DE19710187B4

DE19710187B4 - Verfahren zum Herstellen eines Keramikmehrschichtsubstrats

Info

Publication number: DE19710187B4
Application number: DE19710187A
Authority: DE
Inventors: Satoru Nagoya Adachi; Junzo Nagoya Fukuta; Katsuya Toyoake Kawakami; Seigo Nagoya Ooiwa
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2017-03-13
Also published as: US6042667A; DE19710187A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Keramikmehrschichtsubstrats, bei welchem mehrere Rohlagen (21), enthaltend eine innere Rohlage, auf der ein Innenschichtleitermuster gebildet ist, miteinander laminiert, zum miteinander Verbinden gepreßt und gebrannt werden, gekennzeichnet durch die Schritte:
Laminieren der mehreren Rohlagen (21) und Pressen eines Laminats aus den Rohlagen (21) unter einem vorbestimmten Druck zusammen mit Schutz-Rohlagen (22), die auf gegenüberliegende Oberflächen des Laminats aufgebracht werden, wodurch das Laminat und die Schutz-Rohlagen (22) miteinander verbunden werden, wobei jede Schutz-Rohlage (22) eine geringere Dickenänderungsrate als die Rohlagen (21) während des Verbindens und eine höhere Brenntemperatur als die Rohlagen (21) aufweist, und
Entfernen der Schutz-Rohlagen (22) von den gegenüberliegenden Oberflächen des gebrannten Körpers, nachdem ein verbundener Aufbau aus den Rohlagen (21) und den Schutz-Rohlagen (22) bei einer Brenntemperatur der Rohlagen (21) gebrannt wurde.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Keramikmehrschichtsubstraten durch Laminieren bzw. Schichten von Rohlagen.

Die Verringerung einer planaren oder X-Y-Schrumpfung von Keramiksubstraten während des Brennens ist zur Verbesserung der Maßgenauigkeit der Substrate in jüngster Zeit wünschenswert geworden. Die WO 91/10630 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Keramiksubstraten, bei welchem eine Rohlage, die in eine Isolierschicht aus einem Keramiksubstrat gebildet werden soll, mit zwei Schutz-Rohlagen versehen ist, die auf der Ober- bzw. Unterseite der Rohlage angeordnet sind. Jede Schutz-Rohlage bleibt bei einer Brenntemperatur der Rohlage ungesintert. Die Rohlage wird mit dem gestapelten Aufbau unter Druck gebrannt. Daraufhin werden die ungesinterten Schutz-Rohlagen, die auf beiden Oberseiten des gebrannten Aufbaus haften, entfernt, so daß das Keramiksubstrat erhalten wird.

Das Keramiksubstrat wird häufig in eine Mehrschichtstruktur durch Laminieren mehrerer Rohlagen überführt. Das Keramikmehrschichtsubstrat weist Innenschichtleitermuster bzw. -strukturen auf, die auf der Innenseite davon gebildet sind. Die Oberflächen des Substrats werden so verformt, daß Abschnitte davon entsprechend dem Innenschichtleitermuster 14 auswärts konvex verformt werden, wenn, wie in 4 gezeigt, Druck auf ein Laminat aus Rohlagen 11 angelegt wird, wobei zwei Schutz-Rohlagen 12 auf gegenüberliegenden Oberflächen des Laminats so angeordnet sind, daß das Laminat bzw. der Schichtkörper und die Schutz-Rohlagen 12 miteinander verbunden sind, oder wenn, wie in 5 gezeigt, ein verbundenes Laminat aus Rohlagen 11 zusammen mit den Schutz-Rohlagen 12 gebrannt wird, die auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Laminats angeordnet sind, während Druck an das Laminat durch eine Preßmaschine 13 angelegt wird. Infolge davon wird die Oberflächenflachheit oder -planarität des Substrats in nachteiliger Weise verringert. Die Verringerung der Substratoberflächenflachheit verringert die Zuverlässigkeit der Innenschichtleitermuster, die auf die Oberflächen des Substrats gedruckt und nach dem Brennen des Substrats gebrannt werden, oder sie verursacht eine Verringerung der Zuverlässigkeit der Verbindung eines IC-Chip, der auf der Oberfläche des Substrats angebracht werden soll.

Aus der US-4 753 694 und der US-4 879 156 ist es bekannt, ein Laminat 15 zwischen zwei Lagen aus porösen Aluminiumoxid-Platten 13, 14 sandwichartig anzuordnen und das Laminat unten Druck zu brennen, so daß ein Schrumpfen in X-Y-Richtung verhindert wird. Die porösen Aluminiumoxid-Platten 13, 14 werden jedoch nicht verwendet, wenn mehrere Rohschichten in ein Laminat verbunden werden. Die porösen Aluminium-Platten 13, 14 dienen in bestimmtem Maße dazu, ein Schrumpfen des Substrats während des Brennens zu verhindern, eignen sich jedoch nicht dazu und sind auch nicht dazu als geeignet erläutert, eine konvexe Verformung an der Substratoberfläche eines Laminats aus Rohlagen zu verhindern. Schließlich werden die porösen Aluminium-Platten 13, 14 durch Brennen von Aluminiumoxid-Rohlagen hergestellt und unterscheiden sich damit grundsätzlich von den Rohlagen 22 vor dem Brennen.

In der DE 42 04 867 A1 ist ein Verfahren offenbart, ein flaches Keramiksubstrat 1 zu brennen, auf welchem eine Keramikschicht 3 angeordnet ist, und zwar unter Zwischenschalten einer verformbaren Dünnschicht 2.

Die DE 39 00 160 C2 und die US 4 929 295 offenbaren, daß ein Dickenunterschied aufgrund einer Metallpasten-Dünnschicht 42 durch ein Verbindungselement 47 absorbiert wird, wenn Rohlagen 41 laminiert werden. Das Verbindungselement 47 enthält ein Lösungsmittel zum Lösen der Bindemittel der Rohschicht 41 und der Metallpasten-Dünnschicht 42. Gemäß diesen Druckschriften wird eine konvexe Verformung an der Substratoberfläche an einem Innenschichtleitermuster beim Rohlagen-Verbindungsschritt unterbunden. Insbesondere wird das Verbindungselement 47 mit einer speziellen Zusammensetzung zwischen den Rohlagen 41 so angebracht, daß die Substratoberfläche eingeebnet ist.

Aus cfi/Bericht DKG 72 (1995), Nr. 1 und 2, Seiten 17–20, ist bekannt, eine Rohlage sandwichartig zwischen zwei Al₂O₃-Komponenten anzuordnen und diese Komponenten unter Druck zu setzen, so daß die Dicke der Rohlage auf 0,1 mm verringert wird.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Keramikmehrschichtsubtrats bereitzustellen, bei welchem die Oberflächenflachheit des Substrats verbessert werden kann.

Um diese Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt Verfahren zur Herstellung eines Keramikmehrschichtsubstrats, bei welchem mehrere Rohlagen, enthaltend eine innere Rohlage, auf der ein Innenschichtleitermuster gebildet ist, miteinander laminiert bzw. geschichtet, zum miteinander Verbinden gepreßt und gebrannt werden, gekennzeichnet durch die Schritte:
Laminieren der mehreren Rohlagen und Pressen eines Laminats bzw. Schichtstoffs aus den Rohlagen unter einem vorbestimmten Druck zusammen mit Schutz-Rohlagen, die auf gegenüberliegende Oberflächen des Laminats aufgebracht werden, wodurch das Laminat und die Schutz-Rohlagen miteinander verbunden werden, wobei jede Schutz-Rohlage eine geringere Dickenänderungsrate als die Rohlagen während des Verbindens und eine höhere Brenntemperatur als die Rohlagen aufweist, und Entfernen der Schutz-Rohlagen von den gegenüberliegenden Oberflächen des gebrannten Körpers, nachdem ein verbundener Aufbau aus den Rohlagen und den Schutz-Rohlagen bei einer Brenntemperatur der Rohlagen gebrannt wurde.

Gemäß diesem Verfahren weisen die Schutz-Rohlagen, die das Laminat aus den Rohlagen sandwichartig einschließen, eine geringere Dickenänderungsrate auf, als die Rohlagen während des Verbindungsvorgangs. Die Schutz-Rohlage, die auf die jeweiligen gegenüberliegenden Oberflächen des Laminats aufgetragen werden, verhindern, daß die Substratoberflächenabschnitte entsprechend dem Innenschichtleitermuster konvex selbst dann verformt werden, wenn das Innenschichtleitermuster auf der Innenschicht des Substrats gebildet ist. Infolge davon kann die Oberflächenflachheit des Substrats sichergestellt werden.

Der Druck kann an das Substrat während des Brennens angelegt werden oder auch nicht. Die Substratoberflächenflachheit des Substrats, die während des Pressens erhalten wird, kann selbst dann beibehalten werden, wenn der Druck an das Substrat während des Brennens nicht angelegt wird. Außerdem beschränken die Schutz-Rohlagen das X-Y-Schrumpfen des Substrats während des Brennens.

Das verbundene Laminat aus den Rohlagen kann gebrannt werden, während Druck an die Schutz-Rohlagen angelegt wird, um die Rohlagen wie beim Preßschritt zu pressen. Infolge davon können eine Wölbung des Substrats und eine Zwischenschichtendlaminierung während des Brennens verhindert werden.

Die Erfindung schafft gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren, bei welchem die Rohlagen unter Druck ohne die Schutz-Rohlagen gemäß einem herkömmlichen Verfahren zum Laminieren von Rohlagen laminiert und verbunden werden. Die Schutz-Rohlagen werden daraufhin auf gegenüberliegende Oberflächen des verbundenen Laminats aus den Rohlagen aufgebracht. Jede Schutz-Rohlage hat eine kleinere Dickenänderungsrate während des Druckanlegens als die Rohlagen vor Beginn des Schrumpfens aufgrund des Brennens, und eine höhere Brenntemperatur als die Rohlagen. Das verbundene Laminat aus den Rohlagen wird bei einer Brenntemperatur der Rohlagen zusammen mit den Schutz-Rohlagen gebrannt, während ein Druck daran angelegt wird.

Wenn die Substratoberfläche durch das Innenschichtleitermuster der Innenschicht während des Verbindungsvorgangs der Rohlagen konvex verformt werden sollte, wird das verbundene Laminat aus den Rohlagen zwischen den Schutz-Rohlagen sandwichartig eingeschlossen und während des Brennens gepreßt. Der konvex verformte Abschnitt des Substrats wird dadurch derart niedergedrückt, daß die Oberfläche des Substrats eingeebnet wird.

Möglich ist ferner ein anderes Verfahren zum Herstellen eines Keramikmehrschichtsubstrats, welches keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, aufweisend die Schritte:
Laminieren mehrerer Rohlagen, die eine Innenrohlage aufweisen, die mit einem Innenschichtleitermuster gebildet ist, und Pressen eines Laminats der Rohlagen unter einem vorbestimmten Druck, wodurch das Laminat miteinander verbunden wird, Pressen von Schutz-Rohlagen, während ein Druck an die Schutz-Rohlagen angelegt wird, wodurch die Schutz-Rohlagen mit gegenüberliegenden Oberflächen des verbundenen Laminats aus Rohlagen verbunden werden, wobei jede Schutz-Rohlage eine höhere Brenntemperatur als die Rohlagen aufweist, Brennen des verbundenen Aufbaus aus Rohlagen und Schutz-Rohlagen bei einer Brenntemperatur der Rohlagen, während ein Druck an den Aufbau angelegt wird, und Entfernen der Schutz-Rohlagen von den gegenüberliegenen Oberflächen eines gebrannten Körpers, wobei der vorbestimmte Druck, der an das Laminat aus Rohlagen (21) während des Verbindungsschritts angelegt wird, größer als die Drücke ist, der während der nachfolgenden Schritte angelegt wird.

Gemäß dem vorstehend erläuterten Verfahren werden die Oberflächen des Substrats oder die Oberflächen der Oberflächenschichtrohlagen bzw. der Begrenzungslagen durch flache Preßplatten einer Preßmaschine während des Verbindevorgangs der Rohlagen gepreßt. Die Oberflächenflachheit des Substrats kann dadurch beibehalten werden, wenn die Oberflächenabschnitte des Substrats entsprechend dem Innenschichtleitermuster daran gehindert werden, durch Anlegen von Drücken in den nachfolgenden Schritten konvex verformt zu werden. Zu diesem Zweck werden die Drücke, die an die Schutz-Rohlagen und den verbundenen Aufbau aus den Rohlagen und die Schutz-Rohlagen angelegt werden, kleiner eingestellt als der Druck, der an das Laminat aus den Rohlagen angelegt wird.

Jede Schutz-Rohlage hat bevorzugt eine kleinere Dickenänderungsrate während seines Anbindungsprozesses als die Rohlagen, wenn die Drücke, die in den Schritten angelegt werden, nicht wie vorstehend erläutert, konditioniert sind. Infolge davon werden die Abschnitte der Substratoberflächen entsprechend den Innenschichtleitermustern daran gehindert, sich konvex zu verformen, so daß die Oberflächenflachheit des Substrats sichergestellt werden kann.

Eine relativ kostengünstige Aluminiumoxid-Rohlage kann für jede Schutz-Rohlage verwendet werden, und ein hochqualitatives, bei niedriger Temperatur brennbares Keramikmehrschichtsubstrat kann hergestellt werden, wenn die Erfindung auf die Herstellung eines bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikmehrschichtsubstrats angewendet wird, das bei einer Temperatur im Bereich zwischen 800 und 1.000°C gebrannt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; es zeigen:

1A und 1B einen Herstellungsschritt gemäß erster Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und gemäß Beispiel auf S. 21,

2 eine Draufsicht einer bei Experimenten verwendeten Rohlagenprobe,

3 schematisch die Bedingung für das Druckbrennen bei einer dritten Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung,

4 schematisch eine Bedingung, unter welcher der Schichtstoff aus Rohlagen zwischen zwei Schutz-Rohlagen sandwichartig angeordnet und daraufhin gepreßt wird, und

5 schematisch eine Bedingung, unter welcher der Schichtstoff aus Rohlagen zwischen zwei Schutz-Rohlageen sandwichartig angeordnet und daraufhin gebrannt wird, während er durch eine Preßmaschine 13 gepreßt wird.

Erste Ausführungsform
Ein Keramikmehrschichtsubstrat wird in den folgenden Schritten 1 bis 7 hergestellt.
1. Herstellung der Rohlage 21:
Ein Gemisch aus 10 bis 55 Gew.-% CaO, 45 bis 70 Gew.-% SiO₂, 0 bis 30 Gew.-% Al₂O₃ und 0 bis 10 Gew.-% Verunreinigungen und 5 bis 20% B₂O₃, bezogen auf das Gesamtgewicht des zuerst genannten, wird bei 1.450°C geschmolzen, um gesintert bzw. verglast zu werden. Daraufhin wird das gesinterte Gemisch rasch in Wasser abgeschreckt und in CaO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-Glaspulver mit einem mittleren Korndurchmesser von 4 bis 3,5 μm pulverisiert. Ein bei niederer Temperatur brennbares Keramikpulver wird durch Mischen von 50 bis 65 Gew.-% Glaspulver (bevorzugt 60 Gew.%) und 50 bis 35 Gew.-% Aluminiumoxidpulver (bevorzugt 40 Gew.-%), enthaltend 0 bis 10 Gew.-% Verunreinigungen, hergestellt. Ein Lösungsmittel, wie etwa Toluol oder Xylol, ein Bindemittel, wie etwa Acrylharz und ein Plastifizierer, wie etwa Dioctylphosphat (DOP), werden dem gemischten Pulver zugesetzt. Das Gemisch wird ausreichend vermischt, um eine Aufschlämmung mit einer Viskosität von 2000 bis 40000 mPas Centipoise) zu erhalten. Die Aufschläm mung wird durch einen Streichklingenprozeß in eine Rohlage 21 mit einer Dicke im Bereich zwischen 0,1 bis 0,4 mm überführt.
2. Herstellung einer Schutz-Rohlage 22 (Aluminiumoxid-Rohlage), die als Schutz-Rohlage dient:
Dasselbe Lösungsmittel, dasselbe Bindemittel und derselbe Plastifizierer, wie vorstehend genannt, werden einem Aluminiumoxidpulver zugesetzt, das 100 Gew.-% Al₂O₃ enthält. Das Gemisch wird ausreichend derart vermischt, daß eine Aufschlämmung erhalten wird. Die Aufschlämmung wird durch einen Abstreichklingenprozeß in eine Aluminiumoxid-Rohlage mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,4 mm überführt, welche als Schutz-Rohlage 22 dient. Die Schutz-Rohlage 22 hat eine geringere Dickenänderungsrate während des Anbindens unter Druck, wie nachfolgend erläutert, als die Rohlage 21, und sie wird bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1.550 und 1.600°C gebrannt. Die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 während des Anbindens unter Druck ist durch Auswählen des Typs und der Eigenschaft des Bindemittels (Acrylharz) durch Verändern der Menge des gemischten bzw. zugemischten Plastifizierers oder durch Auswählen der Korngröße (Rohdichte) von Aluminiumoxid und der Bröcklichkeit des Agglomerats einstellbar. Allgemein gesagt, wird die Rohlage 21 erweicht und ihre Dickenänderungsrate wird während des Verbindens unter Druck groß gemacht, wenn die Menge an Plastifizierer, die zugemischt wird, groß wird.
3. Stanzen:
Die Rohlagen 21 werden durch Stanzwerkzeuge oder eine Stanzmaschine (beide nicht gezeigt) zugeschnitten, um vorbestimmte Abmessungen aufzuweisen. Durchgangslöcher werden an vorbestimmten Stellen in den Rohlagen 21 mittels Stanzen gebildet. Außerdem werden die Schutz-Roh lagen 22 so geschnitten bzw. zugeschnitten, daß sie dieselben Abmessungen wie die Rohlagen 21 haben, oder größere Abmessungen als diese.
4. Innenschichtleitermuster:
Die Durchgangslöcher von jeder Rohlage 21 werden mit einer Zwischenschicht-Durchgangsleiterpaste gefüllt, die aus Ag, Ag/Pd, Au, Ag/Pt oder Cu besteht. Eine Verdrahtungsleiterpaste mit derselben Zusammensetzung wie die Zwischenschicht-Durchgangsleiterpaste wird auf die Rohlage 21 siebgedruckt und dient als Innenschicht, die in ein Verdrahtungsinnenschichtleitermuster 23 gebildet werden soll.
5. Laminieren bzw. Schichtstoffherstellen und Verbinden unter Druck:
Mehrere Rohlagen 21 werden mit zwei Schutz-Rohlagen 22 laminiert bzw. in einen Schichtstoff überführt, unter sandwichartigem Einschluß von ihnen, wie in 1 gezeigt. Der Schichtstoff bzw. das Laminat wird auf eine Temperatur im Bereich zwischen 80 bis 150°C erwärmt und daraufhin mit einem Druck im Bereich zwischen 50 bis 250 × 9,81 × 10⁴ Pa (kg/cm²) gepreßt, um dadurch in einem integralen Körper verbunden zu werden. Jede der Schutz-Rohlagen 22, die den Schichtstoff aus Rohlagen 21 sandwichartig einschließen, hat eine kleinere Dickenänderungsrate während dem Verbindungsvorgang unter Druck als jede Rohlage 21. Abschnitte der Substratoberflächen entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 werden daran gehindert, durch die Schutz-Rohlagen 22 konvex auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats selbst dann verformt zu werden, wenn das Innenschichtleitermuster 23 auf der Innenschicht des Substrats gebildet wird, wodurch die Oberflächenebenheit bzw. -flachheit des Substrats sichergestellt werden kann. Obwohl zwei Rohlagen 21 in der in 1 gezeigten Aufüh rungsform laminiert werden, können drei oder mehr Rohlagen 21 verwendet werden.
6. Brennen:
Der integrale Körper aus den Rohlagen 21 und den Schutz-Rohlagen 22, die wie vorstehend erläutert miteinander verbunden sind, wird bei einer Brenntemperatur für die Rohlagen 21 zwischen 800 und 1.000°C (bevorzugt 900°C) mit einem üblichen Elektroofen mit kontinuierlichem Bandantrieb gebrannt, um dadurch in ein Keramikmehrschichtsubstrat gebildet zu werden. Der integrale Körper kann in einer oxidierenden Atmosphäre (Luft) gebrannt werden, wenn entweder Ag, Ag/Pd, Au und Ag/Pt als Innenschichtleitermuster 23 verwendet wurden, während er in reduzierender Atmosphäre zur Unterbindung der Oxidation gebrannt werden muß, wenn Cu als das Innenschichtleitermuster 23 verwendet wurde. In diesem Hinblick werden die Schutz-Rohlagen 22 (Aluminiumoxid-Rohlagen) bei 1.550 bis 1.600°C gebrannt. Die Schutz-Rohlagen 22 bleiben demnach ungebrannt, wenn der integrale Körper bei 800 bis 1.000°C gebrannt wird. Das Lösungsmittel und/oder das Bindemittel in den Schutz-Rohlagen 22 werden bei dem Brennprozeß verstreut und bleiben als Aluminiumoxidpulver zurück.
Druck wird an das Substrat während des Brennprozesses nicht angelegt. Die Oberflächenebenheit des bei dem Verbindungsprozeß erhaltenen Substrats kann jedoch beibehalten werden. Die ebene oder X-Y-Schrumpfung des Substrats aufgrund des Brennens wird durch die Schutz-Rohlagen 22 beschränkt, so daß die Genauigkeit der Substratabmessungen sichergestellt ist.
7. Endbearbeitung:
Die Schutz-Rohlagen 22 oder das Aluminiumoxidpulver, die bzw. das an den gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats haftet bzw. haften, werden mittels Polieren oder dergleichen nach dem Brennen entfernt. Daraufhin wird eine Leiterpaste, die aus Ag, Ag/Pd, Au, Ag/Pt oder Cu besteht, auf die Ober- und Unterseite des Substrats siebgedruckt, um in Oberflächenschichtleitermuster gebildet zu werden, und daraufhin wird das Substrat bei 800 bis 1.000°C gebrannt.
Experimente wurden zum Zweck der Ermittlung der Wirkung der Verbindung des Laminats bzw. des Schichtstoffs aus Rohlagen 21 ausgeführt, die zwischen den zwei Schutz-Rohlagen 22 sandwichartig angeordnet sind, und zwar unter Druck.
Experiment 1:
Testproben von Rohlagen 21 wurden aus bei niedriger Temperatur brennbarer Keramik hergestellt, die aus dem vorstehend erläuterten Gemisch aus 50 bis 65 Gew.-% Glaspulver vom CaO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-System und 50 bis 35 Gew.-% Aluminiumoxidpulver besteht. Die Rohlage 21 wurde so ausgestanzt, daß eine Rohlage 30 mit 30 mm² erhalten wurde. Ein Innenschichtleitermuster mit 10 mm² wurde auf die Oberfläche des gestanzten Schichtteils gedruckt, wie in 2 gezeigt. Das Innenschichtleitermuster 23 hatte eine Dicke von 100 μm. Die Rohlage 21 ohne irgendein Innenschichtleitermuster 23 wurde auf der Rohlage 21 angeordnet, auf welcher das Innenschichtleitermuster 23 gedruckt war, und daraufhin wurden diese Rohlagen 21 durch zwei Schutz-Rohlagen 22 sandwichartig eingeschlossen, wie in 1A und 1B gezeigt. Aluminiumoxid-Rohlagen, jeweils bestehend aus 100 Gew.-% Al₂O₃ wurden als die Schutz-Rohlagen 22 verwendet.
TABELLE 1 zeigt die Beziehung zwischen dem angelegten Druck beim Verbinden der Testproben und einer Dickenänderungsrate für die Rohlage 21.
TABELLE 1
Die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 21 kann durch die folgende Gleichung erhalten werden: R = (Tb – Ta)/Tb × 100 (%) (1)wobei R die Dickenänderungsrate ist, Tb die Dicke vor dem Druckanlegen ist und Ta die Dicke nach dem Druckanlegen ist.
TABELLE 2 zeigt die Meßergebnisse für die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 100 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit vor dem Brennen und der Substratoberflächenunregelmäßigkeit nach dem Brennen: TABELLE 2
Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 13%, wenn der angelegte Druck 100 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, wie in TABELLE 1 gezeigt.
Da die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 kleiner war als diejenige (13%) der Rohlage 21 in Probe Nrn. 1 bis 3, wurde auf den Substratoberflächen sowohl vor wie nach dem Brennen keine Unregelmäßigkeit gefunden, weshalb die Substratoberflächen eben bzw. flach blieben. Infolge davon wurde die Zuverlässigkeit der Innenschichtleitermuster, die auf die Oberflächen des gebrannten Substrats gedruckt und daraufhin gebrannt wurden und die Zuverlässigkeit der Verbindung eines IC-Chips, der auf dem gebrannten Substrat angebracht werden soll, verbessert.
In Probe Nrn. 4 bis 6 war jedoch die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 gleich oder höher als die Dickenänderungsrate (13%) der Rohlage 21. Demnach wurden die Substratoberflächen der Schutz-Rohlagen 22 während des Verbindens derart verformt, daß Abschnitte des Substrats entsprechend dem Innenschichtleitermuster 22 konvex waren. Infolge davon wurde eine Unregelmäßigkeit von etwa 0,06 mm auf den Substratoberflächen gebildet. Eine derartige Oberflächenunregelmäßigkeit des Substrats verringert die Zuverlässigkeit der Innenschichtleitermuster, die auf die Oberflächen des gebrannten Substrats gedruckt sind, und die Zuverlässigkeit der Verbindung des IC-Chip, der auf der Substratoberfläche angebracht werden soll.
TABELLE 3 zeigt die Meßergebnisse für die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 50 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit vor dem Brennen und der Substratoberflächenunregelmäßigkeit nach dem Brennen: TABELLE 3
Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 10%, wenn der angelegte Druck 50 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, wie in TABELLE 1 gezeigt.
Da die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 kleiner war als diejenige (10%) der Rohlage 21 in Probe Nrn. 7 bis 9, wurde auf den Substratoberflächen sowohl vor wie nach dem Brennen keine Unregelmäßigkeit gefunden, weshalb die Substratoberflächen eben blieben. Bei der Probe Nr. 10 war die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 jedoch gleich zu derjenigen (10%) der Rohlage 21. Die Substratoberflächen der Rohlagen 22 wurden deshalb während des Verbindens unter Druck verformt, so daß die Abschnitte des Substrats entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 konvex waren. Infolge davon wurde eine Unregelmäßigkeit von etwa 0,05 mm auf den Substratoberflächen gebildet.
Experiment 2:
Testproben der Rohlage 21 wurden aus einer bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik hergestellt, die aus einem Gemisch von 50 bis 65 Gew.-% Glaspulver vom MgO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-System mit 50 bis 35 Gew.-% Aluminiumpulver besteht. Das Glaspulver bestand aus 10 bis 55 Gew.-% MgO, 45 bis 70 Gew.-% SiO₂, bis hin zu 30 Gew.-% Al₂O₃ und bis hin zu 10 Gew.-% Verunreinigungen und 5 bis 20% B₂O₃, bezogen auf das Gesamtgewicht des erstgenannten. Das Aluminiumoxidpulver enthielt bis hin zu 10 Gew.-% Verunreinigungen. Die anderen Bedingungen waren dieselben wie beim Experiment 1.
TABELLE 4 zeigt die Beziehung zwischen einem angelegten Druck beim Verbinden der Testproben unter Druck und einer Dickenänderungsrate der Rohlage 21: TABELLE 4
TABELLE 5 zeigt die Meßergebnisse der Dickenänderungsrate für die Schutz-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 100 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, der Substratsoberflächenunregelmäßigkeit vor dem Brennen und der Substratoberflächenunregelmäßigkeit nach dem Brennen: TABELLE 5
Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 21%, wenn der angelegte Druck 100 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, wie in TABELLE 4 gezeigt. Da die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 kleiner war als diejenige (21%) der Rohlage 21 in Probe Nrn. 11 bis 13, wurde keine Unregelmäßigkeit auf den Substratoberflächen sowohl vor wie nach den Brennen gefunden, weshalb die Substratoberflächen eben blieben. Bei Probe Nr. 14 war jedoch die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 größer als diejenige (21%) der Rohlage 21. Deshalb wurden die Substratoberflächen der Schutz-Rohlagen 22 während des Verbindens unter Druck derart verformt, daß Abschnitte des Substrats entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 konvex waren. Infolge davon wurde eine Unregelmäßigkeit von etwa 0,06 mm auf den Substratoberflächen gebildet.
TABELLE 6 zeigt die Meßergebnisse der Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 50 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit vor dem Brennen und der Substratoberflächenunregelmäßigkeit nach dem Brennen: TABELLE 6
Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 15%, wenn der angelegte Druck 50 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, wie in TABELLE 4 gezeigt.
Da die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 kleiner war als diejenige (15%) der Rohlage 21 in Probe Nrn. 15 bis 17, wurde keine Unregelmäßigkeit auf den Substratoberflächen sowohl vor wie nach dem Brennen gefunden, weshalb die Sub stratoberflächen eben blieben. Bei Probe 18 war die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 jedoch größer als diejenige (15%) der Rohlage 21. Deshalb wurden die Substratoberflächen der Schutz-Rohlage 22 während des Verbindens unter Druck derart verformt, daß die Abschnitte des Substrats entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 konvex waren. Infolge davon wurde eine Unregelmäßigkeit von etwa 0,05 mm auf den Substratoberflächen gebildet.
Zweite Ausführungsform
Während bei der ersten Ausführungsform an das Substrat während des Brennens kein Druck angelegt wird, wird bei der zweiten Ausführungsform während des Brennens an das Substrat Druck angelegt. Der angelegte Druck während des Brennens liegt im Bereich zwischen 2 und 20 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²). Der übrige Aufbau ist derselbe wie bei der ersten Ausführungsform.
Bei der zweiten Ausführungsform wird ebenfalls keine Unregelmäßigkeit auf den Substratoberflächen vor und nach dem Brennen gefunden, wenn die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 kleiner gemacht wird als diejenige der Rohlage 21, weshalb die Substratoberflächen eben bleiben. Das Brennen unter Druck verhindert außerdem das Auftreten einer Wölbung des Substrats während des Brennens und eine Delaminierung der Zwischenschicht.
Dritte Ausführungsform
Bei der dritten Ausführungsform werden die Rohlagen 21 unter Druck laminiert und verbunden, jedoch ohne Verwendung der Schutz-Rohlagen 22 in Übereinstimmung mit einem gewöhnlichen Verfahren zum Laminieren von Rohlagen. Die Schutz-Rohlagen 22 werden auf gegenüberliegenden Oberflächen des verbundenen. Laminats bzw. Schichtkörpers aus Rohlagen 21 in dem Druckbrennprozeß jeweils aufgetragen. Jede Schutz-Rohlage 22 hat eine kleinere Dickenänderungsrate während der Druckausübung als die Dickenänderungsrate jeder Rohlage 21 vor Einleitung von Schrumpfen aufgrund des Brennens, und eine höhere Brenntemperatur als die Rohlagen 21. Das verbundene Laminat aus den Rohlagen 21 wird bei einer Brenntemperatur der Rohlagen 21 zusammen mit den Schutz-Rohlagen 22 gebrannt, die auf die gegenüberliegenden Oberflächen des Laminats aufgetragen sind, während Druck durch die Preßmaschine 24 an sie angelegt wird. Der angelegte Druck während des Brennens liegt im Bereich zwischen 2 und 20 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²). Der übrige Aufbau ist derselbe wie bei der ersten Ausführungsform.
Wenn die Substratoberfläche durch das Innenschichtleitermuster 23 der inneren Schicht während des Verbindungsvorgangs konvex verformt werden sollte, würde das angebundene Laminat aus den Rohlagen 21 zwischen den Schutz-Rohlagen 22 sandwichartig angeordnet und während des Brennens gepreßt werden. Der konvex verformte Abschnitt des Substrats wird derart niedergedrückt, daß die Oberfläche des Substrats eingeebnet wird.
Das Experiment 3 wurde für den Zweck ausgeführt, das Herstellungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform zu ermitteln.
Experiment 3:
Die Testproben aus Rohlagen 21 wurden aus der bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik hergestellt, die aus dem Gemisch aus 50 bis 65 Gew.-% Glaspulver vom CaO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-System und 50 bis 35 Gew.-% Aluminiumoxidpulver besteht, wie im Experiment 1. Die Aluminiumoxid-Rohlagen 21, die jeweils zu 100 Gew.-% aus Al₂O₃ bestehen, wurden als die Schutz-Rohlagen 22 verwendet.
TABELLE 7 zeigt die Beziehung zwischen dem angelegten Druck beim Brennen der Testproben unter Druck und der Dickenänderungsrate der Rohlage 21 vor Einleitung der Schrumpfung aufgrund des Brennens: TABELLE 7
TABELLE 8 zeigt die Meßergebnisse der Dickenänderungsrate für die Schutz-Rohlage 22, wenn die Testproben unter dem Druck von 10 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) gebrannt werden, und der Substratoberflächenunregelmäßigkeit nach dem Druckbrennen: TABELLE 8
Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 2%, wenn der angelegte Druck 10 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, wie in TABELLE 7 gezeigt.
Da die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 kleiner war als diejenige (2%) der Rohlage 21 in Probe Nr. 19, wurden Unregelmäßigkeiten, die auf der Substratoberfläche während des Verbindens der Rohlagen 21 gebildet wurden, durch das Druckbrennen modifiziert, so daß die Substratoberflächen eben gemacht wurden. In Probe 20 wurden die Unregelmäßigkeiten, die auf den Substratoberflächen während des Verbindens der Rohlagen 21 gebildet wurden, jedoch nicht modifiziert, weil die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 größer war als diejenige (2%) der Rohlagen 21, wodurch eine Unregelmäßigkeit von etwa 0,04 mm auf den Substratoberflächen gebildet wurde.
TABELLE 9 zeigt die Meßergebnisse der Dickenänderungsrate für die Schutz-Rohlage 22, wenn die Testproben unter dem Druck von 20 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) gebrannt wurden, und der Substratoberflächenunregelmäßigkeit nach dem Druckbrennen: TABELLE 9
Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 4%, wenn der angelegte Druck 20 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, wie in TABELLE 7 gezeigt.
Da die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 kleiner war als diejenige (4%) der Rohlage 21 in Probe Nrn. 21 und 22, wurden Unregelmäßigkeiten, die auf der Substratoberflächen während des Verbindens der Rohlagen 21 gebildet wurden, durch das Druckbrennen modifiziert, so daß die Substratoberflächen eben gemacht wurden. In Probe 23 wurden die Unregelmäßigkeiten, die auf den Substratoberflächen während des Verbindens der Rohlagen 21 gebildet wurden, jedoch nicht modifiziert, weil die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 größer war als diejenige (4%) der Rohlagen 21, wodurch eine Unregelmäßigkeit von etwa 0,04 mm auf den Substratoberflächen gebildet wurde.
Obwohl die Schutz-Rohlagen 22 als Lagenbeschränkungs- bzw. -begrenzungselemente bei der dritten Ausführungsform verwendet werden, können stattdessen Keramikplatten dafür verwendet werden.
Beispiel
Bei einem nicht erfindungsgemässem Beispiel wird der an die Rohlagen 21 während des Verbindens unter Druck angelegte Druck so eingestellt, daß er größer als die Drücke ist, die während den nachfolgenden Schritten angelegt werden (dem Aufbringen der Schutz-Rohlagen 22 und dem Druckbrennen). Das heißt, die während des Aufbringens der Schutz-Rohlagen 22 auf gegenüberliegende Oberflächen des verbundenen Laminats aus Rohlagen 21 angelegten Drücke und diejenigen während des Druckbrennschritts werden so eingestellt, daß sie kleiner sind als der Druck, der an die Rohlagen 21 während des Druckverbindungsschritts angelegt wird.
In bezug auf 1A und 1B wird nunmehr das Verfahren gemäß dem Beispiel erläutert. Die Herstellung der Rohlagen 21, die Herstellung der Schutz-Rohlagen 22, die als Schutz-Rohlagen dienen, das Stanzen und Siebdrucken der Innenschichtleitermuster bzw. -strukturen sind dieselben wie diejenigen; die bei der ersten Ausführungsform mit 1. bis 4. beziffert sind.
5. Verbinden der Rohlagen 21 unter Druck:
Eine Mehrzahl von Rohlagen 21 wird aufeinander laminiert, und das Laminat wird auf eine Temperatur im Bereich zwischen 80 bis 150°C erwärmt und daraufhin unter einem Druck im Bereich zwischen 50 und 250 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) gepreßt, um dadurch in einen integralen Körper verbunden zu werden. In diesem Fall ist der an die Rohlagen 21 während des Verbindens angelegte Druck größer eingestellt als die Drücke, die während der nachfolgenden Schritte angelegt werden (das Aufbringen der Rohlagen 22 und das Druckbrennen). Die Oberflächen des Substrats oder die Oberflächen der Oberflächenschicht-Rohlagen 21 werden durch flache Stempel bzw. Druckplatten einer (nicht gezeigten) Preßmaschine während des Verbindungsschritts gepreßt. Demnach kann die Oberflächenflachheit des Substrats beibehalten werden. Obwohl zwei Rohlagen 21 bei dem in 1A und 1B gezeigten Beispiel laminiert bzw. geschichtet werden, können drei oder mehr Rohlagen 21 verwendet werden.
6. Verbinden der Schutz-Rohlagen 22 unter Druck:
Zwei Schutz-Rohlagen 22, die jeweils eine höhere Brenntemperatur aufweisen als die Rohlagen 21 werden auf gegenüberliegenden Oberflächen des verbundenen Körpers aus Rohlagen 21 angeordnet und daraufhin gepreßt, um in einen einzigen Aufbau verbunden zu werden, wie in 1B gezeigt. Der an die Schutz-Rohlagen 22 angelegte Druck wird so eingestellt, daß er kleiner ist als derjenige, der an die Rohlagen 21 im vorausgehenden Schritt angelegt wurde, wodurch die Abschnitte der Substratoberflächen entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 daran gehindert wurden, konvex verformt zu werden, so daß die Oberflächenflachheit des Substrats sichergestellt ist.
7. Brennen:
Der Aufbau aus den Rohlagen 21 und den Schutz-Rohlagen 22, die wie vorstehend erläutert miteinander verbunden sind, wird bei einer Brenntemperatur für die Rohlage 21 im Bereich zwischen 800 und 1.000°C (bevorzugt 900°C) mit einem üblichen kontinuierlich bandangetriebenen Elektroofen gebrannt, um in ein Keramikmehrschichtsubstrat gebildet zu werden. Der verbundene Aufbau kann in oxidierender Atmosphäre (Luft) gebrannt werden, wenn entweder Ag, Ag/Pd, Au und Ag/Pt als das Innenschichtleitermuster 23 verwendet wird, während sie in reduzierender Atmosphäre zum Verhindern einer Oxidation gebrannt werden muß, wenn Cu als das Innenschichtleitermuster 23 verwendet wird. In diesem Hinblick wird ein Druck (beispielsweise 2 bis 20 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²), der kleiner ist als beim Ver bindungsschritt der Rohlagen 21, an den Aufbau während des Brennschritts angelegt, wodurch die Abschnitte der Substratoberflächen entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 daran gehindert werden, konvex verformt zu werden, so daß die Oberflächenflachheit des Substrats sichergestellt und die Wölbung des Substrats und eine Zwischenschicht-Entlaminierung während des Brennens verhindern werden können.
8. Endbearbeiten:
Die Schutz-Rohlagen 22 oder das Aluminiumpulver, das auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats haftet, werden mittels Polieren oder dergleichen nach dem Brennen entfernt. Daraufhin wird eine Leiterpaste, bestehend aus Ag, Ag/Pd, Au, Ag/Pt oder Cu, auf die Ober- und Unterseite des Substrats siebgedruckt, um in Oberflächenschicht-Leitermuster gebildet zu werden, und daraufhin wird das Substrat bei 800 bis 1.000°C gebrannt.
Vierte Ausführungsform
Der an die Rohlagen 21 während des gegenseitigen Verbindens angelegte Druck wird größer eingestellt als die Drücke, die während der nachfolgenden Schritte bei der vierten Ausführungsform angelegt werden, so daß die Oberflächenflachheit des Substrats sichergestellt ist. Bei der vierten Ausführungsform wird jede Schutz-Rohlage 22 jedoch so gebildet, daß sie eine kleinere bzw. geringere Dickenänderungsrate während des unter Druck stattfindenden Verbindens aufweist als die Rohlagen 21, im Gegensatz zu den wie vorstehend erläutert konditionierten Drücken bei den jeweiligen Schritten. Die übrige Anordnung ist dieselbe wie diejenige bei dem zuvor beschriebenen Beispiel,
Bei der vierten Ausführungsform wird jede Schutz-Rohlage 22 so gebildet, daß sie eine geringere Dickenänderungsrate während des unter Druck stattfindenden Verbindens aufweist als die Rohlagen 21, so daß diejenigen Abschnitte der Substrat oberflächen entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 daran gehindert werden, sich konvex zu verformen, so daß die Oberflächenflachheit des Substrats sichergestellt ist. In diesem Fall kann die Substratoberflächenflachheit selbst dann sichergestellt werden, wenn der an die Rohlagen 21 während des Druckverbindens der Lagen 21 angelegte Druck gleich oder kleiner als der Druck ist, der an die Schutz-Rohlagen 22 während des Druckverbindens der Lagen 22 angelegt wird. Andererseits wird bei dem zuvor beschrieben Beispiel der an die Rohlagen 21 während des Druckverbindens angelegte Druck so eingestellt, daß er größer ist als die Drücke, die während der nachfolgenden Schritte angelegt werden (das Anbringen der Schutz-Rohlagen 22 und das Druckbrennen), so daß die Substratoberflächenflachheit selbst dann sichergestellt werden kann, wenn die Dickenänderungsrate jeder Schutz-Rohlage 22 während des Druckverbindens gleich oder größer ist als diejenige jeder Rohlage 21.
Experimente wurden zu dem Zweck ausgeführt, die Wirkungen des Anbindens der Schutz-Rohlagen 22 unter Druck und des Druckbrennens in Bezug auf das Beispiel und die vierte Ausführungsform zu ermitteln.
Experiment 4:
Testproben aus Rohlagen 21 wurden aus einer bei niedriger Temperatur brennbarer Keramik hergestellt, die aus dem Gemisch aus Glaspulver vom CaO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-System und dem Aluminiumoxidpulver bestehen, und sie waren dieselben wie diejenigen, die die bei dem vorstehend erläuterten Experiment 1 verwendet wurden. Die vorstehend genannte TABELLE 1 zeigt außerdem die Beziehung zwischen einem angelegten Druck beim Verbinden der Testproben und einer Dickenänderungsrate der Rohlage 21 im Experiment 4. Aluminiumoxid-Rohlagen 21, jeweils aus 100 Gew.-% Al₂O₃ bestehend, wurden als die Schutz-Rohlagen 22 verwendet.
Probe Nrn. 31 bis 34 in der nachfolgenden TABELLE 10 wurden gemäß dem zuvor beschriebenen Beispiel-Verfahrens hergestellt TABELLE 10 zeigt die Meßergebnisse der Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit sowohl vor wie nach dem Brennen, wenn die Rohlagen 21 miteinander unter einem Druck von 100 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) verbunden wurden. Woraufhin die zwei Schutz-Rohlagen 22 unter einem Druck von 50 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) gepreßt wurden, um dadurch mit den gegenüberliegenden Oberflächen des verbundenen Körpers aus Rohlagen 21 verbunden zu werden: TABELLE 10
Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 10%, wenn der angelegte Druck 50 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, wie in TABELLE 1 gezeigt.
Da der Druck, der an die Rohlagen 21 während des Verbindungsschritts der Lagen 21 angelegt wurde, größer war als derjenige Druck, der an die Schutz-Rohlagen 22 während des Anbindungsschritts der Lagen 22 angelegt wurde, wurden die Abschnitte der Substratoberflächen entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 daran gehindert, in Probe Nrn. 31 bis 34 konvex verformt zu werden, und zwar selbst dann, wenn die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 gleich oder größer war als diejenige der Rohlage 21. Die Oberflächen des Substrats blieben infolge davon in den Probe Nrn. 31 bis 34 flach, wodurch die Zuverlässigkeit der Innenschichtleitermuster, die nachfolgend auf die Oberflächen des gebrannten Substrats gedruckt wurden, und die Zuverlässigkeit der Anbindung eines IC-Chip, der auf den gebrannten Substrat angebracht werden soll, verbessert waren.
TABELLE 11 zeigt die Meßergebnisse der Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit sowohl vor wie nach dem Brennen, wenn die Rohlagen 21 miteinander unter einem Druck von 50 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) verbunden wurden, woraufhin die zwei Schutzrohlagen 22 unter einm Druck von 100 × 9,81 × 10⁴ Pa (kgf/cm³) gepresst wurden, um dadurch auf die gegenüberliegenden Oberflächen des gepreßten Körpers aus Rohlagen 21 angebunden zu werden. Die Probe Nr. 35 wurde gemäß der vierten Ausführungsform des Verfahrens hergestellt, während die Probe Nrn. 36 bis 38 Vergleichsfälle darstellen.
TABELLE 11
Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 13%, wenn der angelegte Druck 100 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, wie in TABELLE 1 gezeigt.
Da die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 kleiner war als diejenige (13%) der Rohlage 21, wurden die Abschnitte der Substratoberflächen entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 daran gehindert, durch die Schutz-Rohlagen 22 in Probe Nr. 35 konvex verformt zu werden wie bei Probe Nr. 35 selbst dann, wenn der an die Rohlagen 21 während des Verbindens der Lagen 21 angelegte Druck kleiner war als der Druck, der an die Schutz-Rohlagen 22 angelegt wird, und zwar während des Anbindeschritts der Lagen 22. Infolge davon war die Oberflächenflachheit des Substrats bei Probe Nr. 35 sichergestellt.
Bei Probe Nrn. 36 bis 38 jedoch wurden die Abschnitte der Substratoberflächen (Schutz-Rohlagen 22) entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 während des Anbindeschritts der Schutz-Rohlagen 22 konvex verformt, weil die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlagen 22 größer war als diejenige (13%) der Rohlage 21. Infolge davon wurde eine Unregelmäßigkeit im Bereich zwischen 0,04 und 0,06 mm auf den Substratoberflächen gebildet. Jede Oberflächenunregelmäßigkeit des Substrats führte zu einer Verringerung der Zuverlässigkeit der Innenschichtleitermuster, die auf die Oberflächen des gebrannten Substrats gedruckt sind, und der Zuverlässigkeit der Anbindung eines IC-Chips, der auf der Substratoberfläche angebracht wurde.
Experiment 5:
Testproben aus Rohlagen 21 wurden aus bei niedriger Temperatur brennbarer Keramik hergestellt, die aus dem Gemisch aus Glaspulver vom MgO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-System und Aluminiumoxidpulver besteht, und die dieselben waren wie diejenigen, die beim Experiment 2 verwendet wurden. Dementsprechend zeigt die vorstehend angeführte TABELLE 4 die Beziehung zwischen einem angelegten Druck beim Verbinden der Testproben unter Druck und einer Dickenänderungsrate der Rohlage 21 im Experiment 5. Aluminiumoxid-Rohlagen, jeweils bestehend aus 100 Gew.-% Al₂O₃ wurden als die Schutz-Rohlagen 22 verwendet.
Probe Nrn. 39 bis 42 in der folgenden TABELLE 12 wurden mit gemäß dem zuvor beschriebenen Beispiel-Verfahren hergestellt. TABELLE 12 zeigt die Meßergebnisse der Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit sowohl vor wie nach dem Brennen, wenn die Rohlagen 21 miteinander unter einem Druck von 100 × 9,81 × 10⁴ Pa (kgf/cm³) gebrannt wurden, woraufhi die zwei Schutzrtohlagen 22 an den verbundenen Aufbau aus Rohlagen 21 unter dem Druck von 50 × 9,81 × 10⁴ Pa (kgf/cm³) angebunden wurden.
TABELLE 12
Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 15%, wenn der angelegte Druck 50 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, wie in TABELLE 4 gezeigt.
Da der an die Rohlagen 21 während des Verbindens der Lagen 21 angelegte Druck größer war als der an die Schutz-Rohlagen 22 während des Anbindeschritts der Lagen 22 angelegte Druck, wurden die Abschnitte der Substratoberflächen entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 daran gehindert, sich bei den Proben Nrn. 39 bis 42 selbst dann konvex zu verformen, wenn die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 gleich oder größer war als diejenige der Rohlage 21. Infolge davon blieben die Oberflächen des Substrats in den Proben Nrn. 39 bis 42 flach, wodurch die Oberflächenflachheit des Substrats in den Proben Nrn. 39 bis 42 sichergestellt war.
TABELLE 13 zeigt die Meßergebnisse der Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22, der Substratoberflächenunregelmäßig keit sowoh1 vor wie nach dem Brennen, wenn die Rohlagen 21 unter einem Druck von 50 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) miteinander verbunden wurden, woraufhin die zwei Schutz-Rohlagen 22 auf dem verbundenen Aufbau aus Rohlagen 21 unter einem Druck von 100 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) angebunden wurden. Die Proben Nrn. 43 und 44 wurden gemäß der vierten Ausführungsform des Verfahrens hergestellt, während es sich bei den Proben Nrn. 45 und 46 um Vergleichsfälle handelt.
TABELLE 13
Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 21%, wenn der angelegte Druck 100 × 9.81 × 10⁴ Pa (kgf/cm²) betrug, wie in TABELLE 4 gezeigt.
Da die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 kleiner war als diejenige (21%) der Rohlage 21, wurden die Abschnitte der Substratoberflächen entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 durch die Schutz-Rohlagen 22 in den Probe Nrn. 43 und 44 selbst dann daran gehindert, sich konvex zu verformen, wenn der an die Rohlagen 21 während des Verbindens der Lagen 21 angelegte Druck kleiner war als der Druck, der an die Schutz-Rohlagen 22 während des Anbindungsschritts der Lagen 22 angelegt wurde. Infolge davon wurde die Oberflächenflachheit des Substrats in den Probe Nrn. 43 und 44 sichergestellt.
In den Probe Nrn. 45 und 46 wurden die Abschnitte der Substratoberflächen (Schutz-Rohlagen 22) entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 jedoch während des Anbindens der Schutz-Rohlagen 22 konvex verformt, weil die Dickenänderungsrate der Schutz-Rohlage 22 größer war als diejenige (21%) der Rohlage 21. Infolge davon wurde eine Unregelmäßigkeit von etwa 0,06 mm auf den Substratoberflächen gebildet.
Das Gemisch aus dem Glaspulver vom CaO-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-System oder vom MgO-SiO₂Al₂O₃B₂O₃-System und dem Pulver aus Al₂O₃ wurde als Material für die Rohlagen 21 bei den vorstehend angeführten Ausführungsformen verwendet. Ein Gemisch aus einem Glaspulver vom SiO₂-B₂O₃-System und einem Al₂O₃-Pulver oder einem Gemisch aus einem Glaspulver vom PbO-SiO₂-B₂O₃-System und einem Al₂O₃-Pulver können als Material für die Rohlagen 21 stattdessen verwendet werden. Außerdem kann ein bei einer Temperatur von 800 bis 1.000°C brennbares Keramikmaterial, wie etwa ein kristallisiertes Glas vom Kordieritsystem ebenfalls als Material für die Rohlagen 21 verwendet werden.
Außerdem kann die Rohlage aus einer dielektrischen Keramik, wie etwa einer Verbindung aus Blei und Perowskit, vom SrTiO₃-System, vom BaTiO₃-System oder vom CaTiO₃-System hergestellt werden. Diese Rohlage kann als Innenschicht des Substrats laminiert werden und ein Kondensator kann in der Innenschicht eingebettet werden. Ein Widerstand aus einer Paste aus RuO₂ kann in die Innenlage des Substrats eingebettet werden.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines bei niedriger Temperatur brennbaren Keramikmehrschichtsubstrats bei den vorstehend angeführten Ausführungsformen angewendet wurde, kann sie zur Herstellung von Keramikmehrschichtsubstraten aus Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid verwendet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Keramikmehrschichtsubstrats, bei welchem mehrere Rohlagen (21), enthaltend eine innere Rohlage, auf der ein Innenschichtleitermuster gebildet ist, miteinander laminiert, zum miteinander Verbinden gepreßt und gebrannt werden, gekennzeichnet durch die Schritte: Laminieren der mehreren Rohlagen (21) und Pressen eines Laminats aus den Rohlagen (21) unter einem vorbestimmten Druck zusammen mit Schutz-Rohlagen (22), die auf gegenüberliegende Oberflächen des Laminats aufgebracht werden, wodurch das Laminat und die Schutz-Rohlagen (22) miteinander verbunden werden, wobei jede Schutz-Rohlage (22) eine geringere Dickenänderungsrate als die Rohlagen (21) während des Verbindens und eine höhere Brenntemperatur als die Rohlagen (21) aufweist, und Entfernen der Schutz-Rohlagen (22) von den gegenüberliegenden Oberflächen des gebrannten Körpers, nachdem ein verbundener Aufbau aus den Rohlagen (21) und den Schutz-Rohlagen (22) bei einer Brenntemperatur der Rohlagen (21) gebrannt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druck an die Schutz-Rohlagen (22) während des Brennschritts angelegt wird, um die verbundenen Rohlagen (21) zu pressen.
Verfahren zum Herstellen eines Keramikmehrschichtsubstrats, bei dem mehrere Rohlagen, enthaltend eine innere Rohlage, die mit einem Innenschichtleitermuster gebildet ist, zusammen laminiert, zum miteinander Verbinden gepreßt und unter Druck gebrannt werden, gekennzeichnet durch die Schritte: Brennen eines verbundenen Laminats aus Rohlagen (21) bei einer Brenntemperatur der Rohlagen (21) zusammen mit Schutz-Rohlagen (22), die auf gegenüberliegende Oberflächen des verbundenen Laminats aufgetragen werden; während Druck an das verbundene Laminat angelegt wird, wobei jede der Schutz-Rohlagen (22) eine kleinere Dickenänderungsrate während des Druckanlegens an sie aufweist, als die Rohlagen (21) vor Beginn der Schrumpfung aufgrund des Brennens, und eine höhere Brenntemperatur als die Rohlagen (21), und Entfernen der Schutz-Rohlagen (22) von den gegenüberliegenden Oberflächen des gebrannten Körpers.
Verfahren zum Herstellen eines Keramikmehrschichtsubstrats, aufweisend die Schritte: Laminieren mehrerer Rohlagen (21), die eine Innenrohlage aufweisen, die mit einem Innenschichtleitermuster gebildet ist, und Pressen eines Laminats aus den Rohlagen unter einem vorbestimmten Druck, wodurch das Laminat miteinander verbunden wird, Pressen von Schutz-Rohlagen, wodurch die Schutz-Rohlagen mit gegenüberliegenden Oberflächen des verbundenen Laminats aus Rohlagen verbunden werden, wobei jede Schutz-Rohlage eine höhere Brenntemperatur als die Rohlagen aufweist, Brennen eines verbundenen Aufbaus aus Rohlagen und Schutz-Rohlagen bei einer Brenntemperatur der Rohlagen, während ein Druck an den Aufbau angelegt wird, und Entfernen der Schutz-Rohlage von den gegenüberliegenden Oberflächen des gebrannten Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schutz-Rohlage (22) eine kleinere Dickenänderungsrate während des Verbindens als die Rohlagen (21) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rohlage (21) aus einer bei niedriger Temperatur brennbaren Keramik mit einer Brenntemperatur im Bereich zwischen 800 und 1.000°C gebildet ist.