DE2526553C3

DE2526553C3 - Mehrlagige elektronische Schichtschaltung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2526553C3
Application number: DE2526553A
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Phys. 8000 Muenchen Breuninger; Detlef Dipl.- Phys. Dr. 8031 Steinebach Haberland; Burkhard Strasser; Artur Weitze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-06-13
Filing date: 1975-06-13
Publication date: 1978-06-01
Also published as: ATA358776A; AT359583B; FR2314585A1; IT1063970B; CH604344A5; FR2314585B1; DE2526553B2; NL7604158A; DE2526553A1; JPS5731876U; GB1540112A; JPS5210569A; SE7606715L; SE421852B

Description

lisierbarem Glas (Ra = 0,7 μτη). Weiter kann die Dielektrizitätskonstante ebenfalls kleiner gewählt werden (ε,- S 7) gegenüber kristallisierbarem Glas (εγ =» 15). Demzufolge führen die auf Glas aufgebauten dünnen Schichten zu feineren Leiters'rukturen, besserer Reproduzierbarkeit der Schichten und zu Widerständen, die in ihrer Qualität den auf Glassubstraten aufgebauten nicht nachstehen.

Da die geometrische Gestalt der Durchkontaktierungen durch aas Glattfließen des Glases nicht so genau ,₀ definiert werden kann, werden, nachdem die Glasschicht gedruckt ist, an den dafür vorgesehenen Stellen Säulen auf der in Dickschichttechnik hergestellten Schaltungsebene aufgedruckt. Diese Säulen bestehen aus demselben Material wie die in Dickschichttechnik hergestellte Schaltungsebene.

Die Säulen haben lediglich die Aufgabe, den Fluß des Glases definiert zu begrenzen. Es ist nicht notwendig, daß sie die Ebene der Glasoberfläche erreichen.

Es kann in einigen Fällen zweckmäßig sein, daß auf der anderen Seite des Substrates eine aus einer einlagigen elektrisch leitfähigen Schicht gebildete Potentialebene aufgebracht ist.

Im folgenden soll ein Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Schieb · schaltung angegeben werden.

Dieses Verfahren besteht erfindungsgemäß darin, daß auf einem Substrat zunächst eine Schaltungs.bene in Dickschichttechnik aufgebracht wird, daß danach darauf eine Isolierschicht aus Glas aufgedruckt wird mit Ausnahme an den Stellen, die Durchkontaktierungsitellen bilden, daß anschließend an den freien Stellen Säulen in Dickschichttechnik hergestellt werden, daß weiterhin die so hergestellte Anordnung gesintert wird, wobei die Glasschicht in einen amorphen Zustand übergeht, und daß auf dieser so gewonnenen amorphen Glasschicht eine Schaltungsebene in Dünnschichttechnik in konventioneller Technik aufgebracht wird, wobei die Säulen elektrische Veroindungsstellen zur unteren Schichtebene darstellen.

Um die gewünschte Oberflächengüte, d. h., das Glattfließen des Glases zu erreichen, muß die Temperatur beim Sintern so hoch eingestellt werden, daß das Glas eine Viskosität von mindestens WcP (10³Pa · s) erreicht. Die Scheiteltemperatur des Einbrennprofils beträgt dabei ungefähr 950° C. Für die amorphe Glasschicht kann ein handelsübliches Blei-Bor-Silikatglas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 70 · 10⁷K¹ verwendet werden.

Sinngemäß kann nach dem so beschriebenen Verfahren auch ein Mehrlagenaufbau hergestellt werden.

In diesem Fall wird bis auf die letzte dielektrische Schicht der ganze Aufbau in konventioneller Dickschichttechnik, d. h. mit kristallisierbaren Glasschichten aufgebaut. Lediglich die letzte Schicht wird aus amorphem Glas hergestellt. Der Grund hierfür ist, daß bei den kristallisierbaren Glasschichten Feststoffgemisch und Sinterprozeß so aufeinander abgestimmt werden, daß die Schichten bei einer Temperatur von ungefähr 850°C auskristallisieren. Nach dem Drucken und auch nach mehrmaligem Sintern verändert sich die geometrische Gestalt der Schicht kaum noch. Sie hält dann sogar noch eine Temperatur von 950⁰C aus, die für das Glattfließen der amorphen Glasschicht notwendig ist.

Im folgenden sei die Erfindung anhand von 4 Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine zweilagige Schichtschaltung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine zweilagige Schichtschaltung vor dem Sintern und vor dem Aufbringen der in Dünnfilmtechnik hergestellten Schaltungsebene,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Anordnung nach F i g. 2 und

Fig. 4 eine aus vier Lagen bestehende elektronische Schichtschaltung im Querschnitt.

In Fig. 1 ist eine zweilagige Schaltungsebene im Querschnitt dargestellt. Eine erste Schaltungsebene 1 ist auf einem Substrat 2 aus Keramik in Dickschichttechnik ausgeführt, wobei einzelne Leiterbahnen 3, 4, 5 erkennbar sind. Auf dieser Ebene ist eine Isolierschicht 6 aus amorphem Glas aufgebracht und über dieser Schicht ist eine weitere Schaltungsebene 7 in Dünnfilmtechnik angeordnet, wobei die beiden Schaltungsebenen 1, 7 an vergegebenen Stellen durch Säulen 8 miteinander kontaktiert sind.

In Fig. 2 und 3 ist eine noch nicht fertiggestellte zweilagige Schichtschaltung erkennbar. Auf dem Substrat 2 ist, wie vorher beschrieben, eine Schaltungsebene 1 und darauf eine Glasschicht 6 aufgedruckt mit Ausnahme an den Stellen, an denen die Schaltungsebenen später miteinander kontaktiert werden sollen. Weiterhin ist die Säule 8 erkennbar, die auf der Leiterbahn 3 aufgedruckt ist. Durch einen gemäß dem beschriebenen Verfahren sich anschließenden Sinterprozeß wird das Glas 6 flüssig, umschließt die Säule 8 und bekommt eine äußerst glatte Oberfläche, so daß diese für die in Dünnfilmtechnik hergestellte Schaltungsebene geeignet ist.

In Fig. 4 ist eine vierlagige Schichtschaltung dargestellt, wobei die erste in Dickschichttechnik hergestellte Schaltungsebene 9 wiederum auf einem Substrat 10 aufgebracht ist. Eine Isolierschicht 11 aus kristallisierbarem Glas und eine weitere in Dickschichttechnik hergestellte Schaltungsebene 12 schließen sich an. Daran schließen sich wiederum eine Glasschicht 13 und eine in Dickschichttechnik hergestellte Schaltungsebene 14 an. Auf dieser Ebene is*, dann eine Isolierschicht 15 aus amorphem Glas aufgebracht und über dieser Schicht ist eine weitere Schaltungsebene 16 angeordnet, wobei die Schaltungsebenen 14, 16 an vorgegebenen Stellen durch Säulen 17 miteinander kontaktiert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrlagige elektronische Schichtschaltung bestehend aus zumindest zwei durch Isolierschichten getrennte, auf einem Substrat einseitig aufgebrachte, miteinander durch Durchkontaktierungen verbundene Schaltungsebenen, wobei zumindest die erste, auf dem Substrat aufgebrachte Schicht in Dickschichttechnik und jeweils die zuletzt aufgebrachte Schicht in Dünnschichttechnik hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in Dünnschichttechnik hergestellte Schaltungsebene (7, 16) von der benachbarten in Dickschichttechnik hergestellten Schaltungsebene (1, 14) durch eine Isolierschicht (6, 15) aus amorphem Glas getrennt ^;st, und daß die zwischen Dickschicht- und Dünnfilmschaltung erforderlichen Durchkontaktierungen durch auf der Dickschichtschaltungsebene aufgebrachte elektrisch leitfähige Säulen in Dickschichttechnik (8, 17) gebildet sind.

2. Mehrlagige elektronische Schichtschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen Seite des Substrats (2) eine aus einer einlagigen, elektrisch leitfähigen Schicht gebildete Potentialebene aufgebracht ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer aus zwei Lagen bestehenden Schichtschaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Substrat zunächst eine Schaltungsebene in Dickschichttechnik aufgebracht wird, daß danach darauf eine Isolierschicht aus Glas aufgedruckt wird mit Ausnahme an den Stellen, die Durchkontaktierungsstellen bilden, daß anschließend an den freien Stellen Säulen in Dickschichttechnik hergestellt werden, daß weiterhin die so hergestellte Anordnung gesintert wird, wobei die Glasschicht in einen amorphen Zustand übergeht, und daß auf dieser so gewonnenen amorphen Glasschicht eine Schaltungsebene in Dünnschichttechnik in konventioneller Technik aufgebracht wird, wobei die Säulen elektrische Verbindungsstellen zur unteren Schichtebene darstellen.

4. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Schichtschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur beim Sintern so eingestellt wird, daß das Glas glattfließt.

5. Verfahren zur Herstellung einer aus drei Lagen bestehenden Schichtschaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Substrat zunächst eine Schaltungsebene in Dickschichttechnik aufgebracht wird, daß darauf eine aus kristallisierbarem Glas gebildete Isolierschicht aufgebracht wird, daß darauf eine weitere Schaltungsebene in Dickschichttechnik angeordnet wird, daß dann danach darauf eine Isolierschicht aus Glas aufgedruckt wird mit Ausnahme an den Stellen, die Durchkontaktierungss'.ellen bilden, daß anschließend an den freien Stellen Säulen in Dickschichttechnik hergestellt werden, daß weiterhin die so hergestellte Anordnung gesintert wird, wobei die Glasschicht in einen amorphen Zustand übergeht, und daß auf dieser so gewonnenen amorphen Glasschicht eine Schaltungsebene in Dünnschichttechnik in konventioneller Technik aufgebracht wird, wobei die Säulen elektrische Verbindungsstel len zur unteren Schichtebene darstellen.

Die Erfindung betrifft eine mehrlagige elektronische Schichtschaltung, die aus zumindest zwei durch Isolierschichten getrennte, auf einem Substrat einseitig aufgebrachte, miteinander durch Durchkontaktierungen verbundene Schaltungsebenen besteht, wobei zumindest die erste, auf dem Substrat aufgebrachte Schicht in Dickschichttechnik und jeweils die zuletzt aufgebrachte Schicht in Dünnschichttechnik hergestellt ist und ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Mehriagenschichten sind allgemein bekannt So zeigt die DE-OS 19 16 789 eine nach der Einbrennmethode hergestellte Mehrschicht-Dickfilmschaltung. Die hier beschriebene Glasschicht eignet sich wegen ihrer Oberflächenrauhigkeit nicht, um eine Dünnfilmschicht darauf aufzubringen.

Weiterhin ist durch die DE-AS 20 26 488 bekannt, zuerst Leiterbahnen in Dünnfilmtechnik und dann darauf unmittelbar weitere Schichten aufzubringen. Diese Schichten dienen dabei zur Verdickung der Leiterbahnen.

Durch die DE-OS 19 54 169 ist es weiterhin bekannt, Mehrlagenschichten derart herzustellen, daß auf einer in Dickschichttechnik hergestellten leitenden Ebene eine Isolierschicht und darauf eine Dünnfilmschicht aufgebracht ist.

Das Aufbringen einer Dünnfilmschicht auf einer Isolierschicht bereitet jedoch im allgemeinen Schwierigkeiten, dann, wenn auf dieser besonders feine Leiterbahnen oder qualitativ hochwertige Widerstände hergestellt werden sollen. Voraussetzung hierfür ist eine porenfreie dielektrische Schicht und eine Schicht mit besonders kleinem Br.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mehrlagige Schichtschaltung darzustellen, die die Vorteile der Dickschichtschaltungen mit denen einer in Dünnschichttechnik hergestellten Schaltungsebene verbindet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die in Dünnschichttechnik hergestellte Schaltungsebene von der benachbarten in Dickschichttechnik hergestellten Schaltungsebene durch eine Isolierschicht aus amorphem Glas getrennt ist, und daß die zwischen Dickschicht- und Dünnfilmschaltung erforderlichen Durchkontaktierungen durch auf der Dickschichtschaltungsebene aufgebrachte elektrisch leitfähige Säulen in Dickschichttechnik gebildet sind.

Eine derartige Kombination genannter Schichttechniken ist bereits durch eine Veröffentlichung bekannt, und zwar durch einen Bericht von C a 1 e y : Electronic Packaging and Produktion, Dez. 1973 mit dem Titel »A Thick and Thin Film Approach to Fabricating MCA Substrates«. Hier wird jedoch für die dielektrische Schicht als Unterlage für die in Dünnschichttechnik hergestellte Schaltungsebene kristallisierbares Glas verwendet, wodurch ein Teil der günstigen Eigenschaften dünner Filme infolge der größeren Rauheit dieser Schicht aufgegeben wird. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal zu dem Vorschlag nach der Erfindung ist es, daß die Fenster für die Durchkontaktierungen mittels flußsäurehaltiger Lösungen geätzt werden. Erfahrungsgemäß ist es schwierig, gerade aus Schichten kristallisierbaren Glases die Ätzmedien wieder restlos zu entfernen, so daß für die Schaltungen, auf lange Sicht gesehen, die Gefahr der Korrosion besteht.

Durch die Erfindung wird dieser Nachteil vermieden. Weiterhin hat die Verwendung einer amorphen Glasschicht den Vorteil, daß deren Mittenrauhwert erheblich kleiner ist (Ra = 0,015 μΓη) gegenüber krisiäi-