JPH06191922A - セラミック材料中の金属構造体の緻密化挙動の制御方法 - Google Patents

セラミック材料中の金属構造体の緻密化挙動の制御方法

Info

Publication number
JPH06191922A
JPH06191922A JP5221534A JP22153493A JPH06191922A JP H06191922 A JPH06191922 A JP H06191922A JP 5221534 A JP5221534 A JP 5221534A JP 22153493 A JP22153493 A JP 22153493A JP H06191922 A JPH06191922 A JP H06191922A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal structure
ceramic material
sintering
carbonaceous
ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP5221534A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0825800B2 (ja
Inventor
Raschid J Bezama
ラシド・ホセ・ベサーマ
Donald R Wall
ドナルド・レネイ・ウオール
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of JPH06191922A publication Critical patent/JPH06191922A/ja
Publication of JPH0825800B2 publication Critical patent/JPH0825800B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/74—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing shaped metallic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/063—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
    • C04B38/0635—Compounding ingredients
    • C04B38/0645—Burnable, meltable, sublimable materials
    • C04B38/068—Carbonaceous materials, e.g. coal, carbon, graphite, hydrocarbons

Abstract

(57)【要約】 【構成】 少なくとも１つの金属構造体をその中に持つ
未焼結セラミック材料を得、少なくとも金属構造体にあ
らかじめ決めた量の炭素質材料を付与し、セラミック材
料及び金属構造体をセラミック材料の焼結を起こすに十
分なあらかじめ決めた温度に加熱する段階からなり、こ
の金属構造体は炭素質材料の存在によりあらかじめ決め
た温度における緻密化が少なくとも一部分抑制される、
セラミック材料中の金属構造体の緻密化作用の抑制方
法。 【効果】 本発明によれば、セラミック材料中の焼成し
た金属成分の物理的特性決定の最適化のため炭素質残留
物のいくらか又はすべてをその後に酸化的雰囲気を用い
てあらかじめ決めた温度で除去するもので、その際金属
構造体のゆがみ及び整合に悪い影響を与えない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は一般に嵩高セラミック材料中の金
属構造体（metallic feature）に関し、そしてより詳し
くは、金属構造体にその焼結を抑制するかなりの量の炭
素質材料を配合することによるセラミック材料中の金属
構造体の緻密化挙動を抑制する方法に関する。本発明は
一般にセラミック材料中の金属構造体への適用性を持つ
一方、それは特に電子工学装置への応用のためセラミッ
ク基板における金属性のスクリーン印刷された導線（me
tallic sereened line）又はバイアに適用される。従っ
て議論を明快にするためだけの目的で、本発明の残りの
議論をセラミック基板中の金属バイアに絞って行うこと
にする。
【０００２】セラミック基板における金属充填バイア及
び／又はスクリーン印刷された導線の使用及びそれらの
製造のための焼結方法は半導体パッケージング技術にお
いてよく知られており、例えばHerron等、米国特許４,
２３４,３６７において示されるところで、その開示は
参照により本明細書に組み入れる。最近においては、い
っそうの関心が金属及びセラミックの間の収縮速度の不
釣合いに伴う問題並びにバイアの「開口（opens）」の
始まり、特に高い回路密度の適用においてバイア直径を
１００ミクロン以下に小さくした場合のそれに向けられ
ている。そのような問題の議論はHerron等、米国特許
４,７７６,９７８に示されており、その開示は参照によ
り本明細書に組み入れる。
【０００３】引用した４,７７６,９７８特許に述べられ
ているように、バイアペースト中の銅のような金属粒子
は焼結サイクルの最初の段階で焼結を受けて厚膜パター
ン（同じくペーストからなる）の付随する収縮を起こ
し、一方セラミック及びガラス粒子（バイアを含むセラ
ミック基板の）は焼結サイクルの中間及び最終段階で焼
結を受けてその特徴的な収縮を起こす。金属粒子の焼結
の開始を少なくとも焼結サイクルの中間段階まで遅らせ
る１つの方法は金属粒子を高融点材料例えば酸化アルミ
ニウムと一緒に厚膜中に散在させることである。
【０００４】前述の一般化された考察はかなり長い間こ
の技術分野で知られており、そして前述の収縮及び関連
する問題を解決する技術の基礎となるものであるが、増
加した回路密度及び同時に約８５〜１００ミクロンのバ
イア直径を持つセラミック基板における金属充填バイア
及び／又はスクリーン印刷された導線の必要を満たすた
めにはよりすぐれたそして詳細な研究方法が要求され
る。又、焼結により減少した収縮を示すか又は収縮がな
く、焼成した金属導電性構造体が良好な導電性を維持し
て製品の仕様に適合する次世代のセラミックパッケージ
に使用するように適合させることができる金属型ペース
ト混合物をつくり出すことも望まれている。
【０００５】次の参考文献は収縮及びその他の問題を解
決することを試みた従来技術を例示する。Herron等、米
国特許４,６７１,９２８は有機物質を用いる銅粒子のコ
ーティングを教えている。コートした銅粒子はペースト
中に混合され、そしてセラミック嵩高材料と一緒に同時
焼成される。銅粒子上のコーティングは焼結サイクルの
熱分解段階の間に熱分解されて炭素質残留物になる。炭
素質残留物は銅粒子の焼結を遅らせ、その結果それは酸
化性雰囲気が導入されて焼結サイクルのバインダー燃え
尽き段階になり、炭素質材料が除かれるまで緻密化が始
まらない。一旦炭素質残留物が除かれると銅粒子は容易
に緻密化され得る。実際には、銅粒子はセラミック材料
が焼結する前に緻密化されることが可能である。
【０００６】Siuta、米国特許４,５９４,１８１は焼結
の間における銅のセラミック基板に対するよりよい収縮
適合を実現するため無水揮発性有機溶剤中の有機金属化
合物の溶液中の銅粒子の分散を教えている。Beil、米国
特許４,０２０,２０６は金粒子、ガラスバインダー及び
耐火性粒子からなるバイア用厚膜ペーストを開示してい
る。耐火性粒子中ではとりわけ金属炭化物例えば炭化ケ
イ素である。耐火性粒子の目的はそれらが金ペーストの
焼結温度で溶融しないためバイアの容量収縮を５％以下
に減らす役割をすることである。Reed、米国特許４,９
６４,９４８は一般に銀フレーク、カーボンブラック及
びヒュームドシリカからなる導電性インキを開示してい
る。
【０００７】本発明の目的はセラミック材料中の金属構
造体からなる複合構造物の焼結方法であって、その中で
金属構造体はセラミック材料の焼結の間減少した収縮を
示すそれに関する。本発明の他の目的は多孔質セラミッ
ク材料中の金属構造体からなる複合構造物の焼結方法で
あって、この場合金属構造体は低収縮の（又は収縮とし
ない）多孔質セラミック材料の焼結の間減少した収縮を
示し（又は収縮がなく）、そして金属収縮はその後にお
いて金属部品の導電性の最適化のため多孔質セラミック
材料の安定化の後促進されることができる。本発明のこ
れらの及びその他の目的は次の本発明の記述を考慮する
ことによりいっそう明らかになるであろう。
【０００８】
【発明の要約】本発明の目的は少なくとも１つの金属構
造体をその中に持つ未焼結セラミック材料を得、少なく
とも金属構造体にあらかじめ決めた量の炭素質材料を付
与し、セラミック材料及び金属構造体をセラミック材料
の焼結を起こすに十分なあらかじめ決めた温度に加熱す
る段階からなり、この金属構造体は炭素質材料の存在に
よりあらかじめ決めた温度における緻密化が少なくとも
一部分抑制される、セラミック材料中の金属構造体の緻
密化作用の制御方法を提供することにより実現される。
【０００９】本発明の重要な態様はセラミック材料中の
焼成した金属成分の物理的特性決定の最適化のため炭素
質残留物のいくらか又はすべてをその後に酸化的雰囲気
を用いてあらかじめ決めた温度で除去し、その際金属構
造体のゆがみ及び整合に悪い影響を与えないことであ
る。
【００１０】
【発明の詳細な記述】すべての未焼結の（すなわちグリ
ーンの）セラミック材料は焼結サイクルを通じて処理さ
れて未焼結状態においてセラミック材料をまとめて保持
するバインダー材料を除去しそしてセラミック粒子の焼
結を起こさせる。焼結は嵩高バインダー材料を及び任意
の他の存在する有機物質を熱分解及び揮発により除去す
るに必要な温度よりはるかに高い温度で起こる。焼結の
段階自体は通常拡散機構による表面部分の除去である。
焼結が進行するためには隣接するセラミック粒子の間で
ネック生長（neck growth）が起こることが必要であ
る。しかしながら、ある種の焼結機構、すなわち粒界拡
散及び格子拡散はネック生長及び緻密化が起こり、これ
に対して他の機構すなわち表面拡散はネック生長が起こ
るが緻密化を伴わない。従って、緻密化は完成品に望ま
れる気孔率の程度により起こることも又は起こらないこ
ともある。実際には、適当な焼結遅延剤が存在する場
合、ほとんど緻密化なしに焼結を完了させることができ
る。
【００１１】典型的な焼結サイクルは存在する有機バイ
ンダー材料及びその他の有機材料のいずれもが熱分解及
び揮発により除去される熱分解段階からなる。必然的に
いくらかの量の炭素質残留物が後に残る。その後、温度
を適当な雰囲気中でより高温に上げて炭素質残留物を除
き、その後セラミック嵩高残留物並びに存在するすべて
の金属構造体を同様に焼結させる。
【００１２】電子工学装置への応用に使用される金属構
造体（例えば導線及び／又はバイア）を含む工業用セラ
ミック材料にとっては正確な焼結サイクルが必要であ
る。そのような従来技術の焼結サイクルを図１に示す、
セラミック材料及び金属構造体からなる複合構造物は最
初に湿潤窒素雰囲気中で熱分解を受け、そこでセラミッ
ク材料及び金属構造体のポリマーバインダー、並びに他
の有機物質例えば可塑剤、溶剤なども同様に熱分解され
て炭素質残留物になる。温度が熱分解のため上昇した
後、雰囲気を湿潤水素に変え、そして複合構造物をその
温度に保って炭素残留物を燃え尽きさせる。この機構は
よく知られている。簡単に云うと、炭素質残留物は水蒸
気と結合して水素及び一酸化炭素を形成し、複合構造物
から逃れ出る。バインダー燃え尽きと称するこの段階の
能率の如何により、炭素はほとんど又は全く残らない。
その後雰囲気を不活性又は還元性雰囲気に変え、そして
温度をいっそう高温に上げると、そこでセラミック材料
の焼結が起こる。金属構造体中に存在する金属の如何に
より、金属構造体はもっと早い時期の温度で焼結され、
その結果セラミック材料と金属構造体との間に収縮差異
を生じることがある。
【００１３】従来技術においては、すべての炭素質残留
物がバインダー燃え尽きの間にセラミック材料及び金属
構造体から除去されることを認識しなければならない。
しかしながら、本発明者は金属構造体がバインダー燃え
尽き後そしてセラミック材料が焼結される時点まで、す
なわちセラミック材料がその強度特性を実現するまでい
くらかの炭素質材料を含む場合、金属構造体は少なくと
も一部分が焼結を抑制される。金属構造体が焼結を抑制
される程度は存在する炭素質材料の量の如何によるであ
ろう。
【００１４】次に図２に、本発明にとって有用な焼結サ
イクルを示す。焼結サイクルの第一区分においては、複
合構造物はわずかに酸化性雰囲気例えば湿潤Ｎ（すなわ
ちＮ 2プラス水蒸気）中で熱分解を受ける。しかしなが
ら、バインダー燃え尽きを受ける代わりに、雰囲気を非
酸化性雰囲気例えばＮ2中Ｈ2に切り替え、そして温度を
セラミックが焼結される温度範囲まで上げる。セラミッ
ク材料及び金属構造体は焼結されるが、炭素残留物の存
在のため限定された緻密化の不整合を生じることがあ
る。従って、本発明のこの具体化においてはセラミック
にとっていくらかの割合で相互接続された気孔を含み、
その結果焼結後、いかなる残留炭素もセラミックから除
去し得ることが有用である。これは例えば、反応装置に
水蒸気を導入することにより焼結雰囲気の酸化能を増加
することにより実現される。このようにして、セラミッ
ク材料及び金属構造体にある炭素は残留物は燃え尽き、
そして金属構造体は緻密化する。次いで温度を室温まで
下げる。
【００１５】評価されるように、本発明の特異な態様は
炭素質物質が金属構造体の焼結を抑制する機能を果した
後、炭素質物質の一部又は全部が除去されることであ
る。従って本発明の焼結抑制剤は性質が一次的であり、
これは一旦それらが十分に焼結されると、金属構造体中
の永久的な外来成分が減少するため有利なことである。
炭素を、その有用性がなくなった後に除去するこの方法
は、金属構造体の物理的及び電気的性質を最適化するよ
うに調節することができる。
【００１６】上述の具体化で多孔質セラミックを選択す
る場合、その多孔性は既知の方法のいずれによっても実
現することができる。例として挙げれば、一つの方法は
焼結がセラミック材料中で実現される程度を遅延させる
焼結遅延剤を使用することであるが、これのみに限定さ
れるものではない。通常の焼結遅延剤はセラミック材料
より高い焼結温度を持つそれである。一つのそのような
組合わせはガラスセラミック材料中のアルミナである。
多孔質セラミックは理論値の９０％より低い焼結後密度
を持つそれと定義することができる。
【００１７】次に図３に示すように、別の焼結サイクル
を利用することができる。セラミック材料及び金属構造
体の複合構造物は最初に前述のわずかに酸化性雰囲気中
で熱分解される。ここでしかしながら、温度は熱分解後
バインダー燃え尽きが起こる時間までの間保持される。
セラミック材料に関しては、バインダー燃え尽きが完了
して実質的にすべて炭素質残留物が除去される。金属構
造体に関しては、いくらかの炭素質残留物がバインダー
燃え尽き後に残る。これはいくつかの方法により達成さ
れ、その２つの例を次に示す。第一の例は金属構造体が
ポリマーマトリックスの外に炭素質材料例えば黒鉛又は
カーボンブラックを含み、この物はポリマーマトリック
スが燃え尽きることができた後においてさえも、バイン
ダー燃え尽き後少なくとも一部分は残存する。第二の例
はバインダーとして２つの異なるポリマー材料を選ぶこ
とであり、その中でセラミック材料マトリックスのポリ
マー材料は金属構造体マトリックスのポリマー材料より
きれいに熱分解され、その結果バインダーの燃え尽き後
いくらかの炭素質残留物が金属構造体の中に残ってその
焼結を抑制する。
【００１８】次に図３に示すように、雰囲気を非酸化性
雰囲気に変え、そして温度をセラミック材料が焼結され
る温度範囲を通して上げる。セラミック材料は、セラミ
ックの緻密化作用が可能な無収縮状態に近付きそしてそ
れにぴったり適合するようにこの非酸化性雰囲気中で焼
結される一方金属構造体中の炭素質物質は金属構造体の
焼結を抑制する。一旦セラミック材料が焼結されそして
その強度特性が実現されると、雰囲気を酸化性雰囲気に
変えることができ、そして金属構造体中に残る炭素質物
質の一部又は全部を除去することができる。同じ焼結温
度を保ちならが、次に金属構造体は追加の焼結そしてお
そらく追加の緻密化を受け、その結果焼成導電体の物理
的性質が前述のように改善される。
【００１９】本発明のこの具体化にとって、セラミック
は多孔質でも非多孔質でもよい。金属構造体中の炭素質
物質の最終燃え尽きにより生じる水素及び一酸化炭素生
成物ガスの気孔拡散により除去が容易である点で多孔質
セラミックの方がいくらか好ましい。本発明に有用な他
の焼結グラフを図４に示す。このグラフはセラミック材
料を高温で焼結するまでは図３と本質において同じであ
る。しかしながらこの場合においては、その時温度をバ
インダー燃え尽き温度範囲を下回るまで下げ、そして雰
囲気を酸化性雰囲気例えば湿潤水素に変える。この部分
は本質的に第二のバインダー燃え尽きである。炭素質残
留物が除かれた後、雰囲気を非酸化性雰囲気に変え、そ
して温度を再びセラミック材料の焼結に必要な温度に上
げる。しかしながら今回の場合は、緻密化と同時にそれ
らの物理的特性の最適化を受けるのは金属構造体であ
る。
【００２０】今記述した焼結グラフにとっては再び、金
属粒子の炭素質材料が焼結サイクルの第二のバインダー
燃え尽き区分の間多孔質セラミック体を通って反応体ガ
スに接近し易いようにセラミック材料は多孔質であるこ
とが好ましい。金属構造体中に第二の焼結抑制剤を含ま
せるのが有用であることも見出した。そのような焼結抑
制剤はアルミナ又はアルミナ形成化合物例えばアルミン
酸銅であることができる。この第二の焼結阻害剤はバイ
ンダー燃え尽きが起こるような低温で金属構造体の焼結
を抑制するために有用であるが、しかしながら高温例え
ばセラミック材料の焼結が起こるような場合、この焼結
抑制剤は余り有効でない。
【００２１】図４に示す焼結グラフにおいては、この第
二の焼結抑制剤を含ませることが特に有効であることを
見出した。セラミック材料の焼結温度においては、第二
の抑制剤は効果がないが、金属構造体中には炭素質物質
が存在して金属構造体の焼結を防ぐ。温度が下がって金
属構造体のバインダー燃え尽きが再び始まると、炭素質
物質は除かれ、その結果高温において金属構造体の焼結
を防ぐ抑制剤も除かれる。しかしながら、第二の抑制剤
の存在はこの温度で起こり得る如何なる金属構造体の焼
結も遅らせる。一旦温度が再びセラミック材料の焼結温
度に上昇すると、第二の抑制剤はその有効性を失い、そ
して金属構造体の焼結は進行することができる。
【００２２】第二の焼結抑制剤は金属構造体中の金属の
本来の緻密化温度が炭素を除去するに必要な温度より低
い場合もっとも望ましい。例えば銅をガラスセラミック
材料中の金属として使用する場合、バインダー燃え尽き
温度は約７００〜８００℃であり、これは銅の本来の緻
密化温度より十分に上である。従って、第二の焼結抑制
剤の銅及び炭素質物質との併用は図４の焼結グラフにお
いて有効であることが期待される。一方モリブデンをア
ルミナ材料中の金属として使用する場合、バインダー燃
え尽き温度は約１０００〜１２００℃であり、これはモ
リブデンの本来の緻密化温度より低い。従って第二焼結
抑制剤のモリブデン及び炭素質物質との併用は図４の焼
結グラフにおいては必要でない。
【００２３】本発明の好ましい適用を図５Ａ及び５Ｂに
例示する。基板１０はセラミック材料１２及び金属バイ
ア１４を含む。捕獲パッド（capture pads）１６はデカ
ル法（decal technology）により取り付けた。デカルは
金属導線及びパッドを担体シートの上に付着させ、次い
でこれらの導線及びパッドを写真石版法により限定する
ことである。次にデカルを基板例えば未焼結シートの上
に置き、そして担体シートを除く。このデカルは、とり
わけ固体金属導線及びパッドをつくることができる点で
有利である。図５Ａはセラミック材料１２は焼結された
がバイア１４は焼結させる前である基板１０を示す。バ
イア１４には炭素質物質１８が存在し、これがバイア１
４の焼結を防いだ。好ましくは、セラミック１２は小孔
２０を持つことがある。バイア１４中の炭素質物質１８
が上述のいずれかの方法で除去された後、バイア１４を
焼結することができる。その結果得られる基板１０を図
５Ｂに示す。パッド１６は固体金属であり、それらは焼
結工程の間焼結しない。しかしながら、バイア１４は当
初ペーストであり、焼結の間にかなりの収縮を起こし、
バイア１４とセラミック１２との間にギャップ２２を生
じる。バイア１４はパッド１６への末端において固定さ
れるようになり、それにより基板１０の物理的及び電気
的完全性が確保される。この例示においてはデカルが捕
獲パッドとして使用されるが、それはバイア充填ペース
トと同様のペーストを使用するスクリーン印刷された導
線で同様に実証することができる。
【００２４】最初に述べたように本発明は一般にセラミ
ック材料及び金属構造体の多くの組合わせに適用可能で
あると信じられる。セラミック材料は例えばアルミナ、
ムライト、ガラスプラスセラミック例えばセラミック添
加剤を含むホウケイ酸ガラス及びガラスセラミック例え
ばコーディエライトであることができるが、これに限定
されない。金属構造体の金属は低温焼成セラミックにお
けるパラジウム、金、銀又は銅及びより耐火性セラミッ
クにおけるタングステン又はモリブデンであることがで
きるが、これに限定されない。
【００２５】本発明のもっとも好ましい具体化において
は、セラミックはKumar、米国特許４,３０１,３２４に
開示されたコーディエライト及びスポジューメンガラス
セラミック材料から選択することができる。他のガラス
セラミック材料は、例えばユークリプタイト及びアノー
サイトを含む。好ましい金属構造体用金属は銅である。
ガラスセラミック材料はガラスとして始まるが、加熱に
より失透しそして少なくとも一部分は結晶化するように
なると理解されている材料の種類である。いくつかの例
を表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】金属構造体中の炭素質物質の正確な量はセ
ラミック及び金属材料の如何により変化する。銅金属構
造体を使用する好ましいガラスセラミック材料にとって
は、炭素質物質は金属構造体中にセラミックの焼結の時
点において少なくとも約１０００〜２５００ppm（百万
当たり部）の量で存在すべきであることが知られてい
る。本発明の目的及び利点は次の実施例を参照すること
によりいっそう明らかになるであろう。
【００２８】
【実施例】本発明の有効性を実証するためいくつかの試
料をつくった。すべての試料は基本的にエチルセルロー
スバインダーと混合した銅粒子及び標準有機添加剤例え
ば可塑剤、流れ調整剤及び溶剤からなる。実施例１にお
いては銅粒子を０〜４００ppmで変動するアルミナでコ
ートした。実施例２及び３は試料の全固体含量に基づい
て約０.５重量％のアルミン酸銅（アルミナ形成化合
物）を含んでいた。実施例４は追加の成分を含まなかっ
た。次に混合物を圧縮してペレットにしそして焼結し
た。その結果を以下に示す。
【００２９】実施例１ 数個の試料を第一のバインダー燃え尽き部分がないこと
を除いて図４に示す焼結グラフと同様に焼結した。従っ
て、試料を湿潤窒素中で室温から約４５０℃まで上げ、
この時雰囲気をＮ2中の１％Ｈ2に切り替え、そして温度
を約９７５℃に上げた。この温度に約２時間保った後温
度を約７２０℃に下げた。雰囲気をＨ2＋水蒸気に切り
替えそして７２０℃でバインダー燃え尽きのため約２０
時間保った。次いで雰囲気をＮ2中の１％Ｈ2に切り替
え、温度を約９７５℃に上げそしてそれに約２時間保
ち、次いで室温に冷却して下げた。試料の分析の結果試
料中に残った残留炭素は約２５ppmであり、そして試料
は理論密度の９０＋％に緻密化されたことが示された。
【００３０】実施例２ 数個の試料を湿潤Ｎ2中で約４５０℃に上げて焼結し、
次いで雰囲気をＮ2中の１％Ｈ2に切り替え、そして温度
を約９７５℃に上げ、この温度に２時間保ち次いで室温
まで冷却して下げた。このようにして試料は熱分解を受
けたが、バインダー燃え尽きは起こらなかった。試料の
分析の結果それらの炭素含量はおよそ１５５０ppmであ
り、そしてそれらの密度は理論密度の約５９％であるこ
とが示された。それらの未焼成状態における始発密度は
理論密度の５８〜５９％を記録した。従って、この試料
は最小限の緻密化を示しており、この事はこの比較的小
濃度の炭素質物質が焼結を抑制し、そして長時間融点付
近に保った場合でさえ銅プリフォームの収縮を事実上止
めたことを示している。
【００３１】実施例３ 単一の試料を湿潤Ｎ2の雰囲気中で温度を約７２０°に
上げて焼結した。その後雰囲気をＮ2中の１％Ｈ2に切り
替え、そして温度を９７５℃に上げて２時間保ち、次い
で室温に冷却して下げた。この時炭素含量を測定しなか
ったが、過去の経験に基づいて試料は約１５００ppmの
炭素を持つと思われる。この焼結サイクルを繰り返し
た。第二焼結サイクルの後試料を測定して１０００ppm
の炭素及び理論値の７４％の密度を持っていた。この試
料は実施例２より低い炭素含量及び高い密度を持つと信
じられ、なぜなら実施例３は本質的に２回の熱分解区分
を受けているからである。熱分解区分は炭素質残留物を
除去する点でバインダー燃え尽き区分程能率的ではない
が、いくらかの炭素質残留物を除去することができる。
【００３２】実施例４ この実施例の単一の試料を湿潤Ｎ2中で加熱して温度を
約４５０℃に上げ、次いで室温まで冷却して下げた。次
いで試料を膨張計に除去し、そこで温度をＮ2中１％Ｈ2
の雰囲気中で約９７５℃に上げ、そしてそれに２時間保
ち、次いで室温まで冷却して下げた。試料を分析して１
３７６ppm炭素の炭素含量及び理論値の６３.７％の密度
を持つことが認められた。未焼結状態における試料の密
度は理論密度の６２％であった。このデータは炭素残留
物の存在の結果実施例２と同様に本質的に試料の緻密化
が起こらなかったことを示している。当業者にとって、
この開示を参照してここに特別に記述した具体化を超え
る本発明の他の変更を、本発明の思想を逸脱することな
くなし得ることは明白なことである。従って、そのよう
な変更は添付の特許請求の範囲によってのみ限定される
本発明の範囲内にあるとみなすものである。
【００３３】以上、本発明を詳細に説明したが、本発明
はさらに次の実施態様によってこれを要約して示すこと
ができる。 １． 少なくとも１つの金属構造体をその中に有する未
焼結セラミック材料を得、少なくとも金属構造体にあら
かじめ決めた量の炭素質材料を付与し、セラミック材料
及び金属構造体をセラミック材料の焼結を起こすに十分
なあらかじめ決めた温度に加熱する段階からなり、この
金属構造体は炭素質材料の存在によりあらかじめ決めた
温度における緻密化が少なくとも一部分抑制される、セ
ラミック材料中の金属構造体の緻密化挙動の制御方法。 ２． セラミック材料にあらかじめ決めた量の炭素質材
料が付与される前項１記載の方法。
【００３４】３． さらに、セラミック材料を焼結する
前に炭素質材料をセラミック材料から除去し、そして炭
素質材料を金属構造体から一部分除去する段階からなる
前項２記載の方法。 ４． さらに、セラミック材料を焼結した後に炭素質材
料をセラミック材料及び金属構造体から除去する段階か
らなる前項２記載の方法。 ５． さらに、セラミック材料を焼結した後に炭素質材
料を金属構造体から除去し、そして金属構造体をその緻
密化を起こさせるように焼結する段階からなる前項１記
載の方法。 ６． セラミック材料が焼結後理論密度の９０％より低
い密度を持つ前項５記載の方法。
【００３５】７． 金属構造体がバイア又は導線である
前項１記載の方法。 ８． セラミック材料が焼結後理論密度の９０％より低
い密度を持つ前項１記載の方法。 ９． 金属構造体がアルミナ又はアルミナ形成化合物を
含む前項１記載の方法。 １０． 少なくとも１つの金属構造体をその中に有する
未焼結セラミック材料を得、ここでこのセラミック材料
はポリマーマトリックス中のセラミック粒子からなり、
この金属構造体はポリマーマトリックス中の金属粒子か
らなるものとし；セラミック材料及び金属構造体のポリ
マーマトリックスをつくるポリマー材料を酸化性雰囲気
中で熱分解し、ここでこの金属構造体は熱分解後あらか
じめ決めた量の炭素質材料を含むものとし；そしてセラ
ミック材料及び金属構造体をセラミック材料の焼結を起
こさせるに十分なあらかじめ決めた温度に非酸化性雰囲
気中で加熱し、ここでこの金属構造体は炭素質材料の存
在によりあらかじめ決めた温度で緻密化されるのを少な
くとも一部分抑制される、段階からなるセラミック材料
中の金属構造体の緻密化挙動の制御方法。
【００３６】１１． セラミック材料が熱分解後そのポ
リマーマトリックスの熱分解からのあらかじめ決めた量
の炭素質材料を含む前項１０記載の方法。 １２． さらに熱分解及び加熱の間に、セラミック材料
のポリマーマトリックスからの炭素質残留物を酸化性雰
囲気中で燃え尽きさせ、そして金属構造体のポリマーマ
トリックスからの炭素質残留物を少なくとも一部分燃え
尽きさせる段階からなる前項１１記載の方法。 １３． セラミック材料及び金属材料のポリマーマトリ
ックスがセラミック材料のポリマーマトリックスからな
るポリマー材料が金属構造体のポリマーマトリックスか
らなるポリマー材料よりきれいに燃えるように異なるポ
リマー材料からなるものである前項１２記載の方法。 １４． 少なくとも１つの金属構造体をその中に有する
未焼結材料を得る段階において、この金属構造体がポリ
マーマトリックスの外にさらに炭素質材料を含む前項１
２記載の方法。
【００３７】１５． 追加の炭素質材料が黒鉛又はカー
ボンブラックである前項１４記載の方法。 １６． さらに、セラミック材料の焼結後金属構造体か
らの炭素質材料の残りを、雰囲気を酸化性雰囲気に変え
そして炭素質材料を燃え尽きさせることにより除去し；
そして金属構造体をその緻密化を起こさせるように焼結
する段階からなる前項１２記載の方法。 １７． セラミック材料が焼結後理論密度の９０％より
低い密度を持つ前項１６記載の方法。 １８． セラミック材料を非酸化性雰囲気中で焼結した
後加熱の段階の間に雰囲気を酸化性雰囲気に変え、そし
てセラミック材料及び金属構造体のポリマーマトリック
スからの炭素質残留物を燃え尽きさせ、そして次に金属
構造体を焼結する前項１１記載の方法。 １９． セラミック材料が焼結後理論密度の９０％より
低い密度を持つ前項１８記載の方法。
【００３８】２０． さらに、セラミック材料の焼結後
金属構造体からの炭素質材料の残りを、雰囲気を酸化性
雰囲気に変えそして炭素質材料を燃え尽きさせることに
より除去し；そして金属構造体をその緻密化を起こさせ
るように焼結する段階からなる前項１０記載の方法。 ２１． さらに加熱段階の後、温度を焼結温度より下に
下げ、雰囲気を酸化性雰囲気に変え、そしてセラミック
材料及び金属構造体のポリマーマトリックスからの炭素
質残留物を燃え尽きさせる段階からなる前項１０記載の
方法。 ２２． 金属構造体がバイア又は導線である前項１０記
載の方法。 ２３． セラミック材料が焼結後理論密度の９０％より
低い密度を持つ前項１０記載の方法。 ２４． 金属構造体がアルミナ又はアルミナ形成化合物
を含む前項１０記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の焼結グラフである。
【図２】本発明の方法に有用な焼結グラフである。
【図３】本発明の方法に有用な焼結グラフである。
【図４】本発明の方法に有用な焼結グラフである。
【図５】本発明の好ましい具体化の部分断面図であり、
Ａはセラミック材料が焼結された後で金属構造体が焼結
される前を示し、Ｂは金属構造体が焼結された後の最終
構造を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド・レネイ・ウオール アメリカ合衆国ニユーヨーク州12590．ウ オツピンガーズフオールズ．バーバラドラ イブ18

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの金属構造体をその中に
    有する未焼結セラミック材料を得、 少なくとも金属構造体にあらかじめ決めた量の炭素質材
    料を付与し、 セラミック材料及び金属構造体をセラミック材料の焼結
    を起こすに十分なあらかじめ決めた温度に加熱する段階
    からなり、この金属構造体は炭素質材料の存在によりあ
    らかじめ決めた温度における緻密化が少なくとも一部分
    抑制される、セラミック材料中の金属構造体の緻密化挙
    動の制御方法。
  2. 【請求項２】 セラミック材料にあらかじめ決めた量の
    炭素質材料が付与される請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 さらに、セラミック材料を焼結する前に
    炭素質材料をセラミック材料から除去し、そして炭素質
    材料を金属構造体から一部分除去する段階からなる請求
    項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 さらに、セラミック材料を焼結した後に
    炭素質材料をセラミック材料及び金属構造体から除去す
    る段階からなる請求項２記載の方法。
  5. 【請求項５】 さらに、セラミック材料を焼結した後に
    炭素質材料を金属構造体から除去し、そして金属構造体
    をその緻密化を起こさせるように焼結する段階からなる
    請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 金属構造体がアルミナ又はアルミナ形成
    化合物を含む請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 少なくとも１つの金属構造体をその中に
    有する未焼結セラミック材料を得、ここでこのセラミッ
    ク材料はポリマーマトリックス中のセラミック粒子から
    なり、この金属構造体はポリマーマトリックス中の金属
    粒子からなるものとし；セラミック材料及び金属構造体
    のポリマーマトリックスをつくるポリマー材料を酸化性
    雰囲気中で熱分解し、ここでこの金属構造体は熱分解後
    あらかじめ決めた量の炭素質材料を含むものとし；そし
    てセラミック材料及び金属構造体をセラミック材料の焼
    結を起こさせるに十分なあらかじめ決めた温度に非酸化
    性雰囲気中で加熱し、ここでこの金属構造体は炭素質材
    料の存在によりあらかじめ決めた温度で緻密化されるの
    を少なくとも一部分抑制される、段階からなるセラミッ
    ク材料中の金属構造体の緻密化挙動の制御方法。
  8. 【請求項８】 セラミック材料が熱分解後そのポリマー
    マトリックスの熱分解からのあらかじめ決めた量の炭素
    質材料を含む請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 さらに熱分解及び加熱の間に、セラミッ
    ク材料のポリマーマトリックスからの炭素質残留物を酸
    化性雰囲気中で燃え尽きさせ、そして金属構造体のポリ
    マーマトリックスからの炭素質残留物を少なくとも一部
    分燃え尽きさせる段階からなる請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 セラミック材料及び金属材料のポリマ
    ーマトリックスがセラミック材料のポリマーマトリック
    スからなるポリマー材料が金属構造体のポリマーマトリ
    ックスからなるポリマー材料よりきれいに燃えるように
    異なるポリマー材料からなるものである請求項９記載の
    方法。
  11. 【請求項１１】 少なくとも１つの金属構造体をその中
    に有する未焼結材料を得る段階において、この金属構造
    体がポリマーマトリックスの外にさらに炭素質材料を含
    む請求項９記載の方法。
  12. 【請求項１２】 さらに、セラミック材料の焼結後金属
    構造体からの炭素質材料の残りを、雰囲気を酸化性雰囲
    気に変えそして炭素質材料を燃え尽きさせることにより
    除去し；そして金属構造体をその緻密化を起こさせるよ
    うに焼結する段階からなる請求項９記載の方法。
  13. 【請求項１３】 セラミック材料を非酸化性雰囲気中で
    焼結した後加熱の段階の間に雰囲気を酸化性雰囲気に変
    え、そしてセラミック材料及び金属構造体のポリマーマ
    トリックスからの炭素質残留物を燃え尽きさせ、そして
    次に金属構造体を焼結する請求項８記載の方法。
  14. 【請求項１４】 さらに、セラミック材料の焼結後金属
    構造体からの炭素質材料の残りを、雰囲気を酸化性雰囲
    気に変えそして炭素質材料を燃え尽きさせることにより
    除去し；そして金属構造体をその緻密化を起こさせるよ
    うに焼結する段階からなる請求項７記載の方法。
  15. 【請求項１５】 さらに加熱段階の後、温度を焼結温度
    より下に下げ、雰囲気を酸化性雰囲気に変え、そしてセ
    ラミック材料及び金属構造体のポリマーマトリックスか
    らの炭素質残留物を燃え尽きさせる段階からなる請求項
    ７記載の方法。
JP5221534A 1992-10-28 1993-09-07 セラミック材料中の金属構造体の緻密化挙動の制御方法 Expired - Lifetime JPH0825800B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/967,596 US5302562A (en) 1992-10-28 1992-10-28 Method of controlling the densification behavior of a metallic feature in a ceramic material
US967596 1992-10-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06191922A true JPH06191922A (ja) 1994-07-12
JPH0825800B2 JPH0825800B2 (ja) 1996-03-13

Family

ID=25513025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5221534A Expired - Lifetime JPH0825800B2 (ja) 1992-10-28 1993-09-07 セラミック材料中の金属構造体の緻密化挙動の制御方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5302562A (ja)
EP (1) EP0595745A3 (ja)
JP (1) JPH0825800B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09510949A (ja) * 1994-04-05 1997-11-04 ザ・ユニバーシティ・オブ・クイーンズランド 基体の被覆
DE20022469U1 (de) * 2000-07-11 2002-01-31 Bosch Gmbh Robert Gesinterter, elektrisch leitfähiger Werkstoff
US6508572B2 (en) * 2001-01-26 2003-01-21 Sienna, Llc Garland light set

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60230946A (ja) * 1984-04-26 1985-11-16 インタ−ナショナル　ビジネス　マシ−ンズ　コ−ポレ−ション 多層セラミック電気回路基板の製造方法
JPH04231363A (ja) * 1990-09-04 1992-08-20 Aluminum Co Of America <Alcoa> 菫青石とガラスを含む誘電性組成物
JPH04243962A (ja) * 1990-08-23 1992-09-01 Aluminum Co Of America <Alcoa> 多層セラミックパッケージ用低誘電性無機組成物、及びその調製方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2310062A1 (de) * 1973-02-28 1974-08-29 Siemens Ag Dickschichtschaltung auf keramiksubstrat mit durchkontaktierungen zwischen den leiterzuegen auf beiden seiten des substrates
US4301324A (en) * 1978-02-06 1981-11-17 International Business Machines Corporation Glass-ceramic structures and sintered multilayer substrates thereof with circuit patterns of gold, silver or copper
US4234367A (en) * 1979-03-23 1980-11-18 International Business Machines Corporation Method of making multilayered glass-ceramic structures having an internal distribution of copper-based conductors
US4776978A (en) * 1984-04-26 1988-10-11 International Business Machines Corporation Method of controlling the sintering of metal particles
US4594181A (en) * 1984-09-17 1986-06-10 E. I. Du Pont De Nemours And Company Metal oxide-coated copper powder
US4964948A (en) * 1985-04-16 1990-10-23 Protocad, Inc. Printed circuit board through hole technique
KR930009894B1 (ko) * 1988-10-17 1993-10-13 스미또모 긴조꾸 고교 가부시끼 가이샤 탄소/금속 복합재 및 그 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60230946A (ja) * 1984-04-26 1985-11-16 インタ−ナショナル　ビジネス　マシ−ンズ　コ−ポレ−ション 多層セラミック電気回路基板の製造方法
JPH04243962A (ja) * 1990-08-23 1992-09-01 Aluminum Co Of America <Alcoa> 多層セラミックパッケージ用低誘電性無機組成物、及びその調製方法
JPH04231363A (ja) * 1990-09-04 1992-08-20 Aluminum Co Of America <Alcoa> 菫青石とガラスを含む誘電性組成物

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0825800B2 (ja) 1996-03-13
EP0595745A3 (en) 1994-11-23
EP0595745A2 (en) 1994-05-04
US5302562A (en) 1994-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4627160A (en) Method for removal of carbonaceous residues from ceramic structures having internal metallurgy
JP4812144B2 (ja) 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法
EP0163478B1 (en) Process of manufacturing ceramic circuit board
US5604018A (en) Ceramic oxide circuit board
US5073180A (en) Method for forming sealed co-fired glass ceramic structures
EP0098067A2 (en) Method for producing multilayered glass-ceramic structure with copper-based conductors therein
JPS60254697A (ja) 多層セラミック回路基板および製法
JPH06191922A (ja) セラミック材料中の金属構造体の緻密化挙動の制御方法
GB2159513A (en) Method and apparatus for manufacturing low temperature fired ceramics
KR970009989B1 (ko) 질화 알루미늄체 및 유리질 소결제를 사용하여 질화 알루미늄체를 형성시키는 방법
US5702807A (en) Ceramic circuit board and manufacturing method thereof
JPH0881267A (ja) 窒化アルミニウム焼結体、その製造方法と窒化アルミニウム回路基板、その製造方法
JPH0632363B2 (ja) 銅若しくは銅ベース合金の導体とその菫青石セラミック基板との同時焼結方法
JPH069267A (ja) セラミック複合体
JPH0616489A (ja) 多層セラミック物品を熱加工する方法
JPH08109069A (ja) 窒化アルミニウム焼結体
JPH0753625B2 (ja) セラミック用メタライズ組成物
JP2928362B2 (ja) 電子回路用セラミック及びその製造方法
JP2772580B2 (ja) 窒化アルミニウム質焼結体の製造方法
JPH08259329A (ja) ＡｌＮ連続焼成炉
JPS62173798A (ja) 多層セラミツク回路基板の製法
JPH0289387A (ja) 銅導体ペーストと多層セラミックス基板
JPH0797270A (ja) 窒化アルミニウム焼結体の製法
JPH107465A (ja) 窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JPH03228885A (ja) 窒化アルミニウム質基板及びその製造方法