DE19758797B4

DE19758797B4 - Verfahren zum Herstellen eines Keramikmehrschichtsubstrats

Info

Publication number: DE19758797B4
Application number: DE19758797A
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: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2017-03-13

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Keramikmehrschichtsubstrats, aufweisend die Schritte:
Laminieren mehrerer Rohlagen (21), die eine Innenrohlage aufweisen, die mit einem Innenschichtleitermuster gebildet ist;
Pressen eines Laminats der Rohlagen unter einem vorbestimmten Druck, wodurch das Laminat miteinander verbunden wird;
Pressen von Schutz-Rohlagen (22), während ein Druck an die Schutz-Rohlagen (22) angelegt wird, wodurch die Schutz-Rohlagen (22) mit gegenüberliegenden Oberflächen des verbundenen Laminats aus Rohlagen (21) in einem einzigen Aufbau verbunden werden, wobei jede Schutz-Rohlage (22) eine höhere Brenntemperatur als die Rohlagen (21) aufweist;
Brennen des verbundenen Aufbaus aus Rohlagen (21) und Schutz-Rohlagen (22) bei einer Brenntemperatur der Rohlagen (21), während ein Druck an den Aufbau angelegt wird; und
Entfernen der Schutz-Rohlagen (22) von den gegenüberliegenden Oberflächen eines gebrannten Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß
der vorbestimmte Druck, der an das Laminat aus Rohlagen (21) während des Verbindungsschrittes angelegt wird, größer als die Drücke ist, die während der nachfolgenden...

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 einer Abmessungsgenauigkeit der Substrate in jüngster Zeit wünschenswert geworden. Die PCT 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 Freigabe-Rohlagen versehen ist, die auf der Ober- bzw. Unterseite der Rohlage angeordnet sind. Jede Freigabe-Rohlage bleibt bei einer Brenntemperatur der Rohlage ungesintert. Die Rohlage wird mit dem gestapelten Aufbau unter Druck gebrannt. Daraufhin werden die ungesinterten Freigabe-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 Leitermuster bzw. -strukturen auf, die auf der Innenseite davon gebildet sind. Die Oberflächen des Substrats werden so verformt, daß Abschnitte davon entsprechend dem Leitermuster 14 auswärts konvex verformt werden, wenn, wie in 4 gezeigt, Druck auf ein Laminat aus Rohlagen 11 angelegt wird, wobei zwei Freigabe-Rohlagen 12 auf gegenüberliegenden Oberflächen des Laminats so angeordnet sind, daß das Laminat bzw. der Schichtkörper und die Freigabe-Rohlagen 12 miteinander verbunden sind, oder wenn, wie in 5 gezeigt, ein verbundenes Laminat aus Rohlagen 11 zusammen mit den Freigabe-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 Leitermuster, 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.
Ein weiteres Problem bei der Produktion solcher Substrate besteht darin, dass ein Schrumpfen der Substrate bzw. der Substratoberflächen während der Produktion verhindert werden muss, um die Leiterbahnen nicht zu beschädigen. Im Zusammenhang mit dieser Problematik sind eine Reihe unterschiedlicher Lösungsansätze veröffentlicht.
Beispielsweise beschreibt die europäische Patentschrift EP 0244696 B1 ein Verfahren zum Herstellen eines keramischen Mehrschichtsubstrates mit massivem nicht-porösem Metallleiter, das es ermöglicht, schmale Leiterbahnen aus massiven Metallleitern auf einer Mehrzahl von keramischen Rohschichten anzuordnen und die Mehrzahl der keramischen Rohschichten so miteinander zu laminieren, dass bei einem darauffolgenden Sintern die laminierte Keramik an einer Schrumpfung in der x- und der y-Richtung gehindert wird, so dass die Leiterbahnen nicht beschädigt werden können.
Die europäische Patentschrift EP 0511301 B1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zum Vermindern des Schrumpfens beim Bren nen von keramischen Grünkörpern, bei dem das x-y-Schrumpfen im Wesentlichen dadurch verhindert wird, dass ein keramisches Trennband auf die Oberfläche der keramischen Schichten aufgetragen wird, welches durch Erzeugen einer hohen Reibung zwischen dem Trennband und dem Rohling dazu beiträgt, das Schrumpfen während des Sinterns zu verhindern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Keramikmehrschichtsubstrats bereitzustellen, bei welchem die Oberflächenflachheit des Substrats verbessert werden kann.
Um diese Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikmehrschichtsubstrats, bei welchem mehrere Rohlagen, enthaltend eine innere Rohlage, auf der ein Leitermuster 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 Lagenbegrenzungselementen, die auf gegenüberliegende Oberflächen des Laminats aufgebracht werden, wodurch das Laminat und die Lagenbegrenzungselemente miteinander verbunden werden, wobei jedes Lagenbegrenzungselement eine geringere Dickenänderungsrate als die Rohlagen während des Verbindens und eine höhere Brenntemperatur als die Rohlagen aufweist, und Entfernen der Lagenbegrenzungselemente von den gegenüberliegenden Oberflächen des gebrannten Körpers, nachdem ein verbundener Aufbau aus den Rohlagen und den Lagenbegrenzungselementen bei einer Brenntemperatur der Rohlagen gebrannt wurde.
Gemäß diesem Verfahren weisen die Lagenbegrenzungselemente, die das Laminat aus den Rohlagen sandwichartig einschließen, eine geringere Dickenänderungsrate auf, als die Rohlagen während des Verbindungsvorgangs. Die Lagenbegrenzungselemente, die auf die jeweiligen gegenüberliegenden Oberflächen des Laminats aufgetragen werden, verhindern, daß die Substratoberflächenabschnitte entsprechend dem Innenschichtleitermuster konvex selbst dann verformt werden, wenn das Leitermuster 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 Lagenbegrenzungselemente das X-Y-Schrumpfen des Substrats während des Brennens.
Das verbundene Laminat aus den Rohlagen kann gebrannt werden, während Druck an die Lagenbegrenzungselemente angelegt wird, um die Rohlagen wie beim Preisschritt zu pressen. Infolge davon können eine Wölbung des Substrats und eine Zwischenschichtendlaminierung während des Brennens verhindert werden.
Die Erfindung schafft außerdem ein Verfahren, bei welchem die Rohlagen unter Druck ohne die Rohlagenbegrenzungselemente gemäß einem herkömmlichen Verfahren zum Laminieren von Rohlagen laminiert und verbunden werden. Die Rohlagenbegrenzungselemente werden daraufhin auf gegenüberliegende Oberflächen des verbundenen Laminats aus den Rohlagen aufgebracht. Jedes Rohlagenbegrenzungselement 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 Lagenbegrenzungselementen gebrannt, während ein Druck daran angelegt wird.
Wenn die Substratoberfläche durch das Leitermuster der Innenschicht während des Verbindungsvorgangs der Rohlagen konvex verformt werden sollte, wird das verbundene Laminat aus den Rohlagen zwischen den Lagenbegrenzungselementen sandwichartig eingeschlossen und während des Brennens gepreßt. Der konvex verformte Abschnitt des Substrats wird dadurch derart niedergedrückt, daß die Oberfläche des Substrats eingeebnet wird.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren aufweisend die Schritte: Laminieren mehrerer Rohlagen enthaltend eine innere Rohlage, die mit einem Leitermuster gebildet ist, und Pressen eines Laminats aus den Rohlagen unter einem vorbestimmten Druck, wodurch das Laminat verbunden wird, Pressen von Lagebegrenzungselementen, während ein Druck an die Lagebegrenzungselemente angelegt wird, wodurch die Lagebegrenzungselemente an gegenüberliegende Oberflächen des verbundenen Laminats aus den Rohlagen angebunden wird, wobei jedes Lagenbegrenzungselement eine höhere Brenntemperatur aufweist als die Rohlagen, Brennen des verbundenen Aufbaus aus den Rohlagen und den Rohlagenbegrenzungselementen bei einer Brenntemperatur der Rohlagen, während ein Druck an den Aufbau angelegt wird, und Entfernen der Lagenbegrenzungselemente von den gegenüberliegenden Oberflächen des gebrannten Körpers. Bei diesem Verfahren wird der an das Laminat aus den Rohlagen angelegte Druck größer eingestellt als die Drücke, die in den nachfolgenden Schritten angelegt werden (dem Anbringen der Rohlagenbegrenzungselemente und dem Brennen unter Druck). Das heißt, die Drücke, die während des Schritts zum Anbringen der Rohlagenbegrenzungselemente angelegt werden, und während des Schritts zum Brennen unter Druck, werden kleiner eingestellt als der Druck, der an das Laminat aus den Rohlagen während des Verbindungsschritts 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 Lagenbegrenzungselemente und den verbundenen Aufbau aus den Rohlagen und die Lagenbegrenzungselemente angelegt werden, kleiner eingestellt als der Druck, der an das Laminat aus den Rohlagen angelegt wird.
Jedes Lagenbegrenzungselement 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 jedes Lagenbegrenzungselement verwendet werden, und ein hoch-qualitatives, 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 ersten und vierten Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung,
2 eine Draufsicht einer bei Experimenten verwendeten Rohlagenprobe,
3 schematisch die Bedingung für das Druckbrennen bei einer dritten Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vor-liegenden Erfindung,
4 schematisch eine Bedingung, unter welcher der Schichtstoff aus Rohlagen zwischen zwei Freigabe-Rohlagen sandwichartig angeordnet und daraufhin gepreßt wird, und
5 schematisch eine Bedingung, unter welcher der Schichtstoff aus Rohlagen zwischen zwei Freigabe-Rohlagen sandwichartig angeordnet und daraufhin gebrannt wird, während er durch eine Preßmaschine 13 gepreßt wird.
Erstes Beispiel für ein Herstellungsverfahren
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 2.000 bis 40.000 Centipoise zu erhalten. Die Aufschlämmung wird durch einen Streichklingenprozeß in eine Rohlage 21 mit einer Dicke im Bereich zwischen 0,1 bis 0,4 mm überführt.
2. Herstellung einer Freigabe-Rohlage 22 (Aluminiumoxid-Rohlage), die als Lagenbegrenzungselement 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 Aluminiumoxid-Rohlage als Freigabe- Rohlage 22 dient. Die Freigabe-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 Freigabe-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 Freigabe-Rohlagen 22 so geschnitten bzw. zugeschnitten, daß sie dieselben Abmessungen wie die Rohlagen 21 haben, oder größere Abmessungen als diese.
4. Druckleitermuster:
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 Verdrahtungsleitermuster 23 gebildet werden soll.
5. Laminieren bzw. Schichtstoffherstellen und Verbinden unter Druck:
Mehrere Rohlagen 21 werden mit zwei Freigabe-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) gepreßt, um dadurch in einen integralen Körper verbunden zu werden. Jede der Freigabe-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 Freigabe-Rohlagen 22 konvex auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats selbst dann verformt zu werden, wenn das Leitermuster 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 Ausführungsform laminiert werden, können drei oder mehr Rohlagen 21 verwendet werden.
6. Brennen:
Der integrale Körper aus den Rohlagen 21 und den Freigabe-Rohlagen 22, die wie vorstehend erläutert miteinander verbunden sind, wird bei einer Brenntem peratur 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 Freigabe-Rohlagen 22 (Aluminiumoxid-Rohlagen) bei 1.550 bis 1.600°C gebrannt. Die Freigabe-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 Freigabe-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 Freigabe-Rohlagen 22 beschränkt, so daß die Genauigkeit der Substratabmessungen sichergestellt ist.
7. Endbearbeitung:
Die Freigabe-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 Sub strats 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 Freigabe-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 Leitermuster mit 10 mm² wurde auf die Oberfläche des gestanzten Schichtteils gedruckt, wie in 2 gezeigt. Das Leitermuster 23 hatte eine Dicke von 100 μm. Die Rohlage 21 ohne irgendein Leitermuster 23 wurde auf der Rohlage 21 angeordnet, auf welcher das Leitermuster 23 gedruckt war, und daraufhin wurden diese Rohlagen 21 durch zwei Freigabe-Rohlagen 22 sandwichartig eingeschlossen, wie in 1A und 1B gezeigt. Aluminiumoxid-Rohlagen, jeweils bestehend aus 100 Gew.-% Al₂O₃ wurden als die Freigabe-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

Beziehung zwischen dem angele gten Druck beim Verbinden der Testprobe und der Dickenänderungsrate der Rohlage 21
Angelegter Druck beim Verbinden	Dickenänderungsrate der Rohlage 21
100·(9,81·10⁴ Pa) 50·(9,81·10⁴ Pa)	13% 10%

Die Dickenänderungsrate der Freigabe-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 Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 100·9,81·10⁴ Pa betrug, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit vor dem Brennen und der Substratoberflächenunregelmäßigkeit nach dem Brennen: TABELLE 2

Fall, bei welchem die Testprobenunter einem Druck von 100·(9,81·10⁴ Pa) verbunden wurde
Probe Nr.	Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 100·(9,81· 10⁴ Pa) betrug	Substrat-Oberflächenunregelmäßigkeit vor dem Brennen	Substrat-Oberflächenunregelmäqßigkeit nach dem Brennen
erste Ausführungsform
1	2%	0,00 mm	0,00 mm
2	4%	0,00 mm	0,00 mm
3	7%	0,00 mm	0,00 mm
Vergleichsbeispiele
4	13%	0,06 mm	0,06 mm
5	15%	0,06 mm	0,06 mm
6	20%	0,06 mm	0,06 mm

Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 13%, wenn der angelegte Druck 100·(9,81·10 Pa) betrug, wie in TABELLE 1 gezeigt. Da die Dickenänderungsrate der Freigabe-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 Unregelmäßig keit gefunden, weshalb die Substratoberflächen eben bzw. flach blieben. Infolge davon wurde die Zuverlässigkeit der Leitermuster, 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 Freigabe-Rohlage 22 gleich oder höher als die Dickenänderungsrate (13%) der Rohlage 21. Demnach wurden die Substratoberflächen der Freigabe-Rohlagen 22 während des Verbindens derart verformt, daß Abschnitte des Substrate entsprechend dem Leitermuster 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 Leitermuster, 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 Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 50·(9,81·10⁴ Pa) betrug, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit vor dem Brennen und der Substratoberflächenunregelmäßigkeit nach dem Brennen: TABELLE 3

Fall, bei welchem die Testproben unter einem Druck von 50·(9,81·10⁴ Pa) verbunden wurde
Probe Nr.	Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 50·(9,81·10⁴ Pa) betrug	Substrat-Oberflächenunregelmäßigkeit Vor dem Brennen	Substrat-Oberflächenunregelmäßigkeit nach dem Brennen
erste Ausführungsform
7	1%	0,00 mm	0,00 mm
8	3%	0,00 mm	0,00 mm
9	5%	0,00 mm	0,00 mm
Vergleichsbeispiel
10	10%	0,05 mm	0,05 mm

Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 10%, wenn der angelegte Druck 50·9,81·10⁴ Pa betrug, wie in TABELLE 1 gezeigt.
Da die Dickenänderungsrate der Freigabe-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 Freigabe-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 Leitermuster 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.-% S±O₂, 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

Beziehung zwischen dem angele der Testprobe und der Dickenän	gten Druck beim Verbinden derungsrate der Rohlage 21
Angelegter Druck beim Verbinden	Dickenänderungsrate der Rohlage 21
100·(9,81·10⁴ Pa) 50·(9,81·10⁴ Pa)	21% 15%

TABELLE 5 zeigt die Meßergebnisse der Dickenänderungsrate für die Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 100·(9,81·10⁴ Pa) betrug, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit vor dem Brennen und der Substratoberflächenunregelmäßigkeit nach dem Brennen: TABELLE 5

Fall, bei welchem die Testproben unter einem Druck von 100·(9,81·10⁴ Pa) verbunden wurde
Probe Nr.	Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 100·(9,81·10⁴ Pa) betrug	Substrat-Oberflächenunregelmäßigkeit vor dem Brennen	Substrat-Oberflächenunregelmäßigkeit nach dem Brennen
Erste Ausführungsform
11	2%	0,00 mm	0,00 mm
12	7%	0,00 mm	0,00 mm
13	15%	0,00 mm	0,00 mm
Vergleichsbeispiele
14	13%	0,06 mm	0,06 mm

Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 21%, wenn der angelegte Druck 100·(9,81·10⁴ Pa) betrug, wie in TABELLE 4 gezeigt. Da die Dickenänderungsrate der Freigabe-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 dem Brennen gefunden, weshalb die Substratoberflächen eben blieben. Bei Probe Nr. 14 war jedoch die Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22 größer als diejenige (21%) der Rohlage 21. Deshalb wurden die Substratoberflächen der Freigabe-Rohlagen 22 während des Verbindens unter Druck derart verformt, daß Abschnitte des Substrats entsprechend dem Leitermuster 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 Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 50· (9,81·10⁴ Pa) betrug, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit vor dem Brennen und der Substratoberflächenunregelmäßigkeit nach dem Brennen: TABELLE 6

Fall, bei welchem die Testproben unter einem Druck von 50·(9,81·10⁴ Pa) verbunden wurde
Probe Nr.	Dickenände-rungsrate der Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 50·(9,81·10⁴ Pa) betrug	Substrat-Oberflächenunregelmäßigkeit vor dem Brennen	Substrat-Oberflächenunregelmäßigkeit nach dem Brennen
erste Ausführungsform
15	1%	0,00 mm	0,00 mm
16	5%	0,00 mm	0,00 mm
17	13%	0,00 mm	0,00 mm
Vergleichsbeispiele
18	20%	0,05 mm	0,05 mm

Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 15%, wenn der angelegte Druck 50·(9,81·10⁴ Pa) betrug, wie in TABELLE 4 gezeigt. Da die Dickenänderungsrate der Freigabe-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 Substratoberflächen eben blieben. Bei Probe 18 war die Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22 je doch größer als diejenige (15%) der Rohlage 21. Deshalb wurden die Substratoberflächen der Freigabe-Rohlage 22 während des Verbindens unter Druck derart verformt, daß die Abschnitte des Substrats entsprechend dem Leitermuster 23 konvex waren. Infolge davon wurde eine Unregelmäßigkeit von etwa 0,05 mm auf den Substratoberflächen gebildet.
Zweite erfindungsgemäße Ausführungsform
Während bei dem ersten Beispiel für ein Herstellungsverfahren 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). 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 Freigabe-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.
Drittes Beispiel für Herstellungsverfahren
Bei dem dritten Beispiel für ein Herstellungsverfahren werden die Rohlagen 21 unter Druck laminiert und verbunden, jedoch ohne Verwendung der Freigabe-Rohlagen 22 in Übereinstimmung mit einem gewöhnlichen Verfahren zum Laminieren von Rohlagen. Die Freigabe-Rohlagen 22 werden auf gegenüberliegenden Oberflächen des verbundenen Laminats bzw. Schichtkörpers aus Roh lagen 21 in dem Druckbrennprozeß jeweils aufgetragen. Jede Freigabe-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 Freigabe-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). Der übrige Aufbau ist derselbe wie bei der ersten Ausführungsform.
Wenn die Substratoberfläche durch das Leitermuster 23 der inneren Schicht während des Verbindungsvorgangs konvex verformt werden sollte, würde das angebundene Laminat aus den Rohlagen 21 zwischen den Freigabe-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 des dritten Beispiels 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 Freigabe-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

Beziehung zwischen dem angelegten Druck beim Brennen der Testprobe und der Dickenänderungsrate der Rohlage 21
Angelegter Druck beim Brennen		Dickenänderungsrate der Rohlage 21 vor Beginn ihrer Schrumpfung aufgrund des Druckbrennes
10·(9,81·10⁹ Pa) 20·(9,81·10⁹ Pa)		2% 4%

TABELLE 8 zeigt die Meßergebnisse der Dickenänderungsrate für die Freigabe-Rohlage 22, wenn die Testproben unter dem Druck von 10·(9,81·10⁴ Pa) gebrannt werden, und der Substratoberflächenunregelmäßigkeit nach dem Druckbrennen: TABELLE 8

Fall, bei welchem die Testproben unter einem Druck von 10·(9,81·10⁴ Pa) gebrannt werden
Probe Nr.	Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 10·(9,81·10⁴ Pa) betrug	Substrat-Oberflächenunregelmä-ßigkeit nach dem Druckbrennen
dritte Ausführungsform
19	1%	0,00 mm
Vergleichsbeispiel
20	13%	0,04 mm

Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 2%, wenn der angelegte Druck 10·9,81·10⁴ betrug, wie in TABELLE 7 gezeigt. Da die Dickenänderungsrate der Freigabe-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 wur den, jedoch nicht modifiziert, weil die Dickenänderungsrate der Freigabe-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 Freigabe-Rohlage 22, wenn die Testproben unter dem Druck von 20·(9,81·10⁴ Pa) gebrannt wurden, und der Substratoberflächenunregelmäßigkeit nach dem Druckbrennen: TABELLE 9

Fall, bei welchem die Testproben unter einem Druck von 20·(9,81·10⁴ Pa) gebrannt werden
Probe Nr.	Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 20·(9,81·10⁴ Pa) betrug	Substrat-Oberflächenunregelmäßigkeit nach dem Druckbrennen
dritte Ausführungsform
21	1%	0,00 mm
22	3%	0,00 mm
Vergleichsbeispiele
23	10%	0,04 mm

Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 4%, wenn der angelegte Druck 20·(9,81·10⁴ Pa) betrug, wie in TABELLE 7 gezeigt. Da die Dickenänderungsrate der Freigabe-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 Substrat oberflächen während des Verbindens der Rohlagen 21 gebildet wurden, jedoch nicht modifiziert, weil die Dickenänderungsrate der Freigabe-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 Freigabe-Rohlagen 22 als Lagenbeschränkungs- bzw. -begrenzungselemente bei dem dritten Beispiel verwendet werden, können stattdessen Keramikplatten dafür verwendet werden.
Vierte erfindungsgemäße Ausführungsform
Bei der vierten Ausführungsform 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 Freigabe-Rohlagen 22 und dem Druckbrennen). Das heißt, die während des Aufbringens der Freigabe-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 der vierten Ausführungsform erläutert. Die Herstellung der Rohlagen 21, die Herstellung der Freigabe-Rohlagen 22, die als Lagenbegrenzungselemente dienen, das Stanzen und Siebdrucken der Leitermuster 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 bis 250 ·(9,81·10⁴ Pa) 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 Substrate 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 der in 1A und 1B gezeigten Ausführungsform laminiert bzw. geschichtet werden, können drei oder mehr Rohlagen 21 verwendet werden.
6. Verbinden der Freigabe-Rohlagen 22 unter Druck:
Zwei Freigabe-Rohlagen 22, die jeweils eine höhere Brenntemperatur aufweisen als die Rohlagen 21 werden auf gegenüber-liegenden 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 Freigebe-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 Freigabe-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), der kleiner ist als beim Verbindungsschritt 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 Freigabe-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.
Fünfte erfindungsgemäße 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 fünften Ausführungsform angelegt werden, so daß die Oberflächenflachheit des Substrats sichergestellt ist. Bei der fünften Ausführungsform wird jede Freigabe-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 der vierten Ausführungsform.
Bei der fünften Ausführungsform wird jede Freigabe-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 Substratoberflächen 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 Freigabe-Rohlagen 22 während des Druckverbindens der Lagen 22 angelegt wird. Andererseits wird bei der vierten Ausführungsform der an die Rohlagen 21 während des Druckverbindens angelegte Druck so ein-gestellt, daß er größer ist als die Drücke, die während der nachfolgenden Schritte angelegt werden (das Anbringen der Freigabe-Rohlagen 22 und das Druckbrennen), so daß die Substratoberflächenflachheit selbst dann sichergestellt werden kann, wenn die Dickenänderungsrate jeder Freigabe-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 Freigabe-Rohlagen 22 unter Druck und des Druckbrennens in bezug auf die vierten und fünften Ausführungsformen 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 Freigabe-Rohlagen 22 verwendet.

Probe Nrn. 31 bis 34 in der nachfolgenden TABELLE 10 wurden gemäß der vierten Ausführungsform des Verfahrens hergestellt. TABELLE 10 zeigt die Meßergebnisse der Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit sowohl vor wie nach dem Brennen, wenn die Rohlagen 21 miteinander unter einem Druck von 100·(9,81·10⁴ Pa) verbunden wurden. Woraufhin die zwei Freigabe-Rohlagen 22 unter einem Druck von 50·(9,81·10⁴ Pa) gepreßt wurden, um dadurch mit den gegenüberliegenden Oberflächen des verbundenen Körpers aus Rohlagen 21 verbunden zu werden: TABELLE 10

Fall, bei welchem Rohlagen 21 unter einem Druck von 100·(9,81·10⁴ Pa) verbunden und Freigabe-Rohlagen 22 unter einem Druck von 50·(9,81·10⁴ Pa) angebunden wurden
Probe Nr.	Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 50·(9,81·10⁴ Pa) betrug	Substrat-Oberflächenunregelmäßi gkeit vor dem Druckbrennen	Substrat-Oberflächenunregelmäßi gkeit nach dem Druckbrennen
Viert Ausführungsform
31	10%	0,00 mm	0,00 mm
32	13%	0,00 mm	0,00 mm
33	20%	0,00 mm	0,00 mm
34	24%	0,00 mm	0,00 mm

Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 10%, wenn der angelegte Druck 50·(9,81·10⁴ Pa) 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 Freigabe-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 Freigabe-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 Leitermuster, die nachfolgend auf die Oberflächen des gebrannten Substrats gedruckt wurden, und die Zuverlässigkeit der Anbindung eines IC-Chip, der auf dem gebrannten Substrat angebracht werden soll, verbessert waren.

TABELLE 11 zeigt die Meßergebnisse der Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit sowohl vor wie nach dem Brennen, wenn die Rohlagen 21 miteinander unter einem Druck von 50·9,81·10⁴ Pa verbunden wurden, woraufhin die zwei Freigabe-Rohlagen 22 unter einem Druck von 100·9,81·10⁴ Pa gepreßt wurden, um dadurch auf die gegenüberliegenden Oberflächen des gepreßten Körpers aus Rohlagen 21 angebunden zu werden. Die Probe Nr. 35 wurde gemäß der fünften Ausführungsform des Verfahrens hergestellt, während die Probe Nrn. 36 bis 38 Vergleichsfälle darstellen. TABELLE 11

Fall, bei welchem Rohlagen 21 unter einem Druck von 50·(9,81·10⁴ Pa) verbunden und Freigabe-Rohlagen 22 unter einem Druck von 100·(9,81·10⁴ Pa) angebunden wurden
Probe Nr.	Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 100·(9,81·10⁴ Pa) betrug	Substrat-Oberflächenunregelmäßigkeit vor dem Druckbrennen	Substrat-Oberflächenunregelmäßigkeit nach dem Druckbrennen
Fünfte Ausführungsform
35	7%	0,00 mm	0,00 mm
Vergleichsbeispiele
36	15%	0,04 mm	0,04 mm
37	19%	0,06 mm	0,06 mm
38	24%	0,06 mm	0,06 mm

Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 13%, wenn der angelegte Druck 100·(9,81·10⁴ Pa) betrug, wie in TABELLE 1 gezeigt. Da die Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22 kleiner war als diejenige (13%) der Rohlage 21, wurden die Abschnitte der Substratoberflächen entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 daran gehindert, durch die Freigabe-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 Freigabe-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 (Freigabe-Rohlagen 22) entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 während des Anbindeschritts der Freigabe-Rohlagen 22 konvex verformt, weil die Dickenänderungsrate der Freigabe-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 Leitermuster, 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 Freigabe-Rohlagen 22 verwendet.

Probe Nrn. 39 bis 42 in der folgenden TABELLE 12 wurden mit der vierten Ausführungsform des Verfahrens hergestellt. TABELLE 12 zeigt die Meßergebnisse der Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit sowohl vor wie nach dem Brennen, wenn die Rohlagen 21 miteinander unter einem Druck von 100·(9,81·10⁴ Pa) gebrannt wurden, woraufhin die zwei Freigabe-Rohlagen 22 an den verbundenen Aufbau aus Rohlagen 21 unter dem Druck von 50·9,81·10⁴ Pa angebunden wurden: TABELLE 12

Fall, bei welchem Rohlagen 21 unter einem Druck von 100·(9,81·10⁴ Pa) verbunden undFreigabe-Rohlagen 22 unter einem Druck von 50·(9,81·10⁴ Pa) angebunden wurden
Probe Nr.	Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 50·(9,81·104 Pa) betrug	Substrat-Oberflächenunregelmäßi gkeit vor dem Druckbrennen	Substrat-Oberflächenunregelmäßigkeit nach dem Druckbrennen
Vierte Ausführungsform
39	10%	0,00 mm	0,00 mm
40	13%	0,00 mm	0,00 mm
41	20%	0,00 mm	0,00 mm
42	24	0,00 mm	0,00 mm

Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 15%, wenn der angelegte Druck 50·(9,81·10⁴ Pa) 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 Freigabe-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 Freigabe-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 Freigabe-Rohlage 22, der Substratoberflächenunregelmäßigkeit sowohl vor wie nach dem Brennen, wenn die Rohlagen 21 unter einem Druck von 50·(9,81·10⁴ Pa) miteinander verbunden wurden, woraufhin die zwei Freigabe-Rohlagen 22 auf dem verbundenen Aufbau aus Rohlagen 21 unter einem Druck von 100·(9,81·10⁴ Pa) angebunden wurden. Die Proben Nrn. 43 und 44 wurden gemäß der fünften Ausführungsform des Verfahrens hergestellt, während es sich bei den Proben Nrn. 45 und 46 um Vergleichsfälle handelt. TABELLE 13

Fall, bei welchem Rohlagen 21 unter einem Druck von 50·(9,81·10⁴ Pa) verbunden und Freigabe-Rohlagen 22 unter einem Druck von 100·(9,81·10⁴ Pa) angebunden wurden
Probe Nr.	Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22, wenn der angelegte Druck 100·(9,81·10⁴ Pa) betrug	Substrat-Oberflächenunregelmäßigkeit vor dem Druckbrennen	Substrat-Oberflächenunregelmäßigkeit nach dem Druckbrennen
Fünfte Ausführungsform
43	15%	0,00 mm	0,00 mm
44	19%	0,00 mm	0,00 mm
Vergleichsbeispiele
45	24%	0,06 mm	0,06 mm
46	30%	0,06 mm	0,06 mm

Die Dickenänderungsrate der Rohlage 21 betrug 21%, wenn der angelegte Druck 100·(9,81·10⁴ Pa) betrug, wie in TABELLE 4 gezeigt. Da die Dickenänderungsrate der Freigabe-Rohlage 22 kleiner war als diejenige (21%) der Rohlage 21, wurden die Abschnitte der Substratoberflächen entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 durch die Freigabe-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 Freigabe-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 (Freigabe-Rohlagen 22) entsprechend dem Innenschichtleitermuster 23 jedoch während des Anbindens der Freigabe-Rohlagen 22 konvex verformt, weil die Dickenänderungsrate der Freigabe-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 Perovskit, 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 Wi derstand 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 zum Herstellen eines Keramikmehrschichtsubstrats, aufweisend die Schritte: Laminieren mehrerer Rohlagen (21), die eine Innenrohlage aufweisen, die mit einem Innenschichtleitermuster gebildet ist; Pressen eines Laminats der Rohlagen unter einem vorbestimmten Druck, wodurch das Laminat miteinander verbunden wird; Pressen von Schutz-Rohlagen (22), während ein Druck an die Schutz-Rohlagen (22) angelegt wird, wodurch die Schutz-Rohlagen (22) mit gegenüberliegenden Oberflächen des verbundenen Laminats aus Rohlagen (21) in einem einzigen Aufbau verbunden werden, wobei jede Schutz-Rohlage (22) eine höhere Brenntemperatur als die Rohlagen (21) aufweist; Brennen des verbundenen Aufbaus aus Rohlagen (21) und Schutz-Rohlagen (22) bei einer Brenntemperatur der Rohlagen (21), während ein Druck an den Aufbau angelegt wird; und Entfernen der Schutz-Rohlagen (22) von den gegenüberliegenden Oberflächen eines gebrannten Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Druck, der an das Laminat aus Rohlagen (21) während des Verbindungsschrittes angelegt wird, größer als die Drücke ist, die während der nachfolgenden Schritte angelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 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.