DE3636335A1 - Metallisierungspaste - Google Patents

Metallisierungspaste

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DE3636335A1 DE19863636335 DE3636335A DE3636335A1 DE 3636335 A1 DE3636335 A1 DE 3636335A1 DE 19863636335 DE19863636335 DE 19863636335 DE 3636335 A DE3636335 A DE 3636335A DE 3636335 A1 DE3636335 A1 DE 3636335A1
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Description

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

Claims (21)

1. Metallisierungspaste, gekennzeichnet durch die Verbindung von Wolframpulver und einem organi­ schen Trägersystem in einem Gemisch mit einer für Siebdruck- Anwendungen geeigneten Viskosität.
2. Metallisierungspaste nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie Fritte-Material enthält.
3. Metallisierungspaste nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Fritte-Material einen oder mehrere der Bestandteile Aluminiumoxid, Cerfluorid, Bismutoxid und Siliciumoxid aufweist.
4. Metallisierungspaste nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Fritte-Material Aluminium­ oxid, Cerfluorid, Bismutoxid und Siliciumoxid in gleichen Gewichtsanteilen aufweist.
5. Metallisierungspaste nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Wolfram : Fritte in der Paste in dem Bereich 50 bis 100 Teile Wolframpulver : 50 bis 0 Teile Fritte-Material liegt.
6. Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des Wolframpulvers eine Größe von etwa 1 µm haben.
7. Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das organi­ sche Trägersystem ein Polymermaterial und ein Lösungsmittel aufweist.
8. Metallisierungspaste nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Polymermaterial Ethyl­ zellulose ist.
9. Metallisierungspaste nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Ter­ pineol ist.
10. Metallisierungspaste nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymermaterial Ethylcellulose und das Lösungsmittel Terpineol ist, wobei Ethylcellulose und Terpineol gewichtsmäßig im Verhältnis 1 : 12 gemischt sind.
11. Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des organischen Trägersystems zwischen 20% und 50% des Gewichts der Paste beträgt.
12. Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 20 Gew.-% Mangan enthalten sind.
13. Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 10 Gew.-% Nickel enthalten sind.
14. Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 20 Gew.-% Mangan und bis zu 10 Gew.-% Nickel enthalten sind.
15. Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß er unter Verwendung einer Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis 14 gebildet ist.
16. Gegenstand nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er ein Gehäuse für ein Halbleiter­ bauelement ist.
17. Halbleiter-Gehäuse, gekennzeichnet durch einen laminierten Stapel von Aluminiumoxidschichten, auf dem mittels Siebdruck mit einer Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zuerst ein rechteckiges Befestigungsfeld (12) für die Aufnahme eines Halbleiter- Bauelements und anschließend eine Vielzahl von Durchfüh­ rungen (16) aufgebracht ist, um eine externe elektrische Ver­ bindung mit dem Halbleiter-Bauelement zu ermöglichen.
18. Halbleiter-Gehäuse nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch den Stapel der Alu­ miniumoxidschichten eine Vielzahl von Durchlässen (22) ge­ bildet und mit einer Metallisierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis 14 gefüllt ist, um das leitfähige recht­ eckige Befestigungsfeld (12) mit einer weiteren leitfähigen Schicht elektrisch zu verbinden, die auf einer Außenfläche (30) des Gehäuses angeordnet und durch eine weitere Sieb­ druck-Schicht der Metallisierungspaste gebildet ist.
19. Halbleiter-Gehäuse nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zur Bildung des Be­ festigungsfeldes (12) verwendete Metallisierungspaste ein Gemisch von etwa 90 Gew.-Teilen Wolframpulver und etwa 10 Gew.-Teilen Fritte-Material, das Aluminiumoxid, Zer­ fluorid, Bismutoxid und Siliziumoxid in gleichen Gewichts­ anteilen aufweist, zusammen mit einem organischen Träger­ system aufweist, das etwa 9 Gew.-Teile Terpineol und 1 Gew.-Teil Ethylzellulose aufweist.
20. Halbleiter-Gehäuse nach Anspruch 18 oder 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die zur Bildung der Durchlässe (22) verwendete Metallisierungspaste ein Gemisch von etwa 99 Gew.-Teilen Wolframpulver und Gew.-Teil Fritte-Material, das Aluminiumoxid, Zerfluorid, Bismutoxid und Siliziumoxid in gleichen Gewichtsanteilen aufweist, zusammen mit einem organischen Trägersystem auf­ weist, das annähernd 9 Gew.-Teile Terpineol und 1 Gew.- Teil Ethylzellulose aufweist.
21. Halbleiter-Gehäuse nach Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bil­ dung der auf der Außenfläche (30) des Gehäuses angeordneten leitfähigen Schicht verwendete Metallisierungspaste ein Gemisch von 50 bis 60 Gew.-Teilen Wolframpulver und 50 bis 40 Gew.-Teilen Fritte-Material, das Aluminiumoxid, Zerfluorid, Bismutoxid und Siliziumoxid in gleichen Gewichtsanteilen aufweist, zusammen mit einem organischen Trägersystem auf­ weist, das etwa 9 Gew.-Teile Terpineol und 1 Gew.-Teil Ethylzellulose aufweist.
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