JPH05102342A

JPH05102342A - セラミツクシート中にバイアパターンを得る方法およびそれにより製造されたデバイス

Info

Publication number: JPH05102342A
Application number: JP4082280A
Authority: JP
Inventors: Billy M Hargis; ビリー・エム・ハーギス
Original assignee: Coors Electronic Package Co
Current assignee: Coors Electronic Package Co
Priority date: 1991-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1993-04-23
Also published as: US5302219A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】セラミックシート中にバイアパターンを形成
する方法に関する。本発明はまた該方法によって作った
セラミックデバイスおよび該方法を行うのに適する万能
ツールにも関する。【構成】バイア２４，２６を配列させ、さらにバイア
２４，２６の少なくとも一部にセラミックのような不導
電性物質を選択的に充填して、特注バイアパターンを作
る。【効果】グリッド変成器やセラミック印刷回路基板の
製作にとくに有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明はセラミックシート中にバイアパ
ターンを形成する方法に関する。より詳細には、本発明
は、初めに該シート中に実質的に同一のバイアパターン
を形成し、つぎに予め選択したバイアに実質的に不導電
性の物質を充填することによって、セラミックシート中
に特注バイアパターンを形成する方法に関する。本発明
は、また、この方法によって作ったセラミック製品、お
よび本発明の方法を実施するのに有効な万能工具にも関
する。

【０００２】

【発明の背景】本発明は、セラミックシート、とくに多
層セラミックデバイスの製造に適するセラミックシート
の製作に関する。

【０００３】多層セラミック（ＭＩＣ）デバイスは複数
の積み重ねたセラミックシートから製作され、各シート
はその平面上に特定のスクリーン印刷をした金属パター
ンおよび特定パターンのフィードスルーバイアすなわち
穴を有している。セラミックシート中のバイアは通常、
金属ペーストスラリーが焼成されていない、すなわち
「生の」状態で充填されている。バイアホールに金属ペ
ーストを押込むには、典型的に、ステンシルかまたはス
クリーンによるスクリーン印刷法が用いられる。このパ
ターン化され、バイアの充填された層を適当な順序で積
み重ねた後、熱と圧力をかけて、共に積層して、配列集
合体をつくって焼成の準備をする。

【０００４】焼成作業中に、セラミックテープ、パター
ン化した含金属およびバイアの含金属から結合剤が揮散
する。結合剤の除去後、温度を上げて、集合体のセラミ
ック部分および金属部分の焼結によって緻密化させる。
こうして、金属の充填されたバイアホールは導電体とな
り、種々のパターン化した金属化層間の望ましい電気的
相互接続を行う。

【０００５】ＭＬＣデバイスは多数の種々の層から成る
ことができる。これらの層は、集積回路（ＩＣ）取り付
けおよび結線用表面、再分配すなわち「ファンアウト」
（ｆａｎｏｕｔ）層、信号分配層、電力分配層、およ
び底面パッドを含むことができる。

【０００６】バイアは多層間の電気的相互接続を可能に
する。バイアはまた、デバイス表面に置かれた発熱成分
のヒートシンクとして、または該成分の電気接地として
働らくこともできる。バイアは、セラミック層中に機械
的にパンチする工具を用いてつくるのがもっとも一般的
である。

【０００７】現在の傾向は、相互接続密度が大きい、す
なわちバイアの密度が大きい大型セラミック印刷回路基
板に向かっている。たとえば、３２．３cm²（５インチ
平方）のモジュールが現在一般に用いられている。２５
ミリグリッドのバイアを有する３２．３cm²（５インチ
平方）のモジュールには４０，０００個のバイアホール
が必要である。１「ミル」は０．００１インチまたは約
０．０２５４mmに相当する。本明細書で用いる、２５ミ
リグリッドという語句は、各バイアが、同じ列のそれぞ
れ隣り合うバイアからほぼ２５ミル、すなわち０．０６
４cm（０．０２５インチ）の位置にあるバイア位置の配
列を指す。この説明は、本明細書において、ある測定基
準値に付随する任意の「グリッド」にあてはまる。他の
部分は２．５×１０^-2cmグリッド（１０ミルグリッド）
のバイアというような、さらに高密度を必要とすること
がある。隣接バイア間の距離は、また「ピッチ」と呼ぶ
こともできる。たとえば、２．５×１０^-2cmグリッド
（１０ミルグリッド）は０．０６４cmグリッド（２５ミ
ルグリッド）よりもピッチが小さい。大抵の設計は緻密
なグリッドバイアを必要としないけれども、１つの面
に、たとえば１２，０００個のバイアを有するグリッド
を作ることも珍しいことではない。

【０００８】典型的には、デバイス中の少なくとも１つ
のセラミック層は、１つ以上のその他のセラミック層中
のバイアパターンと異なるバイアパターンを有する。し
たがって、それぞれ異なる層ごとに、パーマネントクラ
スターパンチツール（ｐｅｒｍａｎｅｎｔｃｌｕｓｔ
ｅｒｐｕｎｃｈｔｏｏｌｓ）と呼ぶ別々のパンチツ
ールを製作しなければならない。ＭＬＣデバイスは５層
を上回る層を有し、各層が異なるバイアパターンを有す
ることが多い。これには、比較的高価な多種多様のパン
チツールの製作が必要である。各層ごとに異なるパンチ
ツールの製作は、とくに多層デバイスを得意先のために
比較的少量作る場合には、法外に高価なものとなること
がある。

【０００９】１つの代案は、プログラマブルパンチ（ｐ
ｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｐｕｎｃｈｅｓ）の採用で、こ
の場合にはコンピューター化したパンチに各々個々の層
のパターンをプログラム化して、各層ごとに別々にパン
チを製作する。これら数値制御（ＮＣ）パンチは、現在
いくつかのサプライヤーから入手可能である。典型的に
は、プログラマブルパンチ装置は、毎秒約１０のパンチ
速度で作動することができる単一パンチを有している。
したがって、この機械を用いると、バイア部分が１２，
０００の１層をパンチするのに約２０分を要する。対照
的に、フルパーマネントクラスターパンチツール（ｆｕ
ｌｌｐｅｒｍａｎｅｎｔｃｌｕｓｔｅｒｐｕｎｃ
ｈｔｏｏｌ）は、層中のバイアの数に関係なく、１層
当り約３ないし３０秒のパンチ速度で作動することがで
きる。

【００１０】別の代案は、レーザー穴あけ装置の採用で
ある。しかしながら、レーザー穴あけ法の甚しく不利な
点は生産速度である。現在、本発明者の知る最良のレー
ザー穴あけ装置は毎秒約４０個のバイアと評価される。
レーザー穴あけに関する他の問題には、バイア品質の劣
悪およびバイア周縁の過剰の物質付着がある。

【００１１】ＭＬＣデバイスの製作コストを下げること
ができるように、個々の層中のバイアパターンの安価で
効果的な形成方法に対する要望がある。このような方法
は少量生産のデバイスおよび異なるバイアパターンを有
する多数の一つ一つの層を有するデバイスに対しては、
とくに有効と思われる。該方法が、多層セラミックデバ
イスの製造業者が典型的に有している設備を用いて行う
ことができるならば、とくに好都合であろう。

【００１２】

【発明の要約】本発明によれば、セラミックシート中に
バイアパターンを形成する方法が提供される。

【００１３】１つの態様においては、セラミックシート
中に複数のバイアを作り、次に、少なくとも１つのバイ
アの少なくとも１部に実質的に不導電性の充填剤物質を
選択的に充填して、所望のバイアパターンを形成させる
ことによって、セラミックシート中にバイアパターンを
形成する。

【００１４】さらに別の態様においては、充填剤物質は
セラミックを含み、かつセラミックスラリーの形である
ことができる。セラミックは、アルミナ、窒化アルミニ
ウム、コーディエライト（ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ）、ム
ライトおよびベリリアより成る群から選ぶのが好まし
く、１つの態様ではセラミックは少なくとも約９２重量
パーセントのアルミナを含んでいる。

【００１５】セラミックシートをテープキャスト法（ｔ
ａｐｅｃａｓｔｐｒｏｃｅｓｓ）で形成させ、該シ
ート中にバイアパターンを機械的にパンチするのが好ま
しい。

【００１６】本発明の別の態様によれば、多層セラミッ
クデバイスの製作方法が提供される。デバイスの製作に
は、複数のセラミックシート中に複数のバイアを形成
し、さらにバイアの一部にセラミックスラリーを充填す
る工程がある。該シートを、次に金属化し、積み重ね、
さらに焼結して、多層セラミックデバイスとする。１つ
の態様によれば、該デバイスはグリッド変成器である。
別の態様では、該デバイスはマルチチップモジュールで
ある。

【００１７】本発明は、また、複数のバイアを有し、バ
イアの一部は不導電性物質を含み、かつバイアの少なく
とも一部は金属化物質を含むセラミックシートをも提供
する。不導電性物質は、アルミナ、窒化アルミニウム、
コーディエライト、ムライトおよびベリリアより成る群
から選ばれるセラミックであるのが好ましい。セラミッ
クシートは実質的に充填されていないバイアの一部を有
することもできる。

【００１８】本発明は、また、バイアを有するセラミッ
クシートの堆積を含み、バイアの少なくとも若干に不導
電性物質が充填され、かつ若干のバイアに金属化物質が
充填されている多層セラミックデバイスを提供する。１
つの態様においては、多層セラミックデバイスはグリッ
ド変成器で、他の態様では該デバイスは印刷回路基板で
ある。

【００１９】本発明は、また、多層セラミックデバイス
製作用万能パンチツールをも提供し、さらにパンチツー
ルは少なくとも２枚のセラミックシート中の実質的に各
バイアの位置を２枚のセラミックシートのそれぞれにパ
ンチするように、平面から延びる複数のパンチピンを配
設した平面を有し、さらに、２枚のセラミックシートは
最終的に異なるバイアパターンを必要とする。１つの態
様においては、該パンチツールのパンチピンは実質的に
緻密なグリッドのバイアを作る。

【００２０】

【好適な態様の詳細な説明】本発明によれば、好ましく
は多層セラミックデバイスに加工する前に、さきに形成
したバイアホールに不導電性充填剤物質を選択的に充填
することによって、所望のバイアパターンを得るのが好
ましい。

【００２１】伝達用に望ましくないバイアには、金属の
ような導電性物質に対立するものとして、不導電性充填
剤を充填しなければならない。多層デバイスの厚さ全体
を金属化させるバイア通路は、とくに高周波を使用して
いる間に干渉問題を生じることがある金属「スタブ」
（ｓｔｕｂ）になる。さらに、多数のバイアに金属物質
が充填されている場合には、該領域は導体通路の平面伝
達にはもはや利用できない。

【００２２】典型的には、ＭＬＣデバイスの製造に用い
られるセラミックシートは、テープキャスト法で作る。
該テープキャスト法には、酢酸セルロース、テフロン、
マイラーまたはセロハンのような移動しつつあるキャリ
ヤの表面にスラリーを投下し、刃の端面でスラリーを管
理した厚さに広げる工程がある。投下したスラリーは次
に乾燥され、角板のような所望の形状に切断または打抜
くことができる薄い、たわみやすいテープになる。

【００２３】たわみやすいテープをつくるのに用いるセ
ラミック物質はＭＬＣデバイスを作るのに有効な任意の
セラミック物質であることができる。該物質には、これ
に限るものではないが、アルミナ、窒化アルミニウム、
コーディエライト、ムライトおよびベリリアがある。さ
らに、低温ガラス−セラミック組成物を使用することが
できる。ガラス−セラミック組成物は、熱膨張や比誘電
率のような特定の性質を得るように容易に適応させるこ
とができるため、特に望ましい。本発明による１つの態
様では、該テープ中のセラミック物質は少なくとも約９
２パーセントのアルミナを含んでいる。

【００２４】添加物は、典型的には、投入する前に、最
終テープの性質を制御するためにスラリーに添加する。
たとえば、解こう剤、溶剤、結合剤および可塑剤をキャ
ストテープに望ましいたわみやすさ処理性能を与えるた
めに、セラミック物質に添加することができる。

【００２５】テープキャスト法は好ましい製造方法であ
るけれども、本発明によればセラミックシートを作る他
の方法を用いることができる。たとえば、個々のセラミ
ックシートを乾燥圧縮するかまたは可塑性のセラミック
体（ｐｌａｓｔｉｃｃｅｒａｍｉｃｂｏｄｙ）を狹
いダイから押出してセラミックシートを作ることができ
る。セラミックテープは、また、ロール圧縮法で製造す
ることもでき、その場合には、厚さを制御するために、
ローラー間に所望のギャップを有するローラーの間に粉
末／結合剤混合物を供給する。

【００２６】セラミックシートの厚さは、キャビティの
深さ、取扱い強度、必要な金属化パターンの数および電
気的インピーダンス限界に必要な全厚みで決める。個々
の必要条件を満足させるために、歩み寄りを行わねばな
らぬことが多い。本発明による１つの態様では、テープ
層の厚さは約０．１２７mm（約５ミル）ないし約１．０
１６mm（約４０ミル）である。

【００２７】セラミックシートを製造した後、次にシー
ト中にバイアを形成するのが好ましい。バイアは機械的
にシート中にパンチするのが望ましい。シートの適正な
堆積を助ける位置決めホールをこの時にパンチすること
もできる。セラミックシート中のバイアの大きさは雄パ
ンチおよび雌型開口部の寸法で制御される。大抵のバイ
アは円形であるが、これは応力がもっとも小さい形状で
あり、製造するのにもっとも安価なパンチだからであ
る。雄パンチは通常、ロッドから作る「爪床（ｂｅｄ
ｏｆｎａｉｌｓ）」型かまたは平面から延びるピンパ
ンチであり、所望の直径および位置決めを有している。
雌型は雄パンチの位置決めにぴったり合う穴を有する平
面である。雌型の穴は整合および隙間許容度を与えるた
めに雄パンチよりは若干大きい。

【００２８】雄，雌のダイブロックは心合わせをして、
典型的には、精密に整合されたポストを有するダイセッ
トに取り付ける。これによって、雄パンチは雌型の上方
で垂直に輪回することができる。次に、パンチを未焼成
セラミックテープに押し込む機械プレスまたは油圧プレ
ス中にダイセットを据えることができる。

【００２９】バイアパターンを作るために、ダイを開
き、セラミックテープのシートをダイブロックの間に挿
入し、パンチの雄アレイをテープに押し込み、テープを
破断して、テープスラグを雌型の中に圧入する。

【００３０】直径が最小のバイアの場合に最大のバイア
を得ることができる。しかし、パンチの直径が小さいと
壊れやすく高価なツールになる。雄パンチ対雌型のきつ
い位置決め管理および整合もバイアの直径を小さくする
のに必要であって、型のコストを増大させる。

【００３１】セラミック物質は非常にすり減りやすいの
で、ツールの摩耗をできるだけ少なくするために、ダイ
ツーリングは典型的には炭化物物質で作る。ツールの摩
耗は製作の困難さを増し、パーマネントクラスターパン
チツールのコストを上昇させることがある。ツールのコ
ストは典型的にはツール中のパンチの数に比例する。バ
イアの直径は、バイアの特定の適用や使用により、また
デバイスによって変ることがある。バイアの好ましい直
径はセラミックテープの厚さに関係する。ピン−パンチ
の直径を著しく上回る厚さのテープは、ピン破損の可能
性が増すために、パンチするのがさらに困難である。さ
らに、バイアの直径がテープの厚さよりもはるかに小さ
い場合には、ペーストを完全にバイアに押し込むことが
困難である。もしくは、テープの厚さよりもはるかに大
きいバイア直径は、後記のようにバイアに充填後、充填
剤物質は、乾燥前には支えられていないので、バイアの
中にはまり込むことがあるために、取扱いが難しい。極
く最近、回路密度増大の要望が、バイアの直径を減少さ
せるように、製造業者に迫りつつある。

【００３２】このように、バイア直径の選択は妥協の結
果であることが多い。本発明による１つの態様では、テ
ープの厚さ対バイア直径の比が約０．５ないし約２であ
る。バイア直径は少なくとも約０．２０３２mm（約８ミ
ル）が好ましいが、直径が僅か０．１０１６mm（４ミ
ル）または０．０５０８mm（２ミル）であることもあ
る。バイア直径が０．０５０８mm（２ミル）の場合に
は、テープの厚さは約０．０７６２mmないし０．１０１
６mm（約３ミルないし約４ミル）でなければならない。

【００３３】本発明によれば、ＭＬＣデバイスのセラミ
ックシートを作るのに必要なパンチツールの数は最小で
ある。好ましくは、任意の特定のＭＬＣデバイス用のす
べてのセラミックシートのバイアパターンを作るのに、
唯一個のパンチツールが必要である。より好ましくは、
１個のパンチを、複数のＭＬＣデバイスの種々の層のバ
イアパターンを作るように設計することができる。

【００３４】ある特定のデバイスの各層にすべてのバイ
アを付与するために、好ましくは、該特定デバイス用に
「マスター」パンチを製作することができる。マスター
パンチにはデバイスに用いられる任意のシート中の各バ
イア位置に一致するパンチピンが含まれる。

【００３５】１つの態様においては、ツール上のパンチ
の位置は緻密な０．２５４mmグリッド（１０ミルグリッ
ド）である。このように、すべてのセラミック層に必要
なすべてのバイアを個々のすべてのセラミック層にパン
チする。

【００３６】本発明によれば、セラミックシート中に、
一旦バイアのグリッドを形成すると、予め選定された位
置にある予め選択された数のバイアは、少なくとも一部
を、実質的に不導電性充填剤物質、好ましくはセラミッ
クで充填する。

【００３７】充填剤物質は、セラミックシート本体中に
見られるものと同じセラミック物質を含むのが好まし
い。セラミックの焼結特性に影響を及ぼす任意の添加
剤、たとえば希土類酸化物は同じ状態を保つことが望ま
しい。これは、セラミックシートとバイアに充填する物
質との間に、同じ熱的／機械的性質、たとえば熱膨張を
保持し、それによって応力および微小亀裂をできるだけ
少なくしたいと考えるからである。最終デバイス中の微
小亀裂は開路やその他欠陥製品をもたらすことがある。

【００３８】好ましい態様では、スクリーン印刷法を用
いて、予め選択したバイアにセラミックスラリーを充填
する。スクリーン印刷法では、スキージーをスクリーン
上面に動かして、セラミックスラリーを所望の位置に移
行させる透過可能なスクリーン、ステンシルまたはマス
クを使用する。こうして、スキージーはスラリーをスク
リーンの選択された領域に押出しまた選択されたバイア
の中に押し込む。もしくは、スキージーの代りにローラ
ーを用いて、スラリーをスクリーン上に押し出すか、ま
たは充填法による圧力を用いることができる。

【００３９】写真製版のような方法によって、各層ごと
の個々のパターンを別々のスクリーンに容易に形成させ
ることができる。この方法では、平滑な均一被覆が得ら
れるまで、伸長したスクリーンに液体乳剤を継続的な層
として適用する。乾燥後、乳剤を写真ポジの印刷画像に
曝露する。光に当った乳剤の部分はポリマーの架橋によ
って固化するが、未露光部分は軟らかいままであって、
次にスクリーンから洗い落される。

【００４０】このように、マスターパターンと異なるバ
イアパターンを有する各セラミックシートのスクリーン
パターンを、容易かつ安価に作ることができる。バイア
に充填するスクリーン印刷法は、ＭＬＣデバイスのほと
んどの製造業者が必要な設備を所有しているので、とく
に好都合である。後にさらに詳しく述べるように、デバ
イスに金属化を行うのに実質的に同じ設備が用いられ
る。

【００４１】選択されたバイアに、一旦充填すると、充
填されたバイアが適度の強度を保持して、取扱い時に破
壊するかまたは穴があかないように、シートを乾燥す
る。

【００４２】充填されたバイアを有するシートを一旦乾
燥すると、技術的に公知のように、表面ならびに残留バ
イアに金属化を施すことができる。バイアの金属化は表
面の金属化よりも先に行うかまたは同じ段階で行うこと
ができる。

【００４３】典型的には、金属化は前記のスクリーン印
刷法を用いて行う。含金属ペーストはタングステン、モ
リブデン、パラジウム、白金、銀、金等またはそれらの
混合物を含むかもしれない。含金属ペーストは、場合に
より、セラミック物質のような充填剤を含むことができ
る。

【００４４】高アルミナセラミックの場合に、共焼成含
金属は通常、タングステンやモリブデンのような耐火性
金属である。低温ガラス−セラミック共焼成系は銅含金
属を用いるかまたは銀と金のような低温金属もしくは白
金−銀および白金−金のような合金を使用することがで
きる。選択は焼結処理に用いる雰囲気による。

【００４５】必要でない穴にセラミックを充填し、所望
の導体に含金属を充填する順序は本発明にとって重要で
はない。必要なパターン伝達、すなわち表面金属化はセ
ラミックおよび金属を充填したバイアのいずれかまたは
両方で占められる領域を含むことができるので、パター
ン表面金属化に先だって、すべてのバイアに充填するの
が好ましい。層上のいくつかのバイアは接続して電気回
路網となることができ、所望のバイアを接続する共通電
気パターンが必要である。

【００４６】さらに、バイアを不導電性充填剤かまたは
含金属で完全に充填するのは好ましいけれども、必要な
ことではない。適当なコンダクタンスを得るために、バ
イアの壁だけを金属で被覆することが可能である。しか
し、充填されたバイアは気密封止をもたらし、内部ボイ
ドの起る可能性を極力少なくし、さらに金属化パターン
をスクリーン印刷するのに良好な表面を与えることがで
きる。表面平坦化を助長するために、パターン金属化に
先だってバイアに第２の操作を行うことも好ましい場合
がある。たとえば、過剰のバイア充填物質を除くための
シェービングやバイア物質を圧縮して平らにするプレス
操作を用いることができる。

【００４７】別の態様においては、バイアの少なくとも
一部に含金属を完全または不完全に充填することができ
る。その後、バイアホールを電気的コンダクタンスから
実質的に絶縁させるために、金属を充填したバイアホー
ル端部の上に、好ましくは強誘電性を有するセラミック
の層を被覆することができる。

【００４８】デバイスの気密性が要因でない場合には、
若干のバイアを実質的に充填せずに残して置くことも可
能である。コンダクタンスを必要とする通路は含金属を
充填するが、残りのバイアの少なくとも一部は充填しな
いで残して置くことができる。この場合に、充填しない
バイアは、不導電性物質を充填するバイアと同様の目的
に役立つ。すなわち、それは隣接層からの電気的絶縁を
生じる。

【００４９】金属化を選択的に行った後、次にデバイス
を加熱して、含金属ペーストを乾燥するのが望ましい。
たとえば、デバイスは約７５℃で最高２時間またはそれ
以上乾燥することができる。その後、各層を注意深く積
層取り付け具中に積み重ねて、大型の精密平板プレスで
共に積層させる。積み重ねる間、各層が段積中の適正な
位置および方向をとっているように注意を払わなければ
ならない。積層プロセスは、たとえば約９０℃（１９４
°Ｆ）および約１６．５MPa(６００psi)の圧力で行うこ
とができる。１つの態様では、成形積層法を用いること
ができる。この方法では、キャビティ部品をデバイスの
周りに積み重ねて、積層中、テープがデバイスのキャビ
ティ内に入り込むのを防ぐ。これによって、より「柔軟
な」テープ配合物の使用が可能になるが、きびしいテー
プの厚さ管理および各キャビティ寸法の特注形状が必要
である。

【００５０】このように積層させた層は未焼成、すなわ
ち生の積層基質になる。焼成に先だち、積層配列から１
部を切り取って、位置決め穴すなわちインデックスホー
ルを含む端部を捨てることができる。生の積層品の縁を
軽く紙やすりでみがくかないしは他の手段で滑らかにし
て、鋭利な角やバリを取り除くことができる。未焼成の
積層品は焼成前に、夾雑物、空孔または他の表面欠陥を
検査するのが望ましい。

【００５１】焼結サイクル中、結合剤は分解し、揮散し
て、含金属およびセラミックは焼結して、十分に緻密な
基板となる。使用する炉は連続式または周期式（すなわ
ち回分式）であることができる。経済的理由から炉は連
続式が望ましい。典型的には、炉内雰囲気中の酸素レベ
ルは、セラミックシート中に含まれる結合剤を焼き尽
し、かつセラミックからの酸化物の損失を防ぐように制
御される。同時に、雰囲気は、含金属の過度の酸化を防
ぐほどの還元性でなければならない。

【００５２】基板は、デバイスを十分に緻密にするため
に、約１４５０℃ないし約１６５０℃、約１ないし約４
時間焼結するのが典型的である。正確な時間および温度
はセラミック物質および耐火性金属組成物によって変動
する。たとえば、ガラス−セラミック物質は典型的に低
い焼結温度を必要とする。

【００５３】焼成後、さらに集成する前に、たとえばニ
ッケル、金またはスズはんだでＭＬＣデバイスをめっき
することができる。

【００５４】本発明の方法は、グリッド変成器の製作に
とくに有効であることが認められている。グリッド変成
器は集積回路デバイスの細かいピッチ（たとえば密なグ
リッド）構造から、相互接続の次のレベルで粗いピッチ
に変換させるデバイスである。すなわち、グリッド変成
器は、ＩＣデバイスとインターフェイスする０．２５４
mmグリッド（１０ミルグリッド）を、セラミック部分の
一面に置いたリフローはんだを用いて、印刷回路基板の
ような次の相互接続層にインターフェイスするのにより
適当な拡大ピッチファンアウト（ｆａｎ−ｏｕｔ）まで
電気的に拡げることができる。

【００５５】このように、層中のバイアがすべて０．２
５４mmグリッド（１０ミルグリッド）に加工され、次々
に下部の層でバイアのいずれかの「外縁」が充填される
場合には、電気的接続の「ファンアウト」が経済的に達
成される。

【００５６】図１は本発明による簡易型グリッド変成器
の断面図を示す。グリッド変成器１０は、共に積層さ
れ、焼結されている複数のセラミックシート１２，１
４，１６，１８，２０および２２を含んでいる。セラミ
ックシートは、互におおいかぶさって実質的に整列し
て、グリッド変成器内に電気導通通路を形成している多
数のバイアを含んでいる。あるバイア２４はセラミック
のような実質的に不導電性物質が充填されている。他の
バイア２６は含金属物質が充填されて、デバイス内に導
体通路を形成している。

【００５７】図において、バイアは相互に中心から中心
まで約０．２５４mm（約１０ミル）離間している。すな
わち０．２５４mmグリッド（１０ミルグリッド）であ
る。デバイスの頂部で終るバイアは０．０２５４mmグリ
ッド（１０ミルグリッド）のパッド２８で表面に接触す
る。これらのパッド２８は次に０．０２５４mmグリッド
（１０ミルグリッド）の集積回路デバイスに接触するこ
とができる。導体通路は、さらにデバイス中に降下し、
外方に、平面導体通路３０に分配される。平面導体通路
３０は、デバイス上でさらに外側に位置するバイアで終
り、相互接続金属かバイアにより、さらに底面末端３２
まで垂直に降下する。

【００５８】このように、グリッド変成器１０はデバイ
ス上面で０．２５４mmグリッド（１０ミルグリッド）
に、デバイスの下面では０．７６２mmグリッド（３０ミ
ルグリッド）に、一組の結線を分布している。下面パッ
ド３２は、次に下面の粗いピッチによって他の回路デバ
イスとさらに容易に相互接続するのに使用することがで
きる。

【００５９】緻密な０．２５４mmグリッド（１０ミルグ
リッド）のみならず別の層の再伝達バイアを作るのに必
要なバイアパンチをすべて含む１つのツールを作ること
によって、各層用の複数の個々別々のツールと比べると
総ツーリングコストを著しく低減することが可能であ
る。単一の共通ツールによって置き替えられるツールの
実数は、ある整列の異なるバイアパターンの数およびバ
イア位置の集団による。もしくは、多層のセラミックデ
バイスを作るのに２つ以上のツールをつくることができ
る。たとえば、第１のツールは０．２５４mmグリッド
（１０ミルグリッド）にピンを有する個々の領域の集団
を有することができる。これによって、「市松模様の
（ｃｈｅｃｋｅｒｂｏａｒｄ）」外観のバイア位置を有
するシートができるであろう。その後、０．７６２mmグ
リッド（３０ミルグリッド）のような粗いピッチで、実
質的に緻密なグリッドのパンチピンを有するツールをデ
バイスの残りのシートに押し込むことができる。このよ
うにして、次の操作で再充填しなければならないバイア
の数は最少になる。

【００６０】本発明の方法が著しい効用をもたらす別の
分野はセラミック印刷回路基板、とくにマルチチップモ
ジュールの分野にある。

【００６１】マルチチップモジュールは表面に多数のチ
ップを有する回路基板である。３８．７cm²（６インチ
平方）のマルチチップモジュールは表面に１００個を上
回るチップを有することができ、該モジュールは相互接
続用に最大５０ないし６０層をもつことができる。多層
セラミックは微小のバイアピッチおよび相互接続密度を
受け入れることができるので、たとえば、エポキシガラ
ス層または共焼成しない厚いフィルムのセラミック基質
を用いる場合よりも層の数が少なくて済む。

【００６２】しかし、共焼成セラミックは、厚いフィル
ムの多層セラミック相互接続基板とは、主にツーリング
のコストで、伝統的に価格競争で負ける。所望の相互接
続密度をもたらすのに必要なセラミック層の数は多数の
パンチツールを必要とする。多数の個別的なパンチツー
ルのコストは大量用途以外は共焼成セラミックを極めて
望ましくないものにする。数値制御バイアパンチングの
ような低生産性手段の時間的制約も望ましくない。

【００６３】これらの問題から、万能緻密グリッドツー
ルは、ツールの最大寸法まで、任意の寸法の基板上に各
セラミック層を作るのに、極めて適用可能なものにな
る。

【００６４】本発明は、また将来見通しのきくカストマ
ーが作った原型の多層セラミックデバイスの迅速かつ効
率的な生産にも有効である。万能パンチツールおよび本
発明の方法はカストマーが要望する各原型の個々のパン
チツールを作るのではなくて、低コストおよび極めて速
い一巡時間で原型品を作ることによって、お金と時間を
節約することができる。たとえば、パンチを入れたセラ
ミックテープを貯蔵して、任意の計画に注文特製するよ
うに備えることができる。

【００６５】本発明の種々の態様を詳細に述べたけれど
も、当業者には該態様の修正および翻案ができることは
明らかである。しかし、該修正および翻案は本発明の精
神および範囲内にあることを特に理解しなければならな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるグリッド変成器の断面図である。

【符号の説明】

１０：グリッド変成器、１２，１４，１６，１８，２０及び２２：セラミックシ
ート、２４及び２６：バイア、２８：パッド、３０：平面導体
通路、３２：下面パッド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｎ 6921−4ＥＨ 6921−4Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）セラミックシート中に複数のバイア
を形成し、さらにｂ）少なくとも１つの該バイアの少なくとも一部に実質
的に不導電性の充填剤物質を選択的に充填してバイアパ
ターンを作る工程を含むセラミックシート中にバイアパ
ターンを形成する方法。
【請求項２】前記充填剤物質がセラミックを含む請求
項１の方法。
【請求項３】前記充填剤物質がセラミックスラリーを
含む請求項１の方法。
【請求項４】前記バイアに選択的に充填する前記工程
が、前記セラミックシート上にセラミックスラリーをス
クリーン印刷する工程を含む請求項１の方法。
【請求項５】複数のバイアを形成する前記工程が、前
記セラミックシート中に該バイアを機械的にパンチする
ことを含む請求項１の方法。
【請求項６】前記セラミックシートが、アルミナ、窒
化アルミニウム、コーディエライト、ムライトおよびベ
リリアより成る群から選ばれるセラミック物質を含む請
求項１の方法。
【請求項７】前記セラミックシートが、少なくとも約
９２重量パーセントのアルミナを含む請求項１の方法。
【請求項８】前記セラミックシートが、テープキャス
ト法で形成される請求項１の方法。
【請求項９】前記セラミックシートが、焼結すると、
ガラス−セラミックを形成することができる物質を含む
請求項１の方法。
【請求項１０】ａ）複数のセラミックシート中に複数
のバイアを形成し、ｂ）少なくとも１つの該セラミックシート中の少なくと
も１つの該バイアの少なくとも一部にセラミックを充填
して、バイアパターンを形成し、ｃ）少なくとも１つの該セラミックシートを金属化し、ｄ）該セラミックシートを積み重ね、さらにｅ）セラミックシートの該堆積を焼結して、多層セラミ
ックデバイスを形成させる工程を含む多層セラミックデ
バイスの製作方法。
【請求項１１】前記デバイスがグリッド変成器である
請求項１０の方法。
【請求項１２】前記デバイスがマルチチップモジュー
ルである請求項１０の方法。
【請求項１３】前記セラミックがアルミナを含む請求
項１０の方法。
【請求項１４】複数のバイアを形成する前記工程が、
各セラミックシート中に実質的に同一のバイアパターン
を機械的にパンチすることを含む請求項１０の方法。
【請求項１５】複数のバイアを形成する前記工程が、 (i) 第１のセラミックシート中に第１の複数のバイアを
形成し、その場合に該第１の複数のバイアが群状の実質
的に緻密なグリッド上に設置され、さらに (ii)第２のセラミックシート中に第２の複数のバイアを
形成し、その場合に該第２の複数のバイアが前記実質的
に緻密なグリッドよりは粗なピッチを有する実質的に緻
密なグリッド上にある工程を含む請求項１０の方法。
【請求項１６】ａ）複数のセラミックテープ層を作
り、ｂ）１つ以上の該セラミックテープ層中に同一バイアパ
ターンをパンチし、ｃ）選択したセラミック層の選択したバイアにセラミッ
クスラリーを選択的に充填し、ｄ）あるバイアに含金属を選択的に充填し、ｅ）該セラミック層の少なくとも一部にパターン表面金
属化を適用し、ｆ）該セラミック層を共に積層して、セラミック層の未
焼成堆積を形成させ、さらにｇ）該セラミック層を焼結して、グリッド変成器を形成
させる工程を含むグリッド変成器の製造方法。
【請求項１７】ａ）複数のセラミックシート中にバイ
アパターンを形成し、ｂ）該セラミックシート中の少なくとも１つの該バイア
に含金属を充填し、ｃ）少なくとも１つの該バイアを実質的に充填しないま
まで残し、ｄ）該複数のセラミックシートを積み重ね、さらにｅ）セラミックシートの該堆積を焼結して、多層セラミ
ックデバイスを形成させる工程を含む多層セラミックデ
バイスの製造方法。
【請求項１８】多層セラミックデバイスの製作に有効
な複数のバイアを含み、さらに、ａ）該バイアの少なくとも一部が実質的に不導電性物質
を含み、かつｂ）該バイアの少なくとも一部が導電性金属化物質を含
むセラミックシート。
【請求項１９】前記不導電性物質がセラミックを含む
請求項１８のセラミックシート。
【請求項２０】前記セラミックシートが、アルミナ、
窒化アルミニウム、コーディエライト、ムライトおよび
ベリリアより成る群から選ばれる物質を含む請求項１８
のセラミックシート。
【請求項２１】さらに、金属化表面パターンを含む請
求項１８のセラミックシート。
【請求項２２】前記セラミックシートが、焼結すると
ガラス−セラミックを形成することができる物質を含む
請求項１８のセラミックシート。
【請求項２３】多層セラミックデバイスの製作に有効
な複数のバイアを含み、さらに、ａ）該バイアの少なくとも一部が金属化物質を含み、か
つｂ）該バイアの少なくとも一部が実質的に充填されてい
ないセラミックシート。
【請求項２４】前記バイアの少なくとも一部が、実質
的に不導電性の物質で充填されている請求項２３のセラ
ミックシート。
【請求項２５】複数のセラミックシートを含み、さらに、ａ）該セラミックシートが複数のバイアを含み、ｂ）該バイアの少なくとも一部が実質的に不導電性の充
填剤物質を含み、かつｃ）該バイアの少なくとも一部が金属化物質を含む多層
セラミックデバイス。
【請求項２６】前記デバイスがグリッド変成器である
請求項２５の多層セラミックデバイス。
【請求項２７】前記セラミックが、アルミナ、窒化ア
ルミニウム、コーディエライト、ムライト、ベリリアお
よびガラス−セラミックより成る群から選ばれる請求項
２５の多層セラミックデバイス。
【請求項２８】実質的にすべての前記バイアが金属化
物質かまたは不導電性物質で実質的に充填されている請
求項２５の多層セラミックデバイス。
【請求項２９】前記デバイスがセラミック印刷回路基
板である請求項２５の多層セラミックデバイス。
【請求項３０】ａ）平面、およびｂ）該平面から延びる複数のパンチピンを含み、さらに
該パンチピンは、少なくとも２つのセラミックシート中
の複数のバイアが、少なくとも２つのセラミックシート
のそれぞれにパンチされるように配設され、かつ前記少
なくとも２つの該セラミックシートが異なるバイアパタ
ーンを必要とすることを含む、バイアの配設を含む複数
のセラミックシートを有する多層セラミックデバイス製
作用万能パンチツール。
【請求項３１】前記パンチピンが実質的に緻密なグリ
ッドのバイアを作る請求項３０の万能パンチツール。