JPWO2021076355A5

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Publication number: JPWO2021076355A5
Application number: JP2022522701A
Authority: JP
Publication date: 2023-09-06

Description

一実施形態において、本発明は、機械的及び熱的に安定化された高温プリント回路基板（ＰＣＢ）を作製する方法であって、感光性ガラス基板上に１又は２以上の構造を形成する１又は２以上の構造を含む設計レイアウトをマスキングするステップと、感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱するステップと、感光性ガラス基板を冷却して、露光されたガラスの少なくとも一部をガラス結晶性基板に変換させるステップと、ガラス結晶性基板をエッチャント液でエッチングして、１又は２以上のトレンチ、設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び導電要素を備えた１又は２以上の伝送線構造を形成するステップと、感光性ガラス基板のすべてを活性化エネルギー源に対してフラッド露光（flood exposing）するステップと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成するステップと、１又は２以上の導電要素、１又は２以上の充填ビア、グランドプレーン（ground plane）、並びに１又は２以上の入力及び出力チャネルを形成する１又は２以上の金属又は金属媒体を印刷又は堆積するステップと、１若しくは２以上の導電性要素、充填ビア、又はグランドプレーン上に能動素子及び受動素子の組み合わせを配置するステップであって、金属が回路、及び導電性要素の少なくとも１つに接続されている、ステップと、を含む方法を含む。一態様において、設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び１又は２以上の導電性要素は、低誘電正接の機械的及び熱的安定化構造である。他の一態様において、セラミック基板は、完全にセラミック化された基板としてさらに定義される。他の一態様において、セラミック基板の熱膨張係数は７．２より大きく、又は７．４、７．５、８．０、８．５、９．０、９．５、１０、１０．４、若しくは１０．５未満、又は７．５と１０との間である。他の一態様において、１又は２以上の導電要素は受動デバイス又は能動デバイスを接続して電気回路を形成する。他の一態様において、エッチングするステップは、金属又は酸化物で充填されると導体が１又は２以上の導電性ライン又はチャネルを形成する１又は２以上のフィーチャ（features）を形成し、その構造は１又は２以上のＤＣ、ＲＦ、ミリ波（ｍｍ波）及びテラヘルツ周波数の電気機器に接続されている。他の一態様において、基板をそのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて加熱するステップは、基板のＴｇを増大させるために１又は２以上のプロセスサイクルに適用され、各処理サイクルはＴｇを最小で５０℃、最大６５０℃まで増大させる。他の一態様において、金属は、表面、埋め込み接点、ブラインドビア（blind via）、ガラスビア、直線接点、矩形接点、多角形接点、又は円形接点を通して回路に接続されている。他の一態様において、感光性ガラス基板は、６０～７６重量％のシリカ、少なくとも３重量％のＫ_２Ｏを含む６重量％～１６重量％のＫ_２ＯとＮａ_２Ｏの組み合わせ、Ａｇ_２Ｏ及びＡｕ_２Ｏからなる群から選択される０．００３～１重量％の少なくとも１つの酸化物、０．００３～２重量％のＣｕ_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３とＢ_２Ｏ_３の組み合わせが１３重量％を超えない、０．７５重量％～７重量％のＢ_２Ｏ_３、及び６～７重量％のＡｌ_２Ｏ_３、８～１５重量％のＬｉ_２Ｏ、並びに０．００１～０．１重量％のＣｅＯ_２、の組成を含むガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、３５～７６重量％のシリカ、３～１６重量％のＫ_２Ｏ、０．００３～１重量％のＡｇ_２Ｏ、８～１５重量％のＬｉ_２Ｏ、及び０．００１～０．１重量％のＣｅＯ_２、の組成を含むガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、少なくとも０．１重量％のＳｂ_２Ｏ_３又はＡｓ_２Ｏ_３を含む感光性ガラス基板、０．００３～１重量％のＡｕ_２Ｏを含む感光性ガラス基板、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から選択される酸化物の１～１８重量％を含む感光性ガラス基板、の少なくとも１つであり、任意選択で、１０～２０：１、２１～２９：１、３０～４５：１、２０～４０：１、４１～４５：１、及び３０～５０：１の少なくとも１つである露光部分の未露光部分に対する異方性エッチング比を有する感光性ガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、又は酸化セリウムの少なくとも１つを含む感光性ガラスセラミック複合基板である。他の一態様において、ＲＦ伝送線デバイスは、３０Ｇｈｚで０．７ｄＢ／ｃｍ未満の損失を有する。他の一態様において、この方法は、１又は２以上のＲＦの機械的及び熱的に安定化されたＰＣＢを形成するステップをさらに含む。セラミックはＴｇを２００℃から６５０℃まで上昇させる。

他の一実施形態において、本発明は、機械的及び熱的に安定化された高温プリント回路基板（ＰＣＢ）を作製する方法であって、設計レイアウトで先にマスキングされた感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱するステップと、感光性ガラス基板を冷却して、露光されたガラスの少なくとも一部をガラス結晶性基板に変換させるステップと、ガラス結晶性基板をエッチャントでエッチングして、１又は２以上のトレンチ、設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び１又は２以上の導電要素を形成するステップと、感光性ガラス基板全体を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成するステップと、１又は２以上の導電要素、１又は２以上の充填ビア、グランドプレーン、並びに１又は２以上の入力及び出力チャネルを形成する１又は２以上の金属又は金属媒体を印刷又は堆積するステップと、１若しくは２以上の導電性要素、充填ビア、又はグランドプレーン上に能動素子及び受動素子の組み合わせを配置するステップであって、金属が回路、及び導電性要素の少なくとも１つに接続されている、ステップと、を含む方法を含む。他の一態様において、基板をそのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて加熱するステップは、基板のＴｇを増大させるために１又は２以上のプロセスサイクルに適用され、各処理サイクルはＴｇを最小で５０℃、最大６５０℃まで増大させる。一態様において、設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び１又は２以上の導電性要素は、低誘電正接の機械的及び熱的安定化構造である。他の一態様において、セラミック基板は、完全にセラミック化された基板としてさらに定義される。他の一態様において、セラミック基板の熱膨張係数は７．２より大きく、又は７．４、７．５、８．０、８．５、９．０、９．５、１０、１０．４、若しくは１０．５未満、又は７．５と１０との間である。他の一態様において、１又は２以上の導電要素は受動デバイス又は能動デバイスを接続して電気回路を形成する。他の一態様において、エッチングするステップは、金属又は酸化物で充填されると導体が１又は２以上の導電性ライン又はチャネルを形成する１又は２以上のフィーチャを形成し、その構造は１又は２以上のＤＣ、ＲＦ、ミリ波（ｍｍ波）及びテラヘルツ周波数の電気機器に接続されている。他の一態様において、金属は、表面、埋め込み接点、ブラインドビア、ガラスビア、直線接点、矩形接点、多角形接点、又は円形接点を通して回路に接続されている。他の一態様において、感光性ガラス基板は、６０～７６重量％のシリカ、少なくとも３重量％のＫ_２Ｏを含む６重量％～１６重量％のＫ_２ＯとＮａ_２Ｏの組み合わせ、Ａｇ_２Ｏ及びＡｕ_２Ｏからなる群から選択される０．００３～１重量％の少なくとも１つの酸化物、０．００３～２重量％のＣｕ_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３とＢ_２Ｏ_３の組み合わせが１３重量％を超えない、０．７５重量％～７重量％のＢ_２Ｏ_３、及び６～７重量％のＡｌ_２Ｏ_３、８～１５重量％のＬｉ_２Ｏ、並びに０．００１～０．１重量％のＣｅＯ_２、の組成を含むガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、３５～７６重量％のシリカ、３～１６重量％のＫ_２Ｏ、０．００３～１重量％のＡｇ_２Ｏ、８～１５重量％のＬｉ_２Ｏ、及び０．００１～０．１重量％のＣｅＯ_２、の組成を含むガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、少なくとも０．１重量％のＳｂ_２Ｏ_３又はＡｓ_２Ｏ_３を含む感光性ガラス基板、０．００３～１重量％のＡｕ_２Ｏを含む感光性ガラス基板、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から選択される１～１８重量％の酸化物を含む感光性ガラス基板、の少なくとも１つであり、任意選択で、１０～２０：１、２１～２９：１、３０～４５：１、２０～４０：１、４１～４５：１、及び３０～５０：１の少なくとも１つである露光部分の未露光部分に対する異方性エッチング比を有する感光性ガラス基板である。他の一態様において、感光性ガラス基板は、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、又は酸化セリウムの少なくとも１つを含む感光性ガラスセラミック複合基板である。他の一態様において、ＲＦ伝送線デバイスは、３０Ｇｈｚで０．７ｄＢ／ｃｍ未満の損失を有する。他の一態様において、この方法は、１又は２以上のＲＦの機械的及び熱的に安定化されたＰＣＢを形成するステップをさらに含む。

一実施形態において、本発明は、機械的及び熱的に安定化されたＰＣＢ基板を作製する方法を含む。プリント回路基板（ＰＣＢ）デバイスは機械的及び熱的に安定化されることになる。本明細書に記載のように、ＰＣＢ基板が感光性ガラス基板上に作製される場合、これは通常、感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に対して露光することと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱することと、感光性ガラス基板を冷却して、露光されたガラスの少なくとも一部を結晶性材料に変換させてガラス結晶性基板を形成することと、ガラス結晶性基板をエッチャントでエッチングすることと、残りの感光性ガラス基板のすべてを活性化エネルギー源に対してフラッド露光することと、感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成することと、感光性ガラス／セラミック基板を冷却して、露光されたガラスを結晶性物質に変換させてガラス結晶性基板に形成することと、１又は２以上の導電性要素、グランドプレーン並びに入力及び出力チャネルを１又は２以上の金属で被覆することであって、金属が回路に接続されている、被覆することによって形成される。機械的及び熱的に安定化されたＰＣＢは、ＤＣ、ＲＦ、ミリ波（ｍｍ波）及びテラヘルツ周波数を含む回路のために用いることができる。セラミック基板の熱膨張係数は、直線的に測定したとき、７．５と１０αとの間であり、いくつかの場合において７．２より大きく、又は７．４、７．５、８．０、８．５、９．０、９．５、１０、１０．４、若しくは１０．５未満である。特定の一例において、基板をそのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて加熱するステップは、基板のＴｇを増大させるために１又は２以上のプロセスサイクルに適用され、各処理サイクルはＴｇを最小で５０℃、最大６５０℃まで増大させる。

露光部分は、ガラス転移温度に近い温度までガラス基板を加熱することによって結晶性材料へ変換させることができる。フッ化水素（ＨＦ）酸のようなエッチャントにおいてガラス基板をエッチングするとき、広いスペクトルの中紫外線（約３０８～３１２ｎｍ）のフラッドランプにガラスを露光して少なくとも３０：１のアスペクト比を有する成形ガラス構造を提供し、そしてレンズ成形ガラス構造を提供すると、露光部分の非露光部分に対する異方性エッチング比は少なくとも３０：１である。露光ガラスを次いで、通常２ステッププロセスでベークする。１０分～２時間の間で４２０℃～５２０℃の間で加熱される温度範囲。銀イオンを銀ナノ粒子に合体させるため、加熱のための温度範囲は１０分と２時間との間で５２０℃～６２０℃の間であり、酸化リチウムを銀ナノ粒子の周りに形成することが可能になる。ガラスプレートを次いでエッチングする。ガラス基板は、ＨＦ溶液の、通常５体積％～１０体積％のエッチャントにおいてエッチングされ、露光部分の非露光部分に対するエッチング比は少なくとも３０：１である。作成されたエッチングフィーチャは、金属、誘電体、及び／又は抵抗素子で充填され、能動デバイスに結合、又は接続されて回路を形成することができる。光エッチング可能なガラス構造に電気回路及び構造を作成する前の最終処理ステップは、残りのガラス基板をセラミック相に完全に変換することである。ガラスのセラミック化は、残りの感光性ガラス基板のすべてを約２０Ｊ／ｃｍ^２の３１０ｎｍの光に露光することによって達成される。次いで基板を２時間まで４２０℃～５２０℃の間の温度に加熱する。１つの特定の例において、基板をそのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて加熱するステップは、基板のＴｇを増大させるために１又は２以上のプロセスサイクルに適用され、各処理サイクルはＴｇを最小で５０℃、最大６５０℃まで増大させる。銀イオンを銀ナノ粒子に合体させるため、加熱のための温度範囲は１０分と２時間との間で５２０℃～６２０℃の間であり、これにより酸化リチウムを銀ナノ粒子の周りに形成することが可能になる。基板を次いで冷却し、次いで金属化構造（相互接続、ビアなど）を追加するように処理する。最後に能動及び受動デバイスをセラミック化された基板上へ配置する。感光性ガラスのＴｇは、露光及び熱サイクルを通して２００℃から６５０℃まで増大させることができる。２００℃は非露光のナノ結晶性感光性ガラスセラミック材料についてのＴｇである。フルサイクルでＴｇを６００℃まで増大させる。後続の熱及び光露光により、Ｔｇを６５０℃まで増大させることができる。この増大には最小２回の露光が必要とされる。

Claims

機械的及び熱的に安定化された高温プリント回路基板（ＰＣＢ）を作製する方法であって、
感光性ガラス基板上に１又は２以上の構造を形成する１又は２以上の構造を含む設計レイアウトをマスキングするステップと、
前記感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、
前記感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱するステップと、
前記感光性ガラス基板を冷却して、前記露光されたガラスの少なくとも一部をガラス結晶性基板に変換させるステップと、
前記ガラス結晶性基板をエッチャント液でエッチングして、１又は２以上のトレンチ、前記設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び導電要素を備えた１又は２以上の伝送線構造を形成するステップと、
前記感光性ガラス基板のすべてを活性化エネルギー源に対してフラッド露光するステップと、
前記感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成するステップと、
前記１又は２以上の導電要素、１又は２以上の充填ビア、グランドプレーン、並びに１又は２以上の入力及び出力チャネルを形成する１又は２以上の金属又は金属媒体を印刷又は堆積するステップと、
前記１若しくは２以上の導電性要素、充填ビア、又はグランドプレーン上に能動素子及び受動素子の組み合わせを配置するステップであって、前記金属が回路、及び前記導電性要素の少なくとも１つに接続されている、ステップと、
を含み、
前記感光性ガラス基板をそのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成する前記ステップが、前記感光性ガラス基板の前記Ｔｇを増大させるために１又は２回以上適用され、各加熱が前記Ｔｇを最小で５０℃、最大６５０℃まで増大させる、
前記方法。
設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び１又は２以上の導電性要素が、低誘電正接の機械的及び熱的安定化構造である、請求項１に記載の方法。
セラミック基板が、セラミック化された基板としてさらに定義される、請求項１に記載の方法。
１又は２以上の導電要素が受動デバイス又は能動デバイスを接続して電気回路を形成する、或いは
エッチングするステップが、金属又は酸化物で充填されると導体が１又は２以上の導電性ライン又はチャネルを形成する１又は２以上のフィーチャを形成し、その構造が１又は２以上のＤＣ、ＲＦ、ミリ波（ｍｍ波）及びテラヘルツ周波数の電気機器に接続されている、
請求項１に記載の方法。
金属が、表面、埋め込み接点、ブラインドビア、ガラスビア、直線接点、矩形接点、多角形接点、又は円形接点を通して回路に接続されている、請求項１に記載の方法。
感光性ガラス基板が、６０～７６重量％のシリカ；少なくとも３重量％のＫ_２Ｏを含む６重量％～１６重量％のＫ_２ＯとＮａ_２Ｏの組み合わせ；Ａｇ_２Ｏ及びＡｕ_２Ｏからなる群から選択される０．００３～１重量％の少なくとも１つの酸化物；０．００３～２重量％のＣｕ_２Ｏ；Ａｌ_２Ｏ_３とＢ_２Ｏ_３の組み合わせが１３重量％を超えない、０．７５重量％～７重量％のＢ_２Ｏ_３、及び６～７重量％のＡｌ_２Ｏ_３；８～１５重量％のＬｉ_２Ｏ；並びに０．００１～０．１重量％のＣｅＯ_２、の組成を含むガラス基板である、或いは
感光性ガラス基板が、３５～７６重量％のシリカ、３～１６重量％のＫ_２Ｏ、０．００３～１重量％のＡｇ_２Ｏ、８～１５重量％のＬｉ_２Ｏ、及び０．００１～０．１重量％のＣｅＯ_２、の組成を含むガラス基板である、或いは
感光性ガラス基板が、少なくとも０．１重量％のＳｂ_２Ｏ_３又はＡｓ_２Ｏ_３を含む感光性ガラス基板、０．００３～１重量％のＡｕ_２Ｏを含む感光性ガラス基板、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から選択される１～１８重量％の酸化物を含む感光性ガラス基板、の少なくとも１つであり、任意選択で、１０～２０：１、２１～２９：１、３０～４５：１、２０～４０：１、４１～４５：１、及び３０～５０：１の少なくとも１つである曝露部分の未曝露部分に対する異方性エッチング比を有する感光性ガラス基板である、或いは
感光性ガラス基板が、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、又は酸化セリウムの少なくとも１つを含む感光性ガラスセラミック複合基板である、
請求項１に記載の方法。
機械的及び熱的に安定化された高温プリント回路基板（ＰＣＢ）を作製する方法であって、
設計レイアウトで先にマスキングされた感光性ガラス基板の少なくとも一部を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、
前記感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱するステップと、
前記感光性ガラス基板を冷却して、前記露光されたガラスの少なくとも一部をガラス結晶性基板に変換させるステップと、
前記ガラス結晶性基板をエッチャントでエッチングして、１又は２以上のトレンチ、前記設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び１又は２以上の導電要素を形成するステップと、
前記感光性ガラス基板全体を活性化エネルギー源に対して露光するステップと、
前記感光性ガラス基板をそのガラス転移温度を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成するステップと、
前記１又は２以上の導電要素、１又は２以上の充填ビア、グランドプレーン、並びに１又は２以上の入力及び出力チャネルを形成する１又は２以上の金属又は金属媒体を印刷又は堆積するステップと、
前記１若しくは２以上の導電性要素、充填ビア、又はグランドプレーン上に能動素子及び受動素子の組み合わせを配置するステップであって、前記金属が回路、及び前記導電性要素の少なくとも１つに接続されている、ステップと、
を含み、
前記感光性ガラス基板をそのガラス転移温度（Ｔｇ）を超えて少なくとも１０分間加熱してセラミック基板を形成する前記ステップが、前記感光性ガラス基板の前記Ｔｇを増大させるために１又は２回以上適用され、各加熱が前記Ｔｇを最小で５０℃、最大６５０℃まで増大させる、前記方法。
設計レイアウトに基づいた機械的サポート及び１又は２以上の導電性要素が、低誘電正接の機械的及び熱的安定化構造である、請求項７に記載の方法。
エッチングするステップが、金属又は酸化物で充填されると導体が１又は２以上の導電性ライン又はチャネルを形成する１又は２以上のフィーチャを形成し、その構造が１又は２以上のＤＣ、ＲＦ、ミリ波（ｍｍ波）及びテラヘルツ周波数の電気機器に接続されている、請求項７に記載の方法。
感光性ガラス基板が、６０～７６重量％のシリカ；少なくとも３重量％のＫ_２Ｏを含む６重量％～１６重量％のＫ_２ＯとＮａ_２Ｏの組み合わせ；Ａｇ_２Ｏ及びＡｕ_２Ｏからなる群から選択される０．００３～１重量％の少なくとも１つの酸化物；０．００３～２重量％のＣｕ_２Ｏ；Ａｌ_２Ｏ_３とＢ_２Ｏ_３の組み合わせが１３重量％を超えない、０．７５重量％～７重量％のＢ_２Ｏ_３、及び６～７重量％のＡｌ_２Ｏ_３；８～１５重量％のＬｉ_２Ｏ；並びに０．００１～０．１重量％のＣｅＯ_２、の組成を含むガラス基板である、或いは
感光性ガラス基板が、３５～７６重量％のシリカ、３～１６重量％のＫ_２Ｏ、０．００３～１重量％のＡｇ_２Ｏ、８～１５重量％のＬｉ_２Ｏ、並びに０．００１～０．１重量％のＣｅＯ_２、の組成を含むガラス基板である、或いは
感光性ガラス基板が、少なくとも０．１重量％のＳｂ_２Ｏ_３又はＡｓ_２Ｏ_３を含む感光性ガラス基板、０．００３～１重量％のＡｕ_２Ｏを含む感光性ガラス基板、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びＢａＯからなる群から選択される１～１８重量％の酸化物を含む感光性ガラス基板、の少なくとも１つであり、任意選択で、１０～２０：１、２１～２９：１、３０～４５：１、２０～４０：１、４１～４５：１、及び３０～５０：１の少なくとも１つである露光部分の未露光部分に対する異方性エッチング比を有する感光性ガラス基板である、或いは
感光性ガラス基板が、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、又は酸化セリウムの少なくとも１つを含む感光性ガラスセラミック複合基板である、
請求項７に記載の方法。