DE10253682A1 - Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagen-Keramiksubstrats - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagen-Keramiksubstrats

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Yoshio Mizuno
Junzo Fukuta
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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagen-Keramiksubstrats enthält das Stapeln eines oder mehrerer ungebrannter Keramikrohlinge (13) auf eine oder beide Seiten eines vorgebrannten Keramiksubstrats (12, 17a, 18), wodurch ein Stapel gebildet wird, wobei jeder ungebrannte Keramikrohling (13) eine Brenntemperatur im wesentlichen gleich oder niedriger als eine Brenntemperatur des vorgebrannten Substrats (12, 17a, 18) besitzt; das Stapeln eines Begrenzungsrohlings (15) auf den eine äußerste Schicht des Stapels bildenden ungebrannten Keramikrohling (13), wobei der Begrenzungsrohling (15) eine höhere Brenntemperatur als jeder ungebrannte Keramikrohling (13) besitzt; das Brennen des Stapels bei der Brenntemperatur der ungebrannten Keramikrohlinge (13) mit oder ohne Druck über den Begrenzungsrohling (15), während der Stapel durch den Begrenzungsrohling (15) eingegrenzt wird, wodurch ein Stapel integriert wird; und das Beseitigen der Reste des Begrenzungsrohlings (15) nach dem Brennschritt.

Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagen-Keramiksubstrats durch Stapeln von ungebrannten Keramikrohlingen auf entweder eine oder beide Seiten eines vorgebrannten Keramiksubstrats.
  • Mehrlagen-Keramiksubstrate wurden herkömmlicherweise durch Stapeln von Rohlingen hergestellt. Bei dem Verfahren des Rohlingstapelns werden, nachdem Durchgangslöcher in mehreren Keramikrohlingen ausgebildet worden sind, die Durchgangslöcher jeder Lage mit einer Leiterpaste gefüllt, so dass Durchgangsleitungen gebildet werden, und ein Verdrahtungsmuster wird auf jeden Keramikrohling mittels Leiterpaste gedruckt. Anschließend werden diese Keramikrohlinge durch das Verfahren des Rohlingstapelns und ein Thermokompressionsverbinden zu einem Rohsubstrat gemacht. Anschließend wird das Rohsubstrat gebrannt, um zu einem Mehrlagen-Keramiksubstrat gefertigt zu werden.
  • Jedoch tritt bei einem Verfahren des Brennens des Rohsubstrats ein Brennschwinden von etwa 15 bis 30% auf. Dies macht die Steuerung der Maßgenauigkeit in dem Substrat schwierig. Außerdem tritt, da eine Schrumpfbelastung beider Seiten des Substrats in einem Mehrlagen-Keramiksubstrat, das eine Unregelmäßigkeit wie beispielsweise einen Kavität aufweist, ungleichmäßig wird, in dem gebrannten Substrat häufig eine Verwerfung auf. Insbesondere wird die Verwerfung am Boden der Kavität größer.
  • Ferner müssen die Brenntemperaturen beider Arten von Keramikrohlingen ausgeglichen werden, wenn ein Verbundmehrlagen-Keramiksubstrat durch Stapeln isolierender Keramikrohlinge und anderer Keramikrohlinge aus einem in einer dielektrischen Materie und einer magnetischen Materie unterschiedlichen Material gefertigt wird. Da außerdem eine Delaminierung durch Reduzieren des Unterschieds im Verhalten des Brennschwindens verhindert werden muss, sind die Freiheit bei der Materialauswahl und demzufolge die Freiheit bei der Konstruktion des Substrats sehr begrenzt.
  • Kürzlich wurde ein Brennverfahren vorgeschlagen, welches das Brennschwinden des Substrats verringert, wodurch die Maßgenauigkeit des Substrats verbessert wird, wie in der JP-A-2001-267743 gezeigt. Bei diesem Brennverfahren wird ein ungebrannter Keramikrohling, auf dem zuvor ein Verdrahtungsmuster gedruckt wird, auf ein vorgebranntes Aluminiumoxid-Substrat gestapelt, um durch Thermokompressionsverbinden weiter bearbeitet zu werden. Ein Stapel des Rohlings und des Substrats wird dann gebrannt, um zu einem Mehrlagen-Keramiksubstrat gefertigt zu werden. Bei diesem Verfahren wird das Brennschwinden jedes Keramikrohlings durch das vorgebrannte Aluminiumoxid-Substrat eingeschränkt, wodurch das Brennschwinden des gesamten Substrats reduziert wird.
  • Die Ergebnisse eines von dem Erfinder durchgeführten Experiments enthüllen jedoch, dass eine Schrumpfkraft des Rohlings so groß ist, dass sein Brennschwinden nicht ausreichend eingeschränkt werden kann, selbst wenn nur das vorgebrannte Aluminiumoxid- Substrat auf eine Seite des Keramikrohlings aufgebracht wird. Als Ergebnis tritt zwischen einer gebrannten Schicht des Keramikrohlings und einem vorgebrannten Aluminiumoxid- Substrat ein Abschälen auf, auf der gebrannten Schicht des Keramikrohlings tritt ein Riss auf, und im Substrat tritt eine Verwerfung auf, woraufhin eine Produktausbeute reduziert wird.
  • Ferner wurden als Brennverfahren, welches das Brennschwinden des Substrats reduziert, um dadurch dessen Maßgenauigkeit zu verbessern, Verfahren zum Brennen unter Druck entwickelt, wie in der WO 91/10630 und der JP-A-9-92983 gezeigt. Bei diesen Brennverfahren wird ein Begrenzungsrohling aus Aluminiumoxid, der bei einer Brenntemperatur (800 bis 1.000°C) einer bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik nicht gebrannt wird, auf beide Seiten eines bei einer niedrigen Temperatur brennbaren Keramiksubstrats (Rohsubstrats) gestapelt, bevor die bei niedriger Temperatur brennbare Keramik gebrannt wird. In diesem Zustand wird das Rohsubstrat bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1.000°C unter Druck gebrannt. Anschließend werden Reste der Begrenzungsrohlinge aus Aluminiumoxid von den Seiten des gebrannten Substrats durch ein Sandstrahlverfahren oder dergleichen beseitigt, wodurch ein bei niedriger Temperatur brennbares Keramiksubstrat hergestellt wird.
  • Wenn jedoch ein bei niedriger Temperatur brennbares Keramiksubstrat mit einer Kavität durch das obige Brennen unter Druck gebrannt wird, wirkt der über den Begrenzungsrohling aus Aluminiumoxid auf einen Kavitätsbereich ausgeübte Druck konzentrisch auf eine Kante der Kavität, und auf einen Boden der Kavität wird kein Druck ausgeübt. Als Ergebnis wird die Kavität in eine konvexe Form verworfen und demzufolge kann die Maßgenauigkeit der Kavität nicht sichergestellt werden.
  • Deshalb ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagen-Keramiksubstrats vorzusehen, das in einem großen Maß die Freiheit bei der Materialauswahl bezüglich einer Brenntemperatur, einer Brennschwindeigenschaft und dergleichen eines jede Schicht des Mehrlagen-Keramiksubstrat bildenden Keramikmaterials verbessern kann und welches ein Mehrlagen-Keramiksubstrat mit einer hohen Maßgenauigkeit ohne Delaminierung und Verwerfung herstellen kann, während dieses Substrat mit den herkömmlicher Herstellungsverfahren schwierig herzustellen ist.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagen-Keramiksubstrats vorzusehen, das verhindern kann, dass der Boden einer Kavität (bzw. eines Hohlraums oder einer Ausnehmung) in eine konvexe Form verworfen wird, und das ein Mehrlagen-Keramiksubstrat mit einer hohen Maßgenauigkeit fertigen kann.
  • Um die erste Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagen-Keramiksubstrats vor, mit dem Stapeln eines oder mehrerer ungebrannter Keramikrohlinge auf eine oder auf beide Seiten eines vorgebrannten Keramiksubstrats, wodurch ein Stapel gebildet wird, wobei jeder ungebrannte Keramikrohling eine Brenntemperatur im wesentlichen gleich oder niedriger als eine Brenntemperatur des vorgebrannten Keramiksubstrats aufweist; dem Stapeln eines Begrenzungsrohlings auf den ungebrannten Keramikrohling, der eine äußerste Schicht des Stapels bildet, wobei der Begrenzungsrohling eine höhere Brenntemperatur als jeder ungebrannte Keramikrohling besitzt; dem Brennen des Stapels bei der Brenntemperatur der ungebrannten Keramikrohlinge mit oder ohne Druck über den Begrenzungsrohling, während der Stapel durch den Begrenzungsrohling eingegrenzt wird, wodurch der Stapel vereinigt wird, und dem Beseitigen von Resten des Begrenzungsrohlings nach dem Brennschritt.
  • Die vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die ungebrannten Keramikrohlinge auf das vorgebrannte Substrat gestapelt werden, so dass der Stapel gebildet wird, und dass der Begrenzungsrohling auf den Stapel gestapelt wird und der Stapel mit oder ohne Druck gebrannt wird, während er durch den Begrenzungsrohling eingegrenzt wird. Folglich wird ein Brennschwinden, eine Verwerfung oder eine andere Verformung des ungebrannten Keramikrohlings in der X- und der Y-Richtung im wesentlichen gleichmäßig an beiden Seiten davon während des Brennschritts durch den Begrenzungsrohling bzw. das vorgebrannte Substrat eingeschränkt. Als Ergebnis kann ein Mehrlagen- Keramiksubstrat mit einer guten Maßgenauigkeit und ohne Delaminierung oder Verwerfung hergestellt werden. Ferner ist dieses Verfahren frei von Unterschieden in der Brenntemperatur, der Brennschwindeigenschaft und dergleichen zwischen dem vorgebrannten Substrat und dem ungebrannten Keramikrohling. Folglich kann der Freiheitsgrad bei der Materialauswahl in Anbetracht einer Brenntemperatur, einer Brennschwindeigenschaft und dergleichen eines jede Schicht des Mehrlagen-Keramiksubstrats bildenden Keramikmaterials verbessert werden. Demzufolge kann ein Mehrlagen- Keramiksubstrat mit einer guten Maßgenauigkeit, aber ohne Delaminierung oder Verwerfung hergestellt werden, obwohl es schwierig gewesen ist, solch ein Mehrlagen- Keramiksubstrat mit dem herkömmlichen Herstellungsverfahren zu fertigen.
  • Bei dem Schritt des Stapelns des ungebrannten Keramikrohlings auf das vorgebrannte Substrat kann der ungebrannte Keramikrohling bloß auf das vorgebrannte Substrat gelegt werden. Der Grund hierfür ist, dass die Keramikrohlinge und das vorgebrannte Substrat miteinander unter Wärme und Druck verbunden werden können, wenn der Stapel in einem nachfolgenden Schritt unter Druck erwärmt wird. Im allgemeinen jedoch ist es bevorzugt, dass das vorgebrannte Substrat und die ungebrannten Keramikrohlinge zum Beispiel mittels Thermokompressionsverbindens oder eines Klebemittels in dem Schritt, in dem der ungebrannte Keramikrohling auf das vorgebrannte Substrat gestapelt wird, vorübergehend aneinandergeheftet werden. Als Ergebnis kann, da eine Lageungenauigkeit zwischen dem vorgebrannten Substrat und dem ungebrannten Keramikrohling verhindert wird, der Stapel in einem nachfolgendem Schritt einfach behandelt werden. Da ferner eine Verbindungsstärke zwischen dem Keramikrohling und dem vorgebrannten Substrat verbessert wird, können sie an einer Delaminierung und Verwerfung gehindert werden.
  • Ferner kann der Begrenzungsrohling in einem Schritt, in dem der Begrenzungsrohling auf den die äußerste Schicht des Stapels bildenden ungebrannten Keramikrohling gestapelt wird, bloß auf den ungebrannten Keramikrohling gelegt werden. Der Grund hierfür ist, dass der Begrenzungsrohling und der äußerste ungebrannte Keramikrohling unter Wärme und Druck miteinander verbunden werden können, wenn sie in einem nachfolgenden Schritt unter Druck erwärmt werden. Im allgemeinen ist es jedoch bevorzugt, dass der Begrenzungsrohling und der ungebrannte Keramikrohling in dem Schritt, in dem der Begrenzungsrohling auf die ungebrannten Keramikrohlinge gestapelt wird, vorübergehend aneinandergeheftet werden. In diesem Fall kann auf den ungebrannten Keramikrohling eine Eingrenzungskraft des Begrenzungsrohlings ausgeübt werden, und ein Mehrlagen-Keramiksubstrat mit einer guten Maßgenauigkeit, aber oder Delaminierung oder Verwerfung kann gefertigt werden, obwohl es schwierig gewesen ist, solch ein Mehrlagen-Keramiksubstrat mit den herkömmlichen Herstellungsverfahren herzustellen.
  • Wenn das vorgebrannte Substrat und der ungebrannte Keramikrohling aus einem gleichen Keramikmaterial sind, kann das Mehrlagen-Keramiksubstrat mit einer einzigen Keramikverbindung hergestellt werden, bei der elektrische Eigenschaften wie beispielsweise eine Isoliereigenschaft im wesentlichen über die gesamten Lagen gleichmäßig sind. Alternativ können das vorgebrannte Substrat und der ungebrannte Keramikrohling aus zueinander unterschiedlichen Keramikmaterialien gemacht sein, und die Keramikmaterialen können so ausgewählt sein, dass die Brenntemperatur des ungebrannten Keramikrohlings gleich oder niedriger als eine Brenntemperatur des vorgebrannten Substrats ist. Folglich kann ein Verbundmehrlagen-Keramiksubstrat mit verschiedenen funktionellen Materialien hergestellt werden, obwohl es schwierig gewesen ist, ein solches Mehrlagen-Keramiksubstrat mit den herkömmlichen Herstellungsverfahren herzustellen.
  • Der ungebrannte Keramikrohling besteht vorzugsweise aus einem bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikmaterial, das bei einer Temperatur gleich oder niedriger als 1.000°C gebrannt wird. Folglich können Keramiken, die kostengünstiger sind und eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen, wie zum Beispiel Rohlinge aus Aluminiumoxid, als Begrenzungsrohling verwendet werden, und Materialien mit verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkten, wie zum Beispiel Ag-, Au- und Cu-Systeme können als auf die ungebrannten Keramikrohlinge zu druckende Verdrahtungsleitungen benutzt werden. Jedes dieser Materialien hat gute elektrische Eigenschaften, wie beispielsweise einen niedrigen Widerstandswert.
  • Das vorgebrannte Substrat und/oder der ungebrannte Keramikrohling bestehen vorzugsweise aus einer Keramik mit isolierenden, dielektrischen, magnetischen, piezoelektrischen und/oder Widerstand-Funktionen. In diesem Fall bezieht sich die isolierende Keramik auf eine Keramik, die zum Bilden einer Isolierschicht des Substrats verwendet wird. Zum Beispiel enthält die isolierende Keramik bei niedriger Temperatur brennbare Keramiken und bei hoher Temperatur brennbare Keramiken wie beispielsweise Aluminiumoxid. Da das vorgebrannte Substrat unabhängig gebrannt wird, kann jede Art von Keramik verwendet werden. Demzufolge kann der ungebrannte Keramikrohling aus einem Keramikmaterial geformt werden, das bei einer Temperatur gleich oder niedriger als eine Brenntemperatur des vorgebrannten Substrats brennbar ist.
  • Zur Lösung der zweiten Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagen-Keramiksubstrats mit einer Kavität (bzw. einem Hohlraum oder einer Ausnehmung) vor, bei dem das vorgebrannte Substrat auf einen Boden eines Abschnitts gesetzt wird, in dem die Kavität ausgebildet werden soll, und eine Öffnung zur Bildung der Kavität wird vor oder nach dem Stapeln in dem ungebrannten Keramikrohling ausgebildet, der auf das vorgebrannte Substrat gestapelt wird. Bei der Formung im ungebrannten Keramikrohling vor dem Stapeln wird die Öffnung durch Formen der Kavität durch Stanzen und dergleichen gleichzeitig mit der Formung der Durchgangslöcher gebildet. Bei der Formung im ungebrannten Keramikrohling nach dem Stapeln wird ferner ein Keramikrohling mit einem lichtempfindlichen Harz gebildet, und die Öffnung zur Bildung der Kavität wird auf dem Keramikrohling durch eine Technik zur Bildung einer gewünschten Öffnung durch Photoätzen gebildet.
  • Wenn das vorgebrannte Substrat auf den Boden der Kavität gesetzt wird und das Mehrlagen-Keramiksubstrat mit der Kavität gebrannt wird, während es eingegrenzt ist, kann der Boden der Kavität an einer Verwerfung in die konvexe Form gehindert werden, und eine Maßgenauigkeit der Kavität kann gewährleistet werden.
  • Weiter beschreibt das Folgende einen Fall, in dem ein Mehrlagen-Keramiksubstrat mit einer gestuften Kavität hergestellt wird. Das heißt, jedes mal, wenn eine vorgegebene Anzahl der ungebrannten Keramikrohlinge entsprechend einer Anzahl von Schichten einer Stufe der gestuften Kavität auf das vorgebrannte Substrat gestapelt wird, wird der Begrenzungsrohling auf den ungebrannten Keramikrohling zu einem Stapel gestapelt, und der Stapel wird gebrannt, während er durch den Begrenzungsrohling eingegrenzt wird, wodurch ein neu gebranntes Substrat mit einer Stufe der Kavität hergestellt wird. Anschließend werden eine weitere vorgegebene Anzahl ungebrannter Keramikrohlinge entsprechend einer Anzahl von Schichten einer nachfolgenden Stufe der gestuften Kavität und ein Begrenzungsrohling auf dem neu gebrannten Substrat zu einem Stapel gestapelt, und der Stapel wird gebrannt, während er durch den Begrenzungsrohling eingegrenzt wird, nachdem Reste des Begrenzungsrohlings zur Herstellung des neu gebrannten Substrats beseitigt worden sind. Dies wird wiederholt, so dass das Mehrlagen-Keramiksubstrat mit der gestuften Kavität hergestellt wird. Folglich besitzt jeder Stufenabschnitt der Kavität eine gute Flachheit und eine gute Maßgenauigkeit. In diesem Fall kann die Öffnung zum Bilden der Kavität auch vor oder nach dem Stapeln in dem ungebrannten Keramikrohling ausgebildet werden, der auf das vorgebrannte Substrat gestapelt wird.
  • Das Leitermuster kann auf den ungebrannten Keramikrohling nach dem Stapeln gedruckt werden. Jedoch kann ein Leitermuster, das mit dem ungebrannten Keramikrohling gemeinsam brennbar ist, auf den ungebrannten Keramikrohling gedruckt werden und anschließend kann der ungebrannte Keramikrohling auf eine oder beide Seiten des vorgebrannten Keramiksubstrats gestapelt werden. Folglich kann das Drucken und Stapeln effizient ausgeführt werden, wenn mehrere der ungebrannten Keramikrohlinge auf das vorgebrannte Substrat gestapelt werden.
  • Das Mehrlagen-Keramiksubstrat hat vorzugsweise eine Oberfläche und einer Rückseite, die zueinander verschieden sind. Selbst wenn das Mehrlagen-Keramiksubstrat eine komplizierte Struktur besitzt, um eine Verwerfung oder eine andere Verformung zu bewirken, kann eine Verwerfung oder andere Verformung verhindert werden und die Maßgenauigkeit davon kann verbessert werden.
  • Ferner wird vorzugsweise auf dem gebrannten Substrat ein Dickfilmwiderstand gebildet und der Dickfilmwiderstand wird vorzugsweise zur Einstellung des Widerstandswerts abgestimmt, und anschließend wird der ungebrannte Keramikrohling vorzugsweise auf das gebrannte Substrat gestapelt. Folglich kann ein Mehrlagen-Keramiksubstrat mit einem integrierten Dickfilmwiderstand, dessen Widerstandswert durch Abstimmen eingestellt wird, mit guter Maßgenauigkeit hergestellt werden.
  • Das Mehrlagen-Keramiksubstrat, das mit dem oben beschriebenen Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, kann als solches für verschiedene Zwecke verwendet werden. Zum Beispiel kann das Mehrlagen-Keramiksubstrat zur Herstellung von Modul-Halbleitergeräten, wie beispielsweise Kommunikationsmodulprodukten oder Fahrzeugmodulprodukten verwendet werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
  • Fig. 1A, 1B und 1C Darstellungen zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens eines Mehrlagen-Keramiksubstrats mit einer Seite, in der eine Kavität ausgebildet ist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Herstellungsschritte des Verfahrens des ersten Ausführungsbeispiels;
  • Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens eines Mehrlagen- Keramiksubstrats mit einer Seite, in der eine Kavität ausgebildet ist, deren Tiefe zwei Schichten entspricht;
  • Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens eines Mehrlagen- Keramiksubstrats, dessen beide Seiten mit jeweiligen Kavitäten ausgebildet sind, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • Fig. 5A, 5B, 5C und 5D Darstellungen zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens eines Mehrlagen-Keramiksubstrats, mit einer gestuften Kavität gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens eines Verbundmehrlagen-Keramiksubstrats gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • Fig. 7A und 7B Darstellungen zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens eines Verbundmehrlagen-Keramiksubstrats, dessen beide Seiten mit jeweiligen Kavitäten ausgebildet sind, gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmehrlagen-Keramiksubstrats, dessen eine Seite mit einer Kavität (bzw. einem Hohlraum oder einer Ausnehmung) ausgebildet ist, angewendet wird, wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1A bis 3 beschrieben. Ein Mehrlagen-Keramiksubstrat 11, dessen eine Seite mit einer Kavität ausgebildet ist, wird in dem Ausführungsbeispiel hergestellt. In dem Substrat 11 sind ein oder mehrere ungebrannte, bei niedriger Temperatur brennbare Keramikrohlinge 13 auf einem vorgebrannten Substrat 12 gestapelt und geschichtet, so dass ein Stapel gebildet ist, wie in Fig. 1C und 3 dargestellt. Zwei Begrenzungsrohlinge 15 sind ferner jeweils auf beiden Seiten der Schichtstruktur gestapelt. Der Stapel wird dann bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1.000°C gebrannt (mit oder ohne Druck), während er durch die Begrenzungsrohlinge 15 eingegrenzt wird. Das vorgebrannte Substrat 12 bildet einen Boden der Kavität 14.
  • Das Mehrlagen-Keramiksubstrat 11 wird durch die folgenden Schritte gefertigt. Zuerst wird ein vorgebranntes Substrat 12 präpariert. Das Substrat 12 wird durch Brennen eines Keramiksubstrats geformt und kann ein Einlagenaufbau oder ein Mehrlagenaufbau sein. Ein zu dem Substrat 12 geformtes Keramikmaterial kann eine isolierende Keramik, eine dielektrische Keramik, eine magnetische Keramik, eine piezoelektrische Keramik oder eine Keramik mit einem Widerstand sein. Wesentlich ist, dass ein Keramikmaterial bei einer Temperatur gleich oder höher als eine Brenntemperatur des bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohlings 13 gebrannt werden sollte. Ferner kann, wenn das vorgebrannte Substrat 12 ein Mehrlagen-Substrat ist, jede Schicht aus der gleichen Keramik geformt sein. Die Schichten können solche aus unterschiedlichen Keramiken enthalten, die gemeinsam brennbar sind.
  • Die isolierende Keramik wird zum Bilden einer Isolierschicht des Substrats verwendet und enthält eine bei niedriger Temperatur brennbare Keramik oder eine bei hoher Temperatur brennbare Keramik wie beispielsweise Aluminiumoxid. Eine bei niedriger Temperatur brennbare Keramik kann, wenn sie zu dem vorgebrannten Substrat 12 geformt wird, von der gleichen Art wie der bei niedriger Temperatur brennbare Keramikrohling 13 sein. Außerdem kann eine andere Art einer bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik verwendet werden, die bei einer Temperatur gleich oder höher als eine Brenntemperatur des bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohlings 13 gebrannt wird. Ferner kann ein Dickfilmleiter oder ein Dickfilmwiderstand des RuO2- Systems oder dergleichen auf einer Fläche des vorgebrannten Substrats 12 durch gleichzeitiges Brennen oder anschließendes Bearbeiten geformt werden. Wenn ein Dickfilmwiderstand auf der Seite des vorgebrannten Substrats geformt wird, kann der Dickfilmwiderstand zur Einstellung seines Widerstandswerts abgestimmt werden, bevor der bei niedriger Temperatur brennbare Keramikrohling 13 auf das vorgebrannte Substrat 12 gestapelt wird.
  • Als nächstes wird der bei niedriger Temperatur brennbare Keramikrohling 13 präpariert. Ein bei niedriger Temperatur brennbares Keramikmaterial für den Rohling 13 kann zum Beispiel eine Mischung aus 50 bis 65 Gew.-% (vorzugsweise 60 Gew.-%) von Glas des CaO-SiO2-Al2O3-Systems und 50 bis 35 Gew.-% (vorzugsweise 40 Gew.-%) von Aluminiumoxid sein. Andere bei niedriger Temperatur brennbare Keramikmaterialien enthalten eine Mischung aus Glas des MgO-SiO2-Al2O3-B2O3-Systems und Aluminiumoxid, eine Mischung aus Glas des PbO-SiO2-B2O3-Systems und Aluminiumoxid oder ein bei niedriger Temperatur brennbares Keramikmaterial, das in einem Temperaturbereich von 800 bis 1.000°C gebrannt werden kann, wie zum Beispiel kristallisiertes Glas des Cordierit-Systems.
  • Bei der Herstellung des bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohlings 13, werden ein Bindemittel (zum Beispiel Polyvinylbutyral, Acrylharz und dergleichen), ein Lösungsmittel (zum Beispiel Toluol, Xylol, Butanol und dergleichen) und ein Weichmacher mit der vorgenannten, bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik gemischt. Diese Materialien werden ausreichend gerührt und gemischt, um einen Schlamm zu bilden. Der Schlamm wird weiter durch ein Doctor-Verfahren in ein Band des bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohlings 13 geformt. Das Band des bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohlings 13 wird in eine vorgegebene Größe geschnitten und anschließend werden eine in eine Ausnehmung zu formende Öffnung 14a und Durchgangslöcher (nicht dargestellt) durch Stanzen an den jeweils vorgegebenen Stellen in jedem Rohling 13 gebildet.
  • Danach geht der Prozess weiter zu einem Druckschritt, in dem die Durchgangslöcher des Rohlings 13 mit einer Leiterpaste aus Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt, wie beispielsweise Ag, Ag/Pd, Au, Ag/Pt, Cu und dergleichen, gefüllt werden. Ferner wird, wenn mehrere bei niedriger Temperatur brennbare Keramikrohlinge 13 auf das vorgebrannte Substrat 12 gestapelt werden, wie in Fig. 3 dargestellt, ein inneres Leitermuster (nicht dargestellt) durch das Siebdruckverfahren unter Verwendung einer Leiterpaste aus Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt, wie beispielsweise Ag, Ag/Pd, Au, Ag/Pt, Cu und dergleichen, auf jeden auf einer inneren Schicht gestapelten, bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohling 13 gedruckt. Ein Oberflächen-Leitermuster (nicht dargestellt) wird durch das Siebdruckverfahren unter Verwendung des gleichen Typs der Leiterpaste aus Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt auf den bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohling 13, der eine Oberfläche oder die oberste Schicht bildet, gedruckt. Das Oberflächen-Leitermuster kann gedruckt werden, nachdem ein Stapel gebrannt ist, während er eingegrenzt wird. Der oben beschriebene Druckprozess entfällt, wenn ein zu fertigendes Mehrlagen-Keramiksubstrat keine Durchgangslöcher oder inneren Leitermuster aufweist.
  • Nach dem Druckschritt geht der Prozess weiter zu einem Stapelschritt, in dem ein oder mehrere bei niedriger Temperatur brennbare Rohlinge 13 auf das vorgebrannte Substrat 12 gestapelt werden. Ein sich ergebender Schichtaufbau wird vorübergehend durch Thermokompressionsverbinden zusammengeheftet. Die Bedingungen des Thermokompressionsverbindens enthalten vorzugsweise einen angelegten Druck im Bereich von 105 bis 107 Pa und eine Heiztemperatur im Bereich von 60 bis 150°C. Die bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohlinge 13 können in dem Stapelschritt auch bloß auf das vorgebrannte Substrat gestapelt werden, und demzufolge kann das Thermokompressionsverbinden entfallen.
  • Dann werden Begrenzungsrohlinge 15 auf beide Seiten des Stapels gestapelt, um durch Thermokompressionsverbinden unter den oben genannten Bedingungen vorübergehend angeheftet zu werden. Selbst wenn das Thermokompressionsverbinden in dem Stapelschritt nicht ausgeführt worden ist, können die bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohlinge 13 und das vorgebrannte Substrat 12 durch das Thermokompressionsverbinden in dem Vorgang des Thermokompressionsverbindens für die Begrenzungsrohlinge 15 verbunden werden. Das Thermokompressionsverbinden für die Begrenzungsrohlinge 15 kann entfallen, wenn das Brennen unter Druck ausgeführt wird.
  • Wenn der bei niedriger Temperatur brennbare Keramikrohling 13 nur auf eine Seite des vorgebrannten Substrats 12 gestapelt wird, wird der Begrenzungsrohling 15 nur auf die eine Seite gestapelt, auf welcher der Rohling 13 gestapelt ist, und der auf die andere Seite zu stapelnde Begrenzungsrohling 15 kann entfallen, wie in Fig. 1C und 3 dargestellt. Der Grund hierfür ist, dass das vorgebrannte Substrat 12 eine Einschränkung des Brennschwindens der Rohlinge 13 während des Brennens des eingegrenzten Stapels dient, wie es jeder Rohling 15 tut. In diesem Fall wird für den Begrenzungsrohling 15 eine bei hoher Temperatur brennbare Keramik, wie beispielsweise Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Magnesiumdioxid und dergleichen verwendet. Die bei hoher Temperatur brennbare Keramik wird bei der Brenntemperatur der bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik im Bereich von 800 bis 1.000°C nicht gebrannt. Ein Bindemittel (zum Beispiel ein Harz des Polyvinylbutyral-, Acryl- oder Nitrocellulose-Systems und dergleichen), ein Lösungsmittel (zum Beispiel Toluol, Xylol, Butanol und dergleichen) und ein Weichmacher werden mit einem Pulver der bei hoher Temperatur brennbaren Keramik vermischt. Diese Materialien werden ausreichend gerührt und vermischt, um einen Schlamm zu bilden. Der Schlamm wird weiter durch das Doctor-Verfahren in ein Band des Begrenzungsrohlings 15 geformt.
  • Anschließend wird der Stapel, auf dem die Begrenzungsrohlinge 15 gestapelt sind, zwischen zwei poröse Setzplatten (nicht dargestellt) aus Aluminiumoxid, SiC oder dergleichen gelegt. Der Stapel wird bei einer Brenntemperatur des bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohlings 13 im Bereich von 800 bis 1.000°C gebrannt, während er unter einen Druck von 105 bis 107 Pa gesetzt ist. Alternativ kann der Stapel auch gebrannt werden, ohne unter Druck gesetzt zu werden. In diesem Fall müssen die Begrenzungsrohlinge 15 mit dem bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohling 13 beim Stapeln der Begrenzungsrohlinge 15 durch das Thermokompressionsverbinden verbunden werden. Der Begrenzungsrohling 15 (eine bei hoher Temperatur brennbare Keramik wie beispielsweise Aluminiumoxid) wird bei einer Temperatur im Bereich von 1.300 bis 1.600°C gebrannt. Demzufolge bleibt der Begrenzungsrohling 15 ungebrannt, wenn er bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1.000°C gebrannt wird. Organische Substanzen, wie beispielsweise das Bindemittel, die in dem Begrenzungsrohling 15 enthalten sind, werden bei dem Brennprozess thermisch zersetzt, um sie zu zerstreuen, wodurch er als Keramikpulver zurückbleibt.
  • Nach dem Brennen wird der Rest (das Keramikpulver) des Begrenzungsrohlings 15, der an beiden Seiten des gebrannten Substrats 11 anhaftet, durch Strahlen oder Schleifen beseitigt, wodurch das Mehrlagen-Keramiksubstrat 11 mit einer Kavität in einer Seite davon fertiggestellt wird.
  • Gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel wird der ungebrannte, bei niedriger Temperatur brennbare Keramikrohling 13 auf das vorgebrannte Substrat 12 gestapelt, so dass der Stapel hergestellt wird. Die Begrenzungsrohlinge 15 werden auf den Stapel gestapelt, der dann unter Druck oder ohne Druck gebrannt wird, während er durch die Begrenzungsrohlinge 15 eingegrenzt wird. Demzufolge wird ein Brennschwinden, eine Verwerfung oder eine andere Verformung des ungebrannten, bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohlings 13 im wesentlichen gleichmäßig an beiden Seiten davon durch die Begrenzungsrohlinge 15 und das vorgebrannte Substrat 12 während des Brennschritts beschränkt. Folglich kann das Mehrlagen-Keramiksubstrat 11 ohne Delaminierung oder Verwerfung hergestellt werden.
  • Außerdem wird, wenn das Mehrlagen-Keramiksubstrat 11 mit der Kavität 14 hergestellt wird, das vorgebrannte Substrat 12 am Boden der Kavität 14 positioniert. Wenn der Stapel dann gebrannt wird, während er eingegrenzt wird, kann eine Verwerfung des Bodens der Kavität in eine konvexe Form verhindert werden. Außerdem kann die Maßgenauigkeit der Kavität 14 durch das Brennen des eingegrenzten Stapels sichergestellt werden. Folglich kann das Mehrlagen-Keramiksubstrat 11 mit einer hohen Qualität der Kavität 14 hergestellt werden. Demzufolge kann, selbst wenn ein nackter Halbleiterchip auf dem Boden der Kavität 14 in einer Flip-Chip-Weise montiert wird, das Anbinden oder die Verbindung zwischen dem nackten Chip und einem Leitungsanschluss des Kavitätenbodens exakt ausgeführt werden, da der Kavitätenboden keine Verwerfung aufweist. Folglich kann die Zuverlässigkeit der Flip-Chip-Montage verbessert werden.
  • Ferner ist das oben beschriebene Herstellungsverfahren frei von Unterschieden in der Brenntemperatur, der Brennschwindeigenschaft und dergleichen zwischen dem vorgebrannten Substrat 12 und dem ungebrannten Keramikrohling 13. Folglich kann ein Freiheitsgrad bei der Materialauswahl in Anbetracht einer Brenntemperatur, der Brennschwindeigenschaft und dergleichen eines jede Lage des Mehrlagen-Keramiksubstrats 11 bildenden Keramikmaterials verbessert werden. Demzufolge kann ein Mehrlagen- Keramiksubstrat 11 mit einer guten Maßgenauigkeit aber ohne Delaminierung oder Verwerfung hergestellt werden, obwohl es schwierig war, ein solches Mehrlagen-Keramiksubstrat mit dem herkömmlichen Herstellungsverfahren herzustellen.
  • Die Kavitätenöffnung 14a wird in dem obigen Ausführungsbeispiel in dem bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohling 13 mittels Stanzen vor dem Stapeln und Schichten ausgebildet. Jedoch kann die Kavitätenöffnung 14a stattdessen in dem Rohling 13 auch nach dem Stapeln unter Verwendung einer Photolithographietechnik ausgebildet werden.
  • Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Der bei niedriger Temperatur brennbare Keramikrohling 13 wird im ersten Ausführungsbeispiel nur auf eine Seite des vorgebrannten Substrats 12 gestapelt. Hier jedoch werden ein oder mehrere bei niedriger Temperatur brennbare Keramikrohlinge 13 auf jede der beiden Seiten des vorgebrannten Substrats 12 gestapelt, wie in Fig. 4 dargestellt. In diesem Fall werden die ungebrannten, bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohlinge 13 auf beide Seiten des vorgebrannten Substrats 12 gestapelt, so dass ein Stapel gebildet wird, und anschließend werden die Begrenzungsrohlinge 15 jeweils auf beide Seiten des Stapels gestapelt. Das Herstellungsverfahren des zweiten Ausführungsbeispiels ist im Übrigen das Gleiche wie das des obigen Ausführungsbeispiels.
  • Selbst wenn das Mehrlagen-Keramiksubstrat 11 mit in beiden Seiten davon ausgebildeten Kavitäten hergestellt wird, wie im zweiten Ausführungsbeispiel, wird das vorgebrannte Substrat 12 am Boden der Kavität 14 positioniert und dann wird der eingegrenzte Stapel gebrannt. Folglich kann eine Verwerfung des Kavitätenbodens in eine konvexe Form verhindert werden, und das Mehrlagen-Keramiksubstrat 11 mit beiden Kavitäten kann mit guter Maßgenauigkeit hergestellt werden.
  • Fig. 5A bis 5D zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Kavität 14 ist im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel in dem Mehrlagen-Keramiksubstrat 11 ausgebildet. Die Kavität 14 hat in beiden Ausführungsbeispielen einen einfachen, stufenlosen Aufbau. In diesem Fall tritt kein Problem einer Verformung der Kavität 14 auf, selbst wenn mehrere ungebrannte, bei niedriger Temperatur brennbare Keramikrohlinge 13 gleichzeitig auf das vorgebrannte Substrat 12 gestapelt werden, um miteinander durch das Thermokompressionsverbinden verbunden zu werden, wie in Fig. 3 dargestellt.
  • Im dritten Ausführungsbeispiel werden dagegen mehrere bei niedriger Temperatur brennbare Keramikrohlinge 13 mit jeweiligen, eine Kavität bildenden Öffnungen 16a unterschiedlicher Größen verwendet, wenn eine gestufte Kavität 16 in einem Mehrlagen- Keramiksubstrat gebildet wird. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, wenn die bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohlinge 13 zur gegenseitigen Verbindung durch das Thermokompressionsverbinden gleichzeitig gestapelt werden, wie in Fig. 5D dargestellt, dass ein sich ergebender Druck die gestuften Abschnitte der gestuften Kavität 16 verformen kann. Das dritte Ausführungsbeispiel ist auf eine Lösung dieses Problems gerichtet. Wenn ein Mehrlagen-Keramiksubstrat 17 mit einer gestuften Kavität 16 hergestellt wird, wird ein ungebrannter, bei niedriger Temperatur brennbarer Keramikrohling 13, dessen Anzahl derjenigen der eine Stufe der Kavität 16 bildenden Schichten entspricht, auf das vorgebrannte Substrat 12 gestapelt, wie in Fig. 5A dargestellt. Anschließend wird der Begrenzungsrohling 15 auf den ungebrannten, bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohling 13 gestapelt, um unter Eingrenzung gebrannt zu werden, wodurch ein neues vorgebranntes Substrat 17a mit einer Kavität für eine Stufe hergestellt wird. Der Rest des Begrenzungsrohlings 15 wird dann durch den Strahlprozess beseitigt, und anschließend wird ein weiterer ungebrannter, bei niedriger Temperatur brennbarer Keramikrohling 13, dessen Anzahl derjenigen der eine Stufe der Kavität 16 bildenden Schichten entspricht, auf das neue Substrat 17a gestapelt, um unter Eingrenzung gebrannt zu werden, wie in Fig. 5B dargestellt. Der oben beschriebene Vorgang wird so oft wiederholt, wie es der Anzahl der übrigen Stufen entspricht, so dass das Mehrlagen-Keramiksubstrat 17 mit der gestuften Kavität 16 hergestellt wird.
  • Wenn das Mehrlagen-Keramiksubstrat 17 mit der gestuften Kavität 16 gemäß dem obigen Verfahren hergestellt wird, kann eine Verformung des Aufbaus jeder Stufe verhindert und eine gute Maßgenauigkeit erzielt werden. In diesem Fall kann die die Kavität bildende Öffnung 16a in dem ungebrannten, bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohling 13, entweder vor oder nach dem Stapeln ausgebildet werden.
  • Fig. 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dem vierten Ausführungsbeispiel besteht das vorgebrannte Substrat 18 aus einem anderen funktionellen Material als der isolierenden Keramik, wie zum Beispiel einer dielektrischen Keramik, einer magnetischen Keramik, einer piezoelektrischen Keramik oder einer mit einem Widerstand behafteten Keramik. Auch wenn in dem vierten Ausführungsbeispiel mehrere vorgebrannte Substrate 18 verwendet werden, kann stattdessen auch ein einzelnes Substrat 18 verwendet werden. Wenn mehrere Substrate 18 verwendet werden, muss bzw. müssen ein oder mehrere ungebrannte Keramikrohlinge 13 zwischen die jeweils benachbarten Substrate 18 gesetzt werden. Ferner werden das vorgebrannte Substrat 18 und der ungebrannte Keramikrohling 13 gestapelt, um durch das Thermokompressionsverbinden verbunden zu werden, und anschließend werden die Begrenzungsrohlinge 15 auf beide Seiten des Stapels gestapelt, um unter Eingrenzung gebrannt zu werden, wodurch ein Verbundmehrlagen-Keramiksubstrat 19 hergestellt wird.
  • Das obige Verfahren ist frei von Unterschieden in der Brenntemperatur, der Brennschwindeigenschaft und dergleichen zwischen dem vorgebrannten Substrat 18 und dem ungebrannten Keramikrohling 13. Folglich kann der Freiheitsgrad in der Materialauswahl bezüglich einer Brenntemperatur, einer Brennschwindeigenschaft und dergleichen eines jede Schicht des Verbundmehrlagen-Keramiksubstrats 19 bildenden Schicht verbessert werden. Demzufolge kann das Verbundmehrlagen-Keramiksubstrat 19 mit verschiedenen integrierten funktionellen Materialien mit guter Maßgenauigkeit aber ohne Delaminierung oder Verwerfung hergestellt werden, obwohl es schwierig war, ein solches Verbundmehrlagen-Keramiksubstrat mit dem herkömmlichen Herstellungsverfahren herzustellen.
  • Fig. 7A und 7B zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das fünfte Ausführungsbeispiel ist auf einen Fall gerichtet, in dem ein Verbundmehrlagen- Keramiksubstrat 20 mit einer Kavität 14 hergestellt wird. In diesem Fall wird das Verbundmehrlagen-Keramiksubstrat, das mit dem gleichen Verfahren wie das Verfahren des vierten Ausführungsbeispiels hergestellt wird, als das vorgebrannte Substrat 19 benutzt. Ein oder mehrere bei niedriger Temperatur brennbare Keramikrohlinge 13 werden auf beide Seiten des vorgebrannten Substrats 19 gestapelt. Die eine Kavität bildende Öffnung 14a wird in jedem bei niedriger Temperatur brennbarer Keramikrohling 13 vor oder nach dem Stapeln ausgebildet. Die bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohlinge 13 werden auf beide Seiten des vorgebrannten Substrats 19 gestapelt, um durch das Thermokompressionsverbinden miteinander verbunden zu werden.
  • Anschließend werden die Begrenzungsrohlinge 15 auf beide Seiten des Stapels gestapelt, um unter Eingrenzung gebrannt zu werden, wodurch das Verbundmehrlagen-Keramiksubstrat 20 mit einer Kavität 14 hergestellt wird.
  • Der Aufbau des Verbundmehrlagen-Keramiksubstrats, auf den das Verfahren der vorliegenden Erfindung angewendet wird, sollte nicht auf jenen in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen beschränkt sein. Änderungen können bezüglich der Anzahl der vorgebrannten Substrate, einer Stelle, an der ein Rohling gestapelt wird, der Anzahl der bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohlinge, einer Konstruktion der Kavität und der Art des jedes Schicht des vorgebrannten Substrats bildenden Keramikmaterials und dergleichen vorgenommen werden.
  • Die mit den jeweiligen Verfahren der obigen Ausführungsbeispiele hergestellten Mehrlagen-Keramiksubstrate können als Mehrlagen-Schaltplatten für verschiedene Zwecke verwendet werden. Zum Beispiel können unter Verwendung des Mehrlagen-Keramiksubstrats Halbleitervorrichtungen wie beispielsweise Kommunikationsmodulprodukte und Fahrzeugmodulprodukte hergestellt werden.
  • Der Erfinder vermaß ein Ausmaß einer Verwerfung am Boden der Kavität bezüglich der unter verschiedenen Bedingungen mit dem Herstellungsverfahren des Ausführungsbeispiels hergestellten Mehrlagen-Keramiksubstrats. Die nachfolgende Tabelle 1 (1A und 1B) zeigt die Ergebnisse der Messung. TABELLE 1A

    TABELLE 1B

    *1 eine bei niedriger Temperatur brennbare Keramik mit Glas des CaO-SiO2-Al2O3-B2O3-Systems und Al2O3
    *2 vorgebranntes Substrat aus der durch das Symbol *1 gekennzeichneten Keramik, auf dem ein Dickfilmwiderstand des Rutheniumoxid (RuO2)-Systems ausgebildet ist, wobei der Dickfilmwiderstand zur Einstellung eines Widerstandswerts abgestimmt ist
    *3 eine bei niedriger Temperatur brennbare Keramik mit Glas des PbO-SiO2-B2O3- Systems und Al2O3
  • In der Tabelle 1 bezeichnet das Symbol *1 in den Spalten der Materialien des vorgebrannten Substrats und des ungebrannten Keramikrohlings eine bei niedriger Temperatur brennbare Keramik mit einer Mischung aus 60 Gew.-% Glas des CaO-SiO2- Al2O3-B2O3-Systems und 40 Gew.-% Aluminiumoxid. Ferner bezeichnet das Symbol *2 ein vorgebranntes Substrat aus der durch das Symbol *1 gekennzeichneten Keramik, auf dem ein Dickfilmwiderstand des Rutheniumoxid (RuO2) - Systems ausgebildet ist, wobei der Dickfilmwiderstand zur Einstellung eines Widerstandswerts abgestimmt ist. Das Symbol *3 bezeichnet eine bei niedriger Temperatur brennbare Keramik aus einer Mischung aus Glas des PbO-SiO2-B2O3-Systems und Aluminiumoxid. "1 Seite" in "Aufbau" in der Spalte "Kavität" bezeichnet das Mehrlagen-Keramiksubstrat mit einer mit einer Kavität ausgebildeten Seite, wie in Fig. 1C dargestellt. "2 Seiten" bezeichnet das Mehrlagen-Keramiksubstrat, bei dem beide Seiten mit jeweiligen Kavitäten ausgebildet sind, wie in Fig. 4 dargestellt.
  • Für alle Mehrlagen-Keramiksubstrate, die eingegrenzt gebrannt wurden und durch die Proben Nr. 1 bis 28 in der Tabelle 1 bezeichnet sind, wurde eine Sichtprüfung durchgeführt. Als Ergebnis trat zwischen dem vorgebrannten Substrat und einer gebrannten Schicht des ungebrannten Keramikrohlings kein Abschälen auf, wobei ein Sintergrad gut war.
  • Jede der Proben Nr. 1 bis 16 bezeichnet ein Mehrlagen-Keramiksubstrat mit einer mit einer Kavität ausgebildeten Seite, das mit dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels hergestellt wurde. Das erhaltene Mehrlagen-Keramiksubstrat mit einer mit einer Kavität ausgebildeten Seiten hat eine gute Maßgenauigkeit bei jeder dieser Proben, da ein Ausmaß der Verwerfung im Kavitätenboden gleich oder klein als 5 µm ist.
  • Probe Nr. 10 ist ein Mehrlagen-Keramiksubstrat, das unter Eingrenzung ohne Druck gebrannt wurde und eine Seite mit einer Kavität aufweist. In diesem Fall wurde der Begrenzungsrohling ebenfalls mit dem bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikrohling in dem Schritt des Stapelns des Begrenzungsrohlings durch Thermokompressionsverbinden verbunden, wodurch das erhaltene Mehrlagen-Keramiksubstrat im wesentlichen die gleiche Qualität wie jene durch das Brennen unter Druck erzielte aufwies.
  • Jede der Proben Nr. 17 bis 19 bezeichnet ein Mehrlagen-Keramiksubstrat, bei dem beide Seiten mit jeweiligen Kavitäten ausgebildet sind und das mit dem Verfahren des zweiten Ausführungsbeispiels hergestellt wurde. Das erhaltene Mehrlagen-Keramiksubstrat bei dem beide Seiten mit jeweiligen Kavitäten ausgebildet sind, hatte auch eine gute Maßgenauigkeit bei jeder dieser Proben, da ein Ausmaß in der Verwerfung in dem Kavitätenboden gleich oder kleiner als 5 µm ist.
  • Bei jeder der Proben Nr. 1 bis 19 waren sowohl das vorgebrannte Substrat als auch der ungebrannte Keramikrohling aus der durch das Symbol *1 bezeichneten, bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik. Andererseits war bei jeder der Proben Nr. 20 bis 26 das vorgebrannte Substrat aus einem Keramikmaterial, das sich von dem durch das Symbol *1 bezeichneten, bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik unterscheidet. So war das vorgebrannte Substrat aus einem Keramikmaterial, das sich von dem Material des ungebrannten Keramikrohlings unterscheidet. Zum Beispiel war bei Probe Nr. 20 das vorgebrannte Substrat aus Aluminiumoxid als isolierende Keramik. Bei der Probe Nr. 21 war das vorgebrannte Substrat aus einer magnetischen Keramik des Ferritsystems. Bei jeder der Proben Nr. 22, 25 und 26 war das vorgebrannte Substrat aus einer dielektrischen Keramik des Relaxorsystems. Ferner wurde bei Probe Nr. 23 ein Dickfilmwiderstand des Rutheniumoxid (RuO2)-Systems auf der Oberfläche des vorgebrannten Substrats aus der Keramik von *1 gebildet, und der Dickfilmwiderstand wurde abgestimmt. Der ungebrannten Rohling war aus einer bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik aus einer Mischung aus Glas des PbO-SiO2-B2O3-Systems und Aluminiumoxid. Bei Probe Nr. 24 war das vorgebrannte Substrat aus einer dielektrischen Keramik aus Bariumtitanat. Bei Probe Nr. 27 war das vorgebrannte Substrat aus einer bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik von *1, und der ungebrannte Keramikrohling war aus einer bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik von *3. Ferner waren bei Probe Nr. 28 sowohl das vorgebrannte Substrat als auch der ungebrannte Keramikrohling aus der bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik *3.
  • Bei jeder der Proben Nr. 20 bis 27 unterschied sich das Material des vorgebrannten Substrats von dem des ungebrannten Keramikrohlings.
  • Eine Sichtprüfung wurde auch für alle Mehrlagen-Keramiksubstrate der Proben Nr. 20 bis 27 ausgeführt. Als Ergebnis trat zwischen dem vorgebrannten Substrats und einer gebrannten Schicht des ungebrannten Keramikrohlings kein Abschälen auf, worauf ein Sintergrad gut war. Ferner hatte auch das erzielte Mehrlagen-Keramiksubstrat, dessen eine oder beide Seiten mit jeweiligen Kavitäten ausgebildet sind, eine gute Maßgenauigkeit bei jeder dieser Proben, da ein Ausmaß der Verwerfung im Kavitätenboden gleich oder kleiner als 5 µm ist.
  • Bezüglich Probe Nr. 28 waren sowohl das vorgebrannte Substrat als auch der ungebrannte Keramikrohling aus der bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik von *3. Bei dieser Probe hatte ebenfalls das erzielte Mehrlagen-Keramiksubstrat mit einer mit einer Kavität ausgebildeten Seite eine gute Maßgenauigkeit, da ein Ausmaß der Verwerfung im Kavitätenboden gleich oder kleiner als 5 µm ist.
  • Andererseits zeigt Tabelle 2 Versuchsergebnisse in dem Fall, in dem ein Mehrlagen- Keramiksubstrat mit einer mit einer Kavität ausgebildeten Seite mit einem herkömmlichen Verfahren gebrannt wurde, bei dem kein Begrenzungsrohling benutzt wurde. TABELLE 2

  • Bezüglich der Proben 29 und 30 wurden das vorgebrannte Substrat und der ungebrannte Keramikrohling durch Thermokompressionsverbinden miteinander verbunden. Der Stapel wurde mit dem herkömmlichen Verfahren gebrannt, bei dem kein Begrenzungsrohling verwendet wurde. Als Ergebnis der Sichtprüfung trat zwischen dem vorgebrannten Substrat und einer gebrannten Schicht des ungebrannten Keramikrohlings ein Abschälen auf, weshalb ein Sintergrad niedrig wurde. Aus den Versuchsergebnissen wurde bestätigt, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass das herkömmliche Brennverfahren ohne Verwendung eines Begrenzungsrohlings in einem niedrigen Sintergrad resultiert.
  • Die obige Beschreibung und die Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung der Grundsätze der vorliegenden Erfindung und sind nicht einschränkend zu verstehen. Verschiedene Veränderungen und Modifikationen sind für den Fachmann selbstverständlich. Alle derartigen Veränderungen und Modifikationen fallen in den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung Mehrlagen-Keramiksubtrats, gekennzeichnet durch
Stapeln eines oder mehrerer ungebrannter Keramikrohlinge (13) auf eine oder beide Seiten eines vorgebrannten Keramiksubstrats (12, 17a, 18), wodurch ein Stapel gebildet wird, wobei jeder ungebrannte Keramikrohling (13) eine Brenntemperatur im wesentlichen gleich oder niedriger als eine Brenntemperatur des vorgebrannten Substrats (12, 17a, 18) besitzt;
Stapeln eines Begrenzungsrohlings (15) auf den eine äußerste Schicht des Stapels bildenden ungebrannten Keramikrohling (13) wobei der Begrenzungsrohling (15) eine höhere Brenntemperatur als jeder ungebrannte Keramikrohling (13) besitzt;
Brennen des Stapels bei der Brenntemperatur der ungebrannten Keramikrohlinge (13) mit oder ohne Druck über den Begrenzungsrohling (15), während der Stapel durch den Begrenzungsrohling (15) eingegrenzt wird, wodurch der Stapel integriert wird; und
Beseitigen von Resten des Begrenzungsrohlings (15) nach dem Brennschritt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgebrannte Substrat (12, 17a, 18) und die ungebrannten Keramikrohlinge (13) in dem Schritt, in dem die ungebrannten Keramikrohlinge (13) auf das vorgebrannte Substrat (12, 17a, 18) gestapelt werden, vorübergehend aneinandergeheftet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Begrenzungsrohling (15) und die ungebrannten Keramikrohlinge (13) in dem Schritt, in dem der Begrenzungsrohling (15) auf die ungebrannten Keramikrohlinge (13) gestapelt wird, vorübergehend aneinandergeheftet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgebrannte Substrat (12, 17a, 18) und die ungebrannten Keramikrohlinge (13) aus einem gleichen Keramikmaterial gemacht sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgebrannte Substrat (12, 17a, 18) und die ungebrannten Keramikrohlinge (13) aus voneinander unterschiedlichen Keramikmaterialien gemacht sind, und dass die Brenntemperatur jedes ungebrannten Keramikrohlings (13) gleich oder niedriger als die Brenntemperatur des vorgebrannten Substrats (12, 17a, 18) ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der ungebrannten Keramikrohlinge (13) aus einem bei niedriger Temperatur brennbarer Keramikmaterial gemacht ist, das bei einer Temperatur gleich oder niedriger als 1.000°C gebrannt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgebrannte Substrat (12, 17a, 18) und/oder jeder ungebrannte Keramikrohling (13) aus einer Keramik mit einer isolierenden Eigenschaft, einer dielektrischen Eigenschaft, einem Magnetismus, einer piezoelektrischen Eigenschaft und/oder mit einem Widerstand behaftet gemacht ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagen-Keramiksubstrats mit einer Kavität (14, 16) unter Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Mehrlagen-Keramiksubstrats nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgebrannte Substrat (12, 17a) auf einen Boden eines Abschnitts gesetzt wird, bei dem die Kavität (14, 16) gebildet werden soll, und eine Öffnung (14a, 16a) zum Ausbilden der Kavität (14, 16) in dem ungebrannten Keramikrohling (13), der auf dem vorgebrannte Substrat (12, 17a) gestapelt wird, vor oder nach dem Stapeln ausgebildet wird.
9. Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagen-Keramiksubstrats mit einer gestuften Kavität (16a) unter Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Mehrlagen- Keramiksubstrats nach Anspruch 8, bei welchem bei jeder Stapelung einer vorgegebenen Anzahl der ungebrannten Keramikrohlinge (13) entsprechend einer Anzahl von Schichten einer Stufe der gestuften Kavität (16a) auf dem vorgebrannten Substrat (12) der Begrenzungsrohling (15) auf den ungebrannten Keramikrohling (13) in den Stapel gestapelt wird und der Stapel gebrannt wird, während er durch den Begrenzungsrohling (15) eingegrenzt wird, wodurch ein neues gebranntes Substrat mit einer Stufe der Kavität hergestellt wird, und bei welchem anschließend wiederholt eine weitere vorgegebene Anzahl der ungebrannten Keramikrohlinge (13) entsprechend einer Anzahl von Schichten einer nächsten Stufe der gestuften Kavität (16a) und der Begrenzungsrohling (15) auf das neue gebrannte Substrat (17a) in einen Stapel gestapelt werden und der Stapel gebrannt wird, während er durch den Begrenzungsrohling (15) eingegrenzt wird, nachdem Reste des Begrenzungsrohlings (15) zur Herstellung des neuen gebrannten Substrats (17a) beseitigt worden sind, so dass das Mehrlagen-Keramiksubstrat mit der gestuften Kavität (16a) hergestellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusammen mit dem ungebrannten Keramikrohling (13) brennbares Leitermuster auf den ungebrannten Keramikrohling (13) gedruckt wird, und anschließend der ungebrannte Keramikrohling (13) auf eine oder beide Seiten des vorgebrannten Keramiksubstrats (12) gestapelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrlagen-Keramiksubstrat eine Oberseite und eine Rückseite aufweist, die zueinander verschieden sind.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dickfilmwiderstand auf dem vorgebrannten Substrat (12, 17a, 18) gebildet wird und der Dickfilmwiderstand zur Einstellung eines Widerstandswerts abgestimmt wird, und anschließend der ungebrannte Keramikrohling (13) auf das vorgebrannte Substrat (12, 17a, 18) gestapelt wird.
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