JPH1070210A - 半導体基板に凹部を形成する装置および方法 - Google Patents

半導体基板に凹部を形成する装置および方法

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JPH1070210A
JPH1070210A JP9130873A JP13087397A JPH1070210A JP H1070210 A JPH1070210 A JP H1070210A JP 9130873 A JP9130873 A JP 9130873A JP 13087397 A JP13087397 A JP 13087397A JP H1070210 A JPH1070210 A JP H1070210A
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layer
green sheet
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Natarajiyan Gobuindarajiyan
ゴヴィンダラジャン・ナタラジャン
Mohanraru Pateru Niranjiyan
ニランジャン・モハンラル・パテル
Allan Smith Curt
カート・アラン・スミス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インサートを用いる必要のない、半導体基板
内に凹部を形成する装置および方法を提供する。 【解決手段】 熱分解可能な表面層23を、ラミネーシ
ョンの前に、凹部15上に設けて、凹部の外形にコンフ
ォームさせる。このようにして、ラミネーション・プロ
セス中の凹部棚12,14の破壊および、凹部棚への損
傷を防止する。ラミネーション・プロセスの後、凹部棚
への損傷、またはペースト閉じ込みを生じさせることな
く、焼結プロセスの熱分解およびバインダ除去工程で、
熱分解可能な層を取り除く。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般には半導体基
板に凹部を形成する装置および方法に関し、少なくとも
凹部の一部に接着し、分解可能な少なくとも1つの表面
層を用いて凹部を形成するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体基板およびデバイスは、新しい技
術の発展により、より小さく且つより高密度になりつつ
ある。しかしながら、回路密度の増大は、全製造問題の
対応する増大を引き起こす。しかし、半導体製造業者の
競争力を保持させるには、これらの問題を最小にしなけ
ればならない。したがって、半導体製造業者は、欠陥パ
ーツまたはコンポーネントを生じる欠陥を識別し除去す
ることによって、彼等の製品の品質を改善するように、
常に挑戦し続けている。プロセス変動を低減することに
よって、システマティックな欠陥を除去するために、か
なりの改善がなされたが、プロセスの改善だけでは、歩
留まりおよび信頼性に影響を与えるすべてのランダムな
欠陥を除去するには不十分である。歴史的には、スクリ
ーニング技術を用いて、これらのランダム欠陥の多くを
摘み取ることによって、製品欠陥率を許容レベルに改善
してきた。
【0003】半導体製造業者の製品を改善するという要
求において、彼等は、新しい製品を改善し、あるいは提
供する新しい方法および技術を常に発見しつつある。い
くつかの応用に対して、凹部を有するセラミックのキャ
リアまたはサブストレート(以下、単にサブストレート
と言う)を作製し、凹部内に半導体チップを設け、サブ
ストレートに固定することが発見された。これらの半導
体サブストレートは、しばしばモジュールと呼ばれ、単
一層のセラミックモジュールを形成する単一のセラミッ
ク層またはグリーンシート、あるいはMLC(mult
i−layerceramic;多層セラミック)を形
成する複数のセラミック層から作ることができる。
【0004】以下の説明は、MLCモジュールに向けら
れるが、本発明の教示は、単一層モジュールにも同じよ
うに適用できることを理解すべきである。
【0005】1個または複数個の凹部を有するMLCモ
ジュールは、高性能集積回路またはチップ(以降、単に
チップと言う)をパッケージングするのに、電子産業分
野で通常用いられる。これらの高性能チップは、例えば
パッドまたは半田ボールのような多数の外部入力/出力
(I/Oと呼ばれる)を有しており、これらのチップ
は、非常に高い電力消費を有している。このような高性
能チップを収容するためには、MLCモジュールは、ま
た、例えばパッド,ピン,半田ボールのような多数の外
部I/Oを設けなければならず、および、モジュールお
よびチップより発生する非常に高い電力消費を処理する
ことができる。さらに、凹部内の棚上にワイヤボンディ
ング・パッドが存在する。
【0006】MLCサブストレート内の1個または複数
個の凹部は、典型的にはプラグのような硬質または軟質
のインサートの助けによって、ラミネーション・プロセ
ス中に正常にラミネートされる。このプラグは、典型的
に、IBM Technical Disclosur
e Bulletin,“FIXTURE FORFA
BRICATING COMPLEX SUBSTRA
TE DESIGNFROM GREEN SHEET
CERAMICS”,Vol.16,No.11,p
age 3559(April 1974)にPhil
ipsによって開示されている。このインサートは、ラ
ミネーション・プロセスの際の積層グリーンセラミック
体の破壊または変形を防止する。1個または複数個の凹
部を作製するこの方法は、高精度および高レベルの表面
仕上げによるインサートの機械加工を必要とする。
【0007】本来的に、このようなインサートのコスト
は、サブストレートのコストに比べて非常に高い。さら
に、これらインサートまたはプラグは、種々の形状およ
びサイズの凹部に対して同一のインサートを用いる柔軟
性を与えない。さらに、凹部にこれらインサートを設
け、続いてこれらインサートを除去することは、高価な
プロセスであり、インサートを何回も除去することは、
セラミック・グリーンシートの層剥離、またはグリーン
セラミック体への他の損傷につながる。これらの固体イ
ンサートに対する他の欠点は、使用の前にこれらをクリ
ーニングして、ペーストの閉じ込みまたはグリーンセラ
ミック層またはパッドへの損傷を避けることが要求され
ることである。クリーニングしても、有効な剥離層が無
いが故に、ペーストの閉じ込みはしばしば発生する。
【0008】MLCサブストレートにこれら1個または
複数個の凹部を作製する他の方法によれば、グリーンシ
ートを積層しラミネートした後に、凹部を機械加工す
る。しかし、この方法は、大量生産でパーツを製造する
コスト効果の良い方法ではない。
【0009】インサート無しにMLCサブストレートに
凹部を形成することもできる。この方法は、ラミネーシ
ョン条件が、グリーンセラミック体に変形を生じないよ
うな場合に、実行される。これらの場合、典型的に、ラ
ミネーション圧は非常に低く、グリーンシート調合物
は、製品の寸法制御が、焼結プロセスを変更することに
よって行われるような物である。しかし、大量生産で
は、グリーンシート調合物を調整し、製品毎に焼結サイ
クルを展開することは、コストが高くなり、時間の消費
となる。さらに、この方法は、最終の結果を得るため
に、層間の接着材と、多数のラミネーション・ステップ
とを典型的に必要とする。したがって、この低圧ラミネ
ーション・プロセスに関連した問題のいくつかは、焼結
体に対して、寸法制御のためのプロセス・ウィンドウを
利用できないということである。セラミック・グリーン
シートの層剥離は、接着材の除去の故に、焼結の際に発
生し、通常に存在する始発構造の密度勾配は、劣悪なサ
ブストレート寸法制御を生じる。さらに、積層およびラ
ミネーションのコストが増大し、および有効なグリーン
シート接着を有するようにグリーンシートへの金属添加
の制限が増大する。
【0010】従来技術は、また、この問題に他の方法で
対応した。
【0011】米国特許第4,636,275号明細書
は、弾性ブラダーを用いて、階段状凹部にボンディング
・パッドを有する集積回路パッケージを製造する方法を
開示している。
【0012】米国特許第4,680,075号明細書
は、熱可塑性プラグを用いて、階段状凹部にボンディン
グ・パッドを有する集積回路パッケージを製造する方法
を開示している。
【0013】米国特許第4,737,208号明細書
は、非平坦な表面(このような構造は、そこに形成され
た凹部を有する構造を持つ)を有する多層構造を製造す
る方法を開示している。
【0014】すべての凹部形成方法において、鋭いコー
ナーと、平坦なワイヤボンディング棚とを有する凹部プ
ロファイルが実現されるように、材料の組を選択するこ
とが重要である。不適切な剥離材料および/または膜材
料が選択されると、丸みのあるエッジおよびコーナー
と、傾斜したワイヤボンディング棚と、ペースト閉じ込
みとが生じる。
【0015】しかし、本発明は、ラミネーション中に凹
部棚およびエッジを保護するが、焼結サイクル中に分解
してバーンオフする分解可能な表面膜または層を使用す
ることによって、これらおよび他の問題を解決してい
る。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱分解可能
な表面膜を用いて、凹部サブストレートを形成する装
置、およびインサートの無い方法である。
【0017】したがって、本発明の一つの目的は、イン
サートを用いる必要のない、半導体サブストレートに凹
部を形成する装置および方法を提供することにある。
【0018】本発明の他の目的は、セラミック体に損傷
を生ぜず、またはペースト閉じ込みを生じることなし
に、半導体サブストレートに凹部を形成する装置および
方法を提供することにある。
【0019】本発明のさらに他の目的は、セラミック体
への損傷、およびペースト閉じ込みを避けるのに重要
な、熱分解可能な表面膜を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様では、少
なくとも1つの凹部を有する未焼結セラミック構造を形
成する方法は、(a)第1のプレート上に少なくとも1
つの凹部を有する少なくとも1つのセラミック・グリー
ンシートを設ける工程を含み、(b)前記凹部上に少な
くとも1つの平坦な熱分解可能な層を設ける工程を含
み、前記熱分解可能な層は、ラミネーション工程の際に
前記グリーンシートに熱的に接着可能であり、次の焼結
工程の際に、炭質残留物を残すことなく熱分解可能であ
り、(c)前記熱分解可能な層の少なくとも一部に圧力
を加える工程を含み、前記熱分解可能な層の少なくとも
一部を、前記凹部にコンフォームさせ、前記凹部の破壊
を防止し、前記熱分解可能な層は、さらに、前記少なく
とも1つのセラミック・グリーンシートの少なくとも一
部に接着して、少なくとも一つの凹部を有する前記未焼
結のセラミック構造を形成する。
【0021】本発明の他の態様では、構造は、半導体基
板を備え、この半導体基板は、少なくとも1つの凹部を
有し、この少なくとも1つの凹部の少なくとも一部は、
熱分解可能な材料よりなる少なくとも1つの層を有して
いる。
【0022】本発明のさらに他の態様では、少なくとも
1つのセラミック・グリーンシート内に保護された凹部
を形成する装置において、(a)少なくとも1つの凹部
を有する前記少なくとも1つのセラミック・グリーンシ
ートを支持する第1のプレートと、(b)前記少なくと
も1つのセラミック・グリーンシートの少なくとも一
部、および前記凹部上に、少なくとも1つの平坦な熱分
解可能な層を、位置決めして設ける手段と、(c)前記
熱分解可能な層を、前記凹部にコンフォームさせ、前記
凹部の少なくとも一部に接着させて、少なくとも1つの
セラミック・グリーンシート内に保護された凹部を形成
する少なくとも1つの加圧手段と、を備えている。
【0023】
【発明の実施の形態】図を詳細に参照すると、図1およ
び図2は、所望のラミネートされ焼結された凹部サブス
トレートが示されている。このサブストレートは、多層
セラミック(MLC)サブストレート75のようなサブ
ストレートであり、基部18および棚12,14を有す
る凹部15を有している。説明のために、ただ2つの棚
12,14を示しているが、凹部15は、1つのあるい
は複数の棚を有することができる。
【0024】個々のセラミック・グリーンシート11,
13は、典型的に、MLCサブストレート75を形成す
るのに用いられる。グリーンシート11は、開口を有さ
ないが、グリーンシート13は、凹部15を形成する開
口を有している。
【0025】ここで用いられるように、用語“凹部”
は、グリーンシート11および/または13の内壁およ
び内面によって作られる構造を意味する。凹部15は、
図2に示すように、基部18とグリーンシート13の内
壁とによって形成される止まり穴とすることができる。
しかし、ある場合には、グリーンシート11の存在なし
に、グリーンシート13の内壁によって形成された開き
穴とすることができる。
【0026】これらのグリーンシート11,13は、技
術上周知のテープ・キャスティング・プロセスを用いて
作製される。簡単に言うと、セラミック・グリーンシー
ト(すなわち、未焼成の層)の大きなロールまたはシー
トが作製され、次に、個々のグリーンシートがセラミッ
ク・グリーンシートのこれらの大きなロールまたはシー
トから打ち抜かれる。続いて、凹部15を形成する個々
のセラミック・グリーンシート13が、また、打ち抜か
れ、あるいは、開口領域が適切にあけられて、凹部15
を有するセラミック層13が形成される。
【0027】セラミック・グリーンシート11,13の
各々は、少なくとも1つの位置決め穴24を有し、図4
に示すように、対応する位置決めピン22に対して位置
決めする。通常、各グリーンシート11,13について
の位置決め穴24の数は、位置決めピン22の数に一致
する。
【0028】典型的に、セラミック層11および/また
は13の材料は、アルミナ,ガラス・フリットを有する
アルミナ,窒化アルミニウム,ボロシリケート・ガラ
ス,ガラス・セラミックよりなる群から選ばれる。しか
し、他のセラミック材料を用いることもできる。
【0029】次に、また技術上周知の配線金属(図示せ
ず)が、標準スクリーニング・プロセスによって、個々
のセラミック・グリーンシート11および/または13
の1つ以上の面に設けられる。これら面は、棚12,1
4を形成するグリーンシート11および/または13の
部分を含んでいる。
【0030】凹部15内の基部領域18は、典型的に、
半導体チップ(図示せず)の取り付けのために設けら
れ、領域19は所望の凹部サブストレート75の上面で
ある。
【0031】棚12,14は、典型的に、領域18に固
定されるチップへの電気的接続(例えば、ワイヤボンデ
ィングによる)のためのパッド(図示せず)を有してい
る。
【0032】図2に明瞭に示されるように、ラミネート
され焼結された凹部サブストレート75は、明確な鋭い
コーナー16と、明確な平坦な棚12,14とを有して
いる。これらは、例えばラミネーションの際に発生する
損傷のような種々の理由のために、実際の方法で得るこ
とは非常に難しい。
【0033】図2は、また、サブストレート75が少な
くとも1つの棚12,14を有し、棚12および/また
は14のエッジすなわちコーナー16の一部が、凹部1
5に開いていることを明瞭に示している。
【0034】図3は、図2に示したものに類似である
が、ひずんだ棚12,14とエッジ16とを示すMLC
サブストレート60の断面図である。基本的に、図3の
ひずんだラミネートおよび/または焼成されたサブスト
レートは、丸みのあるコーナー16と存在しない棚1
2,14とを有している。さらに、棚12の部分は、破
壊されて、基部領域18に占有領域(real est
ate)を形成し、基部領域18内へのチップ取り付け
を妨げる。サブストレート60のこの変形は、ラミネー
ションまたは焼結の際に生じる。しかし、多くの場合、
棚のこのひずみは、ラミネーション・プロセスの際に生
じる。
【0035】図4は、第1のプレート20を示す。この
プレートは、金属プレートとするのが好ましく、少なく
とも1つの位置決めピン22を有している。各セラミッ
ク・グリーンシート11および/または13は、図1に
最良に示されているように、少なくとも1つの位置決め
穴24を有し、位置決めピン22に対して、グリーンシ
ート11および/または13を位置決めする。通常、各
グリーンシート上の位置決め穴24の数は、位置決めピ
ン22の数に一致する。
【0036】次に、グリーンシート11および/または
12は、位置決めピン22を用いて、適切な順序で第1
のプレート20上に積層され、凹部15を有する未焼成
サブストレート10(ラミネーション・プロセスを経て
いない)を形成する。
【0037】好ましくは、第1のプレート20と、未焼
成サブストレート10の第1のグリーンシート11また
は13との間に設けられた、非付着セパレータ材料21
のシートが存在する。非付着セパレータ材料21は、第
1のプレートに、もしくは未焼成凹部サブストレート1
0の第1のグリーンシート11または13に接着しない
ように選ばれる。このことは、加圧下で、未焼成凹部サ
ブストレート10の第1のセラミック・グリーンシート
11または13が、第1のプレート20の面に接着また
は固着しないことを保証する。好適な非付着セパレータ
材料21は、セラミック・グリーンシート11または1
3に対し、最小の親和力を有するか、または親和力を有
さない高分子シート材料、または未焼成凹部サブストレ
ート10を形成するのに用いられる、グリーンシート1
1または13に接着する金属材料である。
【0038】非付着セパレータ材料のいくつかの例は、
剛性と低い伸び率が必要とされるならば、マイラー(M
ylar)のようなポリマーであり、高い伸び率が必要
とされるならば、ラテックス・ゴムまたはポリエチレン
である。一般に、非付着セパレータ材料21は、例えば
エラストマ,マイラー,ラテックス・ゴム,ポリエステ
ル,ポリエチレン,およびポリウレタンからなる群から
選ぶべきである。
【0039】少なくとも1つの位置決めピン22を用い
て、すべてのグリーンシート11および/または13
が、セパレータ材料21および第1のプレート20上に
積層された後、1つの平坦なシート形状の熱分解可能な
膜23が、再び位置決めピン22および位置決め穴24
を用いて、未焼成凹部サブストレート10上に設けられ
る。
【0040】図4から明らかなように、分解可能な膜2
3の平坦面は、平らであり、凹部15の形状に少しもコ
ンフォームしない。言い換えれば、平坦かつ分解可能な
表面膜23は、予め形成されたインサートではない。し
かし、平坦な表面膜23は、後に詳細に説明するよう
に、外部圧力および熱が加えられると、凹部15の形状
にコンフォームする材料とすべきである。
【0041】熱分解可能な表面膜23に対する選択は、
本発明には非常に重要である。ラミネーション温度より
小さい軟化温度で、フレキシブルで、軟らかく、モール
ド可能でなければならない。室温で150%より大きい
伸び率でなければならず、グリーンセラミック面に接着
可能でなければならない。さらに、分解可能な膜23
は、炭素または他の有害な残留物を残さずに、約550
℃より小さい温度で熱分解可能でなければならない。こ
の分解可能な層23は、ラミネーションの際に、強じん
で、耐引き裂き性がなければならない。すなわち、層2
3は、ラミネーション応力を分布させ、一様な圧力分布
を許容する。これらの上述した特性は、重要である。し
たがって、熱分解可能な表面膜23が、凹部15の形状
にコンフォームさせられると、凹部15の鋭いコーナー
16は丸くならず、凹部の棚12,14はひずまなくな
る。表面膜23の適切な材料は、パラフィルム(Par
afilm)“M”およびパラフィルム“F”(Ame
rican Can Company,Greenwi
ch,CT,USAの商標)、および熱可塑性材料であ
る。一般的に言えば、パラフィン・ワックスにポリエチ
レン化合物を加えたものが、約175kg(wt)/c
-2(約2500psi)より大きい高圧でのラミネー
トを含む、すべてのラミネーション圧、および約45℃
〜約90℃のラミネーション温度で、最良である。さら
に、材料の厚さも、重要である。熱分解可能な材料23
の最大厚さは、ラミネーション・プロセスで高い歩留り
を有し、焼結炉内で高いスループットを有するには、約
0.254mm(約10ミル)より小さくなければなら
ない。
【0042】図5において、少なくとも1つの包囲エン
クロージャ30を、図4のアセンブリ、すなわち第1の
プレート20,非付着セパレータ材料21,位置決めピ
ン22,未焼成凹部サブストレート10,平坦かつ熱分
解可能な表面膜23の周りに設けて、アセンブリ39を
形成する。次に、エンクロージャ30は、矢印32で示
すように、真空排気する。エンクロージャはつぶれて、
分解可能な表面膜23を押圧し、凹部15を含む未焼成
凹部サブストレート10の表面外形をコンフォームす
る。次に、包囲エンクロージャ30は、技術上周知の方
法でシールされる。
【0043】図5のアセンブリ39に明らかなように、
分解可能な表面膜23とエンクロージャ30は、凹部1
5を含む未焼成凹部サブストレート10の形状にコンフ
ォームしている。エンクロージャ30の材料は、例え
ば、ポリウレタン,非常に薄いマイラー膜,ポリエチレ
ン,またはポリエチレンのコポリマーで構成できる。
【0044】図5に示すように、全アセンブリ39は、
グリーンシート11,13のラミネーション・プロセス
の準備ができている。このラミネーション・プロセスの
ためには、静圧が好ましい。静圧は、全アセンブリ39
を、水またはガス(例えば空気または窒素)のような流
体中に置くことによって、与えることができる。このラ
ミネーション・プロセスの際に、用いる流体が、エンク
ロージャ30に相互作用またはエンクロージャ30を分
解しない、あるいはエンクロージャ30内に入って内部
を汚染しないように、注意しなければならない。グリー
ンシート11,13については、アセンブリ39を、ラ
ミネーション・プロセス中に例えば約75℃の温度に加
熱することが要求される。
【0045】厳密に言えば、静圧がガスによって与えら
れるならば、エンクロージャは必要でない。しかし、エ
ンクロージャ30は望ましい。というのは、エンクロー
ジャは、分解可能な膜すなわちシート23を、エンクロ
ージャ30の真空排気プロセスの際に、凹部15の形状
にコンフォームさせるからである。
【0046】ラミネーション・プロセスの後、アセンブ
リ39は、ラミネーション環境から取り出され、エンク
ロージャ30は除去あるいは剥がされる。ラミネートさ
れたグリーンシート11,13を有するアセンブリの残
りの部分と、コンフォーマルな分解可能な材料すなわち
層23とは、焼結プロセスへの準備ができている。
【0047】図6には、本発明のさらに他の実施例を示
す。図6の実施例は、エンクロージャ30が無い点を除
いて、図5の実施例と同じである。さらに、図6の装置
は、位置決めピン22と位置決めされる少なくとも1つ
の位置決め開口24を有する少なくとも1つの第2のプ
レート34と、少なくとも1つの穴すなわち開口35と
を有している。
【0048】基本的には、第2のプレート34は、分解
可能な膜23上に設けられ、第2のプレート34に対し
てラム(図示せず)によって一軸圧力が好適に加えられ
て、未焼成のサブストレート10のグリーンシート1
1,13のラミネーションを生じさせる。
【0049】流体、好ましくはガスが、第2のプレート
34の開口35を経て供給される。これにより、熱分解
可能な面膜23を、凹部15の形状にコンフォームさ
せ、ラミネーション・プロセス中に凹部15を保護す
る。
【0050】ある条件の下では、ラミネーション・プロ
セスの際に、装置を例えば約75℃に加熱して、ラミネ
ーション・プロセスを容易にすることが好ましい。
【0051】ラミネーションの後に、第2のプレート3
4を除去し、続いて第1のプレート20から、未焼成凹
部サブストレート10を取りはずす。このラミネーショ
ン・プロセスの際に、分解可能な表面膜23は、未焼成
凹部サブストレート10の表面に接着する。
【0052】分解可能な表面膜23を凹部15に接着さ
せる他の実施例を、図7に示す。図7の実施例は、次の
点を除いて、図6の実施例と同じである。すなわち、第
2のプレート44は、ガスのような流体を供給する開口
35のような開口を持つ必要がなく、および第2のプレ
ート44は、インサート45上にある。いくつかの応用
では、第2のプレート44とインサート45とが、ちょ
うど1つの部片となることを理解すべきである。
【0053】分解可能な層すなわち膜23は、図4に示
すように未焼成の凹部サブストレート10上に設けら
れ、凹部25の一部を形成した後に、インサート45
は、第2のプレート44によって凹部15内に押圧さ
れ、分解可能な膜23を凹部15の形状にコンフォーム
させる。
【0054】さらに、ラム(図示せず)によって第2の
プレート44に対し圧力を更に加えると、未焼成の凹部
サブストレート10のグリーンシート11,13のラミ
ネーションを生じさせる。また、いくつかのラミネーシ
ョン・プロセスに対して、装置を、ラミネーション・プ
ロセス中に例えば約75℃に加熱して、ラミネーション
・プロセスを容易にすることができる。
【0055】ラミネーションの後に、第2のプレート4
4およびインサート45を除去し、続いて第1のプレー
ト20から、未焼成凹部サブストレート10を取りはず
す。ラミネートされたグリーンシート11,13と分解
可能な層23とを有するこの構造は、焼結サイクルに対
して準備されている。
【0056】図8に示す凹部サブストレート50は、本
発明の装置および方法によって得られたサブストレート
を示している。ラミネートされた構造50は、平坦な凹
部階段12,14と基部18とを有する明確な凹部55
と、明確な鋭いコーナー16とを有している。分解可能
な層23は、凹部15の表面に接着する。
【0057】ラミネートされた半導体構造50は、将来
の焼結のために保存されるか、あるいは、今、焼結工程
に送ることができる。前述したように、分解可能な層2
3は、焼結サイクルの初めに、すなわち高密度化のオン
・セット(on−set)の前に、バーンオフされる。
【0058】分解可能な構造を有するラミネートされた
グリーンシートを、焼結サイクルを経た後、図1および
図2に明瞭に示すように、所望のラミネートされ、およ
び焼結された凹部サブストレート75が得られる。
【0059】分解可能な表面膜23は、室温で150%
より大きい伸び率を有し、炭素または他の有害な残留物
を残すことなしに、約550℃より小さい温度で熱的に
分解されるのが好ましい。もちろん、分解可能な層23
は、ラミネーション温度でグリーンシート11,13に
接着できる材料でなければならない。
【0060】1つの熱分解可能な層23の第1に重要な
成分の少なくとも1つは、パラフィン・ワックスでなけ
ればならないことは明らかである。しかし、熱分解可能
な層23の少なくとも1つに対し、次に重要な材料は、
ポリエチレン,ポリウレタン,ポリプロピレンよりなる
群から選ぶことができる。
【0061】具体例 本発明の種々の態様を、以下の具体例によってさらに説
明する。これら具体例は、本発明をさらに説明すること
のみを目的としており、本発明の範囲を限定することを
意図するものではない。
【0062】具体例1 凹部を有する多層セラミック体のいくつかのサンプル
を、本発明のプロセスを用いて作製した。
【0063】1つのサンプルでは、メタライズされたセ
ラミック層13を有する凹部が、ラミネーション・フレ
ーム内に設けられ、セラミック層13は、マイラー21
の層によって、底部ラミネーション・プレート20から
分離されている。次に、パラフィルムMよりなる分解可
能な表面層23を、凹部15上に設けた。フレキシブル
な熱可塑性パラフィルムM23は、0.127mm(5
ミル)厚さであり、室温で約200%の伸び率を有して
いた。このパラフィルムは、AmericanNati
onal Can,Chicago,IL,USAによ
って作られている。
【0064】次に、このアセンブリを、0.076mm
(3ミル)厚さのポリウレタン・バッグ(30デュロメ
ータ・ショアA)の内部に設け、真空排気して、ヒート
シールした。ポリウレタン・バッグ30は、Steve
ns Urethane Film & Sheet,
Northampton,MA,USAにより市販され
ている。バッグ30は、その中身と共に、約350kg
(wt)/cm-2(約5000psi)の圧力下で、静
圧で約90℃の温度でラミネートされた。
【0065】ラミネーションの後、凹部サブストレート
10を、バッグ30から取り出し、検査した。パラフィ
ルム23は、未焼成サブストレート10上を被覆する十
分に接着した表面を形成した。凹部15およびセラミッ
ク体は、良好な寸法制御を有することわかった。より重
要なことには、表面コーティングシーリングと基部被覆
面の特性との故に、これらの厳しいラミネーション条件
の下で、ペースト閉じ込みはなかった。
【0066】次に、グリーン・ラミネートを、焼結炉内
で普通に焼結した。焼結サイクルの熱分解およびバイン
ダ除去工程の際に、セラミック体に残留物を、あるいは
セラミック・サブストレートへの表面損傷を残すことな
く、パラフィルムは完全に分解した。ESCA表面分析
およびLecoカーボン分析の両方を用いて、炭素残留
物を検査した。この材料およびプロセスは、非常に安価
なインサート無し凹部形成方法を提供した。
【0067】具体例2 他の組のサンプルでは、セラミック層11,13のアセ
ンブリを、具体例1で説明したように積層してラミネー
トしたが、分解可能な表面層パラフィルムM23は用い
なかった。これらサンプルは、凹部およびセラミック体
の両方に良好な寸法制御を与えたが、これらサンプル
は、バッグ材料およびラミネーション・プレートによる
非常に厳しいペーストおよびセラミック閉じ込みを有し
た。したがって、分解可能な界面層および本発明のプロ
セスの必要性を示している。
【0068】具体例3 他の一連のサンプルにおいて、セラミック層のアセンブ
リを、具体例1において説明したように、積層しラミネ
ートした。しかし、用いたバッグ材料は、市販のポリエ
ステルのタイプであった。これらのサンプルの大半は、
ペーストまたはセラミック閉じ込みを発生しなかった。
【0069】凹部15およびセラミック体10の両方に
対する寸法制御は、約140kg(wt)/cm-2(約
2000psi)までの圧力については良好であった。
しかし、ラミネーション圧が約140kg(wt)/c
-2(約2000psi)に設定されると、寸法制御は
悪くなった。したがって、本発明のプロセスの必要性を
再び示している。
【0070】具体例4 他の一連のサンプルでは、異なる種類の分解可能な表面
膜23を用いた。基本的には、多階段凹部構造を有する
メタライズされたセラミック層のアセンブリと、個々の
セラミック層とを積層し、ラミネーション・フレーム内
に設けた。
【0071】用いた分解可能な膜は、いくつかのサンプ
ルに対しては、ポリエチレンのコポマーおよびパラフィ
ン・ワックスより作られ、他のサンプルに対しては、ポ
リウレタンおよびパラフィン・ワックスより作られ、い
くつかの他のサンプルに対しては、ポリプロピレンおよ
びパラフィン・ワックスにより作られている。これらの
分解可能な膜23の特性は、約0.050mm(約2ミ
ル)〜約0.254mm(約10ミル)の厚さの範囲に
あり、約150%〜約550%の伸び率を有しており、
引張り応力は約0.03GPa〜約0.3GPaの範囲
にあった。
【0072】アセンブリの残りおよび続く手順は、具体
例1に示されたものと同じである。凹部サブストレート
10をラミネートした後、凹部サブストレートを検査し
た。ラミネートされた構造および多階段凹部寸法は、約
385kg(wt)/cm-2(約5500psi)まで
のすべての圧力に対し、ポリウレタン・バッグを有す
る、シリコン被覆のポリウレタン・ベースの表面層につ
いては、所望の仕様の範囲内にあることがわかった。
【0073】しかし、いくつかの分解可能な膜の材料で
は、必要とされる寸法は、約210kg(wt)/cm
-2(約3000psi)まででのみ適合できた。しか
し、すべての場合において、ペースト閉じ込みはなかっ
た。というのは、接着した表面膜23が、スクリーニン
グされた構造およびセラミックを保護するからである。
【0074】具体例5 この具体例では、セラミック層のアセンブリを、次の点
を除いて、具体例1で説明したように、積層しラミネー
トした。すなわち、予め形成されたインサート45を、
分解可能な表面膜23と上部ラミネーション・プレート
44との間の凹部15内に用いた。加えられたラミネー
ション圧は、水圧によった。ラミネーションは、約約3
15kg(wt)/cm-2(約4500psi)の圧力
および約75℃の温度で行った。
【0075】凹部サブストレート10をラミネートした
後、凹部15を検査した。凹部構造および寸法は、所望
の仕様の範囲内にあることがわかった。スクリーニング
された構造とセラミックは、接着した表面膜23によっ
て保護された。
【0076】用いたインサート45の表面仕上げおよび
清浄度は、分解可能な表面膜を用いた場合に比べて、故
意に副標準にした。インサート45の表面は、凹部25
に触れず、すなわち直接に接触しないので、より経済的
なインサート45を用いることができた。
【0077】さらに、製品の品質は、本発明の進歩性の
ある被覆膜プロセスの故に、用いたインサートの品質に
依存しない。
【0078】本発明を特定の好適な実施例によって説明
したが、前述した説明から、当業者には多くの変更,変
形が可能なことは明らかである。
【0079】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 (1)半導体基板を備え、この半導体基板は、少なくと
も1つの凹部を有し、この少なくとも1つの凹部の少な
くとも一部は、熱分解可能な材料よりなる少なくとも1
つの層を有することを特徴とする構造。 (2)前記熱分解可能な材料の最も重要な成分は、パラ
フィン・ワックスであることを特徴とする上記(1)に
記載の構造。 (3)前記熱分解可能な材料の最も重要な成分は、パラ
フィン・ワックスであり、前記熱分解可能な材料の次に
重要な成分は、ポリエチレン,ポリウレタン,ポリプロ
ピレンよりなる群から選ばれることを特徴とする上記
(1)に記載の構造。 (4)前記半導体基板は、少なくとも1つの棚を有し、
前記少なくとも1つの棚のエッジの少なくとも一部が、
前記凹部に開いていることを特徴とする上記(1)に記
載の構造。 (5)前記棚は、少なくとも1つの電気的接続のための
少なくとも1つの手段を有することを特徴とする上記
(4)に記載の構造。 (6)前記半導体基板は、多層セラミック・サブストレ
ートおよびガラスセラミック・サブストレートよりなる
群から選ばれることを特徴とする上記(1)に載の構
造。 (7)前記半導体基板は、少なくとも1つの位置決め穴
を有することを特徴とする上記(1)に記載の構造。 (8)少なくとも1つのセラミック・グリーンシート内
に保護された凹部を形成する装置において、(a)少な
くとも1つの凹部を有する前記少なくとも1つのセラミ
ック・グリーンシートを支持する第1のプレートと、
(b)前記少なくとも1つのセラミック・グリーンシー
トの少なくとも一部、および前記凹部上に、少なくとも
1つの平坦な熱分解可能な層を、位置決めして設ける手
段と、(c)前記熱分解可能な層を、前記凹部にコンフ
ォームさせ、前記凹部の少なくとも一部に接着させて、
少なくとも1つのセラミック・グリーンシート内に保護
された凹部を形成する少なくとも1つの加圧手段と、を
備えることを特徴とする装置。 (9)少なくとも2つのセラミック・グリーンシートが
あり、前記加圧手段は、前記2つのセラミック・グリー
ンシートをラミネートさせることを特徴とする上記
(8)に記載の装置。 (10)前記熱分解可能な層の最も重要な成分は、パラ
フィン・ワックスであることを特徴とする上記(8)に
記載の装置。 (11)前記熱分解可能な層の最も重要な成分は、パラ
フィン・ワックスであり、前記熱分解可能な層の次に重
要な成分は、ポリエチレン,ポリウレタン,ポリプロピ
レンよりなる群から選ばれることを特徴とする上記
(8)に記載の装置。 (12)前記加圧手段は、約175kg(wt)/cm
-2(約2500psi)より小さい圧力を加えることを
特徴とする上記(8)に記載の装置。 (13)前記加圧手段は、約175kg(wt)/cm
-2(約2500psi)より大きい圧力を加えることを
特徴とする上記(8)に記載の装置。 (14)前記加圧手段は、静圧,動圧,水圧よりなる群
から選ばれることを特徴とする上記(8)に記載の装
置。 (15)前記第1のプレート,前記少なくとも1つのセ
ラミック・グリーンシート,前記少なくとも1つの熱分
解可能な層は、少なくとも1つの包囲エンクロージャの
内部にあることを特徴とする上記(8)に記載の装置。 (16)前記包囲エンクロージャがつぶれて、前記少な
くとも1つの熱分解可能な層にコンフォームするよう
に、前記包囲エンクロージャを真空排気する手段をさら
に備えることを特徴とする上記(15)に記載の装置。 (17)前記加圧手段は、前記熱分解可能な層上に、少
なくとも1つの開口を有する少なくとも1つの第2のプ
レートを有し、前記第2のプレートの前記1つの開口を
経た圧力が、前記少なくとも1つの熱分解可能な層を、
前記凹部の少なくとも一部に従わせて、前記少なくとも
1つのセラミック・グリーンシートの少なくとも一部に
接着させることを特徴とする上記(8)に記載の装置。 (18)前記加圧手段が、前記熱分解可能な層上に、少
なくとも1つの予め形成されたインサートを有し、前記
予め形成されたインサート上への圧力が、前記少なくと
も1つの熱分解可能な層を、前記凹部の少なくとも一部
に従わせて、前記少なくとも1つのセラミック・グリー
ンシートの少なくとも一部に接着させることを特徴とす
る上記(8)に記載の装置。 (19)前記熱分解可能な層は、フレキシブルで、約7
5℃より低い軟化温度でモールド可能であり、約150
%より大きい伸び率を有することを特徴とする上記
(8)に記載の装置。 (20)前記グリーンシートの材料は、セラミックまた
はガラス・セラミックからなる群から選ばれることを特
徴とする上記(8)に記載の装置。 (21)前記少なくとも1つのグリーンシートを位置決
めするために、少なくとも1つの位置決めピンを有する
ことを特徴とする上記(8)に記載の装置。 (22)前記少なくとも1つのグリーンシートを位置決
めするために、前記グリーンシートの1つの位置決め穴
に対応する少なくとも1つの位置決めピンを有すること
を特徴とする上記(8)に記載の装置。
【図面の簡単な説明】
【図1】2つの棚を有する多層セラミック(MLC)の
平面図である。
【図2】図1のA−A線に沿ったMLCサブストレート
の断面図であり、ひずみの無い明確な棚およびエッジを
示している。
【図3】図2に類似しているが、ひずんだ棚およびエッ
ジを示すMLCサブストレートの断面図である。
【図4】グリーンシート・ラミネーションのために準備
される、熱分解可能な表面膜とのラミネートの前のML
Cサブストレートの断面図である。
【図5】エンクロージャ内に設けられ真空排気された図
4のMLCサブストレートの断面図である。
【図6】凹部にコンフォームする熱分解可能な膜とのラ
ミネートの際の、MLCサブストレートの他の実施例の
断面図である。
【図7】凹部にコンフォームする熱分解可能な膜と、凹
部内のインサートとのラミネートの際の、MLCサブス
トレートのさらに他の実施例の断面図である。
【図8】本発明のプロセスによって作製された凹部サブ
ストレートの断面図であり、ラミネーションの後であっ
て焼結前の、凹部エッジおよび棚とを接着し、これらを
保護する分解可能な膜を示している。
【符号の説明】 10 未焼成サブストレート 11,13 セラミック・グリーンシート 12,14 棚 15 凹部 16 コーナー 18 基部 20 第1のプレート 22 位置決めピン 23 熱分解可能な膜 24 位置決め穴 30 包囲エンクロージャ 34,44 第2のプレート 35 開口 45 インサート 60,75 MLCサブストレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニランジャン・モハンラル・パテル アメリカ合衆国 12590 ニューヨーク州 ワッピンガーズ フォールズ カーナビ ー ストリート 16エイ (72)発明者 カート・アラン・スミス アメリカ合衆国 12603 ニューヨーク州 ポウキープシー シルヴァー レーン 6

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板を備え、この半導体基板は、少
    なくとも1つの凹部を有し、この少なくとも1つの凹部
    の少なくとも一部は、熱分解可能な材料よりなる少なく
    とも1つの層を有することを特徴とする構造。
  2. 【請求項2】前記熱分解可能な材料の最も重要な成分
    は、パラフィン・ワックスであることを特徴とする請求
    項1記載の構造。
  3. 【請求項3】前記熱分解可能な材料の最も重要な成分
    は、パラフィン・ワックスであり、前記熱分解可能な材
    料の次に重要な成分は、ポリエチレン,ポリウレタン,
    ポリプロピレンよりなる群から選ばれることを特徴とす
    る請求項1記載の構造。
  4. 【請求項4】前記半導体基板は、少なくとも1つの棚を
    有し、前記少なくとも1つの棚のエッジの少なくとも一
    部が、前記凹部に開いていることを特徴とする請求項1
    記載の構造。
  5. 【請求項5】前記棚は、少なくとも1つの電気的接続の
    ための少なくとも1つの手段を有することを特徴とする
    請求項4記載の構造。
  6. 【請求項6】前記半導体基板は、多層セラミック・サブ
    ストレートおよびガラスセラミック・サブストレートよ
    りなる群から選ばれることを特徴とする請求項1記載の
    構造。
  7. 【請求項7】前記半導体基板は、少なくとも1つの位置
    決め穴を有することを特徴とする請求項1記載の構造。
  8. 【請求項8】少なくとも1つのセラミック・グリーンシ
    ート内に保護された凹部を形成する装置において、
    (a)少なくとも1つの凹部を有する前記少なくとも1
    つのセラミック・グリーンシートを支持する第1のプレ
    ートと、(b)前記少なくとも1つのセラミック・グリ
    ーンシートの少なくとも一部、および前記凹部上に、少
    なくとも1つの平坦な熱分解可能な層を、位置決めして
    設ける手段と、(c)前記熱分解可能な層を、前記凹部
    にコンフォームさせ、前記凹部の少なくとも一部に接着
    させて、少なくとも1つのセラミック・グリーンシート
    内に保護された凹部を形成する少なくとも1つの加圧手
    段と、を備えることを特徴とする装置。
  9. 【請求項9】少なくとも2つのセラミック・グリーンシ
    ートがあり、前記加圧手段は、前記2つのセラミック・
    グリーンシートをラミネートさせることを特徴とする請
    求項8記載の装置。
  10. 【請求項10】前記熱分解可能な層の最も重要な成分
    は、パラフィン・ワックスであることを特徴とする請求
    項8記載の装置。
  11. 【請求項11】前記熱分解可能な層の最も重要な成分
    は、パラフィン・ワックスであり、前記熱分解可能な層
    の次に重要な成分は、ポリエチレン,ポリウレタン,ポ
    リプロピレンよりなる群から選ばれることを特徴とする
    請求項8記載の装置。
  12. 【請求項12】前記加圧手段は、約175kg(wt)
    /cm-2(約2500psi)より小さい圧力を加える
    ことを特徴とする請求項8記載の装置。
  13. 【請求項13】前記加圧手段は、約175kg(wt)
    /cm-2(約2500psi)より大きい圧力を加える
    ことを特徴とする請求項8記載の装置。
  14. 【請求項14】前記加圧手段は、静圧,動圧,水圧より
    なる群から選ばれることを特徴とする請求項8記載の装
    置。
  15. 【請求項15】前記第1のプレート,前記少なくとも1
    つのセラミック・グリーンシート,前記少なくとも1つ
    の熱分解可能な層は、少なくとも1つの包囲エンクロー
    ジャの内部にあることを特徴とする請求項8記載の装
    置。
  16. 【請求項16】前記包囲エンクロージャがつぶれて、前
    記少なくとも1つの熱分解可能な層にコンフォームする
    ように、前記包囲エンクロージャを真空排気する手段を
    さらに備えることを特徴とする請求項15記載の装置。
  17. 【請求項17】前記加圧手段は、前記熱分解可能な層上
    に、少なくとも1つの開口を有する少なくとも1つの第
    2のプレートを有し、前記第2のプレートの前記1つの
    開口を経た圧力が、前記少なくとも1つの熱分解可能な
    層を、前記凹部の少なくとも一部に従わせて、前記少な
    くとも1つのセラミック・グリーンシートの少なくとも
    一部に接着させることを特徴とする請求項8記載の装
    置。
  18. 【請求項18】前記加圧手段が、前記熱分解可能な層上
    に、少なくとも1つの予め形成されたインサートを有
    し、前記予め形成されたインサート上への圧力が、前記
    少なくとも1つの熱分解可能な層を、前記凹部の少なく
    とも一部に従わせて、前記少なくとも1つのセラミック
    ・グリーンシートの少なくとも一部に接着させることを
    特徴とする請求項8記載の装置。
  19. 【請求項19】前記熱分解可能な層は、フレキシブル
    で、約75℃より低い軟化温度でモールド可能であり、
    約150%より大きい伸び率を有することを特徴とする
    請求項8記載の装置。
  20. 【請求項20】前記グリーンシートの材料は、セラミッ
    クまたはガラス・セラミックからなる群から選ばれるこ
    とを特徴とする請求項8記載の装置。
  21. 【請求項21】前記少なくとも1つのグリーンシートを
    位置決めするために、少なくとも1つの位置決めピンを
    有することを特徴とする請求項8記載の装置。
  22. 【請求項22】前記少なくとも1つのグリーンシートを
    位置決めするために、前記グリーンシートの1つの位置
    決め穴に対応する少なくとも1つの位置決めピンを有す
    ることを特徴とする請求項8記載の装置。
JP9130873A 1996-06-21 1997-05-21 半導体基板に凹部を形成する装置および方法 Pending JPH1070210A (ja)

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US08/668,294 US5785800A (en) 1996-06-21 1996-06-21 Apparatus for forming cavity structures using thermally decomposable surface layer
US08/668294 1996-06-21

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JPH1070210A true JPH1070210A (ja) 1998-03-10

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