(57)【要約】  焼結前に非高密度化構造体（４０）をグリーンセラミック積層体（１００）中に置くことにより、ホットプレス焼結される多層セラミック積層体（１００）の焼結後歪みを制御する方法。１つ以上の非高密度化構造体（４０）が１つ以上のセラミックグリーンシート（１０）上に置かれ、次にこれらのセラミックグリーンシート（１０）が、グリーンセラミック積層体（１００）を形成するために積み重ねおよび積層される。次にこの積層体は焼結され、非高密度化構造体（４０）は、ホットプレスされた多層セラミック基板の寸法を制御する。この方法は、焼結前に個々の製品アップ間の切り溝区域（３０）に非高密度化構造体（４０）を置くことにより、単一基板かマルチアップ基板として製造されたＭＬＣ基板における焼結後寸法を制御するために用いることができる。
2007524552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重下で焼結される多層セラミック基板の焼結後寸法を制御する方法であって、
少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を設けるステップと、
局所的な周辺切り溝区域（３０）および外部周辺切り溝区域（２０）を有する少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）を設けるステップと、
前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を、前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）の前記局所的な周辺切り溝区域（３０）上に置くステップと、
前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を有する前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）を、パーソナル化されたグリーンシートのスタック中に置くステップと、
グリーンセラミック積層体（１００）を形成するために、パーソナル化されたセラミックグリーンシートの前記スタックを積層するステップであって、前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）は、積層中に前記グリーンセラミック積層体（１００）の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップと、
多層セラミック基板を形成するために、前記グリーンセラミック積層体（１００）を荷重下で焼結するステップであって、前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）は、焼結中に前記多層セラミック基板の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記多層セラミック基板を焼結後サイジングし、それによって前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を前記多層セラミック基板から分離するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）を設けるステップと、
前記少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）を、積層前に前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）の前記外部周辺切り溝区域（２０）上に置くステップであって、前記少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）は、積層中に前記グリーンセラミック積層体（１００）の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップと、
前記グリーンセラミック積層体（１００）を焼結前サイジングし、それによって焼結前に前記少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）を前記グリーンセラミック積層体（１００）から分離するステップとをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、金属、セラミック、重合体、またはそれらの組み合わせである請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、モリブデン、ニッケル、銅、タングステン、ステンレス鋼およびジルコニアから成る群から選ばれる金属である請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、約０．０００３インチ（０．０００７６２ｃｍ）〜０．００１インチ（０．００２５４ｃｍ）の厚さおよび０．５ｍｍを超える幅を有する請求項３に記載の方法。
【請求項７】
マルチアップグリーンセラミック積層体として荷重下で積層および焼結される多層セラミック基板の焼結後寸法を制御する方法であって、
少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を設けるステップと、
局所的な切り溝区域（３０）により分離された複数の製品試料（３５）を有し、外部周辺切り溝区域（２０）を有する少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）を設けるステップと、
前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を、前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）の前記局所的な切り溝区域（３０）上に置くステップと、
前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を有する前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）を、パーソナル化されたグリーンシートのスタック中に置くステップと、
マルチアップグリーンセラミック積層体（１００）を形成するために、パーソナル化されたセラミックグリーンシートの前記スタックを積層するステップであって、前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）は、積層中に前記マルチアップグリーンセラミック積層体（１００）の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップと、
マルチアップ多層セラミック基板を形成するために、前記グリーンセラミック積層体（１００）を荷重下で焼結するステップであって、前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）は、焼結中に前記マルチアップ多層セラミック基板の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップとを含む方法。
【請求項８】
個々の多層セラミック基板を形成するために前記マルチアップ多層セラミック基板を焼結後サイジングし、それによって前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を前記個々の多層セラミック基板から分離するステップをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）を設けるステップと、
前記少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）を、積層前に前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）の前記外部周辺切り溝区域（２０）上に置くステップであって、前記少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）は、積層中に前記マルチアップグリーンセラミック積層体（１００）の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップと、
前記マルチアップグリーンセラミック積層体（１００）を焼結前サイジングし、それによって焼結前に前記少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）を前記マルチアップグリーンセラミック積層体（１００）から分離するステップとをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）は、前記製品試料（３５）内部の局所的歪みを制御するために調整された形状（５１）をさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、金属、セラミック、重合体、またはそれらの組み合わせである請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、モリブデン、ニッケル、銅、タングステン、ステンレス鋼およびジルコニアから成る群から選ばれる金属である請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、約０．０００３インチ（０．０００７６２ｃｍ）〜０．００１インチ（０．００２５４ｃｍ）の厚さおよび０．５ｍｍを超える幅を有する請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
多層セラミック積層構造体であって、
複数の積層セラミックグリーンシートと、
局所的な周辺切り溝区域（３０）と外部周辺切り溝区域（２０）とを有する少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）と、
前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）の前記局所的な周辺切り溝区域（３０）上に置かれた少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）とを含む多層セラミック積層構造体。
【請求項１５】
前記外部周辺切り溝区域（２０）上に置かれた少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）をさらに含む請求項１４に記載の多層セラミック積層構造体。
【請求項１６】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、金属、セラミック、重合体、またはそれらの組み合わせである請求項１５に記載の多層セラミック積層構造体。
【請求項１７】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、モリブデン、ニッケル、銅、タングステン、ステンレス鋼およびジルコニアから成る群から選ばれる金属である請求項１５に記載の多層セラミック積層構造体。
【請求項１８】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、約０．０００３インチ（０．０００７６２ｃｍ）〜０．００１インチ（０．００２５４ｃｍ）の厚さおよび０．５ｍｍを超える幅を有する請求項１５に記載の多層セラミック積層構造体。
【請求項１９】
マルチアップ多層セラミック積層構造体であって、
複数の積層セラミックグリーンシートと、
局所的な周辺切り溝区域（３０）により分離された複数の製品試料（３５）を有し、外部周辺切り溝区域（２０）を有する少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）と、
前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）の前記局所的な切り溝区域（３０）上に置かれた少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）とを含むマルチアップ多層セラミック積層構造体。
【請求項２０】
前記外部周辺切り溝区域（２０）上に置かれた少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）をさらに含む請求項１９に記載のマルチアップ多層セラミック積層構造体。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）は、前記製品試料（３５）内部の局所的歪みを制御するために調整された形状（５１）をさらに含む請求項１９に記載のマルチアップ多層セラミック積層構造体。
【請求項２２】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、金属、セラミック、重合体、またはそれらの組み合わせである請求項２０に記載のマルチアップ多層セラミック積層構造体。
【請求項２３】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、モリブデン、ニッケル、銅、タングステン、ステンレス鋼およびジルコニアから成る群から選ばれる金属である請求項２０に記載のマルチアップ多層セラミック積層構造体。
【請求項２４】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、約０．０００３インチ（０．０００７６２ｃｍ）〜０．００１インチ（０．００２５４ｃｍ）の厚さおよび０．５ｍｍを超える幅を有する請求項２０に記載のマルチアップ多層セラミック積層構造体。
【請求項２５】
前記多層セラミック積層構造体の内部の局所的歪みを制御するためのディスクリートな調整された形状をさらに含む請求項１４に記載の多層セラミック積層体構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属化多層セラミック（ＭＬＣ）基板の高温処理中の歪みの制御、より具体的にはホットプレスにおける歪みの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＬＣ基板の製造において、セラミックグリーンシートが注型スラリーから形成される。個々のセラミックグリーンシートは、バイアホールおよび導電性金属でパーソナル化される。次にセラミックグリーンシートは、所定の設計順序で一緒に積み重ねられて、グリーンセラミック積層体を形成する。グリーンシートが積み重ねられた後、熱および圧力がグリーンシートに加えられて、連続した導電性金属配線を有するグリーンセラミック積層体がもたらされ、この金属配線の層は、その後の処理の間、隣接したままである。
【０００３】
積み重ねられたグリーンシートに熱および圧力を加えるこのプロセスは、積層と呼ばれる。次にグリーンセラミック積層体は、焼結と呼ばれるプロセスにおいて焼かれ、この焼結においてグリーン積層体は、熱および圧力のもとで高密度化される。単軸方向に加えられた圧力下でセラミックを焼結するプロセスは、ホットプレスとしても知られている。圧力が全方向に加えられる場合、焼結プロセスは一般に、ホットアイソスタティックプレスとして知られている。対照的に、自由焼結は一般に、外部からの荷重または圧力が全くない状態で焼結するプロセスを指す。
【０００４】
ＭＬＣ基板中のセラミック材料および導電性金属材料を高密度化するために主として用いられるホットプレスプロセス中に、ＭＬＣ基板の大きな体積収縮が一般に生じる。より具体的には、ホットプレスの場合、圧力が一方向に加えられると、体積収縮は、高密度化する本体全体にわたって、かなりの不均一な粘性変形に遭遇する。高密度化プロセスおよび粘性変形プロセスは両方とも一般に試料粘性に依存するので、これら２つのプロセスは、同時に、ただし温度に敏感な異なる変形率で生じる。加えて、ＭＬＣ製品をホットプレスする場合、主に高密度化のための主要な原動力がセラミック相の表面張力なので、高密度化プロセスは金属相の分布にも依存する一方で、外部条件に対してはいくぶん鈍感である。対照的に、粘性変形プロセスは、試料に加えられる全ての外力に強く依存する。
【０００５】
一般に、セラミック材料および導電性金属材料は、物理特性および輸送特性において大きな違いがある。高密度化の開始およびセラミック相と金属相との間の高密度化プロファイルも同様に大きく異なる。焼結プロセス中に外部圧力を加えると、加えられた圧力に金属高密度化率が敏感な場合、高密度化率の差のいくつかを低減し得る。しかしながら、高密度化中に単軸の外部圧力を使用することにより、試料中に粘性変形も同様に生み出される。複合材の複雑な高密度化プロセスは、粘性変形率と共に、導電性金属の形状構成のパターンおよび基板ボディ寸法双方における歪みという結果になる。
【０００６】
歪みは、理想的な設計寸法からの、実際の焼結後寸法のずれとして定義される。本体寸法における歪みとしては、キャンバと呼ばれる表面平面度におけるずれが含まれる。ホットプレスプロセスによる焼結における歪み制御は、導電性金属およびセラミック材料が同様な収縮率を有すること、セラミック−金属複合材物性に合致した速度で外部圧力をかけること、および製品に圧力をかける方法を慎重に選択することを必要とする。しかしながら、材料を慎重に選択したとしても、材料のロット間変動は、例えば、汚染または粒度分布による予測できない収縮という結果になり得る。さらに、高密度化している試料に外部圧力を加えることは、荷重変動のような処理関連変動も発生させることがあり、これは、任意の試料バッチにおける製品間変動という結果になり、製品歪みを発生させることがある。ＭＬＣ基板において、この歪みは、基板の反り、基板キャンバ、および基板寸法の変動として現れることがある。高い歪みは、歩留まりが低く生産コストが高い製品という結果になる。
【０００７】
ホットプレスは一般に、自由焼結方法を用いて同じプロセスを完了するのに必要な温度よりも低い温度でセラミック−金属複合材を高密度化させるため用いられる。セラミック相と金属相との間の収縮率差が大きく、粒度分布および材料化学のような従来の手段により十分に低減できない場合には、高密度化中の外部圧力の使用も、高密度化中の基板キャンバの制御を助ける。用途によっては、外部圧力の使用は、特定のセラミック−金属複合材を生成するために実施可能な唯一の製造可能なプロセスである。しかしながら、焼結中の外部圧力の使用は、製造コストに直接影響する多くの複雑性を焼結プロセスに持ち込む。
【０００８】
例えば、焼結中の外部圧力の使用は、高密度化下の製品に圧力を伝えるために、特別に設計された機器の使用を必要とする。焼結機器は、製品の加熱、冷却、または物質移動を伴うどのような化学反応も限定してはならず、圧力下で大きく変形してはならない。また、焼結圧力を加えるために用いられる機器は、貴重な炉体積を使い果たす。従って、より高い外部焼結圧力および温度は、すでに高価な焼結プロセスを実行するためのより高価な機器に直接的につながる。
【０００９】
ホットプレスプロセスが特定の製造生産速度について自由焼結よりもかなり高価であることは驚くにあたらない。コストを低減するため、ホットプレスされる各試料は、多くの最終製品を含むことがあり、これらの最終製品は一般に、その後の焼結後ダイシング操作において分離される。残念ながら、積層体が複数の製品を含んでいる場合、ホットプレス中の積層体歪みを制御する努力は困難をかなり増大させる。これは主に、典型的なマルチアップ積層体において、個々の製品試料、すなわち「アップ」の間の空間には冶金学が無いからである。焼結積層体の粘弾性特性は冶金学分布に依存し、従ってマルチアップ積層体焼結は、物理特性および輸送特性の変動を本来的に内包している。
【００１０】
ＭＬＣ基板の製造は、焼結ステップ中に製品寸法および歪みに直接的に影響する複数のプロセスを伴う。焼結後ＭＬＣ基板寸法を制御するため、多大な労力が高コストで費やされている。マイクロエレクトロニクス技術における進歩は、チップ入力／出力「Ｉ／Ｏ」の数を絶えず増大させる一方で、対応するチップサイズを減少させてきた。これにより、上面金属（ＴＳＭ）相互接続寸法が低減されたＭＬＣ基板に対する要求が引き起こされる。それに対応して、ＭＬＣ基板底面Ｉ／Ｏパッド密度が増大される必要がある。そのような設計要求は、製品構造、とりわけ製品寸法制御の課題を増大させる。従って、ＭＬＣ基板製造における費用対効果が大きい歪み制御が要求される。
【００１１】
自由焼結条件下で高密度化されるセラミック−金属系に適用可能な、ＭＬＣ基板製造中に基板寸法を制御するために現在用いられている多くの方法がある。しかしながら、高密度化が外部圧力下でなされる場合に用い得る方法は限られる。時として、圧力下での付加的な焼結プロセスが適用可能で、いくつかの材料系においてセラミックの歪みを低減する。しかしながら、このプロセスは高価であり、付加的な製品歩留まり損失という結果になる。このプロセスが実行できないことがよくある。加えて、基板全体にわたって用いられる導電性金属のタイプの調整を、製品歪みを制御するために使用できるが、これは全体的な歪みの制御には役立たない。
【００１２】
また、この対策は包括的ではなく、個々の製品歪みの問題に常に対処するわけではない。個々の製品全体にわたり導電性金属を、極力最大限選択的に分布させることにより、個々の製品歪みを制限できるが、全体的な歪み問題を制御することはできない。全体的な歪みを制御するために、グリーンシートスタック積層圧力調節が用いられることがある。しかしながら、この技法は、ホットプレスと共に用いられる場合にはそれほど効果的ではない。最後に、場合によってはキー区域における導電性金属分布を調節することにより歪みを低減するツールとして製品再設計を用いることができる。しかしながら、これは、非常に高価でありかつ新製品発売時に影響するので望ましくない。製品寸法を制御するために用いられる既存の手順およびモデルは、完全に予言的なものではなく、従って信頼できずかつ全く限定的である。
【００１３】
電子パッケージの寸法制御を改善するために他者により提案された方法がある。参照によりその開示が本明細書に組み込まれるＮａｔａｒａｊａｎらの米国特許第６，６２７，０２０号は、自由焼結された多層セラミック基板の寸法を制御するためにディスクリートな非高密度化構造体を使用することを開示している。参照によりその開示が本明細書に組み込まれるＲｏｂｂｉｎｓらの米国特許第５，８０１，０７３号は、パッケージ内の異なる材料で作られた電子パッケージ素子を製造する方法を開示している。Ｒｏｂｂｉｎｓは、誘電セラミック材料として高純度反応接合窒化ケイ素を用いることによりパッケージの最小全体収縮を達成する方法を開示している。
【００１４】
参照によりその開示が本明細書に組み込まれるＭｏｒｉらの米国特許第５，３７０，７６０号は、焼結前の積層プロセス中にセラミック積層体の金属化された形状構成の歪みを低減する方法を開示している。Ｍｏｒｉは金型アセンブリの使用を開示しており、この金型アセンブリは、積層体の中央部よりも高い程度に積層体の外周部を圧縮できる外周部および内周部を有するツールである。この開示は、焼結プロセス中に引き起こされる歪みの制御を扱っていない。
【００１５】
先行技術にもかかわらず、外部焼結圧力を最小にし、すでに設計されているが焼結後寸法要件に適合できず、その全体的な歪みが現行の寸法制御方法に適さないＭＬＣ基板の寸法を制御する要求が依然としてある。
【００１６】
本発明のこれらおよびその他の目的は、添付図面と共に考慮される以下の説明を参照した後、より明白になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、前述の従来技術の欠点を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の目的は、第１の実施形態によれば、荷重下で焼結される多層セラミック基板の焼結後寸法を制御する方法であって、
少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体を設けるステップと、
局所的な周辺切り溝区域および外部周辺切り溝区域を有する少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシートを設けるステップと、
前記第１の連続した非高密度化構造体を、前記パーソナル化されたセラミックグリーンシートの前記局所的な周辺切り溝区域上に置くステップと、
前記第１の連続した非高密度化構造体を有する前記パーソナル化されたセラミックグリーンシートを、パーソナル化されたグリーンシートのスタック中に置くステップと、
グリーンセラミック積層体を形成するために、パーソナル化されたセラミックグリーンシートの前記スタックを積層するステップであって、前記第１の連続した非高密度化構造体は、積層中に前記グリーンセラミック積層体の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップと、
多層セラミック基板を形成するために、前記グリーンセラミック積層体を荷重下で焼結するステップであって、前記第１の連続した非高密度化構造体は、焼結中に前記多層セラミック基板の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップと、を含む方法を提供することによって達成された。
【００１９】
前記方法は、前記多層セラミック基板を焼結後サイジングするステップと、それによって前記第１の連続した非高密度化構造体を前記多層セラミック基板から分離するステップとをさらに含むことができる。
【００２０】
前記方法は、
第２の連続した非高密度化構造体を設けるステップと、
前記第２の連続した非高密度化構造体を、積層前に前記パーソナル化されたセラミックグリーンシートの前記外周切り溝区域上に置くステップであって、前記第２の連続した非高密度化構造体は、積層中に前記グリーンセラミック積層体の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップと、
前記グリーンセラミック積層体を焼結前サイジングし、それによって焼結前に前記第２の連続した非高密度化構造体を前記グリーンセラミック積層体から分離するステップとをさらに含み得る。
【００２１】
本発明の別の実施形態においては、マルチアップグリーンセラミック積層体として荷重下で積層および焼結される多層セラミック基板の焼結後寸法を制御する方法であって、
少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体を設けるステップと、
局所的な切り溝区域により分離された複数の製品試料を有し、周辺外部切り溝区域を有する少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシートを設けるステップと、
前記第１の連続した非高密度化構造体を、前記パーソナル化されたセラミックグリーンシートの前記局所的な切り溝区域上に置くステップと、
前記第１の連続した非高密度化構造体を有する前記パーソナル化されたセラミックグリーンシートを、パーソナル化されたグリーンシートのスタック中に置くステップと、
マルチアップグリーンセラミック積層体を形成するために、パーソナル化されたセラミックグリーンシートの前記スタックを積層するステップであって、前記第１の連続した非高密度化構造体は、積層中に前記マルチアップグリーンセラミック積層体の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップと、
マルチアップ多層セラミック基板を形成するために、前記グリーンセラミック積層体を荷重下で焼結するステップであって、前記第１の連続した非高密度化構造体は、焼結中に前記マルチアップ多層セラミック基板の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップとを含む方法が提供される。
【００２２】
前記方法は、個々の多層セラミック基板を形成するために前記マルチアップ多層セラミック基板を焼結後サイジングするステップと、それによって前記第１の連続した非高密度化構造体を前記個々の多層セラミック基板から分離するステップとをさらに含み得る。
【００２３】
前記方法は、
少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体を設けるステップと、
前記第２の連続した非高密度化構造体を、積層前に前記パーソナル化されたセラミックグリーンシートの前記外部周辺切り溝区域上に置くステップであって、前記第２の連続した非高密度化構造体は、積層中に前記マルチアップグリーンセラミック積層体の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップと、
前記マルチアップグリーンセラミック積層体を焼結前サイジングし、それによって焼結前に前記第２の連続した非高密度化構造体を前記マルチアップグリーンセラミック積層体から分離するステップとをさらに含み得る。
【００２４】
本発明の別の実施形態においては、多層セラミック積層体構造体構成であって、
複数の積層セラミックグリーンシートと、
局所的な周辺切り溝区域と外部周辺切り溝区域とを有する少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシートと、
前記パーソナル化されたセラミックグリーンシートの前記局所的な周辺切り溝区域上に置かれた少なくとも１つの連続した非高密度化構造体とを含む、多層セラミック積層構造体が提供される。
【００２５】
前記多層セラミック積層構造体は、前記外部周辺切り溝区域上に置かれた少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体をさらに含むことができる。
【００２６】
本発明の別の実施形態においては、マルチアップ多層セラミック積層構造体であって、
複数の積層セラミックグリーンシートと、
局所的な周辺切り溝区域により分離された複数の製品試料を有し、周辺外部切り溝区域を有する少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシートと、
前記パーソナル化されたセラミックグリーンシートの前記局所的な切り溝区域上に置かれた少なくとも１つの連続した非高密度化構造体とを含む、マルチアップ多層セラミック積層構造体が提供される。
【００２７】
前記マルチアップ多層セラミック積層構造体は、前記外部周辺切り溝区域上に置かれた少なくとも第２の連続した非高密度化構造体をさらに含み得る。
【００２８】
新規であると考えられる本発明の特徴要件および本発明の特徴的な要素は、添付の特許請求の範囲において詳細に述べられる。図面は、単に説明を目的とするものであり、一律の縮尺に従って描かれているわけではない。しかしながら、本発明自体は、構成および操作方法の両方に関して、添付図面に関連して解される以下の詳細な説明を参照することにより最もよく理解され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
ＭＬＣの焼結中、グリーンセラミック積層体は、大きな体積変化、典型的には約４０％〜約６０％の収縮を受けて、最終的なＭＬＣ基板を生成する。自由焼結プロセスの場合、ＭＬＣ基板は、３つの寸法すべてにおいて、典型的には各寸法において直線的に約１０％〜約２０％収縮する。焼結が荷重下で行われれば、１つの寸法は、特に加えられた荷重の方向に、収縮の大部分を経験することがある。これは、グリーンセラミック積層体に焼結圧力を加えるために用いられる方法に直接的に依存する。自由焼結および荷重下焼結双方において、ＭＬＣ基板収縮は、セラミックの高密度化段階中に生じる。この段階の間、ＭＬＣ基板の粘性は十分に低く、主に表面張力により駆動される内部焼結力がＭＬＣ基板をその最終寸法まで収縮させられるようにする。本発明は、荷重下での焼結中に歪みを制御することに関する。
【００３０】
グリーンセラミック積層体中のセラミック層と金属層との間の相互作用は、最終的なＭＬＣ基板寸法のいくつかを決定し、その結果、歩留まりレベルを定める。それらの物理化学的性質が異なるため、金属層およびセラミック層は、異なる開始および率で高密度化する。この高密度化率の違いは、主に典型的なＭＬＣ積層体中の金属層が均一に分布されていないので、焼結後のＭＬＣ基板寸法の、設計寸法からの逸脱に直接的に寄与する。
【００３１】
加えて、ある特定のセラミック積層体における異なるタイプの冶金学の使用も、焼結中の基板歪みに寄与する。前記の歪み誘発因子は両方ともＭＬＣ製造において不可避である。なぜならば、それらの因子は、基板が集積回路チップと電子カードとの間に提供する電気的および機械的な相互接続機能のために必要だからである。
【００３２】
本発明は、どのようなパーソナル化されたセラミックグリーンシートにも適用可能である。パーソナル化されたセラミックグリーンシートは金属化されてもされなくてもよい。用語「パーソナル化された」は、特定の特性のため積層体において使用するために選ばれたセラミックグリーンシートを指す。この特性は一般にシート上の仕切られた金属化パターンであると同時に、この特性は、シートの厚さのような、ブランクまたは非金属化シートの特定の特性も指すことがある。パーソナル化されたセラミックグリーンシートが金属化される場合、導電性金属は、例えば、モリブデン、ニッケル、銅、タングステン、金属−セラミック導体および金属−ガラス導体とすることができる。パーソナル化されたセラミックグリーンシートは、例えば、アルミナ、ホウケイ酸ガラス−セラミックまたは窒化アルミニウムで構成され得る。
【００３３】
図１を参照すると、典型的な金属化グリーンシート１０の平面図が示してある。この特定の例において、グリーンシート１０は、４つのセラミック製品３５、すなわち４つのアップと、焼結前にグリーンサイズアウェイされる外部切り溝区域２０と、セラミック製品３５を包囲および分離しており焼結後にセラミック製品またはアップ３５から分離される局所的な切り溝区域３０とを含んでいる。これは通常、湿式サイジングプロセスによって達成される。図２は、この特定のケースにおいて本発明の単なる説明の目的で、５つの異なる金属化グリーンシートから作られたグリーンセラミック積層体１００の概略図を示している。
【００３４】
本発明は、連続した薄い金属構造体のような、適切に調整された非高密度化構造体のグリーンセラミック積層体切り溝区域への付加は、ホットプレス焼結プロセス中のセラミック製品の寸法制御を改善し、外部圧力低減も考慮に入れることを開示している。形状に加え、これらの非高密度化構造体の位置および厚さも、セラミック製品３５の設計特徴要件と金属化グリーンシート１０および積層体１００の特性とを適合させ、所望の本発明による機能性を提供するように適切に選択されなければならない。
【００３５】
１つの実施形態において、図３を参照すると、本発明は、個々の製品３５間の切り溝区域３０におけるグリーンシート１０上に連続した非高密度化構造体４０を焼結前に置き、次に連続した非高密度化構造体４０を焼結後湿式サイジングを用いて製品３５から分離することにより、ホットプレス焼結中にマルチアップ積層体の全体的な焼結後寸法を制御する方法を提供する。
【００３６】
図４を参照すると、１つ以上の連続した非高密度化構造体、例えば４０および４１が、個々の製品３５間の切り溝区域３０における１つ以上のマルチアップセラミックグリーンシート１０、１２上に置かれる。マルチアップセラミックグリーンシートは、マルチアップグリーンセラミック積層体１００を形成するために積み重ねられて積層され、このマルチアップグリーンセラミック積層体１００は次に、外部切り溝区域２０を分離するためにグリーンサイジングされ、次に焼結され、連続した非高密度化構造体４０および４１は、多層セラミック基板の寸法を制御する。焼結後、基板は、局所的な切り溝区域３０における非高密度化構造体４０および４１を個々の多層セラミック製品３５から分離することにより個々の製品３５に切り離される。
【００３７】
連続した非高密度化構造体４０は、形状の不連続性または小さいギャップに、そのようなギャップのサイズが１〜１．５ｍｍを超えない限り、対応することができる。これらのギャップは、焼結後切断処理のための経路を提供するために必要とされることがあり、ギャップ幅が特定のギャップまわりの非高密度化構造体４０の長さよりも小さい限り許される。
【００３８】
加えて、金属化設計区域内に局所的な非金属化領域を含む特定の基板設計について、個々のディスクリートな調整された形状は、局所的な歪みを制御するために必要に応じて、利用可能な非金属化領域中に置かれ得る。これらの個々のディスクリートな調整された形状は一般に、連続した非高密度化構造体と同じ材料で作られるであろう。典型的な寸法は、一例として、０．０００３インチ（０．０００７６２ｃｍ）〜０．００１インチ（０．００２５４ｃｍ）の範囲の厚さ、０．００２インチ（０．００５０８ｃｍ）〜０．００８インチ（０．０２０３２ｃｍ）の範囲の幅、および局所的な非金属化領域の面積により決定される長さを含む。
【００３９】
別の実施形態において、図５を参照すると、本発明は、個々の製品アップ間の切り溝区域３０に連続した非高密度化構造体４１を焼結前に置き、次に連続した非高密度化構造体４１を焼結後湿式サイジングを用いて製品３５から分離することにより、マルチアップ積層体１００における個々の製品３５の焼結後寸法をホットプレス焼結中に制御する方法を提供する。図６に示されるように、１つ以上の連続した非高密度化構造体４１が、個々の製品３５間の切り溝区域３０における１つ以上のマルチアップセラミックグリーンシート１０、１２上に、外部圧力の使用により生成される焼結積層体１００内部の局所的な高密度化率の変動を相殺するための適切に調整された形状５１と共に置かれる。
【００４０】
マルチアップセラミックグリーンシートは、マルチアップグリーンセラミック積層体１００を形成するために積み重ねられて積層され、このマルチアップグリーンセラミック積層体１００は次に、外部切り溝区域２０を分離するためにグリーンサイジングされ、次に焼結され、連続した非高密度化構造体４０および４１は、局所的な非高密度化構造体５１と共に多層セラミック基板中の個々の製品３５の寸法を制御する。焼結後、基板は、非高密度化構造体４０、４１、および５１を個々の多層セラミック基板製品３５から分離することにより個々の製品試料に切り離される。
【００４１】
別の実施形態において、図７を参照すると、本発明は、１つ以上の連続した非高密度化構造体４１を、焼結下でグリーンシート１０の切り溝区域３０に置き、次に焼結後湿式サイジングプロセスを用いて製品からそれらの連続した非高密度化構造体４１を製品から分離することにより、マルチアップ積層体１００として製造されたＭＬＣ基板における許容できる寸法制御を維持するために必要とされる外部焼結圧力を低減する方法が提供される。典型的なホットプレス焼結プロセスにおいて、グリーン積層体１００の上面および底面のみが、ホットプレス板または焼結固定具を用いて摩擦力により平面またはｘ−ｙ寸法において収縮しないようにされる。グリーン積層体１００内部に非高密度化構造体４１を加えることにより、やはりｘ−ｙ寸法におけるセラミック収縮を低減または防止する摩擦力が付加的な平面区域に提供される。
【００４２】
図８を参照すると、１つ以上の連続した非高密度化構造体４０、４１、４２、および４３が、個々の製品３５間の切り溝区域３０における１つ以上のマルチアップセラミックグリーンシート１０、１２、１３、および１４上に置かれる。この場合、連続した非高密度化構造体の位置および形状は、グリーン積層体１００内部の非収縮表面間の垂直距離を低減するために選択および設計されて、こうして積層体高密度化中の粘性変形プロセスの特性を修正する。マルチアップセラミックグリーンシートは、マルチアップグリーンセラミック積層体１００を形成するために積み重ねられて積層され、このマルチアップグリーンセラミック積層体１００は次に焼結され、連続した非高密度化構造体は、多層セラミック基板中の個々の製品の寸法を制御する。焼結後、焼結された積層体１００は、非高密度化構造体を個々の多層セラミック基板製品３５から分離することにより個々の製品３５にサイジングされる。
【００４３】
本発明の別の実施形態において、図９を参照すると、焼結中にマルチアップグリーンセラミック積層体１００の歪みを制御するために第１の連続した非高密度化構造体４１が用いられると同時に、積層中に個々の製品３５の歪みを制御するために第２の連続した非高密度化構造体６０が用いられる。第１の連続した非高密度化構造体４１は、個々のアップの製品区域、切り溝区域３０に隣接する区域における１つ以上のマルチアップセラミックグリーンシート１０上に置かれる。
【００４４】
第２の連続した非高密度化構造体６０は、周辺の外部切り溝区域２０における１つ以上のマルチアップセラミックグリーンシート１０上に置かれる。図１０に示されるように、マルチアップセラミックグリーンシートは、マルチアップグリーンセラミック積層体１００を形成するために積み重ねられて積層され、このマルチアップグリーンセラミック積層体１００は、マルチアップグリーン積層体を製造するために最初にグリーンサイジングされ、次にホットプレス中で焼結される。第２の連続した非高密度化構造体６０は、焼結前に、グリーンサイジングステップ中にグリーン積層体１００から分離される。
【００４５】
第１および第２の非高密度化構造体は、グリーン積層体の初期密度分布を調整することにより積層ステップ中にマルチアップセラミック積層体の歪みを制御し、次に、第１の連続した非高密度化構造体４１は、ホットプレス焼結ステップ中にマルチアップ積層体の歪みを制御する。焼結後、マルチアップ基板は、個々の製品基板を形成するために切断され、第１の連続した非高密度化構造体は、個々のセラミック基板から分離される。
【００４６】
連続した非高密度化構造体は、例えば、銅、モリブデン、タングステン、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼、高密度アルミナおよびジルコニアで作ることができる。連続した非高密度化構造体は金属である必要はない。金属−セラミック複合材、重合体、またはすでに高密度化されているセラミック材料も用い得る。一般に、金属および重合体は、連続した非高密度化構造体のための材料としてセラミックと比較して有利である。なぜならば、金属および重合体は、荷重下で破壊することなく変形できるからである。
【００４７】
連続した非高密度化構造体の寸法は、製品グリーンシートの特定の設計に合うように調整される。連続した非高密度化構造体の寸法を特定の設計について調整することは当業者にとり明白であろう。典型的な寸法としては、例として、０．０００３インチ（０．０００７６２ｃｍ）〜０．００１インチ（０．００２５４ｃｍ）の範囲の厚さ、および０．５ｍｍを超える幅が含まれる。
【００４８】
本発明を、マルチアップ積層体に関して説明してきたが、本発明はマルチアップ積層体に限定されるものではない。本発明は、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）のような、単一製品積層体またはワンアップ積層体にも応用できる。
【００４９】
本明細書中で具体的に説明された実施形態を超える本発明のその他の変更が本発明の精神を逸脱せずになし得ることは、本開示を考慮する当業者にとり明白であろう。従って、そのような変更は、添付の特許請求の範囲のみにより限定される本発明の範囲内にあると見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来の金属化セラミックグリーンシートの概略平面図である。
【図２】従来のグリーンセラミック積層体の概略断面図である。
【図３】歪みを制御するために本発明の連続した非高密度化構造体が付加された金属化セラミックグリーンシートの概略平面図である。
【図４】歪みを制御するために本発明の連続した非高密度化構造体が付加されたグリーンセラミック積層体の概略側面図である。
【図５】歪みを制御するための、複数層上の本発明の連続した非高密度化構造体の使用およびグリーン積層体中での位置の概略平面図である。
【図６】図５の概略断面図である。
【図７】歪みを制御するための、複数層上の本発明の連続した非高密度化構造体の使用およびグリーン積層体中での位置の概略平面図である。
【図８】図７の概略断面図である。
【図９】歪みを制御するための、複数層上の本発明の連続した非高密度化構造体の使用およびグリーン積層体中での位置の概略平面図である。
【図１０】図９の概略断面図である。
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【手続補正書】
【提出日】平成18年12月1日(2006.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重下で焼結される多層セラミック基板の焼結後寸法を制御する方法であって、
少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を設けるステップと、
局所的な周辺切り溝区域（３０）および外部周辺切り溝区域（２０）を有する少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）を設けるステップと、
前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を、前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）の前記局所的な周辺切り溝区域（３０）上に置くステップと、
前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を有する前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）を、パーソナル化されたグリーンシートのスタック中に置くステップと、
グリーンセラミック積層体（１００）を形成するために、パーソナル化されたセラミックグリーンシートの前記スタックを積層するステップであって、前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）は、積層中に前記グリーンセラミック積層体（１００）の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップと、
多層セラミック基板を形成するために、前記グリーンセラミック積層体（１００）を荷重下で焼結するステップであって、前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）は、焼結中に前記多層セラミック基板の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記多層セラミック基板を焼結後サイジングし、それによって前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を前記多層セラミック基板から分離するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
マルチアップグリーンセラミック積層体として荷重下で積層および焼結される多層セラミック基板の焼結後寸法を制御する方法であって、
少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を設けるステップと、
局所的な切り溝区域（３０）により分離された複数の製品試料（３５）を有し、外部周辺切り溝区域（２０）を有する少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）を設けるステップと、
前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を、前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）の前記局所的な切り溝区域（３０）上に置くステップと、
前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を有する前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）を、パーソナル化されたグリーンシートのスタック中に置くステップと、
マルチアップグリーンセラミック積層体（１００）を形成するために、パーソナル化されたセラミックグリーンシートの前記スタックを積層するステップであって、前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）は、積層中に前記マルチアップグリーンセラミック積層体（１００）の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップと、
マルチアップ多層セラミック基板を形成するために、前記グリーンセラミック積層体（１００）を荷重下で焼結するステップであって、前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）は、焼結中に前記マルチアップ多層セラミック基板の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップとを含む方法。
【請求項４】
個々の多層セラミック基板を形成するために前記マルチアップ多層セラミック基板を焼結後サイジングし、それによって前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）を前記個々の多層セラミック基板から分離するステップをさらに含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）は、前記製品試料（３５）内部の局所的歪みを制御するために調整された形状（５１）をさらに含む請求項３に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）を設けるステップと、
前記少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）を、積層前に前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）の前記外部周辺切り溝区域（２０）上に置くステップであって、前記少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）は、積層中に前記グリーンセラミック積層体（１００）の前記寸法を少なくとも部分的に制御するステップと、
前記グリーンセラミック積層体（１００）を焼結前サイジングし、それによって焼結前に前記少なくとも１つの第２の連続した非高密度化構造体（６０）を前記グリーンセラミック積層体（１００）から分離するステップとをさらに含む請求項１又は３に記載の方法。
【請求項７】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、金属、セラミック、重合体、またはそれらの組み合わせである請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、モリブデン、ニッケル、銅、タングステン、ステンレス鋼およびジルコニアから成る群から選ばれる金属である請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１および第２の連続した非高密度化構造体は、約０．０００３インチ（０．０００７６２ｃｍ）〜０．００１インチ（０．００２５４ｃｍ）の厚さおよび０．５ｍｍを超える幅を有する請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
多層セラミック積層構造体であって、
複数の積層セラミックグリーンシートと、
局所的な周辺切り溝区域（３０）と外部周辺切り溝区域（２０）とを有する少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）と、
前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）の前記局所的な周辺切り溝区域（３０）上に置かれた少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）とを含む多層セラミック積層構造体。
【請求項１１】
マルチアップ多層セラミック積層構造体であって、
複数の積層セラミックグリーンシートと、
局所的な周辺切り溝区域（３０）により分離された複数の製品試料（３５）を有し、外部周辺切り溝区域（２０）を有する少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）と、
前記少なくとも１つのパーソナル化されたセラミックグリーンシート（１０）の前記局所的な切り溝区域（３０）上に置かれた少なくとも１つの第１の連続した非高密度化構造体（４０）とを含むマルチアップ多層セラミック積層構造体。
【国際調査報告】
2007524552.tif 000008
2007524552.tif 000009