DD219325A1 - Keramikkondensator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Keramikkondensator fuer die Mikroelektronik. Das Ziel ist ein oekonomischer Materialeinsatz, und die Aufgabe besteht darin, stabil punktloetfaehige und edelmetallfreie Elektroden herzustellen. Erfindungsgemaess ist in Vakuumfolge eine Haftschicht aus CrNi oder FeNiCr von 100 bis 200 nm Dicke und eine Loethilfsschicht aus Cu von 50 bis 100 nm Dicke durch Hochratezerstaeuben aufgebracht.

Description

Keramikkondensator

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Keramikkondensatoren mit Dünnschichtelektroden aus Werkstoffen mit hoher Dielektrizitätskonstante (HDK-Werkstoffe) und punktförmiger Lötverbindung zu den Armaturen, wie sie in der Elektronik für verschiedenste Zwecke eingesetzt werden·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Aufbringen von Elektroden auf keramische Substrate erfolgt durch Dickschichtverfahren (Ag), chemische Metallisierung (Ui, Cu, u.a.) und in jüngster Zeit im wesentlichen durch Aufdampfen oder Aufstäuben (Hochratesputtern) im Vakuum, wobei der Trend zur Verwendung unedler Materialien geht·

Bei den zuletzt genannten beiden Technologien werden im wesentlichen Schichtsysterne aus einer Haftschicht und einer Leitbzw. Lötschicht aufgebrächt (DD-PS 132 090, DD-PS 155 710). Als Haftschichtmaterialien sind Al, Ti, Cr, -ITiCr, PeMCrTi und andere Legierungen bekannt, die in einer Dicke von 20 bis 60 nm aufgestäubt werden« Die gebräuchlichsten Leitschichtmaterialien sind Ul, PeHi, Cu, CuUi, Ag und andere gut lötbare Materialien, wobei die Schichtdicke von 300 bis etwa 1000 nm reicht. Anschließend werden die aufgestäubten Schichtsysteme durch eine relativ dicke Zinnschicht (LSn 60 Cu, PbCd) mittels Tauchlötung

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bedeckt (DD-PS 155 710). Die Zinnschicht hat dabei die Aufgäbe, die relativ dünne aufgestäubte Leitschicht vor atmosphärischen und thermischen Einflüssen (Oxydation, Korrosion) zu schützen und damit die elektrischen Parameter der Kondensatoren (Verlustfaktor, Kapazität) über längere Zeiträume zu erhalten.

Die Anwendbarkeit dieser Schichtsysteme und der damit verbundenen Verfahren ist jedoch begrenzt. So zeigen Kondensatoren aus HDK-7/erkst offen (<£, - 2000) eine sehr starke Bruchempfindlichkeit bei Temperaturschwankungen, wie sie mit der Tauchlötung untrennbar verbunden sind. Dies führt zur Bildung von Mikrorissen im Keramikplättchen bzw. in der Keramikscheibe, die die Spannungsfestigkeit, die Impulsfestigkeit, die Dauerisolationsfestigkeit u.a. wichtige Eigenschaften stark beeinträchtigen. Dadurch ist eine Tauchbelotung der Kondensatoren aus HDK-Werk-

2 stoffen, insbesondere mit Abmessungen über 5 σ 5 mm , nicht möglich. Ein weiterer Nachteil dieser Schichtsysteme ist der zusätzliche Zinnverbrauch bei der Anwendung der Tauchlötung.

Bei der Ofenlötung in Verbindung mit den genannten Schichtsystemen ergeben sich erhebliche Verschlechterungen in der Qualität der Bauelemente, insbesondere eine Vergrößerung der Verluste und eine Herabminderung der Prüf- und Betriebszuverlässigkeit.

Ziel der Erfindung .

Es,ist ein Keramikkondensator für HDK-Werkstoffe mit ökonomischem Materialeinsatz zu schaffen, der eine hohe Langzeitstabilität besitzt.

Darlegung, des Wesens der Erfindung, '

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Keramikkondensator zu schaffen, dessen Elektroden stabil punktlötfähig und edelmetallfrei sind. Der Werkstoff für das Dielektrikum, des Kondensators soll eine hohe Dielektrizitätskonstante besitzen. Die bisher erforderliche Tauchlötung soll vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in bekannter Weise auf ein unbehandeltes Keramiksubstrat in Vakuumfolge eine Haftschicht und eine Löthilfsschicht durch Hochrat ezers täuben aufgebracht wird, wobei die aus HiGr bzw« FeUiGr bestehende Haftschicht 100 bis 200 nm dick ist und die Löthilfsschicht aus Gu mit einer Dicke von 50 bis 100 nm besteht,. Die Löthilfsschicht ist außerhalb der punktförmigen Lötstelle weitgehend oxydiert.

Die chemische Zusammensetzung des eigentlichen Elektrodenmaterials und die geringe Schichtdicke bedingen einen relativ hohen Flächenwiderstand der Elektrode im Vergleich zu Elektroden aus gut leitenden Materialien, wie Cu, Ui bzw. mit Zinn abgedeckte Dünnschichtsysteme.

Überraschenderweise werden jedoch bei Keramikkondensatoren aus Werkstoffen mit hoher Dielektrizitätskonstante die elektrischen und sonstigen Parameter, insbesondere der Verlustfaktor tan S» im Vergleich mit anderen, wesentlich besser leitenden Elektrodenmaterialien wie Silber oder Kupfer bzw. zinnabgedeckten Schichtsystemen nicht verschlechtert.

Andererseits bildet die Eliminierung der normalerweise bei Dünn-Schichtelektroden erforderlichen Tauchlötung die Voraussetzung für die Anwendung edelmetallfreier Elektroden bei den genannten Keramiksorten.

Diese vergleichsweise dünne Elektrode erfüllt auf Grund ihrer chemischen Zusammensetzung die Forderung nach Punktlötfähigkeit und Langzeitstabilität. Außerdem gewährleistet' sie eine gute Haftung des Schichtsystems auf dem Keramiksubstrat. Die bei der Punktlötung über eine längere Zeitspanne wirkende thermische Belastung (300 ⁰G ... 350 ⁰G) des metallisierten Substrates führt zu einer stabilen punktförmigen (linienförmigen) Lötstelle in der unmittelbaren Umgebung der Drahtarmatur, die weifgehend durch die Löthilfsschicht, durchgreift. '''legen der Reinheit der Slektrodenoberflache (Oxidfreiheit) ist diese ihrerseits belotbar und gewährleistet selbst unter extremen thermischen oder klimatischen Einflüssen eine gute Verbindung

zwischen Armatur und Elektrode« Der größte Teil der sogenannten Loth.ilfsscb.icht (nichtbeloteter Teil, bis ca. 95 % der Elektrodenfläche) oxydiert bei der Punktlötung vollständig durch und wird damit für die elektrischen Eigenschaften des Elektrodensystems und damit des Kondensators bedeutungslos·

Ausführungsbeispiel .

A . . ...., ' ' .

Zur Herstellung von Keramikfoliekondensatoren aus dem Werkstoff E 10 000 wird auf das unbehandelte gesinterte Keramiksubstrat mittels Hochratezerstäuben eine Elektrodenschicht von 200 nm NiCr 80/20 und in Yakuumfolge eine Löthilfsschicht von 100 nm Cu aufgebracht· Dabei ist der Sauerstoffpartialdruck kleiner als 10 , Pa, Die Punktlötung erfolgt unter Zuhilfenahme eines kolophoniumhaltigen Flußmittels bei einer Temperatur von 350 ⁰C. Als Lot wird eine Legierung aus PbCd verwendet· Die damit erreichten elektrischen Parameter sind denen mit einer Poliersilbermetallisierung erreichten in bezug auf Haftfestigkeit μΜ Langzeitstabilität (Prüfzuverlässigkeit) überlegen·

Claims (1)

1. Erfindung.sanspruch

   Keramikkondensator, bestehend aus einem unbehandelten Keramiksubstrat mit hoher Dielektrizitätskonstante und einer in Vakuumfolge durch Hochratezeratäuben aufgebrachten Haftschicht aus CrITi oder PeMCr und Löthilfsschicht aus Cu, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht 100 bis 200 nm und die Löthilf3schicht 50 bis 100 nm dick und außerhalb der punktförmigen Lötstelle weitgehend oxydiert ist.