JPH03133160A - 気密パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

気密パッケージ及びその製造方法

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JPH03133160A JP2263982A JP26398290A JPH03133160A JP H03133160 A JPH03133160 A JP H03133160A JP 2263982 A JP2263982 A JP 2263982A JP 26398290 A JP26398290 A JP 26398290A JP H03133160 A JPH03133160 A JP H03133160A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子デバイスの気密パッケージ又は気密基板
に関するものである。また、本発明はこのような気密パ
ッケージ又は基板を製造する方法及び装置にも関するも
のである。
〔従来の技術〕
例えば半導体集積回路のような多くの電子デバイスは、
長い使用期間において信頼性の高い動作を得るために、
清浄でかつ不活性な雰囲気中でパッケージされなければ
ならない、さらに、このようなパッケージはパッケージ
内の回路及びパッケージ外の外部基板の間に電気的接続
を与えなげればならないので密封する必要もある０時に
は、パッケージは回路上の異なる点の間又はパッケージ
内の回路間にも電気的接続を与える。このようなパッケ
ージは、例えばフランジを用いて密封性のふたに封止し
た気密基板からなり、１つ以上の電子デバイスを含む包
囲されたチャンバーを形成する。
周知の電子デバイス用パッケージの１つに、多層ガラス
・セラミック基板からなる（米国特許第４．２３４，３
６７号参照）ものがある。基板の一方の面には電子デバ
イスに接続するための端子パッドがあり、もう一方の面
には外部接続を形成するための端子パッドがある。
ガラス・セラミックの各層は、層表面に１つ以上の導電
性厚膜ライン及び層を貫く１つ以上の導電性バイアを有
する。このバイアは、導電性厚膜ライン及び層の向い合
う表面上の端子パッドもしくはそのいずれかを電気的に
接続する。パッケージされる電子デバイス上の端子の位
置と対応する位置において、基板表面の端子パッドに広
がるバイアを正確に施さなければならない。
このような多層ガラス・セラミック基板は、バインダ中
に形成したガラス粒子のスラリーを用いて製造される。
このスラリーを鋳込み、乾燥させてグリーン・シート（
ｇｒｅｅｎ　５ｈｅｅｔ）にする、所定の配列でグリー
ン・シートにバイア・ホールの穴を開け、このバイア・
ホール内に銅ペーストヲ押出す、そして、ラインの相互
接続及び電圧面を形成するために、所定の導体パターン
でグリーンシート上に銅ペーストをスクリーン印刷する
。グリーン・シートのガラス転移温度より高くなる（−
膜内には７０〜１００“Ｃ）ように圧力をかけることに
よって複数のシートを積層する。最終的に、積層された
シートは焼結される。
焼結後、基板は基板の密封性に悪い影響を与える構造的
不規則性を示す。その結果、気密基板とするために、焼
結完了後に重合体や他の封着物質で基板のギャップや亀
裂を埋めること（バックフィル：　ｂａｃｋ　ｆｉｌｌ
）が知られている。しかしながらこのようなプロセス工
程を追加することは、コスト及び時間の浪費となる。
基板をバックフィルした後、電子部品及び外部接続に適
切な取り付は表面を与えるために、基板の向い合う表面
を摩滅させ、平坦に研磨し、互いに平行になるようにし
なければならない。導電性バイアがゆがまず、基板に取
り付けられる電子部品及び外部接続と端子パッドが正確
に整合されることは重要である。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、金属を含む導電性バイアを有し、かつ
焼結の後処理を行なわなくても密封性を有する焼結多層
ガラス・セラミック基板を製造することである。
本発明の別の目的は、導電性バイアを有し、かつ構造的
不規則性を持たない焼結多層ガラス・セラミック基板を
製造することである。
さらに本発明の目的は、ゆがんでいない導電性バイアを
有する焼結多層ガラス・セラミック基板を製造すること
である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に従うと、電子デバイスの気密パッケージは、絶
縁性の焼結ガラス・セラミック体を含む。
ガラス・セラミック体内の導電性焼結バイアは、ガラス
・セラミック体の第一面から第二面へと広がっている。
このバイアは、密封してガラス・セラミック体に結合さ
れている。このバイアは、導電性物質及びガラス・セラ
ミック物質の混合物からなる。導電性物質は、バイアの
多くとも５０ｖｏｌ、％を占める。
本発明に従う電子デバイス用気密パッケージ製造方法で
は、ガラス・セラミック体の第一面から第二面へガラス
・セラミック体を貫いて広がるグリーン・バイアと共に
、グリーン・ガラス・セラミック体を与える。グリーン
・バイアは、導電性物質及びガラス・セラミック物質の
混合物からなる。気密パッケージとなるように、バイア
を含むガラス・セラミック体によって形成される加工品
を５００℃又はそれ以上の温度で加工品を焼結させなが
ら、１００　ｌ　ｂ／ｉｎ”　　（７，０３０７ｋｇ／
ｄ）又はそれ以上の圧力で圧縮する。導電性物質及びガ
ラス・セラミック物質の混合物からなるグリーン・バイ
アを含むグリーン・ガラス・セラミック体を焼結させる
圧力によって、バイアはガラス・セラミック体に密封し
て結合しｔいることが本発明の利点である。従って、焼
結後の封止工程を必要としない。
本発明に従う方法において、十分に高い圧力で加工品を
焼結させる。具体的には、圧力かけて焼結したち密化率
が圧力をかけない（開放系）で焼結したち密化率よりも
十分に太き（なるようにする。
また、本発明に従うと、グリーン・バイア（即ち、焼結
前）は２０ｖｏｌ、％ないし５０ｖｏｌ、％の銅及び８
０ｖｏｌ、％ないし５０ｖｏｌ、％のガラス・セラミッ
ク物質からなる。
ガラス・セラミック体を貫くバイアをガラス・セラミッ
ク体の表面に対してゆがまないように確実に保つために
、圧力で焼結させる際のエツジのゆがみを避けなければ
ならない。本発明の態様によれば、焼結中の圧力を加工
品の厚さ及びエツジ形状又は幅の関数として変化させる
ことよってエツジのゆがみを避ける。具体的には、次式
によって与えられる圧力Ｐで加工品を圧縮する。
式； ここでＴは加工品の表ただし、ｒは加工品の理論最大密
度で割った加工品の密度比、Ｒは加工品の半径、ｈは加
工品の高さ、ｎは加工品内の細孔密度である。
本発明の別の態様において、加工品を所定の厚さになる
まで圧縮する。
本発明の別の具体例に従うと、焼結固定体を与えて圧力
焼結の際に加工品のエツジを支持することによって、加
工品のエツジゆがみを避けることができる。本発明のこ
の具体例では、焼結固定体はフレーム及びフレームの内
側の補償用差し込み部からなる。フレームは熱膨張率α
Ｃを有し、補償用差し込み部は熱膨張率α６を有する。
この補償用差し込み部及びフレームは、加工品を調節す
るだめに焼結チャンバーの境界となる。圧力焼結完了後
に冷却する際の加工品の粉砕やゆがみを防ぐために、加
工品の熱膨張率αＣはフレームの熱膨張率αＣよりも小
さいので、補償用差し込み部の熱膨張率αＣをフレーム
の熱膨張率αＣよりも非常に大きくする。
具体的には室温においてフレームは第一方向に長さｌＡ
を有し、補償用差し込み部は第一方向に長さｉ、を２箇
所有し、加工品は第一方向に長さｌＣを有し、次のよう
な関係であるようにする。
及びＱｋ−Ｌ＋　２　ｆｆ１ｌ＋２　ｄここで、ｄは室
温において要求される固定体及び加工品間のギャップ、
δＴは室温及び圧力焼結の温度間の差である。
加工品、フレーム、及び補正用差し込み部の熱膨張率を
適切に選択し、室温から圧力焼結の最高温度までの温度
範囲において焼結固定体によって加工品のエツジを固定
するという点で、本発明の焼結固定体は優れている。
〔実施例〕
第１図は、電子デバイスの単純な気密パッケージを示し
ている。気密パッケージは焼結ガラス・セラミック体１
０を含む。焼結ガラス・セラミック体１０は、向い合う
第一面１２及び第二面１４を有する。仮想軸１６は、第
一面１２から第二面１４へ伸びている。ガラス・セラミ
ック体１０は、軸１６の方向に厚さ即ち高さｈを有する
。ガラス・セラミック体１０は、表面１２及び１４を接
続するエッジエ８をも有する。ガラス・セラミック体１
０は、絶縁体である。
気密パッケージは、ガラス・セラミック体１０内に少な
くとも１つの導電性焼結バイア２０も含む。バイア２０
は、ガラス・セラミック体１０に密封して結合されてい
る。このバイア２０は、導電性物質及びガラス・セラミ
ック物質の混合物からなる。導電性ＩＩＪ質は、バイア
２０の多くとも５０ｖｏｌ、％を占める。
ガラス・セラミック体ｌＯを形成するのに用いられるガ
ラス・セラミックの例は、米国特許第４゜２３４．３６
７号及び米国特許第４．３０１．３２４号に与えられて
いる。コージライト・ガラス、ムライト・ガラス、又は
他の加熱して結晶化できるようなものも使用できる。非
晶化ガラス及びセラミックの混合物も使用できる。本発
明に従って用いることのできるいくつかのガラス・セラ
ミックを表１にあげているが、これらに限定はされない
。
表１゜ ガース・セーミツク　　ｉｉＬ％） ＳｔＯ。
１ｓＯｓ ｇＯ Ｂ震０３ Ｐ富０ｓ ＣｅＯ。
ｎＯ ２「０゜ ＣｅＯ ＳｔＯ １ｍ０ Ｆｅｌｔ’！ Ｎａ、０ ＴｉＯ＊ ｎＯ ｕＯ １，０ ２，０ ２，０ ２，０ １，０ ２，０ １，０ １，０ バイア２０を形成するために用いることができる物質の
例は、い（つかの前述のガラス・セラミック物質に２０
ないし５０ｖｏｌ、％の銅、金、パラジウム、銀、ニッ
ケル又はこれらの合金を混合させたものである。特に、
銅が好ましい。
気密パッケージを貫いて良好な電気的接続を与えるため
に、焼結バイア２０は１０００μΩ・１以下の電気比抵
抗を有することが好ましい。
第２図は、三層の焼結ガラス・セラミック体１０を含む
、より複雑な気密パッケージの例を示している。多数の
導電性焼結バイア２０がガラス・セラミック体１０の層
を貫いて与えられている。
この例において、１つ以上のバイア２０を互いに電気的
に接続するために、気密パッケージは導電性厚膜ライン
２２を含む、バイア２０の露出表面には、パッケージさ
れる電子デバイスへの接続又は外部接続のための端子を
形成する。
このようにいくつかの層を有する場合、１つの層内のバ
イアは他の層内のバイアと同じ組成、でも異なる組成で
も構わない。例えば、第−層のバイアは導電性物質を多
（とも５０ｖｏｌ、％含み、第二層のバイアは５０ｖｏ
ｌ、％以上の導電性物質を含んでいる。そしてこのよう
な第二層のバイアが銅であってもよい。
厚膜ライン２２は、銅ペースト又は銅インクからなる。
これらの代わりに、銀又は金又はこれらの合金などの金
属からもライン２２を形成できる。
第１図及び第２図のような気密パッケージは、まず絶縁
体であるグリーン（未焼結）・ガラス・セラミック体を
与え、そのグリーン・ガラス・セラミック体内に１つ以
上のグリーン（未焼結）バイアを与えるという本発明に
従って製造される。
グリーン・ガラス・セラミック体及びグリーン・バイア
は、第３図に示される加工品２４を形成する０本発明に
従って、５００℃又はそれ以上の温度において加工品２
４を焼結される。好ましくは７５０℃ないし９６０℃で
、特に好ましくは８５０′Ｃないし８７０℃である。同
時に、加工品２４を焼結させながら１００１　ｂ／ｉｎ
”　　（７，０３０７ｋｇ／ｃｍ２）又はそれ以上の圧
力で圧縮させ、気密バッケージを得る。好ましくは１０
０ｊ２ｂ／ｉｎ”ないし５０００１　ｂ／ｉｎ”で、特
に好ましくは８００　ｌ　ｂ／ｉｎ”ないし１０００　
ｊ！　ｂ／ｉｎ”である。
焼結とは、初めは多孔性である加工品を高密度のモジュ
ールに変えるプロセスをさす。圧力をかけずに加工品を
焼結させる時、加工品は開放系の焼結ち密化率を有する
。圧力をかけながら加工品を焼結させる時、加工品は圧
力焼結ち密化率を有する９本発明の第一の具体例に従う
と、圧力焼結ち密化率は開放系焼結ち密化率よりもはる
かに大きい。
バイア及びガラス・セラミック体の間に密封した結合を
得るために、グリーン・バイアは少なくとも５０ｖｏｌ
、％のガラス・セラミック物質を含むことが好ましい。
しかしながら、十分に高い導電性を維持するために、グ
リーン・バイアは少な（とも２０ｖｏｌ、％の銅を含む
べきである。
本発明に従う気密パッケージ製造方法の第一の具体例が
、第３図に示されている。加工品２４は上押型２６及び
上押型２８の間で圧縮される。
加工品２４を押型２６及び２８の間で圧縮する際、加工
品２４のエツジ３０が変形しないことが重要である。故
に、本発明に従って、加工品２４の厚さを測定するため
の手段３２を与え、加工品２４０幅又はエツジの突出３
０を測定するための手段３４を与え、そして加工品２４
の測定した厚さの関数及びエツジの突出（幅）の関数と
して加工品２４にかける圧力を変化させるための手段３
６．３７及び３８を与える。
加工品２４の厚さ及びエツジを測定する手段３２及び３
４は、−次元可変変位変換器（ＬＶＤＴ　　：　　Ｈｎ
ｅａｒ　　ｖａｒｉａｂｌｅ　　ｄｉｓｐｌａｃｅ＋＊
ｅｎｔ　　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）である。圧力制ｍＨ
３６は、例えばプログラムできる圧力調整器及びポンプ
３７を制御し、次に圧力セル３８を用いて加工品２４に
圧力をかけるという一般的用途のデジタル・コンピュー
タである。
圧力は、水圧プレス３８によって供給される。加工品２
４並びに押型２６及び２８は図に示される炉４０の内に
設置される。
この方法において、プログラムできる温度制御器４８は
、あらかじめ選択された温度のスケジュールに従って焼
結温度を制御する。温度制御器４８は、熱電対５０を用
いて炉４０の温度を測定し、電源５２及び加熱器５４を
用いて炉４０の温度を調整する。
加工品２４の厚さ、エツジの突出、及び相対密度の関数
として圧力を変化させることによって、圧力焼結中の加
工品２４のエツジ３０の変形を防ぐ、この関数関係は、
次のようにして導かれる。
初期密度ρ。、初期厚さｈＯ５定半径Ｒの円形で多孔性
のガラス・セラミック・モジュール（第４図参照）を圧
力スケジュールｐ（ｔ）及び温度スケジュールＴ（ｔ）
に従って焼結させる場合を考える。ここでｔは、実験開
始後に経過した時間である。
セラミックを焼結させるために、流れのレイノルズ数が
非常に小さいので（ガラス・セラミックに対して＞１０
”Ｐのような非常に大きなガラス粘度であるため）、運
動方程式における慣性の項を無視してもよい、また、縦
横比Ｒ／ｈ　（ｈは時間りにおけるモジュールの厚さ）
が−船釣に１よりもはるかに大きいので、２つの流速■
、及びＶ２は単純化ナヴイエーストークス方程式及び、
ガラス・セラミックがニュートン物体であるという仮定
に基づいた連続方程式 を満足させる。ただし、方程式（１）及び（２）におい
て、ｒ及びＺは第４図で示される横方向及び軸方向を示
し、ｐは大気圧より高い圧力として定義される動圧力で
あり、ηは粘度であり、ρは時間のみと共に変化すると
仮定したモジュール密度である。
この密度は、もし結晶化を含むのなら（後出の弐６参照
）温度及び時間に依有する。
弐ｌ及び式２における初期条件及び境界条件は、−船釣
には圧さく流れ状態である。
ρ−ρ。　　　（ｔ−０において）・・・（３ａ）ｈ”
ｈｏ　　（ｔ＝ｏにおいて） ｖ、＝ｏ　（Ｚ＝ｏにおいて） ・・・（３ｂ） ・・・（３Ｃ） Ｖ、−０（Ｚ−０、ｈにおいて）　　・　（３ｅ）Ｐ＝
０　（ｒ＝Ｒにおいて）　　　　　−（３ｆ）式１、式
２及び式３ａないし式３ｇによって定義される数理シス
テムは、２つの未知数、即ち粘度η及び密度ρを含む。
焼結の間の時間に伴う密度変化を決定するために、モー
ルディングの広範囲の圧力の式がＭｕｒｒａｙらによっ
て提案されてしする（「耐火酸化物の温圧の実践的及び
理論的態様（Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｔｈｅｏｒ
ｅｔｉｃａｌ　Ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅｌｌｏｔ
　Ｐｒｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ　０
ｘｉｄｅｓ）　」英国学士院セラミック会報（↑ｒａｎ
ｓａｃＬｉｏｎｓ　ＢｒｉｔｉｓｈＣｅｒａｍｉｃ　５
ｏｃｉｅｔｙ）　ｖｏｌ、　５３．１９５４年−、ｐｐ
４７４〜５１０）。
ここでＤ＝ρ／ρ１、ρ、は完全に焼結した密度、γは
表面張力、ｎはモジュールの粒子サイズと密接に関係し
ているモジュールの単位ｃｆｆｌ当りの細孔の数である
０本発明のガラス・セラミックはｒ　〜３６０　ｄｙ＋
＋ｅｓ／ｃｍ　（Ｇｉｅｓｓ　らによる、Ｊ。
八ｍｅｒ、　　Ｃｅｒａ＋ｍ、　　Ｓｏｃ、＋　　　１
　９　８　４　　年、　ｖｏｌ、６７　　、　　ｐ２５
４９以下参照）、ｎはデータが乏しいのでＭｕｒｒａｙ
らの報告と同一である（即ち、ｎ　＝　１．５８ＸＩＯ
’／ｃｍ２）とする。
圧力及び粘度が時間と共に変化すると理解し、式４を用
いて等温又は動的加熱条件下での密度の計算を行なう。
焼結に有効な局部的圧力は、押型がないために横方向ｒ
に変化する流体力学的圧力であるので、式４におけるＰ
を有効圧力で置き換える。これは後で数値を求める。
重合体の硬化の際に生じる類似した方法において、ガラ
ス・セラミックの粘度ηは相対のアレニウス（ｄｕａｌ
−＾ｒｒｈｅｎｉｕｓ）の式によって表現できる（Ｒｏ
ｌｌｅｒ、　Ｍ、　Ｂ、　　ｒ　Ｂ段階エポキシ樹脂の
硬化における時間−温度−粘度の挙動特性（ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔ
ｉｍｅ−Ｔｅ＋ｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｖｉｓｃｏｓｉｔ
ｙ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　Ｃｕｒｉｎｇ　Ｂ−３ｔ
ａｇｅｄ　ＥｐｏｘｙＲｅｓｉｎ）　Ｊ　、Ｐｏｌｙｍ
ｅｒ　Ｅｎｇ、　Ｓｃｉ、＋　　１９７５年６月、ｖｏ
ｌ、　１５、Ｎα６、ｐｐ４０６〜４１４）。
ここでＲ“は一般ガス定数、η■、ΔＥη、Ｋω及びΔ
Ｅには固°定バラメークである。この式は、ガラスの軟
化に起因する温度を伴う指数関数的な粘度の減衰（右辺
の初めの２項）及び−次速度論に従う結晶化に起因する
線形の粘度の増加（右辺の最後の項）を説明する。
右辺の後の２項の数値を求めるために、モジュールの温
度経歴を知る必要がある。つまり、ある時点で２つの流
動成分が同じ温度であったとしても、前にそれらの温度
が同一でなかったら、全く異なる粘度を有する。
セラミック・モジュール内の温度が不均一である時には
、必ずガラス・セラミックの粘度の空間分布を決定する
ために各流動成分の軌跡を計算しなければならない、理
論上は、エネルギー保存の方程式を運動方程式と共に与
えられた初期及び境界条件に対して解くことによって計
算できる。しかしながら、この研究において、与えられ
た時間における粘度は位置に依存しないか、又は粘度を
支配する温度は均一であると仮定した。
弐６におけるパラメータは、例えば多孔性ではないサン
プルを適切に用いる温度範囲を包含する温度におけるい
くつかの等温平行仮流量測定実験を行なうことによって
得ることができる（Ｔｏｎｇらによる、「熱機械的分析
器を用いた熱硬化性粘度の予測（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
　ｏｆ　Ｔｈｅｒ−ｍｏｓｅｔ　ＶｉｓｃｏｓｉｔｙＵ
ｓｉｎｇ　ａ　Ｔｈｅｒｍｏｓｅｃｈａｎｔｃａｌ　Ａ
ｎａｌｙｚｅｒ）　Ｊ、Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ａ
ｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｏｌｙｍｅｒ　　５ｃｉｅｎｃｅ＋
　　　１　９　８　６年、ｖｏｌ、３１、ｐｐ２５０９
〜２５２２）、−度パラメータがわかれば、弐〇は広く
変化する温度スケジュールに沿う粘度の経歴を予測する
ために用いることができる。粘度への結晶化の影響が完
全に立証されていない場合には、結晶化の影響が重要と
なりそうな最大温度まで粘度−温度の関係に顧る必要が
ある。
数理システム（式１〜３）を解決するために、を得る。
サンプルの厚さｈは、サンプルの断面積Ａ（−πＲ１）
に対してかけた圧力Ｐの比に比例する層状流れ項（右辺
の第一項）、並びに細孔を閉鎖する圧力（又はかけた圧
力）に依存してサンプルの面積には依存しない焼結流れ
項（右辺の第二項）の競合によって制御する。そのため
、層状流れ項が優位である時には厚さが面積に対する圧
力の比に依有することが期待される。一方焼結流れ項が
優位である時には、厚さはサンプルの面積に無関係であ
る０式７においてＰ＝４Ｐ／３で、かつ速度プロファイ
ルは次のようである。
■２の式は焼結流れ又は密度の依存性（右辺の第一項）
及び層状流れの依存性を含むことに注目されたい。焼結
流れの依存性は■、の式、即ち層状流れの中では消える
。これは、横方向の焼結流れが厚さ方向のものと比較し
て非常に小さい即ちモジュール表面が動かないというこ
とによる。
ｖｒのみに従って、エツジは常に外側に膨張する。
これは、本発明のガラス・セラミックに対して低い圧力
（例えば０．３５１５３５ｋｇ／ｃｄ以下）をかけた際
に観察される収縮エツジとは矛盾する。この矛盾は、低
い圧力における横方向の焼結流れが増加するためであっ
た。横方向の焼結流れのこのような遅延を表わす式はま
だない。概算として、モジュールの２つの表面の間の中
央において（即ち、Ｚ＝ｈ／２、ｒ−Ｒ）、速度λ における開放系焼結の法則に従って物質が焼結又は収縮
すると仮定する。もし、中央においてではなく式１０に
従って共形に（即ちすべてのＺにおいて）エツジが収縮
するなら（即ち、もしλ＝ＲでＲが時間と共に変化する
なら）、シかも式１０が厚さの変化に左右されるなら（
即ち、λ＝ｈなら）、式１０はＰ＝＝００時の式４と等
しい。λを用いてエツジの突出θは次のように与えられ
る。
Ｚ干−１ｒｗＲにおいて （１２）符号によって、エツジが外側に突出したり（θ
〉０）、内側に収縮したり（θ＜０）する。
式１１に従うと、常にｖｒ−λである時に平坦なエツジ
（θ＝０）の状態に静止する。これは、圧力スケジュー
ルＰを生む。
・・・０２） ｈ！ ここでＲｏは加工品の初期半径である。弐１２から、平
坦なエツジのために必要とされる圧力スケジュールは、
厚さｈ、エツジの突出Ｏ２及び相対密度りに依有するこ
とがわかる。
このように、本発明の具体例において、ＬＶＤＴ３２は
加工品２４の厚さを測定し、ＬＶＤＴ３４は加工品２４
の幅又はエツジの突出を測定する。
相対密度りは、加工品２４の周知の質量並びにｈ及び（
１２）測定値に基づいて制御器３６によって計算される
。
圧力制御器３６は、式１２の圧力スケジュールに従って
、加工品２４の測定した厚さ、測定したエツジの突出、
及び相対密度の関数として加工品２４にかける圧力を変
化させる。
測定したエツジの突出θが選択された限度を超える場合
には、制御器３６は加工品２４への圧力を緩める。これ
は、エツジの突出を削減する開放系焼結を可能にする。
エツジの突出が選択された限界まで達しない時には、式
１２に従って圧力が再び加えられる。所定のサンプルの
厚さに到達したら、制御器３６は圧力を緩めて残りのプ
ロセスを行なう。
本発明の別の！ａ様において押型２６及び２８の間にス
トッパー４２を与えることよって、エツジの変形を最小
にすることができる（第３図参照）。
上押型２６がストッパー４２に接して加工品２４が所定
の厚さになるまで加工品２４を圧縮することによって、
エツジの変形を最小にすることができる。
バイアを含む気密パッケージにおいてエツジの変形を防
ぐことは重要なことである。なぜなら、エツジの変形は
バイアの変形に関係しているからである。従って、エツ
ジの変形を防ぐことは、バイアの変形を防ぐことになる
。
変形したバイアは、バイア上に付けられた端子パッド又
は気密パッケージ上に取り付けられる電子部品上の電気
的接点のいずれかど、正確に整合しない。
第３図に示されるように、加工品２４のエツジ３０を加
工品２４の軸１６の横方向について加工品２４自体のみ
によって支持している時、加工品２４への圧力を適切に
制御することによってエツジの変形を防ぐ。しかしなが
ら本発明の別の例においては、加工品２４の工・ンジ３
０を支持するために、焼結固定体を与える。
第５図及び第６図を参照すると、本発明に従う焼結固定
体はフレーム４４及びその内側の補償用差し込み部４６
からなる。補償用差し込み部４６及びフレーム４４は、
加工品２４を調節するために焼結チャンバーの境界とな
る。焼結チャンバーの底面は第５図の上押型２８によっ
て形成され、上面は上押型２６によって形成される。
焼結固定体の平面図が第６図に示されている。
ここに示されるように、フレーム４４は第一の方向に長
さｌＡを有する。補償用差し込み部４６は第一の方向に
長さｌｌを２箇所有する。加工品２４は第一の方向に長
さｌ、を有する。加熱後に焼結した加工品２４を容易に
固定体から取りはずすために、そして圧力焼結後に冷却
する際の加工品２４の粉砕やゆがみを防ぐために、室温
において長さｄの小さな２つのギャップを固定体及び加
工品２４０間に与える。フレーム、補償用差し込み部及
び加工品の熱膨張率は、それぞれα５、α。
及びα。である。
もし次のような関係が保たれるならば、焼結した加工品
を室温まで冷却する際、加工品２４及び焼結固定体の間
に所定のギャップを与えることができる。
１、α＾δＴ−２ｆｆｉ、αＣδＴ−１ｃα。δＴ−２
ｄ・・・０ω 及び　　ｆＡ−ｆｅ＋２ｆ！、ｌ＋２ｄ、　　　　　−
０＠ここでδＴは焼結固定体及び加工品２４の温度変化
である。寸法１ｍ　−２６、ｊ＃及びｄは全て室温にお
ける値である。
式１３に式１４を代入すると（１０００℃付近の焼結で
はαＣδＴは１よりもかなり小さいとして）、 ・・・θつ となる。
全ての温度においてｆｌＡ１２１１及び！、と垂直方向
に加工品２４及び焼結固定体の間を確実に適合させるた
めに、同じ関係式を用いることができる。
最良の結果を得るために、酸化しにくくかつ加工品へ接
着しにくい物質で焼結固定体を作るべきである０例えば
、焼結固定体はモリブデンである。
補償差し込み部は、例えば銅、ニッケル又はステンレス
である。アルミニウム粉末のような剥離コーティングを
加工品２４と接する固定体表面に与えることもできる。
本発明に従う焼結固定体の動作は次のようである。加熱
すると、フレーム４４は加工品２４よりも膨張する。し
かしながら、焼結温度においては補償差し込み部４６の
方がフレーム４４よりも膨張して、ギャップｄがな（な
る。冷却すると、補償差し込み部４６はフレーム４４よ
りも収縮して、ギャップｄが再び表われる。
この焼結固定体を円形にすることもできる。その場合ｊ
！、はフレー部からなり、１．は差し込み部（リング）
の幅、２．は加工品の直径に相当し、フレームと差し込
み部及び差し込み部と加工品の間にギャップｄが存在す
る。
本発明は以下の例を参照することによって、より明らか
になるであろう。
例１ 米国特許筒４，３０１，３２４号に記述されているよう
な結晶化できる（斜方晶形の）ガラスを粉末で用意した
。
そのガラス粉末を、バットバール（Ｂｕｔｖａｒ　：商
標）のバインダ、ポリビニルブチラール樹脂、ジプロピ
ルグリコール二安息香酸塩の可塑剤、及びメタノール／
メチルイソブチルケトンの溶剤と共に混合させてスラリ
ーを形成した。
ドクター・ブレード（ｄｏｃｔｏｒ　ｂｌａｄｅ）を用
いてマイラー（Ｍｙｌａｒ：商ｔｌ）の基板上でこのス
ラリーを鋳込んでグリーン・シートとし、風乾させた。
乾燥したグリーン・シートを必要な寸法にカットし、バ
イア・ホールを所定の配列であけた。
金属ペーストをカットしたグリーン・シート上にスクリ
ーン印刷し、バイア・ホールを埋めた。
前述の結晶化できるガラス粉末を銅の粉末と混合させる
ことによって、金属ペーストを形成した。
銅及びガラスの混合物は、エチルセルロース及びテルピ
ネオールのバインダと共に与えられた。
第一の金属ペーストは４０ｖｏｌ、％の銅を含んでいた
。第二の金属ペーストは４７シｏ１．％の銅を含み、第
三の金属ペーストは５５ｖｏｌ、％の銅を含んでいた。
４５のスクリーン印刷したグリーンシートを積層するこ
とによって、サンプルを作った。積層されたサンプルを
Ｈｌ　／Ｈｚ　Ｏ雰囲気中で加熱し、重合物質及び残留
炭素を焼き尽くした。焼き尽くしは、加熱して７８５±
１０″Ｃまで１分間に１〜３℃ずつ上昇させ、その温度
において３〜５時間保持させることによって行なわれた
。ＨｌＯに対するＨｌの比は１０−ｂから始めて、４０
０℃から焼き尽くし温度まで徐々に１０−４に変化させ
た。
その後、雰囲気をＮ２に変えて分解した水を除去し、サ
ンプルを１分間に５℃ずつ室温まで冷却した。
その後、積層されたシートを、以下のように水素および
窒素を含むが窒素に富んだ雰囲気で焼結させた。積層加
工品の温度を、７５０℃まで１分間に５℃ずつ上昇させ
た。３０分間７５０℃に温度を保った後、圧縮ストッパ
ーを含む焼結固定体め中で加工品を圧縮した。サンプル
にかける圧力は、２００１ｂ／ｉｎ”　　（１４，０６
１４ｋｇ／ａｉ）、４００Ｊ２ｂ／ｉｎ”　　（２８，
１２２８ｋｇ／ｃｍ２）　、８００　ｌ　ｂ／ｉｎ”　
　（５６，２４５６ｋｇ／ｄ）の三種類とした。
加圧後すぐに、温度を８７０″Ｃまで１分間に２℃ずつ
上昇させた。そして圧力をがけながら８７０℃の温度を
２時間保持した。
最後に、８７０℃に２時間保持した後、圧縮負荷を除去
し、温度を室温まで１分間に５℃ずつ下降させた。
螢光染料（例えば、マグナフラックス（Ｍａｇｎａｆ　
１ｕｘ）　）を基板表面に付け、染料を表面に浸透させ
ることによって、各基板の密封性を試験した。数分後、
過剰な染料をリンスし除去し、表面を乾燥させた。そし
て基板に浸透した染料が表面に再び出現するように、基
板を２〜３分間放置した。そして各基板を紫外線で検査
して、染料の存在を観察した。
４０ｖｏｌ、％及び４７シｏ１．％の銅を含むバイアは
、その周辺おいて螢光染料は観察されず、良好な密封性
を示した。５５ｖｏｌ、％の銅を含むバイアでは、バイ
ア及び基板の界面おいて螢光染料が観察され、構造的な
異常を示したので、密封性に欠けていることがわかった
。
別のサンプルを室温及び３６０℃の間での２０回の熱サ
イクル試験にかけた。４０ｖｏｌ、％の銅を含むバイア
は、染料試験においてバイア及び基板の界面で螢光染料
が見られず、良好な密封性を示した＊４７ｖｏｌ、％及
び５５ｖｏｌ、％の銅を含むバイアは、螢光染料が観察
されたので染料が浸透しており、密封性に欠けていた。
電気比抵抗測定は、４点探針手法を用いて４０ｖｏｌ、
％の銅を含む密封性バイアについて行なった。
平均の比抵抗は３５，０μΩ・ＣＩであった。
例２ 米国特許第４，３４０，４３６号記載の結晶化できる（
斜方晶形の）ガラスを粉末で用意した。
そのガラス粉末をエチルセルロースのバインダ及び銅の
粉末と共に混合させて金属ペーストを形成した。第一の
金属ペーストは３０ＶＯ１，％の銅を含んでいた。第二
の金属ペーストは４０ｖｏｌ、％の銅を含み、第三の金
属ペーストは５５ｖｏｌ、％の銅を含んでいた。
ドクター・ブレードを用いてマイラーの基板上の層にこ
の金属ペーストを鋳込み、風乾させた。
追加層をドクター・ブレードを用いて付け、乾燻させて
、１００ｍｆｔ！　（２，５４ｍｍ）の厚さの積層体を
得た。
この積層体を１インチ角（２５，４ｍｓｓ角）のウェー
ハにカットした。例１と同じ方法で重合物質及び残留炭
素を焼き尽くした。そして、例１と同じ方法で焼き尽く
した積層体を圧力焼結させた。
４点探針測定装置を用いて、焼結したウェーハの比抵抗
を測定した。結果は第７図に示されている。すべての３
つの場合において（即ち、３０ｖｏ１１％、４Ｑｖｏｌ
、％、及び５５ｖｏｌ、％の銅を含むバイア）、圧縮負
荷の増加と共に比抵抗が減少した。
〔発明の効果〕
本発明は、金属を含む導電性バイアを有し、かつ焼結の
後処理を行なわな（でも密封性を有する焼結多層ガラス
・セラミック基板を製造できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に従う気密パッケージの断面図である
。 第２図は、本発明に従う気密パッケージの別の具体例の
断面図である。 第３図は、本発明に従う気密パッケージ製造方法で用い
る圧力焼結装置を示す図である。 第４図は、圧力焼結による気密パッケージの製造を示す
図である。 第５図は、本発明に従う気密パッケージ製造方法の具体
例で用いる装置の断面図である。 第６図は、気密パッケージを形成する加工品を圧力焼結
させるための本発明に従う焼結固定体の上面図である。 第７図は、本発明に従う数種のバイア・ペースト組成に
対する焼結圧力と比抵抗の関係を示す図である。 １０・・・ガラス、セラミック体、１２．１４・・・表
面、１６・・・軸、１日・・・エツジ、２０・・・バイ
ア、２２・・・導電性厚膜ライン、２４・・・加工品、
２６．２８・・・押型、３０・・・加工品のエツジ、３
２．３４・・・ＬＶＤＴ、３６・・・コンピュータ制御
器、３７・・・プログラムできる圧力調整器及びポンプ
、３日・・・圧力セル、４０・・・炉、４２・・・スト
ッパー、４４・・・フレーム、４６・・・補償用差し込
み部、４８・・・プログラムできる温度制御器、５０・
・・熱電対、５２・・・電源、５４・・・加熱器

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）（ａ）、第一及び第二の向い合う表面、並びに該
    第一面から第二面へ伸びる軸を有し、かつ該軸方向の厚
    さ、該第一及び第二の向い合う表面を接続させるエッジ
    を有し、絶縁体であるグリーン・ガラス・セラミック体
    を与える工程と、 （ｂ）、前記グリーン・ガラス・セラミック体内を前記
    第一面から前記第二面まで広がり、かつ導電性物質及び
    ガラス・セラミック物質の混合物からなり、前記グリー
    ン・ガラス・セラミック体と共に加工品を形成するグリ
    ーンバイアを与える工程と、 （ｃ）、前記加工品を５００℃又はそれ以上の温度にお
    いて焼結させる工程と、 （ｄ）、前記加工品を焼結させながら１００ｌｂ／ｉｎ
    ＾２（７．０３０７ｋｇ／ｃｍ＾２）又はそれ以上の圧
    力で圧縮する工程とからなる気密パッケージ製造方法。
  2. （２）前記加工品に圧力をかけて焼結させた時の圧力焼
    結のち密化率が、前記加工品に圧力をかけないで焼結さ
    せた時の開放系焼結のち密化率より非常に大きいという
    ことを特徴とする請求項１記載の気密パッケージ製造方
    法。
  3. （３）前記グリーン・バイアは金属を含む請求項１記載
    の気密パッケージ製造方法。
  4. （４）前記グリーン・バイアが２０ｖｏｌ、％ないし５
    ０ｖｏｌ、％の金属及び８０ｖｏｌ、％ないし５０ｖｏ
    ｌ、％のガラス・セラミック物質からなる請求項３記載
    の気密パッケージ製造方法。
  5. （５）前記金属が銅である請求項４記載の気密パッケー
    ジ製造方法。
  6. （６）さらに、前記加工品の厚さを測定しかつ前記加工
    品のエッジの突出を測定し、該測定した厚さ及び該測定
    したエッジ・プロファイルの関数として前記加工品への
    圧力を変化させる工程を含ませることを特徴とする請求
    項１記載の気密パッケージ製造方法。
  7. （７）前記加工品の圧縮において前記加工品への圧力Ｐ
    が Ｐ＝ｒｎ＾１＾／＾３×〔４ｘ／３〕＾１＾／＾３×〔
    （１／Ｄ）−１〕＾１＾／＾３×｛〔Ｒ＿０＋（θ／２
    ）〕／ｈ＾２｝ ただし、ｒは焼結温度における前記加工品の表面張力、
    Ｄは前記加工品の最大理論密度で割った前記加工品の密
    度比、Ｒ＿０は前記加工品の初期半径、θはエッジの突
    出、ｈは前記加工品の高さ、及びｎは前記加工品内の細
    孔密度であることを特徴とする請求項６記載の気密パッ
    ケージ製造方法。
  8. （８）さらに、前記加工品の厚さを測定しかつ前記加工
    品の幅を測定し、該測定した厚さ及び該測定した幅の関
    数として前記加工品への圧力を変化させる工程を含ませ
    ることを特徴とする請求項１記載の気密パッケージ製造
    方法。
  9. （９）前記加工品の圧縮工程において前記加工品が所定
    の厚さになるまで圧縮することを特徴とする請求項１記
    載の気密パッケージ製造方法。
  10. （１０）前記加工品の圧縮を前記軸方向についてのみ行
    ない、その際に前記加工品のエッジを前記軸の横方向に
    ついて前記加工品自体のみで支持することを特徴とする
    請求項１記載の気密パッケージ製造方法。
  11. （１１）前記焼結工程において７５０℃ないし９６０℃
    の温度で前記加工品を焼結させ、かつ前記圧縮工程にお
    いて１００ｌｂ／ｉｎ＾２ないし５０００ｌｂ／ｉｎ＾
    ２（３５１．５３５ｋｇ／ｃｍ＾２）の圧力で前記加工
    品を圧縮する請求項１記載の気密パッケージ製造方法。
  12. （１２）前記焼結工程において８５０℃ないし８７０℃
    の温度で前記加工品を焼結させ、かつ前記圧縮工程にお
    いて８００ｌｂ／ｉｎ＾２（５６．２４５６ｋｇ／ｃｍ
    ＾２）ないし１０００ｌｂ／ｉｎ＾２（７０．３０７０
    ｋｇ／ｃｍ＾２）の圧力で前記加工品を圧縮する請求項
    １１記載の気密パッケージ製造方法。
  13. （１３）膨張率α＿Ｃを有する加工品を調整するために
    焼結チャンバと境界をなす熱膨張率のα＿Ａを有するフ
    レーム及び該フレームの内側に施され熱膨張率α＿Ｂを
    有する補償用差し込み部からなり、該熱膨張率がα＿Ｃ
    ＜α＿Ａ＜α＿Ｂという関係にある前記加工品を圧力焼
    結させる焼結固定体。
  14. （１４）前記フレームが第一方向に長さｌ＿Ａを有し、
    前記補償用差し込み部は第一方向に長さｌ＿Ｂを２箇所
    有し、前記加工品は第一方向に長さｌ＿Ｃを有し、 ２ｌ＿Ｂ＝｛（α＿Ａ−α＿Ｃ）／（α＿Ｂ−α＿Ａ）
    ｝ｌ＿Ｃ＋｛２ｄ／（α＿Ｂ−α＿Ａ）δＴ｝及びｌ＿
    Ａ＝ｌ＿Ｃ＋２ｌ＿Ｂ＋２ｄ ただし、ｄは室温において要求される前記固定体及び前
    記加工品間のギャップ、ｌ＿Ａ、ｌ＿Ｂ、及び、ｌ＿Ｃ
    は室温における寸法であるような関係を特徴とする請求
    項１３記載の焼結固定体。
  15. （１５）前記フレームは正方形であり、前記固定体は該
    フレームの各辺に隣接して施され等しい長さの第一及び
    第二の対をなす補償用差し込み部からなり、前記加工品
    は正方形であることを特徴とする請求項１４記載の焼結
    固定体。
  16. （１６）前記フレームが円形であり前記ｌ＿Ａがフレー
    ムの直径、前記ｌ＿Ｂがリング差し込み部の幅、前記、
    ｌ＿Ｃは加工品の直径であることを特徴とする請求項１
    ４記載の焼結固定体。
  17. （１７）前記フレームがモリブデンであり、前記補償用
    差し込み部が１以上の銅及びニッケル又はステンレスで
    ある請求項１４記載の焼結固定体。
  18. （１８）（ａ）、第一及び第二の向い合う表面、並びに
    該第一面から第二面へ伸びる軸を有し、かつ該軸方向の
    厚さ、該第一及び第二の向い合う表面を接続させるエッ
    ジを有し、絶縁体である焼結ガラス・セラミック体と、 （ｂ）、前記ガラス・セラミック体内を前記第一面から
    前記第二面まで広がり、かつ前記ガラス・セラミック体
    に密封して結合し、多くとも５０ｖｏｌ、％の導電性物
    質及びそれ以外のガラス・セラミック物質の混合物から
    なる導電性焼結バイアとからなる電子デバイス用気密パ
    ッケージ。
  19. （１９）前記焼結バイアが１０００μΩ・ｃｍ以下の電
    気比抵抗を有する請求項１８記載の気密パッケージ。
  20. （２０）前記バイアが２０ｖｏｌ、％ないし５０ｖｏｌ
    、％の銅及び８０ｖｏｌ、％ないし５０ｖｏｌ、％のガ
    ラス・セラミック物質からなる請求項１９記載の気密パ
    ッケージ。
  21. （２１）（ａ）、第一及び第二の向い合う表面、並びに
    該第一面から該第二面へ伸びる軸を有し、かつ該軸方向
    の厚さを有する絶縁体である第一の焼結ガラス・セラミ
    ック層と、 （ｂ）、前記第一のガラス・セラミック層内を前記第一
    面から前記第二面まで広がり、かつ前記ガラス・セラミ
    ック層に密封して結合し、多くとも５０ｖｏｌ、％の導
    電性物質及びそれ以外のガラス・セラミック物質の混合
    物からなる第一の導電性焼結バイアと、 （ｃ）、第一及び第二の向い合う表面、並びに該第一面
    から該第二面へ伸びる軸を有し、かつ該方向の厚さを有
    する絶縁体であり、かつ前記第一の焼結ガラス・セラミ
    ック層の前記第一面と該第一面が接触している第二の焼
    結ガラス・セラミック層と、 （ｄ）、前記第二のガラス・セラミック層内を前記第一
    時から前記第二面まで広がり、かつ５０ｖｏｌ、％以上
    の導電性物質からなる第二の導電性焼結バイアとからな
    る電子デバイス用気密パッケージ。
  22. （２２）第二の導電性バイアが銅からなる請求項２１記
    載の気密パッケージ。
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