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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
mehrlagige Bauteile. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft
die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Ausbilden von Durchkontaktierungen in mehrlagigen Bauelementen.
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Probleme im
Fachgebiet
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Typischerweise werden induktive Komponenten
mittels eines um einen Kern, entweder magnetisch für hohe Induktivität oder nicht-magnetisch für niedrige
Induktivität,
gewickelten Drahtes hergestellt. Die Wicklung erfolgt typischerweise
von Hand oder mittels einer speziell ausgelegten Maschine. Dieser
Prozeß beschränkt jedoch
die Möglichkeit
einer Miniaturisierung, um den steigenden Bedarf für in hoher
Dichte oberflächenmontierbaren
Komponenten. Neue Typen induktiver Komponenten, nämlich oberflächenmontierbare
Typen werden benötigt,
um den Bedarf der Industrie zu befriedigen.
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Unterschiedliche Typen ebener Induktionsspulen
mit niedriger Induktivität
wurden auf einlagigen oberflächenmontierbaren
Chips hergestellt. Höhere
Induktivitätswerte
können
jedoch mit dieser Konfiguration nicht erreicht werden. Die Induktivität einer
Induktionsspule ist proportional zu der effektiven Querschnittsfläche sowie
zu der Anzahl von Wicklungen in der Induktionsspule. Die Erhöhung der Anzahl
von Wicklungen auf derselben ebenen Lage verringert die effektive
magnetische Querschnittsfläche.
Eine dritte Dimension in der Dicke kann vorteilhaft für das Hinzufügen von
Wicklungen zu der Induktionsspule unter Beibehaltung der Querschnittsfläche genutzt
werden kann.
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Um den Mehrlagenprozeß für Induktionsspulen
zu nutzen sind Zwischenverbindungen zwischen den Lagen zur Ausbildung
einer fortlaufenden Spule für
hohe Induktivitätswerte
erforderlich. Eine herkömmliche
Zwischenverbindung zwischen Lagen in einem mehrlagigen Bauteil wird
typischerweise mittels Durchkontaktierungslöcher erzielt, welche entweder
durch mechanisches Stanzen, chemisches Ätzen oder Laser erzeugt werden.
Sobald die Durchkontaktierungslöcher
ausgebildet sind, werden sie mit einem Leiter gefüllt. Vorrichtungen,
welche diesen Prozeß nutzen,
können
gedruckte Leiterplatten, Gehäuse
integrierter Schaltungen, mehrlagige keramische Induktionsspulen,
HF-Filter oder -Teilchen, usw. umfassen.
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Teilweise wegen der Komplexität und Haltbarkeit
eines mechanischen Stanzwerkzeuges ist ein Stanzwerkzeug sehr teuer
herzustellen und instandzuhalten. Die schnellste Durchkontaktierungslocherzeugung
mittels Laser beträgt
derzeit etwa 200 pro Sekunde, was immer noch zu langsam für einige mehrlagige
Bauteile ist. Chemische Ätzungen
sind sogar noch langsamer. In dem vom Wettbewerb geprägten Perlen/Induktionsspulen-Markt
sind diese Techniken für
eine Hochgeschwindigkeits-Massenproduktion nicht geeignet. Daher
besteht ein Bedarf nach einer Technik einer Durchkontaktierungsausbildung
welche schnell, zuverlässig
und wirtschaftlich ist.
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Ähnlich
zu den vorstehend beschriebenen Induktionsspulen wurden auch Kondensatoren
in der Form von oberflächenmontierbaren
Chips unter Verwendung mehrlagiger Keramikprozesse hergestellt. Bei
der Herstellung von mehrlagigen Keramikkondensatoren ist eine absolute
Isolation zwischen den Lagen des Dielektrikums erforderlich. Gelegentlich werden
einige Klumpen in der gedruckten Elektrode aufgrund von sich zusammen ballenden
Partikeln in der Elektrodentinte oder Schmutz aus unerwünschten
Quellen ausgebildet. Wenn der keramische Brei in dem Feuchtstapelungsprozeß über die
klumpige Elektrode gegossen wird, tendiert dieses zur Ausbildung
von Kurzschlüssen
in dem Kondensator. Ähnliche
Nachteile treten auch in dem (nachstehend beschriebenen) Trockenfolien-
oder Bandprozeßkondensatoren
auf. Dieses ist unerwünscht
und unkontrolliert, und deshalb ein Zufallsphänomen. Hersteller derartiger
Bauteile versuchen die Klumpen wesentlich kleiner als die Dicke
des Dielektrikums zu halten, um Qualitätskomponenten herzustellen.
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Die Herstellung typischer herkömmlicher Komponenten
wird nun beschrieben. Mehrlagige keramische Induktionsspulen oder
Chipteilchen werden aus abwechselnden Keramiklagen und durch diese Lagen
hindurch verbundene Leiterschleifen hergestellt. Diese Herstellung
kann primär
in zwei Techniken kategorisiert werden. Die erste Technik ist ein Band-(oder
auch Trockenfolien)-Prozeß.
Eine zweite Technik ist ein Feuchtstapelungsprozeß.
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Der Bandprozeß beinhaltet Bandgießen, Bandtrocknen,
Schneiden, Stapeln, Leiterdrucken, Leitertrocknen, ..., Stapeln,
Leiterdrucken, Leitertrocknen, Stapeln, Laminatpressen, Unterteilen, Organstoffe
ausbrennen, und Brennen. Eine weitere Variante des Bandprozesses
umfaßt
Bandgießen, Bandtrocknen,
Leiterdrucken, Leitertrocknen, Bandlagern, Stapellaminieren/Pressen,
Träger
ablösen, Unterteilen,
Organstoffe ausbrennen und Brennen. Bei der Herstellung von Komponenten
mit Zwischenverbindungen sind ein Durchkontaktierungsstanzprozeß entweder
nach dem Bandtrocknen oder Schneiden und ein Füllen des Durchkontaktierungsloches vor
oder gleichzeitig mit dem Leiterdrucken erforderlich. Eine genaue
und stetige Ausrichtung ist für
diesen Vorgang wesentlich. Wie vorstehend er wähnt kann die Ausbildung des
Durchkontaktierungsloches durch eine mechanische Stanzung, einen
Laser oder durch chemische Ätzung
erreicht werden. Wie erwähnt,
sind die Kosten für
die Werkzeugherstellung und Instandhaltung eines mechanischen Stanzwerkzeugs
sehr hoch. Ein Stanzwerkzeug besitzt eine relativ kurze Lebensdauer.
Chemische Ätzungen
erfordern eine lange Zeitdauer und sind schwierig zu steuern. Eine
sorgfältige
Spülung
ist erforderlich, welche wiederum Zeit erfordert. Die Durchkontaktierungslochausbildung
durch Laser ist immer noch langsam und es ist schwierig, einen Durchsatz
von Tausenden von Durchkontaktierungen pro Sekunde für die Massenproduktion
zu gewährleisten.
Jedoch sind die Vorteile des Bandprozesses Flexibilität, schnelles Bandgießen, schnelles
Trocknen mit guter Qualität, präzise und
genaue Banddicke.
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In dem Feuchtstapelungsprozeß werden
keramische Lagen auf ein Substrat gegossen oder gedruckt und getrocknet.
Die Leiter werden dann gedruckt und getrocknet, und gegossen und
wiederum gedruckt. Für
Zwischenverbindungen ist eine Durchkontaktierung oder eine freigelegte
Fläche
zum Verbinden der Leiter über
die Isolationsschicht hinweg erforderlich. Dieses ist nicht leicht
durch keramisches Gießen
zu erreichen. Normalerweise wird eine Blockierung des Keramikdruckes
angewendet, um eine freiliegende Fläche oder eine Durchkontaktierungsloch
zu hinterlassen. Der Vorteil dieses Prozesses ist die leichte Leiterausrichtung.
Diese wird durch die Ausrichtung des Substrates, normalerweise eine
Metallplatte, erreicht. Jedoch muß die für eine wiederholbare Siebbedruckung
und Produktion geeignete keramische Tinte eine langsam trocknende
Tinte sein und eine niedrige Viskosität für eine gute Nivellierung besitzen.
Falls dies nicht der Fall ist, kann das Sieb verstopft werden, was
die Druckqualität
verschlechtert oder eine periodische Siebreinigung erfordert, welche
Zeit benötigt.
Zusätzlich
tendiert, aufgrund der langsamen Trockenzeit und niedrigen Viskosität der Tinte
die feuchte keramische Tinte zum Fließen. Die Druckausrichtung sowie
die Qualität
werden beeinträchtigt.
Ein schlechteres Szenario kann das sein, daß das Durchkontaktierungsloch
vollständig durch
den Fluß blockiert
wird. Um die Tendenz zum Fließen
unter gleichzeitiger Beibehaltung einer langsamen Trocknung zu überwinden,
wird die keramische Tinte in einer höheren Viskositätsform oder
einer pseudoplastischeren Form mit organischen Bindern und Zusätzen mit
hohem Molekulargewicht formuliert. Diese organischen Stoffe machen
das Trocknen und Ausbrennen noch schwieriger. Die langsame Trocknungseigenschaft
in Verbindung mit den organischen Stoffen mit hohem Molekulargewicht
der druckbaren Tinte erfordert eine längere Trocknung bei hohen Temperaturen.
Dieser Trocknungszyklus kann eine verhärtete Haut auf der Keramikschicht
bewirken und anschließend
zu Rissen oder einer Delamination führen.
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Verschiedene herkömmliche Techniken wurden zur
Ausbildung von Durchkontaktierungen mehrlagigen Komponenten angewendet.
Es folgen einige Beispiele. Das an Kawabata et al. erteilte U.S.
Patent No 4,689,594 offenbart einen Prozeß zur Herstellung von mehrlagigen
Chipspulen durch Stapeln eines magnetischen Bandes mit über einen
Leiterpfad verbundenen Durchkontaktierungslöchern, die mit elektroleitendem
Material beschichtet sind. Das an Walters erteilte U.S. Patent No.
5,300,911 offenbart monolithische magnetische Bauteile aus keramischen Schichten
mit mit Kupferleitern plattierten Durchtrittslöchern. Das an Takahashi et
al. erteilte U.S. Patent No 4,322,689 offenbart eine Blockbedruckung
einer magnetischen Schicht, um die untere Hälfte einer leitenden Spule
abzudecken, wobei Segment der der mit der nächsten Spule zu verbindenden
Spule frei bleibt. Die obere Hälfte
der leitenden Spule wird teilweise durch Bedrucken mit einer anderen
magnetischen Lage abgedeckt. Eine Wiederholung dieser abwech selnden
Druckmuster erzeugt eine laminierte Induktionsspulkomponente. Das
an Takaya erteilte U.S. Patent No 4,731,297 offenbart ein ähnliches Verfahren
einer Abwechslung der Hälften überlagerter
Ferrit- und Spulen-Drucke um laminierte Komponenten herzustellen.
Das an Person et al. erteilte U.S. Patent No 5,302,932 offenbart
einen Prozeß zum
Herstellen monolithischer mehrlagiger Chipinduktionsspulen, welche
gedruckte magnetische Lagen besitzen, mittels Durchkontaktierungslöchern und
anschließendes
Füllen
der Durchkontaktierungslöcher
durch Siebbedruckung.
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Herkömmliche Herstellungstechniken
für mehrlagige
Komponenten einschließlich
keramischer Induktionsspulen/Teilchen können langsam, schwierig und/oder
teuer sein. Herkömmliche
Techniken erfüllen
nicht den Bedarf der Oberflächenmontageindustrie.
Hersteller, welche diese herkömmlichen Techniken
anwenden, können
kein hohes Volumen an Komponenten im Vergleich zu anderen oberflächenmontierbaren
Bauteilen produzieren. Obwohl oberflächenmontierbare mehrlagige
keramische Induktionsspulen/Teilchen in den Markt eingeführt wurden,
sind sie immer noch sehr teuer und unterliegen langen Lieferzeiten.
Man kann daher sehen, daß eine neue
Technologie zum Produzieren der Komponenten in großen Mengen
in schneller und wirtschaftlicher Weise erwünscht ist.
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Das U.S. Patent No 5,650,199 offenbart
ein Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen elektronischen Komponente
mit einer Zwischenlagen-Leiterverbindung, welche eine eine leitende
Durchkontaktierung ausbildende Tinte verwendet, und somit ein relevanter
Teil des Stands der Technik ist.
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Merkmale der
Erfindung
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Ein allgemeines Merkmal der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von mehr lagigen
Bauteilen, welches in der herkömmlichen
Technik vorgefundene Probleme überwindet.
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Ein weiteres Merkmal der vorliegenden
Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, das mehrlagige
Bauteile erzeugt, welches die physikalischen/chemischen Kräfte nutzt,
um Durchkontaktierungslöcher
spontan in dem Mehrlagenaufbauprozeß zu erzeugen.
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Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der
vorliegenden Erfindung umfassen:
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Ein Verfahren zum Erzeugen von mehrlagigen
Bauteilen wie z. B. von oberflächenmontierbaren keramischen
induktiven Komponenten.
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Ein Verfahren zum Erzeugen mehrlagiger Bauteile
in Großmengen
mit einer gleichmäßigen überlegenen
Qualität.
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Ein Verfahren zum Erzeugen von mehrlagigen
Bauteilen mit niedrigen Kosten.
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Ein Verfahren zum Erzeugen von mehrlagigen
Bauteilen, welches keine zusätzlichen
Geräte, außer den
derzeit für
den mehrlagigen keramischen Aufbau verwendeten, benötigt.
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Ein Verfahren zum Herstellen von
mehrlagigen Bauelementen mit einem schnellen Durchkontaktierungserzeugungsprozeß während der
Produktion.
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Ein Verfahren zum Erzeugen von mehrlagigen
Bauteilen unter Nutzung physikalischer/chemischer Kräfte welche
sich aus der Wechselwirkung zwischen dem Durchkontaktierungsleiter
und dem gegossenen Keramikbrei ergeben.
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Ein Verfahren zum Erzeugen von mehrlagigen
Bauteilen, welches die Ausbildung von Durchkontaktierungen mit Geschwindigkeiten
von 1000 bis 10000 pro Sekunde beinhaltet.
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Diese, sowie weitere Merkmale, Aufgaben und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden
Beschreibung und den Ansprüchen
ersichtlich.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Verfahren zum Erzeugen eines mehrlagigen Keramikbauteils mit
mehreren leitenden Lagen und Zwischenverbindungen zwischen benachbarten
leitenden Lagen bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Bereitstellen
einer keramischen Basis; Drucken eines ersten leitenden Musters
auf die Basis; Drucken eines zweiten leitenden Musters über das
erste leitende Muster, wobei das zweite leitende Muster eine obere
Oberfläche
und eine der Größe und Lage
einer gewünschten
Zwischenverbindung entsprechende Größe und Lage besitzt; Gießen einer
Menge keramischen Breis über
die keramische Basis, das erste leitende Muster und das zweite leitende
Muster unter Steuerung der Dicke der keramischen Lage in der Weise,
daß eine
hohe Oberflächenspannung
zwischen dem keramischen Brei und dem zweiten leitenden Muster den
keramischen Brei in dem Bereich der oberen Oberfläche des
zweiten leitenden Musters heraustreibt; Trocknen lassen der keramischen
Lage; und Drucken eines dritten leitenden Musters über die getrocknete
keramische Lage und über
das zweite leitende Muster, wobei das zweite leitende Muster eine
Zwischenverbindung zwischen dem ersten leitenden Muster und dem
dritten leitendem Muster ausbildet.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Explosionsansicht einer mehrlagigen keramischen Induktionsspule.
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2 ein
Flußdiagramm
des Herstellungsprozesses der vorliegenden Erfindung.
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3 eine
Explosionsdarstellung, welche eine typische mehrlagige keramische
Induktionsspule zeigt, um die verschiedenen leitenden Lagen und Durchkontaktierungen
zu veranschaulichen.
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4 eine
Veranschaulichung eines mehrlagigen keramischen Aufbauwafers, welcher
aus vielen einzelnen Komponenten besteht.
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5 eine
Darstellung, welche einen Benetzungswinkel definiert.
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6 und 7 unterschiedliche Benetzungswinkel
in dem Durchkontaktierungsprozeß.
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8 eine
Darstellung des Gießens
einer keramischen Basislage auf einem Träger.
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9 eine
Darstellung eines auf der Keramikbasis aufgedruckten leitenden Pfades.
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10 eine
Darstellung eines auf das leitende Muster gedruckten Durchkontaktierungspunktes.
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11 eine
Darstellung eines Gusses der keramischen Lage, welche zunächst den
gedruckten Leiterpfad und den Durchkontaktierungspunkt überdeckt.
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12 eine
Darstellung der Wechselwirkung zwischen den chemischen/physikalischen
Kräften
und dem keramischen Brei, welche den Brei von der Oberseite der
Durchkontaktierungspunktoberfläche
vertreibt.
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13 eine
Darstellung eines auf der Keramiklage und dem Durchkontaktierungspunkt
aufgedruckten zweiten leitenden Musters.
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14 eine
Darstellung, welche das obere leitende Muster und die gegossenen
oberen Keramiklagen darstellt.
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15 eine
Darstellung des Unterteilungsprozesses.
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16 eine
Darstellung eines getrommelten Chips (mit abgerundeten Ecken).
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17 eine
Darstellung des in 16 dargestellten
Chips mit ausgebildeten Anschlüssen.
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18 eine
Schnittansicht entlang der Linien 18-18 von 17.
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19 bis 22 den Durchkontaktierungsausbildungsprozeß auf einem
Ablösungsträgerfilm
oder Band.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die vorliegende Erfindung wird soweit
sie auf ihre bevorzugte Ausführungsform
zutrifft beschrieben. Die vorliegende Erfindung soll nicht auf die
beschriebene Ausführungsform
beschränkt
sein.
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Die vorliegende Erfindung nutzt den
Vorteil der unterschiedlichen Art von Induktionsspulen und Kondensatoren.
Die Erfindung nutzt das unerwünschte
nachteilige Phänomen,
das bei der (vorstehend beschriebenen) Herstellung von mehrlagigen keramischen
Kondensatoren auftritt als die Zwischenverbindung in Induktionsspulen.
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1 stellt
ein mehrlagiges keramisches induktives Bauteil 10 dar.
Das Bauteil 10 besteht aus einer Spule 12, welche
innerhalb einer mehrlagigen keramischen Struktur 14 eingebettet
ist. Die keramische Struktur 14 kann entweder magnetisch
für höhere Induktivitätswerte,
oder nicht-magnetisch für Hochfrequenzanwendungen
sein. Die vorliegende Erfindung wird bei einem Aufbauprozeß einer
mehrlagigen keramischen Induktionsspule angewendet. Ein Beispiel
des Aufbauprozesses umfaßt
die Schritte: Erzeugen eines Ferritbreis, einer Leitertinte, Mehrlagenaufbau,
Unterteilen, Organstoffe ausbrennen, Sintern, Trommeln, Anschließen, Abschlußbrennen,
Testen und Verpacken. 2 ist
eine Blockdarstellung welche die detaillierten Prozeduren des mit der
vorliegenden Erfindung verwendeten Aufbauprozesses darstellt. 2, welche als die Erfindung
bezeichnet werden kann, wird nachstehend im Detail beschrieben.
Die restlichen Prozesse können
identisch oder ähnlich
denen sein, welche bei der Herstellung typischer mehrlagiger keramischer
Komponenten verwendet werden. 3 ist
eine Explosionsdarstellung einer typischen mehrlagigen keramischen Induktionsspule 16.
Gemäß Darstellung
enthält
die Induktionsspule verschiedene auf dem Substrat 20 ausgebildete
Spulenlagen 18. Gemäß Darstellung
ist jede Spulenlage 18 elektrisch mit den benachbarten Spulenlagen 18 über Durchkontaktierungen 22 verbunden.
Die in 3 dargestellten
Durchkontaktierungen 22 sollen allgemein sein, um lediglich
deren Zweck zum Verbinden benachbarter Spulenlagen 18 dazustellen.
Typischerweise besteht ein fertiggestellter keramischer Aufbauwafer
aus einer großen
Anzahl einzelner Chipinduktionsspulen 10 gemäß Darstellung
in 4. Der Wafer 24 wird
später
in die einzelnen Chips 10 geschnitten oder unterteilt.
Die Chips werden dann in der vorstehend beschriebenen Art verarbeitet,
was zu einer fertigen Komponente führt.
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Die vorliegende Erfindung beruht
auf der Physik von Oberflächen
und der Oberflächenspannung.
Daher folgt ein Hintergrund der Physik und Chemie in Verbindung
mit der vorliegenden Erfindung. Die Oberflächenspannung ist definiert
als: γAB
= γAC + γBC·cos(δ)wobei γAB die Oberflächenspannung
zwischen einem Festkörper
A und einer Flüssigkeit
B ist, γAC
die Oberflächenspannung
zwischen einem Festkörper
A und Luft C ist, γBC
die Oberflächenspannung
zwischen einer Flüssigkeit
B und Luft C ist, und δ der Kontaktwinkel
gemäß Definition
in 5 ist. 6 und 7 stellen die Benetzungswinkel in dem
nachstehend im Detail beschriebenen Durchkontaktierungsausbildungsprozeß dar. Idealerweise
wird zur Durchkontaktierungsausbildung eine Nicht-Benetzung bevorzugt,
wobei cos(δ) < 0, d. h., δ > 90° oder γAB << γAC ist, oder
wenigstens eine schlechte Benetzung für die Ausbildung erforderlich
ist: δ ~
90°, d.
h., δ ~ 0°; γAB ≈ γAC und/oder γBC sehr hoch
ist. Wenn δ < 90° ist, ist
dieses als Benetzung definiert, welche keine Durchkontaktierungen
ausbildet.
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Die (nachstehend im Detail beschriebene) Erfindung
auf die Praxis reduziert, werden die nachstehenden Tintentypen oder
Kombinationen davon bevorzugt verwendet: Eine zu einem wäßrigen Brei hydrophobe
Durchkontaktierungstinte; eine zu einem Lösungsmittelbasisbrei organophobe
Durchkontaktierungstinte; eine wachsartige Durchkontaktierungspunkttinte;
eine Heißschmelzdurchkontaktierungstinte;
eine ein Lösungsmittel
mit hohem Molekulargewicht enthaltende Durchkontaktierungstinte,
welche eine sehr niedrige chemische Affinität zu dem Breisystem aufweist;
eine ein Tensid mit einer hohen Oberflächenspannung zu dem Breisystem
enthaltende Durchkontaktierungstinte; ein zu der Durchkontaktierungstinte
chemisch inkompatibles Breisystem; ein Fluid mit sehr hoher Oberflächenspannung
in dem Breisystem; eine Durchkontaktierungspunkttinte und ein Breisystem,
um die Anforderungen: γAB > γAC; oder γAB ~ γAC und/oder γBC sehr hoch, zu erfüllen. Um
die Qualität
zu verbessern, ist eine glatte Oberfläche der Durchkontaktierungspunkte
erwünscht.
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Ein weiterer wichtiger Faktor, der
die Durchkontaktierungsausbildung der vorliegenden Erfindung verbessert
ist eine niedrige Oberflächenreibung oder
ein niedriger Oberflächenreibungskoeffizient. Die
Formel für
den Oberflächenreibungskoeffizienten ist:
Cf = 2F/pSV2.
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Dabei ist ρ die Fluiddichte, V die Geschwindigkeit
der ungestörten
Strömung,
F die Gesamtoberflächenreibungskraft
und S die benetzte Fläche der
Körperoberfläche ist.
Cf verringert sich mit der Reynolds-Zahl sowohl in der laminaren
als auch in der turbulenten Strömung.
Die Oberflächenrauhigkeit ist
sowohl als ein Faktor im Ausfällungsübergang
in der laminaren Strömung
als auch deshalb wichtig, weil sie eine Oberflächenreibung in der turbulenten Strömung erhöht.
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Wie es in der vorstehenden Gleichung
zu sehen ist, ist der Oberflächenreibungskoeffizient
Cf umso niedriger, je höher
die Geschwindigkeit V ist. Aufgrund der Viskosität und Bewegungsenergie des Breis
während
und nach dem Gießen
fließt
er mit einer Geschwindigkeit V proportional zu der relativen Geschwindigkeit
des Gießkopfes.
Daher sind für
den Brei ein Wegbewegen und die Ausbildung einer (nachstehend beschriebenen)
Durchkontaktierung um so leichter, je schneller die Gießgeschwindigkeit ist.
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8 stellt
den Beginn des Aufbauprozesses dar. Wie in 8 dargestellt, wird ein keramischer Brei 26 auf
einen Träger 28 gegossen,
um eine Basis auszubilden. Der Träger 28 kann aus einem Film,
einem rostfreien Stahlblech, einer Metallplatte oder einem Substrat
usw. bestehen. Der Träger 28 stellt
eine Unterstützung
für die
keramischen Lagen während
des Aufbauprozesses bereit. Die keramische Basis wird normalerweise
zum Schutz der Komponente sowie des Schaltkreises in elektrischer und/oder
magnetischer Form verwendet. Bei einigen Gelegenheiten wird die
Basis nicht benötigt.
Die Basis kann eine einfach oder mehrfach gegossene Keramik abhängig von
der Dicke der Basis und der Dicke einer Gießschicht sein. Ein Trocknungsschritt folgt
jedem Gießen
(siehe 2).
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Gemäß Darstellung in 9 wird ein Leitermuster 30 auf
die Keramikbasis bei der vorbestimmten Position und dem Mus ter aufgedruckt.
Für eine oberflächenmontierbare
Chipkomponente, wie z. B. eine mehrlagige keramische induktive Komponente, stellen
die Hersteller typischerweise Tausende von Chips in einer Aufbaupalette
her, um den Produktionswirkungsgrad zu erhöhen. Daher wird ein Muster von
Tausenden von Leiterspulen auf die Keramikbasis aufgedruckt (siehe 4). Der Leiteraufdruck 30 wird
dann getrocknet und von einem Aufdruck der Durchkontaktierungspunkte 32 auf
den Leiterspulen 30 gemäß Darstellung
in 10 gefolgt. Nach
dem Aufdrucken der Durchkontaktierungspunkte 32 läßt man die
Durchkontaktierungspunkte 32 trocknen. Man beachte, daß die Ausrichtung
der Durchkontaktierungspunkte 32 auf den Spulen 30 in
dem Prozeß der
vorliegenden Erfindung sehr kritisch ist. Da die Spulen 30 durch
die Lagen hindurch gemäß Darstellung
in 1 und 3 in Reihe geschaltet sind, unterbricht
eine einzige Fehlverbindung die Reihenschaltung und macht die Induktionsspule
funktionsunfähig. Die
Durchkontaktierungspunkte 32 werden mit einer (vorstehend
beschriebenen) speziellen Formulierung einer Leitertinte aufgedruckt,
welche (ebenfalls vorstehend beschriebene) physikalische und/oder
chemische Kräfte
induziert, um mit dem keramischen Brei in Wechselwirkung zu treten,
welcher in den nächsten
Prozeßschritt
(siehe 2) aufgegossen wird. 11 stellt den über die
Spulen 30 und die Durchkontaktierungspunkte 32 gegossenen
keramischen Brei 34 dar. Nach dem Gießen deckt die Lage des keramischen
Breis 34 die vorherige keramische Lage 26, das
Leitermuster 30 und die Durchkontaktierungspunkte 32 ab.
An diesem Punkt wird der keramische Brei 34 nicht sofort
getrocknet und für
etwa 2 bis 30 Sekunden bei Raumtemperatur gehalten, bevor er in
einen Trockner eintritt. Diese Zeitdauer wird dazu genutzt, den
Brei 34 in einem Fluidzustand zu halten und um den Wechselwirkungskräften zu
ermöglichen,
den Brei von der Oberseite der Oberfläche der Durchkontaktierungspunkte 32 zu
vertrei ben. Gemäß Darstellung
in 12 wird ein Durchkontaktierungsloch 36 auf
der Oberseite des Durchkontaktierungspunktes 32 erzeugt.
Nach dem Trocknen schrumpft die Keramiklage 34 auf eine
Dicke äquivalent
den Durchkontaktierungspunkten 32. Der vorstehend beschriebene
Prozeß stellt
eine spontane Ausbildung von Durchkontaktierungslöchern bereit.
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Wie es in der Blockdarstellung von 2 dargestellt ist, kann
der Prozeß,
wenn mehr Lagen erwünscht
sind, fortgesetzt werden. In diesem Falle wird ein zusätzliches
Leitermuster aufgedruckt, und eine Leiterspule 30' stellt eine
Verbindung mit dem Durchkontaktierungsleiter 32 gemäß Darstellung
in 13 her. Nachdem der
Aufdruck getrocknet ist, werden zusätzliche Durchkontaktierungspunkte 32 gedruckt
und getrocknet und von der vorstehend beschriebenen Keramikaufgießung, Durchkontaktierungsausbildung
und Trocknung gefolgt. Eine Wiederholung des Leiterdruck-, Durchkontaktierungspunktdruck-,
Keramikgießzyklus
kann durchgeführt werden,
bis eine gewünschte
Anzahl von Lagen erreicht ist. Zum Schluß wird ein oberstes Leitermuster 38 aufgedruckt
und getrocknet. Das Leitermuster 38 stellt einen Pfad zur
Verbindung der internen Spule mit dem externen Anschluß in derselben
Weise dar, wie es der untere Leiter macht. Zum Schluß wird eine oberste
keramische Lage 40 oder eine Abdeckung gegossen und getrocknet,
um den Aufbauzyklus gemäß Darstellung
in 14 abzuschließen.
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Eine vordefinierte Warte/Trocknungs-Dauer wird
zugelassen, um Qualität
und Wirkungsgrad des Schnittes sicherzustellen. Der mehrlagige Keramikwafer 24 wird
dann in einzelne Komponenten 10 gemäß Darstellung in 15 geschnitten oder unterteilt.
Man beachte, daß der
in den 4 und 15 dargestellte Wafer 24 nur 40 Komponenten 10 enthält, obwohl
wesentlich mehr Komponenten auf einem einzigen Wafer enthalten sein
können.
Alle von den abgetrennten einzelnen Komponenten 10 werden dann
in keramischen Substraten untergebracht, und in einen Sinterofen
geladen. Der Sinterungsprozeß verschmilzt
die einzelnen Lagen der Keramik zu einem dichten Körper welcher
die Leiterspulen im Inneren einschließt. Nach dem Sinterungsprozeß werden die
Komponenten 10 getrommelt, um die Ecken gemäß Darstellung
in 16 abzurunden. Anschließend wird
eine Silberpaste auf die Enden des Keramikchips 10 durch
Eintauchen, Streichen oder irgendein äquivalentes Verfahren aufgebracht.
Nach dem Brennen verschmilzt das Silber mit den leitenden Anschlüssen, und
umgibt den keramischen Körper
gemäß Darstellung
in 17. Die Barrierelagen werden
auf den Silberanschlüssen
für die
Oberflächenmontageanwendungen
plattiert. 17 stellt die
sich ergebenden Anschlüsse 42 dar,
welche erzeugt werden. Die fertiggestellte Komponente 10 ist in
einer Schnittansicht in 18 dargestellt.
Man beachte, daß 17 eine vereinfachte Ansicht
ist, welche lediglich die relative Platzierung der Spulenlagen 30, 30' und der obersten
Lage 38 veranschaulicht.
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19 bis 22 veranschaulichen einen
alternativen Prozeß welcher
mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, nämlich einen
Trockenfolien- oder Bandprozeß.
Gemäß Darstellung
in 19 werden erste Durchkontaktierungspunkte 44 auf
einen Trägerfilm 46 aufgedruckt.
Nach dem Trocknen wird keramischer Brei 48 auf den Film 46 und
die Punkte 44 gegossen (20).
Die physikalischen und/oder chemischen Kräfte vertreiben den Brei auf
der Oberseite der Oberfläche
des Durchkontaktierungspunktes 44 wie vorstehend beschrieben. Die
Durchkontaktierungslöcher
werden dann in derselben Weise wie vorstehend beschrieben ausgebildet.
Nachdem der keramische Brei 48 getrocknet ist, werden die
mit einem Leiter gefüllten
Durchkontaktierungslöcher
in die keramische Schicht 48 eingebettet (21). Ein Leitermuster 42 wird
dann auf die kera mische Schicht 48 aufgedruckt, wobei ein
Kontakt mit dem Durchkontaktierungsleiter 44 hergestellt
wird. Nach dem Trocknen kann die Keramik/Leiter-Anordnung für eine spätere Anwendung
zum Bauen von Bauelementen mit Zwischenverbindungen gelagert werden.
In der Herstellung von mehrlagigen Bauteilen mit Zwischenverbindungen
wird die keramische Schicht/Band mit gefüllten Durchkontaktierungslöchern und
aufgedruckten Leitermustern ausgerichtet, gestapelt, drucklaminiert
und geschnitten. Die einzelnen Teile durchlaufen die vorstehend
erwähnten
Prozesse: Organstoffe ausbrennen, Brennen Trommeln, Anschließen, Testen
und Verpacken.
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Die vorstehend beschriebene spontane Durchkontaktierungslochausbildung
kann auch zur Herstellung anderer Bauelemente verwendet werden,
einschließlich,
jedoch nicht darauf beschränkt, mehrlagiger
gedruckter Leiterplatten, Gehäuse
von integrierten Schaltungen, integrierte LC-, LR-, LCR-Bauteile,
Transformatoren, elektronische Filter und alle anderen mehrlagigen
Bauteile mit Schaltkreisen mit Zwischenverbindungen. Die Trennungsschichten
können
Keramik oder irgendein anderer Typ sein.
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Die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wurde in den Zeichnungen und der Beschreibung
dargestellt und obwohl spezifische Begriffe verwendet werden, werden
diese nur in einem allgemeinen oder beschreibenden Sinne verwendet und
nicht für
Zwecke der Einschränkung
verwendet. Veränderungen
in der Form und Abmessung von Teilen sowie in der Ersetzung von Äquivalenten
werden falls es die Umstände
erfordern, oder zweckdienlich machen in Betracht gezogen, ohne von
dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen,
wie er ausführlicher
in den nachstehenden Ansprüchen
definiert ist.