(57)【要約】切欠き（１５）が、未焼結のセラミック体（１４）を横断しており且つ電気的な引込み線に転化可能なペースト（１５′）を充填されていることを特徴とする、切欠き（１５）を備えた未焼結のセラミック体（１４）を有する未焼結のセラミック挿入体（２０）並びにこのような未焼結のセラミック挿入体（２０）が焼結されたセラミック挿入体を提案する。更に、例えば少なくとも１つの切欠き（１１）を有しており、該切欠きに請求項１から７までのいずれか１項記載の未焼結のセラミック挿入体（２０）が挿入されていることを特徴とする、セラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体並びにこのようなセラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体が焼結されたセラミック層結合体を提案する。特に、セラミック挿入体（２０）が材料接続的にセラミック層結合体と結合されており、焼結により導体路又は導電面に転化可能な導電ペースト（１６）が、セラミック層結合体上でこのセラミック層結合体から電気的に絶縁されて案内されており且つ電気的な引込み線を介して層結合体の上面を、層結合体の下面と導電接続している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切欠き（１５）が、未焼結のセラミック体（１４）を横断しており且つ電気的な引込み線に転化可能なペースト（１５′）を充填されていることを特徴とする、切欠き（１５）を備えた未焼結のセラミック体（１４）を有する未焼結のセラミック挿入体。
【請求項２】
未焼結のセラミック体（１４）が特に焼結によって、電気的な引込み線に対して非導電性又は低い導電性を有するセラミックに転化可能である、請求項１記載の未焼結のセラミック挿入体。
【請求項３】
セラミック体（１４）が、上から見て円形又は楕円形の横断面を有する円筒形、プリズム形又は直方体形に形成されており、切欠き（１５）が、特に同心的にセラミック体（１４）を貫通案内されている、請求項１又は２記載の未焼結のセラミック挿入体。
【請求項４】
切欠き（１５）が、上から見て円形又は楕円形の横断面を有する円筒形、プリズム形又は直方体形に形成されており且つセラミック体（１４）から構造化されている、特に打ち抜かれているか又は穿孔されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の未焼結のセラミック挿入体。
【請求項５】
ペースト（１５′）が、白金又はアルミニウム等の導電性材料で満たされており且つ当該ペーストの表面が少なくとも部分的に、特に切欠き（１５）の一方又は両方の出口開口の領域でセラミック体（１４）から突出するように、セラミック体（１４）に充填されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の未焼結のセラミック挿入体。
【請求項６】
未焼結のセラミック体（１４）が、セラミック成分として酸化アルミニウムを含んでおり且つ／又は焼結によって少なくともほぼセラミックの酸化アルミニウム体に転化可能である、請求項１から５までのいずれか１項記載の未焼結のセラミック挿入体。
【請求項７】
切欠き（１５）が５０μｍ〜２ｍｍの直径を有しており且つ／又は未焼結のセラミック体（１４）が０．５ｍｍ〜５ｍｍの直径を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の未焼結のセラミック挿入体。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の未焼結のセラミック挿入体（２０）が焼結された、セラミック挿入体。
【請求項９】
例えば少なくとも１つの切欠き（１１）を有しており、該切欠きに請求項１から７までのいずれか１項記載の未焼結のセラミック挿入体（２０）が挿入されていることを特徴とする、セラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体。
【請求項１０】
切欠き（１１）が、その寸法決めにおいて未焼結のセラミック挿入体（２０）の形状に適合されているか又はこの未焼結のセラミック挿入体（２０）よりも僅かに大きく、更に、未焼結体（５）又は未焼結体の結合体（５′）の上面を、未焼結体（５）又は未焼結体の結合体（５′）の下面に通じさせるか又は該下面と互いに接続させる、請求項９記載のセラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体。
【請求項１１】
切欠き（１１）の領域は別として、未焼結体（５）又は未焼結体の結合体（５′）が、二酸化ジルコニウム、特にイットリウム安定化二酸化ジルコニウムをセラミック成分として含んでおり且つ／又は焼結によって、切欠き（１１）の領域は別として、主として二酸化ジルコニウム、特にイットリウム安定化二酸化ジルコニウムから成るセラミック体又はセラミック体層の結合体に転化可能である、請求項９又は１０記載のセラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体。
【請求項１２】
切欠き（１１）の領域において、未焼結体（５）又は未焼結体の結合体（５′）の内壁に、少なくとも部分的に接着ペースト（１３′）又はスラリが設けられている、請求項９から１１までのいずれか１項記載のセラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体。
【請求項１３】
内壁（１３）が全体的に接着ペースト（１３′）又はスラリを有している、特に該接着ペースト又はスラリによって被覆されている、請求項１２記載のセラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体。
【請求項１４】
切欠き（１１）の領域は別として、少なくとも片面、特に両面が少なくとも部分的に未焼結のセラミック絶縁層（１２）を有している、請求項９から１３までのいずれか１項記載のセラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体。
【請求項１５】
切欠きの領域は別として、両面が完全に未焼結のセラミック絶縁層（１２）で被覆されている、請求項９から１４までのいずれか１項記載のセラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体。
【請求項１６】
未焼結体（５）又はセラミック未焼結体の結合体（５′）の上面及び／又は下面に、少なくとも部分的に特に面状に又は導体路の形で構造化された導電ペースト（１６）が設けられており、上面及び／又は下面に設けられた該導電ペーストが、未焼結のセラミック体（１４）に充填されたペースト（１５′）と結合状態にある、請求項９から１５までのいずれか１項記載のセラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体。
【請求項１７】
導電ペースト（１６）が、セラミック未焼結体（５）又はセラミック未焼結体の結合体（５′）から絶縁層（１２）を介して分離されている、請求項９から１６までのいずれか１項記載のセラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体。
【請求項１８】
請求項９から１７までのいずれか１項記載のセラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体が焼結された、セラミック層結合体。
【請求項１９】
セラミック挿入体（２０）が材料接続的にセラミック層結合体と結合されており、焼結により導体路又は導電面に転化可能な導電ペースト（１６）が、セラミック層結合体上でこのセラミック層結合体から電気的に絶縁されて案内されており且つ電気的な引込み線を介して層結合体の上面を、層結合体の下面と導電接続している、請求項１８記載のセラミック層結合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の形式の未焼結のセラミック挿入体、この未焼結のセラミック挿入体から焼結されたセラミック挿入体、セラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体、並びにこれらから製作された、焼結されたセラミック層結合体に関する。
【０００２】
背景技術
例えば厚膜技術における汎用のラムダセンサ等の平形排気センサの製作では、例えば異なるセンサ平面又はセラミック層結合体の前面又は背面に設けられた導体路を互いに接続できるようにするために、多重に電気的に絶縁された複数のスルーコンタクト、即ちいわゆる「ビア」が使用される。
【０００３】
セラミックグリーンシートの材料が電気的に絶縁性である、つまり、例えばいわゆるＡｌ２Ｏ３ベースのＬＴＣＣセラミック（ＬＴＣＣ＝"Low Temperature Co-fired Ceramic")である限りは、セラミックグリーンシートに簡単に孔をあけるか又は打ち抜いて、銀又は白金等の導電性材料で満たされた、導体路を製作するために一般に汎用であるようなペーストを充填する。
【０００４】
比較的難しいのは、例えばイットリウム安定化二酸化ジルコニウム等の、少なくとも弱い導電性を有するシート材料に適した、絶縁されたスルーコンタクトの構成である。
【０００５】
焼結後にイットリウム安定化二酸化ジルコニウムセラミックが生ぜしめられる、イットリウム安定化二酸化ジルコニウムを含有するセラミックグリーンシートの場合に、シート材料によって絶縁された電気的なスルーコンタクトを実現できるようにするためには、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）の添加された、白金を含有するペーストを使用することが提案された。このことは、酸化イットリウムによる二酸化ジルコニウムのドーピングを補償可能にし、これにより、結果的にビア若しくは電気的な引込み線の周辺で、イオン伝導体「イットリウム安定化二酸化ジルコニウム」内に、比較的低い導電性という点において優れている化学量論性が得られる。
【０００６】
電気的に絶縁された引込み線を導電性のセラミック多層構造体に組み込む別の可能性は、まず最初に電気的な引込み線のための孔をグリーンシートに穿孔し、次いでこの孔を制限するグリーンシートの壁の内側において、当該の孔を絶縁性ペーストで被覆するか若しくはぬらしてから、導電性材料、即ち例えば白金で満たされたペーストを、今や絶縁された孔に入れるという点にある。
【０００７】
スルーコンタクトを製作するための上で述べた方法若しくは従来製作されたスルーコンタクトにおける欠点は、高い運転温度において、Ｎｂ２Ｏ５による逆ドーピング（Gegendotierung）が部分的に無効になり、これにより、電気的な引込み線に対する絶縁抵抗が著しく低下するという点にある。更に、２つの異なるペースト、即ち、まず最初に絶縁ペースト、その後に導電ペーストを吸収することは、とりわけセラミックグリーンシートの多層結合体若しくはこの多層結合体から焼結によって製作されたセラミック層結合体の場合は非常に困難である。それというのも、最初に内壁に付与された絶縁層には亀裂箇所が全く無く、延いては導電ペーストの、導電性のセラミックグリーンシート若しくはこのセラミックグリーンシートから焼結されたセラミック層との接触を確実に防止するということがほとんど保証されていないからである。
【０００８】
更に、公知の絶縁された電気的な引込み線の絶縁作用は、とりわけ高い温度において一般に小さい。それというのも、従来使用された絶縁層は、その製作法に基づいて小さな層厚さしか有していないからである。
【０００９】
全体として、セラミック層結合体又は１セラミック層を通るビア若しくは電気的な引込み線の確実な高抵抗の絶縁を使用最高温度においても保証することは、今まで成功していない。
【００１０】
発明の利点
本発明による未焼結のセラミック挿入体、この未焼結のセラミック挿入体から焼結されたセラミック挿入体、本発明によるセラミック未焼結体又は前記のような未焼結のセラミック挿入体を有するセラミック未焼結体の結合体及びこのセラミック未焼結体の結合体から焼結によって製作されたセラミック層結合体は、従来技術と比較して、極めて信頼性のある確実な、価値の高い電気的な絶縁を、セラミック層又はセラミック層結合体に設けられた電気的な引込み線若しくはビアの領域で、高温使用に関しても、複数若しくは多数のスルーコンタクト平面の場合も得られるという利点を有している。
【００１１】
本発明の有利な改良は、従属請求項に記載の構成手段から明らかである。
【００１２】
未焼結のセラミック挿入体が、プリズム形、直方体形又は有利には上から見て円形又は楕円形の横断面を備えた円筒形に形成されたセラミック体を有しており、しかも、このセラミック体に対して同心的に案内された、特にこのセラミック体を横断する切欠きが当該セラミック体に設けられており、前記切欠きに、例えば焼結によって電気的な引込み線に転化可能な汎用のペーストが充填されていると、特に有利である。
【００１３】
例えば少なくとも部分的にイットリウム安定化二酸化ジルコニウムから成るセラミック未焼結体又はセラミック層結合体の隣接した領域に対する、電気的な引込み線の最適な電気的な絶縁を保証するためには、未焼結のセラミック体が例えば焼結によって、電気的な引込み線と、焼結後に周辺に存在するセラミック層結合体に対しても非導電性又は低い導電性を有するセラミック、例えば主としてＡｌ２Ｏ３から成るセラミックに転化可能であると有利である。
【００１４】
未焼結のセラミック挿入体の切欠きの領域に充填されたペーストは、有利には白金又はアルミニウム等の導電性材料で満たされている。特に有利には、当該ペーストは、切欠きの出口開口の範囲の少なくとも片側、有利には両側で未焼結のセラミック体から突出し、これにより、次の方法ステップにおいて、前記の突出したペースト範囲が特に簡単且つ確実に、上面及び／又は下面に印刷された、特に導体路を形成するように構造化された導電ペーストと結合され得るように、未焼結のセラミック体の切欠きに充填される。
【００１５】
セラミック体の切欠きの寸法は、未焼結のセラミック体の直径が殊に０．５ｍｍ〜５ｍｍの場合、有利には直径５０μｍ〜２ｍｍである。
【００１６】
更に、未焼結のセラミック挿入体の挿入されている又は挿入されるセラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体が切欠きを有しており、この切欠きが、その寸法決めにおいてできるだけ正確に未焼結のセラミック挿入体の形状に適合されているか又はこの未焼結のセラミック挿入体よりも僅かに大きく、更に、当該切欠きが、有利には同時に未焼結体又は未焼結体の結合体の上面を、未焼結体又は未焼結体の結合体の下面と接続していると、特に有利である。これに関連して、未焼結のセラミック挿入体の材料が、挿入後の焼結時に切欠き内部でやや膨張し、これにより、切欠き内で固定されるか若しくは切欠き内で不動に係止されるように、当該の未焼結のセラミック挿入体の材料が、取り囲んでいるセラミック未焼結体若しくはセラミック未焼結体の結合体の材料に適合されていると、更に有利である。このようにして特に、未焼結のセラミック挿入体が、取り囲んでいる未焼結体若しくはセラミック未焼結体の結合体と材料接続的に結合され、しかも同時に、焼結によって導体路又は構造化された導電面に転化される、電気的な引込み線の領域内の導電ペーストが、焼結後に生ぜしめられるセラミック層結合体の上面を、このセラミック層結合体の下面と導電接続するということも達成される。
【００１７】
未焼結のセラミック挿入体の材料の僅かな膨張により、一方ではセラミック未焼結体若しくはセラミック未焼結体の結合体に設けられた切欠き内での正確に適合した不動の嵌合が得られ且つ他方ではある程度の製作許容差が得られる。
【００１８】
更に、セラミック未焼結体若しくはセラミック未焼結体の結合体に設けられた切欠きの領域における、挿入された未焼結のセラミック挿入体の付着若しくは嵌合を更に改良するためには、セラミック未焼結体若しくはセラミック未焼結体の結合体に設けられた切欠きの内側が、未焼結のセラミック挿入体の挿入前に、付加的に少なくとも部分的に、接着ペースト又はスラリ、殊に汎用のシート接着ペーストによって被覆されると有利である。
【００１９】
セラミック未焼結体若しくはセラミック未焼結体の結合体、若しくはこれらのセラミック未焼結体若しくはセラミック未焼結体の結合体を焼結した後で得られるセラミック層結合体から、導体路又は構造化された導電面を電気的に絶縁して、生ぜしめられた電気的な引込み線へ導くことができるようにするためには、セラミック未焼結体又はセラミック未焼結体の結合体又はこれらを構成する少なくとも個々のセラミックグリーンシートの少なくとも片面、特に両面、並びに少なくとも部分的な上面若しくは下面に付加的な未焼結のセラミック絶縁層が設けられており、これらの未焼結のセラミック絶縁層が、焼結後に例えばＡｌ２Ｏ３ベースのセラミック絶縁層に移行すると有利である。
【００２０】
実施例
以下に、本発明を図面につき詳しく説明する。
【００２１】
図１ａ〜図１ｄを用いて説明する第１実施例では、電気的なスルーコンタクトがいわゆる「インレイ」として、まず最初に別個に１枚のセラミックグリーンシートから製作される。このセラミックグリーンシートは、例えば焼結によってＡｌ２Ｏ３等の高絶縁性材料に転化可能であり、この場合、前記インレイ内には焼結前に、焼結によって電気的な引込み線に転化されるペーストの充填された切欠きが位置している。次いで、前記インレイはプラグの形式で、例えば予め穿孔された又は予め打ち抜かれたセラミックグリーンシートの孔又はグリーンシート結合体へも挿入され、その後セラミックグリーンシートの上面若しくは下面に更に導体路が印刷されてから、このようにして得られた全構造体を、最後に１セラミック層結合体が得られるように焼結する。
【００２２】
図１ａには、例えば焼結によってＡｌ２Ｏ３セラミックに転化可能な薄い未焼結のセラミック絶縁層若しくは絶縁シート１２が両面に設けられた、イットリウム安定化二酸化ジルコニウムベースの汎用のセラミックグリーンシート１０が示されている。更に、このセラミックグリーンシート１０には、円筒形の孔の形の切欠き１１が設けられている。この場合、グリーンシート１０に切欠き１１を設けることは、グリーンシート１０に絶縁層１２を付与した後でも、該絶縁層１２を付与する前でも行うことができる。
【００２３】
更に図１ｂには、次の方法ステップにおける、切欠き１１の範囲内のグリーンシート１０の内壁１３の、汎用のシート接着ペースト１３′による被覆法が示されている。
【００２４】
図１ｃには、方法ステップ１ａ又は１ｂと並行した、又は該方法ステップ前又は後の、未焼結のセラミック挿入体２０の製作法が示されている。この未焼結のセラミック挿入体２０の寸法は、切欠き１１の寸法に適合されているか、又は当該の未焼結のセラミック挿入体２０の直径は、切欠き１１の直径よりも僅かに小さい。未焼結のセラミック挿入体２０は、切欠き１１に対応して円筒形に形成されており且つ円形横断面を有する孔の形の一貫した切欠き１５を有しており、前記孔は、やはり円筒形に形成された未焼結のセラミック体１４によって取り囲まれている。
【００２５】
この未焼結のセラミック体１４は、例えばＡｌ２Ｏ３セラミック等の、焼結により電気的に高度に絶縁するセラミックに転化可能な、例えば１枚のセラミックグリーンシートから打ち抜かれている。
【００２６】
次いで、未焼結のセラミック体１４を横断する切欠き１５に汎用のペースト１５′が充填される。このペースト１５′は、白金又はアルミニウム等の導電性の材料で満たされており且つ焼結によって電気的な引込み線に転化可能である。
【００２７】
この場合、図１ｃでは、ペースト１５′が未焼結のセラミック体１４の両面から僅かに突出している。
【００２８】
図１ｄには引き続く方法ステップが示されており、この場合、図１ｃに示した未焼結のセラミック挿入体２０が図１ｂに示した切欠き１１に挿入されてから、これにより得られたセラミック未焼結体５の上面若しくは下面に、部分的に導体路若しくは導体層の形の構造化された自体公知の導電ペースト１６が印刷された。この導電ペースト１６は、有利には電気的な引込み線を形成する前記ペースト１５′と同じものである。
【００２９】
従って、図１ｄでは全体として１つのセラミック未焼結体５が生ぜしめられており、このセラミック未焼結体５の場合、上面が下面と、切欠き１５の領域に存在する電気的な引込み線を介して接続されており、しかも、この電気的な引込み線は、同時に未焼結のセラミック体１４により、グリーンシート１０に対して電気的に絶縁されている。更に、導電ペースト１６も、絶縁層１２によりグリーンシート１０に対して絶縁されている。
【００３０】
最終的に、図１ｄに示したセラミック未焼結体５は慣例の形式で焼結されるので、１つのセラミック層結合体が生ぜしめられる。
【００３１】
更に述べておくと、使用されるセラミックグリーンシート１０，１２の寸法及びフレキシビリティーに基づき、当該のセラミックグリーンシート１０，１２は一般に規定された方法ステップに関して十分な強度を有しているので、例えば切欠き１１に未焼結のセラミック挿入体２０を挿入することは、特に方法技術的に困難なことではない。
【００３２】
図２に示した第２実施例では、セラミック未焼結体の結合体若しくはグリーンシート積層体５′が描かれており、このグリーンシート積層体５′は、図１ｂに示した、それぞれ両側の表面に付与された絶縁層１２を備えた複数の個別のセラミックグリーンシート１０から成っている。この場合も、セラミック未焼結体の結合体５′には、図１ｃに示した未焼結のセラミック挿入体２０が挿入されており、この未焼結のセラミック挿入体２０は、今や未焼結体の結合体５′の高さに相応して若しくは図１ｂに示した切欠き１１に相応して寸法決めされている。
【００３３】
全体としては、図２に示したセラミックグリーンシートの結合体５′の最終的な焼結後に、同時に複数のシート層を貫通する電気的な引込み線が、セラミック層結合体内に得られる。その他の点において図２では、ここでも存在する図１ｄに示した印刷された、構造化された導電ペースト１６が、図面を見やすくするために図示されていない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１ａ〜図１ｄは、セラミック未焼結体を製作するための様々な方法ステップを、挿入される未焼結のセラミック挿入体と一緒に断面して示した図である。
【００３５】
【図２】図１ｄに示した実施例の択一的な実施例を示した図である。
【符号の説明】
【００３６】
５′  グリーンシート積層体、  １０  セラミックグリーンシート、  １１  切欠き、  １２  絶縁シート、  １３  内壁、  １３′  シート接着ペースト、  １４  未焼結のセラミック体、  １５  切欠き、  １５′  ペースト、  １６  導電ペースト、  ２０  未焼結のセラミック挿入体
【国際公開パンフレット】
2005506697.tif 000003
2005506697.tif 000004
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2005506697.tif 000017
2005506697.tif 000018
2005506697.tif 000019
2005506697.tif 000020
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005506697.tif 000021
【国際調査報告】
2005506697.tif 000022
2005506697.tif 000023
2005506697.tif 000024
2005506697.tif 000025
2005506697.tif 000026
2005506697.tif 000027