Die Erfindung betrifft Aluminium-haltige Metallisierungspasten zur Herstellung von Hybridschaltungen.

Metallisierungen aus Aluminium sind aufgrund des sehr niedrigen Redox-Potentials des Aluminiums und damit seiner leichten Oxidierbarkeit schwer zu handhaben und deshalb nicht verbreitet. Bekannt sind Polymere mit Aluminium, die als

Wärmeleitpasten oder -kleber mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 1 bis 5 W/mK eingesetzt werden.

Silberpasten mit geringer Aluminium-Dotierung, beispielsweise 1 bis 3 Gew.-% Aluminium, werden in der Solarzellentechnik zur gleichzeitigen Dotierung und Kontaktierung von Wafern eingesetzt. Der Aluminium-Gehalt der verwendeten Pasten dient hier der Dotierung eines Wafers ohne back surface field und ermöglicht die elektrische Kontaktierung des Si-Wafers mit der Silberelektrode mit einem niedrigen Übergangswiderstand, siehe z.B. WO 2002/061854 A1 .

Bei Solarzellen mit back surface field dient die Dotierung der Rückseite einer

Solarzelle mit Aluminium ebenfalls nicht der elektrischen Kontaktierung der

Solarzelle. Die Dotierung mit Aluminium wirkt der Abnahme des Wirkungsgrads einer Solarzelle bei geringer Waferstärke entgegen. Die elektrische Kontaktierung wird durch einen Silber-Gehalt in der Aluminiumpaste oder durch eine zusätzliche Silberhaltige Beschichtung erzielt, siehe z.B. EP 2 418 656 A1 .

Die genannte Schrift offenbart darüber hinaus, dass der Metallisierungspaste

Antimonoxid zugesetzt wird, um das Verbiegen des Wafers beim Einbrennen der flächig aufgebrachten Paste zu vermindern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Kontaktierungs- oder Metallisierungspaste zur Verwendung in der Dickfilm-Hybridtechnologie, die preisgünstiger als übliche Silberhaltige Metallisierungspaste ist.

Die Aufgabe wird mit einer Metallisierungspaste mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Diese Metallisierungspaste für Hybridschaltungen auf Keramik-Substraten zeichnet sich dadurch aus, dass sie feinteiliges Aluminium, einen Haftvermittler sowie ein temporäres organisches Vehikel zur Anpastung umfasst. Antimonoxid, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist erfindungsgemäß nicht notwendig, d.h. die Metallisierungspaste enthält kein Antimonoxid.

Eine feinteiliges Aluminium enthaltende Paste mit einem Glasanteil und einem temporären organischen Vehikel zur Anpastung und gleichzeitigem Schutz des Aluminiums vor Oxidation kann mit verschiedenen Verfahren wie Siebdruck,

Schablonendruck, Tampondruck, Spraycoaten und anderen Beschichtungsverfahren auf Oberflächen von Keramik-Substraten wie AI2O3, AIN, ZrO2 aufgebracht werden.

Im nächsten Schritt wird die Paste getrocknet und dann unter Anwesenheit von Sauerstoff bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 600 und 1000°C, fest auf den Träger, also das Keramik-Substrat, gesintert.

Die Aluminiumteilchen liegen vorzugsweise in feinteiliger, kugeliger Form vor. Sie können durch Spritzen von flüssigem Aluminium in eine inerte Atmosphäre gewonnen werden. Die kugelige Form erzeugt ein minimales Oberflächen-zuVolumen-Verhältnis, wodurch die Oxidationsanfälligkeit des Aluminiums minimiert wird.

Die Teilchengröße des feinteiligen Aluminiums sollte zwischen 0,5 und 50 μιτι (Größenbestimmung mit dem Laserstreuverfahren gemäß ISO 13320:2009) liegen und beträgt vorzugsweise 1 bis 10 μιτι, so dass die Teilchen durch gängigen

Siebgewebe, wie beispielsweise VA160-18 mit 45 μιτι Maschenweite, passen.

Als Haftvermittler zwischen Keramik und Aluminium dienen 1 bis 15 Gew.-% eines Glases, beispielsweise ZnO-SiO ₂ -B ₂ O3. Gläser, die für die Haftvermittlung geeignet sind, müssen hinsichtlich ihrer chemischen Beschaffenheit und bezüglich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten an das Material des Keramik-Substrats angepasst sein. Bevorzugt wird jedoch ein ZnO-SiO2-B ₂ O ₃ -Glas verwendet, das eine hohe Affinität sowohl zur Oberfläche der Keramik-Substrate als auch zu AI ₂ O3 hat, das während des Einbrennens auf der Oberfläche der Aluminiumkugeln entsteht.

Weiterhin können Moderatoren zur Anpassung von Schmelzpunkt, Glasviskosität und thermischem Ausdehnungskoeffizienten in Mengen von 0 bis 10 Gew.-% bezogen auf die Masse des Glases enthalten sein. Beispiele sind CaO, ΤΊΟ2, ZrO2, B12O3 und/oder Li ₂ O. Die Moderatoren können in das Glas eingeschmolzen werden oder als binäres Oxid dem Grundglas zugesetzt werden.

Das feste Pastenmaterial, also abgesehen vom organischen Pastenvehikel, wird dann mit Aluminiumpulver auf 100 Gew.-% aufgefüllt. Daraus ergeben sich somit 75 bis 99 Gew.-% Aluminiumpulver als feste Bestandteile der Metallisierungspaste.

Als organische Pastenvehikel können bekannte Medien wie Ethylcellulose oder Acrylharz gelöst in hochsiedenden Lösungsmitteln wie Pine Oil, Terpineol,

Butylcarbitol, Texanal (auch in Kombination) eingesetzt werden.

Die aufgebrachte und an Luft bei etwa 60 bis 1 10°C getrocknete Paste kann in Luft beispielsweise in einem Gliederbandofen oder in einem Kammerofen in einem Gesamtprozess von 30 bis150 min mit einem Temperaturpeak von 600 bis 1000°C für 1 bis 15 min eingebrannt werden.

Die Metallisierung ist elektrisch leitfähig und hat eine Haftfestigkeit von über

25 N/mm ² . Für die Bestimmung der Haftfestigkeit wird die Abzugskraft eines geklebten Probekörpers, einer Sechskantmutter, senkrecht zur

Metallisierungsoberfläche gemessen. Die bestimmte Haftfestigkeit liegt im üblichen Bereich von beispielsweise Silbermetallisierungen. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt über 100 W/mK. Die Metallisierung ist eine preisgünstige Alternative zu

Silbermetallisierungen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Beispiels konkretisiert: 94 Gew.-% Aluminiumpulver mit einer mittleren Partikelgröße d50 von etwa 4μηη wird mit einem Glas-Pulver der Korngröße d50 von 2 bis 4 μιτι vermischt. Die

Gesamtzugabemenge des Glases betrug 5 Gew.-%. Außerdem wurde 1 Gew.-% Tetradecanol als Moderator zugegeben und das Gemisch mit Terpineol mit 1 Gew.- % Ethylcellulose angepastet.

Die Paste wurde auf ein 96%iges Aluminiumoxidsubstrat unter Verwendung eines Siebs mit einer Maschenweite von 120 aus rostfreiem Stahl durch Siebdruck aufgebracht. Die bedruckte Keramik wurde anschließend bei 80°C für 30 min.

getrocknet und in einem Rollenofen bei einer Peaktemperatur von etwa 870°C für 10 Minuten gesintert. Die gesamte Sinterzeit betrug 45 min.

Die Haftfestigkeit im Mutterntest lag bei 30 N/mm2, die elektrische Leitfähigkeit des aufgebrachten Hybrids bei 4,2 Ohm.