, der aufgrund der Anwesenheit der Löcher nicht mit dem Rohling aus Berylliumoxid in Kontakt stand, keine Abscheidungen aus Berylliumoxid, sondern hatte eine Elektrode mit guter Glätte und Lötbarkeit.
Bei diesem Beispiel wurde das Leitungsmuster der Oberschicht aus Cu auf dem Rohling durch Siebdruck mit der CuO-Paste und gemeinsames Brennen hergestellt. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, daß das Elektrodenmuster wie bei Beispiel 2 hergestellt wird durch Brennen eines Substrats, welches die Rohlinge aus Berylliumoxid mit Löchern enthalten, deren Lage den Durchgangselektroden entspricht, Entfernen von Berylliumoxid, Aufdrucken des Schaltungsmusters mit der CuO-Paste und dann Brennen.
Obwohl bei diesem Beispiel als anorganisches Material BeO eingesetzt wurde, welches nicht sintert, wurde bei Verwendung von Al&sub2;O&sub3;, MgO, ZrO&sub2;, TiO&sub2; und BN ähnliche Ergebnisse erhalten.

Beispiel 3

Als Substratmaterial aus Glaskeramik wurde eine Zusammensetzung aus Bleiborosilikatglaspulver und Aluminiumoxidpulver als Keramikmaterial im Gewichtsverhältnis von 50 : 50 eingesetzt (MLS-21, hergestellt von Nippon Electric Glass Co., Ltd.). Dieses Glaskeramikpulver als anorganische Komponente, Polyvinylbutyral als organisches Bindemittel, Di-n-butylphtalat als Weichmacher sowie ein gemischtes Lösemittel aus Toluol und Isopropanol im Gewichtsverhältnis von 30 : 70 wurden zur Herstellung einer Aufschlämmung gemischt.
Die Aufschlämmung wurde mit einem Rakel auf ein organisches Band (PET) aufgestrichen, wobei eine Schicht mit einer Dicke von etwa 200 um erzeugt wurde. Bei diesem Arbeitsschritt wurde ein Verfahren zur kontinuierlichen Durchführung des Beschichtens, Trocknens, Schneidens, sowie wahlweise der Bildung der Durchgangslöcher eingesetzt. Auf dem hergestellte Rohling wurde mit der Silberpaste sowohl durch Siebdruck das Leitungsmuster ausgebildet als auch die Durchgangslöcher gefüllt. Die Silberpaste für das Leitungsmuster wurde hergestellt durch Mischen von Silberpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 um, 5 Gew.-% Glasmehl (Glaspulver GA-9, hergestellt von Nippon Electric Glass Co., Ltd. mit einer mittleren Teilchengröße von 2,5 um), womit Haftfestigkeit erzeugt wurde, sowie eines Trägers umfassend Ethylcellulose als organisches Bindemittel, gelöst in α-Terpineol; es wurde zum Erreichen einer geeigneten Viskosität eine Walzmühle eingesetzt. Die Silberpaste für die Durchgangslöcher enthielt außerdem 15 Gew.-% des erwähnten Glaskeramikpulvers.
Zur Herstellung einer Schicht aus organischem Harz auf dem Elektrodenmuster wurde eine Paste aus organischem Harz hergestellt durch Lösen von Polyvinylbutyral als organisches Harz (S-LEC BMS, hergestellt von Sekisui Chemical Co., Ltd.) in einem flüssigen Gemisch aus Toluol und Isopropanol (gewichtsmäßig 30 : 70), womit eine vorbestimmte Viskosität erhalten wurde. Durch Siebdruck wurde die Paste aus organischem Harz auf die Durchgangsschichten der Durchgangselektroden aufgedruckt, die eine Oberschicht und eine Unterschicht der Rohlinge sein müssen, wenn sie zur Erzeugung eines Laminats laminiert werden; dann wurde die Paste getrocknet. Jede der Durchgangselektroden wurde mit einer aufgedruckten kreisförmigen Schicht der Paste aus organischem Harz bedruckt, die eine Dicke von etwa 500 mm hatte; die organische Schicht hatte nach dem Trocknen einen Dicke von etwa 100 um.
Ein ungesinterter Rohling wurde mit dem gleichen Verfahren hergestellt, wie bei der obigen Herstellung des Rohlings aus Glaskeramik, wobei jedoch nur Magnesiumoxidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 um (hergestellt von Kanto Chemical Co., Ltd. mit garantierter Reagenzienreinheit) als anorganische Komponente verwendet wurde. Dieser Rohling aus Magnesiumoxid hatte eine Dicke von etwa 400 um.
Für die Herstellung des in Fig. 2 gezeigten Substrats wurden zwei Rohlinge aufeinandergestapelt, die die Schaltungsmuster und die Durchgangselektroden aufwiesen und die entstehenden gestapelten Rohlinge sandwichartig zwischen die zwei Rohlinge gsetzt, die außerdem die organischen Schichten aufwiesen. Auf beide Seiten der sandwichartig eingeschlossenen Rohlinge wurden die Rohlinge aus Magnesiumoxid gestapelt, womit ein Schichtkörper erhalten wurde, der in Fig. 2 gezeigt ist. Unter diesen Bedingungen wurde der Schichtkörper heiß gepreßt, um ein ungebranntes Laminat zu erhalten. Die Bedingungen des Heißpressens umfaßten eine Temperatur von 80ºC und einen Druck von 200 kg/cm². In Fig. 2 bedeutet das Bezugszeichen 6 die das Glaskeramikmaterial umfassenden Rohlinge, 7 die Innenelektroden, 8 die Durchgangselektroden, 9 die Schichten aus organischem Harz und 10 die durch den Rohling aus Magnesiumoxid.
Das so gepreßte Laminat wurde dann auf einer Platte aus Aluminiumoxid (96%) gebrannt. Das Laminat wurde eine Stunde lang in einem elektrischen Bandofen bei Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 900ºC gebrannt, wobei eine Verweilzeit von etwa 12 min bei einer Temperatur von 900ºC eingehalten wurde.
Weil nach dem Brennen auf den Oberflächen des Laminats ungesinterte Schichten aus Magnesiumoxid verblieben, wurde das Laminat in einem Bad aus Butylacetat einer Ultraschallreinigung unterzogen und die Schichten aus Magnesiumoxid vollständig entfernt.
Nach dem Brennen zeigt das Substrat keine Verwerfungen. Die Schrumpfung des Substrats betrug in Richtung ihrer Ebene weniger als 0,04%. In den Durchgangselektroden der Oberschicht des Substrats wurde keine Abscheidung von Magnesiumoxidpulver beobachtet. Auf dieses mehrlagige Substrat wurde durch Siebdruck mit einer Silber/Paladium-Paste ein Schaltungsmuster als Oberschicht erzeugt und nach dem Trocknen auf gleiche Weise wie vorstehend beschrieben das Brennen durchgeführt. Weil der elektrische Widerstand der Durchgangselektroden auf der Oberschicht des Substrats gering ist, war die Kontinuität des Schaltungsmusters der Oberschicht mit den Durgangselektroden sehr gut.
Obwohl bei diesem Beispiel als anorganisches Material MgO eingesetzt wurde, welches nicht sintert, wurde bei Verwendung von Al&sub2;O&sub3;, BeO, ZrO&sub2;, TiO&sub2; und BN ähnliche Ergebnisse erhalten.

Beispiel 4

Es wurden mit den gleichen Materialien wir bei Beispiel 3 Rohlinge hergestellt, die das Substratmaterial aus Glaskeramik aufwiesen. Nach der Bildung von Durchgangslöchern in den Rohlingen, die jeweils eine Dicke von etwa 200 um aufwiesen erfolgte sowohl die Bildung der Leitermuster als auch das Füllen der Durchgangslöcher mit einer CuO-Paste durch Siebdruck. Während bei Beispiel 3 die Bildung des Schaltungsmusters der Oberschicht nach dem Brennen des Substrats durchgeführt wurde, wurde bei diesem Beispiel gleichzeitig auf dem Rohling ein Leitungsmuster der Oberschicht ausgebildet.
Die CuO-Paste wurde hergestellt durch Mischen von CuO-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 3 um, 3 Gew.-% Glasmehl (Glaspulver LS-0803, hergestellt von Nippon Electric Glass Co., Ltd. mit einer mittleren Teilchengröße von 2,5 um), womit Haftfestigkeit erzeugt wurde, sowie eines Trägers umfassend Ethylcellulose als organisches Bindemittel, gelöst in α-Terpineol; es wurde zum Erreichen einer geeigneten Viskosität eine Walzmühle eingesetzt. Die CuO-Paste für die Durchgangslöcher enthielt außerdem 15 Gew.-% des erwähnten Glaskeramikpulvers.
Zur Herstellung einer Schicht aus organischem Harz auf der Elektrode wurde eine Paste aus organischem Harz hergestellt durch Lösen von Ethylcellulose als organisches Harz (hergestellt von Nishhin Kasei Co., Ltd.) in α-Terpineol, womit eine vorbestimmte Viskosität erhalten wurde. Die Paste aus organischem Harz wurde durch Siebdruck auf einen Teil des Elektrodenmusters auf Schichten aufgedruckt, die die Oberschicht und die Unterschicht der Rohlinge sein sollen, wenn sie zur Herstellung eines Laminats laminiert werden, die Paste wurde dann getrocknet. Die Schicht aus organischem Harz wird mindestens auf einem Teil ausgebildet, wo bessere Oberflächenglätte und Lötbarkeit der Elektrode erforderlich sind, wenn nach dem Brennen auf dem Substrat ein elektronisches Bauteil montiert wird. Die organische Schicht hatte nach dem Trocknen eine Dicke von etwa 100 um.
Ein ungesinterter Rohling wurde mit dem gleichen Verfahren hergestellt wie bei der obigen Herstellung des Rohlings aus Glaskeramik, wobei jedoch nur Berylliumoxidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 um (hergestellt von Kanto Chemical Co., Ltd. mit garantierter Reagenzienreinheit) als anorganische Komponente verwendet wurde. Dieser Rohling aus Berylliumoxid hatte eine Dicke von etwa 300 um.
Für die Herstellung eines Substrats wurde eine vorbestimmte Zahl von Rohlingen aufeinandergestapelt, die die Schaltungsmuster aufwiesen und sandwichartig zwischen die zwei Rohlinge gsetzt, die außerdem die organischen Schichten aufwiesen. Auf beide sandwichartig eingeschlossen Rohlinge wurden die Rohlinge aus Berylliumoxid gestapelt, womit ein Schichtkörper erhalten wurde. Unter diesen Bedingungen wurde der Schichtkörper heiß gepreßt, um ein ungebranntes Laminat zu erhalten. Die Bedingungen des Heißpressens umfassen eine Temperatur von 80ºC und einen Druck von 200 kg/cm².
Dann wurde so gepreßte Laminat wie folgt gebrannt:
Zunächst wurden die Bindemittel entfernt. Weil die für den Rohling und die CuO- Elektrodenmuster Paste verwendeten Bindemittel Polyvinylbutyral und Ethylcellulose waren und die Elektrodenmuster ebenfalls Ethylcellulose umfaßten, können sie bei einer Temperatur oberhalb von 500ºC an Luft zersetzt werden. Bei diesem Beispiel wurden deshalb die Bindemittel bei einer Temperatur von 600ºC abgebrannt. Dann wurde das Laminat fünf Stunden lang in einer Atmosphäre von 100% Wasserstoff bei einer Temperatur von 200ºC reduziert. Die Cu-Schicht wurde durch Röntgenbeugung analysiert, wobei die Bildung von Cu zu 100% bestätigt wurde. Dann wurde das Laminat in einem elektrischen Bandofen bei einer Temperatur von 900ºC in einer reinen Stickstoffatmosphäre gebrannt.
Nach dem Brennen wurde das Laminat mit Ultraschall gereinigt, so daß die ungebrannten Schichten aus Berylliumoxid auf den Oberflächen des Laminats entfernt wurden. Die Schrumpfung wurde auf weniger als 0,05% abgeschätzt; es wurden keine Verwerfungen beobachtet. Bei der Untersuchung der Elektrodenmuster aus Cu auf beiden Seiten des Substrats wurden auf einem Teil, wo keine Schicht aus organischen Harz vorgesehen war, Ablagerungen aus Berylliumoxid gefunden. Jedoch hatte der Teil, auf dem die Schicht aus organischem Harz nicht vorgesehen war, keine Abscheidungen aus Berylliumoxid, sondern hatte eine Elektrode mit guter Glätte und Lötbarkeit.
Bei diesem Beispiel wurde das Leitungsmuster der Oberschicht aus Cu auf dem Rohling durch Siebdruck mit der CuO-Paste und gemeinsames Brennen hergestellt. Es ist jedoch möglich, daß das Elektrodenmuster wie bei Beispiel 3 hergestellt wird durch Ausbilden von Schichten aus organischem Harz oder einer Durchgangselektrode durch die Rohlinge aus Glaskeramik des Laminats, sandwichartiges Anordnen des Laminats mit einem Paar Rohlingen aus Berylliumoxid, Brennen des sandwichartig angeordneten Laminats, Entfernen von Berylliumoxid, Aufdrucken eines Schaltungsmusters der Oberschicht mit einer Cu-Pastenzusammensetzung (beispielsweise eine Paste umfassend ein Cu-Pulver, Glasmehl und einen organischen Träger) und dann Brennen.
Obwohl bei diesem Beispiel als anorganisches Material BeO eingesetzt wurde, welches nicht sintert, wurde bei Verwendung von Al&sub2;O&sub3;, MgO, ZrO&sub2;, TiO&sub2; und BN ähnliche Ergebnisse erhalten.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Keramiksubstrats mit den Schritten, daß man

mindestens zwei Rohlinge (1) herstellt, die jeweils ein Substratmaterial aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen, ein organisches Bindemittel und einen Weichmacher umfassen,

mit einer Leiterpastenzusammensetzung auf und durch die Rohlinge (1) aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen ein Elektrodenmuster (2) und/- oder eine Durchgangselektrode (3) ausbildet,

die Rohlinge (1) aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen laminiert, um ein Laminat zu erhalten, bei dem das Substrat eine vorbestimmte Leiterbahnstruktur aufweist,

mindestens einen Rohling herstellt, der aus einem anorganischen Material besteht, welches bei der Brenntemperatur der Rohlinge (1) aus Glaskeramik zum Niedertemperturbrennen oder darunter nicht sintert,

auf eine der äußersten Rohlinge (1) aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen den Rohling (4) aus anorganischem Material auflaminiert,

das entstehende Laminat (1, 4), welches den Rohling (4) aus anorganischem Material aufweist, bei der Brenntemperatur des Glaskeramikmaterials brennt und

das ungesinterte anorganische Material von dem gebrannten Laminat entfernt,

dadurch gekennzeichnet, daß

durch den Rohling (4) aus anorganischem Material mindestens ein Loch (5) so ausgebildet wird, daß das Loch (5) über einem Teil des Elektrodenmusters (2) und/oder der Durchgangselektrode eines äußersten Rohlings (1) aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen des Laminats positioniert ist, so daß ein direkter Kontakt zwischen dem Rohling (4) aus anorganischem Material und dem Bereich des Elektrodenmusters (2) und/oder der Durchgangselektrode (4) verhindert wird, wenn der Rohling (4) aus anorganischem Material auf das Laminat auflaminiert wird, um das entstehende Laminat (1, 4) zu erhalten, welches den Rohling (4) aus anorganischem Material mit dem Loch (5) aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Paar der Rohlinge (4) aus anorganischem Material mit dem Loch (5) auf beide äußerste Rohlinge (1) aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen des Laminats auflaminiert wird, so daß das Laminat von dem Paar Rohlingen (4) aus anorganischem Material sandwichartig eingeschlossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Loch (5) in dem Rohling (4) aus anorganischem Material einen Durchmesser von 0,1 bis 5 mm hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Brenntemperatur im Bereich von 800 bis 1000ºC liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Rohling (4) aus anorganischem Material mindestens einen Vertreter enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al&sub2;O&sub3;, MgO, ZrO&sub2;, TiO&sub2;, BeO und BN.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Leiterpastenzusammensetzung als Hauptkomponente einen Vertreter enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ag, Ag/Pd, Ag/Pt und Cu.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Leiterpastenzusammensetzung als Hauptkomponente Kupfer(II)oxid enthält, das entstehende Laminat (1, 4) in einer oxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das organische Bindemittel des Laminats und eine organische Komponente der Leiterzusammensetzung zersetzt werden und abbrennen, und dann das erwärmte Laminat (1, 4) in einer reduzierenden Atmosphäre einer Reduktionsbehandlung unterworfen wird und das Laminat (1, 4) in einer inerten Atmosphäre bei der Brenntemperatur des Glaskeramikmaterials gebrannt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem nach dem Brennen auf dem Substrat mit der Cu-Pastenzusammensetzung ein Leiterbahnenmuster als oberste Schicht gebildet wird und das erhaltene Substrat in einer Atmosphäre gebrannt wird, die im wesentlichen aus Stickstoff besteht.

9. Verfahren zum Herstellen eines mehrlagigen Keramiksubstrats mit den Schritten, daß man

mindestens zwei Rohlinge (6) herstellt, die jeweils ein Substratmaterial aus Glaskeramik zum Niedertemperaturenbrennen, ein organisches Bindemittel und einen Weichmacher umfassen,

mit einer Leiterpastenzusammensetzung auf und durch die Rohlinge (6) aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen ein Elektrodenmuster (7) und/- oder eine Durchgangselektrode (8) ausbildet,

die Rohlinge (6) aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen laminiert, um ein Laminat zu erhalten, bei dem das Substrat eine vorbestimmte Leiterbahnstruktur aufweist,

mindestens einen Rohling (10) herstellt, der aus einem anorganischen Material besteht, welches bei der Brenntemperatur der Rohlinge (6) aus Glaskeramik zum Niedertemperturbrennen oder darunter nicht sintert, auf eine der äußersten Rohlinge (6) aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen des Laminats den Rohling (10) aus anorganischem Material auflaminiert,

das entstehende Laminat (6, 10), welches den Rohling (10) aus anorganischem Material aufweist, bei der Brenntemperatur des Glaskeramikmaterials brennt und

das ungesinterte anorganische Material von dem gebrannten Laminat entfernt,

dadurch gekennzeichnet, daß

auf mindestens einem Teil des Elektrodenmusters (7) und/oder der Durchgangselekrode (9) einer der äußersten Rohlinge (6) des Substrats aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen mindestens eine Schicht (9) aus organischem Harz gebildet wird, wobei die Schicht beim nachfolgenden Brennen des Laminats zersetzt und abgebrannt wird, und

der Rohling (10) aus anorganischem Material auf das Laminat auflaminiert wird, welches die Schicht (9) aus anorganischem Harz aufweist, um das entstehende Laminat (6, 10) zu erhalten.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ein Paar der Rohlinge (12) aus anorganischem Material auf beide äußerste Rohlinge (6) aus Glaskeramik zum Niedertemperaturbrennen, die jeweils die Schicht (2) aus organischem Harz aufweisen, auflaminiert wird, so daß das Laminat von dem Paar der Rohlinge (4) aus anorganischem Material sandwichartig eingeschlossen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Brenntemperatur im Bereich von 800 bis 1000ºC liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Rohling (10) aus dem anorganischen Material, der bei der Brenntemperatur nicht sintert, mindestens einen Vertreter enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al&sub2;O&sub3;, MgO, ZrO&sub2;, TiO&sub2;, BeO und BN.

13. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Leiterpastenzusammensetzung als Hauptkomponente einen Vertreter enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ag, Ag/Pd, Ag/Pt und Cu.

14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Leiterpastenzusammensetzung als Hauptkomponente Kupfer(II)oxid enthält, das entstehende Laminat (6, 10) in einer oxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das organische Bindemittel des Laminats (6, 10) auch zersetzt wird und abbrennt, und dann das erwärmte Laminat (6, 10) in einer reduzierenden Atmosphäre einer Reduktionsbehandlung unterworfen wird und

das reduzierte Laminat (6, 10) in einer inerten Atmosphäre gebrannt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem nach dem Brennen auf dem Substrat mit der Cu-Pastenzusammensetzung ein Leitungsmuster als äußerste Schicht gebildet wird und das erhaltene Substrat in eine Atmosphäre gebrannt wird, die im wesentlichen aus Stickstoff besteht.

16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Entfernen des ungesinterten anorganischen Materials unter Einsatz eines Ultraschallreinigungsverfahrens durchgeführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Substrat unter Pressen gebrannt wird.