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
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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。
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Ａ１２Ｏ３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。
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。
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、Ａ１２Ｏ３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／ｍｍ２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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 加圧成形を１００〜数百Ｎ／ｍｍ２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。
- 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。
- 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。
- 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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