DE69306863T2

DE69306863T2 - Glaskeramisches Mehrschichtsubstrat und Verfahren zur seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69306863T2
Application number: DE69306863T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Ikuina; Yuzo Shimada
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1992-06-08
Filing date: 1993-06-08
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2013-06-09
Also published as: US5753376A; EP0575813B1; EP0575813A2; EP0575813A3; DE69306863D1; US5989484A

Description

Mehrschichtiges Glaskeramiksubstrat

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Glaskeramiksubstrat, das für Implementierung von LSI(Largescale Integration = vergrößerte Integration)-Elementen mit hoher Dichte verwendet wird, und insbesondere ein mehrschichtiges Glaskeramiksubstrat, welches bei niedrigen Temperaturen gesintert werden kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Die Entwicklung der Halbleitertechnologie erfordert eine Verkleinerung der Abmessungen und eine hohe Geschwindigkeit von elektronischen Anordnungen und Systemen. Wenn die Halbleiterelemente in eine VLSI(Very Large-scale Intergration = stark vergrößerte Integration) und ULSI(Ultra Largescale Integration = ultrahoch vergrößerte Integration) mit hoher Dichte integriert werden, ist tatsächlich eine sehr hohe Dichte und eine Feinstbearbeitung bei der Implementierungstechnik für das Zusammensetzen der Elemente erforderlich. Insbesondere ist es erforderlich, die Verdrahtungsdichte des Substrates, auf welchem die Halbleiterelemente implementiert werden, so zu erhöhen, daß eine feinere Musterung und höhere Arbeitsgeschwindigkeit und eine niedrigere Dielektrizitätskonstante des Substratmaterials erhalten wird.
Ein Aluminium-Mehrschichtsubstrat wurde im weiten Umfang verwendet. Dieses Substrat wird mittels einer gedruckten Mehrschicht-Dickfilmtechnik oder einer Rohlingsscheiben-Laminierungstechnik hergestellt. Die letztere Technik ist vorteilhafter, um die Anforderung an eine hochdichte Integration zu befriedigen. Bei der Rohlingsscheiben-Laminierunqstechnik wird ein Vielzahl von dünnen keramischen Rohlingsscheiben laminiert, auf die jeweils Verdrahtungsleitungen gedruckt werden, bevor sie integriert werden, so daß es einfach ist, die Verdrahtungsschichten auf eine gewünschte Anzahl zu erhöhen, und kann die Verdrahtungsdichte im Vergleich zur gedruckten Mehrschicht-Dickfilmtechnik vergrößert werden.
Aluminiumkeramik besitzt jedoch den Nachteil, daß eine Sinterung bei etwa 1500ºC durchgeführt werden muß, wodurch es notwendig wird, Mo oder W als Metall für die Verdrahtungsleiter zu verwenden, die aber einen relativ hohen elektrischen Widerstand haben, so daß es schwierig ist, eine feine Verdrahtung zu realisieren. Darüber hinaus beträgt die Dielektrizitätskonstante von Aluminium etwa 10, was für ein hochsahnelles Ansprechen der Signale zu groß ist.
Vor kurzem wurden Keramikmaterialien entwickelt, welche bei relativ niedrigen Temperaturen gesintert werden können, so daß Leiter mit niedrigen Widerständen, wie Au, Ag-Pd, Ag oder Cu verwendet werden können. Zum Beispiel kann ein zusammengesetztes Material, bestehend aus Aluminium und Borsilikatbleiglas, bei einer niedrigen Temperatur unter 1000 ºC gesintert werden, um ein mehrschichtiges Substrat herzustellen, in welchem Au, Ag-Pd oder Ag als Verdrahtungsleiter verwendet werden können. In diesem zusammengesetzten Material ist es jedoch schwierig, eine Verdrahtung aus Cu zu verwenden, welches ein basisches Metall ist, weil das zusammengesetzte Material Blei enthält und daher keine Sinterung in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden kann. Darüber hinaus kann die Dielektrizitätskonstante dieses zusammengesetzten Materials nicht unter 7,5 erniedrigt werden.
Ein Glaskeramikmaterial, das Borsilikatgias verwendet, ist ebenfalls bekannt. Dieses Glaskeramikmaterial kann bei einer Temperatur niedriger als 1000ºC in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert werden und besitzt eine niedrigere Dielektrizitätskonstante von etwa 5,5, so daß gleichzeitig mit dem Sintern der Glaskeramik eine mehrschichtige Struktur mit Verdrahtungsleitern aus Cu realisiert werden kann. Das bekannte Glaskeramikmaterial besitzt jedoch eine sehr schlechte mechanische Festigkeit, weil bei der Sinterung keine Kristallisation auftritt.
Die mechanische Festigkeit ist ein sehr wichtiger Faktor des Substrates. Im Falle eines Vielchip-Implementierungssubstrates, auf welchem eine größere Anzahl von Halbleiterelementen implementiert wird, steigt tatsächlich die Substratgröße und die Eingangs/Ausgangs-Anschlüsse oder Pins werden auf verschiedenen Ebenen verbunden, und deshalb werden, wenn die mechanische Festigkeit des Substrates schlecht ist, Probleme des Brechens des Substrates, Fehlverbindungen oder dergleichen während der Montagestufe und auf dem fertigen Produkt auftreten.
Die Dokumente JP-A-3060443 (WPI/DERWENT AN 91-121370) und JP-A-2225339 (Chemical Abstracts 114(1991) No. 18) beschreiben jeweils ein Glaskeramikerzeugnis mit einer niedrigen Brenntemperatur und/oder einer hohen Festigkeit, wie im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 angegeben wird. In jedem dieser Fälle wird das Cordierit, welches zur verbesserten mechanischen Festigkeit des Glaskeramikerzeugnisses beiträgt, dadurch inkorporiert, indem es als eines der Ausgangsmaterialien für die Aufbereitung der Pulvermischung verwendet wird, welche anschließend zusammengepreßt und gebrannt wird, um den Glaskeramikkörper zu erhalten.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das Glaskeramiksubstrat, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, weiter zu verbessern.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein mehrschichtiges Glaskeramiksubstrat, wie es in den Ansprüchen 1 oder 2 definiert wird, und durch ein Verfahren, wie es in den Ansprüchen 3 oder 4 definiert wird gelöst.
Die Erfindung unterscheidet sich von dem zuvor im Stand der Technik erwähnten darin, daß das Cordierit nicht als Ausgangsprodukt verwendet, sondern während des Sinterprozesses bei der chemischen Reaktion erhalten wird.
Bei dem Prozeß entsprechend der vorliegenden Erfindung werden Cordieritkristalle erzeugt, wenn Aluminiumpulver und Borsilikat-Magnesiumglaspulver gesintert werden.
Aluminiumpulver besitzt vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße von 0,5 bis 3 µm und Borsilikat-Magnesiumglaspulver besitzt vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße von 1 bis 5 µm.
Das dritte Pulver, auf das sich Anspruch 4 bezieht, besitzt vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße von 0,5 bis 10 µm.
Der Gehalt an Magnesium im Borsilikat-Magnesiumglas ist vorzugsweise größer als 5 Gew.-% in bezug auf Magnesiumoxid.
In dem Prozeß gemäß der vorliegenden Erfindung werden, um ein mehrschichtiges Glaskeramiksubstrat mit verbesserten Eigenschaften zu erzeugen die Materialpulver oder ungesinterten ("grünen") Scheiben aus folgenden Gründen unter 1000 ºC gesintert. Bei der Sinterung beginnt sich das Borsilikat-Magnesiumglas bei etwa 700ºC zu erweichen. Das sich ergebende verflüssigte Glas dringt in die Zwischenräume oder Lücken zwischen den keramischen Pulvern aus Aluminium, zwischen den keramischen Pulvern aus Aluminium und Cordieritkristallen und zwischen den keramischen Pulvern aus Aluminium, Cordieritkristallen und Quarzglas, Alpha-Quarz oder Mullit ein und füllt diese aus, so daß eine gepackte Struktur entsteht, und schließlich wird im Temperaturbereich von 800 bis 1000ºC ein vollständig kompakter Glaskeramikkörper gebildet.
Die Materialpulver oder grünen Scheiben gemäß der Erfindung können in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert werden, weil die Materialpulver entsprechend der Erfindung kein Element enthalten, das bei der Sinterbedingung aus dem Oxid in ein elementares Metall reduziert wird. Im Gegensatz dazu wird in dem Fall von bekannten Metalipulvern, die zum Beispiel Bleioxid enthalten, das Bleioxid in der reduzierenden Atmosphäre in metallisches Blei umgewandelt, welches die Isolationseigenschaft des sich ergebenden Glaskeramikkörpers empfindlich verschlechtert.
Das mehrschichtige Glaskeramiksubstrat entsprechend der vorliegenden Erfindung besitzt eine verbesserte mechanische Festigkeit, welche eine der sehr wichtigen Eigenschaften darstellt, die bei Implementierung von Halbleiterelementen gefordert wird. Gewöhnlich wird in dem Substrat für Implantation vom Halbleiterelementen eine Biegesteifigkeit von größer als 2,000 kg/cm² gefordert. Das mehrschichtige Glaskeramiksubstrat entsprechend der vorliegenden Erfindung genügt dieser Festigkeit, weil durch das Sintern eine kompakte feine Struktur realisiert wird. Tatsächlich erzeugt die Reaktion zwischen Aluminium und verflüssigtem Glas die Cordieritkristalle, so daß die sich ergebende Glaskeramik, die beim Sinterprozeß erhalten wird, eine feine, dauerhafte Struktur besitzt, in welcher Partikel aus Aluminium, Partikel von Cordieritkristall (und ebenfalls Partikel aus Quarzglas, Alpha-Quarz oder Mullit, wenn vorhanden) und Glasmasse dreidimensional verbunden sind, und welche eine verbesserte Biegesteifigkeit besitzt.
Bei dem Prozeß entsprechend der vorliegenden Erfindung kann das Sintern unterhalb 1000ºC bewirkt werden, wobei die mehrschichtige Struktur einfach durch eine Laminierungstechnik der grünen Scheiben realisiert werden kann, und irgendein Leiter, einschließlich die basischen Metalle wie Cu, Ni, ihre Legierungen oder solche, die in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre gesintert werden müssen, zusätzlich zu den Edelmetallen aus Au, Ag, Pd, Pt oder dergleichen verwendet werden kann.
Das mehrschichtige Glaskeramiksubstrat entsprechend der vorliegenden Erfindung besitzt eine verbesserte mechanische Festigkeit oder Biegesteifigkeit von größer als 2000 kg/cm² und eine kleine Dielektrizitätskonstante und macht es möglich, eine feine Verdrahtung mit einer hohen Implementierungsdichte zu realisieren.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Im folgenden werdenn Beispiele der Erfindung erläutert, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.

Beispiel 1 (Aluminium + Borsilikat-Magnesiumglas)

Als Materialpulver wurden Aluminiumpulver und Borsilikat- Magnesiumglaspulver verwendet.
Aluminiumpulver mit einer mittleren Partikelgröße von 0,5 µm bis 3 µm und Borsilikat-Magnesiumglaspulver mit einer mittleren Partikelgröße von 1 µm bis 5 µm wurden in einem Mengenverhältnis 30 Gew.-%; 70 Gew.-%; bis 60 Gew.-% bis 40 Gew.-% mmg miteinander vermischt. Das verwendete Borsilikat-Magnesiumglas besitzt folgende Gewicht zusammensetzung:
B&sub2;O&sub5; 15
Sio&sub2; 65
MgO 12
Na&sub2;O 2
K&sub2;O 2
CaO 1
BaO 1
TiO&sub2; 1
ZrO&sub2; 1
Das sich ergebende gemischte Materialpulver wurde zusammen mit einem organischen Binder aus Polyvinylbutyral, Polyvinylalkohol oder Polyacrylharz in einer Lösung dispergiert, um einen flüssigen Brei vorzubereiten, aus welchem mittels Schlickergießtechnik eine "grüne" Rohlingsscheibe geformt wurde. Die Dicke der Rohlingsscheibe wurde in einem Bereich von 10 bis 400 µm eingestellt.
Dann wurden mit Hilfe einer Stanzmaschine via-Löcher die die oberen und unteren Leiter verbinden, in dem Rohling erzeugt. Mittels Siebdrucktechnik wurde mit Leiterpaste ein Verdrahtungsmuster gedruckt und die via-Löcher wurden mit Leiterpaste gefüllt. Die verwendete Leiterpaste bestand hauptsächlich aus Au, Ag, Ag-Pd, Cu, Ni oder Ag-Pt.
Eine vorgegebene Anzahl von Rohlingsscheiben, auf welche jeweils das Leitungsmuster gedruckt war und bei welchen die via-Löcher gefüllt waren, wurden übereinandergeschichtet und unter Wärme verdichtet. Dann wurden die laminierten Rohlingsscheiben auf eine Temperatur von 400 bis 700ºC erwärmt, um den organischen Binder und das Lösungsmittel (Beseitigung des Binders) zu entfernen.
Schließlich wurden die laminierten Rohlingsscheiben auf eine Temperatur im Bereich von 800 bis 100ºC gesintert, um ein mehrschichtiges Glaskeramiksubstrat zu erhalten. Während dieser Sinterstufe wird durch eine chemische Reaktion zwischen Aluminium und Borsilikat-Magnesiumglas der Cordieritkristall erzeugt, und die erweichte Glasmasse dringt in die Zwischenräume oder Lücken zwischen den Partikeln ein und füllt sie, so daß eine verdichtete Struktur gefördert wird.
Die Zusammensetzung der Glaskeramikschicht der gesinterten Substrate, die erhalten werden, sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Die Zusammensetzung wurde durch gewöhnliche Röntgenstrahlen-Diffraktionsverfahren bestimmt. Die Gehalte an Aluminium und Cordieritkristall, welche durch Vergleich ihrer Peaks mit dem Peak Silizium, das als Referenz verwendet wird, bestimmt werden, und das Verhältnis von Borsilikat- Magnesiumglases wird durch Subtraktion der Gehalte vom Gesamtgehalt berechnet.
Leiter, Sinterbedingungen, Anzahlen der Schichten und die Verdrahtungsspezifikation, die bei der Herstellung der mehrschichtigen Glaskeramiksubstrate verwendet wurden, sowie die erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen 2 und 3 zusammengefaßt. Die Probennummern in Tabelle 1 entsprechen denen in Tabelle 2 und 3. TABELLE 1 Aluminium + Borsilikat-Magnesiumglas TABELLE 2 TABELLE 3
Die Tabellen 2 und 3 belegen, daß die mehrschichtigen Glaskeramiksubstrate mit den Zusammensetzungen entsprechend der Erfindung, die in Tabelle 1 gezeigt werden, verbesserte Eigenschaften besitzen, die bei praktischen Anwendungen gefordert werden, einschließlich einer zufriedenstellenden mechanischen Festigkeit, und daß eine feine Verdrahtung mit einer hohen Dichte einfach hergestellt werden kann.
Im Gegensatz dazu wird, wenn der Gehalt an Aluminium geringer als 12 Gew.-% ist, die Biegefestigkeit des Substrates kleiner als 2000 kg/cm² und ist unzureichend. Wenn der Aluminiumgehalt 59,6 Gew.-% überschreitet, kann keine Sinterung unter 1000ºC ausgeführt werden, so daß der Isolationswiderstand abfällt und die Biegefestigkeit kleiner als 2000 kg/cm² wird und die Dielektrizitätskonstante höher als 7 wird, was für hochsahnelle Schaltungen nachteilig ist. In diesen Fällen kann kein für die Praxis geeignetes mehrschichtiges Glaskeramiksubstrat erzeugt werden.
Wenn der Gehalt an Borsilikat-Magnesiumglas nicht größer als 18 Gew.-% ist, ist es unmöglich, eine Glasphase zu erhalten, die geeignet ist, die Zwischenräume oder Lücken zwischen den Aluminiumpartikeln zu füllen, so daß die Festigkeit niedriger wird und gute Zuverlässigkeit nicht erwartet werden kann. Wenn der Gehalt an Borsilikat-Magnesiumglas 69,9 Gew.-% überschreitet, dominiert die für Glas typische Festigkeit, so daß die Biegesteifigkeit geringer als 2000 kg/cm² wird.
Wenn der Gehalt an Cordieritkristall kleiner als 1 Gew.-% wird, kann die Verstärkungswirkung, die durch das Vorhandensein von Dichriotkristallen erhalten wird nicht erwartet werden, so daß es unmöglich ist, eine Biegesteifigkeit von mehr als 2000 kg/cm² zu erhalten. Wenn der Gehalt an dem Cordieritkristall 50 Gew.-% überschreitet, kann das mehrschichtige Glaskeramiksubstrat nicht gleichmäßig schrumpfen und daher geht die Zuverlässigkeit verloren.
Wenn der Gehalt an Magnesium in dem Borsilikat-Magnesiumglas, das als Materilapulver verwendet wird, geringer als 5 Gew.-% bezüglich Magnesiumoxid wird, werden durch den Sintervorgang keine oder nur wenig Cordieritkristalle erzeugt.
Wenn die Partikelgröße des verwendeten Aluminiumpulvers kleiner als 0,5 µm oder größer als 3 µm wird, und wenn die Partikelgröße des Borsilikat-Magnesiumglaspulvers kleiner als 1 µm oder größer als 5 µm wird, kann das gemischte Materialpulver nicht zufriedenstellend gesintert werden, so daß das sich ergebende mehrschichtige Glaskeramiksubstrat eine sehr schlechte Zuverlässigkeit zeigt und kann daher nicht in praktischen Anwendungen eingesetzt werden.

Beispiel 2 (Aluminium + Borsilikat-Magnesiumglas + Quarzglas)

Beispiel 1 wird wiederholt, wobei jedoch Quarzglas zu den Materialpulvern aus Aluminiumpulver und Borsilikat-Magnesiumglaspulver hinzugefügt wurde.
Aluminiumpulver mit einer mittleren Partikelgröße von 0,5 µm bis 3 µm, Borsilikat-Magnesiumglaspulver mit einer mittleren Partikelgröße von 1 µm bis 5 µm und Quarzglaspulver mit einer mittleren Partikelgröße von 0,5 µm bis 10 µm wurden in einem Verhältnis von (Aluminium + Quarzglas) : Borsilikat-Magnesiumglas von 30 Gew.-% : 70 Gew.-% bis 60 Gew.-% : 40 Gew.-% innig miteinander gemischt. Das Verhältnis von Alumiuniumpulver wurde oberhalb 10 Gew.-% eingestellt.
Die Zusammensetzung der Glaskeramikschicht der gesinterten Substrate, die erhalten werden, ist in Tabelle 4 zusammengefaßt und Leiter, Sinterbedingungen, die Anzahl der Schichten und die Verdrahtungsspezifikation, die bei der Herstellung der mehrschichtigen Glaskeramiksubstrate verwendet wurden, sowie die erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen 5 und 6 zusammengefaßt. Die Probennummern in Tabelle 4 entsprechen denen in den Tabellen 5 und 6. TABELLE 4 Aluminium + Borsilikat-Magnesiumglas + Quarzglas TABELLE 5 TABELLE 6
Wenn der Gehalt an Quarzglaspulver geringer als 10 Gew.-% ist, wird die Dielektrizitätskonstante größer als 7. Andererseits kann keine zufriedenstellende Sinterung durchgeführt werden, wenn der Gehalt an Quarzglaspulver 30 Gew.-% überschreitet, so daß der Isolationswiderstand niedriger und die Biegesteifigkeit geringer als 2000 kg/cm² wird.
Wenn die Partikelgröße des verwendeten Aluminiumpulvers kleiner als 0,5 µm oder größer als 3 µm wird, die Partikelgröße des Borsilikat-Magnesiumglaspulvers kleiner als 1 j£m oder größer als 5 µm wird und die Partikelgröße des Quarzglaspulvers kleiner als 0,5 µm oder größer als 10 µm wird, kann das gemischte Materialpulver nicht zufriedenstellend gesintert werden, so daß das sich ergebende mehrschichtige Glaskeramiksubstrat eine sehr schlechte Zuverlässigkeit zeigt und daher nicht für praktische Anwendungen eingesetzt werden kann.
Aus denselben Gründen wie in Beispiel 1 kann außerhalb der erfindungsgemäßen Mengenverhältnisse (12 bis 59,6 Gew.-% Aluminium, 18 bis 69,9 Gew.-% Borsilikat-Magnesiumglas und mehr als 1 Gew.-% Dichroitkristalle) kein brauchbares mehrschichtiges Glaskeramiksubstrat erhalten werden.
Aus denselben Gründen wie in Beispiel 1, wird durch den Sintervorgang kein oder wenig Cordieritkristall erzeugt, wenn der Gehalt an Magnesium in dem verwendeten Borsilikat- Magnesiumglas geringer als 5 Gew.-% bezüglich Magesiumoxid wird.

Beispiel 3 (Aluminium + Borsilikat-Magnesiumglas + Mullit)

Beispiel 2 wird wiederholt, wobei jedoch Quarzglas durch Mullitpulver ersetzt, wurde.
Aluminiumpulver, Borsilikat-Magnesiumglaspulver und Mullitpulver mit einer mittleren Partikelgröße von 0,5 µm bis 10 wurden in einem Verhältnis von (Aluminium + Mullit) : Borsilikat-Magnesiumglas von 30 Gew.-% 70 Gew.-% bis 60 Gew.-% : 40 Gew.-% innig miteinander gemischt. Das Verhältnis von Aluminiumpulver wurde über 10 Gew.-% eingestellt.
Die Zusammensetzung der Glaskeramikschicht der gesinterten Substrate, die erhalten werden, ist in Tabelle 7 zusammengefaßt und Leiter, Sinterbedingungen, die Anzahlen der Schichten und die Verdrahtungsspezifikation, die zur Herstellung der mehrschichtigen Glaskeramiksubstrate verwendet wurden, sowie die erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen 8 und 9 zusammengefaßt. Die Probennummern in Tabelle 7 entsprechen denen in den Tabellen 8 und 9. TABELLE 7 Aluminium + Borsilikat-Magnesiumglas + Mullit TABELLE 8 TABELLE 9
Wenn der Gehalt an Mullitpulver kleiner als 10 Gew.-% wird, wird die Dielektrizitätskonstante größer als 7. Andererseits kann keine zufriedenstellende Sinterung durchgeführt werden, wenn der Gehalt an Mullitpulver 30 Gew.-% überschreitet, so daß der Isolationswiderstand niedriger und die Biegesteifigkeit kleiner als 2000 kg/cm² wird.
Wenn die Partikelgröße des verwendeten Aluminiumpulvers kleiner als 0,5 µm oder größer als 3 µm wird, die Partikelgröße des Borsilikat-Magnesiumglaspulvers kleiner als 1 µm oder größer als 5 µm wird und die Partikelgröße des Mullitpulvers kleiner als 0,5 µm oder größer als 10 µm wird, kann das gemischte Materialpulver nicht zufriedenstellend gesintert werden, so daß das sich ergebende mehrschichtige Glaskeramiksubstrat eine sehr schlechte Zuverlässigkeit zeigt und daher nicht für praktische Anwendungen eingesetzt werden kann.
Aus denselben Gründen wie in Beispiel 2 kann außerhalb der erfindungsgemäßen Mengenverhältnisse (12 bis 59,6 Gew.-% Aluminium, 18 bis 69,9 Gew.-% Borsilikat-Magnesiumglas und mehr als 1 Gew.-% Dichroitkristalle) kein brauchbares mehrschichtiges Glaskeramiksubstrat erhalten werden.
Aus denselben Gründen wie in Beispiel 2, wird durch den Sintervorgang kein oder wenig Cordieritkristall erzeugt, wenn der Gehalt an Magnesium in dem verwendeten Borsilikat- Magnesiumglas geringer als 5 Gew.-% bezüglich Magnesiumoxid wird.

Beispiel 4 (Aluminium + Borsilikat-Magnesiumglas + Alpha- Quarz)

Beispiel 2 wird wiederholt, wobei jedoch Quarzglas durch Alpha-Quarzpulver ersetzt wurde. Aluminiumpulver, Borsilikat-Magnesiumglaspulver und Alpha- Quarzpulver mit einer mittleren Partikelgröße von 0,5 µm bis 10 wurden in einem Verhältnis von (Aluminium + Alpha- Quarz) : Borsilikat-Magnesiumglas von 30 Gew.-% : 70 Gew.-% bis 60 Gew.-% : 40 Gew.-% innig miteinander gemischt. Das Verhältnis von Alumiuniumpulver wurde über 10 Gew.-% eingestellt.
Die Zusammensetzung der Glaskeramikschicht der erhaltenen gesinterten Substrate ist in Tabelle 10 zusammengefaßt und Leiter, Sinterbedingungen, die Anzahlen der Schichten und die Verdrahtungsspezifikation, die zur Herstellung der mehrschichtigen Glaskeramiksubstrate verwendet wurden, sowie die erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen 11 und 12 zusammengefaßt. Die Probennummern in Tabelle 10 entsprechen denen in den Tabellen 11 und 12. TABELLE 10 Aluminium + Borsilikat-Magnesiumglas + Alpha-Quarz TABELLE 11 TABELLE 12
Wenn der Gehalt an Alpha-Quarzpulver kleiner als 10 Gew.-% wird, wird die Dielektrizitätskonstante größer als 7. Andererseits kann keine zufriedenstellende Sinterung durchgeführt werden, wenn der Gehalt an Alpha-Quarzpulver 30 Gew. % überschreitet, so daß der Isolationswiderstand niedriger und die Biegesteifigkeit kleiner als 2000 kg/cm² wird.
Wenn die Partikelgröße des verwendeten Aluminiumpulvers kleiner als 0,5 µm oder größer als 3 µm wird, die Partikelgröße des Borsilikat-Magnesiumglaspulvers kleiner als 1 µm oder größer als 5 µm wird und die Partikelgröße des Alpha- Quarzpulvers kleiner als 0,5 µm oder größer als 10 µm wird, kann das gemischte Materialpulver nicht zufriedenstellend gesintert werden, so daß das sich ergebende mehrschichtige Glaskeramiksubstrat eine sehr schlechte Zuverlässigkeit zeigt und daher nicht für praktische Anwendungen eingesetzt werden kann.
Aus denselben Gründen wie in Beispiel 2 kann außerhalb der Proportionen entsprechend der vorliegenden Erfindung (12 bis 59,6 Gew.-% Aluminium, 18 bis 69,9 Gew.-% Borsilikat- Magnesiumglas und mehr als 1 Gew.-% Cordieritkristalle) kein brauchbares mehrschichtiges Glaskeramiksubstrat erhalten werden.
Aus denselben Gründen wie in Beispiel 2 wird durch den Sintervorgang kein oder wenig Cordieritkristall erzeugt, wenn der Gehalt an Magnesium in dem verwendeten Borsilikat-Magnesiumglas geringer als 5 Gew.--% bezüglich Magesiumoxid ist.

Claims

1. Glaskeramisches Mehrschichtsubstrat mit einer Vielzahl von übereinander geschichteten Leiterschichten und Glaskeramikschichten, wobei jede der Glaskeramikschichten eine Zusammensetzung aus Aluminiumoxid, Borsilikat-Magnesiumglas und kristallinem Cordierit aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Cordient in der Form von Kristallen vorliegt, die durch chemische Reaktion zwischen dem Aluminiumoxid und dem Borsilikat-Magnesiumglas entstanden sind, und

daß der Gehalt von Aluminiumoxid 12 - 59,6 Gew%&sub1; der Gehalt von Borsilikat-Magnesiumglas 18 - 69,6 Gew% und der Gehalt von durch Reaktion entstandenen Cordieritkristallen 1 - 50 Gew%. beträgt, wobei die Summe dieser Bestandteile 100 Gew% ist.

2. Glaskeramisches Mehrschichtsubstrat mit einer Vielzahl von übereinander geschichteten Leiterschichten und Glaskeramikschichten, wobei jede Glaskeramikschicht eine Zusammensetzung aus Aluminiumoxid, Borsilikat, Magnesiumglas, kristallinem Cordierit und einer aus Quarzglas, α-Quarz und Mullit ausgewählten vierten Komponente hat,

dadurch gekennzeichnet daß der gesamte Cordient in Form von Kristallen vorliegt, die durch chemische Reaktion zwischen dem Aluminiumoxid und dem Borsilikat-Magnesiumglas entstanden sind, und daß der Gehalt von Aluminiumoxid 12 - 59,6 Gew%, der Gehalt von Borsilikat-Magnesiumglas 18 - 69 Gew%, der Gehalt der vierten Komponente 10 - 30 Gew-% und der Gehalt der durch Reaktion entstandenen Cordieritkristalle 1 - 50 Gew% beträgt, wobei die Summe der Bestandteile 100 Gew% ist.

3. Verfahren zur Herstellung eines glaskeramischen Mehrschichtsubstrats durch Mischen von Materialpulvern, Herstellung von grünen Platten aus einer Suspension der gemischten Materialpulver, Formen von Verbindungslöchern in den grünen Platten, Aufdrucken von Verbindungslöcher auf den grünen Platten und Füllen der Verbindungslöcher mit leitfähigem Material, Übereinanderschichten einer Vielzahl solcher gedruckten grünen Platten, Pressen der aufeinandergeschichteten Platten unter Hitze und anschließendes Sintern der gepreßten Platten bei einer Temperatur unter 1000ºC,

dadurch gekennzeichnet, daß die Materialpulver aus 30 - 60 Gew% Aluminiumoxidpulver und 30 - 40 % Borsilikat-Magnesiumglaspulver bestehen und daß das Sintern so durchgeführt wird, daß Cordieritkristalle durch chemische Reaktion zwischen Aluminiumoxid und Borsilikat-Magnesiumglas erzeugt werden.

4. Verfahren zur Herstellung eines glaskeramischen Mehrschichtsubstrats durch Mischen von Materialpulvern, Herstellung von grünen Platten aus einer Suspension der gemischten Materialpulver, Formen von Durchgrifflöchern in den grünen Platten, Aufdrucken von Verdrahtungsleitern auf den grünen Platten und Füllen der Verbindungslöcher mit leitfähigem Material, Übereinanderschichten einer Vielzahl solcher gedruckten grünen Platten, Pressen der aufeinandergeschichteten Platten unter Hitze und anschließendes Sintern der gepreßten Platten bei einer Temperatur unter 1000ºC,

dadurch gekennzeichnet, daß die gemischten Materialpulver aus 10 - 50 Gew% Aluminiumoxidpulver, 40 - 70% Borsilikat-Magnesiumglaspulver und 10 - 50 Gew% eines dritten Pulvers bestehen, das aus Quarzglas, α-Quarz und Mullit ausgewählt ist, wobei die Summe aller Pulver 100 Gew% ist, und

daß die Sinterung so durchgeführt wird, daß Cordieritkristalle durch chemische Reaktion zwischen Aluminiumoxid und Borsilikat-Magnesiumglas erzeugt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das Aluminiumoxidpulver eine mittlere Teilchengröße von 0,5 - 3 µm und das Borsilikat-Magnesiumglaspulver eine mittlere Teilchengröße von 1 - 5 µm hat.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das dritte Pulver eine mittlere Teilchengröße von 0,5 - 10 µm hat.

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Gehalt von Magnesium in dem Borsilikat-Magnesiumglas mehr als 5 Gew%, bezogen auf Magnesiumoxid, beträgt.