Vielschichtbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements

Die vorliegende Erfindung betrifft ein keramisches Viel ^¬ schichtbauelement. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfah ^¬ ren zur Herstellung eines keramischen Vielschichtbauelements. Zur Integration von Funktionalitäten in Vielschichtbauelemen- te ist beispielsweise die Integration einer vollständig um ^¬ schlossenen Elektrokeramik bzw. Funktionskeramik in ein inertes organisches Material bekannt. Auch ist der Aufbau eines Trägers aus einer Funktionskeramik selbst, wie beispielsweise einer Varistorkeramik, bekannt. Jedoch sind hierbei Zusatzoberflächenschichten, beispielsweise aus Glas oder Polymer, erforderlich, um die Funktionskeramik vor äußeren Einflüssen zu schützen. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine verbessertes

Vielschichtbauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung ei ^¬ nes verbesserten Vielschichtbauelements anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand und das Verfahren ge- mäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

Gemäß einem Aspekt wird ein Vielschichtbauelement angegeben. Das Vielschichtbauelement weist ein inertes keramisches Sub ^¬ strat auf. Unter „inert" wird in diesem Zusammenhang verstan- den, dass eine Oberfläche des keramischen Substrats einen ho ^¬ hen Isolationswiderstand aufweist. Der hohe Isolationswider ^¬ stand schützt die Oberfläche des Substrats gegen äußere Ein ^¬ flüsse. Der hohe Isolationswiderstand macht die Oberfläche beispielsweise unempfindlich gegenüber elektrochemischen Prozessen, wie dem Abscheiden von metallischen Schichten auf der Oberfläche. Der hohe Isolationswiderstand macht die Oberflä ^¬ che des Substrats ferner unempfindlich gegen aggressive Medi- en, z.B. aggressive Flussmittel, die beispielsweise bei Löt ^¬ prozessen eingesetzt werden.

Das Vielschichtbauelement weist wenigstens eine Funktionske ^¬ ramik auf. Das Vielschichtbauelement kann auch mehr als eine Funktionskeramik aufweisen. Beispielsweise weist das Viel ^¬ schichtbauelement zwei, drei, fünf, zehn oder mehr Funktions ^¬ keramiken auf. Die Funktionskeramik dient dazu spezifische Funktionalitäten des Vielschichtbauelements bereitzustellen. Die Funktionskeramik dient dazu die spezifischen Funktionen in das Substrat zu integrieren. Verschiedene Funktionskeramiken können dabei verschiedene aber auch gleiche Funktionali ^¬ täten zur Verfügung stellen.

Das keramische Substrat dient als Träger für die Funktionske- ramik. Die Funktionskeramik ist vollständig von dem keramischen Substrat umschlossen. Mit anderen Worten, die Funktionskeramik ist zu allen Seiten hin von dem inerten, dielektrischen keramischen Material des Substrats umgeben. Die Funktionskeramik weist spezifische Eigenschaften, beispiels- weise eine definierte Form und Größe auf, um die Funktionske ^¬ ramik in das keramische Substrat zu integrieren. Beispiels ^¬ weise ist die Funktionskeramik kornförmig, kugelförmig, scheibenförmig, ellipsenförmig oder würfelförmig ausgebildet. Beispielsweise weist die Funktionskeramik einen Durchmesser von kleiner oder gleich 100 ym, beispielsweise 50 ym, auf.

Das keramische Substrat weist spezifische Eigenschaften auf, um die Funktionskeramik in das Substrat zu integrieren. So ist in einem Innenbereich des Substrats eine Aussparung vorgesehen, in die die Funktionskeramik während der Herstellung des Vielschichtbauelements eingebracht wird. Die Funktionske ^¬ ramik ist vollständig im Innenbereich des Substrats angeord- net .

Durch das inerte, dielektrische, keramische Substrat ist die Funktionskeramik vor schädlichen äußeren Einflüssen geschützt. Auf diese Weise kann ein kompaktes, stabiles, lang- lebiges und adaptives Vielschichtbauelement bereitgestellt werden .

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das keramische Substrat eine LTCC (low temperature cofired ceramics) Keramik auf. Die LTCC-Technologie erlaubt es, keramische Mehrschichtbauelemen ^¬ te mit mehreren Metallisierungsebenen zu realisieren, in die sich eine Vielzahl passiver Komponenten wie Leiterbahnen, Widerstände, Kapazitäten und Induktivitäten integrierten lassen. Die LTCC Keramik weist vorzugsweise eine niedrige Die- lektrizitätskonstante auf. Damit können unerwünschte parasi ^¬ täre elektrische Effekte, wie parasitäre Kapazitäten des Sub ^¬ strats, unterdrückt werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Vielschichtbauele- ment eine Vielzahl von Funktionskeramiken auf. Die Funktionskeramiken haben unterschiedliche Eigenschaften. Die Funktionskeramiken weisen beispielsweise unterschiedliche Ausdeh ^¬ nungskoeffizienten und / oder unterschiedliche Sintertempera ^¬ turen auf. Durch die vollständige Einbettung der Funktionske- ramiken in das inerte dielektrische keramische Material des Substrats können die unterschiedlichen Eigenschaften der Funktionskeramiken kompensiert werden. Verschiedenste Funkti ^¬ onalitäten können somit integriert werden. Damit können äu- ßert adaptive und flexibel einsetzbare Vielschichtbauelemente realisiert werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die wenigstens eine Funktionskeramik eine HTCC Keramik auf. Bei HTCC Keramiken liegen die Sintertemperaturen deutlich über 1000° C, beispielsweise bei 1500 °C. Das Korngefüge der HTCC Keramik wird durch die Prozessierung (das Einbrennen) der LTCC Keramik des Substrats bei Temperaturen deutlich unter 1000° C nicht be- einflusst. Die Funktionalität der Funktionskeramik in dem Substrat bleibt also auch nach Einbrennen der LTCC Keramik erhalten .

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Funktionskeramik einen Varistor, eine NTC (negative temperature coefficient) Keramik, eine PTC (positive temperature coefficient) Keramik oder ein Ferrit auf. Beispielsweise ist die Funktionskeramik als ESD-Schutzelement ausgebildet. Durch die Funktionskeramik können somit verschiedene Funktionalitäten des Vielschicht- bauelements bereitgestellt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements beschrieben. Durch das Ver ^¬ fahren wird vorzugsweise das oben beschriebene Vielschicht ^¬ bauelement hergestellt. Sämtliche Merkmale, die in Zusammen ^¬ hang mit dem Vielschichtbauelement beschrieben wurden, finden auch für das Verfahren Anwendung und umgekehrt.

In einem ersten Schritt wird wenigstens eine Funktionskera ^¬ mik, vorzugsweise mehrere Funktionskeramiken, hergestellt. Dabei können Funktionskeramiken mit unterschiedlichen Funktionalitäten hergestellt werden. Der jeweiligen Funktionskeramik liegt ein keramisches Sprühgranulat, ein Keramikpulver und / oder keramische Grünschichten zu Grunde. Das Sprühgra ^¬ nulat, das Keramikpulver und / oder die Grünschichten werden gesiebt, gepresst und gesintert. Die Funktionskeramik wird bei diesem Herstellungsprozess bei Temperaturen größer oder gleich 1000 °C, beispielsweise 1300 °C oder 1500° C, gesin ^¬ tert. Bei der Herstellung kann die Funktionskeramik verschiedenste geometrische Formen erhalten. Beispielsweise kann die Funktionskeramik ein gesintertes Korn, eine gesinterte Kugel, einen gesinterten Chip oder einen gesinterten Würfel aufweisen.

In einem weiteren Schritt werden LTCC Grünfolien bereitgestellt, die wenigstens eine Aussparung aufweisen. Die Grün ^¬ schichten werden übereinander gestapelt. Die Aussparung wird durch Stanzen oder Lasern der Grünfolien bereitgestellt und durchdringt die bereitgestellten Grünfolien vollständig.

In einem weiteren Schritt werden Elektrodenstrukturen auf wenigstens einem Teil der Grünfolien bereitgestellt, zum Bei- spiel aufgedruckt. Die Elektrodenstrukturen weisen beispiels ^¬ weise Silber und / oder Palladium auf. Das Aufbringen der Elektrodenstrukturen erfolgt vorzugsweise bevor die bereit gestellten Grünfolien gestapelt werden. In einem weiteren Schritt wird die Funktionskeramik in die

Aussparung eingebracht. Insbesondere wird die Aussparung mit der Funktionskeramik bestückt und die Funktionskeramik wird passgenau in die Aussparung eingerüttelt. In einem weiteren Schritt werden keramische Deckfolien im

Grünzustand bereitgestellt. Diese werden an der Oberseite und der Unterseite des Stapels aus Grünfolien angeordnet. Die Deckfolien sind frei von der Aussparung, so dass die Funkti- onskeramik von allen Seiten von keramischen Material umgeben ist .

In einem weiteren Schritt werden die Grünfolien und die Deck- folien zu einem Grünstapel laminiert und verpresst.

In einem weiteren Schritt können optional durch Stanz- oder Laserprozesse weitere Aussparungen zur Erzeugung von Durch- kontaktierungen in den Grünstapel eingebracht werden.

Diese Aussparungen durchdringen den Grünstapel vollständig. Die Aussparungen sind in einem Bereich des Grünstapels ange ^¬ ordnet, der räumlich von demjenigen Bereich separiert ist, in welchem die Funktionskeramik angeordnet ist. In einem weiteren Schritt wird der Grünstapel gesintert. Der Grünstapel wird bei einer Temperatur gesintert, welcher bei ^¬ spielsweise 150 °C unterhalb der Sintertemperatur der Funkti ^¬ onskeramik liegt. Dadurch wird die Funktionalität der inte ^¬ grierten Funktionskeramik nicht durch das Sintern des

Grünstapels beeinflusst. Durch geeignete Wahl der LTCC Kera ^¬ mik mit definiertem Sinterschwund in z-Richtung und geringem Schwund in die x- und y-Richtung, kommt es zu einem rissfrei ^¬ em Umschließen der Funktionskeramik durch das keramische Substrat. Dabei kann das keramische Material des Substrats pass- genau an der Funktionskeramik anliegen. Alternativ dazu kann nach dem Sintern des Grünstapels auch ein Spalt zwischen der Funktionskeramik und dem Material des keramischen Substrats verbleiben . In einem letzten Schritt werden Außenkontakte an Außenflächen des gesinterten Grünstapels bereitgestellt. Beispielsweise wird eine Silberpaste auf die Stirnseite des gesinterten Grünstapels aufgebracht und anschließend eingebrannt. Das dadurch entstandene Vielschichtbauelement weist wenigs ^¬ tens eine, vollständig in das keramische Substrat, integrier ^¬ te Funktionskeramik auf. Durch die Einbettung der Funktions- keramik in das inerte, dielektrische keramische Material kann das Vielschichtbauelement harschen Umgebungsbedingungen (ho ^¬ hen Temperaturen, aggressive Medien) ausgesetzt werden, ohne dass die Funktionskeramik Schaden nimmt. Durch die geringe Dielektrizitätskonstante des keramischen Substrats kann das Vielschichtbauelement ferner bei Anwendungen eingesetzt wer ^¬ den, bei denen die Reduktion von unerwünschten parasitären elektrischen Effekten (beispielsweise der parasitären Kapazität) des Substrats eine Rolle spielt. Somit wird ein langle ^¬ biges und adaptives Vielschichtbauelement zur Verfügung ge- stellt.

Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maß ^¬ stabsgetreu aufzufassen. Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein.

Elemente, die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Vielschichtbau- elements , Figur 2 eine Schnittdarstellung eines Vielschichtbauele- ments gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 3 eine Schnittdarstellung eines Vielschichtbauele- ments gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Figur 4 eine horizontale Schnittansicht auf das Viel- Schichtbauelement gemäß Figur 3,

Figur 5 eine horizontale Schnittansicht auf das Viel- schichtbauelement gemäß Figur 3 gemäß einem weite ^¬ ren Ausführungsbeispiel,

Figur 6 eine Schnittdarstellung eines Vielschichtbauele- ments gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Figur 7 eine Schnittdarstellung eines Vielschichtbauele- ments gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,

Figur 8a einen Verfahrensschritt bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen VielSchichtbauelements , Figur 8b einen weiteren Verfahrensschritt bei der Herstel ^¬ lung eines erfindungsgemäßen Vielschichtbauele- ments ,

Figur 8c einen weiteren Verfahrensschritt bei der Herstel- lung eines erfindungsgemäßen Vielschichtbauele- ments ,

Figur 8d einen weiteren Verfahrensschritt bei der Herstel ^¬ lung eines erfindungsgemäßen Vielschichtbauele- ments.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Viel- schichtbauelements 100. Das Vielschichtbauelement 100 weist ein Substrat 1 auf. Das Substrat 1 weist vorzugsweise einen inerten dielektrischen keramischen Träger auf. Unter „inert" wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass eine Oberfläche des Substrats 1 einen hohen Isolationswiderstand aufweist. Der hohe Isolationswiderstand macht die Oberfläche des Sub ^¬ strats 1 unempfindlich gegenüber elektrochemischen Prozessen, wie beispielsweise dem Abscheiden von metallischen Schichten, z.B. Schichten aufweisend Ni, Z, Ag oder Ad, auf der Oberfläche des Substrats 1. Der hohe Isolationswiderstand macht die Oberfläche des Substrats 1 ferner unempfindlich gegen aggres ^¬ sive Medien, wie beispielsweise aggressive Flussmittel, die beispielsweise bei Lötprozessen eingesetzt werden. Diese ag ^¬ gressiven Medien können die Oberfläche angreifen und zu unerwünschten Nebeneffekten, wie Kurzschlüssen und Kriechströmen führen.

Das Substrat 1 ist vorzugsweise eine Vielschichtkeramik . Das Substrat 1 weist vorzugsweise eine LTCC Keramik auf. Beson ^¬ ders bevorzugt weist das Substrat 1 eine Glaskeramik auf.

Das Vielschichtbauelement 100 weist ferner eine Vielzahl von Funktionskeramiken 2, beispielsweise zwei, drei, fünf oder 10 Funktionskeramiken 2, auf. Die Funktionskeramiken 2 sind innerhalb des Substrats 1 angeordnet. Die Funktionskeramiken 2 sind vollständig von dem Substrat 1 umschlossen. Die Funkti ^¬ onskeramiken 2 sind räumlich voneinander separiert und elektrisch isoliert.

Vorzugsweise weist die jeweilige Funktionskeramik 2 eine HTCC Keramik auf. Die jeweilige Funktionskeramik 2 kann ZnO-Pr (Varistor), MnNiX (NTC Keramik), BaTi0 ₃ (PTC Keramik) oder ein Ferrit aufweisen, abhängig von der gewünschten Funktion und Wirkungsweise der jeweiligen Funktionskeramik 2. Dabei können mehrere Funktionskeramiken 2 auch die gleiche Zusammensetzung aufweisen. Alternativ dazu kann jede Funktionskeramik 2 auch unterschiedlich ausgebildet sein zur Realisierung verschiedener gewünschter Funktionen innerhalb des Sub- strats 1.

Durch die inerte Oberfläche des Substrats 1 sind die Funkti ^¬ onskeramiken 2 vor äußeren Einflüssen geschützt. Zusatzoberflächenschutzschichten für die Funktionskeramiken, wie bei- spielsweise Glas- oder Polymerschichten, sind folglich überflüssig .

Die Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Vielschicht- bauelements 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Ins- besondere ist in Figur 2 ein Vielschichtbauelement 100 mit keramischen Substrat 1 und einem integrierten Scheibenvaristor als Funktionskeramik 2 dargestellt. Vorzugsweise weist die Funktionskeramik 2 einen Kunststoff gemoldeten Varistor wie zum Beispiel einen SMD CU Varistor oder einen ThermoFuse Varistor auf.

Die Funktionskeramik 2 ist scheibenförmig ausgebildet. Die Funktionskeramik 2 weist vorzugsweise eine Metallscheibe auf. Die Funktionskeramik ist ein Scheibenvaristor. Beispielsweise weist die Funktionskeramik ZnO-Pr auf.

Das Substrat 1 weist Innenelektroden 4 auf. Die Innenelektro ^¬ den 4 sind zwischen (nicht explizit dargestellten) keramischen Schichten des Substrats 1 angeordnet. Die Innenelektro- den 4 dienen der elektrischen Kontaktierung der Funktionskeramik 2. Die Funktionskeramik 2 ist in eine (hier nicht explizit dargestellte) Aussparung 6 im Innenbereich des Sub ^¬ strats 1 angeordnet. Die Innenelektroden 4 reichen bis an den Rand dieser Aussparung 6, um die Funktionskeramik 2

elektrisch zu kontaktieren.

Die Funktionskeramik 2 weist Außenkontakte 3 auf. Die Außen- kontakte 3 sind an Außenflächen, hier der Ober- und Unterseite, der Funktionskeramik 2 ausgebildet. Beispielsweise han ^¬ delt es sich bei den Außenkontakten 3 um Metallschichten an der Oberseite und Unterseite der Funktionskeramik 2. Die Innenelektroden 4 sind mit den Außenkontakten 3 elektrisch lei- tend verbunden.

An den gegenüberliegenden Seitenflächen des Substrats 1 sind ferner Außenelektroden 5 angeordnet zur elektrischen Kontak- tierung des Vielschichtbauelements 100. Die Außenelektroden 5 sind alternierend mit Innenelektroden 4 unterschiedlicher Polarität elektrisch verbunden.

Das in Figur 2 dargestellte Vielschichtbauelement 100 ist für Hochtemperaturanwendungen bei ^ 150 °C ausgebildet. Das Sub- strat 1, welches die Funktionskeramik 2 vollständig umgibt, schützt die Funktionskeramik 2 dabei vor den auftretenden hohen Temperaturen. Insbesondere dient die inerte Oberfläche des Substrats 1 dazu den integrierten Scheibenvaristor, welcher für maximale Einsatztemperaturen bis 85° C spezifiziert ist, vor den hohen Temperaturen zu schützen.

Die Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Vielschicht ^¬ bauelements 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Ins ^¬ besondere ist in Figur 3 ein Vielschichtbauelement 100 mit einem integrierten SMD (surface mounted device) Varistor mit niedriger Klemmspannung und Kapazität als Funktionskeramik 2 dargestellt. Die Klemmspannung tritt bei einem ESD-Ereignis zusammen mit einem bestimmten Stoßstrom am Bauelement auf. Je höher die am Varistor auftretende Klemmspannung bei gleichem Strom ist, umso größer ist auch die elektrische Leistung und damit letztendlich die Energie, die der Varistor aufnehmen muss. Bei kleineren Klemmspannungen wird somit eine höhere Strombelastbarkeit erreicht, um dieselbe Energieaufnahme zu erzielen .

Das Vielschichtbauelement 100 weist das oben beschriebene Substrat 1 auf. Die Funktionskeramik 2 ist in eine Aussparung 6 innerhalb des Substrats 1 angeordnet bzw. eingebettet. Die Aussparung 6 ermöglicht das Einbringen der Funktionskeramik 2 in das Substrat 1 während des Herstellungsprozesses. Bei ^¬ spielsweise weist die Aussparung 6 ein gesintertes Via bzw. eine gesinterte Durchkontaktierung einzelner Schichten des Substrats 1 auf. Die Aussparung 6 zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass diese das Substrat 1 nicht vollständig durchdringt. Damit ist die in der Aussparung 6 eingebettete Funktionskeramik 2 von allen Seiten, d.h. vollständig, von dem Material des Substrats 1 umgeben.

Je nach den Anforderungen an das Vielschichtbauelement 100 kann die Aussparung 6 und/oder die Funktionskeramik 2 so ausgebildet sein, dass die Funktionskeramik 2 derart von dem Substrat 1 umschlossen wird, dass keine Lücke zwischen dem Material des Substrats 1 und der Funktionskeramik 2 verbleibt (siehe Figur 2) . Alternativ dazu kann die Aussparung 6 aber auch so ausgebildet sein, dass eine Lücke zwischen der Funk ^¬ tionskeramik 2 und dem Material des Substrats 1 verbleibt (siehe Figur 3) , die Aussparung 6 also auch nach Fertigstel- lung des Vielschichtbauelements 100 erkennbar ist. Dies kann insbesondere dann erforderlich sein, wenn das Material von Funktionskeramik 2 und Substrat 1 unterschiedliche Ausdeh ^¬ nungskoeffizienten aufweist, um Risse oder Beschädigungen des Vielschichtbauelements 100 bei der Weiterprozessierung, bei ^¬ spielsweise beim Löten, zu vermeiden.

Die Funktionskeramik 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel ku- gelförmig ausgebildet. Die Funktionskeramik 2 weist vorzugs ^¬ weise eine Varistorkugel auf. Die Funktionskeramik 2 weist beispielsweise ZnO-PrCo auf. Vorzugsweise ist die Funktions ^¬ keramik 2 ein gesintertes ZnO-PrCo Korn. Die Funktionskeramik 2 weist eine geringe Kapazität auf. Beispielsweise beträgt die Kapazität der Funktionskeramik 0,5 pF oder weniger beispielsweise 0,47 pF. Die Funktionskeramik 2 weist einen

Durchmesser von kleiner 100 ym, bevorzugt kleiner oder gleich 50 ym auf. Vorzugsweise weist die Funktionskeramik eine spe ^¬ zifische elektrische Feldstärke Ev = 500 V / mm auf. Die Die- lektrizitätkonstante epsilon der Funktionskeramik 2 ist hoch. Beispielsweise beträgt eps = 400.

Hingegen weist das Substrat 1 eine sehr niedrige Dielektrizi ^¬ tätskonstante epsilon auf. Beispielsweise ist die Dielektri- zitätskonstante des Substrats kleiner 50, bevorzugt kleiner 10. Bevorzugt gilt eps = 7 oder eps = 7,5. Die niedrige Die ^¬ lektrizitätskonstante des umgebenden Substrats 1 dient dazu die parasitäre Kapazität des Substrats 1 zu unterdrücken. Beispielsweise liegt die parasitäre Kapazität des Substrats 1 um 0,47 pF unter der parasitären Kapazität eines Standardträ ^¬ gersubstrats mit eps = 400 gemäß dem Stand der Technik.

Das Substrat 1 weist ferner die bereits in Zusammenhang mit Figur 2 erwähnten Innenelektroden 4 auf. An den gegenüberlie- genden Seitenflächen des Substrats 1 sind letztlich die Außenelektroden 5 angeordnet zur elektrischen Kontaktierung des Vielschichtbauelements 100. Die Innenelektroden 4 dienen der elektrischen Kontaktierung der Funktionskeramik 2 und reichen bis an den Rand der Aussparung 6, um die Funktionskeramik 2 elektrisch zu kontaktieren. Je nach Ausgestaltung der Funktionskeramik kann die je- weilige Innenelektrode 4 unterschiedlich geformt sein (siehe hierzu die Figuren 4 und 5) . Beispielsweise kann die jeweili ^¬ ge Innenelektrode 4 im Bereich der Zuführung an die Funkti ^¬ onskeramik eine Verengung 4b aufweisen (Figur 5) . Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Funktionskeramik 2 kugelförmig ausgebildet ist. Insbesondere kann die jeweilige Innenelektrode 4 durch die Verengung 4b zielgerichtet und ge ^¬ nau mit der Funktionskeramik 2 elektrisch verbunden werden. Alternativ dazu kann die jeweilige Innenelektrode 4 einen Steg 4a oder stegförmigen Anschlussbereich zur elektrischen Kontaktierung der Funktionskeramik 2 aufweisen (Figur 4) .

Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die Funktions ^¬ keramik 2 eine größere horizontale Ausdehnung hat, also bei ^¬ spielsweise ellipsenförmig ausgebildet. Jedoch sind auch an ^¬ dere Ausgestaltungen der Innenelektrode 4 zum Anschließen der Funktionskeramik 2 vorstellbar.

Die Figur 6 zeigt eine Schnittdarstellung eines Vielschicht- bauelements 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Ins ^¬ besondere ist in Figur 6 ein Vielschichtbauelement 100 in Ge- stalt eines LED Trägers mit integriertem ESD Schutz darge ^¬ stellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu den in Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 5 beschriebenen Viel- schichtbauelementen 100 beschrieben. Das Vielschichtbauelement 100 weist eine Wärmequelle 10, bei ^¬ spielsweise eine LED, auf. Die Wärmequelle 10 ist über Kon ^¬ taktflächen 9 an der Unterseite der Wärmequelle 10, bei ^¬ spielsweise einer elektrisch leitenden metallischen Schicht, elektrisch leitend mit den Außenkontaktierungen 5 des Substrats 1 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die je ^¬ weilige Außenkontaktierung 5 an der Oberseite des Substrats 1 angeordnet und über eine Lotverbindung 8 mit der jeweiligen Kontaktfläche 9 verbunden.

Das Substrat 1 weist Vias oder Durchkontaktierungen 7 auf. Die jeweilige Durchkontaktierung 7 durchdringt das Substrat 1 in vertikaler Richtung vollständig. An der Oberseite des Sub- strats 1 ist die jeweilige Durchkontaktierung 7 mit jeweils einer Außenkontaktierung 5 elektrisch leitend verbunden. An der Unterseite des Substrats 1 sind weitere Außenelektroden 5 angeordnet, die elektrisch leitend mit der jeweiligen Durchkontaktierung 7 verbunden sind. Die Innenelektroden 4 reichen in diesem Ausführungsbeispiel nicht bis an die Seitenflächen des Substrats 1, sondern sind elektrisch leitend mit den Durchkontaktierungen 7 verbunden.

Das Substrat 1 kann ferner einen Wärmekontakt 11, beispiels- weise für einen Temperatursensor, aufweisen. Der Wärmekontakt 11 kann beispielsweise ein mit Metall gefülltes Via aufwei ^¬ sen .

Die Funktionskeramik 2 ist beispielsweise kugelförmig ausge- bildet, gesintert, und in die Aussparung 6 innerhalb des Sub ^¬ strats 1 eingebracht, so dass die Funktionskeramik 2 von al ^¬ len Seiten vollständig durch das Material des Substrats 1 um ^¬ geben ist. Die Funktionskeramik 2 dient in diesem Ausführungsbeispiel als ESD-Schutzstruktur . Die Funktionskeramik 2 ist ein Varistor-Chip. Die Wärmequelle 10, welche gegen Über ^¬ spannungen, wie sie z.B. durch einen ESD-Impuls ausgelöst sein kann, sehr empfindlich ist, wird mit Hilfe der Funkti- onskeramik 2 gegen diese Strom- oder Spannungsstöße wirksam geschützt .

Die Figur 7 zeigt eine Schnittdarstellung eines Vielschicht- bauelements 100 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Ins ^¬ besondere ist in Figur 7 ein Vielschichtbauelement 100 in Ge ^¬ stalt eines LED Trägers mit integriertem ESD Schutz und Temperatursensor dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu dem in Zusammenhang mit Figur 6 beschriebenen Vielschichtbauelement 100 be ^¬ schrieben. Zusätzlich zu dem Vielschichtbauelement 100 aus Figur 6 ist in dem Substrat 1 eine zweite Funktionskeramik 2 eingebettet. Die beiden Funktionskeramiken 2 sind räumlich voneinander separiert und jeweils vollständig von dem Materi ^¬ al des Substrats 1 umgeben.

Eine erste Funktionskeramik 2, welche in Figur 7 im unteren Bereich des Substrats 1 dargestellt ist, dient dabei als ESD- Struktur und schützt die Wärmequelle 10, beispielsweise eine LED, vor Überspannungen. Die erste Funktionskeramik 2 ist als Varistor-Chip ausgebildet.

Eine zweite Funktionskeramik 2, welche in Figur 7 im oberen Bereich des Substrats 1 dargestellt ist, ist als Heißleiter (NTC-Thermistor) ausgebildet. Insbesondere ist die zweite Funktionskeramik 2 ein NTC Temperatursensor. Das Substrat 1 weist einen Wärmekontakt 11 auf. Der Wärmekontakt 11 ist lei ^¬ tend mit der zweiten Funktionskeramik 2 verbunden. Der Wärme- kontakt 11 ist beispielsweise in Form eines Via / einer

Durchkontaktierung ausgebildet. Die Durchkontaktierung reicht von der Oberseite des Substrats 1 bis zur zweiten Funktions ^¬ keramik 2. Durch die vollständige Einbettung der Funktionskeramiken 2 in den inerten dielektrischen keramischen Träger (Substrat 1) können Funktionskeramiken 2 mit völlig unterschiedlichen Ei- genschaften, wie beispielsweise Sintertemperatur und Ausdehnungskoeffizient, gemeinsam in das Substrat 1 integriert wer ^¬ den. Damit können äußert adaptive und flexibel einsetzbare Vielschichtbauelemente 100 realisiert werden. Im Folgenden wird in Zusammenhang mit den Figuren 8a bis 8d ein Verfahren zur Herstellung eines Vielschichtbauelements 100 beschrieben. Alle Merkmale, die für die Vielschichtbau ^¬ elemente 100 in Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 7 erläutert wurden, finden auch für das Verfahren Anwendung und um- gekehrt.

In einem ersten Schritt wird wenigstens eine Funktionskeramik 2 hergestellt. Vorzugsweise werden mehrere, verschiedene, Funktionskeramiken 2 hergestellt, abhängig von den spezifi- sehen Anforderungen für das Vielschichtbauelement 100. Je nach Einsatzzweck der jeweiligen Funktionskeramik 2 kann deren Herstellung sehr verschieden sein. Allen Funktionskeramiken 2 ist gemeinsam, dass diese vor dem Einbringen in das Substrat 1 gesintert werden.

Beispielsweise wird für die Herstellung der Funktionskeramik 2 Keramikpulver zur Verfügung gestellt und mit Dotierstoffen, beispielsweise ZnO, dotiert. Anschließend wird das Pulver ge ^¬ sintert. Dies erfolgt bei Temperaturen von größer oder gleich 1000° C und kleiner oder gleich 1300° C, beispielsweise bei

1100° C. Durch diesen Prozess ergibt sich eine Funktionskera ^¬ mik 2 in Form eines gesinterten Korns, welches beispielsweise als SMD Varistor Anwendung findet. Soll als Funktionskeramik 2 ein Varistorchip ausgebildet werden, so wird für dessen Herstellung ein Granulat aus - wie oben beschrieben - gesinterten Körnern bereitgestellt, ge- siebt und gepresst. Das gepresste Granulat wird anschließend gesintert (1000°C T < 1300° C) und zu einem scheibenförmi ^¬ gen Varistorchip verarbeitet. Anschließend wird der Varis ^¬ torchip mittels Sputtern oder Siebdruck metallisiert.

In einem nächsten Schritt werden LTCC Grünfolien zur Ausbildung des Substrats 1 bereitgestellt. Die Grünfolien enthalten beispielsweise ein Keramikpulver, ein Bindemittel und einen Glasanteil. Die Grünfolien 15 werden übereinander zu einem Stapel gestapelt. Durch Laserabtrag oder Stanzen wird wenigs ^¬ tens eine Aussparung 6 in die Grünschichten 15 eingebracht. Die Aussparung dient dazu die Funktionskeramik 2 in einem späteren Verfahrensschritt in den Grünstapel 16 einzubringen. Die Anzahl der Aussparungen 6, die in die Grünschichten 15 eingebracht werden, entspricht dabei der Anzahl der Funkti ^¬ onskeramiken 2 in dem fertigen Vielschichtbauelement 100.

In einem weiteren Schritt werden auf wenigstens einem Teil der Grünfolien 15 Metallstrukturen zur Ausbildung der Innenelektroden 4 bereitgestellt, beispielsweise aufgedruckt. Das Aufbringen der Metallstrukturen erfolgt dabei vorzugsweise bevor die bereit gestellten Grünfolien 15 zusammen gestapelt werden. Die Metallstrukturen weisen beispielsweise Ag, Cu, Pd oder eine Kombination davon auf. Die Metallstrukturen können insbesondere in einem Anschlussbereich zum Anschließen der Funktionskeramik 2 spezifisch ausgeformt sein, wie in Zusammenhang mit den Figuren 4 und 5 beschrieben wurde. Anschließend wird die wenigstens einen Funktionskeramik 2 in die Aussparung 6 eingebracht (Figur 8a) . Dabei wird die Aus ^¬ sparung 6 mit der Funktionskeramik 2 bestückt und diese wird anschließend eingerüttelt.

In einem weiteren Schritt werden keramische Deckfolien 13 im Grünzustand bereitgestellt (Figur 8a) . Diese werden an der Oberseite und der Unterseite des Stapels aus Grünfolien 15 angeordnet. Die Deckfolien 13 sind frei von der Aussparung 6, so dass die Funktionskeramik 2 nun von allen Seiten von keramischen Material umgeben ist. Es folgt ein Laminieren und Verpressen der Grünfolien 13, 15 zu einem Grünstapel 16 (Figur 8b) . Durch Stanz- oder Laserprozesse werden weitere Aussparungen zur Erzeugung der Durchkontaktierungen 7 in die Grünfolien 13, 15 eingebracht. Diese Aussparungen durchdringen den Grünstapel 16 aus den Grünfolien 15 und den Deckfolien 13 vollständig. Zur Erzeugung der jeweiligen Durchkontaktierung 7 wird die Aussparung nach einem Sinterschritt mit einem Verbindungsmaterial gefüllt, beispielsweise durch Abscheiden ei ^¬ nes Metalls aus einer Lösung. Vorzugsweise wird die Ausspa ^¬ rung dabei vollständig befüllt. Das Metall enthält oder ist beispielsweise Kupfer, Silber und / oder Palladium.

In einem weiteren Schritt wird der Grünstapel 16 gesintert (Figur 8c) . Der Grünstapel 16 wird bei einer Temperatur ge ^¬ sintert, welche unterhalb der Sintertemperatur der Funktions ^¬ keramik 2 liegt. Beispielsweise liegt die Sintertemperatur des Grünstapels 150° C unter der Sintertemperatur für die

Funktionskeramik 2. Beispielsweise liegt die Sintertemperatur zwischen 750 °C und 900° C, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Vorzugsweise erfolgt das Sintern des Grünstapels 16 bei 800° C oder 850° C. Durch das Einbrennen der LTCC Keramik bei Temperaturen deutlich unter 1000° C wird das Korngefüge der Funktionskeramik 2 nicht mehr beeinflusst. Die Funktionalität der Funktionskeramik 2 kann durch geeignete Wahl der LTCC Ke- ramik und der Sinterführung (Atmosphäre) damit weitgehend er ^¬ halten bleiben.

Durch das Sintern kommt es zu einem Schwund der Grünfolien 13, 15. Die geeignete Auswahl der LTCC Keramik mit definier- ten Schwund in z-Richtung und geringem Schwund in die x- und y-Richtung ermöglicht dabei das rissfreie Umschließen der Funktionskeramik 2.

In einem letzten Schritt werden die Außenkontakten 5 an Au- ßenflächen des gesinterten Grünstapels 16 bereitgestellt.

Beispielsweise wird dabei eine Silberpaste 14 auf zumindest einem Teilbereich der Außenflächen angeordnet (Figur 8d) und anschließend eingebrannt. Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen - soweit technisch sinnvoll - beliebig miteinander kombiniert werden .

Bezugs zeichenliste

1 LTTC Keramik / Substrat

2 Funktionskeramik

3 Außenkontakt

4 Innenelektrode

4a Steg

4b Verengung

5 Außenelektrode

6 Aussparung

7 Via / Durchkontaktierung

8 Lotverbindung

9 Kontaktfläche

10 Wärmequelle

11 Wärmekontakt

13 Deckfolie

14 Silberpaste

15 Grünfolie

16 Grünstapel

100 Vielschichtbauelement