发明名称 用于微电子领域的自约束低温玻璃陶瓷非烧结条带及其制造方法和应用
摘要 本发明提供一种用于低温陶瓷共烧结中的单片自约束坯料条带。该条带包括至少两个层:一个包含有玻璃微粒、陶瓷微粒和有机粘合剂的低温陶瓷层和一个自约束层,该自约束层包含有一种难熔陶瓷和一种用于第一层中的玻璃的湿润剂。当条带在低温陶瓷层的烧结温度下被焙烧时,条带将沿z方向变得致密,但在x-y平面内基本无皱缩(小于1%)。本发明还提供一种利用"湿对湿"陶瓷泥浆喷涂法制造多层坯料条带的方法。本发明还提供一种致密的单片低温共烧结的自约束多元件结构。该结构包括至少两个多层陶瓷基片,陶瓷基片上或基片中安装有电路元件。每个多层基片都包含有至少两个层,其中一层为自约束层。
申请公布号 TWI294412 申请公布日期 2008.03.11
申请号 TW091135333 申请日期 2002.12.05
申请人 黑罗伊斯公司 发明人 弗兰斯P劳策恩希斯尔;J托马斯 霍赫海默尔;埃德马尔M阿马亚
分类号 C04B35/64(2006.01);C04B33/32(2006.01) 主分类号 C04B35/64(2006.01)
代理机构 代理人 俞昌玮 台北市大安区忠孝东路4段169号10楼之1
主权项 1.一种用于低温陶瓷共烧结中且具有一个x-y平面 和一个沿z方向厚度的单片坯料的条带,该条带包 括: 至少一个低温陶瓷层,该低温陶瓷层包含有第一陶 瓷,第一玻璃和第一有机粘合剂微粒; 至少一个自约束层,该自约束层包含有难熔陶瓷, 用于第一玻璃的湿润剂和第二有机粘合剂微粒; 其中,所述难熔陶瓷在低温陶瓷层的烧结温度下不 会被烧结,从而当坯料条带在低温陶瓷层的烧结温 度下时,这些层沿z方向变得致密,而且在不采用外 部约束的前提下,使x-y平面内的皱缩率小于1%。 2.如申请专利范围第1项的条带,其中条带包括两个 低温陶瓷层及一个夹在其间的自约束层。 3.如申请专利范围第2项的条带,其中两个低温陶瓷 层具有大体相同的成分。 4.如申请专利范围第2项的条带,其中至少一个自约 束层的厚度大于20微米。 5.如申请专利范围第1项的条带,其中还包括至少一 个电路元件,所述电路元件被连接到坯料条带的至 少一个外部平面状表面上。 6.如申请专利范围第5项的条带,其中至少一个电路 元件选自下列这组器件:电阻器、电容器、变阻器 、电介质、感应结构和金属导电图形。 7.如申请专利范围第1项的条带,其中难熔陶瓷选自 下列这组材料:无机氧化物、金属矽酸盐、金属碳 化物、金属溴化物、金属氮化物和矿物质。 8.如申请专利范围第7项的条带,其中无机氧化物选 自下列这组材料:氧化铝、氧化锆、氧化钛、钙长 石、富铝红柱石、钙钛矿和氧化矽。 9.如申请专利范围第1项的条带,其中第一有机粘合 剂和第二有机粘合剂中的至少一种包括一种聚合 树脂以及增塑剂、分散剂中的至少一种。 10.如申请专利范围第1项的条带,其中第一玻璃的 湿润剂由下列这组材料中选择:氧化矽、金属氧化 物和矽酸盐。 11.如申请专利范围第10项的条带,其中第一玻璃的 湿润剂包括矽酸锂。 12.如申请专利范围第1项的条带,其中烧结过程中x- y平面内的皱缩率不大于0.2%。 13.如申请专利范围第1项的条带,其中至少一个自 约束层还包括至少一种玻璃。 14.如申请专利范围第1项的条带,其中第一陶瓷和 难熔陶瓷包括相同的材料。 15.如申请专利范围第1项的条带,其中至少一个低 温陶瓷层还包括一种成核剂。 16.如申请专利范围第15项的条带,其中成核剂由下 列这组材料中选取:氧化钛、氧化锆、钙长石、氧 化钼、氧化钨和镁钴尖晶石。 17.一种致密的单片低温共烧结的自约束多元件的 结构,其包括至少两个多层陶瓷基片的叠层;每个 基片上或每个基片中都安装有至少一个电路元件; 每个基片都包括至少一个低温陶瓷层,所述低温陶 瓷层包含有第一陶瓷和第一玻璃的烧结微粒;至少 一个自约束层包含有一种难熔陶瓷和第一玻璃的 湿润剂微粒,其中所述难熔陶瓷和湿润剂至少部分 与第一玻璃一起熔化。 18.如申请专利范围第17项的结构,其中每个基片都 包括一个夹在两个低温陶瓷层之间的自约束层。 19.如申请专利范围第17项的结构,其中叠层还包括 至少一个额外的基片,该额外的基片包括一个包含 有第二陶瓷和第二玻璃的烧结微粒的层,所述额外 的基片与至少一个低温陶瓷层相邻接。 20.如申请专利范围第19项的结构,其中叠层还包括 至少两个额外的基片,其中一个基片定位在叠层的 顶部,另外一个基片定位在叠层的底部。 21.如申请专利范围第19项的结构,其中至少一个额 外的基片设置在两个多层陶瓷基片之间并与这两 个多层陶瓷基片相邻接。 22.如申请专利范围第17项的结构,其中至少一个低 温陶瓷层还包括一种成核剂,其数量足以降低至少 一个低温陶瓷层和至少一个自约束层之间的孔隙 率。 23.如申请专利范围第22项的结构,其中成核剂由下 列这组材料中选取:氧化钛、氧化锆、钙长石、氧 化钼、氧化钨和镁钴尖晶石。 24.如申请专利范围第17项的结构,其中第一陶瓷和 难熔陶瓷包括相同的材料。 25.如申请专利范围第17项的结构,其中至少一个电 路元件选自下列这组器件:电阻器、电容器、变阻 器、电介质、感应结构和金属导电图形。 26.一种单片多层坯料条带的制造方法,其包括下述 步骤: (a)制成第一泥浆,该第一泥浆包含有第一陶瓷、第 一玻璃、第一有机粘合剂和第一溶剂的微粒; (b)制成第二泥浆,该第二泥浆包含有一种如申请专 利范围第1项所述的难熔陶瓷、第二有机粘合剂和 第二溶剂的微粒; (c)通过一个槽形模具将第一和第二泥浆中的一种 泥浆作为第一层喷涂到一载体上; (d)通过一个槽形模具将第一和第二泥浆中的另一 种泥浆作为第二层喷涂到一种泥浆之上,同时该一 种泥浆在载体上仍然处于湿润状态,这样就使第一 和第二层仍然保持不连续; (e)将喷涂后的泥浆烘乾,以基本除去溶剂,而不是 粘合剂。 27.如申请专利范围第26项的方法,其中第二泥浆还 包括一第一玻璃的湿润剂。 28.如申请专利范围第27项的方法,其中第一玻璃的 湿润剂由下列这组材料中选取:二氧化矽、金属氧 化物和矽酸盐。 29.如申请专利范围第28项的方法,其中第一玻璃的 湿润剂为矽酸锂。 30.如申请专利范围第26项的方法,其中步骤(c)和(d) 基本同时进行。 31.如申请专利范围第26项的方法,其中所述步骤(c) 中的一种泥浆为第一泥浆,步骤(d)中的另一种泥浆 为第二泥浆,而且还包括下述步骤: (f)制成第三泥浆,该第三泥浆包含有第二陶瓷、第 二玻璃、第三有机粘合剂和第三溶剂微粒; (g)在第二泥浆仍处于湿润状态下时,通过一个槽形 模具将第三泥浆作为第三层喷涂到第二泥浆上,以 使第二和第三泥浆基本不连续。 32.如申请专利范围第31项的方法,其中步骤(c)、(d) 和(g)基本同时进行。 33.如申请专利范围第31项的方法,其中第一泥浆和 第三泥浆具有基本相同的成分。 34.如申请专利范围第26项的方法,其中难熔陶瓷由 下列这组材料中选取:无机氧化物、金属矽酸盐、 金属碳化物、金属溴化物、金属氮化物和矿物质 。 35.如申请专利范围第34项的方法,其中无机氧化物 由下列这组材料中选取:氧化铝、氧化锆、氧化钛 、钙长石、富铝红柱石、钙钛矿和氧化矽。 36.如申请专利范围第26项的方法,其中第一有机粘 合剂和第二有机粘合剂中的至少一种包括聚合树 脂及增塑剂和分散剂中的至少一种。 37.如申请专利范围第26项的方法,其中还包括将至 少一个电路元件粘接到坯料条带的至少一个外部 平面状表面上的步骤(h)。 38.如申请专利范围第37项的方法,其中至少一个电 路元件选自下列这组器件:电阻器、电容器、变阻 器、电介质、感应结构和金属导电图形。 39.如申请专利范围第26项的方法,其中第二泥浆层 的厚度大于20微米。 40.如申请专利范围第26项的方法,其中所述第二泥 浆还包括至少一种玻璃。 41.如申请专利范围第26项的方法,其中第一泥浆还 包括一种成核剂。 42.如申请专利范围第41项的方法,其中成核剂由下 列这组材料中选取:氧化钛、氧化锆、钙长石、氧 化钼、氧化钨和镁钴尖晶石。 43.如申请专利范围第26项的方法,其中第一陶瓷和 难熔陶瓷包括相同的材料。 44.一种用于制造单片结构的方法,其中单片结构用 于多层电路或液压模组上,该方法包括下述步骤: 提供多个坯料陶瓷条带,每个条带都具有一个x-y平 面;将电路元件安装到所述条带上;沿z方向叠置条 带;对叠置的条带进行层压;对叠置条带的叠层进 行加热,以从条带中除去有机粘合剂;将无粘合剂 的层状结构共同烧结,以形成仅沿z方向有皱缩而 沿x-y平面基本无皱缩的单片结构,其改进之处在于 :提供坯料陶瓷条带的步骤包括提供至少一个坯料 条带,所述坯料条带包括:(a)一个第一低温陶瓷层, 该第一低温陶瓷层包括:第一陶瓷、第一玻璃和第 一有机粘合剂微粒;(b)一个自约束层,所述自约束 层包括:一种难熔陶瓷、一种第一玻璃的湿润剂和 第二有机粘合剂微粒;且所述第一玻璃的湿润剂由 下列这组材料中选取:氧化矽、金属氧化物和矽酸 盐;共烧结的步骤是在不施加外部约束的前提下进 行的。 45.如申请专利范围第44项的方法,其中难熔陶瓷选 自下列这组材料:无机氧化物、金属矽酸盐、金属 碳化物、金属溴化物、金属氮化物和矿物质。 46.如申请专利范围第45项的方法,其中无机氧化物 由下列这组材料中选取:氧化铝、氧化锆、氧化钛 、钙长石、富铝红柱石、钙钛矿和氧化矽。 47.如申请专利范围第44项的方法,其中湿润剂包括 矽酸锂。 48.如申请专利范围第44项的方法,其中自约束层还 包括至少一种玻璃。 49.如申请专利范围第44项的方法,其中第一低温陶 瓷层还包括一种成核剂。 50.如申请专利范围第49项的方法,其中成核剂由下 列这组材料中选取:氧化钛、氧化锆、钙长石、氧 化钼、氧化钨和镁钴尖晶石。 51.如申请专利范围第44项的方法,其中第一陶瓷和 难熔陶瓷包括相同的材料。 52.如申请专利范围第44项的方法,其中x-y平面内的 皱缩率小于1%。 53.如申请专利范围第52项的方法,其中x-y平面内的 皱缩率不大于0.2%。 图式简单说明: 图1A为设置有一空腔、顶部印刷有金属导体和连 接通路的常规单体模组的透视图; 图1B为接合有多个图1A所示的多层微电子模组的面 板之平面图; 图2为本发明的三层条带的剖视图; 图3为本发明用于三层条带的厚度尺寸和收缩比率 相互关系的曲线图; 图4A、4B、4C和4D为本发明的多个自约束多元件结 构的剖视图; 图5为在本发明的陶瓷同步附着装置上的湿气的示 意图。
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