Eine Keramikmasse der genannten Art ist beispielsweise aus WO 97/44797 bekannt. Die Keramikmasse ist Bestandteil eines Mehrschichtkondensators in Dünnschichtbauweise. Der Mehr- schichtkondensator besteht aus alternierenden Elektroden- schichten und Keramikschichten. Die Keramikschichten bestehen aus unterschiedlichem Keramikmaterial. Gemeinsame Basis der Keramikmaterialien ist beispielsweise ein Barium-Strontium- Titanat-System. Von Keramikmaterial zu Keramikmaterial ändert sich eine stöchiometrische Zusammensetzung des Barium- Strontium-Titanats. Jede Keramikschicht weist für sich eine eigene, relativ starke Temperaturabhängigkeit der relativen Permittivität auf. Die gesamte Keramikmasse des Mehrschicht- kondensators zeigt dagegen eine über die Temperaturabhängig- keiten der einzelnen Keramikmaterialien gemittelte, relativ niedrige Temperaturabhängigkeit der Permittivität. Auf diese Weise ist beispielsweise ein Temperaturgang der Keramikmasse mit X7R-Charakteristik realisiert.

Um diese Charakteristik des Temperaturgangs der Keramikmasse beziehungsweise des Mehrschichtkondensators zu erhalten, wird ein laminierter Stapel aus Elektrodenschichten und kerami- schen Grünfolien mit unterschiedlichem Keramikmaterial gesin- tert. Aus jeder Grünfolie wird beim Sintern eine Keramik- schicht. Eine Kontaktfläche zwischen zwei benachbarten Grün- folien beziehungsweise zwischen zwei benachbarten Keramik- schichten ist im Vergleich zum Volumen der Grünfolien bezie-

hungsweise der Keramikschichten relativ gering. Da näherung- weise nur im Kontaktbereich eine Interdiffusion einzelner E- lemente zwischen den Keramikschichten stattfindet, kommt es nur im Bereich der Kontaktflächen zu einer Änderung der stö- chiometrischen Zusammensetzung der Keramikmaterialien. Nur hier kommt es zu einer Mischkristallbildung. Die stöchio- metrische Zusammensetzung der Keramikmaterialien der Keramik- schichten bleibt im wesentlichen erhalten. Die Charakteristik des Temperaturgangs der Keramikmasse lässt sich somit durch die Auswahl der Keramikmaterialien weitgehend festlegen.

Eine beim Sintern des laminierten Stapels verwendete Sinter- temperatur ist relativ hoch. Deshalb muss zum Herstellen des Mehrschichtkondensators für die Elektrodenschichten ein E- lektrodenmaterial mit einer relativ hohen Schmelztemperatur verwendet werden. Ein derartiges Material ist beispielsweise Platin.

Ein Verfahren, mit dessen Hilfe die Sintertemperatur ernied- rigt werden kann, so daß auch ein niedrig schmelzendes Metall mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit wie Silber oder Kupfer einem Sinterprozeß zugeführt werden kann, stützt sich auf die LTCC (Low Temperature Cofired Ceramic)-Technologie (siehe zum Beispiel D. L. Wilcox et al., Proceedings 1997, ISHM, Philadelphia, Seite 17-23). Als Keramikmasse wird dabei niedrig sinternde Glaskeramik eingesetzt. Glaskeramik besteht aus einem Keramikmaterial und einem Glasmaterial.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Keramikmasse anzugeben, die eine möglichst niedrige Sintertemperatur und eine bestimmte Permittivität aufweist.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Keramikmasse mit einem Kera- mikmaterial und zumindest einem vom Keramikmaterial verschie- denen weiteren Keramikmaterial angegeben. Die Keramikmasse ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Keramikmateria- lien zumindest ein Glasmaterial angeordnet ist.

Die Keramikmasse kann eine gesinterte Keramik, ein Grünkörper oder ein lose Schüttung der Keramikmaterialien aus einzelnen Keramikpartikeln sein. Die Keramikmasse weist mindestens zwei verschiedene Keramikmaterialien auf. Denkbar sind insbesonde- re auch mehr als zwei verschiedene Keramikmaterialien. Das Glasmaterial ist zum Beispiel ein Borsilikatglas, das mit Erdalkalioxiden versetzt ist. Allgemein kommt jedes Glasmate- rial in Betracht, das aus der LTCC-Technologie bekannt ist.

Insbesondere ist auch eine Mischung verschiedener Glasmateri- alien denkbar. Insbesondere kommt als Glasmaterial auch ein Ausgangsmaterial (Precursor) eines Glases in Betracht. Dieses Ausgangsmaterial ist beispielsweise ein Alkali-oder Erdalka- lialkoholat. Aus dem Ausgangsmaterial wird das Glas gebildet.

Der grundlegende Gedanke der Erfindung besteht darin, mit Hilfe des zwischen den Keramikmaterialien angeordneten Glas- materials die Kontaktfläche zwischen den verschiedenen Kera- mikmaterialien zu verkleinern. Dadurch wird die Interdiffusi- on einzelner Elemente zwischen den verschiedenen Keramikmate- rialien erniedrigt. Die Keramikmasse kann einem Sinterprozess unterzogen werden, wobei es zu einer verringerten Mischkris- tallbildung kommt. Die stöchiometrische Zusammensetzung der Keramikmaterialien bleibt weitgehend erhalten. Besonders vor- teilhaft ist es dabei, wenn zwischen den Keramikmaterialien nahezu keine Kontaktfläche vorhanden ist. Die Keramikmateria- lien sind voneinander getrennt. Die Mischkristallbildung wird im wesentlichen unterdrückt. Dadurch ist auch die Permittivi- tat der Keramikmasse unabhängig von einem Verhältnis des Vo- lumens des Keramikmaterials zu seinen Kontaktflächen zu be- nachbarten Keramikmaterialien. Der Temperaturgang der Permit- tivität der Keramikmasse kann durch die verwendeten Keramik- materialien leicht und reproduzierbar eingestellt werden.

In einer besonderen Ausgestaltung weist zumindest eine der Keramikmaterialien ein Keramikpulver mit einer Pulveroberflä- che auf, an der das Glasmaterial angeordnet ist. Das Keramik-

pulver ist eine Form einer Zerteilung des Keramikmaterials.

Die Zerteilung wird beispielsweise durch Mahlen mit einer Mühle erhalten wird. Das Keramikpulver besteht aus einzelnen Pulverpartikeln (Körnern) und zeichnet sich durch eine Pul- vermorphologie aus. Die Pulvermorphologie ist durch eine Form und Größe der Pulverpartikel gegeben. Die Form ist beispiels- weise rund oder kantig. Die Größe ergibt sich durch einen Durchmesser eines Pulverpartikels. Der Durchmesser kann einen Betrag von 10 nm bis einigen um aufweisen. Die Pulveroberflä- che ist eine Oberfläche der einzelnen Pulverpartikel. Der Vorteil des Keramikpulvers besteht darin, dass ein homogenes Gemenge der Keramikmaterialien zugänglich ist und damit ein homogener Temperaturgang der Keramikmasse eingestellt werden kann. Die Temperaturabhängigkeit der Permittivität ist über die gesamte Keramikmasse weitgehend gleich. Es kommt zu kei- nem lokalen Unterschied der Temperaturabhängigkeit. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn nicht nur ein Keramikmateri- al, sondern alle verwendeten Keramikmaterialien als Keramik- pulver in der Keramikmasse vorliegen.

Um zu verhindern, dass Pulverpartikel aus unterschiedlichem Keramikmaterial aneinander grenzen, kann die Keramikmasse ein mehr oder weniger loses Gemenge der Pulverpartikel und des Glasmaterial in Form von Glaspartikeln sein. Dabei ist der Anteil des Glasmaterials so groß, dass eine Wahrscheinlich- keit dafür, dass Pulverpartikel der Keramikmaterialien einan- der berühren, möglichst klein ist.

In einer besonderen Ausgestaltung ist das Glasmaterial eine homogene Beschichtung der Pulveroberfläche. Durch die homoge- ne Beschichtung ist eine effektive Trennung von Pulverparti- keln aus unterschiedlichem Keramikmaterial möglich. Die homo- gene Beschichtung kann eine einzige, zusammenhängende Be- schichtung sein. Die Pulveroberfläche ist dabei komplett von der Beschichtung belegt. Möglich ist auch, dass mehrere, von- einander getrennte Teilbeschichtungen vorhanden sind. Es kann eine freie Pulveroberfläche vorhanden sein, die nicht von der

Beschichtung belegt. Die freie Pulveroberfläche ist so dimen- sioniert, dass ein Kontakt von Pulverpartikeln aus unter- schiedlichem Keramikmaterial weitgehend ausgeschossen ist.

Denkbar ist darüber hinaus, dass die Beschichtung durch an der Oberfläche eines Pulverpartikels aneinander grenzende und mit der Pulveroberfläche fest verbundene Glaspartikel mit kleinerem Durchmesser als der Durchmesser des Pulverpartikels gebildet ist.

Mit zunehmendem Anteil des Glasmaterials an der Keramikmasse erniedrigt sich die Sintertemperatur. Um aber eine möglichst hohe Permittivität zu erhalten, wie sie beispielsweise bei einem Kondensator notwendig sein kann, sollte der Anteil des Glasmaterials möglichst niedrig sein. Dieses Problem lässt sich durch die homogene Beschichtung und deren effektive Trennung der Keramikmaterialien lösen. Durch die homogene Be- schichtung kann der Anteil des Glasmaterials bei hoher Trenn- wirkung niedrig gehalten werden. Somit können Sintertempera- tur und Permittivität der Keramikmasse weitgehend unabhängig voneinander eingestellt werden.

In einer besonderen Ausgestaltung weisen das Keramikmaterial und das weitere Keramikmaterial zumindest ein gleiches chemi- sches Element auf, wobei ein Anteil des Elements am Keramik- material und ein Anteil des Elements am weiteren Keramikmate- rial unterschiedlich sind. Beispielsweise basieren die Kera- mikmaterialien auf einem gemeinsamen keramischen Basissystem.

Von Keramikmaterial zu Keramikmaterial ändert sich deren stö- chiometrische Zusammensetzung. Ein derartiges keramisches Ba- sissystem ist beispielsweise Barium-Strontium-Titanat (Bai- uSr. jTiOs, BST) oder Barium-Zirkonium-Titanat (BaZrxTilxO3 BZT). Denkbar ist aber auch, dass die Keramikmaterialien zu unterschiedlichen Basissystemen gehören.

Insbesondere weist die Keramikmasse eine Temperaturabhängig- keit einer relativen Permittivität auf, die in einem bestimm- ten Temperaturbereich kleiner ist als eine Temperaturabhän-

gigkeit einer relativen Permittivität einer der Keramikmate- rialien in dem Temperaturbereich. Dadurch, dass unterschied- liche Keramikmaterialien verwendet werden, kann der Tempera- turgang eingestellt werden. Beispielsweise kann eine X7R-o- der mindestens eine Z5U-Charakteristik eingestellt sein. Ent- scheidend ist, dass durch das Glasmaterial während des Sin- terns die Mischkristallbildung durch Interdiffusion zwischen den Keramikmaterialien unterbunden ist.

In einer besonderen Ausgestaltung weisen das Keramikmaterial und/oder das weitere Keramikmaterial zumindest einen Stoff auf, der aus der Gruppe BaluSruTiO3 und/oder BaZrxTil-x03 mit u und x aus einem Bereich von einschließlich null bis ein- schließlich eins ausgewählt ist. Beispielsweise weist die Ke- ramikmasse sieben Keramikmaterialien mit den stöchiometri- schen Zusammensetzungen BaO, 4Sro, 6Ti03, Bao, SSro, 5TiO3, Bao, 6Sro, 4TiO3, Bao,, Sro, 3Ti03, Bao, eSro, 2Ti03, Bao, 9Sro, 1Ti03 und Ba- TiO3 auf.

In einer besonderen Ausgestaltung ist Blei zu einem Anteil von unter 0,1 Gewichtsprozent, insbesondere unter 0,001 Ge- wichtsprozent vorhanden. Mit Hilfe der Basissysteme Barium- Strontium-Titanat und/oder Barium-Zirkonium-Titanat und dem Glasmaterial ist eine niedrigsinternde Keramikmasse als Al- ternative zu einem Relaxorsystem wie Blei-Magnesium-Niobat (PMN) zugänglich.

Neben der beschriebenen Keramikmasse wird zur Lösung der Auf- gabe ein Verfahren zur Herstellung der Keramikmasse angege- ben. Dabei wird an einer Oberfläche zumindest einer der Kera- mikmaterialien eine Beschichtung mit dem Glasmaterial er- zeugt. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird dabei ein Ke- ramikpulver des Keramikmaterials und als Oberfläche die Pul- veroberfläche des Keramikpulvers verwendet.

Insbesondere werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt : a) Erzeugen eines Gemenges aus zumindest einem der Keramikma- terialien und dem Glasmaterial und b) Mahlen des Gemenges.

Durch das Mahlen wird das Gemenge aus Keramikmaterial und Glasmaterial homogenisiert. Die Partikeloberflächen des Kera- mikmaterials werden mit dem Glasmaterial bedeckt. Das Glasma- terial bildet somit die Beschichtung der Partikeloberflächen.

Denkbar ist, dass nur eines der Keramikmaterialien auf diese Weise behandelt wird und nachfolgend mit dem weiteren Kera- mikmaterial vermengt wird. Möglich ist auch, dass jeweils ein Keramikmaterial mit dem Glasmaterial zusammen gemahlen wird oder auch beide Keramikmaterialien gleichzeitig mit dem Glas- material gemahlen werden. Durch die Beschichtung wird die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Korn-Korn-Kontakts zwischen Keramikpartikeln unterschiedlichen Keramikmaterials verringert.

Für eine wirkungsvolle Beschichtung der Keramikmaterialien und/oder der Pulveroberflächen ist es vorteilhaft, wenn ein Glasmaterial verwendet wird, das aus Glaspartikeln besteht, die einen kleineren Durchmesser aufweisen als die verwendeten Keramikpartikel. Insbesondere wird dazu ein Glasmaterial mit nanometerskaligen Glaspartikeln verwendet. Der Durchmesser eines Glaspartikels kann einen Betrag aufweisen, der aus dem Bereich von einschließlich 10 nm bis einschließlich 1 um aus- gewählt ist.

In einer besonderen Ausgestaltung wird eine Lösungsbeschich- tung der Oberfläche der Keramikmaterialien durchgeführt. Ins- besondere wird bei der Lösungsbeschichtung ein Sol-Gel- Verfahren durchgeführt. Andere Verfahren wie zum Beispiel ein Emulsionsverfahren sind ebenfalls denkbar. Bei der Lösungsbe- schichtung wird vorzugsweise ein Ausgangsmaterial eines Gla- ses auf die Oberfläche aufgebracht. Es entsteht eine Be- schichtung aus dem Ausgangsmaterial.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die zuvor be- schriebene Keramikmasse zum Herstellen eines keramischen Grünkörpers verwendet. Der keramische Grünkörper zeichnet sich dadurch aus, dass die Keramikmasse durch Sintern noch verdichtet werden kann. Der Grünkörper kann eine Grünfolie mit der Keramikmasse und einem organischen Binder oder einem wässrigen Dispersionsbinder sein. Ebenfalls kann der Grünkör- per nur aus der gepressten Keramikmasse bestehen. Eine lose Schüttung ist auch denkbar, die sich in einer eine Form ge- benden Hülle befindet. Möglich ist auch, dass die Keramikmas- se als keramische Siebdruckpaste zum Herstellen des Grünkör- pers verwendet wird. Vorstellbar ist darüber hinaus, dass die Keramikmasse als gesinterter Keramikkörper vorliegt und als solcher einem weiteren Sinterprozess zugeführt wird.

Der Grünkörper mit der Keramikmasse wird beispielsweise zum Herstellen eines Kondensators benutzt. Ein derartiger Konden- sator ist beispielsweise ein Mehrschichtkondensator. Dazu werden beispielsweise mit Hilfe der Keramikmasse keramische Grünfolien hergestellt, die mit Elektrodenschichten bedruckt, übereinander zu einem Stapel angeordnet, laminiert, entbin- dert und gesintert werden. Jede der Grünfolien weist vorzugs- weise die gleiche Keramikmasse auf. Denkbar ist aber auch, dass die Keramikmasse von Grünfolie zu Grünfolie unterschied- lich ist.

Der Kondensator kann auch ein Entkopplungskondensator sein.

Dazu wird beispielsweise aus der Keramikmasse eine Siebdruck- paste erzeugt, mit deren Hilfe eine dielektrische Schicht des Entkopplungskondensators durch ein Siebdruckverfahren herge- stellt wird. Der Entkopplungskondensator kann dabei leicht in einem mehrschichtigen Keramiksubstrat integriert werden und muss nicht auf einer Oberfläche des Keramiksubstrats ange- bracht werden. Der Kondensator kann lokal, beispielsweise un- mittelbar an einem abzublockenden IC-Anschluss, im Keramik- substrat integriert sein. Insbesondere eignet sich die Kera- mikmasse zur Integration von Entkopplungskondensatoren in Ke-

ramiksubstraten, die mit Hilfe der LTCC-Technologie herge- stellt werden. Das Keramiksubstrat weist beispielsweise eine kompakte Leitungsstruktur (Stripline, Triplate) mit hoher Gü- te für einen Resonator, einen Koppler und/oder einen Band- passfilter auf. Dazu werden in der LTCC-Technologie niedrig schmelzende Metalle wie Silber oder Kupfer mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit verwendet. Mit Hilfe der Keramik- masse können in diesen Keramiksubstraten, die bei einer Sin- tertemperatur von unter 950°C gesintert sind, Entkopplungs- kondensatoren mit einen Kapazitätswert von einschließlich 30 pF bis einschließlich 3 nF integriert sein.

Zusammengefasst ergeben sich mit der Erfindung folgende Vor- teile : Durch das Glasmaterial sind die verschiedenen Keramikma- terialien der Keramikmasse voneinander getrennt. Beim Sintern der Keramikmasse kommt es zu keiner Mischkris- tallbildung. Unterschiedlich zusammengesetzte Keramikma- terialien bleiben erhalten. Es ist eine dichte Keramik zugänglich ohne Eigenschaftsveränderung der einzelnen Keramikmaterialien. Auf diese Weise ist beispielsweise eine relativ hohe Permittivität der Keramikmasse bei ge- ringem Temperaturgang zugänglich.

Insbesondere mit Hilfe einer homogenen Beschichtung der Pulveroberflächen der Keramikmaterialien können die Sin- tertemperatur und die Permittivität beziehungsweise der Temperaturgang der Permittivität der Keramikmasse leicht eingestellt werden. Es sind Keramikmassen mit einer Sin- tertemperatur von unter 950°C zugänglich, die als die- lektrisches Material für Entkopplungskondensatoren mit einer Kapazität von 30 pF bis einschließlich 3 nF ver- wendet werden können.

Die Keramikmasse ist für die LTCC-Technologie geeignet.

Dadurch können kompakte Leitungsstrukturen hoher Güte hergestellt werden.

Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird im folgenden die Keramikmasse, das Verfahren zur Herstellung der Keramikmasse und die Verwendung der Keramik- masse vorgestellt. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.

Figuren la bis ld zeigen jeweils eine Keramikmasse.

Figuren 2a und 2b zeigen einen Keramikpartikel, dessen Ober- fläche eine homogene Beschichtung aus einem Glasmate- rial aufweist.

Figur 3 zeigt einen keramischen Grünkörper.

Figuren 4a und 4b zeigen ein Verfahren zum Herstellen der Ke- ramikmasse.

Die Keramikmasse 1 weist ein Keramikmaterial 2 und weitere Keramikmaterialien 3 auf. Zwischen den Keramikmaterialien 2 und 3 ist Glasmaterial 4 angeordnet. Das Glasmaterial 4 ist ein mit Erdalkalioxiden versetztes Borsilikatglas.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Keramikmasse 1 ei- ne Pulvermischung 12 (Figur la). Dabei liegt die Keramikmasse 1 als Gemenge von Keramikpulvern 5 aus den unterschiedlichen Keramikmaterialien 2 und 3 vor. Die Keramikpulver 5 bestehen aus Keramikpartikeln 10 mit einem durchschnittlichen Durch- messer von 100 nm. Zum Anordnen des Glasmaterials 4 zwischen den Keramikmaterialien 2 und 3 ist das Glasmaterial 4 an den Pulveroberflächen 6 der Keramikmaterialien 2 und 3 als homo- gene Beschichtung 7 angeordnet (Figuren 2a und 2b). Die Be- schichtung 7 aus dem Glasmaterial 4 verkleinert die Kontakt-

fläche zwischen den Pulverpartikeln 5 der verschiedenen Kera- mikmaterialien 2 und 3.

Zum Herstellen der Pulvermischung 12 der Keramikmasse 1 wird an der Pulveroberfläche 6 der Keramikmaterialien 2 und 3 die Beschichtung 7 erzeugt. Dazu wird ein Glasmaterial 4 mit Glaspartikel 9 verwendet, die einen durchschnittlichen Durch- messer von 10 nm aufweisen. In einem ersten Verfahrensschritt 41 (Figur 4a) wird ein Gemenge 11 (Figur ld) aus den Keramik- materialien 2 und 3 und dem Glasmaterial 4 erzeugt. Im einem weiteren Verfahrensschritt 42 wird dieses Gemenge 11 in einer Mühle gemahlen, wobei sich die Beschichtung 7 ausbildet. Als Alternative zum beschriebenen Verfahren werden die Keramik- pulver 5 und das Glasmaterial 4 bereitgestellt (Verfahrens- schritt 43), um in einem Sol-Gel-Verfahren 44 die Beschich- tung 7 herzustellen (Figur 4b).

Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die Keramikmasse 1 Bestandteil eines keramischen Grünkörpers 8 (Figuren lb und 3). Der Grünkörper 8 ist eine keramische Grünfolie und weist einen organischen Binder 15 auf. Zum Herstellen der Grünfolie 8 wird die Keramikmasse 1 in Form des Gemenges 11, insbeson- dere aber in Form der Pulvermischung 12 verwendet. Die Grün- folie 8 wird zur Herstellung eines keramischen Mehrschicht- kondensators mit einer der unten beschriebenen Charakteristi- ken des Temperaturgangs verwendet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Keramikmasse 1 eine bereits gesinterte Keramik 14 (Figur lc). Zwischen den Keramikpartikeln 5 der verschiedenen Keramikmaterialien 2 und 3 ist das Glasmaterial 4 angeordnet. Die Keramikmaterialien 2 und 3 liegen in einer Matrix aus dem Glasmaterial 4 vor.

Beispiel 1 : Die Keramikmaterialien 2 und 3 basieren auf dem Barium- Strontium-Titanat-System. Der Anteil der Elemente variiert

von Keramikmaterial zu Keramikmaterial. Die Keramikmateria- lien 2 und 3 weisen folgende stöchiometrische Zusammensetzun- gen auf : Bao, 4Sro, 6Ti03, Bao, 5Sro, 5Ti03, Bao, sSro, QTi03.

Bao,, Sro, 3Ti03, Bao, BSro, 2Ti03, Bao, 9Sro, 1Ti03 und BaTiO3. Die Kera- mikmasse 1 zeigt im Temperaturbereich-50°C bis 150°C eine konstante relative Permittivität er von etwa 12000 bis 17000.

Realisiert ist auf diese Weise die X7R-Charakteristik des Temperaturgangs. Die Temperaturabhängigkeit der relativen Permittivität ist deutlich kleiner als die Temperaturabhän- gigkeit der relativen Permittivität der einzelnen Keramikma- terialien.

Beispiel 2 : Mit Hilfe des Barium-Zirkonium-Titanat-Systems ist die Z5U- Charakteristik realisiert. Die Keramikmaterialien 2 und 3 weisen folgende stöchiometrische Zusammensetzungen auf : BaZro, 25Tio, 7so3 BaZro, 2Tio, 803, BaZro, l3Tio, 8703, BaZro, o6Tio, 9403.

BaZro, 04Tio, 9603 und BaTi03.