JP2022553186A - 高温プリント回路基板の基板 - Google Patents
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Abstract
本発明は、光画定可能なガラス基板又は感光性ガラス基板上に高温の機械的及び熱的に安定化されたＰＣＢ製造を作成する方法を含む。
Description
関連出願の相互参照
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連邦政府による資金提供を受けた研究の記載
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なし。
本発明は、プリント回路基板（ＰＣＢ，printed circuit board）の用途のための高温基板を作成することに関する。
本発明の範囲を限定することなく、その背景をプリント回路基板（ＰＣＢ）の用途のための高温基板に関連して説明する。自動車エンジン及びガスタービンの電力生産のような多くの用途に、能動制御をして効率を改善することができる高温半導体デバイス及びＰＣＢが必要とされる。従来のプリント回路基板は、８０℃を超えて通常動作ができない熱特性を有するポリマーを用いる。高温回路基板は通常、Ｔｇ（ガラス転移温度）が１７０℃より大きいものとして定義される。
設計者及びシステムはプリント回路基板技術から継続的により優れた性能を引き出している。ますます増大する電力密度と高温を組み合わせると、導体、誘電体、能動部品及び基板に大混乱が起きる。上昇した温度ではＩ２Ｒ損失が増大する。環境要因は熱及び電気インピーダンスに影響を及ぼし、完全な障害ではないにしても不規則なシステム性能を引き起こす。大きな温度範囲にわたって動作することが必要とされる基板では、熱膨張率の違いが激化する。特に基板が周期的な加熱及び冷却を受ける場合、大きな温度変動により、導体及び誘電体が影響され、亀裂及び接続障害を引き起こす機械的応力が生じる。高温により、誘電体（容量性材料）がその構造的完全性を完全に失い、最終的にシステムレベルのカスケード障害を引き起こす可能性さえある。電力密度回路又は高温環境条件のいずれか又は両方からの発熱は、常にＰＣＢ性能の要素であったが、従来のＰＣＢ熱管理又は冷却システムを頻繁に苦しめている。
高温ＰＣＢは、動作温度がＴｇを約２５℃下回る連続熱負荷のための簡単な経験則に従う必要がある。
一実施形態において、本発明は、機械的及び熱的に安定化された高温プリント回路基板（ＰＣＢ）を作製する方法であって、感光性ガラス基板上に１又は２以上の構造を形成する１又は２以上の構造を含む設計レイアウトをマスキングするステップと、感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱するステップと、感光性ガラス基板を冷却して、露光されたガラスの少なくとも一部をガラス結晶性基板に変換させるステップと、ガラス結晶性基板をエッチャント液でエッチングして、１又は２以上のトレンチ、設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び導電要素を備えた１又は２以上の伝送線構造を形成するステップと、感光性ガラス基板のすべてを活性化エネルギー源に対してフラッド露光（flood exposing）するステップと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成するステップと、１又は２以上の導電要素、１又は２以上の充填ビア、グランドプレーン（ground plane）、並びに１又は２以上の入力及び出力チャネルを形成する１又は２以上の金属又は金属媒体を印刷又は堆積するステップと、１若しくは２以上の導電性要素、充填ビア、又はグランドプレーン上に能動素子及び受動素子の組み合わせを配置するステップであって、金属が回路、及び導電性要素の少なくとも１つに接続されている、ステップと、を含む方法を含む。一態様において、設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び１又は２以上の導電性要素は、低損失接線の機械的及び熱的安定化構造である。他の一態様において、セラミック基板は、完全にセラミック化された基板としてさらに定義される。他の一態様において、セラミック基板の熱膨張係数は７．２より大きく、又は７．４、７．５、８．０、８．５、９．０、９．５、１０、１０．４、若しくは１０．５未満、又は７．５と１０との間である。他の一態様において、１又は２以上の導電要素は受動デバイス又は能動デバイスを接続して電気回路を形成する。他の一態様において、エッチングするステップは、金属又は酸化物で充填されると導体が１又は２以上の導電性ライン又はチャネルを形成する１又は２以上のフィーチャ（features）を形成し、その構造は１又は２以上のＤＣ、ＲＦ、ミリ波（ｍｍ波）及びテラヘルツ周波数の電気機器に接続されている。他の一態様において、基板をそのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて加熱するステップは、基板のＴｇを増大させるために１又は２以上のプロセスサイクルに適用され、各処理サイクルはＴｇを最小５０℃単位で最大６５０℃まで増大させる。他の一態様において、金属は、表面、埋め込み接点、ブラインドビア（blind via）、ガラスビア、直線接点、矩形接点、多角形接点、又は円形接点を通して回路に接続されている。他の一態様において、感光性ガラス基板は、６０～７６重量％のシリカ、少なくとも３重量％のＫ２Ｏを含む６重量％～１６重量％のＫ２ＯとＮａ２Ｏの組み合わせ、Ａｇ２Ｏ及びＡｕ２Ｏからなる群から選択される０．００３～１重量％の少なくとも１つの酸化物、０．００３～２重量％のＣｕ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３とＢ２Ｏ３の組み合わせが１３重量％を超えない、０．７５重量％～７重量％のＢ２Ｏ３、及び６～７重量％のＡｌ２Ｏ３、８～１５重量％のＬｉ２Ｏ、並びに０．００１～０．１重量％のＣｅＯ２、の組成を含むガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、３５～７６重量％のシリカ、３～１６重量％のＫ２Ｏ、０．００３～１重量％のＡｇ２Ｏ、８～１５重量％のＬｉ２Ｏ、及び０．００１～０．１重量％のＣｅＯ２、の組成を含むガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、少なくとも０．１重量％のＳｂ２Ｏ３又はＡｓ２Ｏ３を含む感光性ガラス基板、０．００３～１重量％のＡｕ２Ｏを含む感光性ガラス基板、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から選択される酸化物の１～１８重量％を含む感光性ガラス基板、の少なくとも１つであり、任意選択で、１０～２０：１、２１～２９：１、３０～４５：１、２０～４０：１、４１～４５：１、及び３０～５０：１の少なくとも１つである露光部分の未露光部分に対する異方性エッチング比を有する感光性ガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、又は酸化セリウムの少なくとも１つを含む感光性ガラスセラミック複合基板である。他の一態様において、ＲＦ伝送線デバイスは、３０Ｇｈｚで０．７ｄＢ／ｃｍ未満の損失を有する。他の一態様において、この方法は、１又は２以上のＲＦの機械的及び熱的に安定化されたＰＣＢを形成するステップをさらに含む。セラミックはＴｇを２００℃から６５０℃まで上昇させる。
他の一実施形態において、本発明は、機械的及び熱的に安定化された高温プリント回路基板（ＰＣＢ）を作製する方法であって、設計レイアウトで先にマスキングされた感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱するステップと、感光性ガラス基板を冷却して、露光されたガラスの少なくとも一部をガラス結晶性基板に変換させるステップと、ガラス結晶性基板をエッチャントでエッチングして、１又は２以上のトレンチ、設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び１又は２以上の導電要素を形成するステップと、感光性ガラス基板全体を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成するステップと、１又は２以上の導電要素、１又は２以上の充填ビア、グランドプレーン、並びに１又は２以上の入力及び出力チャネルを形成する１又は２以上の金属又は金属媒体を印刷又は堆積するステップと、１若しくは２以上の導電性要素、充填ビア、又はグランドプレーン上に能動素子及び受動素子の組み合わせを配置するステップであって、金属が回路、及び導電性要素の少なくとも１つに接続されている、ステップと、を含む方法を含む。他の一態様において、基板をそのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて加熱するステップは、基板のＴｇを増大させるために１又は２以上のプロセスサイクルに適用され、各処理サイクルはＴｇを最小５０℃単位で最大６５０℃まで増大させる。一態様において、設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び１又は２以上の導電性要素は、低損失接線の機械的及び熱的安定化構造である。他の一態様において、セラミック基板は、完全にセラミック化された基板としてさらに定義される。他の一態様において、セラミック基板の熱膨張係数は７．２より大きく、又は７．４、７．５、８．０、８．５、９．０、９．５、１０、１０．４、若しくは１０．５未満、又は７．５と１０との間である。他の一態様において、１又は２以上の導電要素は受動デバイス又は能動デバイスを接続して電気回路を形成する。他の一態様において、エッチングするステップは、金属又は酸化物で充填されると導体が１又は２以上の導電性ライン又はチャネルを形成する１又は２以上のフィーチャを形成し、その構造は１又は２以上のＤＣ、ＲＦ、ミリ波（ｍｍ波）及びテラヘルツ周波数の電気機器に接続されている。他の一態様において、金属は、表面、埋め込み接点、ブラインドビア、ガラスビア、直線接点、矩形接点、多角形接点、又は円形接点を通して回路に接続されている。他の一態様において、感光性ガラス基板は、６０～７６重量％のシリカ、少なくとも３重量％のＫ２Ｏを含む６重量％～１６重量％のＫ２ＯとＮａ２Ｏの組み合わせ、Ａｇ２Ｏ及びＡｕ２Ｏからなる群から選択される０．００３～１重量％の少なくとも１つの酸化物、０．００３～２重量％のＣｕ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３とＢ２Ｏ３の組み合わせが１３重量％を超えない、０．７５重量％～７重量％のＢ２Ｏ３、及び６～７重量％のＡｌ２Ｏ３、８～１５重量％のＬｉ２Ｏ、並びに０．００１～０．１重量％のＣｅＯ２、の組成を含むガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、３５～７６重量％のシリカ、３～１６重量％のＫ２Ｏ、０．００３～１重量％のＡｇ２Ｏ、８～１５重量％のＬｉ２Ｏ、及び０．００１～０．１重量％のＣｅＯ２、の組成を含むガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、少なくとも０．１重量％のＳｂ２Ｏ３又はＡｓ２Ｏ３を含む感光性ガラス基板、０．００３～１重量％のＡｕ２Ｏを含む感光性ガラス基板、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から選択される１～１８重量％の酸化物を含む感光性ガラス基板、の少なくとも１つであり、任意選択で、１０～２０：１、２１～２９：１、３０～４５：１、２０～４０：１、４１～４５：１、及び３０～５０：１の少なくとも１つである露光部分の未露光部分に対する異方性エッチング比を有する感光性ガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、又は酸化セリウムの少なくとも１つを含む感光性ガラスセラミック複合基板である。他の一態様において、ＲＦ伝送線デバイスは、３０Ｇｈｚで０．７ｄＢ／ｃｍ未満の損失を有する。他の一態様において、この方法は、１又は２以上のＲＦの機械的及び熱的に安定化されたＰＣＢを形成するステップをさらに含む。
本発明の特徴及び利点のより完全な理解のため、ここで本発明の詳細な説明を添付の図とともに参照する。
本発明の１つの方法のフローチャートである。
本発明の様々な実施形態の作製及び使用を以下に議論するが、本発明は、多種多様な具体的な文脈において具現化することができる多くの適用可能な発明の概念を提供するということが理解されるべきである。本明細書で議論する具体的な実施形態は、本発明を作製及び使用する具体的な方法の単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。
本発明の理解を容易にするため、いくつかの用語を以下に定義する。本明細書で定義する用語は、本発明に関連する領域における当業者によって通常理解されるような意味を有する。「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」のような用語は、単数のエンティティのみを指すように意図されたものではなく、具体的な例を例示に用いることができる一般的な部類を含む。本明細書の用語は、本発明の具体的な実施形態を説明するために用いられるが、それらの使用法は、特許請求の範囲に概説されたときを除いて、本発明を限定するものではない。セラミックはＴｇを２００℃から６５０℃まで上昇させる。
一実施形態において、本発明は、機械的及び熱的に安定化されたＰＣＢ基板を作製する方法を含む。プリント回路基板（ＰＣＢ）デバイスは機械的及び熱的に安定化されることになる。本明細書に記載のように、ＰＣＢ基板が感光性ガラス基板上に作製される場合、これは通常、感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に対して露光することと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱することと、感光性ガラス基板を冷却して、露光されたガラスの少なくとも一部を結晶性材料に変換させてガラス結晶性基板を形成することと、ガラス結晶性基板をエッチャントでエッチングすることと、残りの感光性ガラス基板のすべてを活性化エネルギー源に対してフラッド露光することと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成することと、感光性ガラス／セラミック基板を冷却して、露光されたガラスを結晶性物質に変換させてガラス結晶性基板に形成することと、１又は２以上の導電性要素、グランドプレーン並びに入力及び出力チャネルを１又は２以上の金属で被覆することであって、金属が回路に接続されている、被覆することによって形成される。機械的及び熱的に安定化されたＰＣＢは、ＤＣ、ＲＦ、ミリ波（ｍｍ波）及びテラヘルツ周波数を含む回路のために用いることができる。セラミック基板の熱膨張係数は、直線的に測定したとき、７．５と１０αとの間であり、いくつかの場合において７．２より大きく、又は７．４、７．５、８．０、８．５、９．０、９．５、１０、１０．４、若しくは１０．５未満である。特定の一例において、基板をそのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて加熱するステップは、基板のＴｇを増大させるために１又は２以上のプロセスサイクルに適用され、各処理サイクルはＴｇを最小５０℃単位で最大６５０℃まで増大させる。
一実施形態において、１又は２以上の金属は、メタライゼーションのために、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｐｔ、又はＰｄから選択される。より高温の用途ではＰｔ及び／又はＰｄをメタライゼーションとして用いることができる。他の一態様において、メタライゼーションは、表面、埋め込み接点、ブラインドビア、ガラスビア、直線接点、矩形接点、多角形接点、又は円形接点を通って回路に接続する。
他の一態様において、感光性ガラス基板は、６０～７６重量％のシリカ、少なくとも３重量％のＫ２Ｏを含む６重量％～１６重量％のＫ２ＯとＮａ２Ｏの組み合わせ、Ａｇ２Ｏ及びＡｕ２Ｏからなる群から選択される０．００３～１重量％の少なくとも１つの酸化物、０．００３～２重量％のＣｕ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３とＢ２Ｏ３の組み合わせが１３重量％を超えない、０．７５重量％～７重量％のＢ２Ｏ３、及び６～７重量％のＡｌ２Ｏ３、８～１５重量％のＬｉ２Ｏ、並びに０．００１～０．１重量％のＣｅＯ２、の組成を含むガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、３５～７６重量％のシリカ、３～１６重量％のＫ２Ｏ、０．００３～１重量％のＡｇ２Ｏ、８～１５重量％のＬｉ２Ｏ、及び０．００１～０．１重量％のＣｅＯ２、の組成を含むガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、少なくとも０．１重量％のＳｂ２Ｏ３又はＡｓ２Ｏ３を含む感光性ガラス基板、０．００３～１重量％のＡｕ２Ｏを含む感光性ガラス基板、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から選択される１～１８重量％の酸化物を含む感光性ガラス基板、の少なくとも１つであり、任意選択で、１０～２０：１、２１～２９：１、３０～４５：１、２０～４０：１、４１～４５：１、及び３０～５０：１の少なくとも１つである露光部分の上記未露光部分に対する異方性エッチング比を有する感光性ガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、又は酸化セリウムの少なくとも１つを含む感光性ガラスセラミック複合基板である。他の一態様において、電子回路。他の一態様において、この方法は、機械的及び熱的に安定化された伝送線構造を少なくとも１又は２以上の受動部品及び能動部品のフィーチャへと形成して、バンドパス、ローパス、ハイパス、シャント又はノッチフィルタ及び他の回路を形成することをさらに含む。
本発明は、半導体上で薄膜付加プロセスを用いてサファイア基板を用いて高温交換プリント回路基板（ＰＣＢ）の基板を作成することに関し、絶縁又は導電性基板は高価であるが、歩留まりが低く、性能のばらつきが大きい。付加的なマイクロ伝送の一例を、Tian et al.によるSemiconductor Microfabrication Processesという記事に見ることができるが、これは高価な資本設備、一般にそれぞれ１００万ドルを超える費用がかかり、数百万から数十億より多くの費用がかかる超クリーンな、高生産量のシリコン製造施設が必要とされるフォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング又はイオンビームミリングツールに依存する。本発明は、ＤＣ、ＲＦ、ミリ波（ｍｍ波）及びテラヘルツ周波数についての均一な応答のため、費用効果の高いセラミック電子個別デバイスを、又は受動デバイスのアレイとして、提供する。
従来の半導体処理装置を用いてこれらのガラスで微細構造が比較的安価に製造されてきた。一般に、ガラスは高温安定性、良好な機械的及び電気的特性を有し、プラスチック及び多くの金属より良好な耐化学性を有する。光エッチング可能なガラスは、微量の銀イオンを含むリチウムアルミニウムケイ酸塩ガラスで構成されている。酸化セリウムの吸収帯内のＵＶ光に露光されると、酸化セリウムは増感剤として作用し、光子を吸収し、隣接する酸化銀を還元する電子を失って銀原子を形成する。例えば、
Ｃｅ３＋＋Ａｇ＋＝Ｃｅ４＋＋Ａｇ０
Ｃｅ３＋＋Ａｇ＋＝Ｃｅ４＋＋Ａｇ０
銀原子は、ベーキングプロセス中に銀ナノクラスターに合体し、周囲のガラスの結晶化のための核形成部位を誘導する。マスクを通してＵＶ光に露光されれば、ガラスの露光領域のみが後続の熱処理中に結晶化することになる。
この熱処理は、ガラス転移温度に近い温度（例えば、空気中で４６５℃より大きい）で実行せねばならない。結晶性相は、非露光のガラス質のアモルファス領域より、フッ化水素酸（ＨＦ，hydrofluoric acid）のようなエッチャントに溶けやすい。結晶性領域は、１０％のＨＦにおいてアモルファス領域より２０倍速くエッチングされ、露光領域が除去されたときに壁の傾斜比が約２０：１の微細構造が可能になる。T. R. Dietrich et al., “Fabrication Technologies for Microsystems utilizing Photoetchable Glass”, Microelectronic Engineering 30, 497 (1996)参照、これの関連部分を参照により本明細書に組み込む。
露光部分は、ガラス転移温度に近い温度までガラス基板を加熱することによって結晶性材料へ変換させることができる。フッ化水素（ＨＦ）酸のようなエッチャントにおいてガラス基板をエッチングするとき、広いスペクトルの中紫外線（約３０８～３１２ｎｍ）のフラッドランプにガラスを露光して少なくとも３０：１のアスペクト比を有する成形ガラス構造を提供し、そしてレンズ成形ガラス構造を提供すると、露光部分の非露光部分に対する異方性エッチング比は少なくとも３０：１である。露光ガラスを次いで、通常２ステッププロセスでベークする。１０分～２時間の間で４２０℃～５２０℃の間で加熱される温度範囲。銀イオンを銀ナノ粒子に合体させるため、加熱のための温度範囲は１０分と２時間との間で５２０℃～６２０℃の間であり、酸化リチウムを銀ナノ粒子の周りに形成することが可能になる。ガラスプレートを次いでエッチングする。ガラス基板は、ＨＦ溶液の、通常５体積％～１０体積％のエッチャントにおいてエッチングされ、露光部分の非露光部分に対するエッチング比は少なくとも３０：１である。作成されたエッチングフィーチャは、金属、誘電体、及び／又は抵抗素子で充填され、能動デバイスに結合、又は接続されて回路を形成することができる。光エッチング可能なガラス構造に電気回路及び構造を作成する前の最終処理ステップは、残りのガラス基板をセラミック相に完全に変換することである。ガラスのセラミック化は、残りの感光性ガラス基板のすべてを約２０Ｊ／ｃｍ２の３１０ｎｍの光に露光することによって達成される。次いで基板を２時間まで４２０℃～５２０℃の間の温度に加熱する。１つの特定の例において、基板をそのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて加熱するステップは、基板のＴｇを増大させるために１又は２以上のプロセスサイクルに適用され、各処理サイクルはＴｇを最小５０℃単位で最大６５０℃まで増大させる。銀イオンを銀ナノ粒子に合体させるため、加熱のための温度範囲は１０分と２時間との間で５２０℃～６２０℃の間であり、これにより酸化リチウムを銀ナノ粒子の周りに形成することが可能になる。基板を次いで冷却し、次いで金属化構造（相互接続、ビアなど）を追加するように処理する。最後に能動及び受動デバイスをセラミック化された基板上へ配置する。感光性ガラスのＴｇは、露光及び熱サイクルを通して２００℃から６５０℃まで増大させることができる。２００℃は非露光のナノ結晶性感光性ガラスセラミック材料についてのＴｇである。フルサイクルでＴｇを６００℃まで増大させる。後続の熱及び光露光により、Ｔｇを６５０℃まで増大させることができる。この増大には最小２回の露光が必要とされる。
本発明は、感光性ガラス基板上に１又は２以上の構造を形成する１又は２以上の構造を含む設計レイアウトをマスキングするステップと、感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱するステップと、感光性ガラス基板を冷却して、露光されたガラスの少なくとも一部をガラス結晶性基板に変換させるステップと、ガラス結晶性基板をエッチャント液でエッチングして、１又は２以上のトレンチ及び設計レイアウトに基づいた機械的サポート並びに導電要素を備えた１又は２以上の伝送線構造を形成するステップと、感光性ガラス基板のすべてを活性化エネルギー源に対してフラッド露光するステップと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成するステップと、１又は２以上の導電要素、１又は２以上の充填ビア、グランドプレーン、並びに１又は２以上の入力及び出力チャネルを形成する１又は２以上の金属又は金属媒体を印刷又は堆積するステップと、１又は２以上の導電性要素、充填ビア、又はグランドプレーン上に能動及び受動素子の組み合わせを配置するステップであって、金属が回路、及び導電性要素の少なくとも１つに接続されている、ステップと、を含む、本質的にこれらからなる、又はこれらからなる機械的及び熱的に安定化された高温プリント回路基板（ＰＣＢ）を作製する方法を含む。
本発明は、設計レイアウトで先にマスキングされた感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱するステップと、感光性ガラス基板を冷却して、露光されたガラスの少なくとも一部をガラス結晶性基板に変換させるステップと、ガラス結晶性基板をエッチャントでエッチングして、設計レイアウトに基づいた１又は２以上のトレンチ及び機械的サポート並びに１又は２以上の導電要素を形成するステップと、感光性ガラス基板全体を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成するステップと、１又は２以上の導電要素、１又は２以上の充填ビア、グランドプレーン、並びに１又は２以上の入力及び出力チャネルを形成する１又は２以上の金属又は金属媒体を印刷又は堆積するステップと、１又は２以上の導電性要素、充填ビア、又はグランドプレーン上に能動素子及び受動素子の組み合わせを配置するステップであって、金属が回路、及び導電性要素の少なくとも１つに接続されている、ステップと、を含む、本質的にこれらからなる、又はこれらからなる機械的及び熱的に安定化された高温プリント回路基板（ＰＣＢ）を作製する方法も含む。
図１は、機械的及び熱的に安定化された高温プリント回路基板（ＰＣＢ）を作製する１つの方法を示すフローチャート１０である。ステップ１２において、このステップは、感光性ガラス基板上に１又は２以上の構造を形成する１又は２以上の構造を含む設計レイアウトをマスキングすることである。ステップ１４において、このステップは、感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に対して露光することである。ステップ１６において、このステップは、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱することに続いて、感光性ガラス基板を冷却して、露光されたガラスの少なくとも一部をガラス結晶性基板に変換させることである。ステップ１８において、このステップは、ガラス結晶性基板をエッチャント液でエッチングして、設計レイアウトに基づいた１又は２以上のトレンチ及び機械的サポート並びに導電要素を備えた１又は２以上の伝送線構造を形成することである。ステップ２０において、このステップは、感光性ガラス基板のすべてを活性化エネルギー源に、例えば基板をフラッド露光することによって露光すること、そして感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成することである。ステップ２２において、このステップは、１又は２以上の導電要素、１又は２以上の充填ビア、グランドプレーン、並びに１又は２以上の入力及び出力チャネルを形成する１又は２以上の金属又は金属媒体を印刷又は堆積することである。最後に、ステップ２４において、このステップは、１若しくは２以上の導電性要素、充填ビア、又はグランドプレーン上に能動素子及び受動素子の組み合わせを配置することであり、金属は回路、及び導電性要素の少なくとも１つに接続されている。
本明細書に記載の特定の実施形態は、本発明の限定としてではなく例示として示されているということが理解されよう。本発明の主な特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく様々な実施形態において使用することができる。当業者は、ただの日常的な実験を用いて、本明細書に記載の具体的な手順に対する多数の均等物を認識する、又は確認することができるであろう。このような均等物は、本発明の範囲内にあると見なされ、特許請求の範囲によってカバーされる。
本明細書に記載のすべての刊行物及び特許出願は、本発明が関係する当業者の技能のレベルを示している。すべての刊行物及び特許出願が、各個々の刊行物又は特許出願が参照により組み込まれると具体的かつ個々に示された場合と同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
特許請求の範囲及び／又は明細書において「含む（comprising）」という用語と併せて用いられるときの「ａ」又は「ａｎ」という単語の使用は、「１」を意味することができるが、これは「１又は２以上」、「少なくとも１つ」、及び「１又は１より多い」の意味とも一致する。特許請求の範囲における「又は」という用語の使用は、本開示は代替物及び「及び／又は」のみに言及する定義を支持しているが、代替物のみを指すように明示的に示され、又はこれらの代替物が相互に排他的でない限り、「及び／又は」を意味するように用いられる。本願を通して、「約」という用語は、ある値が、その値を決定するために使用されるデバイス、方法についての固有の誤差の変動、又は研究対象間に存在する変動を含むということを示すために用いられる。
本明細書及び特許請求の範囲において用いられるとき、「含む（comprising）」（及び「comprise」及び「comprises」のような、comprisingのあらゆる形態）、「有する（having）」（及び「have」及び「has」のような、havingのあらゆる形態）、「含む（including）」（及び「includes」及び「include」のような、includingのあらゆる形態）又は「含む（containing）」（及び「contains」及び「contain」のような、containingのあらゆる形態）は、包括的すなわちオープンエンドであり、追加の、記載されていない要素又は方法ステップを除外しない。本明細書に提供される構成物及び方法のいずれかの実施形態において、「含む（comprising）」は、「本質的に～からなる（consisting essentially of）」又は「からなる（consisting of）」に置き換えることができる。本明細書で用いられるとき、「本質的に～からなる（consisting essentially of）」という句には、指定された完全体（integer）又はステップ、並びに特許請求された発明の特徴又は機能に実質的に影響を及ぼさないものが必要とされる。本明細書で用いられるとき、「構成する（consisting）」という用語は、記載された完全体（integer）（例えば、特徴、要素、特色、特性、方法／プロセスステップ又は限定）又は完全体（integer）（例えば、特徴、要素、特色、特性、方法／プロセスステップ、又は限定）の群のみの存在を示すために用いられる。
本明細書で用いられるような「又はこれらの組み合わせ」という用語は、その用語に先行する列挙された項目のすべての順列及び組み合わせを指す。例えば、「Ａ、Ｂ、Ｃ、又はこれらの組み合わせ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、又はＡＢＣの少なくとも１つを、そして特定の文脈において順序が重要であれば、ＢＡ、ＣＡ、ＣＢ、ＣＢＡ、ＢＣＡ、ＡＣＢ、ＢＡＣ、又はＣＡＢも含むように意図されている。この例で続けると、ＢＢ、ＡＡＡ、ＡＢ、ＢＢＣ、ＡＡＡＢＣＣＣＣ、ＣＢＢＡＡＡ、ＣＡＢＡＢＢ、などのような、１又は２以上の項目又は用語の繰り返しを含む組み合わせが明示的に含まれる。当業者は、他が文脈から明らかでない限り、通常、任意の組み合わせにおける項目又は用語の数に制限がないということを理解するであろう。
本明細書で用いられるとき、限定はしないが、「約」、「実質的な」又は「実質的に」のような近似の言葉は、そのように修正されたとき、必ずしも絶対的又は完全ではないと理解される状態であるが、その状態を存在するものとして指定することを保証するのに十分に近いと当業者に見なされるであろう状態を指す。説明が変動し得る程度は、どれくらい大きく変化が起こり、それでも当業者に、修正された特徴を、修正されていない特徴の必要とされる特色及び能力を依然として有するものとして認識させることができるかに依存することになる。一般に、しかし先行する議論を条件として、「約」のような近似の語によって修正される本明細書の数値は、記載された値から少なくとも±１、２、３、４、５、６、７、１０、１２又は１５％だけ変動し得る。
本明細書に開示及び特許請求された構成物及び／又は方法のすべては、本開示に照らして過度の実験なしに作製及び実行することができる。本発明の構成物及び方法を好ましい実施形態の観点において説明してきたが、本発明の概念、精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の構成物及び／又は方法に、そして方法のステップ又はステップのシーケンスにおいて変形を適用することができるということは当業者には明らかであろう。当業者に明らかなすべてのこのような同様の代替例及び修正例は、添付の特許請求の範囲によって定義されたような本発明の精神、範囲及び概念の範囲内であると見なされる。
特許庁、及び本願に関して発行されるあらゆる特許のあらゆる読者が本明細書に添付の特許請求の範囲を解釈するのを支援するため、出願人は、米国特許法第１１２条の段落（ｆ）の段落６、又は均等物が本願の出願の日に存在しているため、「のための手段」又は「のためのステップ」という言葉が特定の請求項において明示的に用いられていない限り、添付の特許請求の範囲のいずれもこれを適用するように意図していないということを特記したい。
請求項のそれぞれについて、各従属請求項は、前の請求項が請求項の用語又は要素のための適切な先行詞を提供する限り、独立請求項及びそれぞれすべての請求項のための前の従属請求項のそれぞれの両方から従属することができる。
Claims (28)
- 機械的及び熱的に安定化された高温プリント回路基板（ＰＣＢ）を作製する方法であって、
感光性ガラス基板上に１又は２以上の構造を形成する１又は２以上の構造を含む設計レイアウトをマスキングするステップと、
前記感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、
前記感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱するステップと、
前記感光性ガラス基板を冷却して、前記露光されたガラスの少なくとも一部をガラス結晶性基板に変換させるステップと、
前記ガラス結晶性基板をエッチャント液でエッチングして、１又は２以上のトレンチ、前記設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び導電要素を備えた１又は２以上の伝送線構造を形成するステップと、
前記感光性ガラス基板のすべてを活性化エネルギー源に対してフラッド露光するステップと、
前記感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成するステップと、
前記１又は２以上の導電要素、１又は２以上の充填ビア、グランドプレーン、並びに１又は２以上の入力及び出力チャネルを形成する１又は２以上の金属又は金属媒体を印刷又は堆積するステップと、
前記１若しくは２以上の導電性要素、充填ビア、又はグランドプレーン上に能動素子及び受動素子の組み合わせを配置するステップであって、前記金属が回路、及び前記導電性要素の少なくとも１つに接続されている、ステップと、
を含む、前記方法。 - 設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び１又は２以上の導電性要素が、低損失接線の機械的及び熱的安定化構造である、請求項１に記載の方法。
- セラミック基板が、セラミック化された基板としてさらに定義される、請求項１に記載の方法。
- セラミック基板の熱膨張係数が７．２より大きく、又は７．４、７．５、８．０、８．５、９．０、９．５、１０、１０．４、若しくは１０．５未満、又は７．５と１０との間である、請求項１に記載の方法。
- １又は２以上の導電要素が受動デバイス又は能動デバイスを接続して電気回路を形成する、請求項１に記載の方法。
- 基板をそのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて加熱するステップが、前記基板の前記Ｔｇを増大させるために１又は２以上のプロセスサイクルに適用され、各処理サイクルが前記Ｔｇを最小５０℃単位で最大６５０℃まで増大させる、請求項１に記載の方法。
- エッチングするステップが、金属又は酸化物で充填されると導体が１又は２以上の導電性ライン又はチャネルを形成する１又は２以上のフィーチャを形成し、その構造が１又は２以上のＤＣ、ＲＦ、ミリ波（ｍｍ波）及びテラヘルツ周波数の電気機器に接続されている、請求項１に記載の方法。
- 金属が、表面、埋め込み接点、ブラインドビア、ガラスビア、直線接点、矩形接点、多角形接点、又は円形接点を通して回路に接続されている、請求項１に記載の方法。
- 感光性ガラス基板が、６０～７６重量％のシリカ；少なくとも３重量％のＫ２Ｏを含む６重量％～１６重量％のＫ２ＯとＮａ２Ｏの組み合わせ；Ａｇ２Ｏ及びＡｕ２Ｏからなる群から選択される０．００３～１重量％の少なくとも１つの酸化物；０．００３～２重量％のＣｕ２Ｏ；Ａｌ２Ｏ３とＢ２Ｏ３の組み合わせが１３重量％を超えない、０．７５重量％～７重量％のＢ２Ｏ３、及び６～７重量％のＡｌ２Ｏ３；８～１５重量％のＬｉ２Ｏ；並びに０．００１～０．１重量％のＣｅＯ２、の組成を含むガラス基板である、請求項１に記載の方法。
- 感光性ガラス基板が、３５～７６重量％のシリカ、３～１６重量％のＫ２Ｏ、０．００３～１重量％のＡｇ２Ｏ、８～１５重量％のＬｉ２Ｏ、及び０．００１～０．１重量％のＣｅＯ２、の組成を含むガラス基板である、請求項１に記載の方法。
- 感光性ガラス基板が、少なくとも０．１重量％のＳｂ２Ｏ３又はＡｓ２Ｏ３を含む感光性ガラス基板；０．００３～１重量％のＡｕ２Ｏを含む感光性ガラス基板；ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から選択される１～１８重量％の酸化物を含む感光性ガラス基板；の少なくとも１つであり、任意選択で、１０～２０：１、２１～２９：１、３０～４５：１、２０～４０：１、４１～４５：１、及び３０～５０：１の少なくとも１つである露光部分の未露光部分に対する異方性エッチング比を有する感光性ガラス基板である、請求項１に記載の方法。
- 感光性ガラス基板が、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、又は酸化セリウムの少なくとも１つを含む感光性ガラスセラミック複合基板である、請求項１に記載の方法。
- ＲＦ伝送線デバイスが、３０Ｇｈｚで０．７ｄＢ／ｃｍ未満の損失を有する、請求項１に記載の方法。
- １又は２以上のＲＦの機械的及び熱的に安定化されたＰＣＢを形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
- 機械的及び熱的に安定化された高温プリント回路基板（ＰＣＢ）を作製する方法であって、
設計レイアウトで先にマスキングされた感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、
前記感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱するステップと、
前記感光性ガラス基板を冷却して、前記露光されたガラスの少なくとも一部をガラス結晶性基板に変換させるステップと、
前記ガラス結晶性基板をエッチャントでエッチングして、１又は２以上のトレンチ、前記設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び１又は２以上の導電要素を形成するステップと、
前記感光性ガラス基板全体を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、
前記感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成するステップと、
前記１又は２以上の導電要素、１又は２以上の充填ビア、グランドプレーン、並びに１又は２以上の入力及び出力チャネルを形成する１又は２以上の金属又は金属媒体を印刷又は堆積するステップと、
前記１若しくは２以上の導電性要素、充填ビア、又はグランドプレーン上に能動素子及び受動素子の組み合わせを配置するステップであって、前記金属が回路、及び前記導電性要素の少なくとも１つに接続されている、ステップと、
を含む、前記方法。 - 設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び１又は２以上の導電性要素が、低損失接線の機械的及び熱的安定化構造である、請求項１５に記載の方法。
- セラミック基板が、完全にセラミック化された基板としてさらに定義される、請求項１５に記載の方法。
- 基板をそのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて加熱するステップが、前記基板の前記Ｔｇを増大させるために１又は２以上のプロセスサイクルに適用され、各処理サイクルが前記Ｔｇを最小５０℃単位で最大６５０℃まで増大させる、請求項１５に記載の方法。
- セラミック基板の熱膨張係数が７．２より大きく、又は７．４、７．５、８．０、８．５、９．０、９．５、１０、１０．４、若しくは１０．５未満、又は７．５～１０の間である、請求項１５に記載の方法。
- １又は２以上の導電性要素が、受動デバイス又は能動デバイスを接続して電気回路を形成する、請求項１５に記載の方法。
- エッチングするステップが、金属又は酸化物で充填されると導体が１又は２以上の導電性ライン又はチャネルを形成する１又は２以上のフィーチャを形成し、その構造が１又は２以上のＤＣ、ＲＦ、ミリ波（ｍｍ波）及びテラヘルツ周波数の電気機器に接続されている、請求項１５に記載の方法。
- 金属が、表面、埋め込み接点、ブラインドビア、ガラスビア、直線接点、矩形接点、多角形接点、又は円形接点を通して回路に接続されている、請求項１５に記載の方法。
- 感光性ガラス基板が、６０～７６重量％のシリカ；少なくとも３重量％のＫ２Ｏを含む６重量％～１６重量％のＫ２ＯとＮａ２Ｏの組み合わせ；Ａｇ２Ｏ及びＡｕ２Ｏからなる群から選択される０．００３～１重量％の少なくとも１つの酸化物；０．００３～２重量％のＣｕ２Ｏ；Ａｌ２Ｏ３とＢ２Ｏ３の組み合わせが１３重量％を超えない、０．７５重量％～７重量％のＢ２Ｏ３、及び６～７重量％のＡｌ２Ｏ３；８～１５重量％のＬｉ２Ｏ；並びに０．００１～０．１重量％のＣｅＯ２、の組成を含むガラス基板である、請求項１５に記載の方法。
- 感光性ガラス基板が、３５～７６重量％のシリカ、３～１６重量％のＫ２Ｏ、０．００３～１重量％のＡｇ２Ｏ、８～１５重量％のＬｉ２Ｏ、及び０．００１～０．１重量％のＣｅＯ２、の組成を含むガラス基板である、請求項１５に記載の方法。
- 感光性ガラス基板が、少なくとも０．１重量％のＳｂ２Ｏ３又はＡｓ２Ｏ３を含む感光性ガラス基板、０．００３～１重量％のＡｕ２Ｏを含む感光性ガラス基板、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から選択される１～１８重量％の酸化物を含む感光性ガラス基板、の少なくとも１つであり、任意選択で、１０～２０：１、２１～２９：１、３０～４５：１、２０～４０：１、４１～４５：１、及び３０～５０：１の少なくとも１つである露光部分の未露光部分に対する異方性エッチング比を有する感光性ガラス基板である、請求項１５に記載の方法。
- 感光性ガラス基板が、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、又は酸化セリウムの少なくとも１つを含む感光性ガラスセラミック複合基板である、請求項１５に記載の方法。
- ＲＦ伝送線デバイスが、３０Ｇｈｚで０．７ｄＢ／ｃｍ未満の損失を有する、請求項１５に記載の方法。
- １又は２以上のＲＦの機械的及び熱的に安定化されたＰＣＢを形成するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
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