DE102004047033A1

DE102004047033A1 - Substrat

Info

Publication number: DE102004047033A1
Application number: DE102004047033A
Authority: DE
Inventors: Akira Yamada; Ayumi Nozaki; Shu Yamashita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2005-10-13
Also published as: JP2005268672A; US20050205293A1; US7110241B2

Abstract

Ein Substrat der vorliegenden Erfindung weist eine Basis (1), eine Zwischenschicht (2), einen leitfähigen Bereich (3) und leitfähige Schichten (4 und 5) auf. Die Basis (1) hat Isoliereigenschaften. Die Zwischenschicht (2) ist auf einer Hauptfläche der Basis (1) ausgebildet. Der leitfähige Bereich (3) ist auf der Zwischenschicht (2) ausgebildet. Die leitfähigen Schichten (4 und 5) sind auf dem leitfähigen Bereich (3) ausgebildet, so daß ein freigelegter Bereich des leitfähigen Bereichs (3) überdeckt ist. Mit dieser Struktur ist es möglich, ein Substrat zu schaffen, das in der Lage ist, das Auftreten von Rissen in einer Oberfläche der Basis zu unterdrücken, während zugleich eine Produktivitätsverbesserung und Kostenreduzierung gewährleistet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Substrat mit einer Isolierbasis und ist beispielsweise auf ein Substrat mit einer Keramik- oder Glas-Keramik-Basis anzuwenden.
In weiten Technologiebereichen, wie bei Informationsnetzen, werden Keramiksubstrate und Glas-Keramik-Substrate vielfach verwendet.
Ein Keramiksubstrat ist ein Komplex, welcher aus einer Keramikbasis, einem leitfähigen Bereich, einer Plattierungsschicht und ähnlichem besteht. Der leitfähige Bereich ist auf der Keramikbasis ausgebildet, und die Plattierungsschicht ist derart ausgebildet, daß sie den leitfähigen Bereich überdeckt. Wenn das Keramiksubstrat mit der obengenannten Struktur hergestellt wird, tritt der Fall auf, daß ein Teil der Plattierungsschicht mit einer Oberseite der Keramikbasis zusammengefügt wird.
Wenn das Keramiksubstrat mit der obengenannten Struktur thermisch mit Temperaturänderungen behandelt wird, tritt der Fall auf, daß Risse an der Oberseite des Keramiksubstrats nahe an dem leitfähigen Bereich erscheinen. Dies wird durch eine große Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Plattierungsschicht und demjenigen der Keramikbasis bewirkt.
Insbesondere in dem Fall, in dem ein Teil der Plattierungsschicht mit der Keramikbasis zusammengefügt wird, wenn das Keramiksubstrat thermisch behandelt wird, werden aufgrund der Differenzen bei den Wärmeausdehnungskoeffizienten Spannungen erzeugt. Da die Differenzen der Wärmeausdehnungskoeffizienten groß ist, werden die dadurch erzeugten Spannungen groß, und im Ergebnis werden dadurch Risse in der Keramikbasis erzeugt.
Mit dem Ziel der Unterdrückung des Auftretens solcher Risse gibt es Techniken zum Ändern des Herstellungsverfahrens, wie z. B. einem Absenken der Temperatur für die thermische Behandlung und einer Reduzierung des Grades von Temperaturänderungen bei der thermischen Behandlung. Es gibt andere Techniken zum Ändern einer Struktur des leitfähigen Bereichs, beispielsweise durch Abrunden von Ecken des leitfähigen Bereichs oder durch Reduzierung der Ausbildungsdichte in dem leitfähigen Bereich.

Die japanische offengelegte Patentanmeldung JP-A-3-209 793 zeigt eine andere Technik in Relation zu der vorliegenden Erfindung.

Bei der Übernahme der obengenannten Techniken zum Ändern der Herstellungsverfahren wird ein freier Entwurf von Verfahren unmöglich, und darüber hinaus wird die Bearbeitungszeit länger. Als Ergebnis wird aufgrund der obengenannten Probleme bei den Herstellungsverfahren der Produktionswirkungsgrad von Keramiksubstraten niedriger.

Bei der Übernahme der obengenannten Techniken zum Ändern des leitfähigen Bereichs entstehen Probleme, da eine lange Zeit erforderlich ist, um ein Design zu ändern, und sich die Herstellungskosten erhöhen. Nachdem darüber hinaus keine quantitative Regel für ein Konzept besteht, hängt die Entwurfsänderung des leitfähigen Bereichs nur von Erfahrung ab. Dies erfordert die Einstellung einer breiteren Entwurfsspanne, woraus sich ein geringerer Entwicklungswirkungsgrad ergibt.

Ferner kann zur Reduzierung der auf die Basis aufgebrachten Spannungen ein Verfahren zur Reduzierung der Dicke der Nickelplattierungsschicht verwendet werden. Wenn Bauelemente an den leitfähigen Bereich gelötet werden, dient die Nickelplattierungsschicht jedoch als Hauptübergangsschicht. Um eine gute Verlötung zu gewährleisten, sollte eine Verdünnung der Nickelplattierungsschicht oder eine Vereinfachung nicht einfach durchzuführen sein.

Die in der Oberseite der Keramikbasis erscheinenden Risse haben nachteilige Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit und die Haltbarkeit des Keramiksubstrats. Deshalb kann die Unterdrückung solcher Risse eine deutliche Kostenreduzierung ermöglichen und zu einer Vergrößerung von Anwendungsfeldern beitragen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Substrat anzugeben, welches das Auftreten von Rissen in einer oberen Oberfläche einer Basis unterdrücken kann, während eine Produktionsverbesserung und Kostenreduzierung gewährleistet ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Substrat eine Basis, eine Zwischenschicht, einen leitfähigen Bereich und eine leitfähige Schicht auf. Die Basis hat Isoliereigenschaften. Die Zwischenschicht ist auf einer Hauptfläche der Basis ausgebildet. Darüber hinaus hat die Zwischenschicht Isoliereigenschaften. Die leitfähige Schicht ist auf der Zwischenschicht ausgebildet. Die leitfähige Schicht ist auf dem leitfähigen Bereich ausgebildet, wobei sie einen freigelegten Bereich des leitfähigen Bereichs überdeckt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Unterdrückung einer direkten Verbindung der leitfähigen Schicht zu der Basis. Als Ergebnis wird die Menge an leitfähiger Schicht, die mit der Basis zusammengefügt wird, kleiner als diejenige bei einem Substrat, das mit keiner Zwischenschicht versehen ist. Deshalb können die an der Basis verursachten Spannungen reduziert werden.

Diese Spannungsreduzierung ermöglicht es, das Auftreten von Rissen in der Basis zu unterdrücken. Wenn der obengenannte Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung auf ein bei niedriger Temperatur gesintertes Substrat mit einer Basis angewendet wird, die beispielsweise Glas aufweist, wird die oben erörterte Wirkung noch wahrnehmbarer.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Struktur eines Substrats gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;

2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Struktur eines Substrats aus dem Stand der Technik in Beziehung zu der Technik der bevorzugten Ausführungsform zeigt;

3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Struktur eines Substrats gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt; und

4 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Struktur eines Substrats gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden wird die vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der Zeichnungen im einzelnen erörtert, welche bevorzugte Ausführungsformen zeigen.
Erste bevorzugte Ausführungsform
1 ist eine Schnittansicht, die eine Struktur eines Glass-Keramik-Substrats gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Insbesondere ist 1 eine vergrößerte Schnittansicht, die einen leitfähigen Bereich 3 zeigt, auf welchem die Plattierungsschichten 4 und 5 in seiner Nachbarschaft ausgebildet sind.
Wie in 1 gezeigt, ist das Glas-Keramik-Substrat ein Komplex, der aus einer aus Glas und Keramik (z.B. Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid oder ähnlichem) ausgebildeten Basis, einer Zwischenschicht 2, einem leitfähigen Bereich 3 und Plattierungsschichten 4 und 5 besteht.
Speziell ist die Zwischenschicht 2 mit einer konvexen Gestalt auf einer Hauptfläche der Basis 1 ausgebildet. Auf der Zwischenschicht 2 ist der leitfähige Bereich 3 ausgebildet. Eine Nickelplattierungsschicht 4 und eine Goldplattierungsschicht 5 sind auf dem leitfähigen Bereich 3 in dieser Reihenfolge ausgebildet, so daß der leitfähige Bereich 3 abgedeckt ist. Ferner ist ein Durchgangsloch durch die Basis 1 und die Zwischenschicht 2 ausgebildet, und in dem Durchgangsloch ist ein Durchgangskontakt 6 ausgebildet. Der Durchgangskontakt 6 ist mit dem leitfähigen Bereich 3 verbunden.
Die Basis 1 hat eine relativ hohe mechanische Festigkeit. Die Zwischenschicht 2 ist ein Isolator und hat eine Dicke von 1 × 10^–6 m (in der Größenordnung von μm) oder mehr. Die Zwischenschicht 2 hat bei dieser bevorzugten Ausführungsform einen rechteckigen Querschnitt. Der leitfähige Bereich 3 ist ein Metall, wie z. B. Silber, Silber-Palladium, Kupfer oder Gold. Die zweidimensionale Größe der Zwischenschicht 2 in einer horizontalen Richtung ist nicht kleiner als diejenige des leitfähigen Bereichs 3.
Der leitfähige Bereich 3, die Nickelplattierungsschicht 4 und die Goldplattierungsschicht 5 bilden einen Elektrodenbereich. Bauelemente werden an den Elektrodenbereich gelötet. Die Nickelplattierungsschicht 4 ist vorgesehen, um ein besseres Löten der Bauelemente an den leitfähigen Bereich 3 zu gewährleisten. Die Goldplattierungsschicht 5 ist zum Zweck des Schutzes der Nickelplattierungsschicht 4 gegen Oxidation oder ähnlichem vorgesehen. Durch das Löten der Bauelemente an den Elektrodenbereich wird die Goldplattierungsschicht 5 geschmolzen.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Glas-Keramik-Substrats mit der obengenannten Struktur erörtert.
Zunächst wird ein pulverartiges Borsilikat-Al-Verbundglas vorbereitet. Die Erweichungstemperatur des Borsilikat-Al-Verbundglases ist etwa 870 °C. Der mittlere Teilchendurchmesser des Glaspulvers ist etwa 2,5 μm.
Als nächstes wird ein pulverartiges Aluminiumoxid vorbereitet, das im Handel erhältlich ist. Der durchschnittliche mittlere Teilchendurchmesser dieses Aluminiumoxids ist etwa 2,0 μm.
Danach werden organische Komponenten zum Verkleiden (ein Polyvinylbutyralharz, Triolien als Dispergator, Dibutylphthalat als Weichmacher und eine Mischung aus Toluol und Ethanol in Anteilen von 7:3 als Lösungsmittel) den anorganischen Pulvern zugegeben, die aus Glaspulvern und Aluminiumoxidpulvern im gleichen Gewicht zu den Glaspulvern bestehen, und die organischen Komponenten und die anorganischen Pulver werden in einer Kugelmühle über eine Dauer von 24 Stunden gemischt.
Die Mengen von entsprechenden organischen Komponenten sind wie folgt. Wenn die anorganischen Pulver einen Wert von 100 ergeben, dann ist das Polyvinylbutyralharz 8,5, das Triolein 0,8, das Dibutylphthalat ist 2,5, und die Mischung aus Toluol und Ethanol in Anteilen von 7:3 ist 70.
Die oben erwähnte, gemischte Aufschlämmung wird durch ein Sieb geführt. Die durch das Sieb geleitete Aufschlämmung wird gerührt und auf reduziertem Druck gehalten. Dadurch können Blasen und redundante, in die Aufschlämmung gemischte Lösungsmittel fortgeschafft werden. Die Viskosität der Aufschlämmung gemäß der oben beschriebenen Verarbeitung ist etwa 3000 cP.
Als nächstes wird zu dem Zeitpunkt, in welchem die Temperatur der Aufschlämmung fast Zimmertemperatur erreicht, die Aufschlämmung zu einer bandförmigen Gestalt mit einer Dicke von etwa 100 μm auf eine PET-(Polethylenterephthalat)-Schicht mit einem Rakelverfahren geformt. Danach wird die bandförmige Aufschlämmung bei einer Temperatur von 60 °C vorgetrocknet und regulär bei einer Temperatur von 100 °C getrocknet und dann in 100 mm-Quadrate geschnitten, von welchen jedes als Basis 1 verwendet wird.
Nach dem Ausbilden der Basis 1 werden mit einer Mehrnadelplattenstanzmaschine mehrere Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von jeweils etwa 150 μm in der Basis 1 geöffnet. Als nächstes werden die Durchgangslöcher durch Drucken mit gemischten Pulverleitern gefüllt. Durch diese Füllung werden Durchgangskontakte 6 in der Basis 1 ausgebildet. Als gemischte leitfähige Pulver zum Füllen kann eine Mischung z.B. von Ag (90 %) und Pd (10 %) übernommen werden.
Eine Schaltungsstruktur wird durch Drucken auf einer der Flächen der Basis ausgebildet. In 1 ist diese Basis nicht gezeigt. Die Schaltungsstruktur hat eine Vielzahl von Kontaktstellenbereichen (jeder Kontaktstellenbereich hat eine Größenausdehnung von 250 μm × 200 μm), und die Kontaktstellenbereiche sind jeweils mit den Durchgangskontakten verbunden. Das Material der Schaltungsstruktur ist das gleiche wie dasjenige des Durchgangskontakts 6.
Dann werden mit der obengenannten Verarbeitung sieben Basen 1 hergestellt. Ferner wird eine Basis mit den Durchgangskontakten 6 versehen und keine Schaltungsstruktur hergestellt.
Als nächstes werden die obengenannten Basen 1 so geschichtet, daß die entsprechenden Durchgangskontakte 6 in den Basen 1 miteinander verbunden werden. Die oberste Basis 1 ist die Basis 1, welche nur die Durchgangskontakte 6 hat. Die Positionierung der Basen 1 wird z.B. mit Positionierstiften durchgeführt. 1 zeigt nur die oberste Basis 1. In diesem Stadium sind die Bestandteile (die Zwischenschicht 2, die Durchgangskontakte in der Zwischenschicht 2, der leitfähige Bereich 3, die Plattierungsschichten 4 und 5) über der Basis 1 von 1 noch nicht ausgebildet.
Die geschichteten Basen 1 werden mit einer hydrostatischen Preßmaschine gepreßt, um die acht Basen 1 zu vereinigen. Das Pressen wird unter solchen Bedingungen durchgeführt, daß die Preßtemperatur 80 °C ist, der Druck 300 kg/cm² ist und die Preßzeit 10 Minuten beträgt.
Als nächstes wird die Zwischenschicht 2 mit einem Siebdruckverfahren auf der obersten Basis 1 strukturiert. Die Struktur der Zwischenschicht 2 ist die gleiche wie die der Schaltungsstruktur (der leitfähige Bereich 3), die später auszubilden ist. Die zweidimensionale Größe der Zwischenschicht 2 in horizontaler Richtung ist jedoch nicht kleiner als diejenige der Schaltungsstruktur (des leitfähigen Bereichs 3). Ferner wird die Struktur der Zwischenschicht 2 mit solchen Löchern versehen, daß die in der obersten Basis 1 ausgebildeten Durchgangskontakte 6 freigelegt werden.
Eine zum Ausbilden der Zwischenschicht 2 verwendete Paste ist eine Mischung aus Aluminiumoxidpulvern und Glaspulvern in gleichen Anteilen zu demjenigen der Basis 1. Die zum Ausbilden der Zwischenschicht 2 verwendete Paste unterscheidet sich von der Aufschlämmung der Basis 1 in folgendem Punkt.
Speziell verwendet die obengenannte Paste anstelle eines Polyvinylbutyralharzes ein Ethylzelluloseharz als Bindemittel. Ferner wird Polypropylenglycol zugegeben, um die Druckleistung zu steuern. Die Menge an Lösungsmitteln wird gesteuert, um die Viskosität zum Drucken zu erhöhen, und als Ergebnis besitzt die Viskosität der obengenannten Paste einen Wert von etwa 600 000 cPa.
Nachdem die Paste bei einer Temperatur von 80 °C getrocknet worden ist, wird als nächstes die Schaltungsstruktur (der leitfähige Bereich 3) mit einem Siebdruckverfahren auf der Zwischenschicht 2 ausgebildet. Bei der Ausbildung der Schaltungsstruktur (des leitfähigen Bereichs 3) werden die in der Zwischenschicht 2 ausgebildeten Löcher auch mit Leitern gefüllt.
Die auf der Zwischenschicht 2 ausgebildete Schaltungsstruktur und die in der obersten Basis 1 ausgebildeten Durchgangskontakte 6 werden dadurch miteinander verbunden. Als Material für die Schaltungsstruktur können gemischte leitfähige Pulver verwendet werden, die z.B. aus Ag (90 %) und Pd (10 %) bestehen.
Der geschichtete Körper der Basen 1, der mit den obengenannten Verfahrensschritte erhalten worden ist, wird auf etwa 500 °C erwärmt. Die in dem geschichteten Körper enthaltene organische Komponente wird durch diese Erwärmung auf etwa 500 °C zersetzt und beseitigt.
Der geschichtete Körper wird bei einer Temperatur von etwa 900 °C für etwa eine Stunde erwärmt. Durch diese Erwärmung bei etwa 900 °C wird der geschichtete Körper zu einem dichten Sinterkörper. Um darüber hinaus die Haftung der Schaltungsstruktur (des leitfähigen Bereichs 3) an der Zwischenschicht 2 zu verbessern, kann der geschichtete Körper, welcher zu dem dichten Sinterkörper geworden ist, wieder einer hydrostatischen Formung unterzogen werden.
Als nächstes wird bei dem geschichteten Körper, welcher zu dem dichten Sinterkörper geworden ist, eine stromlose Plattierung durchgeführt. Durch diese stromlose Plattierung werden die Nickelplattierungsschicht 4 und die Goldplattierungsschicht 5 auf der Schaltungsstruktur (dem leitfähigen Bereich 3) ausgebildet. Die Nickelplattierungsschicht 4 hat eine Dicke von etwa 10 μm, und die Goldplattierungsschicht 5 hat eine Dicke von etwa 0,3 μm.
Nach dem Plattieren wird der geschichtete Körper für etwa 10 Minuten auf eine Temperatur von etwa 300 °C erwärmt.
Mit den obengenannten Verfahrensschritte wird das Substrat gemäß 1 hergestellt.
In dem Substrat gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Zwischenschicht ein Isolator mit einer vorbestimmten Dicke zwischen der Basis 1 und dem leitfähigen Bereich 3.
Dadurch wird eine übermäßige Verbindung zwischen dem Teil der Plattierungsschichten 4 und 5, die auf dem leitfähigen Bereich 3 ausgebildet sind, und der Basis unterdrückt. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung macht es möglich, eine Verbindung zwischen den Plattierungsschichten 4 und 5 und der Basis 1 zu unterdrücken (um zu verhindern, daß die Plattierungsschichten 4 und 5 übermäßig an der Basis 1 haften), anstatt zusätzlich ein Spannungsausgleichselement zwischen der Basis 1 und den Plattierungsschichten 4 und 5 vorzusehen.
Bei dem in 2 gezeigten Substrat gemäß dem Stand der Technik ist der leitfähige Bereich 3 direkt auf der Basis 1 ausgebildet. Wie in 2 gezeigt, sind deshalb Teile der Plattierungsschichten 4 und 5 übermäßig mit der Basis 1 nahe bei den Endbereichen des leitfähigen Bereichs 3 verbunden.
Da jedoch in dem Substrat gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform die Zwischenschicht 2 vorgesehen ist, kann verhindert werden, daß Teile der Plattierungsschichten 4 und 5 die Basis 1 erreichen (sich damit verbinden).
Durch die Unterdrückung der Verbindung zwischen den Plattierungsschichten 4 und 5 und der Basis 1 werden die folgenden Effekte erzeugt.
Insbesondere dann, wenn das Substrat gemäß 2 nach dem Plattieren erwärmt wird, erscheinen manchmal Risse in der Basis 1 nahe bei den Endbereichen des leitfähigen Bereichs 3. Dies wird durch eine große Spannung bewirkt, die in der Basis 1 erzeugt wird, an welche die Plattierungsschichten 4 und 5 gefügt werden (aufgrund der Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Basis 1 und den Plattierungsschichten 4 und 5).
In dem Substrat der ersten bevorzugten Ausführungsform ist es jedoch möglich, das Auftreten von Rissen in der Basis 1 zu unterdrücken, da die Plattierungsschichten 4 und 5 nicht übermäßig mit der Basis 1 verbunden sind.
Ferner wird das Substrat der ersten bevorzugten Ausführungsform einem Wärmeschocktest unterworfen. Dann werden die Basis 1, auf welcher die Zwischenschicht 2 ausgebildet ist, und ihre Umgebung beobachtet. In dem Test hat die Zwischenschicht 2 eine Dicke von etwa 5 bis 10 μm.
Aus dieser Beobachtung ist herauszufinden, daß die Anzahl von Rissen, die in der mit der Zwischenschicht 2 versehenen Basis 1 erscheinen, nicht größer als die Hälfte derjenigen in der Basis 1 ist, die mit keiner Zwischenschicht 2 versehen ist. Es wird ebenso festgestellt, daß die Tiefe der Risse in der mit der Zwischenschicht 2 ver sehenen Basis 1 flacher als diejenige in der Basis 1 ist, die mit keiner Zwischenschicht 2 versehen ist.
Aus dem Ergebnis des obengenannten Tests ist klar, daß es durch die Verwendung des Substrats der ersten bevorzugten Ausführungsform möglich sein sollte, das Auftreten von Rissen in der Basis 1 zu unterdrücken.
Das Material der Zwischenschicht 2 benötigt Isoliereigenschaften. Dies liegt daran, daß die Plattierungsschichten 4 und 5 auch auf der Zwischenschicht 2 ausgebildet sind, wenn die Zwischenschicht leitfähige Eigenschaften hat. In einem solchen Fall wird der Effekt der Unterdrückung der Verbindung zwischen der Basis 1 und den Plattierungsschichten 4 und 5 reduziert.
Wenn die zweidimensionale Größe der Zwischenschicht 2 in einer horizontalen Richtung kleiner als diejenige der Schaltungsstruktur (dem leitfähigen Bereich 3) ist, wird ein Teil der Schaltungsstruktur (des leitfähigen Bereichs 3) mit der Basis 1 verbunden. Wenn in diesem Zustand die Plattierung durchgeführt wird, werden die Plattierungsschichten 4 und 5 übermäßig mit der Basis 1 verbunden.
Deshalb ist es erforderlich, die zweidimensionale Größe der Zwischenschicht 2 in einer horizontalen Richtung nicht kleiner als diejenige der Schaltungsstruktur (des leitfähigen Bereichs 3) einzustellen. Dies macht es möglich, die übermäßige Verbindung zwischen den Plattierungsschichten 4 und 5 und der Basis 1 zu unterdrücken.
Ferner wird verifiziert, daß durch die Einstellung der Dicke der Zwischenschicht 2 auf nicht weniger als 1 × 10^–6 m (in der Größenordnung von μm) der Effekt der Unterdrückung einer übermäßigen Verbindung zwischen den Plattierungsschichten 4 und 5 und der Basis 1 deutlicher wird.
Das Material der Zwischenschicht 2 kann das gleiche wie dasjenige der Basis 1 sein. Jedoch ist bevorzugt, daß ein Material mit hoher Beständigkeit gegen Plattierungslösungen und mit hervorragender Säurebeständigkeit und Alkalibeständigkeit verwendet werden sollte. Dies zielt darauf ab, die Erosion der Zwischenschicht 2 durch die Plattierungslösung zu verhindern.
Ferner ist bevorzugt, daß für die Zwischenschicht 2 ein Material verwendet werden sollte, welches die Eigenschaft hat, daß es bei einer Temperatur zur Verdichtung der Basis 1 oder niedriger verdichtet wird. Dies liegt daran, daß dann, wenn die Basis 1 und die Zwischenschicht 2 zur gleichen Zeit verdichtet werden, es möglicherweise zu dem Fall kommen kann, daß die Basis 1 verdichtet wird und die Zwischenschicht 2 nicht ausreichend verdichtet wird.
Wenn die Verdichtung der Zwischenschicht 2 unzureichend ist, dann bleibt die Plattierungslösung in der Zwischenschicht 2. Der Rest von Plattierungslösung in der Zwischenschicht 2 kann bewirken, daß Fremdmaterialien in der Zwischenschicht 2 abgeschieden werden und zu einer Abnahme der Festigkeit der Zwischenschicht 2 führen. Dies führt ferner zu einer Abnahme in der Haftfestigkeit zwischen der Zwischenschicht 2 und dem leitfähigen Bereich 3.
Die Zwischenschicht 2 kann wie die Basis 1 Aluminiumoxid als Füllstoff enthalten. Ferner kann die Zwischenschicht 2 wenigstens eines von Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, geschmolzenem Quarz, Mullit, Aluminiumoxid und Siliciumoxid als Füllstoff enthalten.
Mit diesen in der Zwischenschicht 2 enthaltenen Materialien wird die thermische Leitfähigkeit der Zwischenschicht 2 höher als diejenige der Zwischenschicht 2, die Aluminiumoxid enthält. Selbst wenn ein Strom in dem leitfähigen Bereich 3 fließt und die Temperatur des leitfähigen Bereichs 3 ansteigt, wird es deshalb einfacher, die Wärme zu der Basis 1 durch die Zwischenschicht 2 abzuleiten.
Ferner kann als Zwischenschicht 2 ein Material mit einem niedrigeren dielektrischen Verlust als demjenigen der Basis 1 verwendet werden. Dies liegt daran, daß dann, wenn eine hochfrequente Spannung an den leitfähigen Bereich 3 angelegt wird, beispielsweise der Leistungsverlust des leitfähigen Bereichs 3 abnimmt.
Der Leistungsverlust des leitfähigen Bereichs 3 hängt von dem Widerstand des leitfähigen Bereichs 3 und dem dielektrischen Verlust eines Basisbereichs (einschließlich der Basis 1 und der Zwischenschicht 2 ab. Da der Widerstand des leitfähigen Bereichs 3 und der dielektrische Verlust des Basisbereichs kleiner sind, wird der Leistungsverlust des leitfähigen Bereichs 3 kleiner. Deshalb nimmt durch die Verwendung eines Materials mit niedrigem dielektrischen Verlust als Zwischenschicht 2 der Leistungsverlust des leitfähigen Bereichs 3 im Vergleich zu dem Fall ab, in dem die Zwischenschicht 2 aus dem gleichen Material wie die Basis 1 ausgebildet ist.
Ferner kann als Zwischenschicht 2 ein Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen demjenigen der Basis 1 und demjenigen der Plattierungsschichten 4 und 5 verwendet werden. Dies liegt daran, daß eine aufgrund der Anwesenheit der Plattierungsschichten 4 und 5 in der Zwischenschicht 2 erzeugte thermische Spannung unterdrückt werden kann. Insbesondere dann, wenn die Nickelplattierungsschicht 4 aufgrund der Variation der Prozeßbedingungen übermäßig auf der Zwischenschicht 2 abgeschieden wird, wirkt die Übernahme des Materials mit einem solchen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie oben bei der Zwischenschicht 2 als effiziente Methode zum Unterdrücken einer Spannung.
Um wirksam zu verhindern, daß die Plattierungsschichten 4 und 5 die Basis 1 erreichen (an sie gefügt werden), ist es notwendig, den leitfähigen Bereich 3 höher als das ursprüngliche Niveau der Basis 1 zu positionieren. Deshalb ist es nötig, eine obere Oberfläche der Zwischenschicht 2 höher als das ursprüngliche Niveau der Basis 1 zu positionieren.
Ferner besteht keine Notwendigkeit, das Verfahren zur Ausbildung der Zwischenschicht 2 besonders einzuschränken. Durch die Verwendung eines Druckverfahrens, welches ein Maschensieb verwendet, wird jedoch die Ausbildung der Zwischenschicht 2 einfacher, und die Herstellungskosten werden niedriger. Zur Ausbildung der Zwischenschicht 7 kann ein Verfahren zum Schichten mehrerer Dünnschichtlagen verwendet werden. Dieses Verfahren benötigt jedoch einige Findigkeit bei der Herstellungsgenauigkeit und der Anzahl von Verfahrensschritten.
Zweite bevorzugte Ausführungs
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Struktur eines Substrats gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Struktur von 3 ist fast die gleiche wie diejenige von 1, unterscheidet sich aber im folgenden Punkt davon.
Insbesondere ist in dem Substrat gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform die Zwischenschicht 2 derart ausgebildet, daß ihre Seitenfläche im wesentlichen senkrecht zu der Basis 1 sein sollte (mit anderen Worten, die Zwischenschicht 2 hat einen rechteckigen Querschnitt) (vgl. 1). In dem Substrat gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform hat die Zwischenschicht 2 jedoch einen auseinandergehenden bzw. divergierenden Querschnitt. Die Schnittgestalt der Zwischenschicht 2 kann ein Trapez sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
Die Struktur der anderen Bestandteile als die Zwischenschicht 2 (d.h. die Basis 1, der leitfähige Bereich 3, die Plattierungsschichten 4 und 5, der Durchgangskontakt 6 und ähnliches) ist die gleiche wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform und wird hier nicht erneut erörtert.
Auf die Basis 1 wird eine Paste gedruckt, um die Zwischenschicht 2 mit einer vorbestimmten Struktur auszubilden. Die Zwischenschicht 2 mit einer Seitenfläche mit divergierender Gestalt kann z.B. durch Kontrolle der Komponenten der Paste ausgebildet werden.
Speziell wird, obwohl die Menge von Glas in der Paste die gleiche wie diejenige in der Basis 1 bei der ersten bevorzugten Ausführungsform ist, die Menge von Glas in der Paste erhöht, damit sie bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform um 20 % größer als diejenige in der Basis 1 ist. Mit anderen Worten, bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Menge von Glas in der Paste größer als diejenige in der Basis 1 gemacht.
Glas wird bei einer Brenntemperatur erweicht, so daß es flüssig wird. Durch die Erhöhung der Glaskomponente in der Paste wird die Paste deshalb flüssiger als in der Basis 1. Macht man demnach die Menge von Glas in der Paste größer als diejenige in der Basis 1, wie dies oben erörtert wurde, dann hat die Zwischenschicht 2 eine Seitenfläche mit einer Neigung, die auseinandergeht, und zwar bei einem Schritt des Brennens der gedruckten Paste.
Die anderen Verfahrensschritte zur Herstellung des Substrats als dem oben erörterten Schritt werden wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform durchgeführt.
Bei der obigen Diskussion wird die Seitenfläche der Zwischenschicht 2 auseinanderlaufend gemacht, indem die Menge der Glaskomponente in der Zwischenschicht 2 erhöht wird. Das Verfahren zum Erhalt der divergierenden Seitenfläche der Zwischenschicht 2 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise wird ein Ausbildungsbereich der Zwischenschicht 2 etwas größer als die später auszubildende Schaltungsstruktur (der leitfähige Bereich 3).
Dann wird die Schaltungsstruktur (der leitfähige Bereich 3) auf die Zwischenschicht 2 geschichtet. Danach wird eine relativ dicke Flächenschutzfolie der Basis 1 auf eine Fläche gelegt, auf welcher der leitfähige Bereich 3 und ähnliches ausgebildet werden. In diesem Zustand wird auf der Basis 1 ein hydrostatischer Preßvorgang durchgeführt.
Dann wird der Teil der Zwischenschicht 2, der sich von der Schaltungsstruktur (dem leitfähigen Bereich 3) aus erstreckt, durch die Flächenschutzfolie gepreßt, und die Seitenfläche der Zwischenschicht 2 wird dadurch divergierend.
Die Struktur der zweiten bevorzugten Ausführungsform kann also mechanisch ausgebildet werden.
Wie oben erörtert, hat in dem Substrat der zweiten bevorzugten Ausführungsform die Zwischenschicht 2 eine Seitenfläche mit einer Neigung, die auseinandergeht. Im Vergleich zu dem Substrat der ersten bevorzugten Ausführungsform wird es deshalb möglich, zuverlässiger zu verhindern, daß die Plattierungsschichten 4 und 5 die Basis 1 erreichen (sich damit verbinden).
Ferner wird das Substrat gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform auch einem Wärmeschocktest unterworfen. Dann wird die Basis 1, auf welcher die Zwischenschicht 2 ausgebildet wird, und ihre Nachbarschaft beobachtet. Bei dem Test hat die Zwischenschicht 2 eine Dicke von etwa 5 bis 10 μm.
Man findet aus dieser Beobachtung heraus, daß die Anzahl von in der Basis 1 erscheinenden Rissen kleiner als in dem Substrat gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform wird. Man findet auch heraus, daß die Tiefe der Risse in der Basis 1 flacher als diejenige bei der ersten Ausführungsform ist.
Indem ferner die Menge der Glaskomponente in der Zwischenschicht 2 größer als diejenige in der Basis 1 gemacht wird, erzeugt die zweite bevorzugte Ausführungsform den Effekt der Verbesserung der Haftung zwischen der Zwischenschicht 2 und der Basis 1 nach dem Sintern.
Dritte bevorzugte Ausführungsform
4 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Struktur eines Substrats gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Struktur von 4 ist fast die gleiche wie diejenige von 3, unterscheidet sich aber davon in folgendem Punkt.
In dem Substrat der zweiten bevorzugten Ausführungsform werden die Basis 1 und die Zwischenschicht 2 unabhängig voneinander ausgebildet. In dem Substrat gemäß der dritten Ausführungsform sind jedoch die Basis und Zwischenschicht vereinigt. Speziell wird bei der Ausbildung der Basis 1 ein konvexer Bereich 1a mit einer vorbestimmten Dicke bezüglich der Basis 1 vorgesehen. Der konvexe Bereich 1a dient als Zwischenschicht.
Zum Ausbilden des konvexen Bereichs 1a in der Basis 1 gibt es beispielsweise das folgende Verfahren.
Wie bei der ersten Ausführungsform werden mehrere Basen 1 vorbereitet. Ferner wird bei der dritten bevorzugten Ausführungsform eine Metallplatte vorbereitet. Die Metallplatte hat einen konkaven Bereich mit der gleichen Struktur wie die später auszubildende Schaltungsstruktur (dem leitfähigen Bereich 3). Der konkave Bereich hat eine Tiefe von etwa 15 μm.
Als nächstes werden acht Basen 1 geschichtet. In diesem Fall wird, wie bei der ersten Ausführungsform erläutert, keine Schaltungsstruktur (leitfähiger Bereich 3) auf der obersten Basis 1 ausgebildet.
Danach wird die Metallplatte auf den geschichteten Körper der Basen 1 gelegt. Zu diesem Zeitpunkt ist die oberste Basis 1 dem konkaven, an der Metallplatte ausgebildeten Bereich zugewandt. Die Positionierung der Metallplatte auf der obersten Basis 1 kann durch die Verwendung von Positionierstiften durchgeführt werden.
Als nächstes wird wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform ein hydrostatischer Preßvorgang bei der Metallplatte und dem geschichteten Körper von Basen 1 durchgeführt, die geschichtet sind. Durch dieses Pressen wird an der oberen Oberfläche der obersten ausgebildeten Basis 1 ein konvexer Bereich mit der gleichen Struktur wie der später auszubildenden Schaltungsstruktur (dem leitfähigen Bereich 3) gebildet.
Die anderen Verfahrensschritte zur Herstellung des Substrats als der oben erläuterte Schritte werden wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform durchgeführt.
Ferner wird das Substrat gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform wie bei den anderen bevorzugten Ausführungsformen auch einem Wärmeschocktest unterworfen. Als Ergebnis des Tests wird herausgefunden, daß das Substrat gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform den Effekt erzeugt, das Auftreten von Rissen in der Basis 1 zu unterdrücken, wie jenen bei anderen bevorzugten Ausführungsformen.
In 4 ist eine Seitenfläche des konvexen Bereichs 1a auseinanderlaufend. Die Seitenfläche des konvexen Bereichs 1a kann jedoch wie die Seitenfläche der Zwischenschicht 2 der ersten bevorzugten Ausführungsform einen rechteckigen Querschnitt haben. Im Falle der Verwendung der Metallplatte zur Ausbildung des konvexen Bereichs 1a kann die Seitenflächengestalt des konvexen Bereichs 1a der Basis 1 willkürlich geändert werden, indem die Seitenflächengestalt des in der Metallplatte ausgebildeten konkaven Bereichs geeignet geändert wird.
Ferner hat in dem Fall, in dem der konkave Bereich der Metallplatte einen rechteckigen Querschnitt hat, der konvexe Bereich 1a der Basis 1 auch einen rechteckigen Querschnitt. Ebenso ist es durch Brennen der mit dem konvexen Bereich 1a versehenen Basis 1 möglich, die Seitenfläche des konvexen Bereichs 1a divergierend zu machen.
Bei den obengenannten bevorzugten Ausführungsformen ist die Basis 1 eine Glas-Keramik-Basis. Die Basis 1 ist jedoch nicht auf die Glas-Keramik-Basis beschränkt, sondern muß lediglich Isoliereigenschaften haben. Beispielsweise kann die Basis 1 eine Keramikbasis oder eine organische Basis sein.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch effektiver im Falle eines Substrats, das durch Niedertemperaturbrennen hergestellt ist und welches eine Glas enthaltende Basis 1 hat.
Dies liegt daran, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient der Glas enthaltenden Basis 1 kleiner als einer kein Glas enthaltenden Basis 1, wie z. B. einer organischen Basis 1 ist. Deshalb wird die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Basis 1 und den Plattierungsschichten 4 und 5 deutlicher. Die deutlichere Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten bewirkt leichter eine Spannung in der Basis 1. Demnach muß die Glas enthaltende Basis 1 eher die Verbindung mit den Plattierungsschichten 4 und 5 unterdrücken, und die vorliegende Erfindung wird dadurch effektiver.
Wenn ferner das Substrat gemäß der ersten oder zweiten bevorzugten Ausführungsform die Glas enthaltende Basis 1 verwendet, kann auch der folgende Effekt erzeugt werden Speziell wird das Glas in der Basis 1 bei der Verdichtung der Basis 1 und ähnlichem durch Brennen geschmolzen. Danach, wenn die Temperatur abnimmt, wird das Glas wieder verfestigt. Die erneute Verfestigung des Glases tritt auch in einer Übergangsfläche zwischen der Basis 1 und der Zwischenschicht 2 auf, und durch diese erneute Verfestigung steigt die Bindungsfestigkeit zwischen der Basis 1 und der Zwischenschicht 2.
Deshalb wird es durch die Verwendung der Glas enthaltenden Basis 1 möglich, die Basis 1 und die Zwischenschicht 2 durch ein relativ einfaches Verfahren (die obengenannten Verdichtung durch Brennen) stark zu verbinden.
Wenn ein Durchgangskontakt 6 ausgebildet wird, der durch die Basis 1 verläuft und mit dem auf der Zwischenbereich 2 ausgebildeten leitfähigen Bereich 3 verbunden ist, wird aufgrund der Anwesenheit des Durchgangskontakts 6 eine weitere Spannung auf die Basis 1 aufgebracht.
Wenn die Basis den Durchgangskontakt 6 hat, wird es deshalb wichtiger, einen die Spannung bewirkenden Faktor zu vermindern. In diesem Fall ist die Verwendung des Substrats der vorliegenden Erfindung effektiver.
Bei den oben erörterten bevorzugten Ausführungsformen werden als Plattierungsschicht die Nickelplattierungsschicht 4 und die Goldplattierungsschicht 5 verwendet. Die Plattierungsschicht ist nicht auf diese beschränkt, sondern sogar eine andere Metallplattierungsschicht kann den gleichen Effekt erzeugen.
Allgemein ist die vorliegende Erfindung effektiver, da die Plattierungsschicht eine höhere Steifigkeit hat oder dicker ist.
Bei den oben erörterten bevorzugten Ausführungsformen sind die mit den Plattierungsschichten versehenen Strukturen gezeigt. Selbst in einem Fall, in dem eine Schicht, wie die Plattierungsschicht, auf dem leitfähigen Bereich 3 mit einem anderen Verfahren als durch Plattierung ausgebildet wird (z.B. Aufdampfen, Sputtern oder ähnliches), kann der gleiche Effekt erzeugt werden.

1: Basis
2: Zwischenschicht
3: Leitfähiger Bereich
4: Nickelplattierungsschicht
5: Goldplattierungsschicht
6: Durchgangskontakt

Claims

Substrat, das folgendes aufweist: – eine Isolierbasis (1); – eine Zwischenschicht (2) mit Isoliereigenschaften, die auf einer Hauptfläche der Basis ausgebildet ist; – einen auf der Zwischenschicht (2) ausgebildeten leitfähigen Bereich (3); und – eine auf dem leitfähigen Bereich (3) ausgebildete leitfähige Schicht (4, 5), die einen freigelegten Bereich des leitfähigen Bereichs (3) überdeckt.
Substrat nach Anspruch 1, bei welchem die Zwischenschicht (2) eine Dicke von 1 × 10^–6 m oder mehr hat.
Substrat nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem die Zwischenschicht (2) ein Isoliermaterial enthält, das ein Bestandteil der Basis ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Zwischenschicht (2) eine Beständigkeit gegen die Plattierungslösung hat.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Zwischenschicht (2) bei einer Temperatur verdichtet wird, die nicht höher als die Temperatur ist, bei welcher die Basis verdichtet wird.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Zwischenschicht (2) mindestens eine Substanz von Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, geschmolzenem Quarz, Mullit, Aluminiumoxid und Siliciumoxid enthält.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die Zwischenschicht (2) einen dielektrischen Verlust hat, der niedriger als derjenige der Basis (1) ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Zwischenschicht (2) einen linearen Ausdehnungskoeffizienten hat, der zwischen demjenigen der Basis und demjenigen der leitfähigen Schicht liegt.
Substrat nach Anspruch 1, bei welchem die Basis (1) mit der Zwischenschicht (2) vereinigt ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem die zweidimensionale Größe der Zwischenschicht (2) in einer horizontalen Richtung nicht kleiner als diejenige des leitfähigen Bereichs (3) ist.
Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die Zwischenschicht (2) einen Querschnitt hat, dessen Endgestalt divergierend ist.