(57)【要約】【課題】基板上に厚膜誘電体を付着する方法を提供する。【解決手段】本方法（１００）は、基板上に第１の厚膜誘電体層を付着するステップ（１０２）と、続いて第１の層を空気乾燥して溶剤を脱気し、それによって第１の層の多孔性を増すステップ（１０４）と、を含む。第１の層は、続いて炉内乾燥される（１０６）。その後、追加の厚膜誘電体層を第１の層の上面に付着し、各層をその付着後に炉内乾燥させる（１０８）。次に、付着層を焼成する（１１０）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に厚膜誘電体を付着する方法であって、
（ａ）前記基板上に第１の厚膜誘電体層を付着するステップと、
（ｂ）前記第１の層を空気乾燥させて溶剤を脱気し、それによって前記第１の層の多孔性を増すステップと、
（ｃ）前記第１の層を炉内乾燥させるステップと、
（ｄ）前記第１の層上に追加の厚膜誘電体層を付着し、該各追加層の付着後に炉内乾燥させるステップと、
（ｅ）前記付着層を焼成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の層が少なくとも４５分間空気乾燥される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の層を炉内乾燥させるステップが、約１５０℃のピーク温度で、約１５分間炉内乾燥させるステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記追加層を炉内乾燥させるステップが、約１５０℃のピーク温度で、約１５分間炉内乾燥させるステップを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記焼成するステップが、約８５０℃のピーク温度で焼成するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記付着層が焼成された後に所望の最終的な誘電体肉厚が得られるかどうかを判定するために、前記付着層の乾式印刷肉厚を計測するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記厚膜誘電体層がＫＱ誘電体を含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記ＫＱ誘電体がＫＱＣＬ−９０−７８５８誘電体である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
焼成後に、前記付着層を所望の最終誘電体肉厚まで研磨し、続いて該付着層を再焼成して前記研磨された面及び端部を平滑化するステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記厚膜誘電体層がガラス誘電体を含む、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に厚膜誘電体を付着する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波回路は、従来、一般に「ゴールドブリック（gold brick）」と呼ばれる機械加工された金属パッケージ内に、１つ以上の能動回路ダイとともに取り付けられる個別薄膜部品（例えば、マイクロストリップや屈曲マイクロストリップ）を用いて造られてきた。これらの機械加工されたパッケージは、しばしば最終的な完成回路のコストの相当の部分を占めるものである。より単純なレンガ機械加工及び改善されたインピーダンス整合のため、薄膜部品は理想的にはダイそのものと同じ肉厚とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、高周波マイクロ波回路は、大電力に繋がり、大電力は大量の熱放散に繋がり、いずれは大量の熱放散は非常に薄肉のダイに繋がり、薄肉ダイは薄肉の薄膜部品に繋がり、薄肉の薄膜部品は脆弱な基板に繋がり、いずれは脆弱な基板は壊れやすく高コストの工程に繋がる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一つの態様は、基板上に厚膜誘電体を付着する方法において実施する。この方法は、基板上に第１の厚膜誘電体層を付着するステップと、続いて第１の層を空気乾燥して溶剤を脱気し、それによって第１の層の多孔性を増すステップを含む。第１の層は、続いて炉内乾燥される。その後、追加の厚膜誘電体層を第１の層の上面に付着し、各層をその付着後に炉内乾燥させる。次に、付着層を焼成する。
【０００５】
本発明の他の実施形態もまた、開示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の例示実施形態が、図面に図示される。
【０００７】
図１は、基板上に厚膜誘電体を付着する（deposit）方法１００を示す。本方法は、基板上への第１の厚膜誘電体層の付着（１０２）をもって始まる。第１の厚膜誘電体層を付着した後、この層は長時間に亙って空気乾燥（１０４）させて溶剤を脱気し（escape）、それによってこの層の多孔性を増大させる。次に、層を炉内乾燥（１０６）させる。第１の層の付着及び乾燥後に、第１の層の上面に追加の厚膜誘電体層を付着（１０８）する。最後の層を含む各追加層の付着後、層を炉内乾燥させる。全ての層を付着し炉内乾燥させた後、付着層を焼成（１１０）する。
【０００８】
図２乃至図４は、上記方法の例示的な適用を示す。図２は基板２００を示しており、一例ではこれは４０ミル（約１．０１６ｍｍ）のラップ仕上げしたアルミナセラミック基板である。この基板２００はその上面に接地面２０４を備えるが、これに限るものではない。接地面を設ける場合に、この接地面を基板底面上に代替配置したり、或いは基板内部にさえ設けたりすることもできる。本説明の目的に合わせるならば、用語「接地面」は１つ以上の特定の導体に対する接地面として機能する接地トレースだけでなく、表面を実質的に或いは完全に被覆する接地面を包含することを意図するものである。
【０００９】
図１の方法では、基板２００上に第１の厚膜誘電体層２０２を付着する。一実施形態では、誘電体２０２はＨｅｒａｅｕｓ  Ｃｅｒｍａｌｌｏｙ（米国ペンシルバニア州ウエストコンショーケン、ユニオンヒル通り２４番地）から入手可能なＫＱＣＬ−９０−７８５８誘電体（ガラス誘電体）である。しかしながら、この誘電体２０２は別の誘電体でもよく、特に別のＫＱ誘電体やガラス誘電体や適当な電気的特性をもった他の誘電体とすることもできる。
【００１０】
標準的な厚膜ペーストに似たＫＱＣＬ−９０−７８５８印刷は、（アルミナセラミックの９．６とは対照的に）３．９５の誘電率を有し、２Ｅ−４の誘電正接を有し、従来のベルト炉内の空気中で８５０℃で焼成され、焼成後に光学的に透明とされ、デュポン社（米国デラウェア州ウィルミントン、マーケット街１００７番地）から入手可能なデュポンＱＧ１５０金と互換性がある。ＫＱＣＬ−９０−７８５８の低損失及び低誘電率は、マイクロ波回路（例えば、マイクロ波伝送線路）の形成に特に適したものである。
【００１１】
ＫＱＣＬ−９０−７８５８は、スクリーン印刷を介して基板２００／２０４上に付着させることができる。実際には、付着前に１８．０±２．０の粘度にＫＱＣＬ−９０−７８５８を薄くし、それをステンレス鋼スクリーン（例えば、２００メッシュ、１．６ミルワイヤ、０．８ミル乳剤）を介して印刷することで薄肉化誘電体を付着させることが有益であることが分かっている。
【００１２】
付着誘電体層２０２を直ちに炉内乾燥した場合、乾燥するにつれてそれがひび割れしがちとなる。これは、誘電体層内部に異常な圧力を生成する気体が捕捉されている結果と考えられる。しかしながら、誘電体層の乾燥を引き延ばすことで溶剤を層から脱気し、それによって層の多孔性が増すことが発見されている。金メッキを施したアルミナセラミック基板上に付着させ、約１．５ミルの乾式印刷肉厚を持たせた第１のＫＱＣＬ−９０−７８５８誘電体層にとって、少なくとも４５分間の空気乾燥は層を炉内乾燥させたときにひび割れを軽減する傾向がある。空気乾燥に続き、層２０２は標準的な炉による乾燥（例えば、約１５０℃のピーク温度での約１５分間の炉内乾燥）にさらすことができる。
【００１３】
第１の厚膜誘電体層２０２の空気乾燥及び炉内乾燥後に、第１層の上面に追加の厚膜誘電体層３００，３０２，３０４を第１層の上面に（例えば、基板上に第１の厚膜誘電体層を付着させるのに用いるのと同じ手順を用い、図３参照）付着させることができる。各連続層は、次の層の付着前に約５分間の素早い炉内乾燥にさらすことができる。乾燥はさせたが焼成はしていない第１の誘電体層を基板２００／２０４よりも実質的により多孔質とし、同様の組成である追加の誘電体層３００〜３０４が第１の層２０２と基板２００／２０４の間の結合よりも互いに強固な結合を形成する傾向があるとすると、追加の厚膜誘電体層の空気乾燥の引き延ばしは通常不要であり、製造工程を短縮するのに省くことができる。
【００１４】
厚膜誘電体の全ての層２０２、３００〜３０４を付着し乾燥させた後、これらの層を焼成する（図４の焼成誘電体参照のこと）。ＫＱＣＬ−９０−７８５８誘電体で層構成した場合、焼成は一般に用いられる厚膜焼成サイクルを用いて実行することができる（例えば、この層は最大で約１０分の休止の間に約８５０℃のピーク温度で従来のベルト炉にて空気焼成することができる。適切に脱気して全ての有機材料を焼き尽くすには、制御された緩慢な昇温を導入するとよい。同様に、基板の破損を防ぐのに制御された緩慢な降温を用いることができる）。
【００１５】
焼成期間中、付着させた誘電体層２０２，３００〜３０４は（すなわち、溶剤と焼却対象有機結合体が原因で）収縮する。その結果、所望の最終的な誘電体の肉厚（すなわち図４の「焼成印刷肉厚」Ｔ２）は、十分な誘電体層２０２，３００〜３０４を付着させて所望の最終的な誘電体肉厚を超える乾式印刷肉厚（図３のＴ１）を獲得することでのみ達成することができる。一例を挙げれば、前述のＫＱＣＬ−９０−７８５８は焼成時に元々の非焼成肉厚の約６０％まで収縮することになる。他の誘電体はこれよりも大きいか又はより小さな収縮率を有するが、この収縮率は一般に所与の製造者の特定の製品種について一貫したものとなろう。付着層の乾式印刷肉厚と焼成印刷肉厚は共に、ドロップゲージマイクロメータやスタイラス側面計を用いて計測することができる。
【００１６】
厚膜層の付着期間中に厚膜層の高さを正確に制御する仕方には限界が存在するため、かつ連続する厚膜層の付着があらゆる厚膜高さの変動の影響を倍増するだけであるため、場合によっては所望の乾式印刷肉厚を超える乾式印刷肉厚（Ｔ１）が達成されるまで厚膜誘電体層を付着することが望ましい。正確な最終的な誘電体の肉厚（Ｔ２）は、そこで様々な方法で達成することができる。一つの方法は、付着層を焼成する前に付着層２０２，３００〜３０４を所望の乾式印刷肉厚まで平坦化し、所望の最終結果を得るべく既知の収縮率を用いるものである。この場合、有用な等式は「乾式印刷肉厚＝焼成印刷肉厚／収縮係数」である。注意して、単純な切抜き金属シムパターンを用いて、１０ミル肉厚誘電体に対し±０．４ミルよりも良好な最終肉厚を得ることができる。より高価ではあるがより正確な方法は、焼成した層を所望の最終的な誘電体肉厚にまで研磨することである。本方法を用いることで、１０ミル肉厚の誘電体層を±０．１ミルよりも優れたばらつきで制御することができる。次に、研磨した面をよく磨き、あらゆる引っ掻き傷を除去するか、或いは誘電体がＫＱＣＬ−９０−７８５８である場合は、研磨した誘電体４００を再焼成して、研磨した面と端部を平滑化する（すなわち、ＫＱＣＬ−９０−７８５８は再焼成時にリフローする傾向があるからである）。
【００１７】
ＫＱＣＬ−９０−７８５８誘電体については、研磨法を用いるときに約５ミルの肉厚の最終（焼成）誘電体を得るのに約１１ミルの乾式印刷肉厚が必要であることに留意されたい。
【００１８】
接地面２０４を覆って厚膜誘電体４００を付着させた後、厚膜誘電体上に導体５００を形成することができる（図５参照）。一例を挙げれば、この種の導体は誘電体４００上に導電性厚膜を（例えば、スクリーン印刷、ステンシル印刷、またはドクターブレーディングを介して）付着し、続いて導電性厚膜内の導体をパターン化してエッチングすることで形成することができる。代替として、導体５００は、「誘電体上に導体を形成する方法（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  ａ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｎ  ａ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）」と題するジョン・エフ・ケーシイ（Ｊｏｈｎ  Ｆ．  Ｃａｓｅｙ）その他の前述の特許出願に開示された方法に記載されているように形成することもできる。
【００１９】
上記の技術を本発明の実施形態の少なくとも一部に用い、従来の厚膜プロセスにより生成されるものよりも遥かに厚肉の高品質誘電体層を形成することができる。より厚肉の誘電体層はマイクロ波インピーダンスの所与の所望値へ向けより幅広の導体ストライプへ繋がり、より幅広のストライプは、より精密な線路、及び導体損失に起因する信号劣化の低減へ繋がる。
【００２０】
例示的かつ現在好適な本発明の実施形態をここに詳細に説明してきたが、発明概念は別様に様々に実施し採用することができ、添付の特許請求の範囲が従来技術による限定されるものを除き、この種の変形を包含するものと解釈すべきことを意図するものであることは理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】基板上に厚膜誘電体を付着する方法を示す図である。
【図２】接地面に付着した第１の厚膜誘電体層を示す図である。
【図３】図２に示した厚膜誘電体層に付着した追加の厚膜誘電体層を示す図である。
【図４】焼成後の図３に示した厚膜誘電体層を示す図である。
【図５】図４に示した厚膜誘電体上に付着した導体を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
２００：基板
２０２：誘電体
２０４：接地面
３００，３０２，３０４：厚膜誘電体
４００：厚膜誘電体
５００：導体
【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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