JPH05139810A - ガラスセラミツク構造体焼成方法 - Google Patents

ガラスセラミツク構造体焼成方法

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JPH05139810A
JPH05139810A JP4024810A JP2481092A JPH05139810A JP H05139810 A JPH05139810 A JP H05139810A JP 4024810 A JP4024810 A JP 4024810A JP 2481092 A JP2481092 A JP 2481092A JP H05139810 A JPH05139810 A JP H05139810A
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スリニバサ・エス・エヌ・レツデイ
Richard A Shelleman
リチヤード・アラン・シエルマン
Nancy C Stoffel
ナンシー・セシリア・ストツフエル
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Abstract

(57)【要約】 【目的】シールされたバイアを有する硝子セラミツク構
造体を製造し得る焼成サイクルを提供する。 【構成】熱分解可能結合剤の中に第１の可結晶化ガラス
を含む少なくとも１つの未焼結シートを形成する。導電
性金属、可結晶化ガラス及び熱分解可能結合剤を含む導
電性ペーストのバイアを含むパターンにより未焼結シー
トを金属処理する。未焼結シートを以下の焼成サイクル
により焼成する。中性又は還元性雰囲気を有する炉内に
おいて未焼結シートを第１温度に予熱して熱分解可能結
合剤の熱分解を生じさせる。炉内に水蒸気雰囲気を導入
して炉内において当該未焼結シートを第１の温度に予熱
して熱分解された結合剤を焼き尽くす。当該水蒸気雰囲
気を中性又は還元性雰囲気に置き換えると共に温度を第
２の温度に徐々に上昇させて緻密化及び結晶化を生じさ
せる。予め定められた時間の間第２の温度を保持して少
なくとも１つのバイアのシーリングを生じさせる。ガラ
スセラミツク構造体を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガラスセラミツク構造体
焼成方法に関し、特にそうした構造体を処理する技術に
適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】通常の好適な多層に重ねられたガラスセ
ラミツク構造体はエレクトロニクス用の基板及びデバイ
スの製造の際に使用される。多くの形式の異なる構造体
を用いることができるが、この構造体のうちのいくつか
について以下に説明する。例えば、パターン化された金
属層を含む多層セラミツク回路基板が用いられる。この
パターン化された金属層は絶縁物として働くセラミツク
層間にサンドウイツチされて電気的導体として作用す
る。当該基板は半導体チツプ、接続リード、コンデン
サ、抵抗及びカバーなどを取り付けるための終端パツド
をもつように設計されている。埋設された導体レベル間
の相互接続はバイアを介して行われ、バイアは積層に先
立つて形成される個々のガラスセラミツク層内の金属ペ
ーストで満たされたホールにより構成される。こうした
バイアは、焼結された後金属が稠密に含まれた接続用導
体となる。
【０００３】一般に従来のセラミツク構造体はセラミツ
クの未焼結シートから形成され、当該未焼結シートはセ
ラミツク粒子、触媒（例えば、米国特許第4,627,160 号
に開示されているもの）、熱可塑性ポリマ結合剤、可塑
剤及び溶媒を混合することによつて準備される。この配
合は、セラミツクシートすなわちスリツプに拡げられ又
は鋳込まれ、溶媒がこのセラミツクシートから揮発し
て、結合力のある自立性の柔軟な未焼結シートになる。
型で打抜かれ積み重ねられた後未焼結シートは結局重合
性の結合剤樹脂を駆逐し、セラミツク粒子を緻密化する
のに十分な温度で焼成されてセラミツク基板に焼結され
る。
【０００４】エレクトロニクス用基板の形成に使用され
る導体はモリブデン及びタングステンなどの高融点金属
又は金などの貴金属でもよい。しかしながら、銅及びそ
の合金のような安価で電気抵抗の低い導体を使用するの
が一層望ましい。
【０００５】銅を基礎とする導体を多層構造物に使用す
るためには、結合剤樹脂及び溶剤の除去並びに緻密化さ
れたセラミツク基板内のセラミツク粒子の焼結を行なう
間に銅を酸化することがないような処理技術を使用する
ことが必要となる。
【０００６】例えば、一般的な焼成サイクルは水蒸気に
水素を加えたものを代表とする水蒸気雰囲気内において
結合剤を焼き尽くし、次に当該水蒸気雰囲気を窒素のよ
うな不活性（中性）雰囲気に置き換え、その最終的緻密
化状態に構造体を焼結し、次に再び窒素のような不活性
雰囲気の中で冷却するプロセスからなつている。
【０００７】この一見簡単な焼成サイクルは実際には極
めて複雑な特性を有しており、この技術を発展させるに
はかなりの年月と多大の出費を必要とした。この領域に
数多くの特許が存在する事実が、当該技術の扱い難さを
示している。当該技術においては、雰囲気、材料セツト
及び処理パラメータを入れ換え得ると考えることはでき
ない。好適な多層金属処理部分を得るためには無数のパ
ラメータを制御する必要が有ることを当業者は熟知して
いる。この分野においては、代表的な技術は材料及び処
理に関する多様な教示を含んでいるけれども、置換し得
るものが全く明らかでない。この分野における教示に修
正を加えようとすれば、必ず広範囲に亘る実験が必要と
なる。実際、良い文書になつており特許されている技術
を再現するためにもしばしば多くの実験的試みが必要と
なり、従つて、それらの技術の局部的修正を目指すにと
どまることになる。
【０００８】この技術分野における改良は大股で進むの
ではなく小さな歩幅で進む。
【０００９】議論の出発点は米国特許第4,234,367 号で
ある。ここでガラスセラミツク構造体のための基本的焼
成サイクルについて述べる。窒素の中で予熱する最初の
ステツプの次に、水蒸気及び水素から構成される水蒸気
雰囲気内で結合剤を焼き尽くすステツプが来る。銅の酸
化を生ずることなく熱分解された結合剤の残滓すなわち
炭素を酸化して二酸化炭素ガスにするために、水蒸気に
対する水素の比を精密に制御する。ガラスセラミツク構
造体の完全性を損ないかねない体積変化を伴なうので、
銅の酸化はもちろん避けねばならない。結合剤を焼き尽
くした後、当該雰囲気を窒素に変え、温度を上昇させて
構造体の焼結を行ない、構造体に緻密化及び一体化を生
じさせる。次に、同じ窒素雰囲気内で冷却する。還元性
雰囲気は密着性の問題を生じ得るので米国特許第4,234,
367 号は中性雰囲気を焼結に推奨している点に留意すべ
きである。
【００１０】米国特許第4,504,339 号はガラスセラミツ
ク基板のための焼成サイクルを開示しており、このサイ
クルでは、水蒸気を含む不活性（中性）雰囲気において
予熱ステツプ及び結合剤焼き尽くしステツプを行ない、
不活性雰囲気においてガラスセラミツク粒子の緻密化及
び一体化を行なう。
【００１１】米国特許第4,649,125 号は多層セラミツク
構造物のための一連の焼成雰囲気を開示しており、これ
らの雰囲気はいずれも認め得る程には銅などの金属導体
を酸化しない。当該雰囲気は窒素、窒素に酸素を加えた
もの、窒素に水素を加えたもの又は水素、窒素、水蒸気
を加えたものであつたりする。これら雰囲気が焼成サイ
クル中のどこで使用されるべきか又は焼成サイクル全体
を通じてこれらの雰囲気が使用されるべきかに関しては
何の指示もなされていない。このような限定的な教示は
当該分野の状況を改善しようと試みるものに対して極め
て僅かな示唆を与えるにすぎない。
【００１２】1987年11月23日出願の米国特許出願第07/1
03,768号は、上述の米国特許第4,234,367 号の焼成サイ
クルにおいては結合剤焼き尽くしの後に一定量の炭素が
残されるということを発見したが、残留炭素は後に一体
化の過程において、二酸化炭素ガスの発生に起因する空
隙率などの問題を引き起こすことがある。従つて、米国
特許出願第07/103,768号は結合剤焼き尽くし及び一体化
との間に残留炭素がそれ以上酸化するのを抑制する乾燥
ステツプを挿入する。米国特許出願第07/103,768号によ
るこうした改良は、ガラスセラミツクボデイ内の空隙率
の大きさを低減するのに効果的であることが見出だされ
た。
【００１３】1989年10月６日出願の米国特許出願第07/4
18,435号は、それ以前にもガラスセラミツク基板の焼成
を改善するための種々の他の試みがなされたにも拘ら
ず、焼結後にも金属性バイアがガラスセラミツクボデイ
を完全にはシールしていないという問題点がなおも残さ
れていたことを認めている。その結果として生ずる間隙
すなわち割れ目は、焼結の後例えば1990年３月30日出願
の米国特許出願第07/503,495号に述べられている教示に
従つてポリマ又は他のシーリング材料により「埋め戻
し」される。米国特許出願第07/418,435号が提案してい
るのは、米国特許第4,234,367 号の教示に従つてまず各
多層セラミツク構造体を焼成し、次に特殊な固定剤の中
に入れた各ガラスセラミツク構造体を窒素に富む雰囲気
内において加圧焼結することである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】米国特許出願第07/41
8,435号の加圧焼結は実際に良好に作用するが、実施上
の特性に関する克服すべき２つの主な問題点が存在す
る。第１の問題点は処理能力が低いことである。これ
は、各ガラスセラミツク構造体に対し別個の加圧焼結を
行なう必要があり、１つの固定剤はそれがいかなるもの
であつても一時にただ１つのガラスセラミツク構造体と
のみ適合するに過ぎないことに起因する。第２の問題点
は加圧焼結ステツプのために焼成サイクルが長くなるこ
とであり、これにより一段と長い処理時間及び余分の出
費が必要となる。
【００１５】従つて、種々の改良がなされたにもかかわ
らず、ガラスセラミツク構造体の焼成サイクルを改善す
る必要性が依然残つていることは明らかである。
【００１６】従つて本発明の目的はガラスセラミツク構
造体のための焼成サイクルを改善することである。
【００１７】本発明の他の目的は処理能力及び処理時間
に不利益をもたらすことがないように焼成サイクルを改
善することである。
【００１８】本発明のさらに他の目的は加圧焼結や埋め
戻しのような余分な処理動作を必要とせずにシールされ
たバイアを有するガラスセラミツク構造体を製造し得る
ように焼成サイクルを改善することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ため本発明の１つの態様に従つて以下の各ステツプを含
むガラスセラミツク構造体焼成法を提供する。
【００２０】熱分解可能結合剤の中に第１の可結晶化ガ
ラスを含む少なくとも１つの未焼結シートを形成するス
テツプと、導電性金属、第２の可結晶化ガラス及び熱分
解可能結合剤を含む導電性ペーストの少なくとも１つの
バイアを含むパターンにより未焼結シートを金属処理す
るステツプと、未焼結シートを焼成するステツプとを備
え、未焼結シート焼成サイクルステツプは、（Ａ）中性
又は還元性雰囲気を有する炉内において未焼結シートを
第１の温度に予熱することにより熱分解可能結合剤の熱
分解を生じさせるステツプを具え、第１の温度は、第１
の可結晶化ガラス又は導電性ペーストを一体化させるに
は不十分な温度であり、（Ｂ）炉内に水蒸気雰囲気を導
入して炉内において未焼結シートを第１の温度に加熱す
ることにより熱分解結合剤を焼き尽くすステツプと、
（Ｃ）水蒸気雰囲気を中性又は還元性雰囲気に置き換
え、温度を第２の温度に徐々に上昇させることにより第
１のガラス及び第２のガラスの緻密化及び結晶化を生じ
させるステツプと、（Ｄ）予め定められた時間だけ第２
の温度を維持することにより少なくとも１つのバイアの
シーリングを生じさせるステツプを具え、予め定められ
た時間の第１の部分においては炉内の雰囲気を中性又は
還元性雰囲気に保持し、予め定められた時間の第２の部
分においては中性又は還元性雰囲気を水蒸気雰囲気に置
き換えるステツプと、（Ｅ）構造物を冷却するステツプ
とを備えるようにする。
【００２１】本発明の目的を達成するため本発明の他の
態様に従つて以下の各ステツプを含むガラスセラミツク
構造体焼成法を提供する。
【００２２】導電性ペーストのパターンを有する熱分解
可能結合剤の中に第１の可結晶化ガラスの少なくとも１
つの金属処理された未焼結シートを含み、金属処理され
た未焼結シートは導電性金属、第２の可結晶化ガラス及
び熱分解可能結合剤を含み、パターンは少なくとも１つ
のバイアを含むガラスセラミツク構造体焼成方法におい
て、未焼結シートを焼成するステツプを具え、未焼結シ
ート焼成サイクルステツプは、（Ａ）中性又は還元性雰
囲気を有する炉内において未焼結シートを第１の温度に
予熱することにより熱分解可能結合剤の熱分解を生じさ
せるステツプを具え、第１の温度は第１の可結晶化ガラ
ス又は導電性ペーストを一体化させるには不十分な温度
であり、（Ｂ）炉内に水蒸気雰囲気を導入して炉内にお
いて未焼結シートを第１の温度に加熱することにより熱
分解された結合剤を焼き尽くすステツプと、（Ｃ）水蒸
気雰囲気を中性又は還元性雰囲気に置き換え、温度を第
２の温度に徐々に上昇させることにより第１のガラス及
び第２のガラスの緻密化及び結晶化を生じさせるステツ
プと、（Ｄ）予め定められた時間だけ第２の温度を維持
することにより少なくとも１つのバイアのシーリングを
生じさせるステツプを具え、予め定められた時間の第１
の部分においては炉内の雰囲気を中性又は還元性雰囲気
に保持し、予め定められた時間の第２の部分においては
の中性又は還元性雰囲気を水蒸気雰囲気に置き換え、
（Ｅ）構造体を冷却するステツプとを備えるようにす
る。
【００２３】本発明の目的を達成するため、本発明のさ
らに他の態様に従つて以下の各ステツプを含むガラスセ
ラミツク構造体焼成法を提供する。
【００２４】熱分解可能結合剤中に第１の可結晶化ガラ
スの複数の金属処理され積み重ねられ積層された未焼結
シートを含み、金属処理された未焼結シートの少なくと
も１つは導電性金属、第２の可結晶化ガラス及び熱分解
可能結合剤を含む導電性ペーストのパターンを有し、パ
ターンは少なくとも１つのバイアを含み、少なくとも１
つの金属処理された未焼結シートは導電性金属、熱分解
可能結合剤を含むが可結晶化ガラスは含まない導電性ペ
ーストのパターンを有するガラスセラミツク構造体焼成
方法において、未焼結シートを焼成するステツプを具
え、未焼結シート焼成サイクルステツプは、（Ａ）中性
又は還元性雰囲気を有する炉内において未焼結シートを
第１の温度に予熱することにより熱分解可能結合剤の熱
分解を生じさせるステツプを具え、第１温度は第１の可
結晶化ガラス又は導電性ペーストを一体化させるには不
十分な温度であり、（Ｂ）炉内に水蒸気雰囲気を導入し
て炉内において未焼結シートを第１の温度に加熱するこ
とにより熱分解された結合剤を焼き尽くすステツプと、
（Ｃ）水蒸気雰囲気を中性又は還元性雰囲気に置き換え
て温度を第２の温度に徐々に上昇させることにより第１
のガラス及び第２のガラスの緻密化及び結晶化を生じさ
せるステツプと、（Ｄ）予め定められた時間だけ第２の
温度を維持することにより少なくとも１つのバイアのシ
ーリングを生じさせるステツプを具え、予め定められた
時間の第１の部分においては炉内の雰囲気を中性又は還
元性雰囲気に保持し、予め定められた時間の第２の部分
においては中性又は還元性雰囲気を水蒸気雰囲気に置き
換え、（Ｅ）構造体を冷却するステツプとを備えるよう
にする。
【００２５】
【作用】熱分解可能結合剤の中に第１の可結晶化ガラス
を含む少なくとも１つの未焼結シートを形成する。導電
性金属、可結晶化ガラス及び熱分解可能結合剤を含む導
電性ペーストのパターンにより未焼結シートを金属処理
する。パターンは少なくとも１つのバイアを含む。未焼
結シートを以下の焼成サイクルに従つて焼成する。
（Ａ）中性又は還元性雰囲気を有する炉内において未焼
結シートを第１の温度に予熱することにより熱分解可能
結合剤の熱分解をしょうじさせる。（Ｂ）炉内に水蒸気
雰囲気を導入して炉内において当該未焼結シートを第１
の温度に予熱することにより熱分解された結合剤を焼き
尽くす。（Ｃ）当該水蒸気雰囲気を中性又は還元性雰囲
気に置き換えると共に、温度を第２の温度に上昇させる
ことにより緻密化及び結晶化を生じさせる。（Ｄ）予め
定められた時間の間第２の温度を保持することにより少
なくとも１つのバイアのシーリングを生じさせる。
（Ｅ）ガラスセラミツク構造体を冷却する。
【００２６】本発明の好適な実施例においては、可結晶
化ガラスを含まない導電性ペーストのパターンにより金
属処理された未焼結シートを少なくとも１つ、通常は複
数設ける。この場合、形式の異なる２種類の金属処理さ
れた未焼結シートを重ねて積層し、その際可結晶化ガラ
スを導電性ペースト中に含んでいない金属処理された未
焼結シートによりスタツクの中央部を形成し、可結晶化
ガラスを含む金属処理された未焼結シートによりスタツ
クの上部及び又は底部を形成する。
【００２７】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
【００２８】本発明においては、未焼結シートが従来の
手法に従つて準備され、金属処理される。簡潔に述べる
ならば、可結晶化ガラス、結合剤、可塑剤などを含む材
料のスリツプを注型した後、均一な厚さになるよう補正
する。その後、当該未焼結シートを所望の寸法に打ち抜
く。次に金属粒子及び結合剤からなるメタルペーストに
より未焼結シート上をスクリーニングすることによりバ
イアを満たして配線ラインを形成する。複数のこうした
未焼結シートを重ねて積層した後、焼成する。
【００２９】一般的な焼成サイクルを図７に示す。焼成
サイクルの第１ステツプは熱分解であり、室温から高温
に徐々に温度を上昇させる。このステツプの間、中性又
は還元性雰囲気を用いることが金属粒子に対して好まし
い。
【００３０】この高温に保持している間に水蒸気雰囲気
を導入することにより熱分解された炭素の酸化を生じさ
せる。しかしながら、この水蒸気雰囲気は金属粒子の酸
化を生じさせるには不十分なものである。その後、当該
雰囲気を成形ガス（窒素プラス水素）に変更し、温度を
徐々に上昇させる。基板は、ガラス粒子の緻密化及び結
晶化を受けて硝子セラミツクを形成する。再結晶温度に
達するまで徐々に温度を上昇させる。この温度に短時間
保持した後（その間に、成形ガスが窒素に交換されてよ
い）、当該温度から徐々に室温に下降させる。
【００３１】この焼成サイクルは従来の焼成サイクルを
改善したものであるが、バイアがガラスセラミツクボデ
イに対しシールしないという問題点がまだ残されてい
る。その後こうした基板をウエツト処理する間に、バイ
ア及びセラミツクボデイ間の隙間に液体が入り込んでそ
こに捕捉される。これにより望ましからざる信頼性の問
題が発生した。
【００３２】従来の技術の教えるところによれば、これ
らの隙間をシールする１つの試みとして加圧焼結が用い
られる。
【００３３】本発明の発明者は、加圧焼結を用いずに従
来の技術と同じ結果を得るための改善された手法を発見
した。
【００３４】本発明によれば、少なくとも１つの未焼結
シート（熱分解可能な結合剤中の第１の可結晶化ガラス
を含む）が用意され、この未焼結シートは、導電性金
属、第２の可結晶化ガラス及び熱分解可能な結合剤を含
む導電性ペーストのパターンにより金属処理される。一
般的にこのペーストは未焼結シートのバイアを満たすた
めに使用されるが、必要ならば配線ラインその他をスク
リーニングするためにも使用されてよい。
【００３５】金属粒子としては銅又は銅合金が好ましい
が、必要ならば金又はパラジウムのような他の金属を用
いることもできる。以下、銅を用いるものとして本発明
を説明するが、本発明は銅以外のこうした他の金属の使
用をも包含するものである。
【００３６】第２の可結晶化ガラスは、未焼結シートそ
れ自身を形成する第１の可結晶化ガラスと同じ構成を有
しているが、第１の可結晶化ガラスとは異なる別個のも
のである。この可結晶化ガラスは、米国特許第4,413,06
1 号に開示されているようなコーデイエライトガラスセ
ラミツクであるのが好ましい。好ましいガラスセラミツ
クの構成のいくつかを表１に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】本発明のための適切なガラスを選択する
際、強度及び誘電率などの普通のパラメータに留意する
ことが重要である。本発明の目的のためには、各ガラス
の熱膨脹係数（ＴＣＥ）に留意することも重要である。
第１の可結晶化ガラスの熱膨張係数（ＴＣＥ）は第２の
可結晶化ガラスの熱膨張係数（ＴＣＥ）以上であるのが
好ましい。この関係は、バイアがガラスセラミツクボデ
イに巨視的クラツクを形成させることを避けるために重
要である。かくして、第１の可結晶化ガラス及び第２の
可結晶化ガラスが異なる構成を有し、それらの熱膨脹係
数がいくらか異なるのが好ましい。
【００３９】次に、金属処理された未焼結シートは図１
の焼成サイクルに従つて焼成される。熱分解ステツプ、
炭素酸化ステツプ及び緻密化ステツプは、図７に開示さ
れているものと実質的に同じである。炭素酸化が生ずる
第１の高温は、第１の可結晶化ガラスを一体化するには
不十分であり、また第２の可結晶化ガラスの粒子を含む
導電性ペーストを一体化するにも不十分である。この第
１の温度は約摂氏690〔度〕ないし750 〔度〕の範囲で
ある。
【００４０】水蒸気雰囲気を中性又は還元性雰囲気に置
き換え（還元性雰囲気が一層好ましい）第１及び第２の
ガラスの緻密化及び結晶化を生じさせるために第２の温
度に温度を上昇させた後、予め定められた時間だけ第２
の温度に維持して、未焼結シート内のバイアのシーリン
グを生じさせる。この予め定められた時間の最初の部分
の間、それは普通１時間程度までであるが、中性又は還
元性雰囲気に維持する。この予め定められた時間の最初
の部分の間、当該雰囲気は中性であるのが好ましい。こ
の予め定められた時間の、普通３時間ないし５時間に及
ぶ第２の部分の間、中性又は還元性の雰囲気は（銅に対
して）僅かに酸化性の水蒸気雰囲気に置き換えられ、僅
かに酸化性の水蒸気雰囲気は、硝子セラミツクボデイに
対しバイアのシーリングを生じさせる。第２の温度はお
およそ摂氏900 〔度〕ないし1000〔度〕の範囲内である
のが好ましい。
【００４１】本発明までは、焼成サイクル内のこの時点
に酸化性水蒸気雰囲気を導入することは、大きな体積変
化を伴う銅の酸化が基板にひび割れをもたらすので極め
て不都合であると考えられていた。しかしながら、精密
に制御された酸化性水蒸気雰囲気はバイアのシーリング
に効果的でありかつ有益であることが分かつた。
【００４２】水蒸気雰囲気によつて取り込まれる酸素の
正確な量は図２及び図３を参照することにより知ること
ができる。図２（Ａ）は、銅−酸素システムの部分的な
位相図である。図２（Ｂ）は図２（Ａ）の部分的位相図
の一部分を拡大した図であり、αフイールド及びα＋Ｌ
1 フイールドを極めて詳細に示している。単相αフイー
ルドは、銅の中の酸素の固溶体である。βはCu2Oであ
る。本発明によれば、大きな体積変化を生ずることなく
シーリングを遂行するためには、２相のα＋βフイール
ドから単相αフイールドを分けているラインの上又はそ
のラインの直ぐ左にとどまるのが好ましく、β相が存在
するならば大きな体積変化が生ずる。このラインは図３
においては、温度の逆数対H2/H2O濃度のグラフの上に表
現されている。このライン上又はこのラインのすぐ上方
にとどまるのが望ましい。例えば摂氏975 度において
は、H2/H2O濃度は７×10-4ないし９×10-4であるのが好
ましい。温度が変化すればH2/H2Oの比も変化する。一般
論としては、存在する酸素の量は銅ライン及びバイアを
十分にCu2Oに転化するには不十分な量である。
【００４３】銅に対し僅かに酸化性の雰囲気にさらすこ
とが本発明に非常に有利であることの理由は明らかにな
つていない。何等かの特定の理論に拘束されることを望
むものではないが、銅粒子上に銅酸化物フイルムが形成
され、それにより硝子セラミツク粒子への結合が促進さ
れるのか、又は（位相図によつて予言されているよう
に）銅及び酸素の固溶体が形成されそれが銅及びガラス
セラミツク間の界面エネルギーを低下させるように働く
ので両者間の結合が促進されるものと考えられる。理論
のいかんに拘らず、本発明は実際に極めて良好に働くこ
とが見出だされた。
【００４４】シーリングステツプの後、当該構造体は中
性の、還元性ではない雰囲気内で室温まで冷却される。
さらにシーリングの生ずる第２の温度が第１及び第２の
ガラスのための再結晶温度でもあるのが一層好ましい。
再結晶温度はガラスセラミツク構造体が遭遇する最終温
度（又は最高温度）である。この最終温度は銅又は使用
される他の導電性金属を融解するには不十分な温度でな
ければならない。
【００４５】冷却相を２つの別々のステツプに区分する
のが好都合であることが分かつた。その第１ステツプに
おいては、水蒸気雰囲気にある間、第２の温度を下回る
温度に構造体を冷却する。この温度は名目上は摂氏700
〔度〕であるが、摂氏900 〔度〕ないし400 〔度〕の範
囲内の温度であつてよい。次に水蒸気雰囲気を本質的に
窒素である中性の雰囲気に置き換え、その残部に従つて
室温にまで冷却する。冷却の最終相の間は、上述のバイ
アのシーリングを無効にするので還元性雰囲気は望まし
くない。
【００４６】結合剤の燃え切りの後であつて緻密化及び
結晶化の前に、上述の教示のように乾燥ステツプを挿入
してもよい。炭素酸化の水蒸気雰囲気は、例えば窒素に
１ないし10体積〔パーセント〕の水素を加えたもの等の
還元性雰囲気に置き換えられる。この温度は一定に保持
されてもよく、炭素がいくらかでも酸化せずに残るのを
避けるため、結合剤燃え切り温度に対していくらか低め
又はいくらか高めに（しかし緻密化が始まるほど高くは
ない）保持されてもよい。こうした乾燥ステツプは一般
に好適である。乾燥ステツプの後、同じ雰囲気が緻密化
に使用されてもよく又は中性の雰囲気が導入されてもよ
い。
【００４７】図４は本発明の他の実施例を示す。熱分解
ステツプ、炭素酸化ステツプ、緻密化ステツプ及びシー
リングステツプは本質的に上述と同じである。しかしな
がらこの実施例においては、シーリングの生ずる第２の
温度が再結晶には不十分な温度である。かくして、合計
約６時間におよぶシーリングステツプ１及び２の後、毎
分摂氏２度までの率で摂氏約975 〔度〕の最終温度に徐
々に温度を上昇させて約１時間ないし２時間その温度に
保持すると同時に、第１及び第２のガラスの再結晶を生
じさせる水蒸気雰囲気に維持する。この最終温度は、導
電性金属を融解させるには不十分な温度でなければなら
ない。次に、上述のごとく２つのステツプ又は１つのス
テツプにより冷却処理をする。
【００４８】既に述べたように、金属処理された未焼結
シート及び仕上げられたガラスセラミツク構造体は少な
くとも１つの複合バイアを有し、普通はそうしたバイア
を複数有する。ここに定義する複合バイアは導電性金属
／セラミツク混合物を含む。こうした複合バイアの論理
的な基礎は、バイアにセラミツク材料を付加することに
より、周囲のセラミツクボデイの熱膨脹係数（ＴＣＥ）
と一層厳密に調和するようバイアの熱膨脹係数を調整し
得ることである。そこで、バイア又はセラミツクボデイ
内に大きな巨視的クラツクを生じさせようとする、普通
の場合にはありがちな応力の生成を回避することができ
る。あいにく、バイアに付加されるセラミツク材料が増
えれば増えるほどバイアの抵抗率は増加し、ある場合に
は望ましからざるレベルにまで増加する。従つて、熱膨
張係数（ＴＣＥ）と抵抗率という競合する因子の間に適
切な媒質を見出ださねばならないことが明白になつた。
【００４９】銅／ガラスセラミツク複合材料の電気的抵
抗率を図５に示す。図から分かるように銅の量が減るに
つれて抵抗率は上昇する。複合材料内の銅の体積パーセ
ントが30〔パーセント〕未満になると抵抗率は急激に上
昇する。従つて、バイア内に使用される複合材料の中の
銅の最少量は体積パーセントで30〔パーセント〕以上で
なければならない。さらに本発明の目的を果たすために
は最小限、体積パーセントで約35〔パーセント〕あるの
が好ましい。
【００５０】同じ複合材料の熱膨張係数（ＴＣＥ）を図
６に示す。銅の体積パーセントが上昇するにつれて複合
材料の熱膨張係数（ＴＣＥ）も上昇する。比較の目的で
述べるならば、一般的なガラスセラミツク基板の熱膨張
係数（ＴＣＥ）は、同じスケールの上で約30〔パーセン
ト〕である。銅の最大量は体積パーセントで約50〔パー
セント〕以下でなければならず、約45〔パーセント〕以
下が一層好ましい。
【００５１】図５及び図６を比較検討すれば、複合バイ
ア内に使用される金属／セラミツク材料の好ましい構成
の範囲は、体積パーセント30〔パーセント〕ないし50
〔パーセント〕の導電性金属及び体積パーセント70〔パ
ーセント〕ないし50〔パーセント〕のガラスセラミツク
との組合せであることが分かる。一層好ましい構成の範
囲は、体積パーセント35〔パーセント〕ないし45〔パー
セント〕の導電性金属及び体積パーセント65〔パーセン
ト〕ないし55〔パーセント〕のガラスセラミツクの組合
せである。本発明の目的を達成するために最も好適な構
成は、体積パーセント40〔パーセント〕の導電性金属及
び体積パーセント60〔パーセント〕のガラスセラミツク
の組合せである。本発明にとつて好ましい導電性金属は
銅であり、好ましいガラスセラミツクはコーデイエライ
トガラスセラミツクである。
【００５２】図５及び図６に示されている成績は、銅並
びに粒子径中央値がそれぞれ1.8 〔ミクロン〕（0.8 〜
5.3 〔ミクロン〕の範囲）及び3.0 〔ミクロン〕（0.9
〜14.9〔ミクロン〕の範囲）のガラスセラミツク粒子を
用いて得られたものであり、粒子径はレーザ光散乱測定
により決定された。ガラスセラミツク粒子に対し銅粒子
の径をより一層小さくすることにより、銅の体積パーセ
ントが等しい場合に、複合体の抵抗率をさらに小さくす
ることができる。またガラスセラミツク粒子に対し銅粒
子の径をより一層小さくすることにより、複合体の抵抗
率を過度に増加させることなく銅粒子の体積パーセント
を約27〔％〕又は28〔％〕に減らすことができる。
【００５３】導電性ペーストを作る金属粒子は、一般に
極めて微細な粒径のものが好ましい。銅の粒径に対する
ガラスの粒径の比は少なくとも1.5 又は良い結果を得る
ためにはそれ以上であるのが好ましい。銅の粒子は、２
〔ミクロン〕以下の小さな粒径を得るために細かく粉砕
される。また２〔ミクロン〕以下の粒径を有するCuO粒
子を第２の可結晶化ガラスの粒子に混合し、良く混ぜる
ために軽くボールミルにかけても良い。次に、CuO を銅
の単体に還元するのに十分な時間、この粒子混合物を例
えば純粋水素などの還元性雰囲気にさらす。この還元ス
テツプは約摂氏600 〔度〕、又はそれを下回る高温によ
り行うのが良い。
【００５４】還元性雰囲気によりCuO が銅の単体に変え
られるときには、体積変化（体積が約60〔％〕減少す
る）を伴いつつ微細なCuO 粒子が一層微細な銅の単体に
なる。このようにすれば、所望の極めて微細な粒径を一
層容易に得ることができる。
【００５５】この時点までの本発明に関する検討は主
に、複合バイアを伴う未焼結シートを有するガラスセラ
ミツク構造に集中した。本発明の技術は多層基板に対す
る広い適用可能性を有しており、一般に複数のそうした
未焼結シートが焼結に先立ち従来の手段に従つて重ねら
れ積層される。これらの未焼結シートのうちの少なくと
も１つは、導電性金属及び熱分解可能な結合剤を含むが
第２の可結晶化ガラスを含んではいない導電性ペースト
を有する。
【００５６】本発明による一般的な多層構造は、第２の
可結晶化ガラスを含まない導電性ペーストを有する金属
処理された複数の未焼結シート及び第２の可結晶化ガラ
スを含む導電性ペーストを有している少なくとも１つの
金属処理された未焼結シートを含む。通常、第２の可結
晶化ガラスを含む導電性ペーストを有する金属処理され
た未焼結シートが複数あり、それが好ましい。これら後
者の金属処理された未焼結シートは、後述するようにガ
ラスセラミツクボデイに対するバイアのシーリングには
極めて良く適合する。従つてそれらは、未焼結シートの
積層スタツクの上部及び又は底部に置かれる。そうした
未焼結シートは２つ又は４つ有れば十分である。残りの
金属処理された未焼結シート、すなわち第２の可結晶化
ガラスを含まない導電性ペーストを有する未焼結シート
は、スタツクの中央部又は内部を形成する。
【００５７】これを積重ねる順序は次のような根拠に基
づく。可結晶化ガラスを含まない導電性ペーストを有す
る未焼結シートの抵抗率は小さいので、望ましからざる
信号遅延を避けるために基板の大部分をこれらで形成す
る。第２の可結晶化ガラスを含む導電性ペーストを有す
る未焼結シートは、一段と大きい抵抗率を有するが、シ
ールされたバイアを有していることが最も重要である。
そこで、こうした金属処理された未焼結シートにより積
層されたスタツクの外側部分（すなわち上部及び又は底
部、望ましくは上部及び底部の両方）を形成する。
【００５８】しかしながら、シールされたバイアが基板
全体に及ぶのが好ましい場合もあり、こうした場合に
は、第２の可結晶化ガラスを含む導電性ペーストを有す
る未焼結シートが基板積層品全体を形成する。
【００５９】以下のいくつかの具体例により本発明の効
果を示す。
【００６０】例１ 従来の手段により未焼結のガラスセラミツク基板積層品
を用意する。各未焼結シート内の可結晶化ガラスは重量
パーセントにおいて次のような構成を有する。 ＳｉＯ2 ５５．０ Ａｌ2 Ｏ3 ２１．１ ＭｇＯ ２２．３ Ｂ2 Ｏ3 １．３ Ｐ2 Ｏ5 ０．３
【００６１】未焼結シートの大半は、第２の可結晶化ガ
ラスを含まないバイア及びラインのための従来の銅ペー
ストを有する。
【００６２】積層品の上部及び底部の４つの未焼結シー
ト層は、本発明に従つた銅ペーストをバイアの中に有す
る。これら４つの層の中の銅ペーストは、40〔パーセン
ト〕（体積パーセント）の銅及び60〔パーセント〕（体
積パーセント）の第２の可結晶化ガラスを含む。さら
に、このペーストは従来の結合剤その他を含んでいる。
第２の可結晶化ガラスの構成は重量パーセントにおいて
次の通りである。 ＳｉＯ2 ５５．０ Ａｌ2 Ｏ3 ２１．２３ ＭｇＯ ２０．０ Ｂ2 Ｏ3 １．０ Ｐ2 Ｏ5 ２．７７
【００６３】この特定の第２の可結晶化ガラスが選ばれ
た理由は、それが未焼結シートの可結晶化ガラスの熱膨
張係数（ＴＣＥ）よりも小さな熱膨張係数（ＴＣＥ）を
有していることであつた。
【００６４】この基板積層品の厚さは約400 〔ミル〕
（10.16 ｍｍ）である。
【００６５】次に、基板積層品は本発明の焼成サイクル
に従つて焼成される。水蒸気70〔％〕、N230〔％〕の雰
囲気内において毎分１〔度〕ないし２〔度〕の率で室温
から摂氏715 〔度〕に徐々に温度を上昇させ、有機物の
熱分解を開始させる。次に雰囲気を５×10-5ないし2.5
×10-3のH2/H2O濃度範囲の水蒸気雰囲気に置き換え、有
機的残留物を酸化させるために約20時間この温度に保持
して結合剤を燃え切らせる。次いで、雰囲気を成形ガス
雰囲気に置換し、毎分２〔度〕までの率で摂氏975
〔度〕に徐々に温度を上昇させる。焼成サイクルのこの
相の間に、可結晶化ガラスは緻密化及び結晶化を経験す
る。
【００６６】一般的な従来技術の焼成サイクルのこの時
点においては、例えば窒素に１〔％〕ないし10〔％〕の
水素を加えて構成される成形ガス混合物又は100 〔％〕
N2の雰囲気において摂氏975 〔度〕の一定値に温度が保
持される。従来技術によれば、この再結晶温度のままで
予め定められた時間（約１時間ないし２時間）を過ごし
た後に冷却を開始する。
【００６７】しかしながら本発明によれば、再結晶は２
つのステツプにおいて行われる。第１ステツプは、中性
（N2）雰囲気の中において摂氏975 〔度〕で約１時間行
なわれる短時間加熱である。次に、当該雰囲気はH2/H2O
の比が７×10-4ないし９×10-4の水蒸気に変更される。
この臨界ステツプを３時間ないし５時間継続して、硝子
セラミツクボデイに対しバイアのシーリングを遂行す
る。
【００６８】次に、２つのステツプを有するプロセスに
より基板を冷却する。第１ステツプは同じ水蒸気雰囲気
における摂氏975 〔度〕から700 〔度〕への冷却であつ
た。この徐冷の率は毎分摂氏１〔度〕ないし３〔度〕で
ある。次に当該雰囲気を100〔％〕のN2に変更し、同じ
徐冷の率により室温まで基板を冷却する。
【００６９】ラツプ仕上げ及び研磨処理を行ない、さら
に染料に浸漬した後、基板を切断して検査する。染料は
基板表面の下４〔ミル〕（0.1 ｍｍ）ないし５〔ミル〕
（0.13ｍｍ）まで浸透したに過ぎないことが確認され
る。これは、基板が従来技術の焼成サイクルに従つて処
理された場合の基板全体に亘る一般的な染料浸透試験の
結果と比較されるべきである。
【００７０】かくして、本発明の効果は明白である。
【００７１】例２ 基板を準備し、例１の手続きに従つて焼成するが、緻密
化及び結晶化ステツプにおいて、シーリングが生じ得る
摂氏900 〔度〕まで徐々に上昇させた点は例１と異なつ
ている。硝子セラミツクボデイに対するバイアのシーリ
ングは、基板を１時間窒素雰囲気にさらし、次いでH2/H
2O濃度が４×10-4ないし６×10-4の水蒸気の中に５時間
さらすことによつてなされる。次に、毎分摂氏１〔度〕
ないし２〔度〕の率により摂氏975 〔度〕まで徐々に温
度を上昇させ、再結晶を生じさせるために１時間ないし
２時間そのままに保持する。冷却は上述と同様であつ
た。
【００７２】シーリングは例１の場合に比肩するもので
あつた。
【００７３】例３ 基板を準備し、例１の手続きに従つて焼成するが、シー
リング及び再結晶が摂氏960 〔度〕で行われた点は例１
と異なつている。この温度において、窒素の中に１時間
保持した後、H2/H2O濃度が６×10-4ないし９×10-4の水
蒸気の中に５時間保持する。
【００７４】シーリングは完璧であつた。
【００７５】例４ 基板を準備し、例１の手続きに従つて焼成するが、最初
に基板の温度を摂氏725 〔度〕まで徐々に上昇させ、結
合剤が燃え切るよう水蒸気雰囲気に雰囲気を変更した点
は例１と異なつている。結合剤を燃やし尽くすこのプロ
セスを20時間継続させる。摂氏725 〔度〕に保持したこ
の20時間の後、例１と同様にして焼成サイクルを続行す
るが、基板を摂氏975 〔度〕の水蒸気の中に３時間保持
した点は異なつている。続いて、例１と同様にして冷却
を行なつた。
【００７６】シーリングは例１の場合に比肩するもので
あつた。
【００７７】例５ 基板を準備し、例４の手続きに従つて焼成するが、最初
に基板の温度を摂氏745 〔度〕まで徐々に上昇させた点
は異なつている。その後、結合剤を燃やし尽くすプロセ
スを摂氏745 〔度〕で15時間継続する。焼成サイクルの
残部は、例４に述べられているところと同様であつた。
【００７８】シーリングは例１の場合に比肩するもので
あつた。
【００７９】上述の例のすべてにおいて、本発明に基づ
いて製造された基板には肉眼で見えるような大きなクラ
ツクを生ずることは全くなかつた。
【００８０】上述の通り本発明をその最適な実施例に基
づいて特定的に図示、説明したが、本発明の精神及び範
囲から脱することなく、形式及び詳細構成の双方につい
て種々の変更を加えてもよい。
【００８１】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、処理能力
及び処理時間に不利益を生ずることなく、加圧焼結や埋
め戻しのような余分な処理動作を必要とせずにシールさ
れたバイアを有するガラスセラミツク構造体を製造する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による焼成サイクルを示す特性曲
線図である。
【図２】図２（Ａ）及び（Ｂ）は銅−酸素システムの位
相図である。
【図３】図３は本発明によるガラスセラミツクボデイの
バイアのシーリングを行うに必要な正確なH2/H2O比の特
性曲線図である。
【図４】図４は本発明による焼成サイクルの他の実施例
を示す特性曲線図である。
【図５】図５は銅／硝子セラミツク複合材料における銅
の体積パーセントに対する電気抵抗率の特性曲線図であ
る。
【図６】図６は銅／硝子セラミツク複合材料における銅
の体積パーセントに対する熱膨脹係数の特性曲線図であ
る。
【図７】図７は従来技術の焼成サイクルを示す特性曲線
図である。
【符号の説明】
符号なし。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ０４Ｂ 35/64 Ａ 7305−4Ｇ Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｈ 6921−4Ｅ (72)発明者 ゴビンダラジヤン・ナタラジヤン アメリカ合衆国、ニユーヨーク州12569、 プレザント・バレイ、フオレスト・バレ イ・ロード 26番地 (72)発明者 スリニバサ・エス・エヌ・レツデイ アメリカ合衆国、ニユーヨーク州12540、 ラグランジエビル、ボウ・レーン 17番地 (72)発明者 リチヤード・アラン・シエルマン アメリカ合衆国、ニユーヨーク州12569、 プレザント・バレイ、フリーダム・ロー ド、ボツクス18、アールアール ６ (72)発明者 ナンシー・セシリア・ストツフエル アメリカ合衆国、ニユーヨーク州14850、 イサカ、サニービユー・レーン 317番地 (72)発明者 ラオ・ベンカテスワラ・バラブハネニ アメリカ合衆国、ニユーヨーク州12590、 ワツピンガーズ・フオールズ、アルパイ ン・ドライブ 25−エー

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】熱分解可能結合剤の中に第１の可結晶化ガ
    ラスを含む少なくとも１つの未焼結シートを形成するス
    テツプと、 導電性金属、第２の可結晶化ガラス及び熱分解可能結合
    剤を含む導電性ペーストの少なくとも１つのバイアを含
    むパターンにより上記未焼結シートを金属処理するステ
    ツプと、 上記未焼結シートを焼成するステツプとを具え、 上記未焼結シート焼成サイクルステツプは、 （Ａ）中性又は還元性雰囲気を有する炉内において上記
    未焼結シートを第１の温度に予熱することにより上記熱
    分解可能結合剤の熱分解を生じさせるステツプを具え、
    上記第１の温度は、上記第１の可結晶化ガラス又は上記
    導電性ペーストを一体化させるには不十分な温度であ
    り、 （Ｂ）上記炉内に水蒸気雰囲気を導入して上記炉内にお
    いて上記未焼結シートを上記第１の温度に加熱すること
    により上記熱分解結合剤を焼き尽くすステツプと、 （Ｃ）上記水蒸気雰囲気を中性又は還元性雰囲気に置き
    換え、温度を第２の温度に徐々に上昇させることにより
    上記第１のガラス及び上記第２のガラスの緻密化及び結
    晶化を生じさせるステツプと、 （Ｄ）予め定められた時間だけ上記第２の温度を維持す
    ることにより上記少なくとも１つのバイアのシーリング
    を生じさせるステツプを具え、上記予め定められた時間
    の第１の部分においては上記炉内の雰囲気を中性又は還
    元性雰囲気に保持し、上記予め定められた時間の第２の
    部分においては上記中性又は還元性雰囲気を水蒸気雰囲
    気に置き換えるステツプと、 （Ｅ）上記構造物を冷却するステツプとを具えることを
    特徴とするガラスセラミツク構造体焼成方法。
  2. 【請求項２】さらに、冷却する前に、上記第２の温度維
    持ステツプ（Ｄ）における上記水蒸気雰囲気内にある間
    に温度を最終温度に上昇させて上記最終温度に保持する
    ことにより上記第１のガラス及び上記第２のガラスの再
    結晶を生じさせるステツプを含むことを特徴とする請求
    項１に記載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  3. 【請求項３】上記第２の温度は上記第１のガラス及び上
    記第２のガラスの再結晶が生ずる最終温度であることを
    特徴とする請求項１に記載のガラスセラミツク構造体焼
    成方法。
  4. 【請求項４】焼成後の上記導電性ペーストは、体積パー
    セント30〔パーセント〕ないし50〔パーセント〕の導電
    性金属及び70〔パーセント〕ないし50〔パーセント〕の
    ガラスセラミツクを含むことを特徴とする請求項１に記
    載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  5. 【請求項５】上記冷却ステツプは、水蒸気雰囲気内にお
    いて上記第２の温度を下回る温度に上記構造物を冷却
    し、次に上記水蒸気雰囲気を中性雰囲気に置き換えて室
    温まで冷却するステツプとを含むことを特徴とする請求
    項１に記載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  6. 【請求項６】上記第１の可結晶化ガラス及び上記第２の
    可結晶化ガラスはコーデイエライトを含むことを特徴と
    する請求項１に記載のガラスセラミツク構造体焼成方
    法。
  7. 【請求項７】上記第１の可結晶化ガラスの熱膨脹係数
    （ＴＣＥ）は上記第２の可結晶化ガラスの熱膨張係数
    （ＴＣＥ）以上であることを特徴とする請求項１に記載
    のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  8. 【請求項８】上記結合剤を焼き尽くすステツプにおける
    上記水蒸気雰囲気内におけるH2/H2Oの比は５×10-5及び
    ２×10-3間に保持されることを特徴とする請求項１に記
    載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  9. 【請求項９】上記第２の温度における上記水蒸気雰囲気
    内におけるH2/H2Oの比は上記導電性金属を僅かに酸化さ
    せる値であることを特徴とする請求項１に記載のガラス
    セラミツク構造体焼成方法。
  10. 【請求項１０】さらに、上記結合剤を焼き尽くすステツ
    プ及び上記緻密化ステツプ間に挿入される乾燥ステツプ
    を含み、上記乾燥ステツプは上記構造体の緻密化を生じ
    させるには不十分な高温において、予め定められた長さ
    の時間だけ上記構造体を還元性雰囲気にさらすステツプ
    を含むことを特徴とする請求項１に記載のガラスセラミ
    ツク構造体焼成方法。
  11. 【請求項１１】上記第１の可結晶化ガラスの組成は重量
    パーセント55〔％〕のSiO2、21.1〔％〕のAl2O3 、22.3
    〔％〕のMgO 、1.3 〔％〕のB2O3及び0.3 〔％〕のP2O5
    を含むことを特徴とする請求項１に記載のガラスセラミ
    ツク構造体焼成方法。
  12. 【請求項１２】上記第２の可結晶化ガラスの組成は上記
    第１の可結晶化ガラスの組成と同じであることを特徴と
    する請求項１に記載のガラスセラミツク構造体焼成方
    法。
  13. 【請求項１３】上記第２の可結晶化ガラスの組成は重量
    パーセント55〔％〕のSiO2、21.23 〔％〕のAl2O3 、20
    〔％〕のMgO 、１〔％〕のB2O3及び2.77〔％〕のP2O5を
    含むことを特徴とする請求項１に記載のガラスセラミツ
    ク構造体焼成方法。
  14. 【請求項１４】上記第１の温度は摂氏690 〔度〕ないし
    750 〔度〕の範囲内にあることを特徴とする請求項１に
    記載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  15. 【請求項１５】上記第２の温度は摂氏900 〔度〕ないし
    1000〔度〕の範囲内にあることを特徴とする請求項１に
    記載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  16. 【請求項１６】複数の上記未焼結シートを設け、さらに
    上記ステツプは、 上記未焼結シートのうちの少なくとも１つを導電性金属
    及び熱分解可能結合剤を含みかつ可結晶化ガラスを含ま
    ない導電性ペーストのパターンにより金属処理するステ
    ツプと、 焼成する前に上記金属処理された未焼結シートを積み重
    ねて積層するステツプとを含むことを特徴とする請求項
    １に記載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  17. 【請求項１７】さらに、上記金属処理するステツプの前
    に上記導電性ペーストの導電性金属を成形するステツプ
    を含み、上記成形ステツプは、CuO の粒子を第２の可結
    晶化ガラスの粒子と混合した後CuO を銅の単体に還元す
    るに十分な時間上記粒子混合物を還元性雰囲気にさらす
    ステツプを含むことを特徴とする請求項１に記載のガラ
    スセラミツク構造体焼成方法。
  18. 【請求項１８】上記水蒸気雰囲気を中性又は還元性雰囲
    気に置き換えるステツプ（Ｃ）の雰囲気は還元性雰囲気
    であることを特徴とする請求項１に記載のガラスセラミ
    ツク構造体焼成方法。
  19. 【請求項１９】上記第２の温度を維持するステツプ
    （Ｄ）の第１部分における雰囲気は中性雰囲気であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載のガラスセラミツク構造
    体焼成方法。
  20. 【請求項２０】導電性ペーストのパターンを有する熱分
    解可能結合剤の中に第１の可結晶化ガラスの少なくとも
    １つの金属処理された未焼結シートを含み、上記金属処
    理された未焼結シートは導電性金属、第２の可結晶化ガ
    ラス及び熱分解可能結合剤を含み、上記パターンは少な
    くとも１つのバイアを含むガラスセラミツク構造体焼成
    方法において、 上記未焼結シートを焼成するステツプを具え、上記未焼
    結シート焼成サイクルステツプは、 （Ａ）中性又は還元性雰囲気を有する炉内において上記
    未焼結シートを第１の温度に予熱することにより上記熱
    分解可能結合剤の熱分解を生じさせるステツプを具え、
    上記第１の温度は上記第１の可結晶化ガラス又は上記導
    電性ペーストを一体化させるには不十分な温度であり、 （Ｂ）上記炉内に水蒸気雰囲気を導入して上記炉内にお
    いて上記未焼結シートを上記第１の温度に加熱すること
    により上記熱分解された結合剤を焼き尽くすステツプ
    と、 （Ｃ）上記水蒸気雰囲気を中性又は還元性雰囲気に置き
    換え、温度を第２の温度に徐々に上昇させることにより
    上記第１のガラス及び上記第２のガラスの緻密化及び結
    晶化を生じさせるステツプと、 （Ｄ）予め定められた時間だけ上記第２の温度を維持す
    ることにより上記少なくとも１つのバイアのシーリング
    を生じさせるステツプを具え、上記予め定められた時間
    の第１の部分においては上記炉内の雰囲気を中性又は還
    元性雰囲気に保持し、上記予め定められた時間の第２の
    部分においては上記の中性又は還元性雰囲気を水蒸気雰
    囲気に置き換え、 （Ｅ）上記構造体を冷却するステツプとを具えることを
    特徴とするガラスセラミツク構造体焼成方法。
  21. 【請求項２１】さらに、冷却する前に上記第２の温度維
    持ステツプ（Ｄ）における上記水蒸気雰囲気内にある間
    に温度を最終温度に上昇させて上記最終温度に保持する
    ことにより、上記第１のガラス及び上記第２のガラスの
    再結晶を生じさせるステツプを含むことを特徴とする請
    求項２０に記載の硝子セラミツク構造体焼成方法。
  22. 【請求項２２】上記第２の温度は上記第１のガラス及び
    上記第２のガラスの再結晶が生ずる最終温度であること
    を特徴とする請求項２０に記載のガラスセラミツク構造
    体焼成方法。
  23. 【請求項２３】焼成後の上記導電性ペーストは、体積パ
    ーセント30〔パーセント〕ないし50〔パーセント〕の導
    電性金属及び70〔パーセント〕ないし50〔パーセント〕
    のガラスセラミツクを含むことを特徴とする請求項２０
    に記載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  24. 【請求項２４】上記冷却ステツプは、水蒸気雰囲気内に
    おいて上記第２の温度を下回る温度に上記構造体を冷却
    し、次に上記水蒸気雰囲気を中性雰囲気に置き換えて室
    温まで冷却するステツプを含むことを特徴とする請求項
    ２０に記載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  25. 【請求項２５】上記第１の可結晶化ガラス及び上記第２
    の可結晶化ガラスはコーデイエライトを含むことを特徴
    とする請求項２０に記載のガラスセラミツク構造体焼成
    方法。
  26. 【請求項２６】上記第１の可結晶化ガラスの熱膨脹係数
    （ＴＣＥ）は、上記第２の可結晶化ガラスの熱膨張係数
    （ＴＣＥ）以上であることを特徴とする請求項２０に記
    載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  27. 【請求項２７】上記結合剤を焼き尽くすステツプにおけ
    る上記水蒸気雰囲気内のH2/H2Oの比は、５×10-5及び２
    ×10-3間に保持されることを特徴とする請求項２０に記
    載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  28. 【請求項２８】上記第２の温度における上記水蒸気雰囲
    気内のH2/H2Oの比は上記導電性金属を僅かに酸化させる
    値であることを特徴とする請求項２０に記載のガラスセ
    ラミツク構造体焼成方法。
  29. 【請求項２９】さらに、上記結合剤を焼き尽くすステツ
    プ及び上記緻密化ステツプ間に挿入される乾燥ステツプ
    を含み、上記乾燥ステツプは、上記構造体の緻密化を生
    じさせるには不十分な高温において予め定められた長さ
    の時間だけ上記構造体を還元性雰囲気にさらすステツプ
    を含むことを特徴とする請求項２０に記載のガラスセラ
    ミツク構造体焼成方法。
  30. 【請求項３０】上記第１の可結晶化ガラスの組成は、重
    量パーセント55〔％〕のSiO2、21.1〔％〕のAl2O3 、2
    2.3〔％〕のMgO 、1.3 〔％〕のB2O3及び0.3 〔％〕のP
    2O5を含むことを特徴とする請求項２０に記載のガラス
    セラミツク構造体焼成方法。
  31. 【請求項３１】上記第２の可結晶化ガラスの組成は上記
    第１の可結晶化ガラスの組成と同じであることを特徴と
    する請求項２０に記載のガラスセラミツク構造体焼成方
    法。
  32. 【請求項３２】上記第２の可結晶化ガラスの組成は、重
    量パーセント55〔％〕のSiO2、21.23〔％〕のAl2O3 、2
    0〔％〕のMgO 、１〔％〕のB2O3及び2.77〔％〕P2O5を
    含むことを特徴とする請求項２０に記載のガラスセラミ
    ツク構造体焼成方法。
  33. 【請求項３３】上記第１の温度は、摂氏690 〔度〕ない
    し750 〔度〕の範囲内にあることを特徴とする請求項２
    ０に記載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  34. 【請求項３４】上記第２の温度は、摂氏900 〔度〕ない
    し1000〔度〕の範囲内にあることを特徴とする請求項２
    ０に記載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  35. 【請求項３５】上記水蒸気雰囲気を中性又は還元性雰囲
    気に置き換えるステツプ（Ｃ）の雰囲気は還元性雰囲気
    であることを特徴とする請求項２０に記載のガラスセラ
    ミツク構造体焼成方法。
  36. 【請求項３６】上記第２の温度維持ステツプ（Ｄ）の第
    １部分における雰囲気は中性雰囲気であることを特徴と
    する請求項２０に記載のガラスセラミツク構造体焼成方
    法。
  37. 【請求項３７】熱分解可能結合剤中に第１の可結晶化ガ
    ラスの複数の金属処理され積み重ねられ積層された未焼
    結シートを含み、上記金属処理された未焼結シートの少
    なくとも１つは導電性金属、第２の可結晶化ガラス及び
    熱分解可能結合剤を含む導電性ペーストのパターンを有
    し、上記パターンは少なくとも１つのバイアを含み、少
    なくとも１つの上記金属処理された未焼結シートは導電
    性金属、熱分解可能結合剤を含むが可結晶化ガラスは含
    まない導電性ペーストのパターンを有するガラスセラミ
    ツク構造体焼成方法において、 上記未焼結シートを焼成するステツプを具え、上記未焼
    結シート焼成サイクルステツプは、 （Ａ）中性又は還元性雰囲気を有する炉内において上記
    未焼結シートを第１の温度に予熱することにより上記熱
    分解可能結合剤の熱分解を生じさせるステツプを具え、
    上記第１の温度は上記第１の可結晶化ガラス又は上記導
    電性ペーストを一体化させるには不十分な温度であり、 （Ｂ）上記炉内に水蒸気雰囲気を導入して上記炉内にお
    いて上記未焼結シートを上記第１の温度に加熱すること
    により上記熱分解された結合剤を焼き尽くすステツプ
    と、 （Ｃ）上記水蒸気雰囲気を中性又は還元性雰囲気に置き
    換えて温度を第２の温度に徐々に上昇させることにより
    上記第１のガラス及び上記第２のガラスの緻密化及び結
    晶化を生じさせるステツプと、 （Ｄ）予め定められた時間だけ上記第２の温度を維持す
    ることにより上記少なくとも１つのバイアのシーリング
    を生じさせるステツプを具え、上記予め定められた時間
    の第１の部分においては上記炉内の雰囲気を中性又は還
    元性雰囲気に保持し、上記予め定められた時間の第２の
    部分においては上記中性又は還元性雰囲気を水蒸気雰囲
    気に置き換え、 （Ｅ）上記構造体を冷却するステツプとを具えることを
    特徴とするガラスセラミツク構造体焼成方法。
  38. 【請求項３８】さらに、冷却する前に上記第２の温度維
    持ステツプ（Ｄ）における上記水蒸気雰囲気内にある間
    に温度を最終温度に上昇させて上記最終温度に保持する
    ことにより上記第１のガラス及び上記第２のガラスの再
    結晶を生じさせるステツプを含むことを特徴とする請求
    項３７に記載のガラスセラミツク構造体焼成方法。
  39. 【請求項３９】上記第２の温度は上記第１のガラス及び
    上記第２のガラスの再結晶が生ずる最終温度であること
    を特徴とする請求項３７に記載のガラスセラミツク構造
    体焼成方法。
  40. 【請求項４０】上記水蒸気雰囲気を中性又は還元性雰囲
    気に置き換えるステツプ（Ｃ）の雰囲気は還元性雰囲気
    であることを特徴とする請求項３７に記載のガラスセラ
    ミツク構造体焼成方法。
  41. 【請求項４１】上記第２の温度維持ステツプ（Ｄ）の第
    １の部分における雰囲気は中性雰囲気であることを特徴
    とする請求項３７に記載のガラスセラミツク構造体焼成
    方法。
JP4024810A 1991-03-20 1992-01-14 ガラスセラミツク構造体焼成方法 Expired - Lifetime JPH0676245B2 (ja)

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