DE19834640A1 - Mehrschicht-Leiterbahnsubstrat für einen integrierten Hybrid-Schaltkreis, sowie Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrschicht-Leiterbahn­ substrat für einen integrierten Hybrid-Schaltkreis, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 bzw. 16. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Mehrschicht-Leiterbahnsubstrat, welches durch einen Ausback- oder thermischen Aushärtvorgang hergestellt wird und passive Schaltkreiselemente enthält, beispielsweise ein Widerstandselement oder ein Drosselelement, sowie ein Ver­ fahren zur Herstellung eines derartigen Substrates.

Wenn ein Dickschicht-Widerstandselement in einem Mehr­ schicht-Leiterbahnsubstrat für einen integrierten Hybrid-Schalt­ kreis gebildet wird, wird für gewöhnlich gemäß Fig. 12 eine Mehrzahl von leitfähigen Mustern 2 mit einem Paar von Widerstandselement-Anschlußelektroden 2a auf einem iso­ lierenden Substrat 1 durch Aufdruck- und Ausbackvorgänge unter Verwendung einer leitfähige- Paste ausgebildet. So­ dann wird ein Dickfilm- oder Dickschicht-Widerstandselement 3 über das Paar der Anschlußelektroden 2a durch Aufdruck- und Ausbackschritte unter Verwendung einer Widerstandspaste gebildet. Das Dickschicht-Widerstandselement 3 und das leitfähige Muster 2 werden dann durch einen (nicht gezeig­ ten) schützenden Deckglasüberzug bedeckt.

Bei der Konstruktion mit obigem Aufbau sind jedoch die Anschlußelektroden 2a und das Dickschicht-Widerstandsele­ ment 3 auf zweidimensionale Art und Weise angeordnet, so daß ein in Fig. 12 gestrichelter Bereich für das Dick­ schicht-Widerstandselement 3 ein Totraum ist. Im Ergebnis wird die zur Anordnung des Dickschicht-Widerstandselementes 3 notwendige Fläche groß, was zu einem Anwachsen der Ge­ samtfläche des Substrates führt. Um dieses Problem zu be­ seitigen, wurde unlängst eine Substrattechnik zur Bildung einer Mehrschicht-Verdrahtungstechnik oder Leiterbahnen­ technik vorgeschlagen. Ein Beispiel dieser Substrattechnik wird unter Bezugnahme auf die Fig. 14A bis 14D be­ schrieben.

Zunächst wird gemäß Fig. 14A eine Mehrzahl von Leiter­ bahnen oder leitfähigen Mustern 5 auf einem isolierenden Substrat 4 unter Verwendung von Aufdruck- und Ausback­ schritten, sowie unter Verwendung einer leitfähigen Paste gebildet. Die leitfähigen Muster 5 beinhalten ein Paar- von Anschlußelektroden 5a für ein Widerstandselement. Das iso­ lierende Substrat 4 ist aus einem anorganischen Material gefertigt. Nachfolgend wird gemäß Fig. 14B ein Dickschicht oder Dickfilm-Widerstandselement 6 ausgebildet, welches mit den Anschlußelektroden 5a auf dem isolierenden Substrat 4 verbunden wird; die Ausbildung erfolgt durch Aufdruck- und Ausbackschritte unter Verwendung einer Widerstandspaste.

Danach wird gemäß Fig. 14C eine isolierende Schicht 7 beispielsweise aus einem Glasmaterial auf dem isolierenden Substrat 4 mit Durchgangsöffnungen 7a ausgebildet, um die Anschlußelektroden 5a und Teile der leitfähigen Muster 5 freizulassen. Sodann werden gemäß Fig. 14D Anschlußelektro­ den 8, welche die Durchgangsöffnungen 7a füllen und leitfä­ hige Muster 9, welche auf der isolierenden Schicht 7 ange­ ordnet sind und mit den Anschlußelektroden 8 zu verbinden sind durch Aufdruck- und Ausbackschritte unter Verwendung einer leitfähigen Paste ausgebildet. Hierdurch wird schließlich ein Mehrschicht-Leiterbahnsubstrat für einen integrierten Hybrid-Schaltkreis gebildet. Die Fig. 14A bis 14D zeigen den Ablauf zum Ausbilden des Dickschicht Leiterbahnsubstrates mit einer Zweischichtigen Struktur in den einzelnen Schritten; wenn jedoch ein Dickfilm-Mehr­ schicht-Leiterbahnsubstrat mit mehr als drei Schichten her­ zustellen ist, werden nach den Aufdruck- und Ausbackschrit­ ten zur Ausbildung der Anschlußelektroden 8 und der leitfä­ higen Muster 9 die Schritte gemäß den Fig. 14A bis 14D wiederholt durchgeführt.

Bei dem obigen Herstellungsvorgang wird im Ausback­ schritt für die isolierende Schicht 7 die Temperatur auf annähernd 850°C bis 900°C angehoben. Im Gegensatz hierzu ist der normale Temperaturbereich für das Dickfilm-Mehr­ schicht-Leiterbahnsubstrat vergleichsweise gering (beispielsweise von -40°C bis 150°C). Infolgedessen werden aufgrund eines Unterschiedes im thermischen Ausdehnungs­ koeffizient zwischen dem Dickschicht-Widerstandselement 6 und der isolierenden Schicht 7 Restspannungen oder Eigen­ spannungen erzeugt.

Bei dem üblichen oder bekannten Aufbau schwillt das Dickschicht-Widerstandselement 6 an den Überlappungsberei­ chen mit den Anschlußelektroden 5a an oder wölbt sich auf. Von daher können sich Restbelastungen an diesen aufgewölb­ ten Abschnitten A des Dickschicht-Widerstandselementes 6 konzentrieren und Risse oder Unterbrechungen bewirken. Auf ähnliche Weise hat die isolierende Schicht 7 Abschnitte B entsprechend den aufgewölbten Abschnitten A. Die Abschnitte B der isolierenden Schicht 7 haben geringere Dicke als in den umgebenden Bereichen und wölben sich zusammen mit den aufgewölbten Abschnitten A des Dickschicht-Widerstandsele­ mentes 6 leicht nach oben. Infolgedessen können Risse oder Sprünge in den Abschnitten B erzeugt werden und sich in das Dickschicht-Widerstandselement 6 fortpflanzen. Wenn das Dickschicht-Widerstandselement 6 Risse aufweist, weicht sein Widerstandswert von dem Istwert ab, was zu Qualitäts­ problemen führt. Dieses Problem tritt auch bei dem soge­ nannten Grünfolien-Laminierverfahren auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, die Gesamtfläche eines Mehrschicht-Substrates zu verringern. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Erzeugung von Rissen in einem Mehrschicht-Substrat aufgrund von Rest- oder Eigenspannungen zu verhindern, welche sich während eines Ausbackschrittes aufbauen. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Her­ stellung des Mehrschicht-Substrates bereitzustellen, mit welchem die obigen Aufgaben gelöst werden können.

Zur Lösung dieser Aufgaben schlägt die vorliegende Er­ findung die in den Ansprüchen 1 bzw. 7 bzw. 16 angegebenen Merkmale vor.

Allgemein gesagt, bei dem Mehrschicht-Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein passives Schaltkreisele­ ment oberhalb eines isolierenden Basissubstrates angeordnet und ein isolierendes Bauteil ist auf dem isolierenden Ba­ sissubstrat mit dem passiven Schaltkreisbauteil dazwischen angeordnet. Durch das isolierende Bauteil wird eine Durch­ gangsöffnung ausgebildet, um einen Teil des passiven Schalt­ kreiselementes freizulegen und in der Durchgangsöffnung wird eine Anschlußelektrode angeordnet.

Infolgedessen ist die Anschlußelektrode auf dem passi­ ven Schaltkreiselement ohne Ausdehnung oder Erweiterung des passiven Schaltkreiselementes in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Basissubstrates angeordnet, so daß die Gesamtfläche des Mehrschicht-Substrates verringert werden kann. Da das passive Schaltkreiselement keinen überlappen­ den Abschnitt hat, der teilweise eine andere Schicht über­ lappt, können sich Restbelastungen oder -spannungen kaum in dem passiven Schaltkreiselement konzentrieren oder aufbau­ en, so daß das passive Schaltkreiselement vor Rißbildungen geschützt ist.

Das isolierende Basissubstrat kann ein Basissubstrat selbst und eine auf dem Substrat angeordnete isolierende Schicht haben. In diesem Falle wird das passive Schaltkrei­ selement auf der isolierenden Schicht angeordnet. Das iso­ lierende Basissubstrat kann aus eine Mehrzahl von Grünfo­ lien (green sheets) zusammengesetzt sein, welche zusammen laminiert sind. In diesem Falle besteht das isolierende Bauteil ebenfalls aus einer Grünfolie.

Das Mehrschicht-Substrat gemäß obiger Beschreibung wird durch die folgenden Schritte hergestellte Anordnen eines passiven Schaltkreiselementmateriales auf einem speziellen Abschnitt des isolierenden Basissubstrates oder auf der auf dem Basissubstrat angeordneten isolierenden Schicht; Aus­ backen des passiven Schaltkreiselementmateriales, um das passive Schaltkreiselement zu bilden; Anordnen eines iso­ lierenden Materials, um das passive Schaltkreiselement ab­ zudecken und um eine Durchgangsöffnung zur Freilegung des passiven Schaltkreiselementes zu haben; Ausbacken des iso­ lierenden Materiales, um eine Dickschicht oder Dickfilm Isolierschicht auf dem passiven Schaltkreiselement zu bil­ den; Füllen der Durchgangsöffnung mit einem leitfähigen Ma­ terial; und Ausbacken des leitfähigen Materials, um in der Durchgangsöffnung eine Anschlußelektrode zu bilden.

Die isolierende Dickfilm-Schicht kann durch Wiederholen der Schritte des Anordnens und Ausbackens des isolierenden Materiales gebildet werden. Das passive Schaltkreiselement kann eine Widerstandselement sein. In diesem Fall wird be­ vorzugt der Schritt des Einstellens oder Abstimmens des Wi­ derstandselementes dann durchgeführt, nachdem die Schritte des Anordnens und Ausbackens des isolierenden Materiales wenigstens einmal durchgeführt worden sind. Infolgedessen kann ein Widerstandswert des Widerstandselementes präzise eingestellt werden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorlie­ genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine geschnittene Ausschnittsdarstellung eines Mehrschicht-Leiterbahnsubstrates gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform;

Fig. 2 eine Teildraufsicht auf das Mehrschicht-Leiter­ bahnsubstrat von Fig. 1;

Fig 3A bis 3F Schnittdarstellungen zur Veranschauli­ chung eines Verfahrens zur Herstellung des Mehrschicht-Lei­ terbahnsubstrates von Fig. 1 in aufeinanderfolgenden Schritten;

Fig. 4 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Mehrschicht-Leiterbahnsubstrates gemäß einer zweiten bevor­ zugten Ausführungsform;

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Mehrschicht-Leiterbahn­ substrat von Fig. 4;

Fig. 6 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Mehrschicht-Leiterbahnsubstrates gemäß einer dritten bevor­ zugten Ausführungsform;

Fig. 7 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Mehrschicht-Leiterbahnsubstrates gemäß einer vierten bevor­ zugten Ausführungsform;

Fig. 8 ein Schaltkreisdiagramm von Widerständen in ei­ ner modifizierten Ausführungsform der ersten Ausführungs­ form;

Fig. 9 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Mehrschicht-Leiterbahnsubstrates zur Verwirklichung des Schaltkreisdiagrammes von Fig. 8;

Fig. 10 ein Schaltkreisdiagramm von Widerständen in ei­ ner weiteren modifizierten Ausführungsform der ersten Aus­ führungsform;

Fig. 11 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Mehrschicht-Leiterbahnsubstrates zur Verwirklichung des Schaltkreisdiagrammes von Fig. 10;

Fig. 12 eine ausschnittsweise Draufsicht auf einen Teil eines Mehrschicht-Leiterbahnsubstrates gemäß des Standes der Technik;

Fig. 13 eine Schnitt-Teildarstellung auf ein Mehr­ schicht-Leiterbahnsubstrat gemäß des Standes der Technik; und

Fig. 14A bis 14D Schnittdarstellungen zur Veranschauli­ chung eines Herstellungsverfahrens des Mehrschicht-Leiter­ bahnsubstrates von Fig. 13 in den einzelnen Schritten.

Gemäß den Fig. 1 und 2 weist ein Dickschicht- oder Dickfilm-Mehrschicht-Leiterbahnsubstrat 10 in einer ersten bevorzugten Ausführungsform ein isolierendes Substrat 11, welches als Basis dient und aus anorganischem Material wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid (AlN) oder Siliziumcarbid (SiC) besteht, auf. Ein Dickschicht-Widerstandselement (passives Schaltkreiselement) 12 und eine Mehrzahl von in­ nenliegenden leitfähigen Bahnen oder Mustern 13 sind auf der oberen Oberfläche des isolierenden Substrates 11 ausge­ bildet. Die innenliegenden leitfähigen Muster beinhalten bevorzugt Silber (Ag) oder Kupfer (Cu). Wenn die innenlie­ genden leitfähigen Muster 13 Silber beinhalten, enthält das Dickschicht-Widerstandselement 12 bevorzugt Rutheniumoxid (RuO₂). Wenn die innenliegenden leitfähigen Muster 13 Kup­ fer beinhalten, enthält das DickSchicht-Widerstandselement 12 bevorzugt zumindest entweder Lanthanborid (LaB₆) oder Zinnoxid (SnO₂).

Eine isolierende Dickfilmschicht 14 (isolierendes Bau­ teil) ist mit dem isolierenden Substrat 11 über das Dick­ film-Widerstandselement 12 und die innenliegenden leitfähi­ gen Muster 13 laminiert. Infolgedessen ist das Widerstands­ element 12 innerhalb des Mehrschicht-Leiterbahnsubstrates 10 angeordnet. Die isolierende Schicht 14 ist aus einem an­ organischen Material, beispielsweise einem Glasmaterial, einem Keramikmaterial oder einem Glas/Keramikmaterial ge­ fertigt. Eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 15 ist so ausgebildet, daß sie die isolierende Schicht 14 durchtreten und die beiden Endabschnitte (welche Anschlußabschnitten entsprechen) des Widerstandselementes 12 und spezielle Ab­ schnitte der innenliegenden leitfähigen Muster 13 freile­ gen.

Sodann werden Anschlußelektroden 12a und 13a für das Widerstandselement 12 und für die leitfähigen Muster 13 je­ weils in den Durchgangsöffnungen 15 ausgebildet, um elek­ trisch mit dem Widerstandselement 12 und den leitfähigen Mustern 13 in Verbindung zu stehen. Weiterhin werden auf der Oberfläche leitfähige Bahnen oder Muster 17 auf der isolierenden Schicht 14 ausgebildet. Falls notwendig, kön­ nen diese leitfähigen Muster 17 mit Kupfer, Nickel oder Gold überzogen werden. Weiterhin werden elektrische Bautei­ le (nicht gezeigt), beispielsweise IC-Bauelemente oder der­ gleichen auf dem so ausgebildeten Mehrschicht-Leiterbahn­ substrat 10 angeordnet. Die elektrischen Komponenten kön­ nen, falls gewünscht, mit einem schützenden Glasüberzug oder dergleichen abgedeckt werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3A bis 3F wird nach­ folgend ein Verfahren zur Herstellung des Mehrschicht-Lei­ terbahnsubstrates 10 erläutert. Zunächst werden gemäß Fig. 3A in einem ersten Ausbildungsschritt eine Widerstandspaste (Dickschicht- oder Dickfilm-Pastenmaterial) für das Wider­ standselement 12 und eine leitfähige Paste für die innen­ liegenden leitfähigen Muster 13 aufeinanderfolgend auf dem isolierenden Substrat 11 aufgedruckt und dann thermisch ausgehärtet oder ausgebacken. Somit werden das Widerstands­ element 12 und die leitfähigen Muster 13 gebildet. Obgleich in dieser Ausführungsform die aufgedruckte Widerstandspaste und leitfähige Paste gleichzeitig ausgebacken werden, um diesen Herstellungsschritt zu vereinfachen, können sie auch nacheinander in jeweiligen einzelnen Ausbackschritten aus­ gebacken oder ausgehärtet werden.

Danach wird gemäß Fig. 3B in einem Ausbildungsschritt für die isolierende Schicht eine isolierende Paste mit bei­ spielsweise Glas auf dem isolierenden Substrat 11 aufge­ druckt, um eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 15a zu bilden, mit welchen die beiden Endabschnitte des Wider­ standselementes 12 und spezielle Abschnitte der leitfähigen Muster 13 freigelegt werden. Sodann wird diese aufgedruckte isolierende Paste ausgebacken oder thermisch ausgehärtet Hierdurch wird ein isolierender unterer Schichtteil 14a der isolierenden Schicht 14 auf dem isolierenden Substrat 11 ausgebildet. Sodann werden gemäß Fig. 13C in einem ersten Elektrodenausbildungsschritt die Durchgangsöffnungen 15a, welche das isolierende untere Schichtteil 14a durchtreten, durch einen Aufdruckvorgang mit einer leitfähigen Paste ge­ füllt und diese leitfähige Paste in den Durchgangsöffnungen 15a wird ausgebacken. Somit werden untere Anschlußelektro­ denteile 12b und 13b in dem isolierenden unteren Schicht­ teil 14a gebildet.

Nach dem Ausbildungsschritt der ersten isolierenden Schicht oder nach dem Ausbildungsschritt der ersten Elek­ trode wird ein Abstimmschritt durchgeführt, um den Wider­ standswert des Widerstandselementes 12 abzustimmen oder zu trimmen. Fig. 3D zeigt schematisch den Abstimmschritt, der beispielsweise nach dem ersten Isolierschicht-Ausbildungs­ schritt durchgeführt wird. Bei diesem Abstimmschritt wird der Widerstandswert des Dickfilm-Widerstandselementes 12 durch Laserabstimmung eingestellt, wobei gleichzeitig über ein Paar von Meßsonden 16, welche ein Paar der unteren Elektrodenanschlußteile 12a kontaktieren, die an den beiden Endabschnitten des Widerstandselementes 12 angeordnet sind, ein Meßvorgang erfolgt. Hierbei wird ein Teil des isolie­ renden unteren Schichtteiles 14a entfernt. Anstelle der La­ ser-Abstimmtechnik kann zum Trimmen oder Einstellen des Wi­ derstandselementes 12 ein Sandstrahl-Trimmen, ein Impuls-Trim­ men oder dergleichen durchgeführt werden. Wenn die Im­ puls-Trimmtechnik verwendet wird, kann selbst dann, wenn das Widerstandselement 12 mit einer anderen Schicht bedeckt ist, der Wert des Widerstandselementes 12 eingestellt wer­ den, so daß der Widerstandswert des Widerstandselementes 12 einstellbar verbleibt.

Nachdem der Trimm- oder Abstimmvorgang durchgeführt worden ist, wird gemäß Fig. 3E in einem zweiten Isolier­ schicht-Ausbildungsschritt eine isolierende Paste auf den isolierenden unteren Schichtteil 14a aufgedruckt, um eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 15b an Positionen entspre­ chend der Durchgangsöffnungen 15a zu haben, wonach dann ein Ausbackschritt erfolgt. Hierdurch wird ein isolierender oberer Schichtteil 14b mit den Durchgangsöffnungen 15b hierin auf dem isolierenden unteren Teil 14a gebildet. So­ mit wird auf diese Weise bei dieser Ausführungsform die isolierende Schicht 14 durch die ersten und zweiten Iso­ lierschicht-Ausbildungsschritte gebildet, d. h. durch zwei­ faches Wiederholen des Ausbildungsschrittes. Hierdurch kann die isolierende Paste ohne Bläschenbildung aufgedruckt wer­ den, so daß die Isoliereigenschaft bzw. -Zuverlässigkeit der isolierenden Schicht 14 erhöht wird. Obgleich die iso­ lierende Schicht 14 durch zweimaliges Durchführen des Aus­ bildungsschrittes bei dieser Ausführungsform gebildet wird, kann sie auch durch Durchführen des Ausbildungsschrittes mehr als zweimal gebildet werden, um die Isoliereigenschaf­ ten noch weiter zu verbessern.

Daraufhin wird gemäß Fig. 3F in einem zweiten Elektro­ denausbildungsschritt die leitfähige Paste auf den isolie­ renden oberen Schichtteil 14b aufgedruckt, um die Durch­ gangsöffnungen 15b zu füllen und um die an der Oberfläche liegenden leitfähigen Muster 17 zu bilden, wonach dann ein weiterer Ausbackschritt erfolgt. Hierdurch werden obere An­ schlußelektrodenteile 12c und 13c, so wie die auf der Ober­ fläche verlaufenden leitfähigen Muster 17 gebildet. Im An­ schluß hieran ist das Mehrschicht-Leiterbahnsubstrat 10 in Dickfilm- oder Dickschichttechnik von Fig. 1 vollständig.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird der in jedem oben beschriebenen Schritt durchgeführte Ausbackvorgang durch einen sogenannten Luft-Ausbackvorgang durchgeführt. Die leitfähige Paste ist auf Edelmetall-Basis und enthält beispielsweise Silber (Ag) oder eine Silber/Platin-Legie­ rung (Ag/Pt) und die Widerstandspaste enthält Ruthenium (Ru).

Die Anschlußelektroden 12A für das Widerstandselement 12 werden durch Füllen der Durchgangsöffnungen 15 mit der leitfähigen Paste und durch Ausbacken der leitfähigen Paste in den Durchgangsöffnungen 15 gebildet. Hierdurch sind die Anschlußelektroden 12a und ist das Dickschicht-Widerstands­ element 12 in einem dreidimensionalen Zustand angeordnet. Wie in Fig. 2 gezeigt, können die Anschlußelektroden 12a knapp oder genau oberhalb des Widerstandselementes 12 ohne Vergrößerung des Widerstandselementes 12 in einer Richtung parallel zur Oberfläche des isolierenden Filmes 14 ausge­ bildet werden. Im Ergebnis kann die Gesamtfläche des Mehr­ schicht-Leiterbahnsubstrates 10 im Vergleich zu Fig. 12 verringert werden.

Das Dickfilmwiderstandselement 12 ist direkt auf dem isolierenden Substrat 11 ohne irgendwelche dazwischen lie­ genen Schichten ausgebildet. Von daher wölbt sich das Wi­ derstandselement 12 nicht aufgrund eines Überlappungsberei­ ches mit einer anderen Schicht auf, wie in dem herkömmli­ chen Aufbau gemäß Fig. 13. Selbst wenn daher aufgrund eines Unterschiedes im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwi­ schen der isolierenden Schicht 14 und dem Widerstandsele­ ment 12 nach den Ausbackschritten der ersten und zweiten Isolierschicht-Ausbildungsschritte eine Restspannung oder Restbelastung erzeugt wird, wird sich diese Restspannung praktisch nicht an einem Teil des Widerstandselementes 12 konzentrieren. Von daher wird das Widerstandselement 12 da­ vor geschützt, Risse oder Sprünge zu erhalten.

Weiterhin wird bei dieser Ausführungsform der Trimm- oder Abstimmschritt für das Widerstandselement 12 in einem Zustand durchgeführt, wo der isolierende untere Schichtteil 14a und die unteren Anschlußelektrodenteile 12b jeweils in dem ersten Isolierschicht-Ausbildungsschritt und dem ersten Elektroden-Ausbildungsschritt gebildet werden, d. h. in ei­ nem Zustand, in welchem die Dicke oder Stärke der isolie­ renden Schicht relativ gering ist. Von daher ist es ein­ fach, den Abstimmschritt durchzuführen. Beispielsweise kann der Widerstandswert des Widerstandselementes 12 während des Ausbackschrittes der isolierenden Schicht 14 durch das Ein­ dringenlassen von Elementen aus der Isolierschicht 14 in das Widerstandselement 12 oder durch eine Reaktion zwischen Bestandteilen des Widerstandselementes 12 und der isolie­ renden Schicht 14 erhöht werden. Von daher wird bei dieser Ausführungsform der Abstimmschritt des Widerstandselementes 12 nach der Ausbildung des unteren isolierenden Schichttei­ les 14a durchgeführt.

Allgemein gesagt, in dem Fall, in welchem die isolie­ rende Dickfilmschicht 14 durch mehrmaliges Durchführen des Ausbildungsschrittes gebildet wird, wird eine Widerstands­ änderung in dem Widerstandselement 12 im wesentlichen durch den Ausbildungsschritt zum Ausbilden der ersten Schicht, welche direkt das Widerstandselement 12 kontaktiert, beein­ flußt und kaum durch die nachfolgenden Ausbildungsschritte zum Bilden der oberen Schichten beeinflußt werden. Wenn da­ her der Abstimmschritt für das Widerstandselement 12 nach der Ausbildung des unteren isolierenden Schichtteiles 14a durchgeführt wird, wird verhindert, daß der Widerstandswert des Widerstandselementes 12 nach dem Abstimmwert wesentlich von seinem Ausgangswert abweicht. Da weiterhin die Stärke des unteren Isolierschichtteiles 14a relativ dünn ist, kann der Abstimmschritt leicht durchgeführt werden. In der er­ sten Ausführungsform wird der Abstimmschritt an dem Wider­ standselement 12 durchgeführt, nachdem die unteren An­ schlußelektrodenteile 12b ausgebildet worden sind; er kann jedoch auch unmittelbar nach Ausbildung des unteren Iso­ lierschichtteiles 14a durchgeführt werden. In diesem Fall kontaktieren die Tastköpfe oder Sonden 16 direkt die beiden Endabschnitte des Widerstandselementes 12, um dessen Wider­ standswert zu messen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine zweite bevorzugte Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung und nachfolgend werden nur diejenigen Punkte oder Schritte näher erläutert, welche sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden. Gleiche oder einander entsprechende Teile oder Abschnitte wie in der ersten Ausführungsform sind in der zweiten Aus­ führungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In der zweiten Ausführungsform ist ein spiralförmig verlaufendes oder angeordnetes Widerstandselement 18 auf dem isolierenden Substrat 11 durch Aufdrucken und Ausbacken der Widerstandspaste ausgebildet. In diesem Fall ist die isolierende Schicht 14, die über dem Widerstandselement 18 auf dem isolierenden Substrat 11 ausgebildet ist, mit einem Paar von Durchgangsöffnungen 19 versehen, welche sich an den beiden Endabschnitten (entsprechend den Anschlußab­ schnitten) des Widerstandselementes 18 befinden. Anschluß­ elektroden 18a für das Dickfilm-Widerstandselement 18, wel­ che die Durchgangsöffnungen 19 ausfüllen und an der Ober­ fläche liegende leitfähige Muster 20 werden gleichzeitig in und auf der isolierenden Schicht 14 durch Aufdruck- und Ausbackschritte unter Verwendung einer leitfähigen Paste ausgebildet.

Bei dieser Ausführungsform ist die Stoßspannungs-Wider­ standsfähigkeit des Widerstandselementes 18 verbessert. Allgemein gesagt, eine Feldintensität E, welche an einem Widerstand anliegt, wird durch die Formel E = V/L ausge­ drückt, wobei L eine Länge des Widerstandes ist und V die angelegte Spannung bedeutet. Wenn somit bei dieser Ausfüh­ rungsform die Länge des Widerstandselementes 18 durch den spiralförmigen Verlauf groß wird, wird auch die Stoßspan­ nungsfestigkeit entsprechend größer. Zusätzlich kann, wenn ein hoher Widerstandswert des Widerstandselementes 18 not­ wendig ist, dann die zur Anordnung des Widerstandselementes 18 notwendige Fläche vergleichsweise klein gemacht werden. Weitere Einzelheiten, Aspekte und Effekte dieser zweiten Ausführungsform sind wie diejenigen der ersten Ausführungs­ form.

Fig. 6 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform und es werden nachfolgend diejenigen Punkte beschrieben, welche im Unterschied zur ersten Ausführungsform stehen. Die drit­ te Ausführungsform zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß zwei isolierende Dickfilmschichten 21 und 22 auf dem isolierenden Substrat 11 auflaminiert sind, um ein Mehr­ schicht-Leiterbahnsubstrat 10a in Dickschicht- oder Dick­ filmtechnik zu bilden. Gemäß Fig. 6 ist eine Mehrzahl von innenliegenden leitfähigen Mustern 23 direkt auf der oberen Oberfläche des isolierenden Substrates 11 durch Aufdruck- und Ausbackschritte unter Verwendung einer leitfähigen Pa­ ste ausgebildet. Das Dickfilm-Widerstandselement kann di­ rekt auf der oberen Oberfläche des isolierenden Substrates 11 ausgebildet werden. Die isolierende Dickfilmschicht 21 ist aus anorganischem Material und wird dann auf dem iso­ lierenden Substrat 11 ausgebildet, wobei die innenliegenden leitfähigen Muster 23 zwischengeschaltet sind.

Eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 24 ist in der isolierenden Dickfilmschicht 21 ausgebildet, um spezielle Abschnitte der innenliegenden leitfähigen Muster 23 frei zu­ legen und das Dickfilm-Widerstandselement 12 ist auf der isolierenden Schicht 21 unter Verwendung einer Widerstands­ paste durch Aufdruck- und Ausbackschritte gebildet. An­ schlußelektroden 23a sind in der isolierenden Dickfilm­ schicht 21 ausgebildet, um die Öffnung 24 zu füllen und gleichzeitig werden innenliegende leitfähige Muster 25 in der isolierenden Schicht 21 gebildet. Eine isolierende Dickfilmschicht 22 aus dem gleichen anorganischen Material wie die isolierende Schicht 21 wird dann über die innenlie­ genden leitfähigen Muster 25 und das Widerstandselement 12 auf der isolierenden Schicht 21 ausgebildet. Somit liegt das Widerstandselement 12 innerhalb des Leiterbahnsubstra­ tes 10a. Hierbei ist eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 26 in der Dickfilmschicht 22 ausgebildet, um die beiden Endabschnitte (entsprechend den Anschlußabschnitten) des Widerstandselements 12 freizulegen.

Die Anschlußelektroden 12a des Widerstandselement 12 werden dann unter Verwendung einer leitfähigen Paste durch Aufdruck- und Ausbackschritte in den Durchgangsöffnungen 26 ausgebildet; gleiches trifft auf auf der Oberfläche liegen­ de Muster 27 zu, welche auf der isolierenden Schicht 22 ge­ bildet werden. Es ist hierbei wünschenswert bzw. vorteil­ haft, daß jede der isolierenden Dickfilmschichten 21 und 22 durch mehr als zweimalige Durchführung eines Ausbildungs­ schrittes gebildet wird. Weitere Einzelheiten, Aspekte und Merkmale dieser Ausführungsform sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.

Fig. 7 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform und nachfolgend werden nur Punkte beschrieben, welche sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden. In der vierten Ausführungsform ist ein Mehrschicht-Leiterbahnsubstrat 28 in bekannter Weise durch eine Mehrzahl von sogenannten Grünfolien (green sheets) gebildet. Genauer gesagt, das Leiterbahnsubstrat 28 besteht aus drei isolierenden Schich­ ten 29a bis 29c, welche zusammenlaminiert sind. Ein Dick­ film-Widerstandselement (passives Schaltkreiselement) 30 und innenliegende leitfähige Muster 31 sind auf der isolie­ renden Schicht 29a als unterste Schicht angeordnet. Das Dickschicht-Widerstandselement 30 bei dieser Ausführungs­ form ist bevorzugt aus Aluminiumpulver und einem Metall wie Wolfram (W) oder Molybdän (Mo) gebildet.

Die isolierende Schicht 29b, welche als Zwischenschicht dient, weist eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 38 zum Freilegen der beiden Endabschnitte (entsprechend den An­ schlußabschnitten) des Widerstandselementes 30 und speziel­ ler Abschnitte des innenliegenden leitfähigen Musters 31 auf. Die Durchgangsöffnungen 32 werden mit Anschlußelektro­ den 30a für das Widerstandselement 30 und Anschlußelektro­ den 31a für die innenliegenden leitfähigen Muster 31 ge­ füllt. Weiterhin werden auf der isolierenden Schicht 29b innenliegende leitfähige Muster 33 ausgebildet. Einige der leitfähigen Muster 33 sind mit den Anschlußelektroden 30a und 31a verbunden.

Die isolierende Schicht 29c, welche die oberste Schicht bildet, wird mit einer Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 34 zum Freilegen spezieller Abschnitte der innenliegenden leitfähigen Muster 33 versehen und leitfähige Füllungen 34a werden ausgebildet, um diese Durchgangsöffnungen 34 zu fül­ len. Weiterhin werden auf der Oberfläche liegende leitfä­ hige Muster 35 auf der oberen Oberfläche der isolierenden Schicht 39c ausgebildet. Einige dieser leitfähigen Muster 35 sind mit den leitfähigen Füllungen 34a verbunden.

Das Mehrschicht-Leiterbahnsubstrat 28 mit diesem Aufbau wird durch die nachfolgenden Schritte hergestellt: Eine Wi­ derstandspaste für das Widerstandselement 30 und eine leit­ fähige Paste für die innenliegenden leitfähigen Muster 31 werden auf eine Grünfolie aufgedruckt, welche die isolie­ rende Schicht 29a werden soll. Die Durchgangsöffnungen 32 und 34 werden durch Stanzen oder dergleichen in den ent­ sprechenden Grünfolien der isolierenden Schicht 29b und 29c ausgebildet und dann werden die Anschlußelektroden 31a, die innenliegenden leitfähigen Muster 33, die leitfähigen Fül­ lungen 34a und die auf der Oberfläche liegenden leitfähigen Muster 35 auf und in den jeweiligen Grünfolien mit den Durchgangsöffnungen 32 gedruckt. Danach werden die Grünfo­ lien miteinander zusammenlaminiert und heiß verpreßt. Nach­ dem die laminierten Grünfolien in eine Form entsprechend dem gewünschten Mehrschichtleiterbahnsubstrat 28 geschnit­ ten worden sind, wird diese laminierte Struktur ausge­ backen. Falls nötig oder gewünscht, werden die leitfähigen Muster 35 mit Kupfer, Nickel, Gold oder dergleichen überzo­ gen. Im Ergebnis wird das Mehrschicht-Leiterbahnsubstrat 28 erhalten. Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile dieser Ausführungsform sind die gleichen wie in der ersten Ausfüh­ rungsform.

Als Abwandlung der ersten Ausführungsform kann, wenn ein Widerstandsmuster mit Widerständen R1 und R2 in elek­ trischer Reihenschaltung gemäß Fig. 8 in dem Mehrschicht Leiterbahnsubstrat ausgebildet werden soll, der folgende Aufbau angewendet werden: gemäß Fig. 9 wird ein Dick­ schicht-Widerstandselement (passives Schaltkreiselement) 36 zwischen dem isolierenden Substrat 11 und der isolierenden Schicht 14 ausgebildet und hat ein Paar von Anschlußelek­ troden 36a an beiden Endabschnitten und eine Anschlußelek­ trode 36b an einer Position, mit der der Widerstandswert des Widerstandselementes 36 in zwei Widerstandswerte ent­ sprechend den gewünschten Widerständen R1 und R2 unterteilt werden kann.

Wenn ein Widerstandsmuster mit Widerständen R3, R4 und R5 in der elektrischen Verbindung gemäß Fig. 10 auszubilden ist, kann der Aufbau der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 11 abgewandelt werden. Genauer gesagt, ein Paar von An­ schlußelektroden 37a wird an den beiden Endabschnitten ei­ nes Widerstandselementes 37 (passives Schaltungskreiselement) ausgebildet. Zusätzlich wird eine andere Durchgangsöffnung in der isolierenden Schicht 14 ausgebildet, um das Wider­ standselement 37 an einer Position freizulegen, welche ge­ eignet ist, den Widerstandswert des Widerstandselementes 37 in zwei Widerstandswerte entsprechend den Widerstandswerten R3 und R4 zu unterteilen und die Durchgangsöffnung wird mit einem Widerstandsteil 37b für den Widerstand R5 gefüllt.

Bei den oben genannten beiden Fällen werden die An­ schlußelektroden 36b und das Widerstandselement 37b eben­ falls durch Aufdruck- und Ausbackvorgänge gebildet. Die in den Fig. 9 und 11 gezeigten Strukturen mit der Anschluß­ elektrode 36b und dem Widerstandselement 37b können auch bei den voranstehenden Ausführungsform angewendet werden. Wenn beispielsweise die Anschlußelektrode 36b oder das Wi­ derstandselement 37b bei der vierten Ausführungsform mit dem aus Grünfolien zusammenlaminierten Substrat angewendet wird, werden, nachdem die Paste für die Anschlußelektrode 36b oder das Widerstandselement 37b in der entsprechenden Grünfolie eingebettet worden ist, sämtliche Grünfolien zu­ sammenlaminiert und ausgebacken.

Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen das Dickfilm-Widerstandselement innerhalb des Mehrschicht-Lei­ terbahnsubstrates als passives Schaltkreiselement angeord­ net ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein passi­ ves Schaltkreiselement beschränkt, sondern kann beispiels­ weise eine Spule, ein Kondensator oder ein anderes Bauteil sein, welches aus Dickfilm-Pastenmaterial gefertigt wird.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand und unter Bezug­ nahme bevorzugter Ausführungsformen dargestellt und be­ schrieben; es ergibt sich dem Fachmann auf diesem Gebiet, daß jedoch eine Vielzahl von darüber hinaus gehenden Modi­ fikationen und Änderungen möglich ist, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims (18)

1. Mehrschichtsubstrat für einen integrierten Hybrid­ schaltkreis, gebildet durch einen Ausbackschritt, wobei das Mehrschicht-Substrat aufweist:
ein isolierendes Basissubstrat (11);
ein passives Schaltkreiselement (12, 18, 30, 36, 37), welches oberhalb des Basissubstrates (11) angeordnet ist;
ein isolierendes Bauteil (14, 22, 29b), welches unter Zwischenschaltung des passiven Schaltkreiselementes (12, 18, 30, 36, 37) auf dem isolierenden Basissubstrat (11) an­ geordnet ist, wobei das isolierenden Bauteil (14, 22, 29b) eine Durchgangsöffnung (15, 19, 26, 32) zum Freilegen eines Teils des passiven Schaltkreiselementes (12, 18, 30, 36, 37) aufweist; und
eine Anschlußelektrode (12a, 18a, 30a, 36a, 37a), wel­ che in der Durchgangsöffnung (15, 19, 26, 32) angeordnet ist, um den Teil des passiven Schaltkreiselementes (12, 18, 30, 36, 37) direkt zu kontaktieren.

2. Mehrschicht-Substrat nach Anspruch 1, weiterhin mit einer isolierenden Schicht (21), welche zwischen dem iso­ lierenden Basissubstrat (11) und dem passiven Schaltkreis (12) angeordnet ist.

3. Mehrschicht-Substrat nach Anspruch 1, wobei das passive Schaltkreiselement (12, 18, 30, 36, 37) direkt auf dem isolierenden Basissubstrat (11) angeordnet ist.

4. Mehrschicht-Substrat nach Anspruch 1, wobei das isolierende Bauteil (14, 22) eine isolierende Dünnfilm­ schicht ist, welche durch Ausbacken auf dem isolierenden Basissubstrat (11) ausgebildet ist; und wobei die Durch­ gangsöffnung (15, 19, 26) so ausgebildet ist, daß sie durch das isolierende Bauteil verläuft.

5. Mehrschicht-Substrat nach Anspruch 1, wobei:
das isolierende Basissubstrat aus einer Mehrzahl von Grünfolien (29a-29c) aufgebaut ist, welche zusammenlami­ niert sind;
das isolierende Bauteil aus einer Grünfolie (29b) be­ steht, welche mit dem isolierenden Basissubstrat zusammen­ laminiert ist; und
die Durchgangsöffnung (32) so ausgebildet ist, daß sie das isolierende Bauteil (29b) durchläuft, bevor das isolie­ rende Bauteil mit dem isolierenden Basissubstrat zusammen­ laminiert wird.

6. Mehrschicht-Substrat nach Anspruch 1, wobei:
die Durchgangsöffnung erste und zweite Durchgangsöff­ nungen aufweist;
eine Anschlußelektrode 37a in der ersten Durchgangs­ öffnung angeordnet ist; und
ein Widerstandsbauteil 37b in der zweiten Durchgangs­ öffnung angeordnet ist.

7. Ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht­ substrates für einen integrierten Hybridschaltkreis, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Anordnen eines passiven Schaltkreiselementmateriales an einem festgelegten Abschnitt eines isolierenden Basis­ substrates 11;
Ausbacken des passiven Schaltkreiselementmateriales, um ein passives Schaltkreiselement (12, 18, 36, 37) zu bil­ den;
Anordnen eines isolierenden Materials, um das passive Schaltkreiselement (12, 18, 36, 37) abzudecken und um eine Durchgangsöffnung (15, 19, 26) zu schaffen, durch welche ein Teil des passiven Schaltkreiselementes (12, 18, 36, 37) freiliegt;
Ausbacken des isolierenden Materiales, um eine isolie­ rende Dickfilmschicht (14, 22) auf dem passiven Schalt­ kreiselement (12, 18, 36, 37) zu bilden;
Füllen der Durchgangsöffnung (15, 19, 26) mit einem leitfähigen Material, so daß das leitfähige Material direkt das passive Schaltkreiselement (12, 18, 36, 37) kontak­ tiert; und
Ausbacken des leitfähigen Materials, um eine Anschluß­ elektrode (12a, 18a, 36a, 37a) zu bilden, welche in der Durchgangsöffnung 15, 19, 26) das passive Schaltkreisele­ ment (12, 18, 37) kontaktiert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Basissubstrat aus einem isolierenden Substrat besteht und eine isolie­ rende Schicht (21) auf dem isolierenden Substrat angeordnet ist; und das passive Schaltkreiselement auf der isolieren­ den Schicht (21 angeordnet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das passive Schaltkreiselement (12, 18, 36, 37) ein Widerstandselement ist und das Verfahren weiterhin einen Schritt des Abstim­ mens des Widerstandselementes bei gleichzeitigem Messen des Widerstandswertes des Widerstandselementes nach dem Schritt des Ausbackens des passiven Elementmateriales aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Widerstands­ wert des Widerstandselementes durch eine Sonde (16) gemes­ sen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Widerstands­ wert des Widerstandselementes durch die Anschlußelektrode (12a, 18a, 36a, 37a) gemessen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei:
die Schritte des Anordnens und Ausbackens des isolie­ renden Materials mehr als einmal wiederholt werden; und
der Schritt des Abstimmens des Widerstandselementes durchgeführt wird, nachdem die Schritte des Anordnens und Ausbackens des isolierenden Materiales jeweils einmal durchgeführt worden sind.

13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei:
die Schritte des Anordnens und Ausbackens des isolie­ renden Materiales und das Füllen der Durchgangsöffnung (15, 19, 26) mit dem leitfähigen Material mehr als einmal vor dem Schritt des Ausbackens des leitfähigen Materials wieder­ holt werden; und
der Schritt des Abstimmens des Widerstandselementes durchgeführt wird, nachdem die Schritte des Anordnens und Ausbackens des isolierenden Materials jeweils einmal durch­ geführt wurden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei:
der Schritt des Abstimmens des Widerstandselementes durchgeführt wird, nachdem die Schritte des Anordnens und Ausbackens des isolierenden Materiales und Füllens der Durchgangsöffnung (15, 19, 26) mit dem leitfähigen Material einmal durchgeführt worden sind.

15. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Durchgangs­ öffnung erste und zweite Durchgangsöffnungen aufweist; die erste Durchgangsöffnung mit dem leitfähigen Material ge­ füllt wird; und die zweite Durchgangsöffnung mit einem Wi­ derstandsmaterial gefüllt wird, um in der zweiten Durch­ gangsöffnung einen Widerstand (37b) zu bilden.

16. Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht­ substrates für einen integrierten Hybridschaltkreis, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Aufdrucken eines passiven Schaltkreiselementmateriales auf eine erste Grünfolie (29a);
Ausbilden einer Durchgangsöffnung (32) in einer zwei­ ten Grünfolie (29b);
Füllen der Durchgangsöffnung (32) mit einem leitfähi­ gen Material;
Zusammenlaminieren der ersten und zweiten Grünfolien (29a, 29b), so daß das die Durchgangsöffnung (32) füllende leitfähige Material das passive Schaltkreiselementmaterial kontaktiert, welches auf der ersten Grünfolie (29a) aufge­ druckt ist; und
Ausbacken der zusammenlaminierten ersten und zweiten Grünfolien (29a, 29b).

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das passive Schaltkreismaterial und das leitfähige Material in Pasten­ form sind.

18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Durchgangs­ öffnung erste und zweite Durchgangsöffnungen aufweist; die erste Durchgangsöffnung mit dem leitfähigen Material ge­ füllt wird; und die zweite Durchgangsöffnung mit einem Wi­ derstandsmaterial gefüllt wird, um in der zweiten Durch­ gangsöffnung einen Widerstand (37b) zu bilden.