(57)【要約】  乾燥又は焼成し、マトリクス中で相互に結合した、気体を充填した中空のガラス製又はセラミック製のマイクロスフェアから作られた半導体用基板を提供する。マイクロスフェアをガラスコーティングが施されたマイクロスフェアとし、外側のガラス層を相互に焼結することによって、結合させたものとすることも出来る。半導体表面は、グレージングにより滑らかに加工することが出来る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の中空マイクロスフェアを備えた半導体用基板。
【請求項２】
前記複数の中空マイクロスフェアは、気体を充填した複数のセラミック製のマイクロスフェアを含むものである請求項１に記載の半導体用基板。
【請求項３】
前記複数の中空マイクロスフェアは、気体を充填した複数のガラス製のマイクロスフェアを含むものである請求項１に記載の半導体用基板。
【請求項４】
前記複数の中空マイクロスフェアが相互に焼結されている請求項１に記載の半導体用基板。
【請求項５】
前記気体を充填した複数のセラミック製のマイクロスフェアが相互に焼結されている請求項２に記載の半導体用基板。
【請求項６】
前記気体を充填した複数のガラス製のマイクロスフェアが相互に焼結されている請求項３に記載の半導体用基板。
【請求項７】
前記複数の中空マイクロスフェアは固化したマトリクス中にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体用基板。
【請求項８】
前記気体を充填した複数のセラミック製のマイクロスフェアは固化したマトリクス中にあることを特徴とする請求項２に記載の半導体用基板。
【請求項９】
前記気体を充填した複数のガラス製のマイクロスフェアは固化したマトリクス中にあることを特徴とする請求項３に記載の半導体用基板。
【請求項１０】
前記半導体用基板の上面がグレージング加工されている請求項１に記載の半導体用基板。
【請求項１１】
前記半導体用基板の上面がグレージング加工されている請求項２に記載の半導体用基板。
【請求項１２】
前記半導体用基板の上面がグレージング加工されている請求項３に記載の半導体用基板。
【請求項１３】
前記複数の中空マイクロスフェアが外側ガラス層を備えている請求項１に記載の半導体用基板。
【請求項１４】
前記気体を充填した複数のセラミック製のマイクロスフェアは外側低温ガラス層を備えている請求項２に記載の半導体用基板。
【請求項１５】
前記気体を充填した複数のガラス製のマイクロスフェアは、高温ガラス製のマイクロスフェアと外側低温ガラス層とを備えている請求項３に記載の半導体用基板。
【請求項１６】
前記外側ガラス層を含む前記複数の中空マイクロスフェアが相互に焼結されている請求項１３に記載の半導体用基板。
【請求項１７】
前記外側ガラス層を有する前記気体を充填した複数のセラミック製のマイクロスフェアが相互に焼結されている請求項１４に記載の半導体用基板。
【請求項１８】
前記気体を充填した複数のガラス製のマイクロスフェアが相互に焼結されている請求項１５に記載の半導体用基板。
【請求項１９】
中空マイクロスフェアをマトリクスと混合するステップと、
前記マイクロスフェアのマトリクスを乾燥させるステップと、
前記マイクロスフェアのマトリクスを半導体用基板へと形成するステップと
を含んでなる、半導体用基板の製造方法。
【請求項２０】
前記中空マイクロスフェアは、気体を充填したセラミック製のマイクロスフェアを含むものである請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記中空マイクロスフェアは、気体を充填したガラス製のマイクロスフェアを含むものである請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記乾燥させるステップは、前記マイクロスフェアのマトリクスを焼成することを含むものである請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記半導体用基板の上面をグレージング加工するステップを更に含む請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
集積回路等の電子部品は、様々な装置において益々一般化している。特定の条件下においては、集積回路基板が様々な性質、即ち特性を持っていることが重要である。ある性質が他の性質に対してバランスをとるように設定されていることもしばしばある。時には基板が低い熱伝導率や、低質量や、低コストや、低誘電率や、高い強度等をもつことが重要な場合がある。アプリケーションによっては一部の性質の重要度が他の性質よりも低い場合があり、設計チームは、弱点とコストを最小限に抑えつつ所望の性質を最大化するようにトレードオフを行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
従って、当該産業分野においては、現在のエレクトロニクスに要求される異なる電気的及び物理的条件に合った、集積回路基板に使用することが出来る材料を必要としている。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
中空マイクロスフェア（hollow microsphere、または中空の微小球体）の半導体用基板を製造する為の装置及び方法を開示する。装置は、乾燥、加熱又は焼成により結合させた、セラミック製又はガラス製の気体充填マイクロスフェアのマトリクス（matrix：または基材）を含みうる。装置がガラスコーティングしたガラス製又はセラミック製のマイクロスフェアを含み、ガラス製又はセラミック製のマイクロスフェアが溶融しない温度で外側のガラス層を焼結することにより、マイクロスフェア同士を結合する場合がある。装置は、グレージング（艶出し）加工を施した表面（glazed surface）を更に含みうる。
【０００４】
中空マイクロスフェアの半導体用基板を製造する為の方法を開示する。開示する半導体用基板を製造する為の方法は、中空マイクロスフェアをマトリクスと混合するステップと、このマイクロスフェアのマトリクスを乾燥させるステップと、マイクロスフェアのマトリクスを半導体用基板へと形成するステップとを含む。開示する半導体用基板を製造する方法は、表面にグレージング加工を施すステップを更に含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明及びこれに付随する多くの利点は、添付図を参照しつつ以下の詳細説明を読むことにより理解を深めることが出来るものであり、図中にある同様の符号は同一又は同様の部品を示している。
【０００６】
説明目的で描かれた図に示されるように、本発明は、セラミック、ガラス又はガラスをコーティングしたセラミックの中空マイクロスフェアを使って集積回路基板を作ることにより、低い熱伝導率、低誘電率、低導電率、軽量性及び高強度を持つ基板を製作するものである。
【０００７】
ここで図を参照するが、図１は中空マイクロスフェア１０の断面図である。中空マイクロスフェア１０は、（例えば３Ｍ社が、Zeeospheres、Scotchlite  Glass  Bubblesという商標名で製造されているガラス製もしくはセラミック製のマイクロスフェア、又はシリカ‐アルミナ・セラミック、アルカリ・アルミナ・ケイ酸塩、ソーダ石灰ホウケイ酸塩又は他の同様の物質から成る他の既知のガラス又はセラミック製中空マイクロスフェアのような）セラミック又はガラス２０から成り、中空の、気体を充填した内部を持っている。マイクロスフェアは、１．０〜２２５ミクロンの大きさと、２００〜１０４０℃の融点を持ち、マイクロスフェア・マトリクス・ウエハを形成することが出来るようにその外表面には結合剤がコーティングされている。
【０００８】
図２は、所望の基板アプリケーション用に好適な溶媒（vehicle）から成るスラリー・マトリクス４０中におけるマイクロスフェア１０を示している。例えば、熱伝導率、誘電率、質量、強度、材料コスト及び製造コスト等の所望の基板特性を得る上での必要性に応じて、スラリー・マトリクス４０は、ガラス粒子と、エチルセルロースやアクリルやポリビニルアルコールや有機ポリマー等の結合材と、水やアセトンやポリグリコール等の溶剤と、界面活性剤、有機増粘剤又はその他の充填剤等の粘度調整剤とから構成することが出来る。
【０００９】
図３は、乾燥させた、即ち硬化させたスラリー・マトリクス５０におけるマイクロスフェア１０を示したものである。図３を見れば容易にわかるように、マイクロスフェア１０は乾燥、即ち硬化させたスラリー・マトリクス５０において、ランダムな配列を持っている。図４は図１〜図３に基づく基板を製造する場合の可能な一つの方法を説明するフローチャートであり、これはマイクロスフェア１０を好適なマトリクス４０と混合するステップ１２と、固まるまでスラリー・マトリクス４０を乾燥、即ち硬化させるステップ１４と、半導体ウエハ又は集積回路ダイ５０へと形成するステップ１６とを含んでいる。スラリー・マトリクス４０は、加熱、Ｘ線、高エネルギー放射、電子ビーム、マイクロ波又は他のいずれかの既知の乾燥、即ち硬化方法により乾燥、即ち硬化させることが出来る。スラリー・マトリクス４０をウエハ又はダイへと形成するステップは、これを乾燥、即ち硬化する前に実施しても、後に実施しても良い。スラリー・マトリクス４０をウエハ又はダイへと形成する手段としては、ダイカット、スタンピング、粉体圧、ラミネート加工等が挙げられる。留意すべきは、マイクロスフェアのマトリクスは、乾燥ステップ以前に集積回路基板ウエハへと形成することが出来るという点であり、この場合には、ドクターブレードキャスティング、モールドキャスティング等の手段により形成される。
【００１０】
図５は、中空マイクロスフェア１０を含む焼成スラリー・マトリクス６０である。図６に示すように、この方法は、マイクロスフェア１０をマトリクス６０と混合するステップ２２と、スラリー・マトリクスを焼成するステップ２４と、マイクロスフェア１０を含むマトリクス６０のウエハ又は集積回路基板を形成するステップ２６とを含む。この処理は、より具体的には、マイクロスフェア・マトリクス原材料を混合する為にボールミル粉砕、又はスプレーを実施するステップ２２と、材料を焼結する為にマイクロスフェア・マトリクスを焼成するステップと、最終的なウエハ形状を形成する為にレーザー切断やソー切断や研削等を実施するステップとを含んでいる。
【００１１】
図７は本発明の他の実施例に基づくガラスコーティングされたマイクロスフェア１００を示す断面図である。マイクロスフェア１００は、低温ガラス１３０でコーティングされた高温ガラス又はセラミック製の中空マイクロスフェア１２０を含んでいる。内側のマイクロスフェア１２０は、中空に気体を充填したいずれのものであっても良く、例えば３Ｍ社が、Zeeospheres、Scotchlite  Glass  Bubblesという商標名で製造されているガラス又はセラミック製マイクロスフェア、又はシリカ‐アルミナ・セラミック、アルカリ・アルミナ・ケイ酸塩、ソーダ石灰ホウケイ酸塩又は他の同様の物質から成る他の既知のガラス又はセラミック製の中空マイクロスフェア等でありうる。外側の低温ガラスコーティング１３０は、スプレーコーティングやスラリーコーティングや蒸着等により作ることが出来る。内側マイクロスフェア１２０及び外側ガラスコーティング１３０の組成は、外側ガラスコーティング１３０が内側マイクロスフェア１２０よりも低い融解温度を持つことになるように選択することが出来る。例えば単なる一例として、ガラスコーティングされたマイクロスフェアをサイズ約１０〜２５０ミクロン、融解温度５００〜１０４０℃とし、外側のガラス層を厚さ１．０〜１０．０ミクロン、融解温度２００〜３００℃とすることが出来る。
【００１２】
図８は、所望の基板アプリケーションに適切な溶媒から成るスラリー・マトリクス１４０中のガラスコーティングされたマイクロスフェア１００を示す断面図である。例えば、熱伝導率、誘電率、質量、強度、材料コスト及び製造コスト等の基板に所望される特性を得る上での必要に応じて、スラリー・マトリクス１４０は、ガラス粒子と、ホウ素リン・ガラス及びポリビニルアルコール結合剤等の結合剤と、水等の溶剤と、液体界面活性剤又はケイ酸マグネシウム増粘剤又は充填剤から成る。
【００１３】
図９は、乾燥、即ち硬化させたスラリー・マトリクス１５０中にあるガラスコーティングされたマイクロスフェア１００の断面図である。図９から容易にわかるように、ガラスコーティングされたマイクロスフェア１００は、乾燥、即ち硬化したスラリー・マトリクス１５０中にランダムに配置されている。図１０は、図７〜図９に示した基板を製造する為に可能な方法の一例を示すフローチャートであり、ガラスコーティングされたマイクロスフェア１００を適切なマトリクス１４０と混合するステップ１１２と、スラリー・マトリクス１４０が固まるまで乾燥、即ち硬化させるステップ１１４と、半導体ウエハ又は集積回路ダイ１５０へと形成するステップ１１６とを含んでいる。スラリー・マトリクス１４０は、加熱、Ｘ線、高エネルギー放射、マイクロ波、紫外線放射、又は他のいずれかの既知の乾燥、即ち硬化方法により乾燥、即ち硬化させることが出来る。スラリー・マトリクス１４０は、スラリー・マトリクス１４０の乾燥、即ち硬化前、又は後にウエハ、集積回路基板又はダイへと形成することが出来る。スラリー・マトリクス１４０は、ダイカットやプレス加工（stamping）や切断等によりウエハ又はダイへと形成することが出来る。留意すべきは、ガラスコーティングされたマイクロスフェアのマトリクスは乾燥ステップ以前にウエハ、即ち集積回路基板へと形成することが出来る点であり、その場合は、ナイフコーティング（テープキャスティング）、モールドキャスティング、艶出し加工（calendaring）等の手段により形成することが出来る。
【００１４】
図１１は、焼成されたガラスコーティング・マイクロスフェア１００の断面図である。図１１〜図１３に示したように、この方法は、ガラスコーティングされたマイクロスフェア１００を焼成するステップ２１２と、ガラスコーティング・マイクロスフェア１００のウエハ又は集積回路基板を形成するステップ２１４とを含んでいる。焼成、即ち焼結ステップ２１２は、ガラスコーティング・マイクロスフェア１００の外側ガラスコーティング１３０が溶融し、マイクロスフェア１００同士が焼結する、即ち接着状態１５５になる程度の温度において実施すべきである。焼成、即ち焼結温度は、内側ガラス又はセラミック製マイクロスフェア１２０が溶融する程の高い温度にすべきではない。
【００１５】
よって、外側ガラスコーティング材料１３０は、相対的に低い融点を持つホウ素リン・ガラス、ホウケイ酸ガラス等の幾つかの材料のいずれかから選択されたものとすべきである。内側マイクロスフェア１２０は、外側ガラスコーティング材料よりも高い融点を持つ既知のいずれかのマイクロスフェアから選択されたものとすべきであり、外側ガラスコーティングを焼結する場合には、内側マイクロスフェアは溶融せずに、マイクロスフェアの外側ガラスコーティングが基本的にマイクロスフェア同士を結合、焼結、即ち接着させるようにすべきである。この処理は、焼結ガラスコーティング、マイクロスフェア１００の基板表面をなめらかにするために、ウエハ即ち集積回路基板の上面１６０をグレージング加工するステップ２１６を任意選択的に含みうる。グレージング加工は、厚いフィルムガラス１６０のスクリーン印刷や、ガラスのスピンコートや、蒸着等を含みうる。
【００１６】
本発明は、セラミックの高い強度、軽量性、（高周波回路へのアプリケーションにおいて、低静電結合、信号伝搬の低損失、又はマイクロ波アプリケーションへの要求がある場合等の）低誘電率、又は低い熱伝導率が要求されるアプリケーション向けの半導体用基板を作ることが出来る。
【００１７】
本発明の推奨される実施例を説明目的で開示したが、本発明の範囲から離れることなく、様々な変更、追加及び代替により、本願請求項の範囲に入る同等の実施例が可能であることは当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例に基づく中空マイクロスフェアの断面図である。
【図２】本発明の一実施例に基づく中空マイクロスフェアのスラリーの断面図である。
【図３】本発明の一実施例に基づく中空マイクロスフェアの固化したマトリクスの断面図である。
【図４】本発明の図３の実施例に基づく基板を製造する為のフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例に基づく中空マイクロスフェアの焼成したマトリクスの断面図である。
【図６】本発明の図５の実施例に基づく基板を製造する為のフローチャートである。
【図７】本発明の他の実施例に基づく、ガラスコーティングした中空マイクロスフェアの断面図である。
【図８】本発明の他の実施例に基づく、ガラスコーティングした中空マイクロスフェアのスラリーの断面図である
【図９】本発明の他の実施例に基づく、ガラスコーティングした中空マイクロスフェアの乾燥させたマトリクスの断面図である。
【図１０】本発明の図９の実施例に基づく基板を製造する為のフローチャートである。
【図１１】本発明の他の実施例に基づく、ガラスコーティングした中空マイクロスフェアの焼成したマトリクスの断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例に基づく、ガラスコーティングした中空マイクロスフェアの焼成したマトリクスのグレージング加工表面を示す断面図である。
【図１３】本発明の図５、図１１又は図１２の実施例に基づく基板を製造する為のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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