JP3294235B2 - 封止層を有するセラミック基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多層セラミック基板
に関して、特に、電子回路パッケージングに有用な封止
層を有する多層セラミック基板、及びこうした基板の形
成方法に関する。
に関して、特に、電子回路パッケージングに有用な封止
層を有する多層セラミック基板、及びこうした基板の形
成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラス、セラミック及びガラス・セラミ
ック（以下単にセラミックと呼ぶ）構造は、通常、好適
には多層構造であり、電子基板及び素子の形成に使用さ
れる。多くの異なるタイプの構造が使用され、それらの
幾つかについて以下で述べる。例えば、多層セラミック
回路基板は、絶縁体として作用するセラミック層間に挟
まれ、電気導体として作用するパターン化金属層を含
む。基板は、半導体チップ、コネクタ・リード、コンデ
ンサ、抵抗、カバーなどを取り付ける端子パッドを有す
るように設計される。埋め込み導体レベル間の相互接続
は、積層前に形成される個々のセラミック層内の金属ペ
ーストを充填された穴により形成されるバイア（via）
を通じて達成され、これは焼結に際して、金属ベースの
導体の焼結緻密金属相互接続となる。
ック（以下単にセラミックと呼ぶ）構造は、通常、好適
には多層構造であり、電子基板及び素子の形成に使用さ
れる。多くの異なるタイプの構造が使用され、それらの
幾つかについて以下で述べる。例えば、多層セラミック
回路基板は、絶縁体として作用するセラミック層間に挟
まれ、電気導体として作用するパターン化金属層を含
む。基板は、半導体チップ、コネクタ・リード、コンデ
ンサ、抵抗、カバーなどを取り付ける端子パッドを有す
るように設計される。埋め込み導体レベル間の相互接続
は、積層前に形成される個々のセラミック層内の金属ペ
ーストを充填された穴により形成されるバイア（via）
を通じて達成され、これは焼結に際して、金属ベースの
導体の焼結緻密金属相互接続となる。
【０００３】一般に、従来のセラミック構造は、セラミ
ック粒子、バインダ、可塑剤、及び溶媒を混合すること
により用意されるセラミック・グリーンシートから形成
される。この組成物はセラミック・シートまたはスリッ
プに伸張または鋳造され、そこから溶媒が続いて揮発さ
れて、コヒーレントで自立型の可撓性のグリーンシート
が提供される。ブランキング、バイア形成、積み重ね及
び積層の後、グリーンシート・ラミネートが最終的に十
分に高い温度で焼成され、それによりバインダ樹脂を駆
除し、セラミック粒子を緻密化されたセラミック基板内
に一緒に焼結する。
ック粒子、バインダ、可塑剤、及び溶媒を混合すること
により用意されるセラミック・グリーンシートから形成
される。この組成物はセラミック・シートまたはスリッ
プに伸張または鋳造され、そこから溶媒が続いて揮発さ
れて、コヒーレントで自立型の可撓性のグリーンシート
が提供される。ブランキング、バイア形成、積み重ね及
び積層の後、グリーンシート・ラミネートが最終的に十
分に高い温度で焼成され、それによりバインダ樹脂を駆
除し、セラミック粒子を緻密化されたセラミック基板内
に一緒に焼結する。
【０００４】今日の最新のセラミック基板は、例えばKu
marらにより米国特許第４３０１３２４号で開示される
ような、コージライト・ガラス・セラミック粒子状物質
から形成される。これらの基板は約５の誘電率、及びシ
リコンに近似する熱膨張率（ＣＴＥ）を示す。誘電率の
平方根に逆比例する信号伝搬速度を増加するために、低
誘電率材料から基板を形成することが望ましい。こうし
たガラス・セラミック材料と一緒に使用可能な好適な電
気導体には、銅及びその合金、銀及びその合金、並びに
金及びその合金が含まれる。
marらにより米国特許第４３０１３２４号で開示される
ような、コージライト・ガラス・セラミック粒子状物質
から形成される。これらの基板は約５の誘電率、及びシ
リコンに近似する熱膨張率（ＣＴＥ）を示す。誘電率の
平方根に逆比例する信号伝搬速度を増加するために、低
誘電率材料から基板を形成することが望ましい。こうし
たガラス・セラミック材料と一緒に使用可能な好適な電
気導体には、銅及びその合金、銀及びその合金、並びに
金及びその合金が含まれる。
【０００５】バイアはセラミック材料を完全には封止し
ないことが判明しており、そのために、ことによると金
属バイアとセラミック・バルク材料との間にギャップが
生じる。このギャップは形成される基板の封止性（herm
eticity）を低下させる上、処理の間に流体が基板内に
浸透することを可能にするので、好ましくない。従っ
て、Farooqらによる米国特許第５０７３１８０号では、
多層セラミック基板の少なくとも最上層を、金属及びセ
ラミック（ガラスを含む）材料から成る複合バイア材料
により封止することが提案されている。内部バイアは本
質的に全て金属である。Siutaによる米国特許第４５９
４１８１号で教示されるように、内部バイアはまた、少
量のアルミナ、または金属バイアの緻密化を阻止する他
の材料を含み得る。
ないことが判明しており、そのために、ことによると金
属バイアとセラミック・バルク材料との間にギャップが
生じる。このギャップは形成される基板の封止性（herm
eticity）を低下させる上、処理の間に流体が基板内に
浸透することを可能にするので、好ましくない。従っ
て、Farooqらによる米国特許第５０７３１８０号では、
多層セラミック基板の少なくとも最上層を、金属及びセ
ラミック（ガラスを含む）材料から成る複合バイア材料
により封止することが提案されている。内部バイアは本
質的に全て金属である。Siutaによる米国特許第４５９
４１８１号で教示されるように、内部バイアはまた、少
量のアルミナ、または金属バイアの緻密化を阻止する他
の材料を含み得る。
【０００６】複合封止バイアと金属内部バイアとの界
面、または内部バイアとバルク・セラミックとの界面に
おいて、同時焼成の間に熱膨張率の不一致及び緻密化振
舞いの差異が生じ、そのために基板が熱応力に晒される
とき、界面が疲労破壊を生じ易くなる。結果的に、前記
界面の１つにおいて、修復不能な隙間が発生し得る。隙
間を含むネットを再度経路指定することができない場
合、基板全体が廃棄されなければならない。様々なバイ
ア間の熱膨張率の不一致を緩和するために、Knickerboc
kerらによる米国特許第５２９３５０４号は、バイアを
金属及びセラミック材料を含む複合材料により覆うこと
を提案している。
面、または内部バイアとバルク・セラミックとの界面に
おいて、同時焼成の間に熱膨張率の不一致及び緻密化振
舞いの差異が生じ、そのために基板が熱応力に晒される
とき、界面が疲労破壊を生じ易くなる。結果的に、前記
界面の１つにおいて、修復不能な隙間が発生し得る。隙
間を含むネットを再度経路指定することができない場
合、基板全体が廃棄されなければならない。様々なバイ
ア間の熱膨張率の不一致を緩和するために、Knickerboc
kerらによる米国特許第５２９３５０４号は、バイアを
金属及びセラミック材料を含む複合材料により覆うこと
を提案している。
【０００７】バイアを封止することの代替案として、Bo
ssらによる米国特許第４８８０６８４号で開示されるよ
うに、薄膜封止層がセラミック基板の表面上に付着され
得る。
ssらによる米国特許第４８８０６８４号で開示されるよ
うに、薄膜封止層がセラミック基板の表面上に付着され
得る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】低コストで容易に製造
可能な低熱膨張率のセラミック基板を有することが望ま
しい。
可能な低熱膨張率のセラミック基板を有することが望ま
しい。
【０００９】薄膜はその形成が複雑な上に、セラミック
基板の製造コストを劇的に増加させる。
基板の製造コストを劇的に増加させる。
【００１０】バイアの封止を提案する前記の様々な方法
は、実際に効を奏する。しかしながら、本発明者は封止
バイアの複合材料の性質により、接合チップへの接着力
が、バイアが１００％金属の場合よりも弱いと結論付け
た。また、複合バイアが非ぬれ性のセラミック材料を含
む事実により、めっき金属及びはんだはバイアの金属部
分にだけ付着し、それによりバイアのぬれ性領域を低減
する。
は、実際に効を奏する。しかしながら、本発明者は封止
バイアの複合材料の性質により、接合チップへの接着力
が、バイアが１００％金属の場合よりも弱いと結論付け
た。また、複合バイアが非ぬれ性のセラミック材料を含
む事実により、めっき金属及びはんだはバイアの金属部
分にだけ付着し、それによりバイアのぬれ性領域を低減
する。
【００１１】封止され、しかもチップまたは他の素子に
容易に接合されるバイアを有するセラミック基板を有す
ることが好ましい。
容易に接合されるバイアを有するセラミック基板を有す
ることが好ましい。
【００１２】従って、本発明の目的は、セラミック基板
に必要な封止性を提供する封止バイア層を有するセラミ
ック基板を提供することである。
に必要な封止性を提供する封止バイア層を有するセラミ
ック基板を提供することである。
【００１３】本発明の別の目的は、めっき及びはんだの
両方に対してぬれ性を示し、良好なチップ引張り強度を
有する、チップまたは他の素子への接合のためのバイア
を提供することである。
両方に対してぬれ性を示し、良好なチップ引張り強度を
有する、チップまたは他の素子への接合のためのバイア
を提供することである。
【００１４】本発明のこれらの及び他の目的が、添付の
図面に関連して述べられる以下の説明から明らかになろ
う。
図面に関連して述べられる以下の説明から明らかになろ
う。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
封止層を有する多層セラミック基板に関して、この基板
は、セラミック材料の複数の層と、金属材料により充填
され、実質的にセラミック材料を含まない少なくとも１
つのバイアを有する、セラミック材料の複数の層の第１
の層と、第１の層に隣接し、金属材料及びセラミック材
料を含む材料により充填される少なくとも１つのバイア
を有する、セラミック材料の複数の層の第２の層と、第
２の層に隣接し、金属材料により充填され、実質的にセ
ラミック材料を含まない少なくとも１つのバイアを有す
る、セラミック材料の複数の層の第３の層とを含む。
封止層を有する多層セラミック基板に関して、この基板
は、セラミック材料の複数の層と、金属材料により充填
され、実質的にセラミック材料を含まない少なくとも１
つのバイアを有する、セラミック材料の複数の層の第１
の層と、第１の層に隣接し、金属材料及びセラミック材
料を含む材料により充填される少なくとも１つのバイア
を有する、セラミック材料の複数の層の第２の層と、第
２の層に隣接し、金属材料により充填され、実質的にセ
ラミック材料を含まない少なくとも１つのバイアを有す
る、セラミック材料の複数の層の第３の層とを含む。
【００１６】本発明の第２の態様は、封止層を有する多
層セラミック基板に関して、この基板は、セラミック材
料の複数の層と、金属材料により充填され、実質的にセ
ラミック材料を含まない少なくとも１つのバイアを有す
る、セラミック材料の複数の層の第１の層と、第１の層
内の少なくとも１つのバイアと、第２の層内の少なくと
も１つのバイアとの間に差し挟まれる、金属材料及びセ
ラミック材料を含む第１のバイア・キャップと、第１の
層に隣接し、金属材料及びセラミック材料を含む材料に
より充填される少なくとも１つのバイアを有する、セラ
ミック材料の複数の層の第２の層と、第２の層内の少な
くとも１つのバイアと、第３の層内の少なくとも１つの
バイアとの間に差し挟まれる、金属材料及びセラミック
材料を含む第２のバイア・キャップと、第２の層に隣接
し、金属材料により充填され、実質的にセラミック材料
を含まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミッ
ク材料の複数の層の第３の層とを含む。
層セラミック基板に関して、この基板は、セラミック材
料の複数の層と、金属材料により充填され、実質的にセ
ラミック材料を含まない少なくとも１つのバイアを有す
る、セラミック材料の複数の層の第１の層と、第１の層
内の少なくとも１つのバイアと、第２の層内の少なくと
も１つのバイアとの間に差し挟まれる、金属材料及びセ
ラミック材料を含む第１のバイア・キャップと、第１の
層に隣接し、金属材料及びセラミック材料を含む材料に
より充填される少なくとも１つのバイアを有する、セラ
ミック材料の複数の層の第２の層と、第２の層内の少な
くとも１つのバイアと、第３の層内の少なくとも１つの
バイアとの間に差し挟まれる、金属材料及びセラミック
材料を含む第２のバイア・キャップと、第２の層に隣接
し、金属材料により充填され、実質的にセラミック材料
を含まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミッ
ク材料の複数の層の第３の層とを含む。
【００１７】本発明の第３の態様は、封止層を有する多
層セラミック基板を形成する方法に関して、この方法
は、金属材料により充填され、実質的にセラミック材料
を含まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミッ
ク材料の第１の非焼結層を形成するステップと、金属材
料及びセラミック材料を含む材料により充填される少な
くとも１つのバイアを有する、セラミック材料の第２の
非焼結層を形成するステップと、金属材料により充填さ
れ、実質的にセラミック材料を含まない少なくとも１つ
のバイアを有する、セラミック材料の第３の非焼結層を
形成するステップと、第１の層が第２の層に隣接し、第
２の層が第３の層に隣接し、各層内の少なくとも１つの
バイアが互いに位置合わせされるように、セラミック材
料の第１、第２及び第３の非焼結層を積み重ね、積層す
るステップと、セラミック材料の第１、第２及び第３の
層のスタックを焼結し、封止層を有する多層セラミック
基板を形成するステップとを含む。
層セラミック基板を形成する方法に関して、この方法
は、金属材料により充填され、実質的にセラミック材料
を含まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミッ
ク材料の第１の非焼結層を形成するステップと、金属材
料及びセラミック材料を含む材料により充填される少な
くとも１つのバイアを有する、セラミック材料の第２の
非焼結層を形成するステップと、金属材料により充填さ
れ、実質的にセラミック材料を含まない少なくとも１つ
のバイアを有する、セラミック材料の第３の非焼結層を
形成するステップと、第１の層が第２の層に隣接し、第
２の層が第３の層に隣接し、各層内の少なくとも１つの
バイアが互いに位置合わせされるように、セラミック材
料の第１、第２及び第３の非焼結層を積み重ね、積層す
るステップと、セラミック材料の第１、第２及び第３の
層のスタックを焼結し、封止層を有する多層セラミック
基板を形成するステップとを含む。
【００１８】本発明の第４の態様は、封止層を有する多
層セラミック基板を形成する方法に関し、この方法は、
金属材料により充填され、実質的にセラミック材料を含
まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミック材
料の第１の非焼結層を形成するステップと、金属材料及
びセラミック材料を含む材料により充填される少なくと
も１つのバイアを有する、セラミック材料の第２の非焼
結層を形成するステップと、セラミック材料の第１また
は第２の非焼結層内の少なくとも１つのバイア上に第１
のバイア・キャップを形成するステップと、金属材料に
より充填され、実質的にセラミック材料を含まない少な
くとも１つのバイアを有する、セラミック材料の第３の
非焼結層を形成するステップと、セラミック材料の第２
または第３の非焼結層内の少なくとも１つのバイア上に
第２のバイア・キャップを形成するステップと、第１の
層が第２の層に隣接して、第１のバイア・キャップが第
１及び第２の層間に差し挟まれ、第２の層が第３の層に
隣接して、第２のバイア・キャップが第２及び第３の層
間に差し挟まれ、各層内の少なくとも１つのバイア、及
び第１及び第２のバイア・キャップが互いに位置合わせ
されるように、セラミック材料の第１、第２及び第３の
非焼結層を積み重ね、積層するステップと、セラミック
材料の第１、第２及び第３の層のスタックを焼結し、封
止層を有する多層セラミック基板を形成するステップと
を含む。
層セラミック基板を形成する方法に関し、この方法は、
金属材料により充填され、実質的にセラミック材料を含
まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミック材
料の第１の非焼結層を形成するステップと、金属材料及
びセラミック材料を含む材料により充填される少なくと
も１つのバイアを有する、セラミック材料の第２の非焼
結層を形成するステップと、セラミック材料の第１また
は第２の非焼結層内の少なくとも１つのバイア上に第１
のバイア・キャップを形成するステップと、金属材料に
より充填され、実質的にセラミック材料を含まない少な
くとも１つのバイアを有する、セラミック材料の第３の
非焼結層を形成するステップと、セラミック材料の第２
または第３の非焼結層内の少なくとも１つのバイア上に
第２のバイア・キャップを形成するステップと、第１の
層が第２の層に隣接して、第１のバイア・キャップが第
１及び第２の層間に差し挟まれ、第２の層が第３の層に
隣接して、第２のバイア・キャップが第２及び第３の層
間に差し挟まれ、各層内の少なくとも１つのバイア、及
び第１及び第２のバイア・キャップが互いに位置合わせ
されるように、セラミック材料の第１、第２及び第３の
非焼結層を積み重ね、積層するステップと、セラミック
材料の第１、第２及び第３の層のスタックを焼結し、封
止層を有する多層セラミック基板を形成するステップと
を含む。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、少なくとも層
１２、１４及び１６を含み、通常追加の層１８及び２０
を含むセラミック基板１０が示される。
１２、１４及び１６を含み、通常追加の層１８及び２０
を含むセラミック基板１０が示される。
【００２０】各層は基本的に、セラミック材料部分２２
及び少なくとも１つのバイア部分２４を含む。本発明と
密接な関係は無く、従って図示されないが、通常様々な
配線が各層上に存在する。周知のように、所定の層内の
バイアは、電気信号及びパワーが層間で伝達されるよう
に、互いに位置合わせされる。例えば、図１に示される
ように、全てのバイア部分２４は位置合わせされ、それ
により電気信号が全ての層１２乃至２０を通じて伝達さ
れる。
及び少なくとも１つのバイア部分２４を含む。本発明と
密接な関係は無く、従って図示されないが、通常様々な
配線が各層上に存在する。周知のように、所定の層内の
バイアは、電気信号及びパワーが層間で伝達されるよう
に、互いに位置合わせされる。例えば、図１に示される
ように、全てのバイア部分２４は位置合わせされ、それ
により電気信号が全ての層１２乃至２０を通じて伝達さ
れる。
【００２１】層１２、１４、１６は、セラミック基板１
０を密封する一方、最大導電率を有するバイアを提供す
るように設計される。本発明を詳述すると、層１２のバ
イア部分２４は、金属材料により充填され、実質的にセ
ラミック材料を含まないバイア２６を含む。層１２はセ
ラミック基板１２の最も外側の層を形成する。しかしな
がら、こうしたバイアは、バイア材料の緻密さを制御す
るために、アルミナなどの少量のセラミック材料を含み
得る。こうしたセラミック材料が金属バイア内に存在す
る場合、それは通常容積百分率で約１０％未満の少量で
ある。バイア２６が金属バイアである（実質的にセラミ
ック材料を含まない）事実により、バイア２６とセラミ
ック部分２２との間には封止は存在せず、従ってバイア
２６とセラミック部分２２との間にギャップ３２が生成
される。ギャップ３２はおよそ１μｍ乃至２μｍ程度で
ある。通常こうしたギャップ３２は問題となる。なぜな
ら、焼結の間及び後に存在する流体及び気体が、セラミ
ック基板１０に内部損傷を生じるからである。
０を密封する一方、最大導電率を有するバイアを提供す
るように設計される。本発明を詳述すると、層１２のバ
イア部分２４は、金属材料により充填され、実質的にセ
ラミック材料を含まないバイア２６を含む。層１２はセ
ラミック基板１２の最も外側の層を形成する。しかしな
がら、こうしたバイアは、バイア材料の緻密さを制御す
るために、アルミナなどの少量のセラミック材料を含み
得る。こうしたセラミック材料が金属バイア内に存在す
る場合、それは通常容積百分率で約１０％未満の少量で
ある。バイア２６が金属バイアである（実質的にセラミ
ック材料を含まない）事実により、バイア２６とセラミ
ック部分２２との間には封止は存在せず、従ってバイア
２６とセラミック部分２２との間にギャップ３２が生成
される。ギャップ３２はおよそ１μｍ乃至２μｍ程度で
ある。通常こうしたギャップ３２は問題となる。なぜな
ら、焼結の間及び後に存在する流体及び気体が、セラミ
ック基板１０に内部損傷を生じるからである。
【００２２】しかしながら、本発明によれば、層１４内
にバイア２８を挿入する。この場合、バイア２８は金属
材料及びセラミック材料の混合物を含む点で、いわゆる
複合バイアである。複合バイア２８は、流体または気体
がセラミック基板１０の第１の層１２よりも深く浸透し
ないように、セラミック基板を封止する。
にバイア２８を挿入する。この場合、バイア２８は金属
材料及びセラミック材料の混合物を含む点で、いわゆる
複合バイアである。複合バイア２８は、流体または気体
がセラミック基板１０の第１の層１２よりも深く浸透し
ないように、セラミック基板を封止する。
【００２３】本発明により考慮される第３の層は、バイ
ア３０を有する層１６である。再度、バイア３０は、層
１２内のバイア２６に関連して述べたように、実質的に
セラミック材料を含まない金属バイアである。バイア３
０は金属バイアであるので、ギャップ３４がバイア３０
とセラミック部分２２との間に形成される。しかしなが
ら、バイア３０はセラミック基板１０の内部にあり、層
１４内の封止バイア２８により保護されるので、バイア
３０が封止されない事実は重要でない。
ア３０を有する層１６である。再度、バイア３０は、層
１２内のバイア２６に関連して述べたように、実質的に
セラミック材料を含まない金属バイアである。バイア３
０は金属バイアであるので、ギャップ３４がバイア３０
とセラミック部分２２との間に形成される。しかしなが
ら、バイア３０はセラミック基板１０の内部にあり、層
１４内の封止バイア２８により保護されるので、バイア
３０が封止されない事実は重要でない。
【００２４】金属バイア３６を有する１つ以上の追加の
内部層１８が存在し得る。
内部層１８が存在し得る。
【００２５】セラミック基板１０は一般に、セラミック
基板１０の他方の外側部分を封止する層２０を有する。
層２０内のバイア３８は、従来手段により封止される。
任意的に、セラミック基板１０の底部は、最上層１２、
１４と同様に封止され得る。
基板１０の他方の外側部分を封止する層２０を有する。
層２０内のバイア３８は、従来手段により封止される。
任意的に、セラミック基板１０の底部は、最上層１２、
１４と同様に封止され得る。
【００２６】前述のように、第１の層１２を除いて封止
されるセラミック基板１０が形成される。層１２はチッ
プまたは他の素子（図示せず）が実装される、いわゆる
上面金属層として好適に使用される。チップまたは他の
素子との接着を容易にするため、バイア２６は金属材
料、通常はニッケルまたは金を被覆またはめっきされ
る。バイア２６は実質的にセラミック材料を含まない金
属バイアであるので、金属材料４０は容易にバイア２６
に付着し、チップまたは他の素子をはんだまたは導電接
着剤により接着する優れた表面を提供する。層２０はい
わゆる底面金属層として好適に使用され、入出力（Ｉ／
Ｏ）ピン４４、或いはソルダボールまたはカラム（図示
せず）の接続のためのパッド４２を含む。パッド４２は
また、ランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）・アプリケ
ーションのための端子接点金属として機能する。
されるセラミック基板１０が形成される。層１２はチッ
プまたは他の素子（図示せず）が実装される、いわゆる
上面金属層として好適に使用される。チップまたは他の
素子との接着を容易にするため、バイア２６は金属材
料、通常はニッケルまたは金を被覆またはめっきされ
る。バイア２６は実質的にセラミック材料を含まない金
属バイアであるので、金属材料４０は容易にバイア２６
に付着し、チップまたは他の素子をはんだまたは導電接
着剤により接着する優れた表面を提供する。層２０はい
わゆる底面金属層として好適に使用され、入出力（Ｉ／
Ｏ）ピン４４、或いはソルダボールまたはカラム（図示
せず）の接続のためのパッド４２を含む。パッド４２は
また、ランド・グリッド・アレイ（ＬＧＡ）・アプリケ
ーションのための端子接点金属として機能する。
【００２７】図２を参照すると、本発明の第２の実施例
が示される。セラミック基板１０’は、図１に関連して
前述したセラミック基板１０と類似する。しかしなが
ら、セラミック基板１０’は追加として、少なくとも第
１のバイア・キャップ４６を含む。第１のバイア・キャ
ップ４６は、金属材料及びセラミック材料を含む複合材
料である。第１のバイア・キャップは、１００％金属レ
ベルの第１のバイアと、複合レベルの第２のバイアとの
間の界面の電気的信頼性を改善し、更にバイアの機械強
度を改善する。より好適には、セラミック基板１０’は
更に、同様に金属材料とセラミック材料の複合材料から
成る第２のバイア・キャップ４８を含む。第２のバイア
・キャップは第１のバイア・キャップと同様に、電気的
及び機械的信頼性を向上させる。
が示される。セラミック基板１０’は、図１に関連して
前述したセラミック基板１０と類似する。しかしなが
ら、セラミック基板１０’は追加として、少なくとも第
１のバイア・キャップ４６を含む。第１のバイア・キャ
ップ４６は、金属材料及びセラミック材料を含む複合材
料である。第１のバイア・キャップは、１００％金属レ
ベルの第１のバイアと、複合レベルの第２のバイアとの
間の界面の電気的信頼性を改善し、更にバイアの機械強
度を改善する。より好適には、セラミック基板１０’は
更に、同様に金属材料とセラミック材料の複合材料から
成る第２のバイア・キャップ４８を含む。第２のバイア
・キャップは第１のバイア・キャップと同様に、電気的
及び機械的信頼性を向上させる。
【００２８】本発明は多数の材料系に適用性を有するの
で、セラミック部分、バイア及びバイア・キャップを構
成する材料は、様々なセラミック及び金属材料から選択
される。しかしながら、本発明は、セラミック基板の封
止が特に問題となる、低温焼結系に特に好適である。こ
れらの低温焼結系には、ガラス・セラミック及びガラス
にセラミックを加えた系が含まれる。好適なセラミック
組成物の例には、表１に示されるものがある。
で、セラミック部分、バイア及びバイア・キャップを構
成する材料は、様々なセラミック及び金属材料から選択
される。しかしながら、本発明は、セラミック基板の封
止が特に問題となる、低温焼結系に特に好適である。こ
れらの低温焼結系には、ガラス・セラミック及びガラス
にセラミックを加えた系が含まれる。好適なセラミック
組成物の例には、表１に示されるものがある。
【表１】
【００２９】配線のために使用される金属材料は、一般
に銅、銀、金及びそれらの合金である。本発明者は金属
材料として銅を選択し、第１の層１２内のバイア２６に
関しては、特に銅とニッケルの合金、好適には容積百分
率で９０％の銅及び１０％のニッケルを選択した。こう
した銅／ニッケル合金は、保管、めっき及びサービス活
動の間の耐食性に優れている。
に銅、銀、金及びそれらの合金である。本発明者は金属
材料として銅を選択し、第１の層１２内のバイア２６に
関しては、特に銅とニッケルの合金、好適には容積百分
率で９０％の銅及び１０％のニッケルを選択した。こう
した銅／ニッケル合金は、保管、めっき及びサービス活
動の間の耐食性に優れている。
【００３０】複合バイア及びバイア・キャップとして、
それらが容積百分率６０％乃至４０％の金属材料（好適
には銅）と、容積百分率４０％乃至６０％のセラミック
材料を含むことが好ましい。最も好適には、複合バイア
は容積百分率４０％の銅と、容積百分率６０％のセラミ
ック材料を含み、バイア・キャップは容積百分率４５％
の銅と、容積百分率５５％のセラミック材料を含むべき
である。
それらが容積百分率６０％乃至４０％の金属材料（好適
には銅）と、容積百分率４０％乃至６０％のセラミック
材料を含むことが好ましい。最も好適には、複合バイア
は容積百分率４０％の銅と、容積百分率６０％のセラミ
ック材料を含み、バイア・キャップは容積百分率４５％
の銅と、容積百分率５５％のセラミック材料を含むべき
である。
【００３１】図２に示される様々な層の各々は、１層当
たり１つのバイアだけを示すが、一般には１層当たり多
くのバイアが存在することが理解されよう。周知のよう
に、各層内のバイアの数は、低機能のセラミック基板で
は数十個であるのに対して、高機能のセラミック基板で
は数１００個乃至数１０００個である。
たり１つのバイアだけを示すが、一般には１層当たり多
くのバイアが存在することが理解されよう。周知のよう
に、各層内のバイアの数は、低機能のセラミック基板で
は数十個であるのに対して、高機能のセラミック基板で
は数１００個乃至数１０００個である。
【００３２】図３を参照すると、セラミック基板１０を
形成する方法が示される。層１２、１４、１６の各々
は、従来通り、別々に形成される。バイア２６、２８、
３０は、層として適切なペースト組成物により充填され
る。すなわち、層１２、１６の各々は、金属材料から成
り、実質的にセラミック材料を含まないペーストにより
充填される少なくとも１つのバイアを有し、一方層１４
は、金属材料及びセラミック材料を含む複合ペーストに
より充填される少なくとも１つのバイアを有する。他の
要求される層は、同様にして形成される。次に従来通
り、全ての層が積み重ねられ、積層され、焼結されて、
図１に示されるセラミック基板１０が形成される。
形成する方法が示される。層１２、１４、１６の各々
は、従来通り、別々に形成される。バイア２６、２８、
３０は、層として適切なペースト組成物により充填され
る。すなわち、層１２、１６の各々は、金属材料から成
り、実質的にセラミック材料を含まないペーストにより
充填される少なくとも１つのバイアを有し、一方層１４
は、金属材料及びセラミック材料を含む複合ペーストに
より充填される少なくとも１つのバイアを有する。他の
要求される層は、同様にして形成される。次に従来通
り、全ての層が積み重ねられ、積層され、焼結されて、
図１に示されるセラミック基板１０が形成される。
【００３３】図４を参照すると、セラミック基板１０’
を形成する方法が示される。セラミック基板１０’を形
成する方法は、セラミック基板１０を形成する方法と類
似である。セラミック基板１０、１０’の形成の違い
は、第１のバイア・キャップ４６、及び好適には更に第
２のバイア・キャップ４８の追加にある。セラミック基
板１０’は、層１２または図４に示されるように層１４
上に形成される（スクリーン印刷される）、少なくとも
第１のバイア・キャップ４６を有することを要求され
る。バイア・キャップ４６が、層１２のバイア２６と層
１４のバイア２８との間に差し挟まれる限り、どちらの
層上にバイア・キャップ４６が形成されるかは、問題に
ならない。好適には、第２のバイア・キャップ４８がセ
ラミック基板１０’に追加される。再度、バイア・キャ
ップ４８が、層１４のバイア２８と層１６のバイア３０
との間に差し挟まれる限り、第２のバイア・キャップ４
８が層１４または層１６上に形成される（スクリーン印
刷される）かは、問題にならない。セラミック基板１
０’の形成のために要求される他の層は、従来通り形成
され、次に全ての様々な層が積み重ねられ、積層され、
焼結されて、セラミック基板１０’が形成される。
を形成する方法が示される。セラミック基板１０’を形
成する方法は、セラミック基板１０を形成する方法と類
似である。セラミック基板１０、１０’の形成の違い
は、第１のバイア・キャップ４６、及び好適には更に第
２のバイア・キャップ４８の追加にある。セラミック基
板１０’は、層１２または図４に示されるように層１４
上に形成される（スクリーン印刷される）、少なくとも
第１のバイア・キャップ４６を有することを要求され
る。バイア・キャップ４６が、層１２のバイア２６と層
１４のバイア２８との間に差し挟まれる限り、どちらの
層上にバイア・キャップ４６が形成されるかは、問題に
ならない。好適には、第２のバイア・キャップ４８がセ
ラミック基板１０’に追加される。再度、バイア・キャ
ップ４８が、層１４のバイア２８と層１６のバイア３０
との間に差し挟まれる限り、第２のバイア・キャップ４
８が層１４または層１６上に形成される（スクリーン印
刷される）かは、問題にならない。セラミック基板１
０’の形成のために要求される他の層は、従来通り形成
され、次に全ての様々な層が積み重ねられ、積層され、
焼結されて、セラミック基板１０’が形成される。
【００３４】当業者であれば、本開示を顧慮して、本発
明の趣旨から逸れることなく、ここで述べた実施例の域
を超える本発明の他の変更が可能であることが理解でき
よう。従って、本発明の範囲内で考慮されるこれらの変
更も、本発明の範囲に含まれるものと見なされる。
明の趣旨から逸れることなく、ここで述べた実施例の域
を超える本発明の他の変更が可能であることが理解でき
よう。従って、本発明の範囲内で考慮されるこれらの変
更も、本発明の範囲に含まれるものと見なされる。
【００３５】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００３６】（１）封止層を有する多層セラミック基板
であって、セラミック材料の複数の層と、金属材料によ
り充填され、実質的にセラミック材料を含まない少なく
とも１つのバイアを有する、セラミック材料の複数の層
の第１の層と、第１の層に隣接し、金属材料及びセラミ
ック材料を含む材料により充填される少なくとも１つの
バイアを有する、セラミック材料の複数の層の第２の層
と、第２の層に隣接し、金属材料により充填され、実質
的にセラミック材料を含まない少なくとも１つのバイア
を有する、セラミック材料の複数の層の第３の層とを含
む、セラミック基板。 （２）第１の層内の少なくとも１つのバイアと、第２の
層内の少なくとも１つのバイアとの間に差し挟まれる第
１のバイア・キャップを含む、前記（１）記載のセラミ
ック基板。 （３）第１のバイア・キャップが金属材料及びセラミッ
ク材料を含む、前記（２）記載のセラミック基板。 （４）第１のバイア・キャップが容積百分率６０％乃至
４０％の金属材料と、容積百分率４０％乃至６０％のセ
ラミック材料を含む、前記（３）記載のセラミック基
板。 （５）金属材料が銅であり、セラミック材料がガラス・
セラミック材料である、前記（３）記載のセラミック基
板。 （６）第２の層内の少なくとも１つのバイアと、第３の
層内の少なくとも１つのバイアとの間に差し挟まれる第
２のバイア・キャップを含む、前記（１）記載のセラミ
ック基板。 （７）第２にバイア・キャップが金属材料及びセラミッ
ク材料を含む、前記（６）記載のセラミック基板。 （８）第２のバイア・キャップが容積百分率６０％乃至
４０％の金属材料と、容積百分率４０％乃至６０％のセ
ラミック材料を含む、前記（７）記載のセラミック基
板。 （９）金属材料が銅であり、セラミック材料がガラス・
セラミック材料である、前記（８）記載のセラミック基
板。 （１０）第１の層内の少なくとも１つのバイアが、第２
の層に隣接する第１の面及び第１の面と反対側の第２の
面を有し、更に第２の面上にめっきされる金属材料を含
む、前記（１）記載のセラミック基板。 （１１）第２の面上にめっきされる金属材料が、ニッケ
ル及び金を含むグループから選択される、前記（１０）
記載のセラミック基板。 （１２）めっきされた第２の面上に多量のはんだを含
む、前記（１１）記載のセラミック基板。 （１３）第２の層内の少なくとも１つのバイアが、容積
百分率６０％乃至４０％の金属材料と、容積百分率４０
％乃至６０％のセラミック材料を含む、前記（１）記載
のセラミック基板。 （１４）金属材料が銅を含み、セラミック材料がガラス
・セラミック材料を含む、前記（１３）記載のセラミッ
ク基板。 （１５）第１の層内の少なくとも１つのバイア内の金属
材料が、銅または銅とニッケルの合金である、前記
（１）記載のセラミック基板。 （１６）銅とニッケルの合金が、容積百分率９０％の銅
と容積百分率１０％のニッケルを含む、前記（１５）記
載のセラミック基板。 （１７）第３の層内の少なくとも１つのバイア内の金属
材料が銅である、前記（１）記載のセラミック基板。 （１８）第３の層に隣接し、金属材料により充填され、
実質的にセラミック材料を含まない少なくとも１つのバ
イアを有する、セラミック材料の複数の層の第４の層を
含む、前記（１）記載のセラミック基板。 （１９）第４の層内の少なくとも１つのバイア内の金属
材料が銅である、前記（１８）記載のセラミック基板。 （２０）第１の層がセラミック基板の最も外側の層であ
る、前記（１）記載のセラミック基板。 （２１）第１の層がセラミック基板の上面金属層を含
む、前記（１）記載のセラミック基板。 （２２）封止層を有する多層セラミック基板であって、
セラミック材料の複数の層と、金属材料により充填さ
れ、実質的にセラミック材料を含まない少なくとも１つ
のバイアを有する、セラミック材料の複数の層の第１の
層と、第１の層内の少なくとも１つのバイアと、第２の
層内の少なくとも１つのバイアとの間に差し挟まれる、
金属材料及びセラミック材料を含む第１のバイア・キャ
ップと、第１の層に隣接し、金属材料及びセラミック材
料を含む材料により充填される少なくとも１つのバイア
を有する、セラミック材料の複数の層の第２の層と、第
２の層内の少なくとも１つのバイアと、第３の層内の少
なくとも１つのバイアとの間に差し挟まれる、金属材料
及びセラミック材料を含む第２のバイア・キャップと、
第２の層に隣接し、金属材料により充填され、実質的に
セラミック材料を含まない少なくとも１つのバイアを有
する、セラミック材料の複数の層の第３の層とを含む、
セラミック基板。 （２３）第１の層内の少なくとも１つのバイア、第１の
バイア・キャップ及び第２のバイア・キャップが、容積
百分率６０％乃至４０％の金属材料と、容積百分率４０
％乃至６０％のセラミック材料を含む、前記（２２）記
載のセラミック基板。 （２４）金属材料が銅であり、セラミック材料がガラス
・セラミック材料である、前記（２３）記載のセラミッ
ク基板。 （２５）第１の層内の少なくとも１つのバイア内の金属
材料が、銅または銅とニッケルの合金である、前記（２
２）記載のセラミック基板。 （２６）銅とニッケルの合金が、容積百分率９０％の銅
と容積百分率１０％のニッケルを含む、前記（２５）記
載のセラミック基板。 （２７）第３の層内の少なくとも１つのバイア内の金属
材料が銅である、前記（２２）記載のセラミック基板。 （２８）封止層を有する多層セラミック基板を形成する
方法であって、金属材料により充填され、実質的にセラ
ミック材料を含まない少なくとも１つのバイアを有す
る、セラミック材料の第１の非焼結層を形成するステッ
プと、金属材料及びセラミック材料を含む材料により充
填される少なくとも１つのバイアを有する、セラミック
材料の第２の非焼結層を形成するステップと、金属材料
により充填され、実質的にセラミック材料を含まない少
なくとも１つのバイアを有する、セラミック材料の第３
の非焼結層を形成するステップと、第１の層が第２の層
に隣接し、第２の層が第３の層に隣接し、各層内の少な
くとも１つのバイアが互いに位置合わせされるように、
セラミック材料の第１、第２及び第３の非焼結層を積み
重ね、積層するステップと、セラミック材料の第１、第
２及び第３の層のスタックを焼結し、封止層を有する多
層セラミック基板を形成するステップとを含む、方法。 （２９）封止層を有する多層セラミック基板を形成する
方法であって、金属材料により充填され、実質的にセラ
ミック材料を含まない少なくとも１つのバイアを有す
る、セラミック材料の第１の非焼結層を形成するステッ
プと、金属材料及びセラミック材料を含む材料により充
填される少なくとも１つのバイアを有する、セラミック
材料の第２の非焼結層を形成するステップと、セラミッ
ク材料の第１または第２の非焼結層内の少なくとも１つ
のバイア上に第１のバイア・キャップを形成するステッ
プと、金属材料により充填され、実質的にセラミック材
料を含まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミ
ック材料の第３の非焼結層を形成するステップと、セラ
ミック材料の第２または第３の非焼結層内の少なくとも
１つのバイア上に第２のバイア・キャップを形成するス
テップと、第１の層が第２の層に隣接して、第１のバイ
ア・キャップが第１及び第２の層間に差し挟まれ、第２
の層が第３の層に隣接して、第２のバイア・キャップが
第２及び第３の層間に差し挟まれ、各層内の少なくとも
１つのバイア、及び第１及び第２のバイア・キャップが
互いに位置合わせされるように、セラミック材料の第
１、第２及び第３の非焼結層を積み重ね、積層するステ
ップと、セラミック材料の第１、第２及び第３の層のス
タックを焼結し、封止層を有する多層セラミック基板を
形成するステップとを含む、方法。
であって、セラミック材料の複数の層と、金属材料によ
り充填され、実質的にセラミック材料を含まない少なく
とも１つのバイアを有する、セラミック材料の複数の層
の第１の層と、第１の層に隣接し、金属材料及びセラミ
ック材料を含む材料により充填される少なくとも１つの
バイアを有する、セラミック材料の複数の層の第２の層
と、第２の層に隣接し、金属材料により充填され、実質
的にセラミック材料を含まない少なくとも１つのバイア
を有する、セラミック材料の複数の層の第３の層とを含
む、セラミック基板。 （２）第１の層内の少なくとも１つのバイアと、第２の
層内の少なくとも１つのバイアとの間に差し挟まれる第
１のバイア・キャップを含む、前記（１）記載のセラミ
ック基板。 （３）第１のバイア・キャップが金属材料及びセラミッ
ク材料を含む、前記（２）記載のセラミック基板。 （４）第１のバイア・キャップが容積百分率６０％乃至
４０％の金属材料と、容積百分率４０％乃至６０％のセ
ラミック材料を含む、前記（３）記載のセラミック基
板。 （５）金属材料が銅であり、セラミック材料がガラス・
セラミック材料である、前記（３）記載のセラミック基
板。 （６）第２の層内の少なくとも１つのバイアと、第３の
層内の少なくとも１つのバイアとの間に差し挟まれる第
２のバイア・キャップを含む、前記（１）記載のセラミ
ック基板。 （７）第２にバイア・キャップが金属材料及びセラミッ
ク材料を含む、前記（６）記載のセラミック基板。 （８）第２のバイア・キャップが容積百分率６０％乃至
４０％の金属材料と、容積百分率４０％乃至６０％のセ
ラミック材料を含む、前記（７）記載のセラミック基
板。 （９）金属材料が銅であり、セラミック材料がガラス・
セラミック材料である、前記（８）記載のセラミック基
板。 （１０）第１の層内の少なくとも１つのバイアが、第２
の層に隣接する第１の面及び第１の面と反対側の第２の
面を有し、更に第２の面上にめっきされる金属材料を含
む、前記（１）記載のセラミック基板。 （１１）第２の面上にめっきされる金属材料が、ニッケ
ル及び金を含むグループから選択される、前記（１０）
記載のセラミック基板。 （１２）めっきされた第２の面上に多量のはんだを含
む、前記（１１）記載のセラミック基板。 （１３）第２の層内の少なくとも１つのバイアが、容積
百分率６０％乃至４０％の金属材料と、容積百分率４０
％乃至６０％のセラミック材料を含む、前記（１）記載
のセラミック基板。 （１４）金属材料が銅を含み、セラミック材料がガラス
・セラミック材料を含む、前記（１３）記載のセラミッ
ク基板。 （１５）第１の層内の少なくとも１つのバイア内の金属
材料が、銅または銅とニッケルの合金である、前記
（１）記載のセラミック基板。 （１６）銅とニッケルの合金が、容積百分率９０％の銅
と容積百分率１０％のニッケルを含む、前記（１５）記
載のセラミック基板。 （１７）第３の層内の少なくとも１つのバイア内の金属
材料が銅である、前記（１）記載のセラミック基板。 （１８）第３の層に隣接し、金属材料により充填され、
実質的にセラミック材料を含まない少なくとも１つのバ
イアを有する、セラミック材料の複数の層の第４の層を
含む、前記（１）記載のセラミック基板。 （１９）第４の層内の少なくとも１つのバイア内の金属
材料が銅である、前記（１８）記載のセラミック基板。 （２０）第１の層がセラミック基板の最も外側の層であ
る、前記（１）記載のセラミック基板。 （２１）第１の層がセラミック基板の上面金属層を含
む、前記（１）記載のセラミック基板。 （２２）封止層を有する多層セラミック基板であって、
セラミック材料の複数の層と、金属材料により充填さ
れ、実質的にセラミック材料を含まない少なくとも１つ
のバイアを有する、セラミック材料の複数の層の第１の
層と、第１の層内の少なくとも１つのバイアと、第２の
層内の少なくとも１つのバイアとの間に差し挟まれる、
金属材料及びセラミック材料を含む第１のバイア・キャ
ップと、第１の層に隣接し、金属材料及びセラミック材
料を含む材料により充填される少なくとも１つのバイア
を有する、セラミック材料の複数の層の第２の層と、第
２の層内の少なくとも１つのバイアと、第３の層内の少
なくとも１つのバイアとの間に差し挟まれる、金属材料
及びセラミック材料を含む第２のバイア・キャップと、
第２の層に隣接し、金属材料により充填され、実質的に
セラミック材料を含まない少なくとも１つのバイアを有
する、セラミック材料の複数の層の第３の層とを含む、
セラミック基板。 （２３）第１の層内の少なくとも１つのバイア、第１の
バイア・キャップ及び第２のバイア・キャップが、容積
百分率６０％乃至４０％の金属材料と、容積百分率４０
％乃至６０％のセラミック材料を含む、前記（２２）記
載のセラミック基板。 （２４）金属材料が銅であり、セラミック材料がガラス
・セラミック材料である、前記（２３）記載のセラミッ
ク基板。 （２５）第１の層内の少なくとも１つのバイア内の金属
材料が、銅または銅とニッケルの合金である、前記（２
２）記載のセラミック基板。 （２６）銅とニッケルの合金が、容積百分率９０％の銅
と容積百分率１０％のニッケルを含む、前記（２５）記
載のセラミック基板。 （２７）第３の層内の少なくとも１つのバイア内の金属
材料が銅である、前記（２２）記載のセラミック基板。 （２８）封止層を有する多層セラミック基板を形成する
方法であって、金属材料により充填され、実質的にセラ
ミック材料を含まない少なくとも１つのバイアを有す
る、セラミック材料の第１の非焼結層を形成するステッ
プと、金属材料及びセラミック材料を含む材料により充
填される少なくとも１つのバイアを有する、セラミック
材料の第２の非焼結層を形成するステップと、金属材料
により充填され、実質的にセラミック材料を含まない少
なくとも１つのバイアを有する、セラミック材料の第３
の非焼結層を形成するステップと、第１の層が第２の層
に隣接し、第２の層が第３の層に隣接し、各層内の少な
くとも１つのバイアが互いに位置合わせされるように、
セラミック材料の第１、第２及び第３の非焼結層を積み
重ね、積層するステップと、セラミック材料の第１、第
２及び第３の層のスタックを焼結し、封止層を有する多
層セラミック基板を形成するステップとを含む、方法。 （２９）封止層を有する多層セラミック基板を形成する
方法であって、金属材料により充填され、実質的にセラ
ミック材料を含まない少なくとも１つのバイアを有す
る、セラミック材料の第１の非焼結層を形成するステッ
プと、金属材料及びセラミック材料を含む材料により充
填される少なくとも１つのバイアを有する、セラミック
材料の第２の非焼結層を形成するステップと、セラミッ
ク材料の第１または第２の非焼結層内の少なくとも１つ
のバイア上に第１のバイア・キャップを形成するステッ
プと、金属材料により充填され、実質的にセラミック材
料を含まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミ
ック材料の第３の非焼結層を形成するステップと、セラ
ミック材料の第２または第３の非焼結層内の少なくとも
１つのバイア上に第２のバイア・キャップを形成するス
テップと、第１の層が第２の層に隣接して、第１のバイ
ア・キャップが第１及び第２の層間に差し挟まれ、第２
の層が第３の層に隣接して、第２のバイア・キャップが
第２及び第３の層間に差し挟まれ、各層内の少なくとも
１つのバイア、及び第１及び第２のバイア・キャップが
互いに位置合わせされるように、セラミック材料の第
１、第２及び第３の非焼結層を積み重ね、積層するステ
ップと、セラミック材料の第１、第２及び第３の層のス
タックを焼結し、封止層を有する多層セラミック基板を
形成するステップとを含む、方法。
【図１】本発明に従うセラミック基板の第１の実施例の
部分断面図である。
部分断面図である。
【図２】本発明に従うセラミック基板の第２の実施例の
部分断面図である。
部分断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例を形成するプロセスを示
す図である。
す図である。
【図４】本発明の第２の実施例を形成するプロセスを示
す図である。
す図である。
１０、１０’、１２ セラミック基板 ２２ セラミック材料 ２４ バイア部分 ２６、２８、３０、３６、３８ バイア ３２、３４ ギャップ ４０ 金属材料 ４２ パッド ４４ Ｉ／Ｏピン ４６、４８ バイア・キャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｋ 3/40 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｎ (72)発明者 リチャード・エフ・インディク アメリカ合衆国12590、ニューヨーク州 ワッピンガーズ・フォールズ、ブレイ・ ファーム・レーン ９ (72)発明者 サンダー・エム・カマス アメリカ合衆国95129、カリフォルニア 州サン・ノゼ、オークツリー・ドライブ 1085 (72)発明者 ジョン・ユー・ニッカーボッカー アメリカ合衆国12533、ニューヨーク州 ホープウェル・ジャンクション、クリー マリー・ロード 53 (72)発明者 スコット・アイ・ランゲンサル アメリカ合衆国12538、ニューヨーク州 ハイド・パーク、ウィリアム・ペン・コ ート ３ (72)発明者 ダニエル・ピィ・オコナー アメリカ合衆国12603、ニューヨーク州 ポケプシ、タングルウッド・レーン ４ (72)発明者 スリニバサ・エス・エヌ・レディ アメリカ合衆国12540、ニューヨーク州 ラグランジビル、ボウ・レーン 17 (56)参考文献 特開 平８−274467（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−78847（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−22100（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−36508（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−120791（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05K 3/46 H01L 23/12 H05K 1/11 H05K 3/40
Claims (29)
- 【請求項１】封止層を有する多層セラミック基板であっ
て、 セラミック材料の複数の層と、 金属材料により充填され、実質的にセラミック材料を含
まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミック材
料の複数の層の第１の層と、 第１の層に隣接し、金属材料及びセラミック材料を含む
材料により充填される少なくとも１つのバイアを有す
る、セラミック材料の複数の層の第２の層と、 第２の層に隣接し、金属材料により充填され、実質的に
セラミック材料を含まない少なくとも１つのバイアを有
する、セラミック材料の複数の層の第３の層とを含む、
セラミック基板。 - 【請求項２】第１の層内の少なくとも１つのバイアと、
第２の層内の少なくとも１つのバイアとの間に差し挟ま
れる第１のバイア・キャップを含む、請求項１記載のセ
ラミック基板。 - 【請求項３】第１のバイア・キャップが金属材料及びセ
ラミック材料を含む、請求項２記載のセラミック基板。 - 【請求項４】第１のバイア・キャップが容積百分率６０
％乃至４０％の金属材料と、容積百分率４０％乃至６０
％のセラミック材料を含む、請求項３記載のセラミック
基板。 - 【請求項５】金属材料が銅であり、セラミック材料がガ
ラス・セラミック材料である、請求項３記載のセラミッ
ク基板。 - 【請求項６】第２の層内の少なくとも１つのバイアと、
第３の層内の少なくとも１つのバイアとの間に差し挟ま
れる第２のバイア・キャップを含む、請求項１記載のセ
ラミック基板。 - 【請求項７】第２にバイア・キャップが金属材料及びセ
ラミック材料を含む、請求項６記載のセラミック基板。 - 【請求項８】第２のバイア・キャップが容積百分率６０
％乃至４０％の金属材料と、容積百分率４０％乃至６０
％のセラミック材料を含む、請求項７記載のセラミック
基板。 - 【請求項９】金属材料が銅であり、セラミック材料がガ
ラス・セラミック材料である、請求項８記載のセラミッ
ク基板。 - 【請求項１０】第１の層内の少なくとも１つのバイア
が、第２の層に隣接する第１の面及び第１の面と反対側
の第２の面を有し、更に第２の面上にめっきされる金属
材料を含む、請求項１記載のセラミック基板。 - 【請求項１１】第２の面上にめっきされる金属材料が、
ニッケル及び金を含むグループから選択される、請求項
１０記載のセラミック基板。 - 【請求項１２】めっきされた第２の面上に多量のはんだ
を含む、請求項１１記載のセラミック基板。 - 【請求項１３】第２の層内の少なくとも１つのバイア
が、容積百分率６０％乃至４０％の金属材料と、容積百
分率４０％乃至６０％のセラミック材料を含む、請求項
１記載のセラミック基板。 - 【請求項１４】金属材料が銅を含み、セラミック材料が
ガラス・セラミック材料を含む、請求項１３記載のセラ
ミック基板。 - 【請求項１５】第１の層内の少なくとも１つのバイア内
の金属材料が、銅または銅とニッケルの合金である、請
求項１記載のセラミック基板。 - 【請求項１６】銅とニッケルの合金が、容積百分率９０
％の銅と容積百分率１０％のニッケルを含む、請求項１
５記載のセラミック基板。 - 【請求項１７】第３の層内の少なくとも１つのバイア内
の金属材料が銅である、請求項１記載のセラミック基
板。 - 【請求項１８】第３の層に隣接し、金属材料により充填
され、実質的にセラミック材料を含まない少なくとも１
つのバイアを有する、セラミック材料の複数の層の第４
の層を含む、請求項１記載のセラミック基板。 - 【請求項１９】第４の層内の少なくとも１つのバイア内
の金属材料が銅である、請求項１８記載のセラミック基
板。 - 【請求項２０】第１の層がセラミック基板の最も外側の
層である、請求項１記載のセラミック基板。 - 【請求項２１】第１の層がセラミック基板の上面金属層
を含む、請求項１記載のセラミック基板。 - 【請求項２２】封止層を有する多層セラミック基板であ
って、 セラミック材料の複数の層と、 金属材料により充填され、実質的にセラミック材料を含
まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミック材
料の複数の層の第１の層と、 第１の層内の少なくとも１つのバイアと、第２の層内の
少なくとも１つのバイアとの間に差し挟まれる、金属材
料及びセラミック材料を含む第１のバイア・キャップ
と、 第１の層に隣接し、金属材料及びセラミック材料を含む
材料により充填される少なくとも１つのバイアを有す
る、セラミック材料の複数の層の第２の層と、 第２の層内の少なくとも１つのバイアと、第３の層内の
少なくとも１つのバイアとの間に差し挟まれる、金属材
料及びセラミック材料を含む第２のバイア・キャップ
と、 第２の層に隣接し、金属材料により充填され、実質的に
セラミック材料を含まない少なくとも１つのバイアを有
する、セラミック材料の複数の層の第３の層とを含む、
セラミック基板。 - 【請求項２３】第１の層内の少なくとも１つのバイア、
第１のバイア・キャップ及び第２のバイア・キャップ
が、容積百分率６０％乃至４０％の金属材料と、容積百
分率４０％乃至６０％のセラミック材料を含む、請求項
２２記載のセラミック基板。 - 【請求項２４】金属材料が銅であり、セラミック材料が
ガラス・セラミック材料である、請求項２３記載のセラ
ミック基板。 - 【請求項２５】第１の層内の少なくとも１つのバイア内
の金属材料が、銅または銅とニッケルの合金である、請
求項２２記載のセラミック基板。 - 【請求項２６】銅とニッケルの合金が、容積百分率９０
％の銅と容積百分率１０％のニッケルを含む、請求項２
５記載のセラミック基板。 - 【請求項２７】第３の層内の少なくとも１つのバイア内
の金属材料が銅である、請求項２２記載のセラミック基
板。 - 【請求項２８】封止層を有する多層セラミック基板を形
成する方法であって、 金属材料により充填され、実質的にセラミック材料を含
まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミック材
料の第１の非焼結層を形成するステップと、 金属材料及びセラミック材料を含む材料により充填され
る少なくとも１つのバイアを有する、セラミック材料の
第２の非焼結層を形成するステップと、 金属材料により充填され、実質的にセラミック材料を含
まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミック材
料の第３の非焼結層を形成するステップと、 第１の層が第２の層に隣接し、第２の層が第３の層に隣
接し、各層内の少なくとも１つのバイアが互いに位置合
わせされるように、セラミック材料の第１、第２及び第
３の非焼結層を積み重ね、積層するステップと、 セラミック材料の第１、第２及び第３の層のスタックを
焼結し、封止層を有する多層セラミック基板を形成する
ステップとを含む、方法。 - 【請求項２９】封止層を有する多層セラミック基板を形
成する方法であって、 金属材料により充填され、実質的にセラミック材料を含
まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミック材
料の第１の非焼結層を形成するステップと、 金属材料及びセラミック材料を含む材料により充填され
る少なくとも１つのバイアを有する、セラミック材料の
第２の非焼結層を形成するステップと、 セラミック材料の第１または第２の非焼結層内の少なく
とも１つのバイア上に第１のバイア・キャップを形成す
るステップと、 金属材料により充填され、実質的にセラミック材料を含
まない少なくとも１つのバイアを有する、セラミック材
料の第３の非焼結層を形成するステップと、 セラミック材料の第２または第３の非焼結層内の少なく
とも１つのバイア上に第２のバイア・キャップを形成す
るステップと、 第１の層が第２の層に隣接して、第１のバイア・キャッ
プが第１及び第２の層間に差し挟まれ、第２の層が第３
の層に隣接して、第２のバイア・キャップが第２及び第
３の層間に差し挟まれ、各層内の少なくとも１つのバイ
ア、及び第１及び第２のバイア・キャップが互いに位置
合わせされるように、セラミック材料の第１、第２及び
第３の非焼結層を積み重ね、積層するステップと、 セラミック材料の第１、第２及び第３の層のスタックを
焼結し、封止層を有する多層セラミック基板を形成する
ステップとを含む、方法。
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