FR2805807A1 - Composition en film epais isolante et dispositif electronique en ceramique et appareil electronique l'utilisant - Google Patents
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Abstract
Une composition en film épais isolante (7, 8) pour former une couche de réserve de soudure présentant un degré élevé de positionnement est proposée, laquelle permet d'atténuer le gauchissement et l'ondulation d'un substrat en céramique multicouche et permet de maintenir ses caractéristiques électriques supérieures. La composition en film épais isolante (7, 8) est essentiellement constituée par une céramique pulvérulente qui présente le même système de composition que celui d'une céramique pulvérulente qui est contenue dans une feuille en céramique de base (2), et le diamètre de particule moyen de la céramique pulvérulente de la composition en film épais isolante (7, 8) est inférieur à celui de la céramique pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique de base (2).
Description
ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION
1. Domaine de l'invention La présente invention concerne des compositions en film épais isolantes qui sont utilisées pour des réserves de soudure, pour des matériaux pour renforcer la résistance mécanique, pour des matériaux pour régler la densité, pour des matériaux pour réduire des irrégularités et similaire, des dispositifs électroniques en céramique qui utilisent les compositions en film épais isolantes et des appareils électroniques munis
des dispositifs électroniques en céramique.
2. Description de l'art antérieur
Dans les récentes années, les tendances observées vers une miniaturisation et une performance plus élevée des appareils électroniques tels que les appareils de communication mobile sont réalisées essentiellement au moyen de performances plus élevées des dispositifs à semiconducteur tels que les circuits intégrés à grande échelle d'intégration ou LSI et au moyen d'un câblage tridimensionnel et d'un câblage présentant des densités plus élevées de substrats qui reçoivent en montage les dispositifs à semiconducteur sur eux. Les substrats en céramique qui reçoivent en montage divers dispositifs à semiconducteur doivent spécifiquement pouvoir réaliser une connexion sur de multiples bornes moyennant des pas de plus en plus étroits, doivent spécifiquement présenter une densité de câblage plus élevée et doivent spécifiquement réaliser un traitement de signal à des fréquences plus élevées. En particulier, en réponse à la tendance vers les bornes multiples avec des pas plus étroits, les substrats en céramique sont munis d'un certain nombre de plages de soudure fines sur leurs surfaces principales. Cependant, lorsque des condensateurs en céramique, des dispositifs à semiconducteur et similaire sont montés par soudage sur des substrats, les emplacements au niveau desquels une soudure est réalisée sont susceptibles d'être déviés par rapport à des plages de soudure correspondantes en concomitance avec une conception plus fine des plages de soudure. En outre, lorsque la soudure est fondue, la soudure s'étend jusqu'à des zones non souhaitables au niveau desquelles un soudage n'est pas requis du fait d'un étalement par mouillage de la soudure et des défauts de soudage ainsi qu'une variation
au niveau des caractéristiques peuvent survenir dans certains cas.
Afin d'empêcher l'étalement par mouillage de la soudure, on connaît un procédé selon lequel une couche de réserve de soudure est formée au moyen d'une étape qui consiste à déposer une résine de réserve sur des zones au niveau desquelles un soudage n'est pas requis, laquelle résine de réserve présente une mouillabilité médiocre vis-à-vis de la soudure, ainsi qu'au moyen d'une étape qui consiste à durcir la
résine déposée.
Cependant, un substrat en céramique (en particulier, un substrat en céramique multicouche) qui est formé en cuisant un motif conducteur en association avec un empilement qui est constitué par des feuilles en céramique de base tend à devenir gauchi et distordu du fait du retrait lors de la cuisson. Par conséquent, les emplacements du motif conducteur peuvent être modifiés et par conséquent, les emplacements au niveau desquels des réserves de soudure sont déposées peuvent être déviés dans certains cas. Ce phénomène est fréquemment observé dans un substrat de montage haute densité qui comporte un grand nombre de
plages de soudure fines sur lui.
Afin de résoudre le problème décrit ci-avant, par exemple, comme décrit dans la publication de demande de brevet non examinée du Japon n0 11251723, lorsqu'un substrat en céramique est formé au moyen d'une étape qui consiste à déposer une pâte isolante en tant que couche de revêtement, laquelle est constituée par une céramique pulvérulente mélangée avec un composant de verre, sur un corps en céramique de base qui comporte un motif conducteur en surface et au moyen d'une étape qui consiste à cuire la pâte isolante en association avec le substrat en céramique, une précision de positionnement relatif entre le motif
conducteur en surface et la couche de revêtement peut être améliorée.
Cependant, puisque la pâte isolante décrite ci-avant est constituée par le composant de verre en tant qu'agent auxiliaire pour le frittage et par la céramique pulvérulente, le composant de verre se diffuse jusqu'au substrat en céramique lors de la cuisson et peut influencer défavorablement les caractéristiques de frittage du substrat en céramique dans certains cas. Par exemple, puisqu'une zone au niveau de laquelle le revêtement est formé comporte le composant de verre selon une concentration supérieure à celle d'une zone au niveau de laquelle le revêtement n'est pas formé, le comportement en frittage du substrat en céramique peut se modifier partiellement. En tant que résultat, la génération d'un gauchissement et d'une ondulation du substrat en céramique peut se produire et en outre, du fait de la réaction mutuelle entre, une dégradation des caractéristiques électriques peut se produire de façon partielle et des pores peuvent être formés du fait de la réaction du composant de verre dans certains cas. En outre, le composant de verre dans la couche de revêtement peut se localiser sur la surface du motif conducteur et il s'ensuit que les caractéristiques de soudage et que les caractéristiques de placage peuvent être dégradées dans certains
cas.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Au vu des problèmes décrits ci-avant, la présente invention a été élaborée. Par conséquent, un objet de la présente invention consiste à proposer une composition en film épais isolante cuite en association avec un corps en céramique de base, qui permet d'atténuer la génération d'un gauchissement et d'une ondulation du corps en céramique de base générés par une cuisson et qui permet d'assurer des caractéristiques électriques supérieures. Un autre objet de la présente invention consiste à proposer un dispositif électronique en céramique qui est formé en utilisant la composition en film épais isolante. En outre, encore un autre objet de la présente invention consiste à proposer un appareil électronique qui est formé en utilisant le dispositif électronique en céramique. C'est-à-dire que la présente invention concerne une composition en film épais isolante qui est cuite en association avec un corps en céramique de base et qui comprend une céramique pulvérulente qui présente le même système de composition que celui d'une céramique pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique de base, o le diamètre de particule moyen de la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante est inférieur à celui de la céramique
pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique de base.
En outre, la présente invention concerne un dispositif électronique en céramique qui est formé au moyen des étapes qui consistent à former une couche qui est constituée par une composition en film épais isolante sur un corps en céramique de base qui comporte un motif conducteur prédéterminé et à cuire la couche en association avec le corps en céramique de base, o la composition en film épais isolante est une composition en film épais isolante conformément à la présente invention
décrite ci-avant.
Puisque la composition en film épais isolante de la présente invention comprend une céramique pulvérulente qui présente le même système de composition que celui de la céramique pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique de base et puisque le diamètre de particule moyen de la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante est inférieur à celui de la céramique pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique de base, des caractéristiques électriques supérieures et une stabilité dimensionnelle du corps en
céramique de base peuvent être assurées de façon satisfaisante.
Selon la présente invention, l'expression "le même système de composition" signifie que la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante comprend au moins un composant constitutif de la
céramique pulvérulente contenue dans le corps en céramique de base.
Par exemple, lorsque la céramique pulvérulente qui est contenue dans le
corps en céramique de base est une céramique à base de BaO-AI203-
SiO2, la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante peut contenir au moins un élément pris parmi BaO, A1203 et SiO2. En outre, puisque le dispositif en céramique de la présente invention est un dispositif électronique en céramique qui est formé au moyen des étapes qui consistent à déposer la composition en film épais isolante de la présente invention sur le corps en céramique de base qui comporte un motif conducteur prédéterminé et à cuire la composition en film épais isolante déposée en association avec le corps en céramique de base, un dispositif électronique compact peut être fabriqué, lequel dispositif électronique présente des caractéristiques électriques
supérieures, une stabilité dimensionnelle et des performances élevées.
C'est-à-dire qu'un appareil électronique compact et hautement fiable peut être fabriqué, lequel présente des performances plus élevées, en utilisant
le dispositif électronique de la présente invention.
BRÈVE DESCRIPTION DU DESSIN
La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un dispositif
électronique en céramique de la présente invention.
DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
Selon la présente invention, le diamètre de particule moyen d'une céramique pulvérulente dans une composition en film épais isolante est de préférence inférieur de 10% ou plus à celui d'une céramique
pulvérulente qui est contenue dans un corps en céramique de base.
Lorsque le diamètre de particule moyen de la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante est dans la plage mentionnée ciavant, sans ajouter un composant de verre et similaire à la composition, la composition en film épais isolante peut être suffisamment dense sous les conditions pour la cuisson de la composition en céramique de base. A l'opposé, lorsque le diamètre de particule moyen de la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante est supérieur à celui mentionné ci-avant, une couche qui est formée par la composition en film épais isolante peut être frittée de façon insuffisante dans certains cas sous les conditions pour la cuisson de la composition en céramique de base. En outre, il est davantage préférable que le diamètre de particule moyen de la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante soit inférieur de 30% ou plus à celui de la céramique pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique
de base.
Selon la présente invention, il est préférable que le diamètre de particule moyen de la céramique pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique de base soit dans la plage de 0,5 pim à 10 pm et que le diamètre de particule moyen de la céramique pulvérulente dans la
composition en film épais isolante soit dans la plage de 0,45,um à 9 ptm.
En outre, il est davantage préférable que le diamètre de particule moyen de la céramique pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique de base soit dans la plage de 1 Ftm à 5 gm et que le diamètre de particule moyen de la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante soit dans la plage de 0,7 ilm à 3 pm. Lorsque les diamètres de particule moyens des céramiques pulvérulentes individuelles sont dans les plages mentionnées ci-avant, le corps en céramique de base et la composition en film épais isolante peuvent être suffisamment frittés même à une température relativement faible et puisque la dimension de particule maximum de la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante peut être contrôlée de manière à être approximativement égale à 10 lam, la composition en film épais isolante peut être imprimée de façon nette en utilisant un procédé d'impression par sérigraphie ou similaire, et ainsi, une composition en film épais isolante peut être obtenue, laquelle peut former un motif
supérieur qui présente des formes nettes.
Selon la présente invention, il est préférable que la composition en film épais isolante ne contienne sensiblement pas de composant de verre. Dans le cas o un composant de verre n'est pas contenu de façon substantielle, aucun composant de verre ne se diffuse dans le corps en céramique de base lorsque la composition est cuite en association avec le corps en céramique de base et il s'ensuit que les caractéristiques de frittage afférentes ne sont pas influencées de façon défavorable. En tant que résultat, un corps en céramique fritté présentant des caractéristiques électriques supérieures peut être obtenu, corps en céramique fritté dans lequel le gauchissement et la distorsion sont atténués. En outre, puisque aucun composant de verre n'est localisé au niveau de la surface du motif conducteur, des caractéristiques de soudage supérieures et des caractéristiques de placage supérieures pour le motif conducteur peuvent
être assurées.
Afin de discriminer la couleur de la composition en film épais isolante par rapport à celle du corps en céramique de base (ou afin de discriminer la couleur de la composition en film épais isolante frittée par rapport à celle du corps en céramique fritté), la composition en film épais isolante contient de préférence un pigment organique ou un pigment inorganique. C'est-à-dire que lorsque ces deux couleurs peuvent être discriminées, la détection et l'inspection peuvent être aisément réalisées au niveau d'une étape d'impression de la composition en film épais isolante ou au niveau d'une étape de montage de divers composants à monter. Afin de discriminer les couleurs, par exemple de 0,1% à 1,5% en poids d'un pigment organique (tel que du phthalocyanine de cuivre, un pigment à base azo ou un pigment à base quinacridon) peuvent être ajoutés à la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante en tant qu'agent de coloration organique. Selon une variante, en tant qu'agent de coloration inorganique, 3% en poids ou moins d'un oxyde pulvérulent constitué par au moins un métal choisi parmi le groupe comprenant le chrome, le cobalt, le cuivre, le nickel le fer et le titane
peuvent être contenus.
En outre, selon la présente invention, la composition en film épais isolante contient de préférence 30% en poids ou moins d'un agent de remplissage inorganique par rapport à la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante. En tant qu'agent de remplissage inorganique mentionné ci-avant, un matériau qui présente un point de fusion relativement élevé et qui est difficile à fritter peut de préférence être utilisé. Par exemple, on peut mentionner une céramique du type oxyde pulvérulente, telle que l'alumine, le zircone, la magnésie ou l'oxyde de titane; et une céramique du type non oxyde pulvérulente telle qu'un nitrure ou qu'un carbure. En ajoutant l'agent de remplissage inorganique qui est décrit ci-avant à la composition en film épais isolante, une variation au niveau du profil de cuisson et une variation au niveau du comportement en cuisson du fait de la distribution large des diamètres de particule de la céramique pulvérulente sont réduites et un corps fritté qui présente des qualités stables peut être fabriqué. En outre, une résistance mécanique de film et des caractéristiques d'impression de la composition en film épais isolante peuvent être améliorées et qui plus est, une résistance mécanique du corps fritté peut être améliorée. Cependant, selon la présente invention, lorsque le profil de cuisson et le diamètre de particule moyen de la céramique pulvérulente peuvent être contrôlés de
façon stricte, I'agent de remplissage inorganique peut ne pas être utilisé.
Selon la présente invention, le corps en céramique de base est de préférence un empilement en céramique de base qui est constitué par des feuilles en céramique de base, et une couche isolante qui est constituée par la composition en film épais isolante peut être formée sur l'empilement en céramique ou à l'intérieur de celui-ci. Même lorsque la feuille en céramique de base et la composition en film épais isolante présentent exactement la même composition, la dispersibilité de la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante peut être inférieure à celle de la poudre de céramique dans la feuille en céramique de base dans bon nombre de cas. Par conséquent, lorsque les diamètres de particule moyens des céramiques pulvérulentes individuelles sont contrôlés comme décrit ci-avant, la variation au niveau des caractéristiques de l'empilement en céramique et au niveau de la déformation afférente peut être atténuée de façon suffisante et ainsi, un corps en céramique fritté hautement fiable (en particulier, un substrat en céramique multicouche) peut être obtenu, lequel présente des caractéristiques électriques supérieures et une stabilité dimensionnelle
supérieure.
Selon la présente invention, la céramique pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique de base est de préférence une céramique du type oxyde pulvérulente essentiellement constituée par de l'oxyde de baryum, par de l'oxyde de silicium, par de l'oxyde d'aluminium et par de l'oxyde de bore et la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante contient de préférence au moins une céramique du type oxyde pulvérulente choisie parmi le groupe comprenant de l'oxyde de baryum, de l'oxyde de silicium, de l'oxyde d'aluminium et de l'oxyde de bore. Les céramiques pulvérulentes qui présentent les systèmes de composition décrits ci-avant peuvent être cuites même dans une atmosphère réductrice et peuvent également être cuites en association avec un métal à point de fusion bas qui est peut
coûteux et qui présente une faible résistivité, tel que le cuivre.
Cependant, le corps en céramique de base de la présente invention n'est pas limité à un corps en céramique de base qui est constitué par la céramique pulvérulente décrite ci-avant et diverses céramiques pulvérulentes peuvent être utilisées, par exemple de l'AI203 ou similaire comportant un composant de verre mélangé avec, et un matériau qui précipite de la cordiérite, de l'anorthite ou similaire. En outre, le motif conducteur que le corps en céramique de base possède n'est pas limité à un motif conducteur constitué par du cuivre et divers métaux pulvérulents tels que Ag, Au, Ni, Ag/Pt et Ag/Pd peuvent être utilisés en tant que
composant conducteur.
Dans le cas o la céramique pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique de base présente une composition conformément au système de composition décrit ci-avant, la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante contient de préférence de 20% à 50% en poids d'oxyde de baryum en tant que BaO, de 40% à 70% en poids d'oxyde de silicium en tant que SiO2, de 2% à 10% en poids d'oxyde d'aluminium en tant que A1203 et de 1% à 3% en poids d'oxyde de bore en tant que B203. Une composition en film épais isolante qui contient des céramiques pulvérulentes présentant la composition décrite ci-avant peut être cuite à 1000"C ou moins dans une atmosphère réductrice et peut produire un matériau cristallisé tel que celsian et ainsi, un motif peut être formé, lequel présente une constante diélectrique s faible, une valeur de Q élevée, des caractéristiques haute fréquence supérieures, une faible capacité parasite, une faible déformation due à la
cuisson et une résistance mécanique de film élevée.
Lorsque la teneur en oxyde de baryum dans la céramique pulvérulente dans la composition en film épais isolante est inférieure à % en poids en tant que BaO, la température de cuisson tend à être supérieure à celle mentionnée ci-avant et par ailleurs, lorsque la teneur est supérieure à 50% en poids, la fiabilité de la résistance à l'humidité ou similaire peut être dégradée dans certains cas. Lorsque la teneur en oxyde de silicium est inférieure à 40% en poids en tant que SiO2, la constante diélectrique E est augmentée et les caractéristiques électriques peuvent être influencées de façon défavorable dans certains cas et par ailleurs, lorsque la teneur est supérieure à 70% en poids, la température de cuisson peut être supérieure à celle mentionnée ci-avant dans certains cas. Lorsque la teneur en oxyde d'aluminium est inférieure à 2% en poids en tant que A1203, la résistance mécanique à la flexion peut être diminuée dans certains cas et par ailleurs, lorsque la teneur est supérieure à 10% en poids, la température de cuisson tend à être supérieure à celle mentionnée ci-avant. En outre, lorsque la teneur en oxyde de bore est inférieure à 1% en poids en tant que B203, la température de frittage tend également à être supérieure à celle mentionnée ci-avant et par ailleurs, lorsque la teneur est supérieure à 3% en poids, la fiabilité de la résistance à l'humidité ou similaire peut être
dégradée dans certains cas.
En outre, la composition en film épais isolante contient de préférence 3% en poids ou moins d'un oxyde des terres alcalines tel que CaO, SrO ou MgO par rapport à la céramique pulvérulente contenue dans la composition en film épais isolante. Ces oxydes des terres alcalines servent à améliorer la fiabilité de la résistance à l'humidité ou
similaire en remplaçant le Ba de l'oxyde de baryum décrit ci-avant.
Cependant, lorsque la quantité ajoutée de l'oxyde des terres alcalines excède 3% en poids, la température de cuisson peut être augmentée ou les caractéristiques électriques telles que la constante diélectrique s et
que Q peuvent être dégradées dans certains cas.
Puis par report à la figure 1, un dispositif électronique en céramique de la présente invention sera décrit par report à un mode de réalisation. Un dispositif électronique en céramique qui est représenté sur la figure 1 est un module en céramique à multiples couches ou multicouche 1 qui est constitué par un substrat en céramique multicouche 2 en tant que corps et par un dispositif à semiconducteur 9 qui est monté sur l'une des surfaces principales du substrat en céramique multicouche 2, une
soudure 10 étant prévue entre.
Des motifs conducteurs internes 3 sont prévus à l'intérieur du substrat en céramique multicouche 2, lesquels motifs conducteurs internes forment un condensateur et un câblage interne, et sur l'une des surfaces principales du substrat 2, des motifs conducteurs en surface 5 sont prévus, chacun d'entre eux comportant une extrémité destinée à être utilisée en tant que plage de soudure. En outre, sur l'autre surface principale du substrat en céramique multicouche 2, des bornes externes 6 sont formées de manière à recouvrir des parties des surfaces latérales du substrat 2, et le module en céramique multicouche 1 est connecté à une carte mère ou similaire qui n'est pas représentée via les bornes externes 6. En outre, un trou de via 4 est formé dans le substrat en céramique multicouche 2 et au moyen du trou de via 4, les motifs conducteurs internes 3 sont connectés et les motifs conducteurs internes 3 sont connectés aux motifs conducteurs en surface 5 ainsi qu'aux
bornes externes 6.
A l'intérieur du substrat en céramique multicouche 2, une couche isolante interne 7 qui est formée par la composition en film épais isolante de la présente invention est prévue et la couche isolante interne 7 joue le rôle de matériau permettant de renforcer la résistance mécanique du substrat en céramique multicouche 2, de matériau permettant de régler la densité de manière à régler la distorsion qui est provoquée par le retrait qui est généré lors de la cuisson ou de matériau permettant de réduire l'irrégularité de manière à atténuer l'irrégularité qui est générée lorsque les motifs conducteurs internes 3 ou les motifs conducteurs en surface 5
sont formés par compression.
En outre, sur l'une des surfaces principales du substrat en céramique multicouche 2, des couches isolantes en surface 8 qui sont constituées par la composition en film épais isolante de la présente invention sont prévues de telle sorte que leurs parties couvrent les motifs conducteurs en surface 5. Les couches isolantes en surface 8 présentent une mouillabilité faible vis-à-vis de la soudure 10 et il s'ensuit que les couches isolantes en surface 8 jouent le rôle de couches de réserve de soudure pour empêcher l'étalement par mouillage de la soudure 10. Les couches isolantes en surface 8 servent également à améliorer les résistances mécaniques d'adhérence des motifs conducteurs en surface 5. Le module en céramique multicouche 1 peut être fabriqué au
moyen par exemple d'un processus tel que décrit ci-après.
En tant que matériau pour former le substrat en céramique multicouche 2, une quantité appropriée d'un vecteur organique ou d'un vecteur à base d'eau est mélangée avec une céramique pulvérulente frittable basse température présentant un diamètre de particule moyen de 0,5 ptm à 10 pmde manière à préparer une boue pour former des feuilles en céramique de base. La boue pour former les feuilles en céramique de base est déposée sur un film de support au moyen d'un procédé par lame ou similaire de manière à former des feuilles, et les feuilles ainsi formées sont séchées, d'o ainsi la formation des feuilles en céramique
de base.
La céramique pulvérulante frittable basse température est une céramique pulvérulente qui peut être cuite à un point de fusion d'un métal pulvérulent ou moins (en particulier 1000 C ou moins) tel que Ag, Cu, Au, Ni, Ag/Pd et Ag/Pt et en tant qu'exemple, on peut mentionner comme décrit ci-avant une céramique sans verre pulvérulente constituée par de l'oxyde de baryum, de l'oxyde silicium, de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de calcium, de l'oxyde de bore et similaire; une céramique composite en verre pulvérulente constituée par une céramique pulvérulente telle que A1203 qui contient un composant de verre en tant qu'agent auxiliaire pour
le frittage; ou une céramique à base de verre cristallisée pulvérulente.
Le vecteur organique est constitué par un agent de liaison tel qu'un alcool polyvinylique, de la cellulose éthylique, une résine acrylique, du polybutyl butyral ou une résine méthacrylique; et par un solvant tel que le toluène, le terpinéol, l'acétate de butyl carbitol ou un alcool; et lorsque nécessaire, divers agents dispersants, divers plastifiant, divers activateurs et similaire peuvent être ajoutés (des vecteurs utilisés pour la pâte conductrice et la composition en film mince isolante comme décrit
ci-après sont sensiblement équivalent à ceux décrits ci-avant).
Puis après que des ouvertures utilisées pour des trous de via sont formées dans les feuilles en céramique de base par poinçonnage ou similaire lorsque nécessaire, la pâte conductrice est remplie dans les ouvertures qui sont utilisées pour des trous de via, laquelle pâte conductrice est constituée par un métal pulvérulent tel que Ag, Cu, Au, Ni, Ag/Pd ou Ag/Pt mélangé avec le vecteur organique, d'o ainsi la formation des trous de via. En outre, une pâte conductrice similaire à celle décrite ci-avant est imprimée par sérigraphie sur des feuilles en céramique de baseprédéterminées, d'o ainsi la formation de motifs conducteurs qui sont utilisés en tant que motifs conducteurs internes 3 et en tant que motifs conducteurs en surface 5. Ensuite, une composition conductrice en film épais isolante est préparée pour former la couche isolante interne 7 et les couches isolantes en surface 8. Cette composition en film épais isolante est constituée par une céramique pulvérulente qui présente le même système de composition que celui de la céramique pulvérulente frittable basse température et par une quantité appropriée d'un vecteur organique ou d'un vecteur à base d'eau o la céramique pulvérulente présente un diamètre de particule moyen inférieur à celui de la céramique
pulvérulente frittable basse température de 10% ou plus.
En particulier, cette composition en film épais isolante est essentiellement constituée par une céramique pulvérulente qui présente un diamètre de particule moyen de 0,45!m à 9 ptm, qui ne contient pas de composant de verre en tant qu'agent auxiliaire pour le frittage et qui contient un agent de coloration organique ou un agent de coloration inorganique selon un taux prédéterminé. De façon davantage particulière, la composition en film épais isolante est constituée par une céramique pulvérulente qui contient de 20% à 50% en poids d'oxyde de baryum en tant que BaO, de 40% à 70% en poids d'oxyde de silicium en tant que SiO2; de 2% à 10% en poids d'oxyde d'aluminium en tant que A1203; et de 1% à 3% en poids d'oxyde de bore en tant que B203 et 30% en poids ou moins d'un agent de remplissage inorganique et 3 % en poids ou moins d'un oxyde des terres alcalines par rapport à la céramique pulvérulente. En considération des caractéristiques d'impression, la viscosité de la composition en film épais isolante est de préférence
comprise entre 50 et 300 Pa.s.
Puis afin de former la couche isolante interne 7 et les couches isolantes en surface 8 sur les feuilles en céramique de base formées au préalable, la composition en film épais isolante est déposée au niveau d'emplacements prédéterminés au moyen d'une impression par sérigraphie de manière à former des couches de revêtement. Ensuite, les feuilles en céramique de base ainsi formées sont empilées les unes sur les autres puis sont comprimées ensemble, d'o ainsi l'obtention d'un
empilement en céramique de base.
L'empilement en céramique de base est ensuite cuit à 1000 C ou moins dans par exemple de l'air ou dans une atmosphère réductrice, d'o ainsi la formation d'un corps en céramique fritté (dans ce cas, le substrat
en céramique multicouche 2).
C'est-à-dire que dans le cas dans lequel le corps en céramique multicouche est formé de la manière décrite ci-avant, puisque la condition pour cuire le substrat en céramique multicouche devrait être la première condition à déterminer, la composition en film épais isolante peut être maintenue à une température supérieure à sa température de frittage dans certains cas. Par conséquent, au niveau de l'interface de la couche isolante qui est constituée par la composition en film épais isolante et du substrat en céramique multicouche ou au niveau de l'interface de la couche isolante et du motif conducteur, une réaction mutuelle (en particulier, une réaction pilotée par diffusion) se produit brusquement, ce qui diminue la différence de concentration entre les matériaux individuels et en tant que résultat, diverses caractéristiques sont influencées de façon défavorable. Il s'ensuit que la composition en film épais isolante doit être formée de manière à présenter une faible différence en termes de concentration par rapport à celles des matériaux en contact avec et doit également être formée de manière à présenter des caractéristiques de frittage stables dans une plage de températures de cuisson du
substrat en céramique multicouche.
En outre, même si la même composition de matériau est utilisée, les caractéristiques de frittage (le comportement en frittage) peuvent différer entre la composition en film épais isolante et la feuille en céramique de base dans bon nombre de cas (en général, la composition en film épais isolante est difficile à fritter) puisque la quantité du vecteur et son type peuvent différer entre les matériaux et en outre, la dispersibilité et la densité de remplissage de la céramique pulvérulente peuvent différer en fonction des matériaux. Par conséquent, un composant de verre ou similaire est classiquement ajouté à la composition en film épais isolante, lequel est formé selon une couche isolante, de manière à améliorer les caractéristiques de frittage afférentes; cependant, comme décrit ci-avant, diverses influences défavorables générées par la diffusion du composant de verre peuvent
être observées dans certains cas.
Cependant, conformément à ce mode de réalisation, la composition en film épais isolante est essentiellement constituée par une céramique pulvérulente qui présente le même système de composition que celui de feuilles en céramique de base et en outre, le diamètre de particule moyen de la céramique pulvérulente est inférieur à celui de la céramique pulvérulente qui est contenue dans la feuille en céramique de base; il s'ensuit que les caractéristiques de frittage de la composition en film épais isolante peuvent être suffisamment améliorées et en tant que résultat, il n'est pas nécessaire d'ajouter un composant de verre ou
similaire en tant qu'agent auxiliaire pour le frittage.
En outre, puisque la composition décrite ci-avant qui ne contient pas de composant de verre qui dégrade les caractéristiques électriques et la résistance mécanique du substrat en céramique multicouche est appliquée sur le substrat en céramique multicouche, une couche isolante hautement fiable peut être formée, laquelle présente un degré très élevé de cristallisation, de façon équivalente au substrat en céramique multicouche, et en outre, les caractéristiques d'impression et les
caractéristiques de détection peuvent également être améliorées.
C'est-à-dire que puisque la composition en film épais isolante de la présente invention contient sensiblement pas de composant de verre en tant qu'agent auxiliaire pour le frittage, un défaut de frittage est non susceptible de se produire lors de la cuisson du fait de la réaction mutuelle entre la composition en film épais isolante et le corps en céramique de base, et un gauchissement, une dégradation des propriétés électriques et similaire sont également non susceptibles de se produire. En outre, puisque la composition en film épais isolante de la présente invention est cuite en association avec le substrat en céramique multicouche et avec le motif conducteur, un degré élevé de précision de positionnement peut être obtenu et il s'ensuit que la fiabilité du substrat en céramique multicouche peut être améliorée. Lorsque la composition en film épais isolante est utilisée pour une couche isolante en surface, cette couche isolante peut être efficacement utilisée en tant que couche de réserve de soudure qui est utilisée pour un substrat en céramique multicouche comportant de multiples bornes moyennant des pas plus étroits et lorsque la composition en film épais isolante est utilisée pour une couche interne, cette couche interne peut être efficacement utilisée en tant que matériau permettant de régler la densité dans le substrat, en
tant que matériau permettant de réduire les irrégularités et similaire.
Jusqu'ici, le dispositif électronique en céramique de la présente invention a été décrit en utilisant le module en céramique multicouche 1; cependant, le dispositif électronique en céramique de la présente invention n'est pas limité à des modules constitués par des dispositifs passifs tels que des condensateurs en puce et par des dispositifs actifs tels que des dispositifs à semiconducteur, qui sont montés sur des substrats en céramique multicouche. Par exemple, le dispositif électronique en céramique de la présente invention peut être appliqué à un substrat en céramique multicouche tel qu'un substrat pour un module multipuce, et à un substrat pour la mise sous module; et à des dispositifs en puce tels qu'un condensateur en puce, une bobine en puce et une antenne en puce. En outre, le dispositif électronique en céramique de la présente invention peut être constitué par un substrat en céramique monocouche ou par un substrat en céramique multicouche et en particulier, lorsque le dispositif électronique en céramique est constitué par un substrat en céramique multicouche, une cavité peut être formée et un matériau qui présente une constante diélectrique s élevée peut être
noyé dans le substrat.
En outre, I'appareil électronique de la présente invention peut être un appareil électronique tel qu'un appareil de communication mobile ou un ordinateur qui est muni du substrat en céramique multicouche mentionné ciavant, du module en céramique multicouche, du dispositif en puce et similaire. Par exemple, un dispositif électronique en céramique tel que le module en céramique multicouche 1 peut être utilisé en tant que partie de traitement d'entrée/sortie d'un appareil de
communication mobile et similaire.
Qui plus est, selon les modes de réalisation décrits ci-avant, la composition en film épais isolante est déposée de manière à former la couche isolante en surface avant que les feuilles en céramique de base individuelles ne soient comprimées ensemble; cependant, la composition peut être déposée après que les feuilles en céramique de base individuelles sont comprimées ensemble. Dans le cas décrit ci-avant, puisque le substrat en céramique multicouche après compression présente une planéité de surface supérieure, I'impression de la composition en film épais isolante peut être réalisée de façon satisfaisante mais une irrégularité peut être formée par la composition en film épais isolante dans certains cas. Lorsque l'irrégularité ainsi formée est un inconvénient lors du montage de composants ou lors de la formation de bossements, une étape de compression est de préférence réalisée à nouveau après que la composition en film épais isolante est imprimée. En outre, lorsque la composition en film épais isolante de la présente invention est formée sur l'une des surfaces principales du corps en céramique de base, la composition peut également être utilisée en tant que matériau mentionné ci-avant pour renforcer la résistance mécanique, en tant que matériau pour régler la densité et en tant que
matériau pour réduire les irrégularités.
Exemples
Ci-après, la présente invention sera décrite par report aux
exemples particuliers.
Une céramique pulvérulente à base de BaO-SiO2-AI203-B203 (dont le diamètre de particule moyen est de 2,5 prm) a été tout d'abord préparée et des quantités appropriées d'un agent de liaison organique
constitué par du polybutyl butyral, d'un plastifiant constitué par du din-
butyl phthalate et d'un solvant organique constitué par du toluène et par de l'alcool isopropylique ont été mélangés avec la céramique pulvérulente mentionnée ci-avant, d'o ainsi la préparation d'une boue pour former des feuilles en céramique de base. La composition de la céramique pulvérulente était de 33% en poids de BaO, de 60% en poids
de SiO2, de 5% en poids d'AI203 et de 2% en poids de B203.
Puis la boue ainsi formée a été déposée sur un film de support au moyen d'un procédé par lame de manière à former des feuilles et à été ensuite séchée, d'o ainsi la formation de feuilles en céramique de base
d'une épaisseur de 100 ptm.
En outre, aux céramiques pulvérulentes à base de BaO-SiO2-
A1203-B203 présentant les compositions qui sont présentées dans le tableau 1 présenté ci-après, des agents de remplissage inorganiques et des oxydes des terres alcalines ont été ajoutés conformément à ce qui est présenté au niveau du tableau 1. Des quantités appropriées d'un agent de liaison organique et d'un solvant organique ont été ensuite ajoutées aux compositions individuelles ainsi formées et les mélanges ont été agités et malaxés dans un broyeur secoueur et dans un broyeur à trois rouleaux, d'o ainsi la préparation de compositions en film épais isolantes des échantillons n 1 à 14 qui sont présentés dans le tableau 1
présenté ci-après.
Tableau 1
Composant principal Agent de Oxyde de terre (poudre de céramique) remplissage alkaline inorganique N BaO SiO2 A1203 B203 Diam. moyen Type QUte CaO SrO MgO (% en (% en (% en (% en de particule d'ajout (% en (% en (% en poids) poids) poids) poids)(hum) poids) poids) poids)
1 33 60 5 2 2,3 - - -
2 33 60 5 2 1,8 - - -
3 35 60 0 5 2,1 - - -
4 35 60 5 2 1,2 - - -
33 60 5 2 1,2 Alumine 10 - -
6 33 60 5 2 1,2 Alumine 20 - -
7 33 60 5 2 0,9 Alumine 30 - -
8 33 60 5 2 1,2 Alumine 40 - -
9 33 60 5 2 1,1 Alumine 10 1 2 0,5
33 60 5 2 1,0 Alumine 10 4 - -
11 37 50 10 3 1,5 Zircone 5 - 2 -
12 15 80 10 5 1,1 - - -
13 33 60 5 2 2,5 - - -
14 33 60 5 2 2,8 - - -
Puis après que la composition en film épais isolante a été imprimée sur la totalité de la surface d'un empilement en céramique (d'une épaisseur de 0,8 mm) constitué par dix feuilles en céramique de base comme décrit ci-avant, l'empilement a été ensuite coupé selon 2 pouces sur 2 pouces et l'empilement coupé ainsi formé a été comprimé thermiquement à 80 C et à 200kg/cm2. Ensuite, l'empilement en céramique a été cuit à 10000C ou moins dans une atmosphère réductrice. Les caractéristiques de frittage et le gauchissement de chaque substrat en céramique multicouche ainsi obtenu ont été évalués. Afin d'évaluer les caractéristiques de frittage, chaque substrat en céramique multicouche a été immergé dans un agent d'imprégnation (de l'encre rouge) et le degré d'imprégnation subsistante dans le substrat en céramique multicouche a été observé après qu'un lavage a été réalisé en utilisant une eau purifiée circulante. Les caractéristiques de frittage ont été classifiées selon trois classes, c'est-à-dire des caractéristiques de frittage supérieures (a), de bonnes caractéristiques de frittage (o) et des caractéristiques de frittage inférieures (x) conformément au degré d'imprégnation restante. Au niveau de cette évaluation, I'expression "caractéristiques de frittage supérieures" signifie qu'une imprégnation n'est pas observée dans le substrat en céramique multicouche et qu'un corps fritté dense est formé; l'expression "bonnes caractéristiques de frittage" signifie que seulement un faible nombre de pores est observé mais qu'un corps fritté dense est formé; et l'expression "caractéristiques de frittage inférieures" signifie que l'imprégnation de l'agent d'imprégnation est observée dans le substrat en céramique multicouche et qu'un corps fritté dense n'est pas obtenu. Les résultats sont présentés
au niveau du tableau 2 qui est présenté ci-après.
Tableau 2
N Caractéristique de frittage gauchissement (ptm) 1 o +80
2 * -30
3 * -50
4 o -80
+20
6. +30
7 +30
8 o +100
9 * +20
o +70
11 À +30
12 o +140 13 x +200 14 x +250 Caractéristique de frittage "." = supérieure "o" = bonne "x" = inférieure Comme on peut le voir dans le tableau 2, conformément aux compositions en film épais isolantes (les échantillons n 1 à 12) de cet exemple, des substrats en céramique multicouche présentant des caractéristiques de frittage supérieures ont été obtenus sans augmentation substantielle du gauchissement. En outre, même si cela n'est pas présenté au niveau du tableau, les substrats en film épais isolants des exemples présentent des caractéristiques d'impression supérieures moyennant un degré élevé de précision et ainsi, des motifs
fins pourraient être formés.
Au niveau du tableau 3 qui est présenté ci-après, les caractéristiques électriques d'un substrat en céramique multicouche qui est formé en utilisant la composition en film épais isolante de l'échantillon n 5 sont présentées en association avec celles d'un substrat en céramique multicouche qui est formé en utilisant une composition en film épais isolante de n 15. La composition en film épais isolante de n 15 a été constituée par une céramique pulvérulente à base de BaO (30% en poids)SiO2 (60% en poids)-AI203 (5% en poids)-B203 (2% en poids) présentant un diamètre de particule moyen de 2,5 tm, par 5% en poids de verre de borosilicate (BSG) présentant une température de ramollissement de 600 0C par rapport à la céramique pulvérulente décrite
ci-avant et par un vecteur organique équivalent à celui décrit ci-avant.
5.Tableau 3
N Caractéristique s Q Tcc I R _ de frittage (ppm/ C) (1 À 6 1800 0 + 30 102 ou plus
15. 7 1300 80 + 20
Comme représenté au niveau du tableau 3, puisque le substrat en céramique multicouche qui est formé en utilisant la composition en film épais isolante de numéro 15 contenait un composant de verre, la constante diélectrique g était légèrement dégradée et le coefficient de température de capacité Tcc était également légèrement dégradé par comparaison avec ceux du substrat en céramique multicouche formé en utilisant la composition en film épais isolante de n 5. En outre, puisque les frontières de grain du substrat en céramique multicouche sont désordonnées du fait de la présence du composant de verre, le facteur Q était légèrement diminué. Qui plus est, des pores étaient produits au voisinage de l'interface de la composition en film épais isolante et du substrat en céramique multicouche et de ce fait, la fiabilité en isolation
(IR) tendait également à se dégrader.
Lorsque 0,5% en poids de phthalocyanine de cuivre était ajouté en tant qu'agent de coloration, à l'opposé du substrat en céramique multicouche blanc, la couche isolante formée par la composition en film épais isolante était bleue et il s'ensuit que les couches individuelles
étaient aisément discriminées.
Puisque la composition en film épais isolante de la présente invention est essentiellement constituée par une céramique pulvérulente qui présente le même système de composition que celui de la céramique pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique de base et puisque le diamètre de particule moyen de la céramique pulvérulente est inférieur à celui de la céramique pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique de base, la réaction mutuelle entre le corps en céramique de base et le substrat en film épais isolant est atténuée et il s'ensuit que les caractéristiques électriques et la stabilité dimensionnelle
du corps en céramique de base peuvent être améliorées.
En outre, puisque le dispositif électronique en céramique de la présente invention peut être obtenu au moyen d'une étape qui consiste à déposer la composition en film épais isolante de la présente invention en tant que réserve de soudure, en tant que matériau permettant de renforcer la résistance mécanique, en tant que matériau permettant de régler la densité ou en tant que matériau permettant de réduire I'irrégularité sur et/ou dans le corps en céramique de vase présentant un motif conducteur prédéterminé et au moyen d'une étape qui consiste à cuire la composition en association avec le corps en céramique de base, le dispositif électronique en céramique présente des caractéristiques électriques supérieures et une forme stable qui présente un faible gauchissement et une faible distorsion. C'est-à-dire qu'un appareil électronique compact et hautement fiable peut être fabriqué, lequel présente une performance plus élevée, en utilisant des dispositifs
électroniques de la présente invention.
Claims (16)
1. Composition en film épais isolante (8) cuite en association avec un corps en céramique de base (2), caractérisée en ce qu'elle comprend une première céramique pulvérulente qui présente le même système de composition que celui d'une seconde céramique pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique de base, o le diamètre de particule moyen de la première céramique pulvérulente est inférieur à
celui de la seconde céramique pulvérulente.
2. Composition en film épais isolante (8) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre de particule moyen de la première céramique pulvérulente est inférieur à celui de la seconde céramique
pulvérulente de 10% ou plus.
3. Composition en film épais isolante (8) selon la revendication 2, caractérisée en ce que le diamètre de particule moyen de la seconde céramique pulvérulente est compris en 0,5 tm et 10 pim et le diamètre de particule moyen de la première céramique pulvérulente est compris entre
0,45 am et 9 km.
4. Composition en film épais isolante (8) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la composition en film épais isolante ne
comprend sensiblement pas de composant de verre.
5. Composition en film épais isolante (8) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la composition en film épais isolante contient de 0,1% à 1,5% en poids d'un pigment organique par rapport à la
première céramique pulvérulente.
6. Composition en film épais isolante (8) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la composition en film épais isolante contient 3% en poids ou moins d'un oxyde pulvérulent qui est constitué par au moins un métal choisi parmi le groupe comprenant le chrome, le cobalt, le cuivre, le nickel, le fer et le titane par rapport à la première céramique pulvérulente.
7. Composition en film épais isolante (8) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la composition en film épais isolante contient % en poids ou moins d'un agent de remplissage inorganique par
rapport à la première céramique pulvérulente.
8. Dispositif électronique en céramique caractérisé en ce qu'il est fabriqué au moyen d'un procédé qui comprend les étapes consistant à former une couche qui est constituée par une composition en film épais isolante (8) sur un corps en céramique de base (2) présentant un motif conducteur prédéterminé et à cuire la couche en association avec le corps en céramique de base, o la composition en film épais isolante est une composition en film épais isolante selon l'une quelconque des
revendications 1 à 7.
9. Dispositif électronique en céramique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le corps en céramique de base (2) est un empilement en céramique de base qui est formé en empilant des feuilles en céramique de base, et la couche qui est constituée par la composition en film épais isolante est formée sur au moins une surface prise parmi une surface externe (8) et une surface interne (7) de l'empilement en
céramique de base (2).
10. Dispositif électronique en céramique selon la revendication 9, caractérisé en ce que la seconde céramique pulvérulente qui est contenue dans le corps en céramique de base (2) est une céramique du type oxyde pulvérulente essentiellement constituée par de l'oxyde de baryum, de l'oxyde de silicium, de l'oxyde d'aluminium et de l'oxyde de bore et la première céramique pulvérulente qui est contenue dans la composition en film épais isolante (8) comprend au moins une céramique du type oxyde pulvérulente choisie parmi le groupe comprenant l'oxyde
de baryum, I'oxyde de silicium, I'oxyde d'aluminium et l'oxyde de bore.
11. Dispositif électronique en céramique selon la revendication , caractérisé en ce que la première céramique pulvérulente contient de % à 50% en poids d'oxyde de baryum en tant que BaO, de 40% à 70% en poids d'oxyde de silicium en tant que SiO2, de 2% à 10% en poids d'oxyde d'aluminium en tant que Al203 et de 1% à 3% en poids d'oxyde
de bore en tant que B203.
12. Dispositif électronique en céramique selon la revendication 11, caractérisé en ce que la composition en film épais isolante (8) contient 3% en poids ou moins d'un oxyde des terres alcalines par
rapport à la première céramique pulvérulente.
13. Dispositif électronique en céramique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche qui est constituée par la composition en film épais isolante (8) est formée sur la surface du corps en céramique de
base en tant que couche de réserve de soudure.
14. Dispositif électronique en céramique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche qui est constituée par la composition en film épais isolante est formée à l'intérieur (7) du corps en céramique de base (2) en tant que matériau pris parmi un matériau pour renforcer la résistance mécanique, un matériau pour régler la densité et un matériau
pour réduire l'irrégularité.
15. Dispositif électronique en céramique selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un composant (9) est monté sur au moins l'une des
surfaces principales du dispositif électronique en céramique.
16. Appareil électronique caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif électronique e" 'céramique selon l'une quelconque des
revendications 8 à 15.
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