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DE3148809A1 - "keramische traegerplatte fuer feinlinige elektrische schaltungen und verfahren zu deren herstellung" - Google Patents

"keramische traegerplatte fuer feinlinige elektrische schaltungen und verfahren zu deren herstellung"

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Publication number
DE3148809A1
DE3148809A1 DE19813148809 DE3148809A DE3148809A1 DE 3148809 A1 DE3148809 A1 DE 3148809A1 DE 19813148809 DE19813148809 DE 19813148809 DE 3148809 A DE3148809 A DE 3148809A DE 3148809 A1 DE3148809 A1 DE 3148809A1
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DE
Germany
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plate
crystalline material
base layer
layer
carrier plate
Prior art date
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Granted
Application number
DE19813148809
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English (en)
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DE3148809C2 (de
Inventor
Donald R. 80002 Arvada Col. Giovanini
Richard A. 80215 Lakewood Col. Langman
Michael P. 80020 Broomfield Col. Letzig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Coors Porcelain Co
Original Assignee
Coors Porcelain Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Coors Porcelain Co filed Critical Coors Porcelain Co
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Application granted granted Critical
Publication of DE3148809C2 publication Critical patent/DE3148809C2/de
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Description

Dipi.-fnqW.DoMke Dipf. -i;:q H.-j. Lippert
P a r = .. t α η w Ü! ί e
h'rankenfo.sier Si.cße 13? 5ft60 BgtgS^p, Giadbach ?
5"
/. ο ρ
9. Dezember 1981 D-Hg./kr
09
Coors Porcelain Company Golden, Colorado, USA
"Keramische Trägerplatte für feinlinige
elektrische Schaltungen und Verfahren
zu deren Herstellung"
Die Erfindung betrifft keramische Tragplatten für feinlinige elektrische Schaltungen und ein Verfahren zu deren Herstellung. In der Keramik-Industrie werden keramische Trägerplatten zum Anbringen von Halbleitern oder dergleichen und zum Drucken, Ablagern durch Auf-
3H8809
- z-
dampfen oder sonstigen Aufbringen elektrischer Schaltungen verwendet. Da die Technik der Elektronik fortschreitet, besteht ein steigender Bedarf an besseren elektrischen Schaltungen. Dies macht es erförderlich, daß die Leiter schmaler sind und damit eine kleinere
Fläche dafür benötigt wird. Derartige feinlinige Schaltungen machen es erforderlich, daß die Plattenoberfläche, ι auf die die Schaltung aufgebracht wird, besonders eben ausgebildet ist, d.h. nur minimale Oberflächenfehler, wie Narben oder Lücken, aufweist.
Keramische Trägerplatten für einen solchen Zweck werden ! üblicherweise aus Aluminiumoxidkeramik hergestellt, ob- j wohl dann, wenn eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit j erwünscht ist, Berilliumoxid trotz höherer Kosten verwendet werden kann. Diese Keramik ist jedoch sehr hart und aus diesem Grunde ist ein Polieren der Oberfläche schwierig und kostspielig. Obwohl Polieren eine Glätte erzeugt, beseitigt es nicht unbedingt Oberflächenfehler, 20 wie relativ tiefe Narben, die Schwierigkeiten beim Erzeugen einer guten feinlinigen Schaltung bewirken. Die übliche Lösung dieses Problems der Oberflächenfehler besteht darin, eine dünne Glasur, beispielsweise ein ! Glas, auf die Oberfläche der Keramik aufzubringen. Je-25 doch ergibt das Aufbringen einer Glasur zahlreiche unerwünschte Eigenschaften, wie eine Abnahme der Adhäsion, der thermischen Leitfähigkeit, der chemischen Wider- ! Standsfähigkeit und der elektrischen Isolation zwischen ! benachbarten Leiterbahnen der Schaltung. Dies ist der 30 Fall, weil Glas im Vergleich zu Aluminiumoxid- oder Berilliumoxid-Keramik in all diesen Beziehungen minderwertiger ist.
/ O
■309
j Gemäß der Erfindung ist die Trägerplatte aus einer ge-
sinterten, monolithischen Keramik hergestellt, die eine relativ dünne Grundschicht und eine relativ dünne obere Schicht mit einer relativ ebenen Oberfläche und einer relativ unregelmäßigen Berührungsschicht mit der Grundschicht hat, die beide mindestens etwa 90 Gew.-% des kristallinen Materials und mindestens die Grundschicht enthält zusätzlich eine glasige Phase.
Aus diesem Grunde hat die obere Oberfläche der Tragplatte, auf die das Schaltungsmuster aufgebracht wird, ι alle gewünschten Eigenschaften von Aluminiumoxid oder j Berilliumoxid und ist darüber hinaus im wesentlichen , eben, d.h.' hat minimale Oberflächenfehler, wobei die j obere Schicht der monolithischen Struktur ein Ausfüllen ί der Oberflächennarben oder -lücken der Grundschicht be- | wirkt, um die gewünschte, relativ eingeebnete und fehlerfreie Oberfläche zu schaffen. i
Zur Herstellung einer solchen Trägerplatte wird gemäß der Erfindung erst eine Platte aus Aluminiumoxid- oder Berilliumoxid-Keramik geformt und gesintert, die in der fertigen Struktur als Grundschicht dient, und dann wird
mindestens eine der einander abgewandten Oberflächen der| Platte mit einer dünnen Schicht der Keramik beschichtet, die als obere Schicht der Tragplatte dient, und die Tragplatte wird dann noch einmal erhitzt, um die obere Schicht zu sintern. Das besondere Aluminiumoxid oder Berilliumoxid, das in der dünnen Beschichtung verwendet wird, die die obere Schicht bildet, ist von kleinerer Durchschnitts-Partikelgröße, vorzugsweise nicht größer als die Hälfte der 'Partikelgröße des Aluminiumoxids, das in der Rohmasse zum Bilden der Platte verwendet
-4- I
3140809
wird, nämlich der Grundschicht, wodurch sichergestellt ist, daß die Beschichtung ihre gewünschte Funktion des Ausfüllens der Oberflächennarben oder -l'ücken in der Platte ausübt, um die gewünschte, im wesentlichen ebene 5 und fehlerfreie Oberfläche zu schaffen, wobei auch
sichergestellt ist,.daß die endgültige, nach dem Brennen entstandene Korngröße des Aluminiumoxids in der j oberen Schicht kleiner als diejenige nach dem Brennen I im kristallinen Material in der Grundschicht ist. Da j 10 die Partikelgröße der Keramik der Beschichtung so klein ist, ist die keramische Masse reaktionsfreudiger und
kann aus diesem Grunde bei einer geringeren Temperatur ! zu einer gesinterten monolithischen Struktur gebrannt ! werden, wodurch die Größe des Kornwachstums während des ; 15 Brennens reduziert wird.
j Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen einer Träger-I platte, die als Grundschicht dienen soll, umfaßt folj gende Verfahrensschritte:
! 20 : (1) Mischen einer. Rohmasse in Form eines wässerigen ; Schlickers, der zusätzlich zu den keramischen Bestandf teilen eine kleine Menge Wachs oder eines ähnlichen
organischen Binders enthält;
ι 25 (2) -Sprühtrocknen der Masse;
(3) Trockenpressen der sprühgetrockneten Masse in ge- ; wünschte Platten und dann
(4) Brennen der Platten zum Ausbrennen oder Verdampfen des organischen Binders und zum Sintern der Keramik.
ί Dieses Verfahren zum Herstellen der Platten ist aus i verschiedenen Gründen vorteilhaft gegenüber anderen j Verfahren, beispielsweise den Verfahren, bei denen die 1 Platten von einem gegossenen Strang abgeschnitten werden,
der aus der Rohmasse gebildet worden ist. Der Hauptvorteil des Sprühtrocknungs-Trockenpreß-Verfahrens besteht
darin, daß es größere Freiheit in der Wahl der Plattendicke und der Plattengestalt mit minimalem Abfallverlust gestattet. Der übliche Nachteil des Sprühtrocknungs-Trockenpreß-Verfahrens ist der, daß die so hergestellten
Platten Oberflächen haben, die durch ein regelmäßiges : oder unregelmäßiges Muster von Oberflächenfehlern ge- ■ kennzeichnet sind. Dieser Nachteil wird jedoch durch ί. das erfindungsgemäße Verfahren auf ein Mindestmaß |
herabgesetzt. I
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen kera- J mischen Trägerplatte ist in der Zeichnung dargestellt. j
In dieser Zeichnung zeigen: j
Fig. 1 eine vergrößerte Teildraufsicht j
auf eine erfindungsgemäß herge- i
stellte keramische Trägerplatte :
mit einer feinlinigen elektrischen \
Schaltung, wie sie typischerweise j
auf eine Trägerplatte aufgebracht j wird, und
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie
2-2 in Fig. 1, aus dem vergrößert,
jedoch nicht im genauen Maßstab
die Grundschicht und die obere
Schicht sowie die Berührungsfläche
.zwischen beiden Schichten ersicht
lich ist.
Bei dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
enthält die Grundschicht eine glasige Phase; aus diesem
Grunde enthält die G-rundschicht eine glasige Phase;
aus diesem Grunde enthält das keramische Gemenge zur
Bildung der Grundschicht einen geringen Anteil Kieselerde sowie einen geringen Anteil eines Erdalkalioxids,
Talkum oder dergleichen.
Die Rohmasse zum Herstellen der Platte besteht aus:
Bestandteile: Gew.-% ___
Aluminiumoxid 96,6
Kieselerde 2,3
Magne s iumo xid 0,8
sonstige (Kalciumoxid,
Eisenoxid, o.dgl.) 0,3
Als Aluminiumoxid wird Alpha-Aluminiumoxid verwendet.
Die Rohmasse wird angemengt und in einer Kugelmühle ;
zerkleinert, bis die gewünschte durchschnittliche Par- :
tikelgröße des Aluminiumoxids bei etwa 3 bis 5 μ liegt, j
bei einem Gesamtbereich der Partikelgröße von 0,5 μ j bis 20 μ. Während oder nach dem Zerkleinern in der
Kugelmühle wird aus den keramischen Bestandteilen ein j
wässeriger Schlicker gebildet, der einen geringen An- i
teil Wachs oder einen ähnlichen organischen Binder ent- !
hält. Wie jedem Fachmann bekannt ist, wird dies am !
• besten durch Einbringen einer wässerigen Wachs-Emulsion j
in den keramischen Schlicker bewirkt. Dabei wird die j
Menge der Wachs-Emulsion so gewählt, daß 4 bis 8 % j
Wachs in der Trockenmasse des Gesamtgemenges enthalten !
sind. Ein derartiger Schlicker wird dann in einem üb- j
liehen Sprühtrocknungsvorgang sprühgetrocknet. Ein sol- ι
eher Vorgang umfaßt kurz gesagt das Versprühen des \
ι 4Π309
Schlickers von dem oberen Ende eines Turmes, in dem sich Warmluft derart aufwärts bewegt, daß das Wasser aus den Tröpfchen verdunstet. Das Produkt, das sich am Boden des Turmes ansammelt, besteht aus winzigen, im wesentlichen sphärischen Tropfen aus mit Wachs gebundener Keramikmasse, deren Größe von etwa 0,06 bis 0,2 mm variiert.
Die Platten werden durch Trockenpressen der sprühge- :
trockneten Masse in Metallformen hergestellt, die je- j weils eine Matrize und eine Patrize aufweisen. Wenn \ die Platte Löcher aufweisen soll, weist eine der Form- \ halften Stifte auf, denen Öffnungen in der anderen Form- j halfte zugeordnet sind. Der beim Trockenpressen der J Platten aufgewandte Druck liegt in der Größenordnung ι von 70 N/mm (10.000 lbs. per square inch) bis 105 N/mm j (15.000 lbs. per square inch). Es ist klar, daß während des sich anschließenden Brennvorganges, bei dem der organische Binder verdampft oder ausgebrannt wird und. bei dem die Keramik gesintert wird, ein gewisses Schrumpfen aller Dimensionen, im allgemeinen um 15 % eintritt, so daß die aus der Rohmasse trockengepreßten Platten entsprechend größer sind, als die fertiggebrannten Platten sein sollen. Beim Ausführungsbeispiel liegt die Dicke der Grundschicht und damit die Dicke der gebrannten Platte in der Größenordnung von 0,6 bis 6 mm.
Die aus der Rohmasse geformten Platten werden als nächstes gebrannt, um den organischen Binder auszubrennen oder zu verdampfen und die Keramik zu sintern. Wie jedem Fachmann bekannt ist, ist die bevorzugte Brenntemperatur von der genauen Zusammensetzung der Keramik abhängig. Für Aluminiumoxid-Keramik beträgt
3Η8809
1t
die Brenntemperatur von 1575° C bis 1675° C, wobei die beste Brenntemperatur für die Aluminium-Keramik, deren Zusammensetzung vorher beschrieben wurde, bei etwa 1640° C bei fünfstündigem Durchglühen ermittelt wurde. Das Brennverfahren erfolgt unter normalen atmosphärischen Bedingungen, d.h. in einer oxidierenden Atmosphäre.
j Während der letzten Abschnitte des Brennvorganges, in j ' denen die Keramik sintert, erfolgt ein Zusammenwirken zwischen dem Silicium und dem Magnesiumoxid und einer geringen Menge des Aluminiumoxids, um eine glasige Phase zu bilden, wobei ein Wachsen der Korngröße des kristal-
' linen Aluminiumoxids erfolgt; die endgültige Durch-
schnittskorngröße des kristallinen Aluminiumoxids liegt j 15 nach dem Brennen zwischen 6 bis 8 μ.
S Die Rohmasse für die Beschichtung, die auf die Platte .aufgebracht und dann zum Schaffen der oberen Schicht j gebrannt wird, sollte etwa 90 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 95 Gew.-% Aluminiumoxid enthalten und der Rest sollte im wesentlichen alles SilicLun und andere Glasbildner, wie Erdalkalioxide, Talkum oder dergleichen sein, die mit Silicium zur Bildung von Glas reagieren. Obwohl es wünschenswert ist, daß eine geringe Menge an glasiger ' Phase in der oberen Schicht zumindest an ihrer Berührungs* fläche mit der Grundschicht vorhanden ist, ist das Ein- ι bringen von Glasbildnern in die Rohmasse für die Be- j Schichtung nicht immer erforderlich, da dann, wenn die P.latte, auf die die Beschichtung aufgebracht wird, selbst eine glasige Phase enthält, das an der Berührungsschicht vorhandene Glas ausreichend sein und während des Brennens der Beschichtung ausreichend wandern kann,
148809
1S
um eine glasige Phase für die obere Schicht an der Berührungsfläche zu schaffen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem die Rohmasse zur Bildung der Platte Glasbildner in einer Menge von mindestens etwa 2 Gew.-% enthält, war es nicht erforderlich, der Rohmasse für die Beschichtung mehr als 1 Gew.-% als Glasbildner hinzuzufügen.
Nachstehend ist die Zusammensetzung einer Rohmasse für die Beschichtung angegeben, die auf die Oberfläche der Platte aufgebracht und dann zur Bildung der oberen Schicht gebrannt wird.
Bestandteile: Gew.-%
15 Aluminiumoxid 99,4
Kieselerde 0,23
Magnesiumoxid 0,27
sonstige (!Calciumoxid,
Eisenoxid, o.dgl.) . 0,1
20
Als Aluminiumoxid wurde für die Rohmasse der Beschichtung Alpha-Aluminiumoxid gewählt, das infolge seiner kleinen Partikelgröße hochreaktionsfreudig ist. Die Rohmasse wird gemischt und die Partikelgröße wird durch Mahlen in einer Kugelmühle verringert, so daß die durchschnittliche Partikelgröße der Masse und infolgedessen des darin enthaltenen Aluminiumoxids kleiner und nicht mehr als halb so groß als die gewünschte durchschnittliche Partikelgröße des Aluminiumoxids in der Rohmasse ist, die zum Bilden der Platte verwendet wurde. Bei dem Ausführungsbeispiel liegt die durchschnittliche Partikelgröße des Aluminiumoxids in
- 10 -
der Rohmasse der Beschichtung nach dem Behandeln in der l
Kugelmühle in der Größenordnung von 1 bis 1,5 μ, bei j
einem Gesamtbereich der Partikelgröße von 0,1 bis 10 p. !
Während oder nach dem Zerkleinern in der Kugelmühle [
wird aus den keramischen Bestandteilen ein Schlicker j
gebildet. Obwohl als Flüssigkeit Wasser verwendet wer- ι
den kann, wurde als Flüssigkeit ein organisches Ver- j
dünnungsmittel benutzt, das eine geringe Menge gelöstes j
organisches Harz enthält, das eine gute Haftung des ;
Schlickers an der Keramikplatte erbringt, auf die die- j
ser aufgebracht wird. Ein Gemisch von etwa 40 Gew.-% j
Butylcarbitol, 40 % Methyläthylketon und 20 % Alpha-r j
Terpineol wurde als organisches Bindemittel verwendet. j
: Das organische Harz war ein Acrylharz, das in einer I
! 15 Menge von etwa 3 Gew.-% des Schlickers vorhanden war. j
Wenn Wasser als Verdünnungsmittel verwendet wird, sollte
es ebenfalls einen geringen Anteil eines Binders, beispielsweise Polyvenyl-Alkohol, oder eines im Wasser
20 emulgierbaren Wachses enthalten. Der bevorzugte Gehalt ; ; an festen Keramikstoffen im Schlicker ist von der Stärke j ! der oberen Schicht abhängig, die ihrerseits die Dicke | vorschreibt, die für die aufzubringende Beschichtung ;
verwendet wird. Beim Ausführungsbeispiel liegt die
Dicke der oberen Schicht nach dem Brennen zwischen 0,05
; bis 0,025 mm, im Durchschnitt beträgt sie 0,12 mm. Die
Dicke der gebrannten oberen Schicht ist im allgemeinen
j etwa 50 % der Dicke der Beschichtung vor dem Brennen,
nachdem das Verdünnungsmittel verdunstet ist; infolgedessen liegt die Dicke der Beschichtung vor dem Brennen beim Ausführungsbeispiel in der Größenordnung von
; 0,01 bis 0,05, im Mittel 0,025 mm. Ein Schlicker, der
einen Feststoffanteil von 40 bis 50 Gew.-% hatte, wurde
als sehr zufriedenstellend befunden.
' - 11 -
:-;46309
Die Beschichtung der Oberfläche der Platte wird durch ;
Sprühen oder ein anderes Aufbringen des Schlickers auf ,
diese bewirkt, wonach dem Verdünnungsmittel die Mög- i lichkeit gegeben wird, zu verdunsten.
Die Platte mit der in der vorbeschriebenen Weise aufgebrächten Beschichtung wird gebrannt, um den organischen Binder auszubrennen oder zu verdampfen und um die sich ergebende dünne obere Schicht zu einer monolithischen Struktur mit der Grundschicht zusammenzusintern. Wie beim Brennen der Platte, so hängt auch hier die genaue Brenntemperatur und die Behandlung von dem genauen Gemenge der Keramik der oberen Schicht ab. Für das vorbeschriebene Keramikgemenge zum Bilden der
oberen Schicht wurde eine Brenntemperatur von 1500° C bis 156O0 C mit einem vier- bis sechsstündigem Durchflühen bei dieser Temperatur verwendet. Das Brennen wurde in normaler Atmosphäre, d.h. oxidierender, durchgeführt .
Während des Brennens der oberen Schicht erfolgt ein gewisses Kornwachstum des Aluminiumoxids; wenn die Rohmasse für die obere Schicht einen Glasbildner enthält, wirkt dieser mit einer geringeren Masse des Aluminiumoxids zur Bildung der glasigen Phase zusammen. Nach dem Brennen betrug die durchschnittliche Korngröße des kristallinen Aluminiumoxids in der oberen Schicht weniger als und nicht mehr als die Hälfte der durchschnittlichen Korngröße des kristallinen Materials in der Grundschicht. Bei den Ausführungsbeispielen, die mit den vorbeschriebenen Zusammensetzungen und den vorerwähnten Verfahrensschritten durchgeführt wurden, liegt die endgültige durchschnittliche Kristallgröße
- 12 -
S j
des kristallinen Aluminiumoxids in der oberen Schicht zwischen 2,5 bis 3,5 μ, also weniger als die Hälfte der durchschnittlichen Korngröße des kristallinen Materials in der Grundschicht, die zwischen 6 bis 8 μ beträgt.
j Während des abschließenden Brennvorganges, bei dem die j obere Schicht gesintert wird, bildet die obere Schicht j eine monolithische Struktur mit der Grundschicht und j füllt die Oberflächennarben und -lücken der Grundschicht
I 10 derart aus, daß eine relativ ebene obere Oberfläche der
! oberen Schicht entsteht, die fast frei von Oberfächen-
! fehlern ist, die sonst Schwierigkeiten beim Herstellen I eines guten feinlinigen Schaltungsmusters auf der j Trägerplatte ergeben würden.
I 15 ;
: Fig. 1 zeigt ein typisches feinliniges Schaltungsmuster, I das später auf die Trägerplatte aufgebracht wurde. Die i dünnen Linien 2 aus leitendem Material wurden auf die 1 relativ ebene Oberfläche der Trägerplatte durch Drucken 20 aufgebracht. Man kann aber auch dünne Filmbeschichtung, fotoliöiografischen Techniken oder dergleichen verwenden.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeii spiel weist die Trägerplatte eine Vielzahl von Öffnungen
4 auf, die der Aufnahme von elektrischen Leitungsdrähten 25 dienen, die elektrisch mit den die Öffnungen 4 umgebeni den Bereichen 6 des Schaltungsrausters verbunden sind.
Fig. 2 zeigt die unregelmäßige Berührungsfläche zwischen der Grundschicht 12 und der oberen Schicht 14, 30 während die obere Oberfläche 16 der oberen Schicht 14 relativ eben und frei von Oberflächenfehlern ist.
f ' I
1 - . i
Wegen der fehlerfreien Oberfläche der monolithischen j Zwei-Schichten-Trägerplatte ist das Aufbringen von fein-;
- 13 - ;
48809
-VS-
linigen Schaltungsmustern verbessert, wobei gleich- , zeitig eine erhöhte Sicherheit gegen Kurzschlüsse oder Unterbrechungen garantiert ist.
Leerseite

Claims (14)

  1. Patentansprüche
    M.yGesinterte monolithische Keramikträgerplatte für feinlinige elektrische Schaltungen, gekennzeichnet durch eine relativ dicke Grundschicht (12) und eine relativ dünne obere Schicht (14) mit einer relativ ebenen oberen Oberfläche (16) und einer relativ unregelmäßigen Berührungsfläche (10) mit der Grundschicht, die beide mindestens etwa 90 Gew.-% kristallines Material enthalten, wobei das kristalline Material der Grundschicht aus der Gruppe stammt, die Aluminiumoxid oder Berilliumoxid enthält, und das kristalline Material der oberen Schicht (14) im wesentlichen des gleiche ist, wie das der Grundschicht (12), jedoch eine durchschnittliche Korngröße hat, die kleiner als diejenige des kristallinen Materials der Grundschicht (12) ist.
  2. 2. Trägerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht (12) eine glasige Phase enthält.
  3. 3. Trägerplatte nach Anspruch 2, gekennzeichnet ,
    dadurch daß die·durch-
    schnittliche Korngröße des kristallinen Materials der oberen Schicht (14) nicht mehr als die Hälfte derjenigen des kristallinen Materials der Grundschicht (12) beträgt.
    5
  4. 4. Trägerplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die durchschnittliche Korngröße des kristallinen Materials der Gruhdschicht (12) etwa 6 bis 8 μ und die durchj 10 schnittliche Korngröße des kristallinen Materials
    j der oberen Schicht zwischen 2,5 und 3,5 μ beträgt.
  5. 5. Trägerplatte nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichnet, daß die Dicke der obe-15 ren Schicht zwischen 0,0o5 und 0,025 mm beträgt.
    :
  6. 6. Trägerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede Schicht (12, 14) j mindestens 95 Gew.-% des kristallinen Materials ent-
    ! 20 hält.
  7. 7. Trägerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das kristalline Ma-
    - terial Aluminiumoxid ist.
    25
  8. 8. Verfahren zum Herstellen einer gesinterten monolithischen Keramikträgerplatte für eine feinlinige elektrische Schaltung, dadurch gekennzeichnet , daß eine Keramikrohmas-. se hergestellt wird, die als keramische Bestandteile mindestens.90 Gew.-% kristallinen Materials enthält, das aus der Gruppe ausgewählt.ist, die Aluminiumoxid und Berilliumoxid enthält, daß diese Rohmasse zu einer Platte geformt wird, daß die
    /ο ο η Q
    ; υ ο U ο
    οι/ο ο
    ο ι ·-;· υ ο
    Platte mit der Sinterungstemperatur zu einer ge- ;
    sinterten Platte gebrannt wird, daß dann eine Ober- j
    fläche der Platte mit einer dünnen Schicht aus Ke- j
    ramik beschichtet wird, die mindestens 90 Gew.-% \ partikelförmiges kristallines Material enthält, von
    dem der größte Teil das gleiche ist, wie das, das j
    in der Rohmasse zum Bilden der Platte verwendet wur- |
    de, dessen durchschnittliche Partikelgröße jedoch j
    kleiner als diejenige des kristallinen Materials ist, ι
    das für die Rohmasse der Platte verwendet wurde und ι
    daß die Platte schließlich zum Sintern der aufge- !
    brachten Beschichtung gebrannt wird. i
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge- |
    kennzeichnet, daß die Rohmasse zum j
    Bilden der Platte Glasbildner enthält. ;
    Γ !
  10. 10, Verfahren nach Anspruch 9, dadurch ge- j
    ! kennzeichnet, daß die Rohmasse zum j
    ι 20 Bilden der Platte und der Beschichtung mindestens j
    j 95 % des kristallinen Materials enthält. j
  11. 11, Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die durchschnittliehe Partikelgröße des kristallinen Materials der
    Beschichtung nicht mehr als die Hälfte derjenigen
    des kristallinen Materials der Rohmasse für die
    Platte beträgt. I
  12. 12* Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge- i
    kennzeichnet , daß das kristalline !
    I Material Aluminiumoxid ist. :
    3H8809
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohmasse durch Trockenpressen zu einer Platte geformt wird.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohmasse vor
    dem Trockenpressen sprühgetrocknet wird.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2123316B (en) * 1982-07-14 1985-10-23 Atomic Energy Authority Uk Substrates for electronic devices
JPS59101896A (ja) * 1982-12-02 1984-06-12 日立化成工業株式会社 セラミツク多層回路基板の製造法
US4537827A (en) * 1983-02-07 1985-08-27 Hughes Aircraft Company Optically flat semiconductor baseplate structure
FR2556503B1 (fr) * 1983-12-08 1986-12-12 Eurofarad Substrat d'interconnexion en alumine pour composant electronique
DE3407443A1 (de) * 1984-02-29 1985-08-29 Buchtal Gmbh Keramische Betriebe, 8472 Schwarzenfeld Plattenfoermiges verbundelement
JPS6114187A (ja) * 1984-06-27 1986-01-22 日本特殊陶業株式会社 補強板状焼結体
DE3500998A1 (de) * 1985-01-14 1986-07-17 INTERATOM GmbH, 5060 Bergisch Gladbach Verfahren zur oberflaechenverfestigung von formkoerpern aus keramischer faser
JPS62142396A (ja) * 1985-12-17 1987-06-25 アルプス電気株式会社 薄膜回路基板
US4786342A (en) * 1986-11-10 1988-11-22 Coors Porcelain Company Method for producing cast tape finish on a dry-pressed substrate
GB9519888D0 (en) * 1995-09-29 1995-11-29 Atomic Energy Authority Uk Electrically isolating coating layers
US5948193A (en) * 1997-06-30 1999-09-07 International Business Machines Corporation Process for fabricating a multilayer ceramic substrate from thin greensheet
US6258191B1 (en) 1998-09-16 2001-07-10 International Business Machines Corporation Method and materials for increasing the strength of crystalline ceramic
US20120177909A1 (en) * 2009-07-31 2012-07-12 Kyocera Corporation Ceramic Substrate For Mounting Luminescent Element
US20220073430A1 (en) * 2019-01-30 2022-03-10 Kyocera Corporation Heat-resistant member

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1079405A (en) * 1963-08-12 1967-08-16 Minnesota Mining & Mfg Glazed alumina substrates
FR1530711A (fr) * 1967-05-30 1968-06-28 Minnesota Mining & Mfg Substrat réfractaire entièrement céramique pour circuits électriques miniatures
US3764444A (en) * 1971-05-17 1973-10-09 Owens Illinois Inc Glass ceramic and process therefor
DE2128374A1 (de) * 1971-06-08 1973-01-04 Leiber Carl Otto Dr Dipl Phys Substrat fuer elektronische anwendungen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NICHTS-ERMITTELT *

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Publication number Publication date
GB2094176B (en) 1984-09-26
DE3148809C2 (de) 1984-09-13
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JPS6122630B2 (de) 1986-06-02
CA1165459A (en) 1984-04-10
US4340635A (en) 1982-07-20
GB2094176A (en) 1982-09-15
JPS57118079A (en) 1982-07-22
FR2496385A1 (de) 1982-06-18

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