DE69835659T2

DE69835659T2 - Mehrschichtiges keramisches Substrat mit einem passiven Bauelement, sowie Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69835659T2
Application number: DE69835659T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi A170 Intellect. Property De Nagaokakyo-shi Sunahara
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-01-06
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2018-12-31
Also published as: JPH11195873A; KR19990067739A; EP0929207A2; EP0929207B1; JP3322199B2; KR100352780B1; US6153290A; EP0929207A3; DE69835659D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mehrlagenkeramiksubstrat und ein Verfahren zum Herstellen desselben, und insbesondere auf ein Mehrlagenkeramiksubstrat, das passive Komponenten umfasst, wie z. B. Kondensatoren und Induktoren, und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.
Beschreibung der verwandten Technik
Da elektronische Vorrichtungen kleiner geworden sind, wurden im Allgemeinen Keramiksubstrate verwendet, die aus einem Keramikisolator hergestellt und mit verschiedenen elektronischen Komponenten gepackt sind, die eine elektronische Schaltungsanordnung bilden. Vor kurzem wurden einstückige Mehrlagenkeramiksubstrate entwickelt, um eine erhöhte Packdichte zu erreichen und Hochfrequenzanforderungen zu erfüllen. Diese einstückigen Substrate werden hergestellt durch Laminieren einer Mehrzahl von Keramikschichten mit niedriger dielektrischer Konstante, die jeweils mit Schaltungsstrukturen durch Verwendung einer Paste versehen sind, die ein leitfähiges Material mit niedrigem Widerstand enthält, wie z. B. Ag, Ag-Pd-Legierung, Cu oder Au, und durch Brennen des resultierenden Laminats.
Um eine sogar noch höhere Packdichte zu erreichen, wäre. es vorteilhaft, ein Substrat durch Verwendung eines Materials mit einer niedrigen dielektrischen Konstante zu bilden und eine Struktur zu erzeugen, die in derselben zweidimensional oder dreidimensional passive Komponenten einlagert. Genauer gesagt ist die dreidimensionale Einlagerung von passiven Komponenten viel vorteilhafter als die zweidimensionale Einlagerung, im Hinblick auf die Packdichte, den Freiheitsgrad bei dem Schaltungsentwurf und die elektrischen Charakteristika. Das Erreichen einer dreidimensionalen Einlagerung erfordert ein sogenanntes heterologes, materialverbundenes Substrat, bei dem das Substratmaterial und das Material für passive Komponenten kombiniert sind, wobei das Material für passive Komponenten heterolog zu dem ersteren Material ist und ein Kondensatormaterial, Induktormaterial, Widerstandsmaterial etc. mit einer dielektrischen Konstante umfasst, die unterschiedlich zu der des Substratmaterials ist.
Um eine solche dreidimensionale Passivkomponenten-Einlagerungsstruktur zu erhalten, wurden üblicherweise die nachfolgenden Verfahren verwendet.
Ein erstes Verfahren wird ein Dickfilmverfahren genannt. Das Dickfilmverfahren umfasst die Schritte des Druckens von Strukturen unter Verwendung einer dielektrischen Paste und Ähnlichem auf Grünschichten, die in Substrate mit Hilfe einer Dickfilmbildungstechnik gebildet werden sollen, das Stapeln der Grünschichten und das Verbinden derselben mit Druck, und das Brennen der Schichten, um Kondensatoren und Ähnliches teilweise in die fertigen Mehrlagenkeramiksubstrate zu integrieren. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Nachteile.

(1) Da die Abweichung bei der Dicke der Paste auf der Schicht relativ groß ist und eine Druckpräzision der Paste nicht ausreichend ist, ist die Abweichung bei der Kapazität oder anderen Charakteristika relativ hoch.
(2) Die Paste auf der Grünschicht wird in Prozessen des Druckverbindens der Schichten und des Brennens deformiert, was eine Abweichung bei der Kapazität und ähnlichen Charakteristika verursachen kann.
(3) Ein wiederholtes Drucken und Laminieren der Schichten führt zu einer Verschlechterung der Oberflächenflachheit des gedruckten Abschnitts, was es schwierig macht, die Anzahl von Schichten des Laminats zu erhöhen, oder in dem Fall eines Kondensators, die Kapazität desselben zu erhöhen.

Ein zweites Verfahren ist in der japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer (Kokai) 288498/1986 beschrieben. Gemäß diesem Verfahren werden passive Keramikkomponenten vom Chiptyp, die vorangehend gesintert wurden, in ein Laminat integriert, das aus einer Mehrzahl von Keramikgrünschichten besteht, die in ein Substrat gebildet werden sollen. Dieser Prozess kann die Nachteile überwinden, die das erste Verfahren umfasst; ein Schrumpfverhalten muss jedoch strikt in der X-, Y- und Z-Richtung der Keramikgrünschichten gesteuert werden, und das Verfahren weist insofern einen weiteren Nachteil auf, dass die Materialien, die als Keramikgrünschichten zum Bereitstellen von Substraten verwendet werden können, beträchtlich eingeschränkt werden. Zusätzlich dazu umfasst das Verfahren folgende Probleme.

(1) Wenn die passiven Komponenten vom Chiptyp in dem Raum umfasst sind, der in einem Substrat gebildet ist, werden leicht unerwünschte Zwischenräume zwischen den passiven Komponenten und den entsprechenden Innenoberflächen gebildet, die sich senkrecht zu den Laminierebenen erstrecken, wobei die Zwischenräume die Bildung von Vertiefungen auf der Oberfläche eines Substrats verursachen. Genauer gesagt, wenn das Substrat aus einem Glas enthaltenden Material hergestellt ist, werden Vertiefungen deutlicher, und im schlimmsten Fall können Risse, die sich senkrecht zu den Laminierebenen erstrecken, in der Oberfläche des Substrats oder in der Schnittstelle zwischen den passiven Komponenten und dem Substrat erzeugt werden.
(2) Die Flachheit des Substrats neigt dazu, sich zu verschlechtern.
(3) Das Erreichen einer hohen Abmessungsgenauigkeit ist schwierig.
(4) Das Bilden einer winzigen Verdrahtung ist schwierig.

Als herkömmliche Verfahren zum Ermöglichen der Bildung einer hochdichten Verdrahtung bei einem Mehrlagenschaltungssubstrat sind die nachfolgenden Verfahren bekannt. Die Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer (Kokai) 4-243978 offenbart z. B. ein Verfahren, bei dem eine Schein-Grünschicht auf jede der oberen und unteren Oberflächen eines Laminatkörpers druckverbunden wird, um als ein Substrat zu dienen, das eine Mehrzahl von Grünschichten umfasst, die bei einer niedrigen Temperatur gebrannt werden können, wobei die Schein-Grünschicht nicht bei einer Brenntemperatur des Laminatkörpers schrumpft; dann wird das resultierende, druckverbundene Produkt bei einer relativ niedrigen Temperatur gebrannt; und nachfolgend wird die ungesinterte Schicht, die der Schein-Grünschicht zugewiesen ist, durch Abschälen derselben nach dem Brennen entfernt. Die japanische Kohyo-Veröffentlichung Nr. 5-503498 offenbart eine modifizierte Technik dieses Verfahrens; ein Druck wird ferner während des Brennens in einer Richtung senkrecht zu den Laminatebenen auf ein Laminat ausgeübt, das in ein Substrat gebildet werden soll.
Gemäß diesen Verfahren tritt ein Schrumpfen nicht ohne weiteres in der X-Y-Ebene auf, oder in anderen Worten in Richtungen parallel zu den Laminatebenen. Daher kann eine verbesserte Abmessungsgenauigkeit des resultierenden Substrats erhalten werden, wodurch ein Vorteil geliefert wird, dass ein Brechen der Verdrahtung nicht ohne weiteres auftritt, sogar wenn das Substrat eine hochdichte Verdrahtung aufweist. Diese Verfahren beziehen sich jedoch nicht auf den Fall, in dem passive Komponenten in einem Substrat enthalten sind.
Bezug nehmend wiederum auf ein Verfahren zum Herstellen von Mehrlagenschaltungsplatinen, die passive Komponenten enthalten, ist ein drittes Verfahren in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. (Kokai) 9-92983 offenbart. Diese Veröffentlichung offenbart ein Verfahren, das die nachfolgenden zwei Verfahren kombiniert; ein Verfahren, das sich auf das Verhindern der zuvor erwähnten Schrumpfung in der X-Y-Ebene eines Substrats bezieht, und das andere Verfahren, das sich auf eine Teileinlagerung eines Kondensators in der Form einer Schicht oder eines Dünnfilms in eine Mehrlagenschaltungsplatine bezieht. Dieses Verfahren ist geeignet für die Herstellung von Mehrlagenschaltungsplatinen, die passive Komponenten in denselben enthalten und eine hochdichte Verdrahtung aufweisen.
Bei diesem dritten Verfahren, wenn der dielektrische Abschnitt aus einer Schicht besteht, wird eine dielektrische Lage mit demselben Bereich wie dem des Substrats bereitgestellt. Folglich ist die dielektrische Lage freiliegend in einer Randfläche des Substrats und somit muss die dielektrische Lage dicht genug sein, um keine Durchdringung durch Feuchtigkeit zu erlauben. Um diese Anforderung zu erfüllen, wird Druck auf das Substrat sowohl von der unteren als auch oberen Oberfläche desselben während des Brennens ausgeübt, um dadurch die dielektrische Lage ausreichend dicht zu machen. Die Einschränkung bezüglich der Form der dielektrischen Lage verursacht jedoch unter anderem nachfolgende Nachteile:

(1) einen geringen Freiheitspegel beim Entwurf aufgrund einer laminaren bzw. geschichteten Platzierung des Dielektrikums in einem Substrat, und
(2) Probleme, wie z. B. Nebensprechen von Signalen, neigen dazu, aufzutreten.

Bei dem oben erwähnten dritten Verfahren, wenn der dielektrische Abschnitt durch Verwendung eines Dickfilms gebildet wird, ist manchmal ein Schritt umfasst, bei dem ein vertiefter Abschnitt in der Schicht für das Substrat derart gebildet wird, dass die Vertiefung der Region entspricht, in der ein dielektrischer Abschnitt gebildet werden soll, und nachfolgend die Vertiefung mit einer dielektrischen Paste gefüllt wird. In diesem Fall können unter den Problemen, die in dem vorangehend erwähnten ersten Verfahren umfasst sind, d. h. dem Dünnfilmverfahren, eine Positionsabweichung des Dickfilms und eine Abweichung bei Charakteristika, die durch Deformation der dielektrischen Paste während eines Druckverbindens der Substratschichten verursacht werden kann, vermieden werden; eine Abweichung bei der Dicke einer Paste bleibt jedoch weiterhin, obwohl dies weniger bedeutend sein kann. Ferner, da der dielektrische Abschnitt schwierig in eine Laminatstruktur zu bilden ist, bleibt ein weiteres Problem, dass eine große Kapazität nicht ohne weiteres erhalten werden kann.
Die US 5,661,882 bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer gleichzeitig bei niedrigerer Temperatur gebrannten elektronischen monolithischen Struktur mit einer oder mehreren elektronischen Komponenten, die in derselben integriert sind, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer grünen Elektronikkomponente, Bereitstellen eines Stapels eines grünen, dielektrischen Keramikbandes, das gleichzeitig bei niedriger Temperatur gebrannt wird, mit einer Öffnung, die in dem Stapel gebildet ist, zum Aufnehmen der grünen Elektronikkomponente, Platzieren der grünen Elektronikkomponente in der Öffnung in dem Stapel, um eine Struktur zu bilden; und Laminieren und Brennen der Struktur, um eine monolithische, elektronische Struktur zu schaffen.
Die DE 196 28 680 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrlagenkeramiksubstrats. Eine Kondensa torlage wird auf einer Grünschicht einer bei niedriger Temperatur gleichzeitig brennbaren Keramik mit Hilfe von Drucken gebildet. Die Grünschicht mit der Kondensatorlage und einer Mehrzahl von anderen Grünschichten werden miteinander in ein Substratlaminat gebildet. Zwei Trenn-Grünschichten eines Aluminasystems, jeweils ungesintert unter 1.000°C, werden weiter auf die Oberseite bzw. die Unterseite des Substratlaminats laminiert. Das erhaltene Laminat wird bei einer Temperatur im Bereich zwischen 800°C und 1.000°C unter einem Druck im Bereich zwischen 2 und 20 kgf/cm² gebrannt. Die Trenn-Grünschichten, die an den Seitenoberflächen des Substrats haften, werden nach dem Brennen entfernt. Nachfolgend wird eine Verdrahtungsstruktur auf das Substrat gedruckt, die dann bei einer Temperatur im Bereich zwischen 800 und 1.000°C gebrannt wird.
Im Hinblick auf das oben Erwähnte ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die die oben erwähnten Probleme löst, ein Verfahren zu schaffen zum Herstellen eines Mehrlagenkeramiksubstrats, das eine passive Komponente in demselben einlagert und mehrere Funktionen, eine hohe Packdichte und eine hohe Präzision realisiert, und ein Mehrlagenkeramiksubstrat zu schaffen, das durch das Verfahren erhalten wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Mehrlagenkeramiksubstrat gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 12 bis 25 gelöst.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung offensichtlich, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittansicht eines Mehrlagenkeramiksubstrats 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Ersatzschaltungsdiagramm, hergeleitet aus dem Mehrlagenschaltungssubstrat 1, das in 1 gezeigt ist.
3 ist eine Querschnittansicht zum Beschreiben eines Verfahrens zum Herstellen des Mehrlagenkeramiksubstrats 1, das in 1 gezeigt ist, die Keramikgrünschichten 2g bis 8g, Kompaktblöcke 10g und 11g und schichtartige Träger 48 und 49 zeigt.
4 ist eine Querschnittansicht, in der Keramikgrünschichten 4g bis 7g und Kompaktblöcke 10g und 11g separat gezeigt sind.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das Mehrlagenkeramiksubstrat 1 ein Laminat 9 mit einer Mehrzahl von laminierten Keramiklagen 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8, die aus einem isolierenden Keramikmaterial gebildet sind. Ein Kondensator 10, ein Induktor 11 und ein Widerstand 12 sind in das Laminat 9 als passive Komponenten eingebaut. Das Laminat 9 ist mit Verdrahtungsleitern 13, 14, 15, 16, 17 und 18 versehen, zum Fertigstellen einer Verdrahtung zwischen dem Kondensator 10, dem Induktor 11 und dem Widerstand 12 und Außenanschlussleitern 19a und 19b, die auf der Außenoberfläche des Mehrlagenkeramiksubstrats 1 angeordnet sind. Somit bildet das Mehrlagenkeramiksubstrat 1 die Schaltung, die in 2 gezeigt ist.
Das Mehrlagenkeramiksubstrat 1 mit dem vorangehenden Aufbau wird wie folgt hergestellt. 4 ist eine Querschnittansicht zum Beschreiben des Verfahrens zum Erhalten der Komponenten, die in 3 gezeigt sind.
Es sind individuell vorgesehen ein Kompaktblock zum Erzeugen eines Kondensators 10g, der ein Grün-Keramik-Funktionsmaterial enthält, das zum Bilden des oben erwähnten Kondensators 10 verwendet wird, und ein Kompaktblock zum Erzeugen eines Induktors 11g, der ein Grün-Keramik-Funktionsmaterial enthält, das zum Bilden des Induktors 11 verwendet wird.
Der Kompaktblock zum Erzeugen eines Kondensators 10g enthält ein dielektrisches Keramikmaterial und weist eine Laminierstruktur auf, wobei eine Mehrfachlage aus internen Leitern 21 aus einer dielektrischen Grünschicht 20, die das dielektrische Keramikmaterial enthält, gebildet wird. Anschlusselektroden 22 und 23 werden auf gegenüberliegenden Randoberflächen des Kompaktblocks 10g gebildet. Die internen Leiter 21 werden abwechselnd mit der Anschlusselektrode 22 und der Anschlusselektrode 23 verbunden, wie in dem Fall einer internen Elektrode bei bekannten, laminierten Keramikkondensatoren.
Der Kompaktblock zum Erzeugen eines Induktors 11g enthält ein magnetisches Keramikmaterial, das als ein Keramikfunktionsmaterial dient und eine Laminierstruktur aufweist, wobei eine Mehrfachlage aus internen Leitern 25 aus einer Magnetmateriallage 24 gebildet ist, die das Keramikmagnetmaterial enthält. Anschlusselektroden 26 und 27 sind auf gegenüberliegenden Randoberflächen des Kompaktblocks 11g gebildet. Die internen Leiter 25 sind miteinander z. B. durch einen Durchgangslochleiter 28 verbunden, der Magnetschichten 24 durchdringt und bilden in ihrer Gesamtheit einen spulenartigen Leiterweg.
Der Kompaktblock 10g und der Kompaktblock 11g können bei 1.000°C oder weniger gebrannt werden.
Glas, Keramik oder eine Mischung aus Glas und Keramik wird vorteilhaft als Keramikmaterial verwendet, d. h., dielektrische Keramikmaterialien und magnetische Keramikmaterialien. Genauer gesagt wird durch ein Rakelmesserverfahren ein Keramikschlamm, der durch Mischen eines organischen Trägers mit einem Bariumtitanatpulver erhalten wird, das einen geringen Betrag an Borosilikatglas enthält, in eine Schicht geformt, die als die dielektrische Materialschicht 20 verwendet werden kann. Inzwischen wird durch ein Rakelmesserverfahren ein Keramikschlamm, der durch Mischen eines organischen Trägers mit einem Nickel-Zink-Ferritpulver erhalten wird, das eine geringe Menge an Borosilikatglas enthält, in eine Schicht geformt, die als die magnetische Materialschicht 24 verwendet werden kann.
Als Leiter, die den internen Leiter 21, die Anschlusselektroden 22 und 23, den internen Leiter 25, die Anschlusselektroden 26 und 27 und den Durchgangslochleiter 28 bilden, wird vorteilhaft eine elektrisch leitfähige Paste eingesetzt, die als primäre Komponente zumindest eine Art enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ag, Ag-Pt-Legierung, Ag-Pd-Legierung, Au, Ni, Pd, Pt, W, Mo und Cu.
Die internen Leiter 21 und 25 können gebildet werden durch Aufbringen der oben erwähnten, leitfähigen Paste auf die dielektrische Materialschicht 20 bzw. die magnetische Materialschicht 24 durch Siebdrucken, um dadurch eine spezifische Struktur zu liefern.
Um die kompakten Blöcke 10g und 11g zu erhalten, wie oben erwähnt wurde, werden eine vorbestimmte Anzahl von dielektrischen Materialschichten 20, in denen die internen Leiter gebildet sind, und eine vorbestimmte Anzahl von magnetischen Materialschichten 24, in denen die internen Leiter 25 gebildet sind, laminiert, und die resultierenden Laminate werden vorzugsweise einem Druckverbindungsschritt unterzogen, bei dem z. B. ein Hydrodruck von 200 kg/cm² ausgeübt wird.
Es werden ferner Keramikgrünschichten 2g, 3g, 4g, 5g, 6g, 7g und 8g bereitgestellt, die ein isolierendes Keramikmaterial enthalten zum Bilden der oben erwähnten Keramiklagen 2 bis 8. Diese isolierenden Keramikmaterialien, die in den Keramikgrünschichten 2g bis 8g enthalten sind, sind unterschiedlich zu jenen, die in den oben erwähnten kompakten Blöcken 10g und 11g enthalten sind.
Die Keramikgrünschichten 2g bis 8g werden im Voraus bearbeitet oder behandelt, um den oben erwähnten kompakten Block zum Herstellen eines Kondensators 10g und den kompakten Block zum Herstellen eines Induktors 11g zu erzeugen oder um den oben erwähnten Widerstand 12, die Verdrahtungsleiter 13 bis 18 und die externen Anschlussleiter 19a und 19b zu bilden.
Genauer gesagt werden eine Reihe von Durchgangslöchern 30, 31, 32 und 33, die kollektiv einen Raum 29 bilden zum Aufnehmen des oben erwähnten, kompakten Blocks zum Herstellen eines Kondensators 10g und eine Reihe von Durchgangslöchern 35, 36, 37 und 38, die kollektiv einen Raum 34 bilden zum Aufnehmen des oben erwähnten kompakten Blocks zum Herstellen eines Induktors 11g, im Voraus in den Keramikgrünschichten 4g, 5g, 6g bzw. 7g gebildet.
Ferner wird eine Reihe von Durchgangslöchern 39, 40, 41, 42, 43 und 44 zum Bilden des Verdrahtungsleiters 13 im Voraus in den Keramikgrünschichten 2g, 3g, 4g, 5g, 6g bzw. 7g gebildet. Ein Durchgangsloch 45 zum Bilden des Verdrahtungsleiters 15 wird im Voraus in der Keramikgrünschicht 3g gebildet. Eine Reihe von Durchgangslöchern 46 und 47 zum Bilden des Verdrahtungsleiters 18 werden im Voraus in den Keramikgrünschichten 2g bzw. 3g gebildet. In den Durchgangslöchern 39 bis 47 ist eine elektrisch leitfähige Paste zum Bilden von Verdrahtungsleitern 13, 15 und 18 bereitgestellt.
Durch ein Verfahren, wie z. B. Siebdrucken, wird auf die Keramikgrünschicht 2g eine elektrisch leitfähige Paste aufgebracht, die die externen Anschlussleiter 19a und 19b bildet, um in Kontakt mit der leitfähigen Paste in den Durchgangslöchern 39 bzw. 46 zu kommen.
Durch ein Verfahren, wie z. B. Siebdrucken, wird auf die Keramikgrünschicht 3g eine elektrisch leitfähige Paste aufgebracht, die die Verdrahtungsleiter 16 und 17 bildet, um in Kontakt mit der leitfähigen Paste in den Durchgangslöchern 45 bzw. 47 zu kommen. Ein Dickfilmwiderstand, der den Widerstand 12 bildet, ist vorgesehen, um die elektrisch leitfähige Paste, die den Verdrahtungsleiter 16 bildet, und die, die den Verdrahtungsleiter 17 bildet, zu verbinden. Als die Widerstandspaste, die den Dickfilmwiderstand bildet, wird vorzugsweise eine Mischung aus einem organischen Träger und einem Rutheniumoxidpulver verwendet, das eine geringe Menge an Borosilikatglas enthält.
Durch ein Verfahren, wie z. B. Siebdrucken, wird auf die Keramikgrünschicht 8g eine elektrisch leitfähige Paste aufgebracht, die den Verdrahtungsleiter 14 bildet, um in Kontakt mit einer elektrisch leitfähigen Paste in dem Durchgangsloch 44 zu kommen und sie zu der Innenseite der Räume 29 und 34 freizulegen, wenn die Keramikgrünschichten 2g bis 8g laminiert sind, d. h. um in Kontakt mit den Anschlusselektroden 23 und 27 der Kompaktblöcke 10g und 11g zu kommen.
Als die elektrisch leitfähige Paste, die die oben erwähnten Verdrahtungsleiter 13 bis 18 und die externen Anschlussleiter 19a und 19b bildet, wird vorteilhaft eine elektrisch leitfähige Paste eingesetzt, die als primäre Komponente zumindest eine Art enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ag, Ag-Pt-Legierung, Ag-Pd-Legierung, •Au, Ni, Pd, Pt, W, Mo und Cu besteht.
Als die isolierenden Keramikmaterialien, die in den Keramikgrünschichten 2g bis 8g enthalten sind, wird vorzugsweise ein isolierendes Material verwendet, das bei 1.000°C oder weniger gebrannt werden kann, wie z. B. Glas oder eine Mischung aus Glas und Keramik. In diesem Fall sind die Gewichtsverhältnisse von Glas und Keramik 100/0 bis 5/95. Wenn die Verhältnisse weniger sind als 5/95 beträgt die Brenntemperatur mehr als 1.000°C. Dies ist insofern nachteilhaft, dass eine Auswahl der Materialien, wie z. B. der oben erwähnten Verdrahtungsleiter 13 bis 18, dann eingeschränkt ist.
Genauer gesagt kann im Hinblick auf die Keramikgrünschichten 2g bis 8g ein Keramikschlamm verwendet werden, der durch Mischen eines organischen Trägers, eines Borosilikatglaspulvers und eines Bariumtitanatpulvers und Formen der Mischung in eine Schicht durch ein Rakelmesserverfahren erhalten wird. Die Keramikgrünschichten 2g bis 8g, die aus solchen Materialarten erhalten werden, können bei einer Temperatur bis hinunter zu 800-1.000°C gebrannt werden.
Durch Verwendung der somit erhaltenen kompakten Blöcke 10g und 11g und der Keramikgrünschichten 2g bis 8g wird das Verbundgrünlaminat 1g, das das Mehrlagenkeramiksubstrat 1 bildet, wenn es gebrannt wird, wie folgt erzeugt.
Zuerst werden die Keramikgrünschichten 4g bis 7g im Voraus laminiert, wie in 4 gezeigt ist.
Als Nächstes wird eine Paste 50g aufgebracht, die ein Metall, das während des Brennens eines Oxidationsreaktion induziert, begleitet durch eine Ausdehnung, und eine optionale anorganische Verbindung enthält. Die Paste 50g wird gebildet durch Kneten des oben erwähnten Metallpulvers und des optionalen anorganischen Verbundpulvers durch Verwen dung eines organischen Trägers auf bekannte Weise. Als Metall, das in der Paste 50g enthalten ist, wird vorteilhafterweise zumindest eine der Arten verwendet, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Si, Ti, Fe, Cu, Mo, W, Cr und Zn besteht. Als anorganische Verbindung wird vorteilhafterweise Keramik, Glas oder eine Mischung aus Keramik und Glas verwendet. Spezifischere Beispiele umfassen Bi₂O₃, CuO, SiO₂, TiO₂, CaO und BaO. Die Gewichtsverhältnisse der oben erwähnten Metall- und anorganischen Verbindung sind vorzugsweise 100/0 bis 5/95. Wenn die Verhältnisse weniger sind als 5/95, wird eine schlechte Wirkung erhalten, aufgrund der Ausdehnung des Metalls, das durch Brennen oxidiert wird.
Wie in 4 gezeigt ist, wird die Paste 50g auf die Innenwände der Räume 29 und 34 aufgebracht, die auf den laminierten Keramikgrünschichten 4g bis 7g gebildet sind, und wird ferner auf die Außenwände aufgebracht, gegenüberliegend zu den Innenwänden der Räume 29 und 34, die den Außenoberflächen der kompakten Blöcke 10g und 11g entsprechen.
Nachfolgend, wie in 3 gezeigt ist, werden die kompakten Blöcke 10g und 11g in die Räume 29 bzw. 34 gebildet, um dadurch die Paste 50g in die Räume 29 und 34 zwischen den Innenwänden zu positionieren, die sich senkrecht zu den Laminierebenen der Keramikgrünschichten 4g bis 7g und den kompakten Blöcken 10g bzw. 11g erstrecken. Um eine solche Positionierung der Paste 50g zu erhalten, wird die Paste entweder auf die Innenwände der Räume 29 und 34 oder die Außenwände der kompakten Blöcke 10g und 11g oder beides aufgebracht.
Wenn die kompakten Blöcke 10g und 11g in die Räume 29 und 34 eingebaut sind, wie oben erwähnt wurde, sind die Anschlusselektroden 22, 23, 26 und 27 freiliegend von den entsprechenden Öffnungen der Räume 29 und 34. Dann wird der Schritt des Druckverbindens z. B. bei einem Hydrodruck von 500 kg/cm² ausgeführt, um dadurch die Keramikgrünschichten 4g bis 7g mit Druck zu verbinden. Somit wird die Zwischenlagenhaftung zwischen den Keramikgrünschichten 4g bis 7g verbessert und eine Zwischenraumhaftung zwischen den kompakten Blöcken 10g und 11g und der Paste 50g und die zwischen der Paste 50g und den Innenwänden der Räume 29 und 34 wird ebenfalls verbessert.
Dann werden die Keramikgrünschichten 2g und 3g an die oben erwähnten Keramikgrünschichten 4g bis 7g laminiert und eine Keramikgrünschicht 8g wird unter die Grünschichten 4g bis 7g laminiert, um dadurch das Verbundlaminat 1g zu erhalten. Bei dem Verbundlaminat 1g wird eine elektrisch leitfähige Paste in den Durchgangslöchern 39 bis 44 angeordnet und bildet den Verdrahtungsleiter 13, der mit dem Verdrahtungsleiter 14 verbunden ist; eine elektrisch leitfähige Paste, die in dem Durchgangsloch 45 angeordnet ist, wird mit der Anschlusselektrode 22 des kompakten Blocks 10g verbunden; und eine elektrisch leitfähige Paste, die in den Durchgangslöchern 46 und 47 angeordnet ist, bildet den Verdrahtungsleiter 18 und ist mit der Anschlusselektrode 26 des kompakten Blocks 11g verbunden. Die Anschlusselektroden 23 und 27 der kompakten Blöcke 10g und 11g sind mit dem Verdrahtungsleiter 14 verbunden.
Wie oben erwähnt wurde, wird die Paste 50g auf die Oberflächen aufgebracht, die aus den Öffnungen der Räume 29 und 34 in dem kompakten Block 10g und 11g freiliegend sind, bevor die Keramikgrünschichten 2g, 3g und 8g auf und unter die Keramikgrünschichten 4g bis 7g laminiert werden, oder die Paste wird auf die Schnittstelle zwischen den Keramikgrünschichten 3g und 4g oder die Schnittstelle zwischen den Keramikgrünschichten 7g und 8g aufgebracht. Es muss nicht erwähnt werden, dass die Aufbringung der Paste nicht immer angemessen ist, da die Paste 50g unter solchen Bedingungen aufgebracht werden muss, dass der oben erwähnte elektrische Kontakt nicht blockiert ist, sie könnte jedoch zufriedenstellend eingesetzt werden, abhängig von den Verdrahtungs bedingungen, wenn die Verdrahtung, die in 3 gezeigt ist, erforderlich ist.
Inzwischen sind auch schichtartige Stützen 48 und 49, gebildet aus Grün-Keramik bzw. Roh-Keramik, vorgesehen, die nicht bei der Sintertemperatur des Verbund-Grün-Laminats 1g gesintert werden. Wie oben erwähnt wurde, wenn die kompakten Blöcke 10g und 11g und die Keramikgrünschichten 2g bis 8g bei 1.000°C oder weniger gebrannt werden können, muss das Verbund-Grün-Laminat 1g, das aus denselben erhalten wird, bei 1.000°C oder weniger gebrannt werden können. Daher kann ein Material, das nicht bei 1.000°C gesintert wird, als das Material zum Herstellen der schichtartigen Träger 48 und 49 verwendet werden. Zum Beispiel wird vorteilhafterweise ein Keramikschlamm verwendet, der durch Mischen eines organischen Trägers und eines Pulvers aus Keramik erhalten wird, wie z. B. Alumina oder Zirkonerde, der nachfolgend in eine Schicht geformt wird.
Die schichtartigen Stützen 48 und 49 sind auf den Hauptoberflächen angeordnet, die an den Rändern senkrecht zu den Laminierebenen des Verbund-Grün-Laminats 1g angeordnet sind, d. h. sind auf den zwei Hauptoberflächen angeordnet. Das Verbund-Grün-Laminat 1g wird dann mit den schichtartigen Stützen 48 und 49 durch Druck verbunden. Zum Beispiel wird ein Hydrodruck von 1.000 kg/cm² während des Druckverbindungsschrittes ausgeübt.
Nachfolgend wird das Verbund-Grün-Laminat 1g gebrannt, z. B. in Luft bei 900°C, während es mit den schichtartigen Trägern 48 und 49 durch Druck verbunden wird. Während des Brennschrittes wird das Verbund-Grün-Laminat 1g vorzugsweise senkrecht zu den Laminierebenen über die schichtartigen Träger bzw. Stützen 48 und 49 gepresst. Durch den Schritt werden die kompakten Blöcke 10g und 11g gebrannt, um dadurch den gesinterten Kondensator 10 bzw. Induktor 11 zu bilden; die Keramikgrünschichten 2g bis 8g werden gebrannt, um dadurch das Laminat 9 zu bilden, das die Mehrzahl aus gesinterten Keramiklagen 2 bis 8 aufweist; und die Paste 50g wird gebrannt, um dadurch die gesinterte, zwischenpositionierte Schicht 50 zu bilden. So wird das vollständig gesinterte Mehrlagenkeramiksubstrat 1 erhalten.
Wenn dieser Brennschritt abgeschlossen ist, bleiben die schichtartigen Stützen 48 und 49 ungesintert und werden einfach durch Abschälen entfernt. Somit kann das gewünschte Mehrlagenkeramiksubstrat 1 durch Entfernen der schichtartigen Stützen 48 und 49 nach dem Abkühlen erhalten werden.
Da die oben erwähnten, schichtartigen Stützen 48 und 49 während des Brennschrittes nicht gesintert werden, wird kein wesentliches Schrumpfen erzeugt. Daher wird ein Schrumpfen in der X-Y-Ebene (Laminierebenen) des Verbund-Grün-Laminats 1 vorteilhaft unterdrückt, das sandwichartig von den schichtartigen Stützen 48 und 49 umgeben ist, d. h. die Ebene der Hauptoberfläche der Keramikgrünschichten 2g bis 8g. Dies verbessert die Abmessungsgenauigkeit des Mehrlagenkeramiksubstrats und verhindert das Auftreten von Problemen, z. B. das Brechen der minimal kleinen und hochdichten Verdrahtung, die aus den Verdrahtungsleitern 13 bis 18 hergestellt ist. Der Experiment bestätigt, dass der Kondensator 10, der Induktor 11 und der Widerstand 12 die Charakteristika gemäß Entwurf zeigen.
Wie oben erwähnt wurde, da das Schrumpfen in der X-Y-Ebene unterdrückt wird, kann das Sinterverhalten der kompakten Blöcke 10g und 11g und der Keramikgrünschichten 2g bis 8g ohne weiteres während eines gleichzeitigen Brennens derselben mit dem Verbundlaminat 1g synchronisiert werden. Somit kann jegliches einer großen Anzahl von Materialien zum Herstellen der kompakten Blöcke 10g und 11g und der Keramikgrünschichten 2g bis 8g verwendet werden.
Eine Ausdehnung tritt auf, wenn die Paste 50g gebrannt wird, um die zwischenpositionierte Schicht 50 zu bilden.
Genauer gesagt induziert während des Brennens das Material, das in der Paste 50g enthalten ist, eine Oxidationsreaktion, die von einer Ausdehnung begleitet wird. Wenn die Paste 50g keine anorganische Verbindung enthält, weist die zwischenpositionierte Schicht 50 nach dem Brennen sowohl ein Oxid des entsprechenden Metalls als auch ein komplexes Oxid auf, das durch eine Reaktion zwischen dem Metall und der Keramikkomponente gebildet wird, die in dem kompakten Block 10g oder 11g und den Keramikgrünschichten 4g bis 7g enthalten ist, die in Kontakt mit dem Metall kommen. Wenn die Paste 50g ein Metall und eine anorganische Verbindung enthält, weist nach dem Brennen die zwischenpositionierte Schicht 50 das oben erwähnte Metalloxid; eine komplexes Oxid, das durch eine Reaktion zwischen dem Metall und der Keramikkomponente gebildet wird, die in dem kompakten Block 10g oder 11g und den Keramikgrünschichten 4g bis 7g enthalten ist, die in Kontakt mit dem Metall kommen; eine anorganische Verbindung; und eine komplexe Verbindung, die durch eine Reaktion zwischen dem Metall und der anorganischen Verbindung gebildet wird, auf. Eine Ausdehnung könnte auch während der Reaktion zwischen dem Metall und der anorganischen Verbindung auftreten.
In dem Fall, in dem die Paste sowohl ein Metall als auch eine anorganische Verbindung enthält, und das Metall Al ist und die anorganische Verbindung Bi₂O₃ ist, umfassen Beispiele der gebildeten komplexen Verbindung Bi₂Al₄O₉. Auf ähnliche Weise können CuAl₂O₉, Al₂SiO₅, TiAl₂O₅, CaAl₄0₇ und BaAl₁₂O₉ als die komplexen Verbindungen gebildet werden, wenn CuO, SiO₂, TiO₂, CaO bzw. BaO als die anorganischen Verbindungen verwendet werden.
Eine solche Ausdehnung, die auftritt, wenn die Paste 50g gebrannt wird, um die zwischenpositionierte Lage 50 zu bilden, wirkt, um Zwischenräume zu kompensieren, die zwischen den Räumen 29 und 34 und den kompakten Blöcken 10g und 11g erzeugt werden. Wie oben erwähnt wurde, wird an den Abschnitten, wo die kompakten Blöcke 10g und 11g und die Keramikgrünschichten 3g und 8g gegenseitig gegenüberliegend sind, eine solche Zwischenraumerzeugung vergleichsweise einfach verhindert durch Pressen des Verbund-Grün-Laminats 1g senkrecht zu den Laminierebenen über die schichtartigen Stützen 48 und 49. An den Abschnitten jedoch, wo die Innenwände der Räume 29 und 34 sich senkrecht zu den Laminierebenen und den kompakten Blöcken 10g und 11g erstrecken und die Keramikgrünschichten 3g und 8g gegenseitig gegenüberliegend sind, hat eine Beschränkungskraft, die über die schichtartigen Stützen 48 und 49 übertragen wird, keine ausreichende Wirkung, und Zwischenräume werden ohne weiteres erzeugt.
Das oben erwähnte Ausdehnungsphänomen der Paste 50g ist besonders wirksam beim Kompensieren von Zwischenräumen, die an den Abschnitten erzeugt werden, wo die Innenwände der Räume 29 und 34, die sich senkrecht zu den Laminierebenen erstrecken, und die kompakten Blöcke 10g und 11g und die Keramikgrünschichten 3g und 8g gegenseitig gegenüberliegend sind.
Wenn die Paste 50g nicht vorgesehen ist oder die Paste 50g vorgesehen ist, aber nicht das oben erwähnte Metall enthält, könnten Zwischenräume an den Abschnitten erzeugt werden, wo die Innenwände der Räume 29 und 34, die sich senkrecht zu den Laminierebenen erstrecken, und die kompakten Blöcke 10g und 11g und die Keramikgrünschichten 3g und 8g gegenseitig gegenüberliegend sind. In diesem Fall könnte die Oberfläche des erhaltenen Mehrlagenkeramiksubstrats konkave Vertiefungen enthalten. In ernsteren Fällen wurde die Erzeugung von Rissen, die sich senkrecht zu den Laminierebenen an der Oberfläche des Mehrlagenkeramiksubstrats und der Schnittstelle mit einer passiven Komponente erstrecken, gemäß Experiment bestätigt.
Da die vorliegende Erfindung hierin Bezug nehmend auf die dargestellten Figuren des Ausführungsbeispiels beschrieben ist, ist eine Vielzahl von Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung möglich.
Zum Beispiel ist der Schaltungsentwurf, der bei dem dargestellten Mehrlagenkeramiksubstrat 1 eingesetzt wird, nur ein typisches Beispiel, das ein leichteres Verständnis der vorliegenden Erfindung ermöglicht, und die Erfindung kann gleichermaßen an Mehrlagenkeramiksubstrate angewendet werden, die jeglichen einer Vielzahl von Verdrahtungsentwürfen aufweisen.
Die kompakten Blöcke sind nicht auf eine einzelne Komponente wie z. B. einen Kondensator oder einen Induktor beschränkt, sondern umfassen ferner eine Zusammensetzung derselben, wie z. B. eine LC-Zusammensetzung, die einen Kondensator und einen Induktor aufweist.
Bei dem oben beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Räume 29 und 34 zum Aufnehmen der kompakten Blöcke 10g und 11g durch Durchgangslöcher 30 bis 33 und 35 bis 38 gebildet, die in den Keramikgrünschichten 4g bis 7g enthalten sind; ein Raum zum Aufnehmen eines kompakten Blocks kann jedoch durch einen konkaven Abschnitt gebildet sein, der in einer spezifischen Keramikgrünschicht vorgesehen ist, abhängig von der Größe und der Form des Blocks.
Wie hierin vorangehend beschrieben wurde, wird gemäß dem Mehrlagenkeramiksubstrat der vorliegenden Erfindung und einem Verfahren zum Herstellen desselben eine passive Komponente, die in ein Laminat eingebaut ist, das eine Mehrzahl von laminierten Keramikschichten, die für das Mehrlagenkeramiksubstrat vorgesehen sind, und einen Verdrahtungsleiter aufweist, monolithisch während des gleichzeitigen Brennens des Laminats und des kompakten Blocks, der das Funktions-Keramik-Grün-Material enthält, das in das Laminat eingebaut ist, gesintert. Daher werden die Charakteristika der passiven Komponente im Wesentlichen während des Schritts bestimmt, bei dem der kompakte Block erhalten wird. Die latenten Charakteristika des kompakten Blocks werden nach dem Sintern im Wesentlichen beibehalten. Daher, wenn der kompakte Block auf geeignete Weise hergestellt wird, werden die Charakteristika der passiven Komponente, die in das Mehrlagenkeramiksubstrat eingebaut ist, gemäß Entwurf realisiert. Somit wird ein Mehrlagenkeramiksubstrat mit stabilen Qualitäten geschaffen. Die vorliegende Erfindung realisiert auf einfache Weise ein Mehrlagenkeramiksubstrat mit mehreren Funktionen, hoher Packdichte, hoher Präzision und gutem Verhalten.
Die vorliegende Erfindung liefert ferner ein Mehrlagenkeramiksubstrat mit ausgezeichnetem Umweltwiderstand, wie z. B. Feuchtigkeitswiderstand, da die passive Komponente vollständig in das Laminat eingebaut ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die passive Komponente dreidimensional in dem Mehrlagenkeramiksubstrat angeordnet, um dadurch einen hohen Grad an Entwurfsfreiheit zu liefern, und Probleme wie z. B. Signalnebensprechen werden vorteilhaft verhindert.
Ferner wird gemäß dem Mehrlagenkeramiksubstrat der vorliegenden Erfindung eine zwischenpositionierte Lage zwischen einer Innenwand, die sich zumindest senkrecht zu den Laminierebenen des Laminats erstreckt, und der passiven Komponente gebildet, die in dem Raum angeordnet ist, in den ein kompakter Block, der ein Grün-Keramik-Funktionsmaterial zum Bilden der passiven Komponente enthält, eingebaut ist. Gemäß dem Verfahren zum Herstellen desselben wird während des Schritts des Brennens des Laminats die zwischenpositionierte Lage durch Brennen einer Paste erhalten, die ein Metall, das während des Brennens eine Oxidationsreaktion induziert, die durch eine Ausdehnung begleitet wird, und optional eine anorganische Verbindung enthält. Daher werden Zwischenräume, die zwischen dem Raum und dem Block erzeugt werden, vorteilhaft kompensiert, um dadurch eine zwischenrauminduzierte Erzeugung von Vertiefungen und Rissen auf der Oberfläche des Mehrlagenkeramiksubstrats zu verhindern und dadurch ein Mehrlagenkeramiksubstrat mit ausgezeichneter Zuverlässigkeit zu erhalten.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Mehrlagenkeramiksubstrats der vorliegenden Erfindung wird ein kompakter Block geschaffen, der ein Grün-Keramik-Funktionsmaterial zum Bilden der passiven Komponente und ein Verbund-Grün-Laminat enthält, in das der kompakte Grün-Block eingebaut wird, und das resultierende Laminat wird gebrannt. Daher ist eine strikte Steuerung des Schrumpfens während des Brennens nicht erforderlich, im Vergleich zu dem Fall, in dem die vorgebrannte passive Komponente gebrannt wird, während sie eingebaut ist. Dies erlaubt die Verwendung eines großen Bereichs aus Materialien zum Herstellen der Keramikgrünschicht, die das Laminat bildet.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Mehrlagenkeramiksubstrats der vorliegenden Erfindung wird im Voraus ein Raum zum Aufnehmen des kompakten Blocks bereitgestellt, zum Bilden der passiven Komponente in dem Verbund-Grün-Laminat. Daher wird die planare Oberfläche des erhaltenen Mehrlagenkeramiksubstrats gut beibehalten. Da eine unerwünschte Deformation und ein Brechen des Verdrahtungsleiters verhindert werden kann, kann eine hochdichte Verdrahtung mit einer hohen Abmessungsgenauigkeit und ohne Abweichung der Charakteristika realisiert werden. Die Anzahl von Laminierschichten der Keramiklage, die das Mehrlagenkeramiksubstrat bildet, kann erhöht werden, um dadurch auf einfache Weise ein Mehrlagenkeramiksubstrat mit gutem Verhalten zu schaffen.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Mehrlagenkeramiksubstrats der vorliegenden Erfindung wird das Verbund-Grün-Laminat gebrannt, während eine schichtartige Stütze, gebildet aus einer grünen Keramik, die nicht bei der Brenntemperatur des Verbund-Grün-Laminats gesintert wird, auf jeder der Hauptoberflächen vorgesehen ist, die am Rand des Ver bund-Grün-Laminats parallel zu den Laminierebenen angeordnet sind. Da die schichtartige Stütze nicht gesintert wird, wird kein wesentliches Schrumpfen erzeugt, um dadurch das Schrumpfen in der X-Y-Ebene (Laminierebenen) des Verbundlaminats zu unterdrücken, das sandwichartig durch die schichtartigen Stützen eingenommen wird. Daher erhöht sich die Abmessungsgenauigkeit des Mehrlagenkeramiksubstrats, um dadurch das Auftreten von Problemen zu verhindern, z. B. das Brechen von winzig kleiner und hochdichter Verdrahtung. Wie oben erwähnt wurde, da das Schrumpfen in der X-Y-Ebene unterdrückt wird, kann das Sinterverhalten der kompakten Blöcke und der Keramikgrünschichten ohne weiteres während eines gleichzeitigen Brennens derselben mit dem Verbundlaminat synchronisiert werden. Somit kann jegliches eines großen Bereichs von Materialien zum Herstellen der kompakten Blöcke und der Keramikgrünschichten verwendet werden.
Wenn das Verbund-Grün-Laminat gebrannt wird, während eine Last vorzugsweise senkrecht zu den Laminierebenen desselben über die oben erwähnten schichtartigen Stützen angelegt ist, wird eine Zwischenschichthaftung bei den Laminierebenen des Laminats verbessert. Dies verhindert zuverlässig die Erzeugung von unerwünschten Zwischenräumen zwischen den Räumen und den Blöcken sowie ein Ausdehnungsphänomen während des Brennens einer Paste, die das oben erwähnte Metall und die optionale anorganische Verbindung enthält.
Wenn bei der vorliegenden Erfindung zumindest eine Art, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Ti, Fe, Cu, Mo, W, Cr und Zn als das Metall zum Bilden der zwischenpositionierten Lage verwendet wird, kann während des Brennschrittes effektiv eine Oxidationsreaktion begleitet durch eine Ausdehnung induziert werden.
Ferner kann bei der vorliegenden Erfindung, wenn Keramik, Glas oder eine Mischung aus Keramik und Glas als die anorganische Verbindung in einer Mischung, die ein Metall und eine anorganische Verbindung enthält, oder in einer Paste verwendet wird, um die zwischenpositionierte Lage zu bilden, während des Brennschrittes ferner effektiv eine Oxidationsreaktion begleitet durch eine Ausdehnung induziert werden.
Wenn die Gewichtsverhältnisse des Metalls und der anorganischen Verbindung in der Paste, die die zwischenpositionierte Schicht bildet, 100/0 bis 5/95 sind, kann effektiv ein Ausdehnungsphänomen aufgrund der Oxidationsreaktion des Metalls induziert werden.
Ferner, wenn der kompakte Block, der eine passive Komponente bildet, eine Laminierstruktur aufweist, die eine Mehrfachlage aus internen Leitern aufweist, kann ein Kondensator mit hoher Kapazität oder ein Induktor mit hoher Induktivität erhalten werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann ein Verbundlaminat bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur gebrannt werden, z. B. 1.000°C oder weniger, wenn die Keramikfunktionsmaterialien, die in dem kompakten Block enthalten sind, Glas, Keramik oder eine Mischung aus Glas und Keramik enthalten oder die isolierenden Keramikmaterialien, die in der Keramikgrünschicht enthalten sind, die für das Verbundlaminat vorgesehen ist, Glas oder eine Mischung aus Glas und Keramik aufweisen und die Gewichtsverhältnisse von Glas und Keramik 100/0 bis 5/95 sind. Daher kann ohne Probleme ein Verdrahtungsleiter verwendet werden, der zumindest eine Art, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ag, einer Ag-Pt-Legierung, einer Ag-Pd-Legierung, Au, Ni, Pd, Pt, W, Mo und Cu, als eine primäre Komponente enthält. Im Hinblick auf die oben erwähnte schichtartige Stütze kann eine Stütze verwendet werden, die Alumina oder Zirkonerde enthält, was eine vergleichsweise hohe Verfügbarkeit und chemische Stabilität aufweist.
Während die Erfindung insbesondere Bezug nehmend auf bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben gezeigt und beschrie ben wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass die vorangehenden und andere Änderungen in Form und Detail hierin ausgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen.

Claims

Ein Mehrlagenkeramiksubstrat (1), das folgende Merkmale aufweist: ein Laminat (9), das zumindest einen Raum (29, 34) enthält und eine Mehrzahl von laminierten Keramiklagen (2-8) und zumindest einen Verdrahtungsleiter (13-18) aufweist; eine passive Komponente (10; 11), die in dem Raum (29, 34) in dem Laminat (9) angeordnet und elektrisch mit zumindest einem der Verdrahtungsleiter (13-18) verbunden ist; wobei die passive Komponente (10, 11) einen monolithisch gesinterten, kompakten Block (10g, 11g) aufweist, der ein Keramikfunktionsmaterial enthält, das sich von dem Material der laminierten Keramiklagen (2-8) unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage (50) zumindest zwischen der passiven Komponente (10, 11) und einer Wand des Raums positioniert ist (29, 34), wobei sich die Wand in einer Richtung senkrecht zu den Laminierebenen des Laminats (9) erstreckt; wobei die zwischenpositionierte Lage (50) aus einem gebrannten Material und optional einer anorganischen Verbindung besteht, die während des Brennens eine Oxidationsreaktion begleitet durch eine Ausdehnung induzieren.
Das Mehrlagenkeramiksubstrat (1) gemäß Anspruch 1, bei dem die Lage (50) ebenfalls auf einer Oberfläche der passiven Komponente (10, 11) zwischenpositioniert ist, wobei sich die Oberfläche in einer Richtung parallel zu den Laminierebenen des Laminats (9) erstreckt, oder auf einer Schnittstelle, die zwischen den laminierten Keramiklagen (2-8) angeordnet ist, die sich von der passiven Komponente (10, 11) erstrecken, wobei die Schnittstelle sich in einer Richtung parallel zu den Laminierebenen des Laminats (9) erstreckt.
Das Mehrlagenkeramiksubstrat (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Metall, das in der zwischenpositionierten Lage (50) enthalten ist, zumindest eine Art ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Ti, Fe, Cu, Mo, W, Cr und Zn.
Das Mehrlagenkeramiksubstrat (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die anorganische Verbindung Keramik, Glas oder eine Mischung aus Keramik und Glas aufweist.
Das Mehrlagenkeramiksubstrat (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Gewichtsverhältnisse des Metalls und der anorganischen Verbindung 100/0 bis 5/95 sind.
Das Mehrlagenkeramiksubstrat (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die passive Komponente (10, 11) einen Kondensator oder einen Induktor aufweist.
Das Mehrlagenkeramiksubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der kompakte Block (10g, 11g) eine Laminierstruktur aufweist und einen Mehrlagen-Innenleiter (21, 25) enthält.
Das Mehrlagenkeramiksubstrat (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Keramikfunktionsmaterial, das in dem kompakten Block (10g, 11g) enthalten ist, Glas, Keramik oder eine Mischung aus Glas und Keramik aufweist.
Das Mehrlagenkeramiksubstrat (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Keramikisoliermaterial, das die laminierten Keramiklagen (2-8) bildet, Glas oder eine Mischung aus Glas und Keramik aufweist, wobei die Gewichtsverhältnisse von Glas und Keramik 100/0 bis 5/95 sind.
Das Mehrlagenkeramiksubstrat (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Verdrahtungsleiter (13-18) oder der Innenleiter als eine primäre Komponente zumindest eine Art aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ag, Ag-Pt-Legierung, Ag-Pd-Legierung, Au, Ni, Pd, Pt, W, Mo und Cu.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrlagen-Keramiksubstrats (1), das ein Laminat (9) mit einer Mehrzahl von laminierten Keramiklagen (2-8), die aus einem Keramikisoliermaterial gebildet sind, und zumindest einem Verdrahtungsleiter (13-18) und einer passiven Komponente (10, 11) umfasst, die in das Laminat (9) eingebaut ist und durch zumindest einen der Verdrahtungsleiter (13-18) verdrahtet ist, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines kompakten Blocks (10g, 11g), um die passive Komponente (10, 11) zu bilden, die ein Grünkeramik-Funktionsmaterial enthält; Bereitstellen eines Verbund-Grün-Laminats (1g), wobei das Verbund-Grün-Laminat zumindest einen Verdrahtungsleiter (13-18) und eine Mehrzahl von laminierten Keramikgrünschichten (2g-8g) aufweist, die ein Keramikisoliermaterial aufweisen, das sich von dem Keramikfunktionsmaterial unterscheidet, das in dem kompakten Block (10g, 11g) enthalten ist, wobei der kompakte Block (10g, 11g) in einem Raum (29, 34) des Verbund-Grün-Laminats (1g) eingebaut ist; Aufbringen einer Paste (50g) innerhalb eines Zwischenraums, der zumindest zwischen einer Wand des Raums (29, 34), wobei sich die Wand in einer Richtung senkrecht zu den Laminierebenen des Verbund-Grün-Laminats (1g) erstreckt, und dem kompakten Block (10g, 11g) angeordnet ist, wobei die Paste (50g) ein Metall enthält, das während des Brennens eine Oxidationsreaktion begleitet durch eine Ausdehnung induziert, oder wobei die Paste (50g) das Metall und eine anorganische Verbindung enthält; Anordnen einer schichtartigen Stütze (48, 49), die aus einer Grün-Keramik gebildet ist, die nicht bei der Brenntemperatur des Verbund-Grün-Laminats (1g) gesintert ist, auf jeder der Oberflächen, die an beiden Enden des Verbund-Grün-Laminats (1g), im Hinblick auf eine Richtung senkrecht zu den Laminierebenen des Verbund-Grün-Laminats (1g), angeordnet sind; Brennen des Verbund-Grün-Laminats (1g) in einem Zustand, in dem das Verbund-Grün-Laminat (1g) sandwichartig zwischen den schichtartigen Stützen (48, 49) angeordnet ist; und Entfernen der ungesinterten, schichtartigen Stützen (48, 49).
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem bei dem Schritt des Aufbringens der Paste (50g) die Paste (50g) ebenfalls auf eine Oberfläche des kompakten Blocks (10g, 11g) aufgebracht wird, wobei sich die Oberfläche in einer Richtung parallel zu den Laminierebenen des Verbund-Grün-Laminats (1g) erstreckt, oder auf eine Schnittstelle, die zwischen den laminierten Keramikgrünschichten (2g-8g) angeordnet ist, die sich von dem kompakten Block (10g, 11g) erstrecken, wobei sich die Schnittstelle in einer Richtung parallel zu den Laminierebenen des Verbund-Grün-Laminats (1g) erstreckt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, bei dem, bei dem Schritt des Brennens des Verbund-Grün-Laminats (1g), eine Last senkrecht zu den Laminierebenen des Verbund-Grün-Laminats (1g) über die schichtartige Stütze (48, 49) ausgeübt wird.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem der Schritt des Brennens des Verbund-Grün-Laminats (1g) bei 1.000°C oder weniger ausgeführt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem die schichtartige Stütze (48, 49) Aluminiumoxid oder Zirkonerde enthält.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem das Metall, das in der Paste (50g) enthalten ist, zumindest eine Art ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Ti, Fe, Cu, Mo, W, Cr und Zn.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem die anorganische Verbindung Keramik, Glas oder eine Mischung aus Keramik und Glas aufweist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem die Gewichtsverhältnisse des Metalls und der anorganischen Verbindung 100/0 bis 5/95 sind.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 18, bei dem bei dem Schritt des Brennens der kompakte Block (10g, 11g) gesintert wird, um einen Kondensator (10) oder einen Induktor (11) zu bilden.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19, bei dem der kompakte Block (10g, 11g) eine laminierte Struktur aufweist und einen Mehrlagen-Innenleiter (21, 25) aufweist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 20, bei dem das Keramikfunktionsmaterial, das in dem kompakten Block (10g, 11g) enthalten ist, Glas, Keramik oder eine Mischung aus Glas und Keramik aufweist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 21, bei dem das Keramikisoliermaterial, das in den Keramikgrünschichten (2g-8g) enthalten ist, die das Verbund-Grün-Laminat (1g) bilden, Glas oder eine Mischung aus Glas und Keramik aufweist, wobei die Gewichtsverhältnisse von Glas und Keramik 100/0 bis 5/95 sind.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 22, bei dem der Verdrahtungsleiter (13-18) oder der interne Leiter als eine primäre Komponente zumindest eine Art enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ag, Ag-Pt-Legierung, Ag-Pd-Legierung, Au, Ni, Pd, Pt, W, Mo und Cu.