JP4782993B2 - ガラス組成物およびこれを含有する厚膜誘電性組成物 - Google Patents

Description

本発明は、ミクロ電子工学用途の多層回路を組み立てるための窒化アルミニウム基板上で使用するための特定ガラス組成物を含有する厚膜誘電性組成物を対象とする。

最近の厚膜材料に関するハイブリッド実装技術は、より高い実装集積密度、より良い性能と温度管理性、およびより低いコストを要求してきた。窒化アルミニウム（ＡｌＮ)基板は、高い熱伝導性（１３０−２００Ｗｍ^-1Ｋ^-1）および低い熱膨張係数（４−４．５ｐｐｍＫ^-1）を含むその優れた特性により、特に高出力用途のための有望な候補となっている。この材料は、低熱膨張性のＳｉ／ＧａＡｓをベースとするチップ・キャリアー（ｃｈｉｐ ｃａｒｒｉｅｒ）の直接装着のために適している。ＡｌＮ基板上に組み立てられた多層ハイブリッド構造は、良好な温度管理性をもった高度集積セラミック実装のための優れた解決策を提供する。該多層構造は、ＡｌＮ基板上に印刷および引き続いて焼成された複数の誘電性厚膜を貫いて電子回路パターンを設計することにより実現される。

ミクロ電子工学用の窒化アルミニウム基板に関係する材料は、先行技術のいくつかに記載されてきた。例えば、特許文献１（Ａｌｌｉｓｏｎ ｅｔ ａｌ．）は、窒化アルミニウム基板に結合するよう適合した厚膜導電体組成物を開示している。該導電体組成物は、Ａｕ、Ｃｕ、ＡｇおよびＰｔから選択される金属を含む。さらに該組成物は、痕跡量から約１０重量％までのＰｂＯ含有ガラス・フリット・バインダーと、リチウム化合物とを含む。

特許文献２（Ｇａｒｄｎｅｒ ｅｔ ａｌ．）は、ＡｌＮ基板上で使用してもよい、ＣｕまたはＣｕ合金と、ガラスバインダーと、ＣｄまたはＣｄの酸化物とを含む導電性組成物を教示している。特許文献２で教示されているガラスは、ＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ₃−ＳｉＯ_２である。

特許文献３（Ｓｔａｄｎｉｃａｒ，Ｊｒ ｅｔ ａｌ．）は、窒化アルミニウム基板上に結合するように適合した厚膜ペースト組成物を教示している。該組成物は、電気的特性調整剤と、２７−５６重量％のＳｉＯ_２、２０−４７．０重量％のＢａＯ、４．５−２５．０重量％のＢ_２Ｏ₃、０−１８重量％のＰｂＯ、０−１５重量％のＺｎＯ、および３−１４重量％のＡｌ_２Ｏ₃、少なくとも痕跡量から３重量％までのＺｒＯ_２、０−８重量％のＭｇＯ、および０−１２重量％のＣａＯを、他の化合物との間で特定の比率の範囲内で含むガラス組成物とを要求する。

特許文献４（Ｈａｎｇ ｅｔ ａｌ．）は、１５−２５重量％のＺｎＯ、１０−２５重量％のＭｇＯ、３−１２重量％のＢａＯまたはＳｒＯ、５−２０重量％のＡｌ_２Ｏ₃、３５−５０重量％のＳｉＯ_２、０．５−３重量％のＰ_２Ｏ₅および１−５重量％のＺｒＳｉＯ₄を含むガラス組成物を含む誘電性インク組成物を教示している。

特許文献５（Ｈａｎｇ ｅｔ ａｌ．）は、アルミナ基板上での使用のための、ガラス・フリット、セラミック充填剤および有機ビヒクルを含む誘電性インクを教示している。

特許文献６（Ｓｈａｉｋｈ ｅｔ ａｌ．）は、誘電性材料を製造する際に使用するための厚膜ペーストを教示しており、該ペーストは、ガラス組成物およびビヒクルを含む。該ガラス組成物は、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ₃−ＺｎＯ−ＭｇＯ−ＢａＯをベースとする誘電性組成物に対するＰｂＯおよびＦｅ_２Ｏ₃双方の添加を要求する。

米国特許第５，０８９，１７２号明細書 米国特許第５，１６５，９８６号明細書 米国特許第５，２９８，３３０号明細書 米国特許第４，８０８，６７３号明細書 米国特許第４，８３０，９８８号明細書 米国特許第５，３９７，８３０号明細書

先行技術中で利用されるガラス組成物は、ＰｂおよびＣｄのようなＥＰＡ有害廃棄物リストに掲載の元素を含む。さらに、先行技術組成物のいくつかは、ＡｌＮ基板とは適合しえない。したがって、先行技術の不都合を克服するために、ＰｂおよびＣｄをもたないガラス組成物を組み込んだ、ＡｌＮ基板と適合しうる厚膜誘電性材料の必要性が存在する。本発明の目的は、したがって、ＡｌＮ基板と適合しうる新規かつ改良された誘電性材料を提供することにある。さらなる目的は、ＡｌＮ基板と適合しうる、誘電性材料中で使用するためのＰｂおよびＣｄをもたないガラス組成物を提供することにある。

本発明のガラス組成物は、（ａ）本発明のガラス組成物；および（ｂ）有機媒質を含む微細に分割された固形分の分散物を含む厚膜組成物に調製できる。

該厚膜組成物は、さらにセラミック充填剤を含んでもよい。

特に有用なセラミック充填剤は、Ａｌ_２Ｏ₃、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＢａＴｉＯ₃、コージエライト、ムライトおよびそれらの混合物からなる群から選択される。

本発明はまた、（ａ）窒化アルミニウム基板を提供する工程；（ｂ）前記基板上に本発明の組成物を堆積する（ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ）工程；（ｃ）前記組成物および基板を焼成して窒化アルミニウム製品を形成する工程；（ｄ）金属性導電性組成物を提供する工程；（ｅ）前記窒化アルミニウム製品上に前記導電性化合物を堆積する工程；（ｆ）前記窒化アルミニウム製品および前記導電性組成物を焼成する工程を含む多層回路を形成する方法を提供する。

また本発明は、直前に記載された方法にしたがって製造される多層回路を提供する。本発明はまた、厚膜組成物を加工し、もって有機ポリマーバインダーを揮発させ、かつ該ガラス組成物を焼結させることによって製造される厚膜組成物（充填剤は有しても有しなくてもよい。）を含む製品を提供する。

本発明は、厚膜組成物（充填剤は有しても有しなくてもよい。）の層によって分離された複数の内部厚膜金属性導電性組成物層を含む多層回路であって、該厚膜組成物を加工し、もって有機ポリマーバインダーを揮発させ、かつガラス組成物を焼結させて製造された多層回路を提供する。

本発明の多層回路は、ＡｇまたはＡｕを含む金属性導電性組成物を含んでも良い。

本発明は、本発明の厚膜組成物の一つを可撓性基板上に流延し、そして流延した層を加熱して、そこから揮発性有機溶媒を除去することによって、低温共焼成可能なセラミック基材を形成する方法を提供する。

本発明はまた、本発明の厚膜組成物の分散物を可撓性基板の上に流延して薄層を形成し、そして流延した層を加熱して、そこから揮発性有機溶媒を除去し、そして基板から溶媒のない層を分離することによって低温共焼成可能なセラミック基材を形成する方法を提供する。

本発明は、（ａ）本発明の方法によって製造された低温共焼成可能なセラミック基材の複数の層中にパターン化して配置されたバイアを形成する工程；（ｂ）工程（ａ）の低温共焼成可能なセラミック基材層中の前記バイアに厚膜導電性組成物を充填する工程；（ｃ）少なくとも一つのパターン化された厚膜機能層を、工程（ｂ）の各々のバイアが充填された低温共焼成可能なセラミック基材層の表面上に印刷する工程；（ｄ）工程（ｃ）の印刷された低温共焼成可能なセラミック基材層を積層して、非焼成の低温共焼成可能なセラミック基材によって分離された相互連結された複数の機能層を含む組立体（ａｓｓｅｍｂｌａｇｅ）を形成する工程；（ｅ）工程（ｄ）の組立体を共焼成する工程を含む多層相互連結体（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を形成する方法を提供する。

本発明は、上記の方法にしたがって製造される低温共焼成可能なセラミック基材および多層相互連結体を提供する。

Ｉ.ガラス
本発明は、１−１０モル％のＭＯ（ただし、Ｍは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａおよびそれらの混合物から選択される。）、５−３０モル％のＭｇＯ、０．３−５モル％のＣｕＯ、０−２．５モル％のＰ_２Ｏ₅、０−２．５モル％のＺｒＯ_２、２４−４５モル％のＺｎＯ、２−１０モル％Ａｌ_２Ｏ₃、３５−５０モル％のＳｉＯ_２および０．１−３モル％のＡ_２Ｏ（ただし、Ａはアルカリ金属元素およびそれらの混合物の群から選択される。）を含むＣｄおよびＰｂをもたないガラス組成物に関し、該ガラス組成物は、ＡｌＮ基板に適合しうる厚膜ペースト誘電性材料に有益である。

本発明のアルカリ金属を含む亜鉛アルミノシリケートガラスは新規であり、一般のアルミノシリケートガラスとは、本発明のガラスによって調製された誘電体（充填剤は有しても有しなくてもよい。）が、低いＴＣＥ（熱膨張係数）値（＜５ｐｐｍＫ^-1）を有し、かつＡｌＮ基板に適合しうるという点で異なる。該ガラスの成分は、１−１０モル％のＭＯ（Ｍは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａおよびそれらの混合物から選択される。）、５−３０モル％のＭｇＯ、０．３−５モル％のＣｕＯ、２４−４５モル％のＺｎＯ、０−２．５モル％のＰ_２Ｏ₅、０−２．５モル％のＺｒＯ_２、２−１０モル％Ａｌ_２Ｏ₃、３５−５０モル％のＳｉＯ_２および０．１−３モル％のＡ_２Ｏ（Ａは、たとえばＬｉ、ＮａおよびＫのようなアルカリ金属元素の群、およびそれらの混合物から選択される。）である。

また、該ガラス中の亜鉛および珪素の大きな含量が、低いＴＣＥ値（＜５ｐｐｍＫ^-1）を与えるものと信じられている。Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、ＭｇおよびＣｕのような＋２価の電荷をもつガラス中の他のカチオンは、ガラスの構造と性質を修正するのに効果的である。特にアルカリ金属酸化物の存在は、得られるテープの緻密化および結晶化挙動を制御することによって、加熱条件に対する該ガラスの感受性を改善する。アルカリ金属酸化物添加の決定的な役割は、望まれる焼成温度において、得られる厚膜に対して要求される流動および緻密化特性を与えるということである。それは、テープの物理的および電気的な要求性能に影響を与えることなく、ガラスの粘度を調節する機能を果たす。

本明細書に記載されるガラスは、慣用のガラス製造技術によって製造される。より詳細には、該ガラスは、以下のように調製してよい。ガラスは、典型的には、５００−２０００グラムの量で調製された。典型的には、成分の重量を計量し、次いで所望の比率で混合し、そしてボトム・ローディング式加熱炉（ｂｏｔｔｏｍ−ｌｏａｄｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ）中で加熱して、白金合金坩堝中に融解物を形成させた。典型的には、加熱は、ピーク温度（１，４００−１，６００℃)まで行い、かつ融解物が完全に液化し、かつ均一になるまで行った。ガラス融解物を、二重反転ステンレス・スチール・ローラー（ｃｏｕｎｔｅｒ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｒｏｌｌｅｒ）によって急冷し、１０−２０ミル（０．２５４−０．５０８ミリメートル)の厚さのガラス小板（ｐｌａｔｅｌｅｔ ｏｆ ｇｌａｓｓ）を形成する。次いで、得られたガラス小板を粉砕し、その５０％体積分布が１−５ミクロンの間に設定された粉を形成する。次いで、該ガラス粉は、任意選択の充填剤および有機媒質とともに配合し、厚膜組成物（またはペースト）を調製する。該ガラス組成物は、全組成物基準で、約４３から約８５重量％の量で存在する。

また、本明細書に記載されるガラスは、銀または金をベースとする導電体と適合しうる。厚膜中の該ガラスは、焼成の際に過度に流動しない。焼成の後は、ガラスによる導電体汚染の問題はない。

ＩＩ. 厚膜誘電性組成物および応用
本発明はさらに、（上に記載したような）ガラス組成物を取り込んだ、微細に分割された固形分の分散物を含む厚膜組成物（時には「ペースト」と呼ばれる。）を対象とし、該厚膜組成物は、固形分基準で、（ａ）８０−１００重量％の該ガラス組成物；（ｂ）０−２０重量％のセラミック充填剤を含み、双方の成分は、（ｃ）有機ポリマーバインダー；および（ｄ）揮発性有機溶媒の溶液中に分散されている。さらに、本発明の厚膜組成物は、ＰｂおよびＣｄのようなＥＰＡ有害廃棄物リストに掲載されている元素をもたないガラスおよびセラミック材料を提供する。該厚膜誘電性組成物の成分は、本明細書中（の上記および下記）で議論される。

該厚膜誘電性組成物の主要成分は、（ｂ）有機媒質中に分散された（ａ）ガラス粉である。セラミック充填剤を任意選択的に添加して、厚膜組成物の性質を修正することができる。大部分のケースでは、ガラスは誘電体の主要部分であり、その性能と、基板および導電体との適合性を決定する。主に、ガラスは９００℃未満の低い緻密化温度および適切な熱的および電気的特性を与える。本発明のガラスは、上記セクションＩ中に記載されている。セラミック充填剤を用いて、接触する基板とのより良い適合のために、ガラスの挙動を修正してもよい。誘電性組成物の設計のために考慮しなければならない２つの重要なパラメータがある。ＡｌＮとの熱膨張適合性および化学反応性である。誘電体とＡｌＮの間のＴＣＥの不整合は、クラッキングや回路における他の主要な故障を引き起こす可能性がある。ガラスのＡｌＮとの反応性は、ガラスの選択をより困難にする。なぜなら、誘電体近辺の基板は、誘電体中の酸化物をベースとするガラスにより酸化される強い傾向があるからである。ＡｌＮ表面とのある程度の反応は、誘電体層の結合を与えるために必要である。しかし、窒化物表面との過度な反応は、膨れ（ｂｌｉｓｔｅｒｉｎｇ）および結合の喪失（ｌｏｓｓ ｏｆ ｂｏｎｄｉｎｇ）のような不利な状態を生むことが知られている。多層誘電体を採用するようなときには、誘電体にさらなる制限が加わる。導電体および受動埋込素子との適合可能性のための付加的必要性が加わって、要件が複雑になる。

一般的に、厚膜組成物は機能相を含み、有機媒質中に分散されている該組成物に対して適切な電気的機能特性を与える。該機能相は、有機媒質中に分散される機能性固形分を含み、該機能性固形分は、該組成物中において機能相のキャリアーとして働く。さらに、本発明の厚膜組成物はまた、セラミック充填剤を含んでもよい。

本発明の厚膜組成物は、スクリーン印刷可能な誘電性組成物であり、ＡｌＮ基板上で多層構造を形成する。本明細書に記載される厚膜誘電性組成物は、該厚膜組成物を基板上に堆積し、かつ基板を焼成することによって、ＡｌＮ基板に結合していてもよい。さらに、金属性導電体組成物（ＡｇまたはＡｕのようなベース・メタル導電体を含む。）を与えることによって、本発明の厚膜組成物を利用する多層回路を形成し、ＡｌＮ基板上に機能的電気回路を製造してもよい。多層回路は、以下の方法によって形成してもよい。すなわち、（ａ）窒化アルミニウム基板を提供する工程；（ｂ）前記基板上に本明細書に記載される組成物を堆積する工程；（ｃ）該組成物および基板を焼成して窒化アルミニウム製品を形成する工程；（ｄ）金属性導電性組成物を提供する工程；（ｅ）該窒化アルミニウム製品上に該導電性組成物を堆積する工程；（ｆ）該窒化アルミニウム製品および該導電性組成物を焼成する工程を含む方法である。該多層回路は、各々が本発明の厚膜誘電性組成物によって分離された、複数の相互連結された電気回路の層を含んでもいても良い。

セラミック充填剤
セラミック充填剤もまた、本発明の厚膜組成物に添加してもよい。Ａｌ_２Ｏ₃、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＢａＴｉＯ₃、コージエライト、ムライトおよびそれらの混合物のようなセラミック酸化物充填剤は、典型的には固形分基準で、０−２０重量％の量で該誘電性組成物に添加される。該充填剤は、所与の測定条件に渡って、該厚膜の物理的、熱的および電気的性質を制御する。該組成物中のガラスおよびセラミック成分は、結晶相を形成することによって、焼成中にガラス−セラミック構造を形成し、これが低いＴＣＥおよび充分な機械的完全性をもたらす。

Ａｌ_２Ｏ₃は、ガラスと部分的に反応し、Ａｌを含む結晶相を形成、あるいは焼結挙動を修正するので、選ばれたセラミック充填剤である。Ａｌ_２Ｏ₃は、高度な機械的強度を与え、かつ有害な化学反応に対し不活性とすることに非常に効果的である。セラミック充填剤の別の機能は、焼成中の系のレオロジー的制御である。セラミック粒子は、物理的な障害として働くことによって、ガラスの流動を制限する。また、それらはガラスの焼結を阻害することで、有機物のより良い焼損（ｂｕｒｎｏｕｔ）を促進する。他の充填剤、すなわち、α−石英、ＣａＺｒＯ₃、ムライト、コージエライト、フォルステライト、ジルコン、ジルコニア、イットリアまたはカルシアで安定化されたジルコニア（ｃａｌｃｉａ−ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｚｉｒｃｏｎｉａ）、ＣａＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃，ＳｉＯ_２および非晶質シリカを、それら自身として、または混合物中で使用して、厚膜の性能および特徴を修正してもよい。

厚膜組成物の処方では、セラミック材料の量に対するガラスの量がかなり重要である。固形分基準でセラミック充填剤の範囲が０−２０重量％であることは、充分な緻密化および良好な電気性能を実現するのに好ましいと考えられる。典型的には、充填剤濃度が、２０重量％を超えると、焼成された構造は充分に緻密化されず、そして多孔性になりすぎる。アルミナ充填剤のケースでは、８５０℃の焼成温度で、焼成サンプルの上面に膨れを生じることなく、完全な緻密化が実現できるという点で、固形分基準で１−５重量％のレベルの充填剤が望ましい。該厚膜組成物は、全組成物基準で、１７重量％までのセラミック充填剤を含んでもよい。

焼成の際のより高度に緻密化された組成物を得る目的のために、無機固形分が小さな粒径を有することが重要である。特に、実質的にどの粒子も１５μｍを越えないことが好ましく、１０μｍを越えないことがより好ましい。これらの最大粒径の制限を前提として、少なくとも５０％の粒子（ガラスとセラミックの双方）が１μｍよりも大きいこと、そして好ましくは２−５μｍの範囲内にあることが好ましい。

必要な際には、審美的効果（ｃｏｓｍｅｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ）を与えるために、充填剤に加えて、Ｃｕ_２Ｏ、アルミン酸コバルト（Ｃｏ−ａｌｕｍｉｎａｔｅ）およびＣｏＯのような着色剤を添加してもよい。

有機媒質
ガラスとセラミック無機固形分を分散する有機媒質は、揮発性有機溶媒中に溶解したポリマーバインダー、および任意選択的に可塑剤、離型剤、分散剤、剥離剤、消泡剤および湿潤剤のような他の溶解した材料を含む。

該固形分は、典型的には機械的混合によって有機媒質と混合され、ペースト状の組成物を形成する。該組成物は「ペースト」と呼ばれ、印刷のために適切な粘稠性とレオロジーを有する。広い範囲の不活性液体が、有機媒質として使用できる。該有機媒質は、充分な程度の安定性をもって、固形分を分散させうるものでなければならない。該媒質のレオロジー特性は、該組成物に対して良好な塗布特性を与えるようなものでなければならない。そのような特性としては、適切な程度の安定性をもって固形分が分散すること、良好な組成物の塗布性、適切な粘度、チキソトロピー性、基板および固形分の適切な湿潤性、良好な乾燥速度、良好な焼成特性、および乱暴な取り扱いに耐えるに充分な乾燥膜強度を含む。該有機媒質は、当該技術において慣用的なものであり、典型的には溶媒（または混合溶媒）中のポリマー溶液である。この目的のために最も頻繁に使用される樹脂は、エチルセルロースである。樹脂の他の例としては、エチルヒドロキシエチルセルロース、ウッド・ロジン、エチルセルロースとフェノール樹脂類の混合物、低級アルコールのポリメタクリレート類を含み、そして、エチレングリコールモノアセテートのモノブチルエーテルもまた使用できる。厚膜組成物中に見いだされる最も広く使用される溶媒は、酢酸エチル、およびα−テルピネオールまたはβ−テルピネオールのようなテルペン類、またはそれらとケロセン、ジブチルフタレート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ヘキシレングリコールおよび高沸点アルコール類およびアルコールエステル類のような他の溶媒との混合物である。さらに、該基板上に塗布後、急速な硬化を促進するために揮発性液体をビヒクル中に含めることができる。好ましい媒質は、エチルセルロースとβ−テルピネオールをベースにするものである。これらおよび他の溶媒の種々の組み合わせは、所望の粘度と揮発性の必要条件を得るために処方される。

分散物中の無機固形分に対する厚膜組成物中の有機媒質の比率は、該ペーストの塗布方法および使用される有機媒質の種類に依存して変動しうる。通常は、良好な被覆を得るために、該分散物は６０−８５重量％の無機固形分および１５−４０重量％の有機媒質を含むだろう。これらの制限の範囲内で、熱分解によって除去されねばならない有機分の量を減少させるために、そしてより良い粒子充填を得て焼成の際の収縮を減少させるために、バインダーは、固形分に対し、可能な限り少ない量で使用することが望ましい。

該厚膜組成物は、焼成により、有機物が焼損され電気的機能特性が与えられる。また、ガラスがベースの厚膜誘電性ペーストも、不活性または酸化性雰囲気中での焼成に適している。得られる多層厚膜誘電体は、焼成後、良好な緻密化と、銀および金による金属化に対する良好な適合性とを示す。

焼成に先立ち、厚膜技術における当業者にとって知られている乾燥、硬化、リフロー（ｒｅｆｌｏｗ）、半田付け、およびその他の任意選択される加熱処理を、プロセス要件として含んでよい。「有機物」には、厚膜組成物のポリマーまたは樹脂成分を含む。

ＩＩＩ．低温共焼成可能なセラミック基材組成物および応用
該厚膜組成物は、ＬＴＣＣ（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏ−ｆｉｒｅｄ ｃｅｒａｍｉｃｓ；低温共焼成セラミックス）技術を利用する用途のために、セラミック・テープ基材を作製するために使用できる。この用途において使用するとき、「グリーン・テープ」（低温共焼成可能なセラミック基材）と称してよい。該ＬＴＣＣテープは、ガラスおよびセラミックの充填剤（および焼成に先立っての有機媒質）からなる。上記のガラスは、該組成物の一成分である。セラミック充填剤の適切な選択が、良好な寸法安定性および高度の機械的強度を生み出すために要求される。上記に列記されたようなセラミック充填剤は、グリーン・テープ用途において使用してもよい。ガラス／充填剤比の望ましい範囲は、焼成試料において望まれる性質に依存して決定される。２０−６０重量％固形分の充填剤の範囲は、充分な緻密化を実現するという点で望ましいと考えられる。もし、該充填剤が６０重量％を超えると、焼成構造が充分に緻密化せず、多孔性になりすぎる。

グリーン・テープは、上に記載されるようなガラス、ポリマーバインダーおよび溶媒のスラリー分散物を可撓性基板上に流延して薄層を形成させ、流延した層を加熱して揮発性溶媒を除去し、次いで基板から溶媒のない層を分離することによって形成することができる。該グリーン・テープは、主に多層電気回路のための誘電性または絶縁性材料として使用される。グリーン・テープのロールは、実際の回路の寸法よりも幾分大きいサイズに打ち抜かれる（ｂｌａｎｋｅｄ）。多層回路の種々の層を連結するため、グリーン・テープ中にバイア・ホール（ｖｉａ ｈｏｌｅｓ）が形成される。典型的には、これは機械的打ち抜きによってなされる。しかし、鋭く焦点を合わせたレーザーを用いて、該グリーン・テープを揮発させてもよい。典型的なバイア・ホールのサイズは、０．００６”（０．１５２ｍｍ）から０．２５”（６．３５ｍｍ）の範囲である。層間の相互連結体は、バイア・ホールを厚膜導電性インク（組成物）で充填することによって形成される。このインクは、通常、標準的なスクリーン印刷技術によって適用される。回路の各層は、導電体配線をスクリーン印刷することによって完成する。また、抵抗体インクまたは高誘電性キャパシタ・インクを各層の上に印刷し、抵抗体回路要素または容量性回路要素を形成できる。また、多層キャパシタ産業において使用されるものと類似の特殊設計された高誘電率のグリーン・テープを、多層回路の部品として組み込むことができる。

回路の各層が完成した後、個々の層は積み重ねられ、そして積層体を形成する。閉じ込め圧縮金型（ｃｏｎｆｉｎｅｄ ｐｒｅｓｓｉｎｇ ｄｉｅ）が、層間の正確な配置を確実にするために使用される。焼成は、標準的な厚膜用ベルトコンベア式加熱炉中で、または焼成製品を形成する加熱サイクルをプログラムされた箱型加熱炉内で実行される。

本明細書中で使用される際に、「焼成」の用語は、空気のような酸化雰囲気中で、組立体の層中の有機材料を揮発（焼損）させて、該層中のいかなるガラス、金属または誘電性材料も焼結させ、もって誘電層を緻密化するのに充分な温度と時間で、製品を加熱することを意味する。

各積層段階において、バイアが隣接する機能層の適切な接触点に適正に連結するように、該層は正確に位置決め（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）されなければならないということは、当業者に認識されているだろう。

「機能層」の用語は、導電性、抵抗性または容量性機能のいずれかを有する、セラミックのグリーン・テープ上に印刷された層を指す。従って、典型的なグリーン・テープ層は、上に示したように、導電性回路のみならず、一または複数の抵抗体回路および／またはキャパシタが、その上に印刷されたものでもよい。

実施例を与えることによって、本発明をさらに詳細に議論する。しかし、本発明の範囲は、これらの実施例によって決して制限されるものではない。

（実施例１−１２）
本発明において厚膜ペーストへの応用に適していることが見出された一連のアルカリ金属を含む亜鉛アルミノシリケートガラス組成物を、表１に示している。すべてのガラスは、原材料を混合し、次いで白金坩堝中、１，４５０−１，５５０℃で焼成することによって調製した。生じた融解物を攪拌し、そして二重反転ステンレス・スチール・ローラーの表面上または水槽中に注ぎいれることによって急冷した。ペーストとして処方する前に、本発明のために調製された該ガラス粉を、アルミナ球の媒体を用いた湿式粉砕によって１−３μｍの平均サイズに調整した。粉砕後の湿潤スラリーを熱風炉中で乾燥し、そして篩にかけることによって解凝集した。

該ガラスの密度は、立方センチメートルあたりのグラム単位での密度を計算するために、水中への懸濁と同時、および乾燥と同時に、ガラスサンプルの重さを量った際の体積置換を利用するアルキメデス法によって測定された。

該ガラスは、さらに、焼成中の結晶化挙動を詳細に調べるためのＤＴＡ（示差熱分析法）によって特徴付けられた。ＤＴＡは、結晶化温度および結晶化動力学に関するある種のガラスの結晶化挙動を示す際に、頻繁に用いられてきた。結果として、約８２０℃および９７０℃での２つの別個の発熱ピークが、試験されたガラスサンプル６−１０のＤＴＡ出力プロットにおいて見出された。これは、ガラス状態からの結晶化が生じていることを示唆している。結晶相は、亜鉛マグネシウムシリケートをベースにしていると信じられている。結晶化挙動は、この用途のための該ガラス組成物の重要な特徴である。そして、多層誘電体において特に重要であると知られている誘電体の高度の機械的強度および良好な寸法制御性（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ）のような物理的特性における利点は、その結晶化挙動に起因すると考えることができる。

（実施例１３−２３）
ガラスおよびセラミック充填剤を、Ｔｅｘａｎｏｌ（登録商標）溶媒およびエチルセルロース樹脂の混合物をベースとする有機媒質と混合することによって、厚膜誘電性ペーストを調製した。さらに、アルミン酸コバルトおよび酸化コバルトのような着色剤を、審美的効果を持たせるために使用した。表２は、厚膜組成物の実施例を示している。該誘電性ペーストをＡｌＮ基板上に印刷し、溶媒を揮発させるために１２０℃で乾燥し、次いで、３０または６０分間の慣用のプロファイルにおいて、８５０℃のピーク温度で１０分間焼成した。該セラミックは、緻密に焼成され、ＡｌＮ基板と良好な接着性を示した。焼成厚膜上には、亀裂または膨れは観察されなかった。

焼成厚膜は、ＡＬＮ１１（Ａｇ）、ＡＬＮ２１（Ａｇ−Ｐｔ）、ＡＬＮ３３（Ａｇ−Ｐｄ）および５７７１（Ａｕ）のような商業的に利用できるデュポン社製導電体の種々のパターンを使用することによって、さらに特徴付けられた。該導体を、誘電体の上部または底部にスクリーン印刷し、そして同じ加熱プロファイル（３０分間）およびピーク温度（８５０℃）で別々に焼成した。すべての導電体は、誘電性厚膜と良好な適合性を示した。特に、Ａｇをベースとする導電体のパターンの周囲には、銀の汚れ（ｓｉｌｖｅｒ ｓｔａｉｎｓ）または亀裂は観察されなかった。

表３は、実施例１３−２３の選択されたサンプルの電気的性能を示す。低周波数誘電特性を、インピーダンス・アナライザー（Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ ４２８４Ａ）を使用して１ｋＨｚから１３ＭＨｚの周波数の範囲内で評価した。誘電特性の試験のために、Ａｇをベースとする導電体によって挟まれたキャパシタ厚膜構造を作製し、そして、周波数を変化させながら室温で測定した。得られた誘電率は、１ＭＨｚで５から７の範囲にあった。該周波数範囲および厚膜組成物にわたって、誘電率および誘電正接の大幅な変動は観察されなかった。絶縁破壊電圧（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｖｏｌｔａｇｅ）および電気抵抗の値は、サンプル組成物にかかわらず優秀であることを示した。絶縁破壊電圧は、ＡＣ／ＤＣ ＨＩＰＯＴテスター（Ｍｏｄｅｌ ＨＤ１１５／Ａ）を使用し、誘電特性測定のために使用したのと同じサンプルに対して、印加電圧を増加させることによって測定した。ＨＰ３４５７Ａマルチメーターが、電気抵抗の測定のために使用された。

特に、実施例１５−１７は、厚膜性能に対するアルミナ充填剤の異なる含量の効果を示している。セラミック充填剤の含量を増やすと、焼成中の有機物の容易な焼損のための通路（ｃｈａｎｎｅｌｓ）が発生し、膨れのない厚膜が生じる傾向がある。しかし、過剰の量のアルミナ充填剤は、おそらく厚膜の気密性が減少することによると思われる誘電損失の増加を示した。

Claims (18)

1. １−１０モル％のＭＯ（ただし、ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａおよびそれらの混合物から選択される。）、５−３０モル％のＭｇＯ、０．３−５モル％のＣｕＯ、０−２．５モル％のＰ_２Ｏ_５、０−２．５モル％のＺｒＯ_２、２４−４５モル％のＺｎＯ、２−１０モル％のＡｌ_２Ｏ_３、３５−５０モル％のＳｉＯ_２および０．１−３モル％のＡ_２Ｏ（ただし、Ａはアルカリ金属元素の群およびそれらの混合物から選択される。）を含むことを特徴とするガラス組成物。
2. （ａ）請求項１に記載のガラス組成物と、
   （ｂ）有機媒質と、を含むことを特徴とする厚膜組成物。
3. セラミック充填剤をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の厚膜組成物。
4. 前記セラミック充填剤を全組成物の１７重量％まで含むことを特徴とする請求項３に記載の厚膜組成物。
5. 前記ガラス組成物を、全組成物の４３−８５重量％含むことを特徴とする請求項２、３または４のいずれかに記載の厚膜組成物。
6. 前記有機媒質を、全組成物の１５−４０重量％含むことを特徴とする請求項２、３または４のいずれかに記載の厚膜組成物。
7. セラミック充填剤が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＢａＴｉＯ_３、コージエライト、ムライトおよびそれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項３に記載の厚膜組成物。
8. （ａ）窒化アルミニウム基板を提供する工程；（ｂ）前記基板上に請求項２から７のいずれかに記載の組成物を堆積する工程；（ｃ）前記組成物および基板を焼成して窒化アルミニウム製品を形成する工程；（ｄ）金属性導電性組成物を提供する工程；（ｅ）前記窒化アルミニウム製品上に前記導電性化合物を堆積する工程；（ｆ）前記窒化アルミニウム製品および前記導電性組成物を焼成する工程を含むことを特徴とする多層回路を形成する方法。
9. 請求項８の方法によって形成されることを特徴とする多層回路。
10. 請求項２から７のいずれかに記載の厚膜組成物を含む製品であって、前記厚膜組成物を加熱し、もって有機ポリマーバインダーを揮発させ、かつ該ガラス組成物を焼結させることを特徴とする製品。
11. 請求項２から７のいずれかに記載の厚膜組成物の層によって分離された複数の内部厚膜金属性導電性組成物層を含み、該厚膜組成物を加熱し、もって有機ポリマーバインダーを揮発させ、かつ該ガラス組成物を焼結させることを特徴とする多層回路。
12. 請求項９または１１に記載の多層回路であって、前記金属性導電性組成物がＡｇを含むことを特徴とする多層回路。
13. 請求項９または１１に記載の多層回路であって、前記金属性導電性組成物がＡｕを含むことを特徴とする多層回路。
14. 請求項２、３または７のいずれかに記載の厚膜組成物を可撓性基板の上に流延して層を形成させ、該流延した層を加熱し、そこから揮発性有機溶媒を除去することを特徴とする低温共焼成可能なセラミック基材を形成する方法。
15. 請求項２、３または７のいずれかに記載の厚膜組成物を可撓性基板の上に流延して薄層を形成させ、該流延した層を加熱し、そこから揮発性有機溶媒を除去し、そして基板から溶媒のない層を分離することを特徴とする低温共焼成可能なセラミック基材を形成する方法。
16. （ａ）請求項１５の方法によって製造された低温共焼成可能なセラミック基材の複数の層中にパターン化して配置されたバイアを形成する工程；（ｂ）工程（ａ）の低温共焼成可能なセラミック基材の層中の前記バイアを厚膜導電性組成物で充填する工程；（ｃ）少なくとも一つのパターン化された厚膜機能層を、工程（ｂ）の充填されたバイアを有する各低温共焼成可能なセラミック基材層の表面上に印刷する工程；（ｄ）工程（ｃ）の印刷された低温共焼成可能なセラミック基材層を積層して、非焼成の低温共焼成可能なセラミック基材によって分離された相互連結された複数の機能層を含む組立体を形成する工程；（ｅ）工程（ｄ）の組立体を共焼成する工程を含むことを特徴とする多層相互連結体を形成する方法。
17. 請求項１４または１５に記載の方法によって形成されることを特徴とする低温共焼成可能なセラミック基材。
18. 請求項１６に記載の方法によって形成されたことを特徴とする多層相互連結体。