JP5074577B2 - セラミック多層回路アッセンブリを製造するための方法および相応の多層回路アッセンブリ - Google Patents

セラミック多層回路アッセンブリを製造するための方法および相応の多層回路アッセンブリ Download PDF

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Description

本発明は、セラミック多層回路アッセンブリを製造するための方法および相応の多層回路アッセンブリに関する。
いわゆる「LTCC(低温同時焼成セラミックス)法」によって、セラミック配線支持体が多層構造で製造可能である。出発ベースとしては、ガラスと、セラミックスと、有機溶剤との混合物から成るフレキシブルなテープもしくはフレキシブルなシートが使用される。
LTCC配線支持体を製造するための第1のステップでは、相応の層数に対するシートの切断が開始される。第2のステップでは、個々の層が機械的に加工される。つまりテープ層に位置調整孔と貫通接続孔(ビア)とが打ち抜かれる。第3のステップでは、適切な伝導性のペーストの使用下での、スクリーン印刷プロセスによるビア充填印刷およびメタライゼーションの被着が行われる。第4のステップでは、個々の層の加圧成形が行われ、次いで、第5のステップでは、約850℃〜900℃で焼結が行われる。焼結の際、LTCC材料がZ方向に約15%だけ収縮する。1995年以来は、X/Y方向へのほぼ0の収縮を得ることが可能である。さらなるステップでは、背面に抵抗が被着され、前面の導体路にプラチナ層が設けられる。
シート層を焼結の前に個々にかつ種々異なる形式で加工する可能性によって、多様な形状と構造とを備えたLTCC配線支持体を実現することができる。LTCC配線支持体は、特に高いかもしくは低い周囲温度と強い温度変化負荷とを伴う回路に対して適している。なぜならば、LTCCは、構成エレメントとしてパッケージングにも使用することができるからである。特に自動車分野において、LTCC配線支持体は、大きな個数に対する廉価なかつ確実な解決手段を提供する。ある種の欠点は、まず材料調整のための手間のかかる中間段階を介してフレキシブルなシートもしくは導体路ペーストに供給された有機物質が焼成され、ひいては部材における付加価値を成さない点にある。
セラミック多層回路を製造するためのこのような方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19615787号明細書およびドイツ連邦共和国特許出願公開第19817359号明細書に基づき公知である。ドイツ連邦共和国特許出願公開第19638195号明細書は、セラミック多層回路の製作時に使用するための誘電性のペーストを開示している。
発明の利点
請求項1記載のセラミック多層回路アッセンブリもしくは請求項11記載の相応の多層回路アッセンブリを製造するための本発明による方法は、公知のLTCC法と比べて材料処理時の手間のかかる中間段階なしで十分であるという利点を有している。なぜならば、粉末(金属、半金属、金属酸化物、誘電体)が、適切なプロセスによって直接的に処理可能となるからである。
本発明による多層回路アッセンブリは、ノズルを介したスプレー塗布による粉末材料の析出によって層状に被着される。この場合、(場合によっては、それぞれ異なる伝導性の)伝導性の材料と、絶縁性の材料とが、粉末形状で交互に塗布される。有利には、例えば粉末コーティングの慣用の方法によって、粉末が流動性の状態にもたらされる。種々異なる層の積層の後、多層アッセンブリは工具内で加圧成形され、次いで、焼成炉内で焼成され、これにより、完成した多層回路アッセンブリが得られる。
部材製造は短いスループット時間でシングルフローにおいて行われるので、適切なデータ転送と、相応の機械構想とによる、ハードウェア内のCADデータの即座の変換が可能になる。層の数は構造によってインサイチュで実際に限定されておらず、基板の形状は自由に選択可能である。3次元の構造体の形成は積層によって可能になる。LTCC技術におけるような有機成分の手間のかかる除去は焼成プロセスの間不要である。そのため、短い焼成プロフィル(典型的には0.5〜3時間)を使用することができる。有利には、粉末のコーティングは、最終的な焼成温度への上昇時に、200℃〜500℃の温度範囲内における短いプラトー段階を挟み込むことで行うことができる。特に材料製造における、付加価値を生まないプロセスの削減は、劇的なコスト利点と、簡略化されたプロセスガイドとにつながる。例えば、セラミック粉末としてA1ガラス粉末を使用することができ、伝導性の粉末として銀粉末を使用することができる。
さらに、レーザを用いたステレオリソグラフィの使用も可能であり、これにより、極めて細微な構造体の形成時に、粉末の局所的な固着が可能になる。
従属請求項に記載された特徴は、本発明の各対象物の有利な構成と改良態様とに関する。
本発明の実施形態によるセラミック多層回路アッセンブリを製造するための方法の第1のステップの概略的な横断面図である。 本発明の実施形態によるセラミック多層回路アッセンブリを製造するための方法の第2のステップの概略的な横断面図である。 本発明の実施形態によるセラミック多層回路アッセンブリを製造するための方法の第3のステップの概略的な横断面図である。 本発明の実施形態によるセラミック多層回路アッセンブリを製造するための方法の第4のステップの概略的な横断面図である。 本発明の実施形態によるセラミック多層回路アッセンブリを製造するための方法の第5のステップの概略的な横断面図である。 本発明の実施形態によるセラミック多層回路アッセンブリを製造するための方法の第6のステップの概略的な横断面図である。
実施例の説明
本発明の実施例を図面に示し、以下に詳しく説明する。
図1A〜図Fは、本発明の実施形態によるセラミック多層回路アッセンブリを製造するための方法を説明するための概略的な断面図を示している。
図1Aでは、符号10が、側壁10aと底部10bとを有する積層用フレームを示している。底部10bは、個々の回路層の以下の積層プロセス時に基板として働き、この場合、側壁10aは回路層の側方の仕切りのために働く。
さらに、図1Bに相俟って、第1の回路層L1を形成するために、第1の基礎回路層L1aが粉末スプレー法で底部10bに被着される。粉末スプレー法では、コーティングを備えた、銀粉末から成る流動性の金属粉末MPをスプレー塗布するための第1のスプレーヘッドS1と、コーティングを備えた、A1ガラスから成る流動性のセラミック粉末Dpをスプレーするための第2のスプレーヘッドS2とが設けられる。スプレーヘッドS1、S2は可動であり、これにより、構造体に沿ったシーケンシャルな移動が可能になる。金属粉末およびセラミック粉末のスプレー塗布は、粉末の粘度と性質とに応じて、同時にまたは前相互して行われてよい。
両粉末の典型的な粒子サイズは1〜5μmの範囲内にある。基礎回路層L1aの典型的な層厚は10〜50μmの範囲内にある。
次いで、図1Cに示されているように、同一の基礎回路層L1b、L1c、L1dが、前述したスプレー法によって被着され、これにより、第1の回路層L1が完成される。第1の回路層ならびに各基礎回路層L1a、L1b、L1c、L1dは、伝導性の金属粉末から成る貫通接続部V1、V2、V3と、セラミック粉末から成る絶縁性の領域D1とを有している。
さらに、図1Dに相俟って、第2の回路層L2の基礎回路層L2aが、前述した粉末スプレー法によって被着される。基礎回路層L2aは、金属粉末から成る導体路領域LB1、LB2と、セラミック粉末から成る絶縁性の領域D2とを有している。
さらに、図1Eに相俟って、前述した実施形態による完全に積層された多層回路アッセンブリが、合計4つの回路層L1、L2、L3、L4を有しており、この場合、第2の回路層には、導体路領域LB1、LB2の他に、導体路領域LB2に載着されたスルーホール接続部V4が設けられていることが示されている。第3の回路層L3には、導体路領域LB3と、この導体路領域LB3に載着されたスルーホール接続部V5とが設けられており、このスルーホール接続部V5は、絶縁性の領域D3に取り囲まれている。第4のかつ一番上側の回路層L4には、導体路領域LB4、LB5が設けられており、この導体路領域LB4、LB5にはスルーホール接続部V6、V7が被着されている。この場合、第4の回路層L4の絶縁性の領域は、符号D4で示されている。前述した粉末スプレー法による回路層L1〜L4の積層の完成後、積層用フレーム10のカバー10cと、相応のプレス装置とを利用して、積層された回路層L1、L2、L3、L4の加圧成形が行われる。典型的には、加圧成形時に100〜数百N/mmのオーダの圧力Pが用いられる。
これに続く、図1Fに示されているプロセスステップでは、炉内での焼結プロセスが行われる。この焼結プロセスでは、まず200℃〜500℃の範囲内で短いプラトー段階が経過される、これにより、粉末のコーティングが完全焼成される。その後、800℃〜1000℃の範囲内、有利には900℃の最終温度に到達され、これにより、多層回路アッセンブリ50が完成される。
本発明を有利な実施例につき前述したにもかかわらず、本発明は、この実施例に限定されておらず、他の形式でも実施可能である。
上記実施形態では、個々の回路層もしくは基礎回路層が全て同一の厚さを有しているにもかかわらず、当然ながら、それぞれ異なる厚さの回路層もしくは基礎回路層を積み重ねることも可能である。
また、念のために付言しておくと、伝導性の材料と絶縁性の材料とを、回路層を形成するために粉末形状で吹付け塗布するだけでなく、例えば、抵抗または他の受動部品を回路アッセンブリ内に組み込むために、それぞれ異なる伝導性の多種の粉末材料を吹付け塗布することも可能である。
また、本発明は、積層用フレームの使用に限定されておらず、他の基板と加圧成形法とにも適合されている。
さらに、セラミック粉末および金属粉末もしくは導電性の粉末として、記載された材料だけではなく、吹付け処理のために適したあらゆる粉末を使用することもできる。
10 積層用フレーム、 10a 側壁、 10b 底部、 10c カバー、 50 多層回路アッセンブリ L1〜L4 回路層、 L1a〜L1d 基礎回路層、 LB1〜LB5 導体路、 D1〜4 絶縁性の領域、 Dp セラミック粉末、 MP 金属粉末、 P 圧力、 S1 第1のスプレーヘッド、 S2 第2のスプレーヘッド、 V1〜V7 スルーホール接続部、

Claims (11)

  1. セラミック多層回路アッセンブリを製造するための方法において、該方法が以下のステップ:すなわち
    多層回路アッセンブリの複数の回路層(L1〜L4)を基板(10b)に粉末スプレー法で順次析出し、この場合、個々の回路層(L1〜L4)が、少なくとも1つの伝導性の粉末材料(MP)から成る導電性の領域(V1〜V7;LB1〜LB5)と、少なくとも1つのセラミック粉末材料(DP)から成る電気的に絶縁性の領域(D1〜D4)とを有しており;
    析出された複数の回路層(L1〜L4)を加圧成形し;
    加圧成形された複数の回路層(L1〜L4)を熱的に焼結する:
    を備えていることを特徴とする、セラミック多層回路アッセンブリを製造するための方法。
  2. 加圧成形のために積層用フレーム(10;10a〜10c)を使用し、析出のための基板(10b)が、積層用フレーム(10;10a〜10c)の底部である、請求項1記載の方法。
  3. 粉末スプレー法において、伝導性の粉末材料(MP)から成る導電性の領域(V1〜V7、LB1〜LB5)と、セラミック粉末材料(DP)から成る電気的に絶縁性の領域(D1〜D4)とをスプレー被着するために、可動な2つのスプレーヘッド(S1、S2)を使用する、請求項1または2記載の方法。
  4. 伝導性の材料(MP)が、流動性を保証するためのコーティングを備えた金属粉末であり、コーティングを、焼結時に200℃〜500℃の間の温度範囲内で完全焼成する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. セラミック材料(DP)が、流動性を保証するためのコーティングを備えたセラミック粉末であり、コーティングを、熱的な焼結時に200℃〜500℃の間の温度範囲内で完全焼成する、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 回路層(L1〜L4)が、複数の基礎回路層(L1a〜L1d)の析出によって形成される少なくとも1つの回路層(L1〜L4)を有している、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 伝導性の粉末材料(MP)とセラミック粉末材料(DP)とが、0.1〜5μmの範囲内の粒子サイズを有している、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
  8. 加圧成形を100〜数百N/mmの圧力(P)で実施する、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 熱的な焼結を800℃〜1000℃、有利には900℃の温度で実施する、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
  10. 個々の回路層(L1〜L4)を10〜200μmの間の厚さに形成する、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
  11. 複数の回路層(L1〜L4)を備えたセラミック多層回路アッセンブリにおいて、
    少なくとも1つの回路層(L1〜L4)が、粉末スプレー法による複数の基礎回路層(L1a〜L1d)の析出によって形成されており、
    個々の回路層(L1〜L4)が、
    加圧成形されかつ焼結された、粉末スプレー法によりスプレー被着された伝導性の粉末材料(MP)から成る導電性の領域(V1〜V7;LB1〜LB5)と、
    加圧成形されかつ焼結された、粉末スプレー法によりスプレー被着されたセラミック粉末材料(DP)から成る電気的に絶縁性の領域と、
    を有していることを特徴とする、セラミック多層回路アッセンブリ。
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