DE69733714T2 - Verfahren zur kontrolle der kavitätabmessungen gebrannter vielschichtschaltungsplatinen auf einem träger - Google Patents

Verfahren zur kontrolle der kavitätabmessungen gebrannter vielschichtschaltungsplatinen auf einem träger Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufrechterhalten der Kontrolle über die Maße von entsprechend Mustern ausgelegten mehrschichtigen Schaltkreisplatinen auf einer Unterlage während des Brennens, sowie auf Gegenstände, die mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens hergestellt werden.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Keramische mehrlagige Schaltkreisplatinen werden seit vielen Jahren für Schaltkreise für elektrische Geräte verwendet. Sie sind hergestellt durch Gießen von Glas und/oder keramische Pulver, wie z.B. entglaste Gläser mit niedriger Brenntemperatur, welche eine Brenntemperatur unterhalb von etwa 1000°C haben, zusammen mit einem organischen Bindemittel, um ein Grünband zu bilden. Auf dem Grünband wird durch Siebdruck ein leitfähiger Metallschaltkreis ausgebildet. Diese Grünbänder können aufeinander gestapelt werden, um einen mehrlagigen Schaltkreisstapel zu bilden. Die Schaltkreise jeder Grünbandschicht werden durch das Stanzen von Durchgangslöchern bzw. Durchkontaktierungen in dem Grünband elektrisch miteinander verbunden, die dann mit einem leitfähigen Material ausgefüllt werden. Die Grünbänder werden miteinander ausgerichtet und zusammengepreßt oder laminiert und gebrannt, um die organischen Materialien zu entfernen und um das Glas zu sintern.
  • In jüngerer Zeit sind die Grünbandschichten auf einem leitfähigen metallischen Unterlagensubstrat ausgerichtet worden, um die elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften der mehrlagigen Glas-/Keramikschaltkreisplatinen zu verbessern. Die mehrlagigen keramischen Grünbänder werden an dem Halterungssubstrat mit Hilfe eines Bindeglases fixiert. Durch geeignete Wahl von Bindegläsern kann man sowohl die Grünbandschichten an die leitfähige Grundlage anheften als auch das Schrumpfen des Grünbandes in den seitlichen x- und y-Maßen während des Brennens unterdrücken. Der sich daraus ergebende Grünbandstapel, welcher während des Brennens in seinem Volumen um etwa 20% schrumpft, schrumpft nur in der z-Richtung, d.h. der vertikalen Richtung bezüglich des darunter liegenden Substrates. Dies beseitigt Probleme der Ausrichtung zwischen dem Grünbandstapel und dem Halterungssubstrat und verbessert die Toleranzen der Durchkontaktierungslöcher für alle Substratmerkmale.
  • Wenn es erwünscht ist, ein Muster der Grünbandstapel auszubilden, so daß sie Aussparungen bzw. Hohlräume in dem Grünband bilden, in welchen nach dem Brennen Einrichtungen, wie z.B. Siliciumchips angeordnet werden können, so reduziert das Vorhandensein des Halterungssubstrates das Schrumpfen und die Verformung derartiger Aussparungen während des Brennens. Es wird ein Verfahren nach dem Stand der Technik beschrieben, welches Verfahrensschritte zum Herstellen der Aussparungen und zum Begrenzen ihrer Verformung während des Brennens zeigt, wie es in den 1A, 1B, 1C und 1D dargestellt ist.
  • 1A zeigt einen Stapel 22 aus Grünbandschichten, in welchem eine Kavität bzw. Aussparung 24 ausgebildet ist. Der Stapel 22 aus Grünbandschichten wird durch eine Substrathalterung 26 getragen und hat eine oberste Schicht 28 aus einem nicht sinternden, keramischen Material. Dieses keramische Material kann ein bei hoher Temperatur sinterndes Material, wie z.B. Aluminiumoxid sein.
  • Ein durch maschinelle Bearbeitung hergestellter Einsatz oder Aussparungsstopfen 9, der z.B. aus Keramik ist und die Größe der Aussparung 24 hat, wird in der Aussparung 24 angeordnet, um die Größe der Aussparung während des Laminierens und Brennens beizubehalten, wie es in 1B dargestellt ist.
  • Nach dem Brennen des Laminatstapels und Entfernen des Einsatzes 29, wie es in 1C dargestellt ist, sind die gesinterten Schichten 53 nur in ihrem Dickenmaß geschrumpft und die oberste Schicht 28 bleibt unangetastet und hängt noch immer etwas über den gebrannten Stapel 32 über. Die Schicht 28 weist nunmehr eine Keramik in Pulverform auf. Die Aussparung 24 hat eine verbesserte Maßhaltigkeit und hat etwa dieselben Abmessungen wie die ursprüngliche Aussparung.
  • 1D zeigt den gebrannten Grünbandstapel nach dem Entfernen der oberen keramischen Schicht und des maschinell hergestellten Einsatzes. Der gebrannte Stapel 32, der eine Aussparung 24 hat, wird an dem Substrat 26 angebracht.
  • Auch wenn jedoch das Schrumpfen in den x- und y-Richtungen entsprechend dem vorgenannten Verfahren in hohem Maße reduziert werden kann, tritt dennoch eine gewisse Schrumpfung hinsichtlich der seitlichen Abmessungen von bis zu etwa 3% während des Brennens auf und es ist schwierig, sowohl die Form als auch die Größe der in dem Grünband ausgebildeten Aussparungen bzw. Vertiefungen über den gesamten Schritt des Brennens hinweg zu erhalten. Eine Verformung tritt auf, weil während des Brennens die Wände der Kavitäten bzw. Aussparungen nach innen fließen, so daß die gebrannte Aussparung kleiner ist als die ursprünglich in das Grünband gestanzte Aussparung. Wenn ein Aussparungsstopfen, der aus einer Keramik mit großer Brenntemperatur hergestellt ist, bei einem weiteren Versuch, Schrumpfung zu verhindern, vor dem Brennen in der Aussparung bzw. Kavität angeordnet wird, trägt das Schrumpfen, welches dennoch in z-Richtung auftritt, auch zur Verformung der Wände der Kavität bei und es ist schwierig, die Wände und den Grund der Kavität eben zu halten aufgrund des Fließens von Kunstharz und Glas während des Schrittes des Brennens. Keramische Stopfen oder Einsätze haben bei ihrem Gebrauch den Nachteil, daß sie getrennt ausgebildet werden müssen und daß sie nach dem Brennen getrennt aus den Aussparungen entfernt werden müssen. Diese Erfordernisse tragen zu der Anzahl der erforderlichen Schritte bei, um die strukturierte mehrlagige gedruckte Schaltkreisplatine herzustellen, und tragen damit auch zu den Kosten eines solchen Verfahrens bei. Die Schrumpfung beim Brennen wird jedoch nur geringfügig verbessert und eine gewisse Schrumpfung tritt dennoch in den seitlichen Richtungen auf.
  • Die US 5,254,191 beschreibt ein Verfahren zum Vermindern der x-y-Schrumpfung während des Brennens von Keramikkörpern, in welchen eine flexible Begrenzungsschicht, die während des Brennens porös wird, auf dem Keramikkörper aufgebracht wird, so daß die flexible Begrenzungs schicht sich eng an die Oberfläche des ungebrannten Keramikkörpers anpaßt, während der Aufbau gebrannt wird. Demnach wäre ein Verfahren zum Verbessern der Maßhaltigkeit und Verformungssteuerung bzw. -kontrolle während des Laminierens und Brennens von mehrlagigen, in einer gegebenen Struktur ausgebildeten Grünbandstapeln in hohem Maße wünschenswert.
  • Diese Aufgabe wird durch die Verfahren entsprechend den Ansprüchen 1 und 3 gelöst.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Wir haben herausgefunden, daß das Aufbringen einer geeigneten keramischen Zusammensetzung, welche keramische Pulver, die mit einem organischen Träger gemischt sind, aufweist, auf der freiliegenden Oberfläche oder den Oberflächen eines entsprechend einem Muster ausgebildeten Grünbandstapels und das anschließende Laminieren jedes Stapels die Maße der Aussparung während des Brennens unter Kontrolle hält. Komplexe Muster können durch Beschichten, Laminieren und Stanzen eines Musters in einem mehrlagigen Stapel hergestellt werden, ein zweites Muster wird in einem zweiten mehrlagigen Stapel hergestellt und laminiert und die entsprechend den Mustern ausgebildeten Stapel werden zusammenlaminiert. Die keramisch-organischen Hilfszusammensetzungen werden so aufgebracht, daß der endgültig laminierte Stapel auf allen freiliegenden Flächen beschichtet wird. Weiterhin hat dieses verbesserte Verfahren zum Ausbilden von Kavitäten die Probleme der Verformung der Kavitätswände und der Unebenheit von Seitenwänden und Bodenwänden gebrannter mehrlagiger Schaltkreisplatinen auf metallischen Trägersubstraten beseitigt.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden einer mehrlagigen, gedruckten Schaltkreisplatine bereitgestellt, welche auf ein metallisches Trägersubstrat aufgebondet ist und eine eingestanzte Kavität hat, welches die Merkmale aufweist: a) Aufbringen einer Zusammensetzung einer siebdruckfähigen Zusammensetzung, die ein Glas/Keramikpulver aufweist, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Glas, einer Keramik und Mischungen daraus mit einem organischen Hilfsmittel besteht, auf der oberen Schicht eines Grünbandstapels, wobei das Glas/Keramikpulver eine Brenntemperatur hat, die zumindest so hoch ist wie die des Glases des Grünbandes, b) Laminieren des Grünbandstapels, c) Stanzen einer Kavität bzw. Aussparung durch den laminierten Grünbandstapel, d) Laminieren des in Schritt c) erhaltenen Grünbandstapels auf ein metallisches Trägersubstrat, auf welchem sich ein Bindeglas befindet, und e) Brennen oberhalb der Sintertemperatur des Glases des Grünbandes.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden einer entsprechend einem Muster ausgebildeten mehrlagigen gedruckten Schaltkreisplatine bereitgestellt, welches aufweist: a) Herstellen einer keramischen, siebdruckfähigen Tinte, b) Siebdrucken der keramischen Tinte auf der obersten Schicht eines mehrlagigen Grünbandstapels, c) Laminieren des Grünbandstapels, Stanzen einer Aussparung in den laminierten Grünbandstapel und Brennen des mehrlagigen, laminierten Grünbandstapels.
  • Die gebrannten und entsprechend einem Muster hergestellten mehrlagigen keramischen Schaltkreisplatinen und Packungen, welche entsprechend dem Verfahren der Erfindung hergestellt sind, haben Aussparungen bzw. Kavitäten von verbesserter Maßhaltigkeit.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1A, 1B, 1C und 1D veranschaulichen die Herstellungsschritte eines Verfahrens nach dem Stand der Technik zum Aufrechterhalten der Maßhaltigkeit eines entsprechend einem Muster ausgebildeten mehrlagigen Stapels auf einem Träger.
  • 2A, 2B, 2C, 2D, 2E und 2F veranschaulichen die Verfahrensschritte der vorliegenden Erfindung, welche verwendet wird, um gebrannte, auf einem Träger angeordnete, mehrlagige gedruckte Schaltkreisplatinen herzustellen, die darin ausgebildete Muster haben.
  • Die 3A, 3B, 3C und 3D veranschaulichen Ausführungsformen verschiedener Muster, die unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung hergestellt werden können.
  • 4 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Eine keramisch-organische Trägerkomposition, die auf den freiliegenden Flächen eines entsprechend einem Muster ausgebildeten, mehrlagigen Grünbandstapels aufgebracht wird, verbessert die Stabilität der Maße bzw. die Maßhaltigkeit der Muster, wie z.B. von Aussparungen, während des Brennens, selbst wenn sie von komplexer Gestalt sind.
  • Die keramisch-organischen Trägerkompositionen können auf verschiedene Weisen auf dem entsprechend einem Muster ausgebildeten, mehrlagigen Grünbandstapel aufgebracht werden. Es kann eine Tinte in Form eines dicken Films hergestellt werden, der durch Siebdruck aufgebracht werden kann, es kann eine sprühfähige Mischung aus einem keramischen Pulver und einem Lösungsmittel, wie z.B. Isopropanol, hergestellt werden oder es kann eine Grünbandmischung ähnlich den hier verwendeten, laminierten, Mehrfachschichten eines laminierten Grünbandes gegossen, in einem Muster ausgebildet und auf den in Mustern ausgebildeten Schichten angeordnet werden. Die gedruckten Schaltkreise der Grünbandschichten werden im allgemeinen durch Anwendungen wie z.B. das Siebdrucken oder Sprühen nicht gestört. Wenn jedoch eine sehr dichte Schaltung auf der obersten Schicht oder auf den Rändern bzw. Seitenwänden der entsprechend dem Muster vorgesehenen Öffnungen aufgebracht werden muß, kann eine siebdruckfähige keramische Tinte gemäß der Erfindung in einem Muster aufgebracht werden, welches ein Negativ des Schaltkreismusters ist, um dadurch eine ebene Schicht herzustellen, welche das Schaltkreismuster und die siebdruckfähige Tinte enthält, welche die Zwischenräume zwischen dem Schaltkreismuster ausfüllt.
  • Die keramischen Pulver, die zur Herstellung der keramisch-organischen Trägerkomposition verwendbar sind, können aus Glas, entweder allein oder vorzugsweise gemischt mit einem bei hoher Temperatur schmelzenden Keramikpulver wie z.B. kristallisiertem oder vorgebranntem Glas, Titanoxid oder Aluminiumoxid hergestellt werden. Beispielsweise kann Aluminiumoxid allein, welches eine hohe Brenntemperatur hat, verwendet werden, um die keramisch-organische Trägerkomposition herzustellen. Die relativen Mengen von Glas und bei hoher Temperatur schmelzender Keramik, welche in der Zusammensetzung vorhanden sind, können in weitem Umfang variieren. Die Keramik oder das Glas der keramisch-organischen Trägerkomposition sollte eine Brenntemperatur haben, die zumindest so hoch ist wie diejenige des Glases der Grünbänder. Wenn ausschließlich ungebranntes Glas für die in Rede stehende keramisch-organische Trägerkomposition verwendet wird, sollte das Glas eine Brenntemperatur haben, die höher ist als die Glastemperatur, die verwendet wird, um das Grünband herzustellen. Wenn jedoch eine Mischung aus ungebranntem und gebranntem Glas verwendet wird, wie z.B. eine Mischung zu gleichen Teilen, kann das Glas dasselbe sein wie dasjenige, welches zur Herstellung des Grünbandes verwendet wird. Wenn ein ungebranntes Glas verwendet wird, kann ein Anteil von nur etwa 15 Gew.-% fein verteiltem Titanoxid, welches mit dem Glaspulver vermischt ist, die Maßhaltigkeit eines mehrlagigen Grünbandstapels, in welchem ein Aussparungsmuster ausgebildet ist, während des Schrittes des Brennens verbessern. Vorzugsweise ist das Glas, welches verwendet wird, um die keramisch-organische Trägerkomposition herzustellen, dasselbe wie das Glas zum Ausbilden des Grünbandes, so daß die Brennprozedur und die Brenntemperaturen kompatibel sind.
  • Eine siebdruckfähige Tinte kann aus den obigen Gläsern oder Glas/Keramik-Mischungen hergestellt werden, indem sie mit einem geeigneten organischen Träger kombiniert werden. Siebdruckfähige Tinten sind bekannt und können als eine Lösung eines Kunstharzbindemittels und einem Lösungsmittel hergestellt werden. Geeignete Kunstharzbindemittel sind Zellulosederivate wie z.B. Ethylzellulose und synthetische Kunstharze wie z.B. Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyester, Polyolefine und dergleichen. Geeignete Lösungsmittel umfassen Kiefernöl, Terpineol, Butylcarbitolacetat, 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiolmonoisobutyrat, welches unter dem Markennamen Texanol von der Texas Eastman Company erhältlich ist, und dergleichen. Das organische Hilfsmittel kann zweckmäßigerweise etwa 5 bis 25 Gew.-% des Kunstharzbindemittels enthalten. Das organische Hilfsmittel kann auch ein oberflächenaktives Mittel und/oder einen Verdicker, wie z.B. Lecithin, enthalten. Die sich daraus ergebende, siebdruckfähige keramische Tinte wird so auf den gemusterten, mehrlagigen Stapel aufgebracht, daß sie die Oberflächen beschichtet, die nach dem Laminieren aller Grünbandstapel des Laminates freiliegen.
  • Eine sprühfähige keramisch-organische Trägerkomposition kann hergestellt werden durch Mischen des keramischen Pulvers mit einem Lösungsmittel, wie z.B. Isopropanol, und Aufbringen desselben auf den Grünbandstapel.
  • Die Erfindung wird weiter unter Bezug auf die Figuren beschrieben. Die 2A, 2B, 2C, 2D, 2E und 2F veranschaulichen die verschiedenen Schritte einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens.
  • 2A veranschaulicht einen laminierten, mehrlagigen Grünbandstapel 100, der drei Grünbandschichten 102, 104 und 106 aufweist und auf welchem sich eine siebdruckfähige Tintenschlicht 108 befindet. Die Schichten 102, 104 und 106 werden durch Unterdrucksetzen bei einem geeigneten Druck und einer geeigneten Temperatur laminiert, um ein Laminat zu bilden. Eine Aussparung 120 wird durch das Laminat 100 gestanzt, wie es in 2B dargestellt ist.
  • 2C zeigt einen zusätzlichen, dreischichtigen, laminierten Stapel 12, welcher drei Grünbandschichten 124, 126 und 128 aufweist, die ebenfalls bei ähnlicher Temperatur und ähnlichem Druck laminiert worden sind.
  • Der laminierte und gestanzte Stapel 100 wird mit dem laminierten Stapel 122 ausgerichtet und laminiert, wobei ein gemusterter mehrschichtiger Stapel 130 gebildet wird, wie er in 2D dargestellt ist. Der kombinierte, entsprechend dem Muster ausgebildete Stapel 130 wird mit einem metallischen Trägersubstrat 132 ausgerichtet und mit diesem laminiert, um einen entsprechend dem Muster ausgebildeten Grünbandstapel 134 auf einem Träger 132 auszubilden, wie es in 2E dargestellt ist. Die getrennten Laminierschritte tragen zu der Maßhaltigkeit des endgültigen mehrlagigen Stapels 134 auf dem Halterungssubstrat 132 bei.
  • Der mehrlagige Grünbandstapel 134 auf der Halterung 132 wird dann gebrannt, um die organischen Materialien in den Grünbändern und in der keramisch-organischen Trägerzusammensetzung zu entfernen, und um das Glas zu sintern. Die gebrannte, überlagerte Keramikschicht 108 wird dann z.B. durch Auswaschen entfernt, um eine entsprechend einem Muster ausgebildete, auf einem Träger angeordnete mehrlagige Schaltkreisplatine 136 zu bilden, welche eine verbesserte Maßhaltigkeit aufweist, wie es in 2F dargestellt ist. Die Form und die Maße der Aussparung 120 werden während der Laminierungs- und Brennschritte beibehalten. Die Maße können bei Verwendung des vorliegenden Verfahrens vor dem Brennen innerhalb von etwa 0,02% oder weniger eingehalten werden.
  • Die Laminierungsschritte werden im allgemeinen ausgeführt, indem die individuellen Grünbandstapel zusammengedrückt werden. Die Last bzw. die Kraft, die für die Laminierung erforderlich ist, hängt im allgemeinen von der Fläche des zu laminierenden Grünbandstapels und der Zusammensetzung des Grünbandes ab. Zum Beispiel wird ein Grünbandstapel, der aus einem bei niedriger Temperatur zu brennenden entglasten Glas hergestellt wird, mit einer Kraft von 1000–3000 Pfund (4541361 kg) nach dem Vorheizen des Stapels für etwa eine Minute bei etwa 185°F (85°C) laminiert. Andere Grünbandmaterialien können jedoch einen anderen Laminierungsdruck und/oder eine andere Temperatur erfordern.
  • Zweckmäßigerweise wird das Zusammenpressen für etwa 30 Sekunden von jeder Seite des Laminates während einer Gesamterhitzungszeit von etwa 2 Minuten ausgeführt. Nach dem Trimmen der Kanten des einen oder der mehreren komprimierten, laminierten Stapel werden sie auf etwa 185°F (85°C) für eine Minute erhitzt und werden dann mit einem metallischen Trägersubstrat ausgerichtet. Die vorlaminierten Stapel und der metallische Träger werden miteinander verbunden mit Hilfe einer Bindeglasschicht, und zwar unter Aufbringen einer Last von 500 Pfund (227 kg) von jeder Seite und Erhitzung für 30 Sekunden, und während weiterer 2 Minuten Gesamterhitzungszeit. Der kombinierte laminierte und auf den Träger aufgebrachte Stapel wird dann in konventioneller Weise gebrannt. Demnach wird jede mehrlagige Stapelkomponente ebenso wie die endgültige Laminierung des Grünbandstapels und seines Trägers getrennt ausgebildet bzw. durchgeführt, was zu einer verbesserten Maßhaltigkeit des gebrannten Stapels führt. Verschiedene Beispiele von Grünbandstapeln, die in Form verschiedener Muster ausgebildet und laminiert sind, sind in den 3A, 3B, 3C und 3D dargestellt.
  • 3A zeigt ein einfaches Muster bzw. eine einfache Struktur einer Öffnung 202 in einer Grünbandschicht 204 auf einem Träger 206, wobei ein Teil des Trägers 206 freiliegt. Die keramisch organische Zusammensetzung der Erfindung, bei welcher ein Teil der Grünbandschicht 204 die Öffnung 202 abdeckt, so daß die Öffnung 202 sich nicht bis zu dem Träger 206 erstreckt und eine Oberfläche 207 freiliegt. In einem solchen Fall wird die keramisch-organische Zusammensetzung der Erfindung zumindest auf den Oberflächen 205 der Grünbandschicht 204 abgeschieden.
  • 3C veranschaulicht eine komplexere alternative Struktur. Eine erste Grünbandschicht oder -schichten 204 werden laminiert und auf einem Träger 206 angeordnet. Ein Teil 211 des Trägers 206 mit einer Breite d1 liegt frei. Ein zweites Grünbandlaminat 207, welches eine noch breiter gestanzte Öffnung d2 hat, wird laminiert und gibt damit die Oberfläche 209 und zwei Kanten bzw. Ränder 208 und 210 frei.
  • 3D zeigt den strukturiert ausgebildeten Stapel in Form der Kombination aus den 3B und 3C, wobei eine keramisch-organische Zusammensetzung 212 auf der oberen Oberfläche 209 und den Rändern 208 und 210 abgeschieden ist.
  • 4 zeigt noch ein weiteres vorgebranntes komplexes Muster laminierter Grünbandstapel, welche einen ersten laminierten Stapel 402 aufweisen, der eine Öffnung mit einer Breite oder einem Durchmesser d1 hat und der eine siebdruckfähige Tinte 403 über den freiliegenden Flächen 101 aufweist, einen zweiten laminierten Stapel 404 mit einer Öffnung einer Breite und eines Durchmessers d2 hat, und eine siebdruckfähige Tinte 403 über freiliegenden Flächen oder Kanten 405 und 406 hat, und einen dritten laminierten Stapel 408 aufweist, der eine Öffnung einer Breite oder eines Durchmessers d3 sowie eine siebdruckfähige Tinte 403 über freiliegenden Flächen oder Kanten 407 und 409 hat.
  • Das obige sind Beispiele von Mustern bzw. Strukturen, die in laminierten Grünbandstapeln ausgebildet werden können, es können jedoch viele weitere ganz nach Wunsch hergestellt werden, je nach ihrer endgültigen Verwendung. Beispielsweise können eingegrabene Kavitäten hergestellt werden, indem eine Kavität in einem Grünbandstapel ausgebildet wird und ein Laminat eines nicht mit einer Struktur versehenen Grünbandes darüber angeordnet wird. Während des Brennens können, da das Glas in dem Grünband anfänglich porös ist, die organischen Materialien vor der Verdichtung der darüber liegenden Grünbandschichten durch dieselben entweichen.
  • Das vorliegende Verfahren ermöglicht demnach die Ausbildung komplexer Muster und Öffnungen, welche ausgezeichnete Maßhaltigkeit haben, unter Verwendung eines einfachen Verfahrens. Indem eine einfach aufgebrachte Begrenzungsschicht vorgesehen wird, kann man eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Form und der Maße verschiedener Öffnungen erzielen und es können komplizierte Schaltkreismuster freigelegt und eingeebnet werden, um diese Muster während des Brennschrittes beizubehalten. Durch Vorlaminieren verschiedener Schichten oder Grünbandstapel sind die Stapel einfacher zu handhaben als nicht laminierte Grünbänder und die Gesamtausbeute wird verbessert.
  • Falls gewünscht, kann auf den Öffnungen eine metallische Beschichtung aufgebracht werden, wie z.B. durch Aufsprühen, Aufstreichen oder durch Einführen eines Werkzeuges, welches mit dem gewünschten Metall beschichtet ist, wie z.B. eines Weißfüllers (white fill), in die Aussparung, so daß die Beschichtung auf den Wänden und Kanten bzw. Seiten der Muster verbleibt, die in den Grünbandstapeln ausgebildet sind.
  • Die obige Metallaufbringung ist zweckmäßig z.B. für RF- (Radiofrequenz-) Abschirmung eines integrierten Schaltkreises, der in einer Aussparung angeordnet wird, wodurch der integrierte Schaltkreis von den umgebenden, mehrlagigen keramischen gedruckten Schaltkreisschichten oder von einem angrenzenden integrierten Schaltkreis in einer nahegelegenen bzw. benachbarten Kavität isoliert wird. Nachdem die Zuleitungen bzw. Drähte und externe Drahtverbindungen ausgebildet worden sind, kann ein äußerer Metalldeckel, welcher einen integrierten Schaltkreis enthält, über der Aussparung aufgelötet werden, um den integrierten Schaltkreis vor elektrischen Störungen zu schützen, die durch die umgebenden gedruckten Schaltkreise oder durch einen weiteren in der Nähe liegenden integrierten Schaltkreis in einer angrenzenden Kavität erzeugt werden. Konventionelle Mikrowellenabschirmung kann ebenfalls unter Verwendung der allgemeinen Prinzipien des vorliegenden Verfahrens erfolgen. Durchgänge bzw. Durchgangskontaktierungen werden in den Grünbandlaminaten ausgebildet und verlaufen durch das Laminat zu dem metallischen Trägersubstrat.
  • Alle oben erwähnten Schritte werden vor dem Brennen ausgeführt, so daß nach dem Brennen die gewünschten, maßhaltigen Aussparungen in der mehrlagigen, gedruckten Schaltkreisplatine ausgebildet, falls gewünscht mit Metall beschichtet sind und das Ganze an einem Trägersubstrat in einem einzelnen Brennschritt angebracht wird.
  • Demnach können komplexe Muster in einem Grünbandstapel ausgebildet werden, indem ein Muster oder eine Öffnung entsprechender Maße in einem Stapel ausgebildet wird und derselbe laminiert wird, ein weiteres Muster mit anderen Maßen in einem anderen Stapel ausgebildet und laminiert wird, und die laminierten Stapel relativ zueinander und relativ zu einem Trägersubstrat ausgerichtet werden, falls ein solches verwendet wird. Weiterhin können einer oder mehrere der laminierten Grünbandstapel, die keine Musterung aufweisen, über oder unter einem strukturiert ausgebildeten Grünbandstapel angeordnet werden. In einem solchen Fall wird die siebdruckfähige oder sprühfähige Tinte auf allen freiliegenden Grünbandoberflächen aufgebracht.
  • Die kombinierten laminierten und beschichteten Stapel werden in konventioneller Weise in einem einzelnen Schritt gebrannt, wobei die siebdruckfähige oder sprühfähige Tintenschicht sich auf allen freiliegenden Flächen befindet. Im allgemeinen werden mehrlagige Laminatstapel durch Erhitzen während einer Zeitdauer von 4 bis 6 Stunden und Einhalten von Spitzentemperaturen von im allgemeinen 800–1000°C und je nach dem verwendeten Glas für etwa 15 bis 45 Minuten gebrannt.
  • Eine geeignete siebdruckfähige Tinte für die Verwendung bei der Erfindung kann folgendermaßen hergestellt werden. Ein Tintenhilfsmittel kann hergestellt werden aus 8 g einer ersten Mischung aus einem Ethylzelluloseharz, Terpineol und einem Butylcarbitol-Lösungsmittel. Andere geeignete Tintenhilfsmittel können aus 8,0 g eines Ethylzelluloseharzes in Terpineol und Butylcarbitol-Lösungsmittel hergestellt werden, zu welchen 0,2 g Lecithin und 2 g Butylcarbitol hinzugefügt werden. Die eine oder die andere Kunstharz-Lösungsmittelmischung wird dann mit 20 g des gewünschten Glases oder der Keramik gemischt. Die Konsistenz der siebdruckfähigen Tinte kann eingestellt werden durch Einstellen der Menge der organischen Lösungsmittel in der Tinte.
  • Eine Grünbandzusammensetzung kann aus dem folgenden hergestellt werden: 190 g eines ersten Glases, das aus 124,0 g Magnesiumoxid, 80,0 g Aluminiumoxid, 188,0 g Siliciumoxid, 4,0 g Boroxid und 4,0 g Phosphorpentoxid besteht. 8 g eines zweiten Glases werden hergestellt aus 136,0 g Magnesiumoxid, 52,0 g Aluminiumoxid, 200,0 g Siliciumoxid und 12,0 g Boroxid sowie 2 g Cordierit. Das anorganische Glas/Keramik wird mit 43 g einer geeigneten Kunstharz-Lösungsmittel-Mischung vermischt.
  • Drei Schichten des Grünbandes, auf welchen eine Schicht einer siebdruckfähigen Tinte gemäß der Erfindung oben aufgebracht ist, werden laminiert durch Vorheizen für eine Minute bei 185°F (85°C), gefolgt von einer Erhitzung für 30 Sekunden auf jeder Seite unter einer Last von 1000 Pfund (454 kg). Ein gewünschtes Aussparungsmuster wird in den Bandstapel eingestanzt. Drei zusätzliche Schichten des obigen Grünbandes werden laminiert durch Vorheizen für eine Minute bei 185°F (85°C), gefolgt von einer Erhitzung für 30 Sekunden auf jeder Seite unter einer Last von 300 Pfund (136 kg). Die Laminate werden ausgerichtet und auf ein Trägersubstrat laminiert.
  • Die Maßhaltigkeit bzw. Kontrolle über die Maße der Aussparungen wird eingehalten ohne das Erfordernis von Einsätzen oder Werkzeugen während des Schrittes des Brennens, wodurch die Kosten der Herstellung der mehrlagigen gedruckten Schaltkreisstapel reduziert werden. Die Erfindung wird mit den folgenden Beispielen und Steuerungsvorgängen weiter veranschaulicht, jedoch soll die Erfindung nicht auf die darin beschriebenen Einzelheiten beschränkt werden.
  • Es wurden drei siebdruckfähige Tinten hergestellt. Das verwendete Glas war dasselbe wie das Glas, welches zur Herstellung des Grünbandes verwendet wurde.
  • Die Tinte A wurde aus gleichen Gewichtsteilen von 10 g aus jeweils pulverisiertem, vorkristallisiertem Glas und ungebranntem Glas hergestellt, aus welchem auch das Grünband hergestellt wurde, sowie aus 1,0 g einer Kunstharz-Lösungsmittel-Mischung und 0,2 g Lecithin.
  • Die Tinte B wurde in ähnlicher Weise hergestellt, abgesehen davon, daß 17,0 g des Glases des Grünbandes mit 3 g ultrafeinem Titanoxid gemischt wurden.
  • Die Tinte C wurde in ähnlicher Weise hergestellt, abgesehen davon, daß 14,0 g Aluminiumoxid mit einer Teilchengröße von etwa 11 Mikrometern und 6,0 g des ungebrannten Glases verwendet wurden.
  • Beispiele 1–2
  • Die Tinten A und B wurden jeweils im Siebdruckverfahren auf mehrlagige Bänder aufgebracht, wie sie in 2D dargestellt sind, und die Laminate wurden gemeinsam auf ein kupferumhülltes Molybdän-Trägersubstrat aufgebrannt. In den Beispielen 1 und 2 wurde der mehrlagige Stapel so gestanzt, daß er 24 quadratische Aussparungen mit einer Seitenlänge von 225 mil (5,72 mm) hatte.
  • Nach dem Brennen betrug die durchschnittliche Aussparungsgröße des auf den Träger aufgebrachten mehrlagigen Stapels, welcher mit der durch Siebdruck aufgebrachten Tinte A versehen war, durchschnittlich 226,91 ± 0,37 mil (5,76 ± 0,01 mm) (Aufweitung von etwa 0,85%).
  • In Beispiel 2 wurde die Tinte B verwendet. Die durchschnittliche Aussparungsgröße nach dem Brennen betrug 227,29 ± 0,67 mil (5,77 ± 0,02 mm) (etwa 1,0% Aufweitung).
  • Beispiel 3
  • Ein Grünbandstapel nach Anspruch 1, welcher mit der Tinte C im Siebdruckverfahren beschichtet war, wurde so gestanzt, daß er ein komplexes Muster aus 16 quadratischen Aussparungen aufwies, wie es in 3C dargestellt ist. Die größte Öffnung d1 betrug 240 mil/Seite (6,10 mm/Seite) und hatte eine Tiefe h1. Eine zweite, kleinere Öffnung d2 mit einer Seitenlänge von 180 mil (4,57 mm/Seite) wurde durch das Substrat 206 gestanzt.
  • Nach dem Brennen und Entfernen des mit Siebdruck aufgebrachten Glas/Keramik-Materials betrug die durchschnittliche Aussparungsgröße der größeren Öffnungen d1 240,99 ± 0,50 mil (6,12 ± 0,01 mm) (etwa 0,41 % Aufweitung). Die durchschnittliche Aussparungsgröße nach dem Brennen für die kleineren Öffnungen d2 betrug 81,18 ± 0,51 mil (4,60 ± 0,01 mm) (etwa 0,66% Aufweitung).
  • Vergleichsbeispiel
  • Die Grünbandstapel nach Beispiel 1, jedoch ohne die siebdruckfähige Tinte, wurden gestanzt, um ein Muster aus 24 Aussparungen mit einer Seitenlänge von 225 mil (5,72 mm/Seite) zu bilden. Eine Gruppe von Grünbandstapeln erhielt in die Aussparungen eingesetzte Aussparungsstopfen. Die gestanzten und gebrannten Kavitätsmaße sind nachstehend wiedergegeben und mit Aussparungen verglichen, welche während des Brennens eingesetzte Aussparungsstopfen aus Aluminiumoxid hatten.
  • Figure 00100001
  • Demnach hält das vorliegende Verfahren sehr enge Toleranzen für die Aussparungsmaße während des Brennens ein und im Durchschnitt beträgt der Unterschied zwischen der maximalen und minimalen Veränderung der Maße der Aussparungen während des Brennens weniger als 0,5%. Die Änderung der Maße ergibt sich immer in Richtung einer Erweiterung anstatt als Schrumpfung. Im Vergleich zeigen die unbeschichteten Laminate der Kontrollbeispiele mit einer durchschnittlichen Änderung der Maße von 6–11 %, daß sich die ungeschützten Kavitäten während des Brennens viel stärker erweitern.
  • Das Siebdrucken der Tinte der Erfindung auf freiliegende Abschnitte von entsprechend einem Muster ausgebildeten mehrschichtigen Stapeln hält die Ebenheit der Ränder der Muster und der Bodenschicht, falls vorhanden, während der Laminierung, der Colaminierung (mit dem Trägersubstrat) und während des Brennens aufrecht.
  • Wenn besonders dichte bzw. eng gepackte Schaltungen auf der Oberseite und den Rändern der entsprechend einem Muster ausgebildeten mehrlagigen Stapel verwendet werden, kann die Tinte der Erfindung im Siebdruckverfahren in einem Muster aufgebracht werden, welches das Negativ des Schaltkreismusters ist. Demnach wird eine ebene Schicht des Schaltkreises und der Tinte erhalten, die während der Brennprozedur beibehalten wird. In einem solchen Fall ist es bevorzugt, daß zumindest etwa 30 Gew.-% oder mehr aus einem kristallisierten oder vorgebrannten Glas verwendet wird, um die siebdruckfähige Tinte gemäß der Erfindung herzustellen.
  • Auch wenn die Erfindung in Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben worden ist, können verschiedene Änderungen an den verwendeten Materialien und der Brennprozedur vorgenommen werden, wie es für Fachleute auf dem Gebiet bekannt ist, und all dies soll hier umfaßt sein. Die Erfindung ist nur durch den Schutzumfang der anhängenden Ansprüche beschränkt.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Ausbilden einer mehrschichtigen gedruckten Schaltkreisplatine, die auf ein metallisches Trägersubstrat gebondet ist und eine eingestanzte Kavität hat, mit den Merkmalen a) Anlegen einer durch Siebdruck aufbringbaren Zusammensetzung (108), die ein Glas/Keramikpulver aufweist, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus Glas, einer Keramik und Mischungen daraus sowie einem organischen Hilfsmittel, und zwar auf die oberste Schicht (102) eines Grünbandstapels, wobei das Glas/Keramikpulver eine erste Temperatur hat, die zumindest so hoch ist wie das Glas des Gründbandes, b) Laminieren des Grünbandstapels, c) Ausstanzen einer Kavität (120) aus dem laminierten Grünbandstapel (100), d) Laminieren des in Schritt c) erhaltenen Stapels auf ein metallisches Trägersubstrat (132), auf welchem sich ein Bondingglas befindet, und e) Brennen des Grünbandes oberhalb der Sintertemperatur des Glases.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin aufweist, daß in Schritt c) der gestanzte laminierte Gründbandstapel (100) auf einen weiteren laminierten Gründbandstapel (122) laminiert wird.
  3. Verfahren zum Ausbilden einer entsprechend einem Muster ausgebildeten mehrschichtigen gedruckten Schaltkreisplatine mit den Merkmalen: a) Herstellen einer keramischen, durch Siebdruck aufbringbaren Tinte (108), b) Drucken der Keramiktinte mittels Siebdruck auf der obersten Schicht (102) eines mehrschichtigen Gründbandstapels, c) Laminieren des Gründbandstapels, d) Stanzen einer Kavität (120) in den laminierten Gründbandstapel (100) und e) Brennen des mehrschichtigen, laminierten Grünbandstapels.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Glas/Keramikpulver aus einer Mischung des Glases und gebrannten Glases besteht oder die keramische Tinte (108) eine solche Mischung aufweist, welche verwendet wird, um das Grünband herzustellen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Glas/Keramikpulver Aluminiumoxid ist oder die keramische Tinte (108) dieses aufweist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Glas/Keramikpulver eine Mischung aus dem gebrannten Glas des Gründbandes und Titanoxid ist oder die keramische Tinte (108) eine solche Mischung aufweist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Muster eines leitfähigen, metallischen Schaltkreises sich auf freiliegenden Oberflächen des Gründbandstapels befinden, wobei das Verfahren das Aufbringen der Zusammensetzung (108) oder Drucken der Tinte (108) aufweist, um eine ebene Schicht über den leitfähigen, metallischen Schaltkreismustern auszubilden.
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