DE1301378B

DE1301378B - Verfahren zur Herstellung vielschichtiger elektrischer Schaltungselemente auf keramischer Basis

Info

Publication number: DE1301378B
Application number: DEJ33027A
Authority: DE
Inventors: Schwartz Bernard; Ahn Junghi; Wilcox David Lavern
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-03-30
Filing date: 1967-02-17
Publication date: 1969-08-21
Also published as: NL144473B; ES338549A1; BE694305A; SE337856B; CH452016A; GB1178745A; FR1512995A; NL6704510A

Description

Es sind einschichtige Schaltungselemente bekannt, die z. B. mit einer gedruckten Schaltung versehen sind. Solche einschichtigen Schaltungselemente kann man zu Blöcken stapeln, dann ergeben sich vielschichtige Schaltungselemente. Bei solchen vielschichtigen Schaltungselementen werden auch Ver-

bindungen zwischen den einzelnen Schaltungsebenen io bekannten Verfahren,
benötigt, die also die Lamellen durchsetzen müssen. Man kann jedoch nach den Prinzipien des bekann-

Solche vielschichtigen Schaltungselemente kann man ten Verfahrens das nach dem erfinderischen Verauf organischer Isoliermaterialbasis aufbauen. Diese fahren vorzusehende Kapillarsystem sehr einfach Isoliermaterialien haben aber nicht so gute Eigen- herstellen. Eine dementsprechende Weiterbildung schäften wie Keramik als Isoliermaterial. Insbeson- 15 des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gedere ist Keramik deshalb besonders bei kleinen kennzeichnet, daß der Keramikblock hergestellt wird, Schaltungselementen bevorzugt, weil sie eine wesent- indem grüne Keramiklamellen, entsprechend dem lieh höhere Wärmekapazität als organische Isolier- Kapillarsystem, durchbrochen und in den Durchmaterialien hat. Dies wiederum gestattet es, bei glei- brüchen und auf ihren Flächen mit einer metallicher Wärmeentwicklung das Schaltungselement enger 30 sehen, einen austreibbaren voluminösen Zusatz aufzu bauen. Auch ist die Widerstandsfähigkeit gegen weisenden Paste bestrichen werden, die dann zu mechanische und chemische Einwirkung bei Keramik einem Block gestapelt und zum Austrieb der Zusätze sehr hoch. erhitzt und anschließend gesintert werden. Nach

Bekannte Schaltungselemente auf keramischer dieser Weiterbildung wird das Kapillarsystem in den Basis haben jedoch große Abmessungen, weil noch 35 einzelnen Schichten einfach durch Pastenauftrag vorkein Verfahren bekannt ist, ein vielschichtiges elek- bereitet, während die die Lamellen durchsetzenden irisches Schaltungsbild auf engstem Raum in einen Verbindungen durch Durchbrüche vorbereitet wer-Keramikblock einzubringen. Aufgabe der Erfindung den, und zwar etwa in der Größe der später geist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so wünschten Kapillaren. Diese Durchbrüche sind sehr auszugestalten, daß sich Schaltungen auf engstem 30 einfach zu bewerkstelligen, weil sie sich nur durch Raum unterbringen lassen. die Stärke der Lamellen erstrecken, also verhältnis-

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß mäßig kurz sind. Der austreibbare voluminöse Zusatz ein Keramikblock mit einem metallisch ausgeklei- der Paste entweicht beim Erhitzen in erster Linie deten Kapillarsystem entsprechend dem angestrebten durch das Kapillarsystem, aber auch durch die Leitungssystem hergestellt wird und daß dann das 35 grünen Keramiklamellen.

Kapillarsystem mit geschmolzenem Metall gefüllt Die metallische Auskleidung der Kapillaren kann

wird. Ein Kapillarsystem schlechthin in einem in Verbindung mit der genannten Weiterbildung sehr Keramikblock läßt sich nicht ohne weiteres mit Me- einfach erfolgen, indem zur Erzeugung der metallitall füllen. Erfahrungsgemäß fließt das Metall nicht sehen Auskleidung die Paste, wie auch bei den bean alle Stellen, es bleiben Lücken, und durch diese 40 schriebenen bekannten Verfahren, einen metallischen Lücken wird das Leitungssystem unbrauchbar. Man Anteil enthält, der beim Austrieb und beim Sintekann auch feine Leitungen nicht unmittelbar, jeden- rungsprozeß einen Metallzustand einnimmt oder beif alls nicht mit bekannten Verfahren, in den Keramik- behält. Dieser metallische Anteil bildet dann aber block beim Sintern einbringen, weil diese Metalle nicht die vollständigen Leitungsverbindungen, sondurch die hohen Sinterungstemperaturen zersetzt 45 dem nur die angestrebte metallische Auskleidung, oder ausgetrieben werden, so daß dann das Leitungs- indem er sich an den Kapillarwänden niederschlägt system wenigstens an einigen Stellen zerstört ist oder eine poröse Struktur innerhalb der Kapillaren bzw. elektrische Unterbrechungen aufweist, die es bildet. Man wählt dabei metallische Anteile aus, die unbrauchbar macht. Eine metallische Auskleidung den Sinterungsprozeß überstehen oder beim Sintedes Kapillarsystems kann man aber erzielen, und 50 rungsprozeß ihren rein metallischen Zustand anein so metallisch ausgekleidetes Kapillarsystem kann nehmen. Beispiele dafür sind weiter unten angeman mit geschmolzenem Metall ausfüllen, wie die geben. Wenn hier und im folgenden von metallischer Erfahrung gezeigt hat. Damit gestattet es die Auskleidung gesprochen wird, soll dabei nicht nur Erfindung, das Leitungssystem auf der Basis eine Wandauskleidung der Kapillaren verstanden eines Kapillarsystems in der Keramik aufzubauen, 55 werden, sondern auch eine Auskleidung durch die was zu außerordentlich kleinen Abmessungen erwähnte poröse Struktur. In beiden Fällen ist die führt. Wirkung hinsichtlich des späteren Ausfüllens mit

Es ist bekannt, bei vielschichtigen gedruckten flüssigem Metall die gleiche, nämlich die, daß durch Schaltungen auf keramischer Basis zur Verbindung diese Auskleidung das Ausgießen der Kapillaren mit der Leiterzüge der verschiedenen Ebenen Durch- 60 Metall ermöglicht bzw. begünstigt wird. Die metallibrüche in dem Keramikmaterial vorzusehen und sehen Anteile können pulverisiertes, feuerfestes Mediese mit einer metallischen Paste auszufüllen. Die tall sein oder Verbindungen solcher Metalle, die in Paste weist einen austreibbaren, voluminösen Zusatz Hitze reduzierbar sind, so daß sie im Anschluß an auf, der nach dem Stapeln der Keramikplättchen zu den Sinterungsprozeß in ihrer reinmetallischen Form einem Block durch Erhitzen ausgetrieben wird, 65 vorliegen.

worauf der Stapel dann gesintert wird. Die dabei Unter Umständen benötigt man zur Herstellung

entstehenden Leitungsverbindungen bestehen aus den der metallischen Auskleidung chemische Zusätze, Metallanteilen der Paste, die mit Keramikteilchen die man der Paste beigeben kann, z. B. reduzierende

Zusätze. Zweckmäßig erfolgt die Erhitzung, also die Erhitzung für den Austrieb der pastosen Zusätze und/oder die Erhitzung während des Sinterungsprozesses, in reduzierender Atmosphäre, damit entweder die bereits reinmetallischen Anteile nicht oxydieren können oder andererseits Metallverbindungen auf ihren reinmetallischen Zustand reduziert werden.

Der Metallausguß des Kapillarsystems kann entweder durch Eintauchen in ein Bad geschmolzenen Metalls erfolgen oder indem auf die von außen zugänglichen Teile des Kapillarsystems Metall aufgebracht wird, das zum Schmelzen gebracht wird und dann in das Kapillarsystem einfließt. In beiden Fällen muß das Gas innerhalb des Kapillarsystems entweichen, und um dies zu unterstützen, empfiehlt es sich, das Ausfüllen in einer Unterdruckatmosphäre vorzunehmen.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

F i g. 1 im Blockdiagramm die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 in Explosionsansicht ein Schaltungselement, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist,

Fig. 2a die Querschnitte gemäß den Pfeilen 2A-2A aus Fig. 2,

F i g. 3 die Darstellung aus F i g. 2 a, nachdem die einzelnen Lamellen paketiert wurden,

Fig. 4 die Anordnung aus Fig. 3, nachdem der pastose Anteil der Paste ausgetrieben wurde und die Kapillaren metallisch ausgekleidet sind, und

F i g. 5 die Anordnung aus F i g. 4, nachdem das Kapillarsystem mit Metall ausgegossen worden ist.

Gemäß F i g. 1 beginnt das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren gemäß dem Kasten 1 damit, daß grüne Keramiklamellen so geformt werden, daß sie anschließend metallisiert werden können. Unter grünen Keramiklamellen werden hier und im folgenden Keramiklamellen aus ungebrannter Keramik verstanden, die also aus einer plastischen keramischen Grundmasse mit Zusätzen chemischer oder organischer Art und/oder Binderzusätzen bestehen. In Verbindung mit der Erfindung sind verschiedenartige grüne Keramiklamellen verwendbar; sie müssen aber bestimmte Kriterien erfüllen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die grünen Keramiklamellen in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert. Demzufolge dürfen die Oxydbestandteile der grünen Keramiklamellen nicht zu leicht reduzierbar sein. Wenn z. B. das Keramikmaterial Bleioxyde und Titanoxyde enthält, dann ist es in Verbindung mit der Erfindung weniger gut geeignet, weil diese Oxyde leicht in ihren metallischen Zustand reduzierbar sind, so daß das fertige Keramikelement dann diese Metalle enthält und dadurch entweder leitend oder halbleitend wird und mithin als Isolator nicht geeignet ist.

Nach der Erfindung werden in dem geschichteten Keramikkörper metallisch ausgekleidete Kapillaren erzeugt, die dann mit hochleitendem Metall ausgefüllt werden. Zur Erzeugung dieser metallischen Auskleidung kann man von Metalloxyden ausgehen, die während des Sinterprozesses in ihren reinmetallischen Zustand reduziert werden. Die hier verwendete Keramikmasse muß dann bei einer Temperatur aussintern, die hoch genug ist, damit dieser Reduktionsvorgang stattfindet. Diese Einschränkung liegt natürlich nicht vor, wenn bei der metallischen Auskleidung der Kapillaren von Reinmetallen ausgegangen wird. Im letztgenannten Fall jedoch muß das keramische Material bei einer Temperatur aussintern, die hoch genug ist, daß sich dabei die Keramik mit dem Metall verbindet. Die Adhäsionsvorgänge, die sich in einem solchen Fall zwischen der Keramik und den Metallen abspielen, sind im einzelnen noch nicht erforscht. Es liegen aber eine Vielzahl empirisch ermittelter Daten vor, die hier den fraglichen Temperaturwerten zugrunde gelegt werden können. Es sind viele Keramiken bekannt und verfügbar, die die obengenannten Kriterien erfüllen; gut geeignet sind alkalische Zirkonporzellanerden und Aluminate (Al₂O₃). Außerdem haben sich für viele Anwendungsfälle als geeignet erwiesen Beryllate, Forsterite, Steatite und Mullite.

Neben den grünen Keramiklamellen wird gemäß Kasten 2 eine metallisierbare Paste vorbereitet, die feuerfestes Metall oder Metalle oder Metalloxyde enthält. Diese metallisierbare Paste muß mindestens die zwei nachfolgenden Bedingungen erfüllen, nämlich

1. muß bei der Sinterung der Keramik der Metallgehalt, der zurückbleibt, fest an der Oberfläche der Keramik haften und einen metallischen Überzug auf der Keramik bilden und

2. muß dieses Metall weniger Volumen einnehmen als die Paste, mit der es in die Kapillaren gebracht wurde.

Die erste Bedingung erfüllen fast alle feuerfesten Metalle. Diese Metalle haben einen hohen Schmelzpunkt und bleiben während des Sinterprozesses im wesentlichen ungeschmolzen. Sie haben auch eine gute Affinität gegenüber einer gesinterten keramischen Oberfläche und binden sich während des Sinterungsprozesses gut an diese Oberfläche. Es werden mithin vorzugsweise Pasten verwendet, die solche feuerfesten Metalle enthalten. Mit solchen Pasten wird die Kapillarstruktur metallisch ausgekleidet, und in die so entstehenden metallisch ausgekleideten Kanäle wird geschmolzenes, leitendes Metall eingegossen, das dann nach Erhärten die Leiter der Schaltung bildet. Die feuerfesten Metalle, mittels derer die metallischen Überzüge gebildet werden, verbinden infolge ihrer großen Haftfähigkeit an dem keramischen Material die einzelnen Lamellen miteinander, nachdem die Kapillaren, wie erwähnt, ausgegossen sind. In Verbindung mit der Erfindung werden bevorzugt die folgenden Metalle, deren Legierungen, Oxyde oder Hydride derselben verwendet, Molybdän, Mangan, Wolfram, Titan, Tantal, Zirkonium, Eisen, Niobium und Lithium.

Aus dem oben bereits angegebenen zweiten Erfordernis für die Paste folgt also, daß das Ausgangsvolumen der Paste wesentlich größer sein muß als das des enthaltenen Metalls. Wenn also die Paste dem Brennprozeß für die Sinterung unterzogen wird, um die Binder und Füllmaterialien auszutreiben, dann muß das zurückbleibende Metall ein wesentlich kleineres Volumen einnehmen als die ursprüngliche Paste. Der Metallgehalt muß natürlich so abgestimmt werden, daß eine genügende Menge Metall zurückbleibt, damit sich die angestrebte metallische Auskleidung der Kapillaren ergeben kann. Falls die dazu vorhandene Metallmenge nicht ausreicht, dann er-

geben sich Unterbrechungen in der metallischen Aus- ten oder gestanzt (Kasten 5 aus F i g. 1). Bei dieser kleidung der Kapillaren. Gelegenheit können zusätzliche Löcher bzw. Kanäle

Die Paste kann man also herstellen, indem man in den Block eingearbeitet werden, die dann, wie ein Metallpulver oder ein Metalloxydpulver mit oben beschrieben, metallisch ausgekleidet werden, einem Lösungsmittel und einem pastosen Binder 5 Der so lameliierte grüne Keramikblock wird dann in mischt. Der pastose Binder erbringt dann das für einem Sinterofen gesintert. Dieser Sintervorgang bedie Paste gewünschte zusätzliche Volumen. steht aus zwei Phasen. Während der ersten Phase

Die Schaltkreise können kalt auf die Keramik- wird der Binder in normaler Luft oder in einer redulamellen aufgebracht werden. Die hierzu in Verbin- zierenden Atmosphäre ausgebrannt, und in der zweidung mit der Erfindung verwendeten Materialien io ten Phase erfolgt die Verdichtung in einer reduziegestatten die kalte Verarbeitung. Wichtig ist, daß die renden Atmosphäre. Während der Binder ausgezusätzlichen nicht für den metallischen Überzug vor- brannt wird, wird die Temperatur langsam erhöht, gesehenen Bestandteile der Paste bei der Sinterungs- so daß die Binderanteile und die Lösungsmittelanteile temperatur oder unterhalb derselben ausgetrieben der Paste langsam ausgetrieben werden. Sobald der werden, so daß nach dem Sinterungsprozeß nur die 15 Binder und die Lösungsmittel ausgetrieben sind, wird die metallische Auskleidung bildenden Metalle der der Block auf Raumtemperatur abgekühlt. Paste zurückbleiben. Um die Paste voluminös zu Wenn die grünen Keramiklamellen aus alkalischer

machen, kann dieser Terephthalsäure zugefügt wer- Zirkonporzellanerde bestehen, kann der Ausbrennden, die im Bereich der keramischen Sintertempe- Vorgang in der Weise erfolgen, daß die Temperatur ratur flüchtig ist, jedoch nicht flüchtig ist im Bereich 20 um jeweils 150° C pro Stunde bis auf eine Tempeder Lamellierungstemperatur. ratur von etwa 400° C angehoben wird. Diese Tem-

Nachdem die grünen Lamellen und die metallische peratur von 400° C wird dann über 3 Stunden aufPaste vorbereitet sind, wird mit der Paste das ge- rechterhalten. Der Abkühlvorgang erfolgt dann bei wünschte Schaltungsbild auf die grünen Lamellen Raumtemperatur. Der so stufenweise durchgeführte aufgetragen (Kasten 3 aus Fig. 1). Wenn dabei 25 Ausbrennvorgang gewährleistet, daß beim Austritt Schaltleitungen benötigt werden, die die grünen La- des Binders keine plötzlichen Drücke im Inneren des mellen durchsetzen, dann werden zu diesem Zweck Materials auftreten, die die lamellierte Struktur zerdie grünen Lamellen an den entsprechenden Stellen sprengen könnten. Sobald der lamellierte Block abvorher gestanzt und die Stanzlöcher mit der Paste gekühlt ist (Kasten 6), kann er der Verdichtung bzw. ausgefüllt. 30 Sinterung gemäß Kasten 7 unterzogen werden.

Die Paste wird dann getrocknet, indem die mit Die Sinterung erfolgt bei verhältnismäßig hoher

Paste bestrichenen Lamellen in einem Ofen bei ver- Temperatur in einer reduzierenden Atmosphäre, hältnismäßig niedriger Temperatur von etwa 150° F Wenn die Paste reines Metall enthält, dann wird für 60 Minuten gebacken werden. Die Paste kann durch die reduzierende Atmosphäre Oxydation bei auch an der Luft getrocknet werden. Sobald die 35 der Sinterungstemperatur verhindert. Wenn dagegen Paste trocken ist, werden die grünen Lamellen, die die Paste Metalloxyd enthält, dann wird durch die mit den Schaltbildern versehen sind, gestapelt und reduzierende Atmosphäre das Metalloxyd in das Melamelliert. Dies erfolgt auf einer Stapelschablone, die tall reduziert. Es hat sich gezeigt, daß in einer redu-Stifte an bestimmten Stellen aufweist. Die grünen zierenden Atmosphäre beim Sinterungsprozeß auch Lamellen sind an den diesen Stiften entsprechenden 40 einige Oxyde, die in verschiedenen keramischen Ma-Stellen gestanzt, so daß die Stifte beim Stapeln in terialien enthalten sind, reduziert werden können; die Stanzlöcher eindringen und so eine genaue Aus- dies kann aber verhindert werden, indem man eine richtung der einzelnen Lamellen im Stapel gewähr- bestimmte Menge Wasserdampf der reduzierenden leistet ist (Kasten 4). Der Stapel wird dann belastet, Atmosphäre beim Sinterungsprozeß beigibt, mit ungefähr 30 bis 60 kg pro Kubikzentimeter ge- 45 Die Sinterung von alkalischer Zirkonporzellanerde preßt und auf 40 bis 100° C für 3 bis 10 Minuten erfolgt vorzugsweise, indem man die Temperatur in erwärmt. Dadurch bildet sich aus den thermoplasti- Stufen von 200 bis 800° C pro Stunde auf die Sinteschen grünen Lamellen durch Adhäsion ein einheit- rungstemperatur von 1285° C anhebt, die dann für licher zusammenhängender Block. etwa 3 Stunden einwirken muß. Im Anschluß daran

F i g. 2 zeigt die grünen Lamellen 10, 12, 14, die 50 wird wieder auf Raumtemperatur abgekühlt, und mit Schaltbildlinien 16, 18, 20 bedruckt sind. Außer- zwar in der gleichen Stufenfolge, wie der Aufheizdem sind durchgehende Löcher 22, 24 und 26 vor- Vorgang stattfand. Der Ausbrennvorgang kann mit gesehen. Der Abschnitt 30 der grünen Lamelle fluch- dem Sinterungsvorgang in einem einzigen Aufheiztet mit dem Loch 22 und der Abschnitt 32 mit dem Vorgang zusammengefaßt werden. Man spart sich Loch 24. Wie aus F i g. 2 a ersichtlich, entspricht dem 55 dann die Abkühlung im Anschluß an den Ausbrennein Strompfad, ausgehend von der Schaltbildlinie 16 Vorgang.

der grünen Lamelle 10 über das Loch 22 an den Es hat sich gezeigt, daß sich bei den eben beAbschnitt 30 und von da über das Loch 24 an den schriebenen Vorgängen zwei verschiedene Typen von Abschnitt 32 und von da an das Loch 26. F i g. 3 Kapillaren ausbilden. Der erste Kapillarentyp ist zeigt die Anordnung aus Fig. 2a nach Zusammen- 60 rohrförmig und mit Metall ausgekleidet, und der fügung zu einem Block. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, zweite ist gitterartig porös ausgekleidet, bildet jedoch daß sich bei der gewählten Anordnung der Schalt- eine über ihre ganze Länge durchgehende Verbinbilder ein geschlossener, sich über alle drei Lamellen dung. Die beiden Kapillarentypen sind also für den erstreckender Schaltkreis ergibt. angestrebten Zweck geeignet. Die lamellierte, ge-

Nachdem die Lamellierung gemäß Kasten 4 durch- 65 brannte Keramik mit ihren Kapillarkanälen ist in geführt wurde, wird der Preßdruck abgenommen F i g. 4 idealisiert dargestellt. Die Keramik 40 besteht und der Block auf Raumtemperatur abgekühlt. An- nun aus einem monolithischen zusammenhängenden schließend wird er auf die endgültige Form geschnit- Block, der Kapillaren mit metallischer Auskleidung

7 8

42, 44 aufweist. Einige der Kapillaren erstrecken sich breite Leitung durch Auftrag metallischer Paste vorsenkrecht zur Zeichenebene der F i g. 4 und sind mit bereitet. Auf der vierten Lamelle wurden keine be-46, 47, 48 und 50 bezeichnet. sonderen Leitungen vorgesehen, sie diente nur als

Die Kapillaren werden nun mit flüssigem Metall Abschirmung für die Leitungen auf der dritten Lahoher elektrischer Leitfähigkeit ausgefüllt. Zu diesem 5 melle. Die metallische Paste bestand aus 40 g MoO₃-Zweck wird die Keramik in ein Bad geschmolzenen Pulver, dem 13,5 g Zusatzmittel zugesetzt war. Das Metalls (z. B. Kupfer oder Aluminium) bei einer Bindemittel enthält ein flüchtiges Lösemittel und ein Unterdruckatmosphäre eingetaucht. Durch den pastoses Bindemittel. Die erwähnten Komponenten Unterdruck wird das Gas aus den Kapillaren ausge- wurden zu einer Paste vermischt. Diese Paste wurde trieben, und es wird sichergestellt, daß nicht Gas- io in die Löcher der grünen Lamellen eingebracht, und blasen zurückbleiben können, die dann nach dem mit ihr wurden die Leitungen auf die Lamellen auf-Erkalten des eingegossenen Metalls Unterbrechun- gezeichnet. Die Lamellen wurden dann gestapelt, und gen in der Leitungsführung verursachen. Es hat sich dann wurde bei 400° C der Binder ausgebrannt. Angezeigt, daß man zu diesem Zweck nicht ein hohes schließend wurde in einer trocknen Wasserstoff-Vakuum benötigt. Es genügt, den atmosphärischen 15 atmosphäre der Block auf 1210° C 1 Stunde erhitzt. Druck stark zu reduzieren, um sicherzustellen, daß Anschließend wurde der Block entlang der vorbedas gesamte Gas aus dem Kapillarsystem durch das reiteten Leitung durchgeschnitten, und es wurde dort geschmolzene Metall ausgetrieben wird. eine Kapillare gefunden, die mit metallischem Molyb-

In dem Tauchbad dringt das geschmolzene Metall dän ausgekleidet war. Die Kapillare wurde dann aus-

auf Grund von Kapillarkräften in das Kapillarsystem so gefüllt, indem der Block 5 Minuten in ein Kupferbad

(Kasten 8 aus Fig. 1) und bildet dann den geschlos- von 1140° C in Anwesenheit einer trocknen Wasser-

senen Leiter 52, der sich gemäß F i g. 5 über das ge- Stoffatmosphäre getaucht wurde. Es wurde dann

samte Kapillarsystem erstreckt und durch Adhäsions- noch einmal ein Querschnitt durch die Kapillare ge-

kräfte an der metallischen Auskleidung 42 haftet. macht, und es zeigte sich, daß diese vollständig mit

Man kann die Kapillaren auch mit leitendem Metall 25 Kupfer ausgefüllt war. Es zeigte sich, daß sich keine ausfüllen, indem man an den öffnungen des Kapillar- Metallegierungen oder andere zwischenmetallische systems Metallstücke anordnet, die dann geschmolzen Formationen gebildet haben, sondern daß vielmehr werden und infolge der Kapillarkräfte geschmolzen ein ausgezeichneter Leiter sich formiert hatte,
in die Kapillaren eindringen und so das Kapillarsystem füllen. 30 Beispiel 2

Im folgenden wird ein Mischungsbeispiel für eine

bevorzugt verwendete alkalische Zirkonporzellan- Hier wurde der Paste aus dem Beispiel 1 Tere-

erde als Ausgangsmaterial für die grünen Keramik- phthalsäure zugefügt, um das Volumen der Paste

lamellen angegeben. zu vergrößern. Die Paste bestand dann aus 4,7 g

Tr_aav_m 7C0 35 MoO₃, 10,5 g Terephthalsäure und 5,76 g des er-

:\ 206 wähnten Bindemittels 163 c. Diese Substanzen wur-

Q og ο ο ^en dann g^emi^scnt und gemahlen zu einer gleich-

³ 201 'r s? förmigen Paste. Es wurden zehn grüne Keramik-

ggV * lamellen vorgesehen, die ungefähr 25 mm im Quadrat

³ 1501 e ⁴° £^ro^ ^{waren un}d gestapelt wurden. In die oberste

α *-ir *"Vt A ic™' Jfq Lamelle wurden 22¹A mm starke Löcher eingestanzt,

destilliertes H,O 2500 cm³ , _Λ. „ , _T .. , _e ,. ^ö. '

² und elf parallele Leiter wurden auf die zweite La-

Die angegebenen Materialien wurden gemischt melle aufgedruckt. Jeder dieser vorbereiteten Leiter

und gemahlen. Der Mahlvorgang erstreckte sich über war ¹U mm breit. Die restlichen Lamellen wurden

8 Stunden, anschließend wurde das Gut getrocknet, 45 als Unterstützung verwendet. Der Lamellenstapel pulverisiert und dann für 2¹Iz Stunden auf 1100° C wurde dann, wie im Beispiel 1, gebrannt, und die erhitzt, um die Carbonate in Kohlendioxyd umzu- Sinterung erfolgte in einer feuchten Wasserstoffwandeln und das Kohlendioxyd und Wasser auszu- atmosphäre bei 1285° C. Diese Temperatur wirkte treiben. 3 Stunden ein. Die daraus resultierende Kapillar-

Im Anschluß daran wurde das Pulver fein pulve- 5° struktur wurde durch einen Querschnitt überprüft,

risiert. Anschließend wurden dieser Masse Harze, und es zeigte sich, daß die Kapillaren poröse Struk-

Lösungsmittel, Feuchtigkeit und plastizierende Mittel tür hatten und mit Molybdän ausgekleidet waren,

untermischt. Auf 400 g so kalzinierte alkalische Die gesinterte Keramik wurde dann in ein AIu-

Zirkonporzellanerde wurden bei einer Mahlzeit von miniumbad von 700° C eingetaucht und durch einen

9 Stunden folgende Zusätze untermischt: 55 neuen Schnitt überprüft. Es zeigte sich, daß an Stelle

Polyvinylbutryl 36,0 g ^def Kapillaren durchgehende Leiter guter Qualität

Tereitol 8 0 2 entstanden sind, wobei das Aluminium gut an der

Dibutylphthalat '.'. '.'.'" 12.2g porösen Molybdänstruktur innerhalb der Kapillaren

60/40 Toluin/Ethanoi '.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.. 144^0 g haftete.

Cyclohexanon 121,0 g Beispiel3

. . Bei diesem Beispiel wurde feuerfestes Metall an

Beispiel 1 Stelle von Metalloxyd für die metallische Ausklei-

Es wurden vier grüne Keramiklamellen aus alka- dung verwendet. Die Paste enthielt 3,52 g Molybdän,

lischer Zirkonporzellanerde verwendet, zwei Löcher 65 0,88 g Mangan, 5,25 g Terephthalsäure und 4,15 g

wurden jeweils in die beiden zu oberst geschichteten des bereits erwähnten Bindemittels 163 c. Die Paste

Lamellen mit einem ¹U mm starken Bohrer ein- wurde in Verbindung mit einer Lamellenstruktur, wie

gebohrt. Auf der dritten Lamelle wurde eine ¹A mm im Beispiel 2, angewendet, und es wurde, wie im

Beispiel 2, ausgebrannt und gesintert. Es ergaben sich Kapillaren der Art wie beim Beispiel 2.

Beispiel 4

Bei diesem Beispiel wurde die Terephthalsäure aus dem Beispiel 3 nicht mit verwendet. Die Paste bestand aus 18,5 g Molybdän, 1,5 g Mangan und 5,0 g des Bindemittels 163 c.

Die Brennvorgänge wurden genauso vorgenommen wie bei den Beispielen 2 und 3. Es ergab sich eine poröse Molybdän-Mangan-Struktur in den Kapillaren, entsprechend der aus dem Beispiel 2 bzw. 3. Diese Struktur wurde dann in einem Kupferbad mit Kupfer gefüllt, und es ergab sich eine Leiterstruktur, entsprechend dem Kapillarsystem, wie im Beispiel 2 beschrieben.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen vielschichtiger ao elektrischer Schaltungselemente auf keramischer Basis, dadurch gekennzeichnet, daß ein Keramikblock mit einem metallisch ausgekleideten Kapillarsystem entsprechend dem angestrebten Leitungssystem hergestellt wird und daß dann das Kapillarsystem mit geschmolzenem Metall gefüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikblock hergestellt wird, indem grüne Keramiklamellen, entsprechend dem Kapillarsystem, durchbrochen und in den Durchbrüchen und auf ihren Flächen mit einer metallischen, einen austreibbaren voluminösen Zusatz aufweisenden Paste bestrichen werden, die dann zu einem Block gestapelt und zum Austrieb der Zusätze erhitzt und anschließend gesintert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der metallischen Auskleidung die Paste einen metallischen Anteil enthält, der beim Austrieb und beim Sinterungsprozeß seinen Metallzustand einnimmt oder beibehält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Anteil ein Pulver feuerfesten Metalls ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Anteil eine in heißer Umgebung reduzierbare Verbindung feuerfesten Metalls ist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung des Blocks in reduzierender Atmosphäre erfolgt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfüllung des Kapillarsystems erfolgt, indem der gesinterte Block in ein Bad geschmolzenen Metalls getaucht wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfüllung des Kapillarsystems erfolgt, indem Aufträge von Metall auf die von außen zugänglichen Teile des Kapillarsystems aufgetragen werden, und daß dieses Metall dann geschmolzen wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfüllung des Kapillarsystems in einer Unterdruckatmosphäre erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen