JP2007067387A

JP2007067387A - 絶縁基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2007067387A
Application number: JP2006210693A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kamata; 宏鎌田; Masami Anzai; 正巳安斉
Original assignee: SANSET KOGYO KK; NEC Schott Components Corp
Current assignee: SANSET KOGYO KK; NEC Schott Components Corp
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】高精度に比較的簡単で低コストに製造できる配線用絶縁基板および孔明き絶縁基板を提案する。
【解決手段】組立工程Ａは、所定長にカットした複数の金属線材１１をガラス板に垂直に保持され、所定の形状にカットされた絶縁素材のガラス１３が所定形状のベース治具１４に当接して配置される。加熱工程Ｂは、組立体を加熱炉で通炉させ、軟化したガラス１３に金属線材１１を加圧し埋入させる。加圧法は垂直に保持された複数の金属線材１１に重し治具１５を当接させ、重力加圧する。金属線材１１がガラス１３に植設した合体合板は、徐冷後に分解工程Ｃで各治具が分解されて合体合板１７が分離される。次に、研磨工程Ｄで金属線材１１を切断し、その端面を合体合板１７の表面に露呈させるようガラス表面を研磨処理する。仕上工程Ｅは合体合板１７をポリッシングとクリーニングにより処理され絶縁基板１０となる。
【選択図】図２

Description

本発明は貫通導体付絶縁基板または孔明き絶縁基板、およびその製造方法に関し、特に、加熱した軟化溶融状態の絶縁ガラス素材に耐熱性金属材を押し込みまたは圧入して植設した貫通導体付絶縁基板およびこの貫通導体付絶縁基板から貫通導体を除去した孔明き絶縁基板、並びにそれらの製造方法に関する。

半導体チップや小型電子部品を搭載する小型で信頼性の高い配線基板としてセラミック配線基板が知られている。このようなセラミック配線基板で貫通孔部分の配線抵抗を改善するために貫通孔部分を金属ブロックとすることが特許文献１に開示される。また、特許文献２は、高精度な孔あけ加工により貫通孔付きガラス製品の製造方法を開示する。この場合、ガラスの成形用素材を必要な孔深さ以上の高さの高精度な突起形状を有する成形用金型と平面金型との間に挟み、該成形用素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、冷却して型より離型し、所定の孔深さとなる厚さまで平面側から研磨するガラスの孔あけ加工法を提案する。
特開平６−１２０６３３号公報特開２００３−２０１１４７号公報

ところで、特許文献１は貫通孔部分が金属ブロックから成り、絶縁部分がガラスから成るセラミック配線基板を開示する。このセラミック配線基板は、軟化点６００℃のほう珪酸ガラスにガラスが充分に流動するような温度（１１００℃）で剣山状タングステンブロックを完全に沈むようにした後、減圧し、徐冷し、剣山状タングステンブロックの上部を切断除去する方法である。それゆえ、製造毎に用意する剣山状タングステンブロックは金属材料利用率が極めて低くなる。また、モリブデンやタングステンのブロックに剣山を作るダイサー加工は作業工数の増大化と高精度化に対して問題がある。また、セラミック配線基板をグリーンシート法で作製する従来方法は、貫通部分にタングステンやモリブデンの微粉末を利用するので貫通部分の配線抵抗が高くなり所望する配線基板が得られない。

一方、特許文献２はガラス材料の孔あけ方法を提案し、貫通孔付きガラス製品の製造方法を開示する。すなわち、成形用ガラス素材を、必要な孔深さ以上の高さの突起形状を有する成形用金型と平面金型との間に挟み、ガラス素材が変形可能な温度まで加熱し、プレス成形して突起形状の反転形状を精密に転写させた窪みを形成し、冷却、離型する。その後、窪みを形成したガラス素材を、所定の孔深さとなる厚さまで、平面側から研磨する加工法を提案している。しかし、孔明きガラス基板の製造方法としても超硬合金などの高強度な素材で形成する平面金型と突起金型の作製上での加工作業性や、これらの金型によるプレス成形によるガラス素材の厚み制御に難点があった。また、この方法は配線用絶縁基板を利用した貫通孔付きガラス製品の製造方法を提案するものでない。

したがって、本発明の目的は、上記欠点に鑑み提案されたものであり、従来の問題点を排除するため治具を利用して量産化に適応する新規かつ改良された貫通導体付絶縁基板および貫通孔明き絶縁基板とその製造方法を提示するものである。特に、低コスト化と共にファインピッチの貫通配線や孔明け加工したガラスまたはガラスセラミックの絶縁基板を提供し、その製造方法を提案することを目的とする。

本発明によれば、所定形状の耐熱部材とこの耐熱部材の軟化点より低い温度の軟化点を有するガラスまたはガラスセラミックの絶縁基板素材とを当接し、絶縁基板素材を軟化状態に加熱して重し荷重を付与し、耐熱部材を絶縁基板素材に食込ませた合体部材に融着加工し、徐冷後の合体部材に関し、表面研磨を含む仕上加工してガラスまたはガラスセラミック材に耐熱部材を貫通埋設した絶縁基板が開示される。ここで、前記耐熱部材として電気導体または光導体の配線用リードが用いられ、合体部材に配線用リードを貫通配置したことを特徴とする貫通導体付絶縁基板が提供される。また、所定形状の耐熱部材とこの耐熱部材の軟化点より低い温度の軟化点を有するガラスまたはガラスセラミックの絶縁基板素材とを当接し、絶縁基板素材を軟化状態に加熱して重し荷重を付与し、耐熱部材を絶縁基板素材に食込ませた合体部材に融着加工し、徐冷後の合体部材である耐熱部材を貫通埋設した絶縁基板とした後、この絶縁基板を耐熱部材が溶解する溶液に浸漬して耐熱部材を溶出除去して空洞部を形成した孔明き絶縁基板が提供される。たとえば、所定形状に成形加工した金属導体または光ファイバー等の耐熱部材を耐熱部材の軟化温度より低い温度で軟化溶融状態になるガラスまたはガラスセラミック基板素材に当接し、重しによる荷重を付与して耐熱部材を軟化溶融状態の基板素材に食込ませて耐熱部材が基板素材に融着植設された合体部材とし、この合体部材を徐冷し、その表面を研磨して耐熱部材をガラスまたはガラスセラミック基板素材に貫通埋設の配線用リードとする貫通導体付絶縁基板を提供する。さらに、この貫通導体付絶縁基板を耐熱部材が溶解する溶液に浸漬して耐熱部材を除去して孔明き空洞部を形成した孔明き絶縁基板を提供する。

換言すると、所定形状に加工した耐熱金属材、耐熱セラミック材、耐熱ガラス材およびファイバ材のいずれかから選ばれる耐熱部材を加熱して軟化させたガラス材またはガラスセラミックの絶縁基板素材に当接し、これらの両者に重しによる荷重を付与しつつ一方の部材を他方の部材に食込ませて融着合体した合板部材を形成し、この合板部材を徐冷後にその表面を研磨して耐熱部材を絶縁基板素材に貫通埋設した貫通導体付絶縁基板を提供する。また、前記絶縁基板を耐熱部材を溶解する溶液に浸漬処理して貫通状空洞部を形成したことを特徴とする孔明き絶縁基板も提供され、これらはいずれもガラス基板に微細加工の貫通導体を設けたり、貫通孔を形成したりするもので配線用絶縁基板やウエハーレベルパッケージ用絶縁基板として有用である。具体的な製造方法は、耐熱部材をメイン治具に収納する工程、絶縁素材を枠付治具に配置する工程、前記メイン治具と前記枠付治具と共に重しを付与する重し治具をセット治具に組み込む焼成治具の組立工程、前記焼成治具を通炉により前記耐熱部材と前記絶縁素材を加熱する工程、軟化状態の前記絶縁素材に前記耐熱部材を植設する工程、前記絶縁素材に前記耐熱部材が植設された合体板を取り出す前記焼成治具の分解工程、および所望する表面に仕上げる前記合体板を研磨する工程を含む配線用絶縁基板の製造方法が開示される。すなわち、金属線材等の配線用耐熱部材をメイン治具の収容部分に収納する工程、ガラス基板等の絶縁素材を枠付治具の所定位置に配置する工程、耐熱部材が収納されたメイン治具と絶縁素材が配置された枠付治具を、配線部材と絶縁素材を対設させて一方から他方に重しを付与する重し治具と共にセット治具に組立てる工程、耐熱部材が軟化せず絶縁素材が軟化する温度にセット治具を加熱する工程、加温状態で重し治具の重しを付与して耐熱部材を軟化した絶縁素材に植設する工程、セット治具を分解して耐熱部材が絶縁素材に植設された耐熱部材付き絶縁板の合体部材を取り出す工程、および取出された合体部材から所望しない部分を除去して配線用絶縁基板に形成する研磨・仕上工程を含む配線用絶縁基板の製造方法を提示する。ここで、焼成治具の組立工程は絶縁素材の表面上に耐熱部材を載置する状態で組み込み、加熱する工程において重し治具の重し荷重を付与し、耐熱部材がメイン治具から延び出る部分を軟化状態の絶縁素材に押し込んで植設することを特徴とする金属貫入方式、および焼成治具の組立工程は耐熱部材がメイン治具から延び出る先端面上に絶縁素材を載置する状態で組み込み、加熱する工程において重し治具の重し荷重を付与し、軟化溶融状態の絶縁素材を耐熱部材に圧入して、耐熱部材の延び出る部分を植設することを特徴とする引下げ方式とがある。具体的に利用する方式は耐熱部材と絶縁素材の材料や寸法精度に応じて選択されるが、重し治具の重し荷重を付与する方式の違いとしては、メイン治具に整列配置した耐熱部材の一部分を軟化状態の絶縁素材に植設する前者金属貫入方式が比較的細い耐熱部材を使用する場合や絶縁素材を比較的低粘度の軟化溶融状態で使用する場合に有効であるのに対し、メイン治具に整列配置した耐熱部材に軟化状態の絶縁素材に荷重を付与して絶縁素材に耐熱部材を食込ませて植設する後者絶縁素材引下げ方式が比較的太くて丈夫な耐熱部材を使用する場合や絶縁素材を比較的高い粘度状態で使用する場合の耐熱部材の植設に好適と言える。

本発明の別の観点によれば、上述する貫通導体付絶縁基板または孔明き絶縁基板の製造方法であって、耐熱部材と絶縁素材と重しとを互いに当接状態で配置する組立工程、この組立体を重しにより荷重を付与して通炉する加熱工程、加熱により軟化または溶融状態にした絶縁素材に耐熱部材を埋入し植設する工程、耐熱部材が絶縁素材に植設し融着して合体部材とする工程、徐冷後組立体から合体部材を分離する分解工程、および分離した合体部材を所望する表面状態に研磨する仕上工程を含む絶縁基板の製造方法が提案される。ここで、前記組立工程は絶縁素材の表面に耐熱部材を垂直にして載置され、加熱工程で重しの重力作用により耐熱部材を軟化状態の絶縁素材に押し込み埋入して合体することを提案し、組立工程は前記耐熱部材の線材先端部に絶縁素材を載置し、加熱工程で重しによる垂直荷重により軟化状態の絶縁素材を線材先端部に圧入植設して合体することを提示する。好ましくは、前記加熱工程は絶縁素材が７．０ポイズ、好ましくは５．８ポイズ以下の粘性を有する軟化・溶融状態に加温処理することを提示する。すなわち、耐熱金属線材を多数の貫通孔を有する第１治具に挿入する工程、ガラス絶縁板材を所定形状の第２治具に位置決めする工程、重し治具を前記第１および第２治具に組み込む組立工程、組立体を通炉して金属線材の先端部分をガラス絶縁板材に植設して合体する加熱工程、ガラス絶縁板材に前記金属線材が植設された合体ガラス板を徐冷して分離する分解工程、合体ガラス板を金属線材の端面と面一に表面処理する研磨工程、および合体ガラス板を所望する形態にする成形工程を含む絶縁基板の製造方法である。なお、前記耐熱部材としては耐熱金属材、耐熱セラミック材、耐熱ガラス材およびファイバ材があり、かつ前記絶縁素材はガラス材およびガラスセラミック材がある。

一方、孔明き絶縁基板の製造方法について、耐熱部材を絶縁素材に当接配置し、重しを組み込む組立工程、組立体を通炉により前記耐熱部材と前記絶縁素材を加熱する工程、加熱軟化した前記絶縁素材に前記耐熱部材を植設して合体部材を形成する合体工程、前記合体部材を徐冷後に分離する分解工程、合体部材を耐熱部材の溶解液に浸漬して前記耐熱部材を溶解除去する溶出工程、および耐熱部材が除去された合体部材の孔明き表面を研磨する工程を含む孔明き絶縁基板の製造方法を開示する。

たとえば、耐熱金属線材を多数の貫通孔を有する第１治具に挿入する工程、ガラス絶縁板材を所定形状の第２治具に位置決めする工程、重し治具を前記第１および第２治具に組み込む組立工程、組立体を通炉して前記金属線材の先端部分を前記ガラス絶縁板材に植設して合体する加熱工程、前記ガラス絶縁素材に前記金属線材が植設された合体ガラス板を徐冷して分離する分解工程、前記合体ガラス板を前記金属線材の端面と面一に表面処理する研磨工程、および前記合体ガラス板を所望する形態にする成形工程を含むことを特徴とする絶縁基板の製造方法を開示する。ここで、前記加熱工程は軟化状態の前記ガラス絶縁素材に前記金属線材の一方の部分を挿し込んで植設し、前記研磨工程は前記合体ガラス板の表面側に突設する前記金属線材の切断処理と前記合体ガラス板の裏面側に前記金属線材の端面を露呈させるガラス磨滅処理を含み、前記金属線材は予めアニール処理して金属線材の不純物を排除することを提示する。さらに、前記第１および第２治具については、カーボン、シリコンおよび超硬合金を含む群から選ばれる単独または複数材料により構成することができることを提示する。具体的には、タングステン金属線材とほう珪酸ガラスが使用される場合には、その加熱温度は９００〜１１００℃であることが好ましく、さらに、使用できる耐熱部材には金属線材、金属球体、耐熱セラミック材、耐熱ガラス材およびファイバ材のいずれかを選択して使用することができ、使用材料により絶縁基板の利用範囲を拡大することを明らかにした。たとえば、光ファイバを植設した絶縁基板は光を媒体とした配線基板として利用できる。また、金属線材をガラス素材に植設する場合には、治具類への組み込みにおいて、使用する金属材料やガラス素材はそれぞれの膨張係数を考慮して選択して焼成後の成型品の不具合発生を防止する。特に、治具類の材質も焼成前後の組立てと分解の作業性がよく、離型容易で繰り返し利用できる材料を選択し、具体的にはグラファイト製治具、カーボン材をコートしたシリコンウエハ治具やカーボン材とシリコンウエハのサンドイッチ構造の治具ができる。

本発明のさらに別の観点において、孔明き絶縁基板の製造方法においては、耐熱部材を絶縁素材に当接配置し、重しを組み込む組立工程、組立体を通炉により耐熱部材と絶縁素材を加熱する工程、加熱軟化した絶縁素材に耐熱部材が融着植設された合体合板を形成する融着合体工程、合体板を徐冷後に分離する分解工程、この合体板を耐熱部材の溶解液に浸漬して耐熱部材を溶解除去する溶出工程、および耐熱部材を溶出した合体板の孔明き状表面を研磨する工程を含む孔明き絶縁基板の製造方法が提案される。ここで、前記耐熱部材が金属線材であり、耐熱部材の溶解液が混酸からなる金属溶解液であることを開示する。たとえば、耐熱部材を第１治具に収納する工程、絶縁素材を第２治具に配置する工程、第１および第２治具と共に重し治具を組み込む組立工程、組立体を焼成炉の通炉により耐熱部材と絶縁素材を加熱し、軟化状態にした絶縁素材に耐熱部材を植設する合体工程、絶縁素材に耐熱部材が植設された合体板を組立体から分離する分解工程、合体板を耐熱部材の溶解液に浸漬して耐熱部材を溶解除去する工程、および耐熱部材を除去した合体板の表面を研磨する工程を含む孔明き絶縁基板の製造方法が開示される。具体的には耐熱部材の複数個の金属線材が複数個の孔を有するグラファイト製第１治具に挿入され、絶縁素材のガラスが所定の形状および寸法に切断され枠付き第２治具に配置され、ガラスと金属線材とを対接して重し治具と共に組み込まれ、重し荷重を付与して軟化状態にしたガラスに金属線材の一部を植設し、徐冷後金属線材の一部が植設された金属線付きガラス板として分離した後、これを王水などの金属溶解液に浸漬して金属線を溶解除去し、最後にガラス板の表面を孔明き状態になるまで研磨する孔明き絶縁基板の製造方法を開示する。

本発明の絶縁基板は、耐熱部材として金属線材や球体の使用を可能とし、これを絶縁基板素材に気密封着して埋設または植設するので堅固で量産化容易な配線用貫通導体付絶縁基板として利用される。特に、金属線材とガラス基板素材を用いた絶縁基板は、気密封止するパッケージに好適であり、さらに、ガラスを基板素材に用いれば、光媒体通信方式での透明パッケージにも使用される。一方、孔明き絶縁基板は、貫通孔を有効利用できるので各種センサー用パッケージとしての通気孔に利用できる。また、比較的高価になる耐熱部材は絶縁基板で有効利用できるのでコスト的に有利な貫通導体付絶縁基板を提供する。特に、耐熱部材としてテ−パ状ピンやボール状球体が使用できるほか、寸法的にも細い線材から太い線材まで使用でき用途に応じた選択を可能にするので、絶縁基板としての実用的適応範囲が拡大される。

本発明の製造方法により作製された配線用絶縁基板は、配線絶縁基板として広く電気配線基板に利用される。また、ガラスの透明性を利用して検査用窓あるいは照明光源との組合せで光学的配線部品としても利用される。また、必要に応じて基板の片面から反対面に対してレーザー光などを透過させる用途にも利用される。一方、本発明の製造方法により作製される孔明き絶縁基板は孔明き部分に所望する回路素子を組み込んだり所望する導体部品や誘電体部品を埋め込んだりした電気回路装置に利用される。さらに、このような絶縁基板を圧力差のある隔壁として使用したり、貫通孔を液体や気体を通す窓に利用したりする圧力検出装置の構成部品として使用される。

本発明の絶縁基板の製造方法は、耐熱部材として金属線材や球体の使用を可能としグラファイト製などの治具を使用することで量産化を有利にする。特許文献１に示す剣山状金属ブロックは作製に多大の労力や加工技術を必要とし、製造毎に剣山状金属を調達する必要があり、利用金属は剣山の針部分のみで無駄が多い。これに比べて本発明の製造方法は金属材料の利用率を高めると共に治具の利用で反覆利用して量産性を高め製造コストを大幅に低減できる。使用する耐熱部材の無駄がなく、かつ、治具によりファインピッチの貫通配線や孔明きが実現可能となり、工業的価値を高める。本発明によれば、たとえば、耐熱部材は貫通する配線部分に必要なピンとしての線材やボールとして使用できるので排除する部分がほとんどなく、耐熱部材を整列配置するメイン治具は高精度で繰り返し使用可能で熱処理に対する作業を容易にすることができる。特に、耐熱部材としてテ−パ状ピンやボール状球体が使用できるほか、寸法的にも細い線材から太い線材まで使用でき用途に応じた選択を可能にするので、実用的適応性が広くなるなどの利点がある。

一方、本発明の孔明き絶縁基板の製造方法は、上述する方法で作製された配線用絶縁基板を利用するものであって植設された耐熱部材を溶解除去する工程を追加する製造方法である。この方法は、特許文献２に記載の方法とは全く異なる工程を含み、製造コスト面で極めて有利である。たとえば、上述する経済的メリットの多い配線用絶縁基板に対して実質上貫通配線材の耐熱部材を溶解するものであるので、作業面で簡単且つ確実に実施でき、工業的に評価されるものである。特に、本発明の製造方法で使用するメイン治具にカーボン材を使用すれば安価で高精度な金型として反覆して使用できる。

本発明の実施態様は、所定形状の耐熱部材とこの耐熱部材の軟化点より低い温度の軟化点を有するガラスまたはガラスセラミックの絶縁基板素材とを当接して加熱し、軟化溶融状態の絶縁基板素材に重し荷重を付与して耐熱部材が絶縁基板素材に食込んだ合体部材に融着加工し、この合体部材の徐冷後に表面研磨を含む仕上加工してガラスまたはガラスセラミックに耐熱部材を貫通埋設した絶縁基板であり、たとえば、耐熱部材が金属導体または光ファイバーであり、合体部材に配線用リードを貫通植設した貫通導体付絶縁基板である。また、この貫通導体付絶縁基板を耐熱部材が溶解する溶液に浸漬して耐熱部材を溶出除去して貫通空洞部を形成した孔明き絶縁基板である。したがって、製造における工程処理が簡素化され作業効率を高めると共に配線用絶縁基板を経済的かつ高精度に作製することができる。すなわち、貫通配線用耐熱部材の金属線材が所定形状でグラファイト製メイン治具に整列配置され、絶縁基板素材のガラスが枠付治具に位置決め配置され、これらの治具に重し治具を含めてセット治具に組み込んで焼成治具として組み立てる。組み立て後の焼成治具は高温加熱するために窒素雰囲気の電気炉または真空炉に通炉される。通炉中の加熱工程で重し治具からの重し荷重を受けて、枠付治具に配置された軟化溶融状態のガラスに、メイン治具に整列配置された金属線材が植設される。線材がガラスに融着して植設された合体ガラス板は、線材の突出する不用部分を切断し、ガラス両面を研磨して線材端面を露出させて平滑化し、ポリッシングやクリーニングして仕上加工され配線用となる貫通導体付絶縁基板が作製される。図１（ａ）は本発明により製造された配線用絶縁基板１０を示しており、複数個のタングステン線材１がほう珪酸系透明ガラス３に貫通して植設されている。なお、この配線用絶縁基板の製造工程は図２の（ａ）にブロックダイヤグラムとして示している。また、耐熱部材として、金属以外にも耐熱セラミック、耐熱ガラス、ファイバーなどの使用も可能であり、絶縁素材として、ガラス以外にもガラスセラミックの使用も可能である。

一方、孔明き絶縁基板は、貫通導体付絶縁基板から耐熱部材の金属材を除去することで提供される。すなわち、上述する製造過程で作製される金属植設ガラスの合体ガラス板を利用して作製され、合体ガラス板は金属線材を除去するために金属溶解液に浸漬され、金属線材が除去される。その後、ガラス板はその両面が研磨され、表面をポリッシングとクリーニングして仕上加工され所定の厚みのガラス板である孔明き絶縁基板の完成品にされる。本発明の製造方法により作製された孔明き絶縁基板は、図１（ｂ）に示される。孔明き絶縁基板２０は透明ガラス６に複数個の貫通孔７を形成したものであり、この製造方法は、図２の（ｂ）にブロックダイヤグラムとして示している。

以下、配線用の貫通導体付絶縁基板の製造方法について、図２のブロックダイヤグラムを参照して詳述するが、製造過程の途中から分離した左側（ａ）に移る工程を経て作製される。先ず、組立工程Ａにおいて、耐熱部材である金属線材として複数個のタングステン線材１１が用意され、整列配置した多数の孔を有するグラファイト製治具（図示せず）に挿入して整列配置する。一方、所定の形状および寸法に切断した絶縁素材としてガラス１３が基板用板材として用意され、これを枠付きベース治具１４の所定位置に配置する。さらに、所定重量の重し治具１５が他の治具と共にタングステン線材１１とガラス１３とが対接するように保持して組み込み焼成用治具を組立てる。この組立完了後、素材用ガラスは軟化状態に加温するために、焼成治具を窒素雰囲気の電気炉に通炉して加熱する。加熱工程Ｂで軟化状態のガラスにタングステン線材の一部分を植設するように重し治具１５の重し荷重が付与される。この重し付与でタングステン線材の一部分が軟化状態のガラスに刺し込まれ、その後ガラスにストレスが残らないように徐々に冷却される。冷却後、素材用ガラス１３にタングステン線材１１が部分的に植設された合体部材としての合体ガラス板１７を取り出すために、焼成治具が分解される。この分解工程Ｃで組み込まれた各治具は分離され合体部材としての合体ガラス板１７が得られる。焼成治具を分解した後、得られた合体ガラス板１７はその一方のガラス面に突出する線材部分を切断除去し、他方のガラス面に線材１１の端面を露呈するまでこのガラス面を磨滅させるよう研磨する。この研磨工程Ｄを経てガラスにタングステン線材が貫通する配線用としてのガラス板が作製される。製品としての貫通導体付絶縁基板１０を完成するために、線材端面を両面に露呈させるガラス板はその両面をポリッシングとクリーニングによる仕上工程Ｅが実施される。

上記の実施例では金属線材にタングステン線材を使用したが、金属線材としてモリブデン、コバール、ステンレス鋼、および鉄ニッケル等が使用できる。また、耐熱部材として金属線材の他に耐熱ガラスや耐熱セラミックなどの絶縁素材より高い温度に耐える材料が使用できる。さらに、耐熱部材は形状として、ストレート状やテーパ状の線材のほかに線材の断面は円形の丸線材や長方形のフラット線材があり、さらにはボール状の球体としてもよい。また端部の面積を広げた釘状の線材としても良い。使用する形状は絶縁基板内の配線状態に応じて決められる。また、絶縁素材のガラスに押し込むために重し治具の重し荷重を付与する際、軟化溶融状態にした絶縁素材のガラスは７．０、好ましくは５．６ポイズ以下の粘性であることが判明した。絶縁素材がほう珪酸系ガラスである場合、９００〜１１００℃の加熱状態で所望する粘性が得られることが判明した。

上述する一連の製造工程において、組立工程Ａでは金属線材１１と素材用ガラス１３とベース治具１４と重し治具１５の組み込みは、図３に示すように、ベース治具１４の上に素材用ガラス１３を載せ、その上に金属線材１１を載せ、その上に重し治具１５を載せる状態で組み込む場合と、図４に示すように、ベース治具１４の上に金属線材１１を載せ、その上に素材用ガラス１３を載せ、その上に重し治具１５を載せた状態で組み込む場合とがある。この組み込み方法の差異は、重し治具１５の荷重を付与する加熱工程Ｂにおいて、整列配置された金属線材１１の先端部分を軟化状態の素材用ガラス１３に刺し込むように挿入植設する金属貫入方式か、整列配置した金属線材１１に軟化状態の素材用ガラス１３から荷重を付与して食い込ませて植設するガラス引下げ方式かに区分される。前者の金属貫入方式は比較的細い金属線材を使用する場合や素材用ガラスを比較的低粘度状態で使用する場合に有効であり、後者の引下げ方式は比較的太くて丈夫な金属線材を使用する場合や素材用ガラスを比較的高い粘度状態で使用する場合の金属線材植設に好適である。なお、耐熱部材と絶縁素材の材料選択は、配線用絶縁基板の使途に応じた性質、特性が考慮される。また、焼成に用いられる治具の寸法は、使用する金属線材の線径や長さに応じて適宜選定される。

本発明の配線用絶縁基板の製造方法における別の変形例として、耐熱部材に金属球体を使用する場合の実施例について説明する。図５は金属線材に代えて金属ボール２１を使用する場合の焼成治具の組立状態を示しており、第１治具２２に金属ボール２１の一部分が挿入される状態で整列配置される。基本的には図３に示す金属貫入方式を採用して第２治具２４、重し治具２５を組み込んだものである。第１治具２２に金属ボール２１を整列収納する場合、第１治具２２を逆向きにすれば容易に収納され、これをセット治具２６へ組み込む過程の焼成治具で反転操作をして図５のセット状態を得る。この実施例の注目点は耐熱部材として金属球体が使用されるので、金属ボール２１の第１治具２２への収納工程は確実かつ極めて容易に整列配置されることと研磨工程での磨耗度合いで導電断面が制御できる。この場合に、金属ボール２１の直径と素材用ガラス２３の厚さは予め決められる条件の下で選定され、金属ボールが素材用ガラスを貫通する状態で植設され、研磨および仕上工程の処理が比較的容易に実施できる配線用ガラス基板が提供される。

本発明の製造方法により作製された孔明きガラス基板２０は、図１（ｂ）に示されるように、ほう珪酸からなる透明ガラス６に複数個の貫通孔７を形成している。この孔明きガラス基板２０は、図２に示す配線用絶縁基板の作製と同様な工程を経て焼成治具の分解工程Ｃに至る。この分解工程Ｃで得られた合体ガラス板１７は、その後、図２の右側（ｂ）に示すような工程を経て孔明きガラス基板２０を完成する。すなわち、合体ガラス板１７は金属溶解工程Ｆで硝酸と塩酸からなる王水の金属溶解液１８に浸漬され、金属線材１１が溶解除去される。植設金属が溶解除去されると窪みまたは孔明き状ガラス板１９となるが、これを研磨工程Ｇでガラス両面を磨滅研磨してガラス板に複数個の貫通孔を形成した孔明き絶縁基板２０を完成する。

本発明の実施例である貫通導体付および孔明き絶縁基板の断面図である。同じく図１の製造方法における工程を示すブロックダイヤグラムである。同じく図２の製造方法におけるセット治具の組立工程の概略的模式図である。同じく図３の製造方法の変形例を示すセット治具の組立工程の模式図である。同じく図２の異なる製造方法を示すセット治具の組立工程の模式図である。

符号の説明

１、１１…金属線材（耐熱部材）、３、６、１３，２３…ガラス（絶縁基板素材）、
２、７…貫通孔、１０…貫通導体付絶縁基板、１４…ベース治具、
２２…第１治具、２４…第２治具、１５…重し治具、
１７…合体ガラス板（合体部材）、１９…窪みまたは孔明き状ガラス板、
２０…孔明きガラス基板（孔明き絶縁基板）、２１…金属ボール（耐熱部材）

Claims

所定形状の耐熱部材とこの耐熱部材の軟化点より低い温度の軟化点を有するガラスまたはガラスセラミックの絶縁基板素材とを当接して加熱し、軟化溶融状態の絶縁基板素材に重し荷重を付与して耐熱部材が絶縁基板素材に食込んだ合体部材に融着加工し、この合体部材の徐冷後に表面研磨を含む仕上加工してガラスまたはガラスセラミックに耐熱部材を貫通埋設したことを特徴とする絶縁基板。
前記耐熱部材が金属導体または光ファイバーであり、前記合体部材に配線用リードを貫通植設したことを特徴とする請求項１に記載の絶縁基板。
所定形状の耐熱部材とこの耐熱部材の軟化点より低い温度の軟化点を有するガラスまたはガラスセラミックの絶縁基板素材とを当接し、絶縁基板素材を軟化溶融状態に加熱して重し荷重を付与し、前記耐熱部材が前記絶縁基板素材に食込んだ合体部材に融着加工し、徐冷後の合体部材に関し、表面研磨を含む加工処理でガラスまたはガラスセラミックに耐熱部材を貫通植設した絶縁基板とし、この絶縁基板を前記耐熱部材が溶解する溶液に浸漬して耐熱部材を溶出除去して貫通空洞部を形成したことを特徴とする孔明き絶縁基板。
請求項１また３に記載の絶縁基板の製造方法であって、前記耐熱部材と、前記絶縁基板素材と、前記重しとを互いに当接状態で配置する組立工程、この組立体を前記重しにより荷重を付与して通炉する加熱工程、加熱により軟化または溶融した前記絶縁基板素材に前記耐熱部材を植設する押し込み工程、前記耐熱部材が前記絶縁基板素材に植設された合体部材を徐冷後に組立体から分離する分解工程、および分離後の前記合体部材を所望する表面状態に研磨する仕上工程を含むことを特徴とする絶縁基板の製造方法。
前記組立工程は前記絶縁基板素材の表面に前記耐熱部材を垂直に載置し、前記加熱工程で前記重しの重力作用により前記耐熱部材を軟化または溶融状態の前記絶縁基板素材に押し込んで合体することを特徴とする請求項４に記載の絶縁基板の製造方法。
前記組立工程は前記耐熱部材が線材部材であり、その先端部に前記絶縁基板素材を載置し、前記加熱工程で前記重しによる垂直荷重により軟化状態の前記絶縁基板素材を前記線材先端部に圧入植設して合体することを特徴とする請求項４に記載の絶縁基板の製造方法。
前記加熱工程は前記絶縁基板素材が７．０ポイズ、好ましくは５．８ポイズ以下の粘性を有する軟化状態にすることを特徴とする請求項５または６に記載の絶縁基板の製造方法。
金属線材を多数の貫通孔を有する第１治具に挿入する工程、ガラス基板素材を所定形状の第２治具に位置決めする工程、重し治具を前記第１および第２治具に組み込む組立工程、組立体を通炉して前記金属線材の先端部分を前記ガラス基板素材に植設して合体する加熱工程、前記ガラス基板素材に前記金属線材を融着植設した合体ガラス板として徐冷後に組立体を分離する分解工程、前記合体ガラス板を前記金属線材の端面と面一に表面処理する研磨工程、および前記合体ガラス板を所望する形態にする成形工程を含む貫通導体付絶縁基板の製造方法。
前記金属線材は予めアニール処理され、前記加熱工程は軟化溶融状態の前記ガラス基板素材に前記金属線材の一端部分を挿し込んで植設し、前記研磨工程は前記合体ガラス板の表面側で前記金属線材の不要部分を切断処理し、裏面側で前記金属線材の端面を露呈するガラス磨滅処理することを含むことを特徴とする請求項８に記載の貫通導体付絶縁基板の製造方法。
請求項３に記載の孔明き絶縁基板の製造方法であって、耐熱部材を絶縁素材に当接配置して重しを組み込む組立工程、組立体を通炉により前記耐熱部材と前記絶縁基板素材を加熱する工程、加熱軟化状態の前記絶縁基板素材に前記耐熱部材を融着植設して合体部材を形成する融着合体工程、前記合体部材を徐冷後に組立体から分離する分解工程、前記合体部材を耐熱部材の溶解液に浸漬して前記耐熱部材を溶解除去する溶出工程、および耐熱部材が除かれた前記合体部材の表面を研磨する仕上工程を含むことを特徴とする孔明き絶縁基板の製造方法。