DE102009041952A1

DE102009041952A1 - Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Keramiksubstrats und mehrlagiges Keramiksubstrat

Info

Publication number: DE102009041952A1
Application number: DE200910041952
Authority: DE
Inventors: Volker 85579 Ziegler; Ulrich Schmid
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: DE102009041952B4

Abstract

Die Erfindung betriff ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Keramiksubstrats (5), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen einer ersten keramischen Grünfolie (1) und einer zweiten keramischen Grünfolie (2), – Aufbringen einer elektronischen Funktionsschicht (3) auf der ersten keramischen Grünfolie (1) in einem Dünnschichtprozess und/oder Integrieren eines elektronischen Bauelementes (8) in der ersten keramischen Grünfolie (1), – Zusammenfügen der zwei keramischen Grünfolien (1; 2) derart, dass die elektronische Funktionsschicht (3) zwischen den zwei Grünfolien (1; 2) angeordnet ist, – Laminieren der zwei Grünfolien (1; 2) und – Sintern der zwei Grünfolien (1; 2). Die Erfindung betrifft weiterhin ein mehrlagiges Keramiksubstrat (5)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Keramiksubstrats und ein mehrlagiges Keramiksubstrat.
Für Radar- und Kommunikationssystem geeignete elektronische Hochfrequenz-Module müssen insbesondere kompakte geometrische Abmessungen aufweisen. Trotz der kompakten Bauweise müssen die Hochfrequenz-Module viele elektrische Funktionalitäten bereitstellen, das heißt, es müssen möglichst viele elektronische Bauelemente in den Hochfrequenz-Modulen integriert werden. Hierfür werden bevorzugt mehrlagige Keramiksubstrate verwendet, bei welchen allerdings die Integration von aktiven elektrischen Bauelementen auf die Außenlagen des Keramiksubstrats beschränkt ist und passive Funktionalitäten, das heißt passive elektrische Bauelemente, nur eingeschränkt auf den Innenlagen realisiert werden können.
Üblicherweise werden mindestens zwei flexible keramische Grünfolien laminiert und zu einem monolithischen Keramikkörper gesintert. Dabei können auf den einzelnen flexiblen Keramiklagen passive Funktionsschichten aufgebracht werden, die nach dem Laminier- und Sintervorgang in dem Keramikkörper liegen. Bekannt ist es, die Funktionsschichten als Dickschichtpasten mittels Siebdruck auf die Folien aufzubringen. Diese Fertigung ermöglicht allerdings nur Schichtdicken von größer als 1 μm. Dadurch sind die Dickschichtpasten in ihrer lateralen Auflösung und auf metallische Leiterbahnen beschränkt und weisen erhöhte elektrische Widerstände auf.
So ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 021 432 A1 bekannt, eine bereits gebrannte Substratkeramik mit Hilfe eines Laminierprozesses mit einer grünen Zero-Shrinkage-LTCC („Low Temperature Co-fired Ceramics”)-Folie zu verbinden und anschließend den gesamten Verbund in einem Co-Firing-Schritt zu brennen. Auf die bereits gebrannte Substratkeramik können elektrische Funktionselemente in einem Dickschichtprozess aufgebracht werden. Nachteilig hierbei ist, dass der fertige Keramikkörper nicht nur die bereits genannten Nachteile aufweist, sondern darüber hinaus hier noch zusätzliche Fertigungsschritte anfallen, insofern eine bereits gebrannte und damit eigentlich bereits voll funktionsfähige Substratkeramik in einem weiteren zeitintensive Prozess mit einer grünen LTCC-Folie verbunden wird. Hier besteht insbesondere die Gefahr, dass in dem Laminierungsprozess die elektrischen Funktionselemente beschädigt werden können.
Aus der europäischen Patentschrift EP 0 299 454 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen in starrer oder starrflexibler Mehrlagentechnik bekannt. Die einzelnen Lagen werden mittels Klebeschichten verbunden. Da die Schaltungen allerdings auch hier auf die Lagen aufgedruckt werden, weisen die Schaltungen einen erhöhten elektrischen Widerstand auf und sind weiterhin in ihrer lateralen Auflösung beschränkt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein mehrlagiges Keramiksubstrat zu schaffen, welche die Nachteile des vorgenannten Standes der Technik vermeiden.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Keramiksubstrats gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen und mit einem mehrlagigen Keramiksubstrat gemäß dem Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Keramiksubstrats geschaffen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

– Bereitstellen einer ersten keramischen Grünfolie und einer zweiten keramischen Grünfolie,
– Aufbringen einer elektronischen Funktionsschicht auf der ersten keramischen Grünfolie in einem Dünnschichtprozess und/oder Integrieren eines elektronischen Bauelementes in der ersten keramischen Grünfolie,
– Zusammenfügen der zwei keramischen Grünfolien derart, dass die elektronische Funktionsschicht zwischen den zwei Grünfolien angeordnet ist,
– Laminieren der zwei Grünfolien und
– Sintern der zwei Grünfolien.

Weiterhin ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein mehrlagiges Keramiksubstrat geschaffen, insbesondere hergestellt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einer ersten keramischen Grünfolie und einer zweiten keramischen Grünfolie, wobei zwischen der ersten und der zweiten keramischen Grünfolie eine elektronische Funktionsschicht angeordnet ist, wobei die elektronische Funktionsschicht eine Dicke von kleiner als 1 μm aufweist.
Die Erfindung ermöglicht aufgrund des Aufbringens der elektronischen Funktionsschicht in einem Dünnschichtprozess in vorteilhafter Weise und/oder des Integrierens eines elektronischen Bauelementes, insbesondere eines aktiven oder passiven elektronischen Bauelementes, auf bzw. in den inneren Lagen des mehrlagigen Keramiksubstrats sowohl aktive und/oder passive Bauelemente als auch passive und/oder aktive Funktionalitäten mit hoher Auflösung und einer geringen Oberflächentopographie zu integrieren. Dadurch wird insbesondere die Auflösung und die Strukturtreue der Funktionsschichten erhöht, wodurch im Vergleich zum Stand der Technik mehr elektronische Bauelemente auf gleicher Fläche und Bauelemente, die nur in Dünnschichttechnik realisiert werden können, integriert werden können. Ein Integrationsgrad ist somit deutlich gesteigert und ein Verhältnis Platzverbrauch/Preis minimiert. Die elektronischen Bauelemente können in einem von dem erfindungsgemäßen Verfahren getrennten dem Fachmann bekannten Herstellungsprozess hergestellt werden und stehen insofern als fertige Bauelemente zur Verfügung, um in die inneren und/oder äußeren Lagen des mehrlagigen Keramiksubstrats integriert zu werden.
Weiterhin kann aufgrund der Verwendung der Dünnschichttechnologie anstelle der Dickschichtpasten metallische Strukturen mit erhöhter Auflösung und erhöhter Leitfähigkeit in die Innenlagen der Keramik eingebracht werden. Das erfindungsgemäße mehrlagige Keramiksubstrat kann bevorzugterweise in Radar- oder Kommunikationssystemen verwendet werden. Insbesondere kann das Keramiksubstrat in Hochfrequenz-Modulen verwendet werden, wobei die Hochfrequenz-Module insbesondere in Radar- oder Kommunikationssystemen eingebaut sind.
Weiterhin bietet die Erfindung den Vorteil, dass mittels des erfindungsgemäßen mehrlagigen Keramiksubstrats auch Sensoren hergestellt werden können, welche einen gegenüber dem Stand der Technik geringeren Durchmesser aufweisen, so dass die Sensoren auch in Bereiche eingebaut werden können, in welchen zuvor keine Sensoren eingebaut werden konnten. Hierdurch wird eine effiziente, platzsparende und gewichtsreduzierende Bauweise ermöglicht. Insbesondere in der Flugzeugindustrie ist das ein erheblicher Vorteil. Solche Sensoren können beispielsweise Funksensoren, insbesondere Funksensoren in einem Funksensornetzwerkknoten sein. Die Sensoren sind beispielsweise in einem Rumpf, einem Flügel oder einem Leitwerk eines Flugzeugs eingebaut. Insbesondere bei der Verwendung des erfindungsgemäßen mehrlagigen Keramiksubstrats in einem Radar- oder einem Kommunikationssystem wird dieses bevorzugterweise in einer Nase des Flugzeugs eingebaut. Hier kann nun im Vergleich zum Stand der Technik auf gleichem Raum eine größere Anzahl an Radar- oder Kommunikationssystemen eingebaut werden, was eine Sicherheit, insbesondere eine vergrößerte Redundanz der vorgenannten Systeme, beträchtlich erhöht.
Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung nicht nur auf die Verwendung in Flugzeugen beschränkt ist, sondern analog auch in weiteren Fahrzeugen, beispielsweise in einem Tauchfahrzeug, verwendet werden kann.
Weiterhin versteht es sich von selbst, dass die Erfindung nicht nur auf zwei Grünfolien beschränkt ist, sondern auch mehr als zwei Grünfolien vorsehen kann, wobei die elektronischen Funktionsschichten zwischen den einzelnen Grünfolien aufgebracht werden. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, mehrere elektronischen Funktionsschichten übereinander aufzubringen. Vorzugsweise werden metallische, dielektrische oder halbleitende Funktionsschichten aufgebracht, insbesondere auch in Kombination übereinander. Vorzugsweise wird eine dielektrische Schicht auf eine metallische Funktionsschicht aufgebracht. Beispielsweise wird eine dielektrische Funktionsschicht auf eine halbleitende Funktionsschicht und anschließend auf die dielektrische Funktionsschicht eine metallische Funktionsschicht aufgebracht.
Der Dünnschichtprozess ähnelt Verfahren aus anderen Bereichen, in welchem Materialien in einer dünnen Schicht mit einer Dicke von vorzugsweise kleiner als 1 μm mittels verschiedener Verfahren auf ein Substrat aufgebracht werden, um anschließend bearbeitet bzw. strukturiert zu werden.
Eine Abscheidung der Schichten erfolgt beispielsweise mittels Verfahren der physikalischen oder chemischen Gasphasenabscheidung. Die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD: „Physical Vapor Deposition”) umfasst insbesondere ein thermisches Verdampfen, eine Sputterdeposition, ein Ionenplattieren (englisch: „Ion Plating”), eine Clusterstrahltechnik (englisch: „Ionized cluster beam deposition”, ICBD) oder eine Molekularstrahlepitaxie (englisch: „Molecular beam epitaxi”, MBE). Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD: „Chemical Vapor Deposition”) umfasst beispielsweise eine Plasmapolymerisation oder eine Atomlagenabscheidung.
Die Strukturerzeugung erfolgt dann beispielsweise mittels der in der Halbleiterfertigung dem Fachmann bekannten Verfahren (Masken, Lithografie) oder beispielsweise mittels Elektronenstrahlbearbeitung. Insbesondere bei letzterer Bearbeitung wird oft auch ein Abgleich von Widerständen vorgenommen, wodurch sich Genauigkeiten von 0,1% erreichen lassen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können passive und/oder aktive elektronische Funktionsschichten auf die erste keramische Grünfolie aufgebracht werden. Insbesondere werden passive und/oder aktive elektronische Bauelemente, bevorzugterweise hoch-temperaturstabile Bauelemente, in den Funktionsschichten gebildet. Passive Bauelemente weisen keine Verstärkerwirkung auf, das heißt, ein elektrisches Signal durchläuft ein passives Bauelement, ohne verstärkt zu werden. Weiterhin weisen passive Bauelemente keine Steuerungsfunktion auf. Beispielsweise umfassen passive Bauelemente Widerstände, Kondensatoren, Spulen, Memristoren. Im Gegensatz dazu verstärken aktive Bauelemente elektrische Signale und sind insbesondere für eine Steuerung geeignet. Beispielsweise umfassen aktive Bauelemente Transistoren, Solarzellen, elektrische Generatoren, Dioden oder Optokoppler. Hier zeigt sich insbesondere ein weiterer Vorteil der Erfindung, insofern für elektrische Schaltungen üblicherweise sowohl passive als auch aktive elektronische Bauelemente benötigt werden, diese nun aber geschützt in den Innenlagen des mehrlagigen Keramiksubstrats liegen. Es wird also im Gegensatz zum Stand der Technik keine zusätzliche Schutzschicht auf den Außenlagen des Keramiksubstrats benötigt. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden Kombinationen aus passiven und/oder aktiven Bauelemente gebildet.
In einer anderen beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung werden metallische Funktionsschichten auf die erste keramische Grünfolie aufgebracht. Bevorzugterweise können auch dielektrische oder halbleitenden Funktionsschichten aufgebracht werden. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise ermöglicht, für den jeweiligen Anwendungszweck erforderliche Bauelemente zu bilden. So kann beispielsweise ein Dünnschichttransistor (englisch: „thin-film transistor”, TFT) auf der ersten keramischen Grünfolie gebildet werden. Ein solcher umfasst üblicherweise mehrere Halbleiterschichten. Diese können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend dem gewünschten Anwendungszweck gebildet werden, so dass ein mehrlagiges Keramiksubstrat geschaffen ist, welches in den Innenlagen einen Dünnschichttransistor, also ein aktives Bauelement, aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Wärmeleitschicht auf die erste keramische Grünfolie aufgebracht. Somit wird in vorteilhafter Weise eine besonders gute thermische Leitfähigkeit zwischen den Grünfolien erreicht. Hierdurch werden insbesondere lokale Bereiche mit hoher Temperatur vermieden, welche üblicherweise eine Lebensdauer von elektronischen Bauelementen nachteilig vermindert. Mittels der erfindungsgemäßen Wärmeleitschichten wird also eine Lebensdauer der elektronischen Bauelemente verlängert. Vorzugsweise umfasst die Wärmeleitschicht Silber, Kupfer oder Aluminium.
In einer anderen beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Vertiefung in der ersten keramischen Grünfolie gebildet, in welcher die elektronische Funktionsschicht und/oder das elektronische Bauelement eingebracht wird. Hierdurch wird insbesondere eine verbesserte Wärmeabfuhr gewährleistet, so dass die elektronischen Bauelemente bei einer niedrigen Temperatur betrieben werden können, wodurch sich die Lebensdauer der Bauelemente deutlich verlängert. Des Weiteren sind die elektronischen Funktionsschichten in den Vertiefungen besonders gut geschützt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden auf die erste und/oder die zweite keramische Grünfolie Metallschichten zur elektrischen Kontaktierung der elektronischen Funktionsschichten aufgebracht. Vorzugsweise werden Metallschichten aus einem Vollmaterial, beispielsweise Silber oder Platin aufgebracht. Insbesondere werden die Metallschichten in einem Dünnschichtprozess aufgebracht. Hierdurch wird ein im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Dickschichttechnik vergleichbarer geringerer spezifischer Widerstand der Metallschichten erreicht. Das bedeutet, dass die elektronischen Bauelemente mit einem niedrigeren Strom oder einer geringeren Spannung betrieben werden können. Außerdem heizt sich das mehrlagige Keramiksubstrat in einem Betrieb nicht so stark auf, was wiederum die Lebensdauer der Bauelemente verlängert.
In einer anderen beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine vertikale elektrische Durchkontaktierung durch die zwei keramischen Grünfolien gebildet. Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die einzelnen elektronischen Funktionsschichten mit einem Stromkreis verbunden werden können. Vorzugsweise werden auf den außen liegenden Oberflächen der Grünfolien elektrische Anschlüsse zum Anschließen des Keramiksubstrats an einen externen Stromkreis gebildet. Insbesondere kann vorgesehen sein, die elektronischen Funktionsschichten mittels einer Flip-Chip-Technik oder Flip-Chip-Montage elektrisch zu verbinden. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, die elektronischen Funktionsschichten elektrisch horizontal zu verbinden. Das heißt, dass die elektronischen Funktionsschichten, welche auf einer Grünfolie aufgebracht wurden, elektrisch miteinander verbunden werden, wodurch beispielsweise elektrische Schaltungen gebildet werden. Somit wird ein mehrlagiges Keramiksubstrat geschaffen, welches integrierte Schaltungen aufweist, insbesondere eine dreidimensional integrierte Schaltung.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine weitere elektronische Funktionsschicht auf eine der ersten keramischen Grünfolie abgewandten Oberfläche der zweiten keramische Grünfolie in einem Dünnschichtprozess aufgebracht wird. Die Erfindung ist also nicht nur darauf beschränkt, elektronische Bauelemente in die Innenlagen eines Keramiksubstrats zu integrieren. Somit wird in effizienter Weise die verfügbaren Oberflächen zur Integration von elektronischen Bauelementen ausgenutzt. Vorzugsweise wird die weitere elektronische Funktionsschicht mit der elektronischen Funktionsschicht auf der ersten keramischen Grünfolie elektrisch verbunden, beispielsweise indem eine vertikale Durchkontaktierung zwischen den beiden Grünfolien gebildet wird. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Schutzschicht auf die Außenlagen der beiden Grünfolien, insbesondere auf die zweite keramische Grünfolie aufgebracht wird. Hierdurch wird das Keramiksubstrat mit den integrierten Bauelementen besonders gut geschützt. Beispielsweise wird eine Schutzschicht aufgebracht, welche eine UV-Strahlung blockiert. In noch einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass auf der der ersten keramischen Grünfolie abgewandten Oberfläche der zweiten keramische Grünfolie eine Wärmeleitschicht aufgebracht wird. Vorzugsweise wird die Wärmeleitschicht mit den in den Innenlagen des Keramiksubstrats liegenden Funktionsschichten thermisch verbunden, beispielsweise mittels der elektrischen vertikalen Durchkontaktierungen. Das hat insbesondere den Vorteil, dass die Durchkontaktierungen zum einen als Stromleiter dienen und zum anderen als ein thermischer Verbindungsleiter. So müssen nicht mehrere unterschiedliche Durchkontaktierungen gebildet werden.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung werden LTCC-Folien bereitgestellt. LTCC-Folien weisen insbesondere den Vorteil auf, dass sie bei einer Sintertemperatur von 800°C bis 1000°C gesintert werden können. Im Gegensatz zu HTCC (High Temperature Co-Fired Ceramics)-Folien, welche bei einer Sintertemperatur von 1600°C gesintert werden. So wird also bei der Verwendung von LTCC-Folien weniger Energie bei der Herstellung verbraucht. Des Weiteren weisen die LTCC-Folien den Vorteil auf, dass diese beim Sintern, insbesondere beim freien Sintern, in x- und y-Richtung praktisch nicht schwinden. So können besonders genau und exakt dimensionierte Keramiksubstrate mit geringen Fertigungstoleranzen hergestellt werden.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die zwei Grünfolien bei eine Sintertemperatur zwischen 800°C und 1600°C gesintert. Vorzugsweise werden die Grünfolien bei einer Sintertemperatur zwischen 880°C und 920°C, vorzugsweise zwischen 850°C und 875°C, vorzugsweise zwischen 850°C und 860°C gesintert. Die entsprechende Sintertemperatur hängt unter anderem von den verwendeten Grünfolien ab.
Nach einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung werden die zwei Grünfolien bei einem Laminierdruck zwischen 50 bar und 270 bar laminiert. Vorzugsweise werden die zwei Grünfolien bei einem Laminierdruck zwischen 50 bar und 130 bar, vorzugsweise zwischen 240 bar und 270 bar, vorzugsweise bei einem Laminierdruck von 210 bar laminiert. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt eine Temperatur beim Laminieren zwischen 30°C und 80°C, vorzugsweise zwischen 60°C und 80°C, insbesondere werden die zwei Grünfolien bei einer Temperatur von 70°C. laminiert. Nach noch einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die zwei Grünfolien für eine zeitliche Dauer von zwischen 30 s und 3 min. laminiert, insbesondere für eine zeitliche Dauer von zwischen 5 min und 10 min, vorzugsweise werden die zwei Grünfolien für 10 min. laminiert.
In einer beispielhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mehrlagigen Keramiksubstrats umfasst die elektronische Funktionsschicht ein aktives und/oder ein passives Bauelement umfasst.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mehrlagigen Keramiksubstrats ist eine vertikale Durchkontaktierung zwischen den zwei keramischen Grünfolien gebildet.
Weiterhin kann bei einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen mehrlagigen Keramiksubstrats vorgesehen sein, dass die elektronische Funktionsschicht in einer Vertiefung der keramischen Grünfolie angeordnet ist. Vorzugsweise sind ein oder mehrere elektronische Bauelemente in der Vertiefung angeordnet.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Es zeigt:
1a bis 1c ein Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2a bis 2c eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein mehrlagiges Keramiksubstrat, und
4 das in 3 gezeigte mehrlagige Keramiksubstrat mit weiteren elektrischen Schaltungen.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet.
Die 1a bis 1c zeigen schematisch die einzelnen Schritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der 1a werden eine erste keramische Grünfolie 1 und eine zweite keramische Grünfolie 2 bereitgestellt. Vorzugsweise sind die erste Grünfolie 1 und die zweite Grünfolie 2 jeweils als eine LTCC-Folie gebildet. 1b zeigt den erfindungsgemäßen Schritt des Aufbringens einer elektronischen Funktionsschicht 3 auf die erste keramische Grünfolie 1 in einem Dünnschichtprozess. Wie in 1b gezeigt werden drei elektronische Funktionsschichten 3 auf die erste Grünfolie 1 aufgebracht, wobei zwei Funktionsschichten 3 übereinander aufgebracht werden, das heißt, es wird eine Kombination von Funktionsschichten 3 gebildet. Es können also mehrere elektronische Funktionsschichten 3 auf die erste Grünfolie 1 aufgebracht werden, die entweder als einzelne Funktionsschichten 3 oder übereinander aufgebracht werden, das heißt, es wird eine Kombination von Funktionsschichten 3 gebildet. In 1c werden die erste Grünfolie 1 und die zweite Grünfolie 2 zusammengefügt, indem die zweite Grünfolie 2 auf die erste Grünfolie 1 gelegt wird, wobei die elektronischen Funktionsschichten 3 zwischen den beiden Grünfolien 1, 2 liegen, quasi wie in einem Sandwich. Anschließend werden die beiden zusammengefügten Grünfolien 1, 2 laminiert und zu einer Keramik gesintert.
Die 2a bis 2c zeigen schematisch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Wie in 1a werden auch in 2a eine erste keramische Grünfolie 1 und eine zweite keramische Grünfolie 2 bereitgestellt. In 2b wird eine Vertiefung in der ersten Grünfolie 1 gebildet, beispielsweise mittels eines Lasers. In diese Vertiefung wird dann eine elektronische Funktionsschicht 3 aufgebracht. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel können auch mehrere elektronische Funktionsschichten 3 in die Vertiefung aufgebracht werden. Vorzugsweise können auch ein oder mehrere elektronische Bauelemente 8 (siehe 4) in die Vertiefung aufgebracht werden, die elektronischen Bauelemente 8 werden insofern in der ersten Grünfolie 1 integriert. Weiterhin wird eine vertikale elektronische Durchkontaktierung 4 gebildet, welche die elektronische Funktionsschicht 3 elektrisch mit einer Oberfläche der ersten keramischen Grünfolie 1 verbindet. An die Oberfläche kann beispielsweise noch eine weitere keramische Grünfolie (nicht gezeigt) gelegt werden, so dass mittels der vertikalen elektronischen Durchkontaktierung 4 die elektronische Funktionsschicht 3 mit der weiteren keramischen Grünfolie elektrisch verbunden ist. In 2c werden die erste und die zweite keramische Grünfolie 1, 2 derart zusammengefügt, so dass die elektronischen Funktionsschichten 3 zwischen den beiden Grünfolien 1, 2 angeordnet sind. Anschließend werden die beiden Grünfolien 1, 2 laminiert und zu einer Keramik gesintert.
3 zeigt ein mehrlagiges Keramiksubstrat 5 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Gezeigt sind mehrere zusammengefügte laminierte und gesinterte keramische Grünfolien 1, 2. In einer Innenlage und auf einer Außenlage ist jeweils eine metallische Schicht 6 aufgebracht, welche mittels einer vertikalen elektrischen Durchkontaktierung 4 verbunden sind. Eine weitere vertikale elektrische Durchkontaktierung 4 verbindet die innen liegende metallische Schicht 6 mit einer in einer Vertiefung einer innen liegenden Grünfolie 1, 2 aufgebrachten elektronischen Funktionsschicht 3. Somit ist eine elektrische Verbindung zwischen der Funktionsschicht 3 und der außen liegenden metallischen Schicht 6 gebildet. Ein elektrisches Signal kann also mittels der gebildeten elektrischen Verbindung weitergeleitet werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein elektronisches Bauelement 8 (siehe 4) in der Vertiefung aufgebracht und analog zur Funktionsschicht 3 kontaktiert sein.
4 zeigt das in der 3 gezeigte mehrlagige Keramiksubstrat 5 mit weiteren elektrischen Schaltungen. So sind in einer Innenlage des Keramiksubstrats 5 zwei elektronische Funktionsschichten 3 übereinander angeordnet und mittels vertikaler elektrischer Durchkontaktierungen 4 mit einer innenliegenden Metallschicht 6 elektrisch verbunden, wobei die innen liegende Metallschicht 6 mittels einer weiteren elektrischen Durchkontaktierung 4 mit einer außen liegenden Wärmeleitschicht 7 verbunden ist. So wird gleichzeitig eine elektrische Verbindung und eine thermische Verbindung gebildet. Des Weiteren ist ein elektronisches Bauelement 8 in einer weiteren Vertiefung einer innen liegenden Grünfolie 1, 2 aufgebracht, welches ebenfalls mittels einer vertikalen elektrischen Durchkontaktierung 4 mit einer weiteren Metallschicht 6 verbunden ist, wobei die weitere Metallschicht 6 mittels einer vertikalen Durchkontaktierung 4 mit einer außen liegenden elektronischen Funktionsschicht 3 elektrisch verbunden ist.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
Bezugszeichenliste

1: erste keramische Grünfolie
2: zweite keramische Grünfolie
3: elektronische Funktionsschicht
4: vertikale elektrische Durchkontaktierung
5: mehrlagiges Keramiksubstrat
6: Metallschicht
7: Wärmeleitschicht
8: elektronisches Bauelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006021432 A1 [0004]
EP 0299454 B1 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Keramiksubstrats (5), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen einer ersten keramischen Grünfolie (1) und einer zweiten keramischen Grünfolie (2), – Aufbringen einer elektronischen Funktionsschicht (3) auf der ersten keramischen Grünfolie (1) in einem Dünnschichtprozess und/oder Integrieren eines elektronischen Bauelementes (8) in der ersten keramischen Grünfolie (1), – Zusammenfügen der zwei keramischen Grünfolien (1; 2) derart, dass die elektronische Funktionsschicht (3) zwischen den zwei Grünfolien (1; 2) angeordnet ist, – Laminieren der zwei Grünfolien (1; 2) und – Sintern der zwei Grünfolien (1; 2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass passive und/oder aktive elektronische Funktionsschichten (3) auf die erste keramische Grünfolie (1) aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder zwei, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeleitschicht (7) auf die erste keramische Grünfolie (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vertiefung in der ersten keramischen Grünfolie (1) gebildet wird, in welcher die elektronische Funktionsschicht (3) und/oder das elektronische Bauelement (8) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die erste (1) und/oder die zweite (2) keramische Grünfolie Metallschichten (6) zur elektrischen Kontaktierung der elektronischen Funktionsschichten (3) aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine vertikale elektrische Durchkontaktierung (4) durch die zwei keramischen Grünfolien (1; 2) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere elektronische Funktionsschicht (3) auf eine der ersten keramischen Grünfolie (1) abgewandten Oberfläche der zweiten keramische Grünfolie (2) in einem Dünnschichtprozess aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet; dass LTCC-Folien bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Grünfolien (1; 2) bei eine Sintertemperatur zwischen 800°C und 1600°C gesintert werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Grünfolien (1; 2) bei einem Laminierdruck zwischen 50 und 270 bar laminiert werden.
Mehrlagiges Keramiksubstrat (5), insbesondere hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer ersten keramischen Grünfolie (1) und einer zweiten keramischen Grünfolie (2), wobei zwischen der ersten (1) und der zweiten (2) keramischen Grünfolie eine elektronische Funktionsschicht (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Funktionsschicht (3) eine Dicke von kleiner als 1 μm aufweist.
Mehrlagiges Keramiksubstrat (5) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Funktionsschicht (3) ein aktives und/oder ein passives Bauelement umfasst.
Mehrlagiges Keramiksubstrat (5) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine vertikale Durchkontaktierung (4) zwischen den zwei keramischen Grünfolien (1; 2) gebildet ist.
Mehrlagiges Keramiksubstrat (5) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet; dass die elektronische Funktionsschicht (3) und/oder ein elektronisches Bauelement (8) in einer Vertiefung der keramischen Grünfolie (1; 2) angeordnet ist.
Verwendung eines mehrlagigen Keramiksubstrats (5) nach einem der Ansprüche 11 bis 14 in einem Radarsystem oder einem Kommunikationssystem.