專利名稱：大陶瓷制品及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及共同燒制(Co-fired)的陶瓷結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及供電子電路應(yīng)用的大的陶瓷結(jié)構(gòu)物，這些大的陶瓷結(jié)構(gòu)物是用較小的陶瓷結(jié)構(gòu)物接合到一起構(gòu)成的。
通常，多層式陶瓷結(jié)構(gòu)最好在電子基片和元件的生產(chǎn)中使用。多種不同類型的陶瓷結(jié)構(gòu)可以使用，其中的一些將在下描述。例如一個(gè)多層的陶瓷電路結(jié)構(gòu)可以包含多個(gè)金屬線路圖層，這種金屬線路圖層 在起絕緣體作用的陶瓷層之間作為電子電路導(dǎo)體。這種電路基片可以設(shè)計(jì)帶有稱為“焊接板”的端接電氣連接部分，用以固定半導(dǎo)體芯片、插接頭引線、電容器和電阻器等。在各埋置的導(dǎo)體層之間的互連是通過(guò)在各陶瓷層上由金屬膏填充的小孔形成的、稱為“通徑”的、用于電氣連接的孔道來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而那些小孔是在疊層或形成之前做成的。在燒結(jié)時(shí)，這些小孔變成一種以金屬為基體的、密實(shí)燒結(jié)成的金屬連接線。
通常，一般的陶瓷結(jié)構(gòu)物是由未燒結(jié)的陶瓷毛坯制成的，這種毛坯由陶瓷顆粒、熱塑性聚合物粘結(jié)劑、增塑劑和溶劑等混合制備而成，將這種合成物展開(kāi)或澆注成陶瓷片或條，待溶劑從中揮發(fā)出去，便形成凝聚堅(jiān)固的通用式陶瓷毛坯。經(jīng)過(guò)裁切下料、疊層和層壓，最后對(duì)毛坯以足夠的溫度燒結(jié)，驅(qū)離掉聚合粘結(jié)劑樹(shù)脂，并把陶瓷顆粒燒結(jié)成密實(shí)的陶瓷基片。
在電子電路基片形成中所用的導(dǎo)電體是高熔點(diǎn)金屬，例如鉬、鎢，或者貴金屬金。然而，更希望的是能使用具有低電阻和低成本的導(dǎo)體，例如銅及其合金。
現(xiàn)行供電子電路應(yīng)用的陶瓷結(jié)構(gòu)物的邊長(zhǎng)約大到127mm。它能容納約121個(gè)硅元件。一般，幾個(gè)這樣的陶瓷結(jié)構(gòu)物由硬線連接在一起，以執(zhí)行例如計(jì)算功能。由于所連接的陶瓷結(jié)構(gòu)物之間有距離，必然存在著信號(hào)的傳輸延遲。這種布置的電特性需通過(guò)減小陶瓷結(jié)構(gòu)之間的距離來(lái)求得改善。
一種辦法是制造300mm或更大的大規(guī)模結(jié)構(gòu)物，以容納更多的硅元件。上述這種陶瓷結(jié)構(gòu)物的表面積大約是現(xiàn)有陶瓷結(jié)構(gòu)的4倍。由于一個(gè)單獨(dú)結(jié)構(gòu)物容納有更多的硅元件，因此由硬線連接引入的傳輸延遲可以消除，能期望其電特性有明顯的改善。
然而，生產(chǎn)這種大的陶瓷結(jié)構(gòu)物存在困難。按照傳統(tǒng)的帶式澆鑄技術(shù)，為獲得大的陶瓷結(jié)構(gòu)物，需要做的似乎是“簡(jiǎn)單地”把現(xiàn)有工具和工藝按比例放大。但是，這種想法可使制造成本過(guò)高。
本發(fā)明的構(gòu)思是把幾個(gè)較小的陶瓷結(jié)構(gòu)物合并成一個(gè)單獨(dú)的大陶瓷結(jié)構(gòu)物。本發(fā)明除了能以較低成本取代簡(jiǎn)單地把現(xiàn)有工具按比例放大的制造法以外，它在如下方面也是有利的，即較小的陶瓷結(jié)構(gòu)物比大的陶瓷結(jié)構(gòu)物具有較好的尺寸穩(wěn)定性。這表明由較小的陶瓷結(jié)構(gòu)物相接合組成的大陶瓷結(jié)構(gòu)物比帶式澆鑄大陶瓷結(jié)構(gòu)物具有較好的尺寸穩(wěn)定性。這種大陶瓷結(jié)構(gòu)物的成品尺寸約為300mm或更大，能滿足未來(lái)的電性能的要求。本方法毫無(wú)困難地解決了以下兩個(gè)問(wèn)題一是在保持整個(gè)陶瓷結(jié)構(gòu)面電連續(xù)性的同時(shí)，將一些較小的毛坯塊接合在一起，二是能燒結(jié)成大陶瓷結(jié)構(gòu)物而沒(méi)有裂縫和扭曲。
到目前為止，還沒(méi)有提出過(guò)能滿足上述要求的制造方法。
下述的參考文件一般地涉及陶瓷部件的接合。
美國(guó)專利4,420,352公開(kāi)了陶瓷熱交換器部件的接合，其中被接合的鄰接表面以射頻加熱方式進(jìn)行局部加熱。美國(guó)專利4,724,020公開(kāi)了一種類似的處理工藝，其中的局部加熱是利用高壓跳火實(shí)現(xiàn)的。
美國(guó)專利4,767,479公開(kāi)了一種粘結(jié)毛坯陶瓷澆鑄芯體的方法。所述的澆鑄芯體由陶瓷顆粒和粘結(jié)劑構(gòu)成，該澆鑄芯體中的粘結(jié)劑由加入的一種溶劑來(lái)軟化，然后將陶瓷充填物顆粒加到至少一個(gè)被連接的表面上。此后，在溶劑揮發(fā)掉之前將一些陶瓷澆鑄芯體組裝起來(lái)。
美國(guó)專利4,928,870公開(kāi)了一種陶瓷部件的接合方法，在被接合的表面間放置金屬膜或金屬線，然后使之在短時(shí)間內(nèi)流過(guò)一個(gè)大電流。
美國(guó)專利4,952,454公開(kāi)的陶瓷部件接合方法是將一種含有多金屬和金屬氧化物的膠體敷設(shè)在要接合的表面上，然后使組件加熱以實(shí)現(xiàn)有效的結(jié)合。
美國(guó)專利4,953,627公開(kāi)了陶瓷熱交換器部件的一種接合方法，它以一種粘結(jié)材料(例如玻璃)加到要接合的表面上，然后將組件燒制，實(shí)現(xiàn)有效的粘結(jié)。
這里，本發(fā)明的一個(gè)目的是由小陶瓷結(jié)構(gòu)物來(lái)構(gòu)成供電子電路應(yīng)用的大陶瓷結(jié)構(gòu)物。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是使構(gòu)成的大陶瓷結(jié)構(gòu)物中被接合部分之間保持電連續(xù)性。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提出一種制造上述大陶瓷結(jié)構(gòu)物的一種方法。
結(jié)合附圖參閱下文的描述，本發(fā)明的這些目的和其它目的會(huì)顯得十分清楚。
本發(fā)明的第一個(gè)方面涉及一種供電子電路應(yīng)用的大的陶瓷毛坯的制造方法，其步驟之一是將多個(gè)毛坯塊邊對(duì)邊地接合，以構(gòu)成一個(gè)大的毛坯。
本發(fā)明的第二方面涉及一種供電子電路應(yīng)用的大的陶瓷基片的制造方法，該方法包括下列步驟a.把多個(gè)毛坯塊邊對(duì)邊地接合，以構(gòu)成至少一個(gè)大的毛坯；b.將所述的至少一個(gè)大的毛坯燒結(jié)成一個(gè)基片。
本發(fā)明的第三方面涉及一種供電子電路應(yīng)用的大陶瓷毛坯制品，它是由多個(gè)邊對(duì)邊接合的毛坯構(gòu)成的大毛坯。
本發(fā)明的最后一個(gè)方面涉及一種供電子電路應(yīng)用的大陶瓷基片，它至少有一層燒結(jié)的陶瓷材料，該陶瓷材料層是由多個(gè)邊對(duì)邊接合的陶瓷材料毛坯塊構(gòu)成的。


圖1是一個(gè)大的陶瓷毛坯的平面圖，在該毛坯下面另有一個(gè)大的陶瓷毛坯。
圖2A是兩個(gè)大的陶瓷毛坯的另一種疊堆法平面圖，圖2B和圖2C分別是圖2A在箭頭2B和2C方向的端視圖。
圖3、4和5是使相鄰毛坯塊接合的另一些方法的側(cè)視圖。
圖6A-6D的側(cè)視圖表示出接合和疊堆一些毛坯塊的一種優(yōu)選方法。
圖7是接合疊堆毛坯塊的另一種方法的側(cè)視圖。
圖8A、8B和8C示出接合毛坯塊的另一些方法的平面圖。
圖9示出接合毛坯塊用的一種窗框補(bǔ)償器的平面圖。
圖10示出又一種接合毛坯塊方法的透視圖。
更詳細(xì)地參考附圖，特別是參考圖1，圖1示出了一個(gè)用標(biāo)號(hào)10表示的大的陶瓷毛坯制品。這種大陶瓷毛坯制品在電子電路應(yīng)用中具有特別的用處，例如用于連接半導(dǎo)體元件的基片，等等，大陶瓷毛坯10包括有多個(gè)毛坯塊12、14、16和18，它們按標(biāo)號(hào)20邊對(duì)邊地接合，以構(gòu)成大毛坯。
從圖1中所能看到，各毛坯塊具有不同的尺寸，共有四個(gè)毛坯塊，從下文的描述可知，各毛坯塊可具有相同或不同的尺寸，并可以多于或少于四個(gè)毛坯塊。圖1所示的毛坯塊的數(shù)量和形狀僅僅是為了示例。
構(gòu)成毛坯塊的陶瓷顆?？梢酝ǔ＿m于電子電路應(yīng)用的那些陶瓷材料中選取。作為示例而不是作為限制，這些陶瓷材料可以包括氧化鋁、氧化鋁加玻璃、氮化鋁、氮化硅、高鋁紅柱石、玻璃(例如硼硅酸鹽玻璃)和玻璃陶瓷材料(例如在美國(guó)專利4,413,061中公開(kāi)那些玻璃陶瓷材料)。一些優(yōu)選的玻璃陶瓷組分在表1中列出了。
表I玻璃陶瓷成分(重量百分比)1 2 34 5 6 7 8 91011121314151617181920SiO255.0 54.5 54.5 52.3 57.8 60.0 50.0 53.9 54.0 55.0 60.0 54.5 57.0 55.0 47.0 53.9 54.0 54.5 54.0 54.0Al2O322.1 21.0 21.0 19.7 22.2 18.2 22.9 20.7 21.0 21.0 17.0 20.0 21.0 21.0 33.5 20.8 22.0 21.3 22.0 21.0MgO 22.3 19.8 19.8 24.0 16.0 17.8 22.2 19.6 19.0 18.0 18.0 20.0 20.0 22.0 13.5 19.6 20.0 19.9 20.0 22.0B2O21.3 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.1 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 3.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0P2O30.3 2.7 2.7 3.0 3.0 3.0 1.8 2.8 3.0 3.0 3.0 1.5 1.0 3.0 2.7 2.0 2.8 2.0CeO21.0MnO 1.0ZrO22.0 2.0CaO 2.0 1.0NiO 2.0Li2O 1.0Fe2O32.0Na2O 1.0TiO21.0ZnO 1.0CuO 2.0
可以預(yù)料單獨(dú)的一個(gè)大毛坯也可以作為一種獨(dú)立的商品進(jìn)行銷售。然而，通常是多個(gè)的那種大毛坯。如圖1所示，有兩個(gè)大陶瓷毛坯。在頂部，有一個(gè)包括有多個(gè)毛坯塊12、14、16和18的大陶瓷毛坯，各毛坯塊沿邊緣20相鄰接。毛坯塊12一部分被切掉，以便示出第二個(gè)大陶瓷毛坯22，它由毛坯塊24、26、28和30組成，這些毛坯塊沿邊緣32相鄰接，如剖視圖所示。
對(duì)于本發(fā)明最重要的是，在一層上連接的各毛坯塊邊緣不與在上面或下面層上連接的毛坯塊邊緣相重疊。作為這種情況的例外將在以后討論。這一重大限制的理由在于，相連接的毛坯塊邊緣上會(huì)存在薄弱線紋，為使成品毛坯制品具有整體性，有必要逐片錯(cuò)開(kāi)這些薄弱線紋。
最好，至少在毛坯塊之一上有金屬布線圖案。因此，如圖1所示在毛坯塊12上有布線圖案34。圖中還示出了布線圖案36、38和40。布線圖案的選擇是由基片制品的專門設(shè)計(jì)者決定的。然而，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在相鄰毛坯塊上的金屬布線圖案最好由相對(duì)方向或垂直方向的導(dǎo)線組成。所以，毛坯塊12上的布線圖案34是在X方向，而毛坯塊14上的布線圖案36是在Y方向。類似地，毛坯塊16、18上的布線圖案38、40也分別地以相對(duì)垂直的方向設(shè)置。此外，相對(duì)于毛坯塊12上的X方向布線圖案而言，底下一層毛坯塊24上的布線圖案41是在Y方向。最好使布線圖案按上述方式布置的理由在于，它允許單層毛坯上的布線圖案似X方向布線圖案轉(zhuǎn)變?yōu)閅方向布線圖案，或者作相反的方向轉(zhuǎn)變。當(dāng)然，為實(shí)現(xiàn)相同的或類似的結(jié)果，布線圖案也可以是傾斜的或某種其它圖案。
在毛坯塊上設(shè)置布線圖案時(shí)，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，最好使每一特定層上的布線圖案在整個(gè)大毛坯上對(duì)稱地分布，亦即在每個(gè)大毛坯上的布線圖案應(yīng)占有近似相同的面積。當(dāng)這樣逐層地作好以后，毛坯便可以不受約束地?zé)Y(jié)。如此做法，可以避免毛坯在燒結(jié)時(shí)發(fā)生變形。
又如圖1所示，布線圖案例如是X和Y信號(hào)導(dǎo)線在本發(fā)明考慮之內(nèi)的范圍還有，布線圖案可以是重新分布的圖案、接地平面以及可用在電子電路基片結(jié)構(gòu)中的其它布線圖案。
現(xiàn)在參考圖2A，圖中示出按照本發(fā)明的大陶瓷毛坯制品的另一實(shí)施例。圖2A示出在大陶瓷毛坯層44中的所有毛坯塊42都具有相同的尺寸。類似地，大陶瓷毛坯層48的每個(gè)毛坯塊46也具有相同的尺寸。然而，為了避免毛坯層44上的每個(gè)毛坯塊邊緣45與毛坯層48內(nèi)每個(gè)毛坯塊的連接邊緣49相重疊，如圖2A所示，每個(gè)大毛坯的連接塊是逐層間交錯(cuò)開(kāi)的。所需數(shù)量的毛坯層形成以后，可以利用現(xiàn)有技術(shù)對(duì)連接的毛坯塊疊堆進(jìn)行平整。當(dāng)然，在平整操作期間應(yīng)當(dāng)小心，不要損壞電氣連接或布線圖案。圖2B從側(cè)面示出圖2A中層疊好的大陶瓷毛坯44、48。
按照對(duì)圖1的討論，每個(gè)毛坯塊可以包含有布線圖案。布線圖案例如可以是X和Y信號(hào)導(dǎo)線、重新分布圖案、接地平面、等等。如果大陶瓷毛坯層44、48包含X和Y信號(hào)布線圖案，則在第三大陶瓷毛坯層(未示出)中可能需要一個(gè)參考平面。毛坯層的數(shù)量和特定的布線圖完全屬于基片制品各設(shè)計(jì)者的技巧。
圖2B還示出了本發(fā)明的另一個(gè)方面，即對(duì)來(lái)自或跨接毛坯塊的連接邊緣形成電氣連接的方法。很明顯，由于在相鄰毛坯塊之間本來(lái)存在著的間隙，電氣連接不能直接跨越毛坯塊的連接邊緣。因此，如圖2B所示，如果人們想要從毛坯層48轉(zhuǎn)接到毛坯層44，并通過(guò)邊緣或者是對(duì)毛坯層45、49這樣做，那么例如可以跨越毛坯層44中邊緣45下面的導(dǎo)線50出發(fā)。毛坯層48中的導(dǎo)線50與毛坯層44中的孔道54連成一體，而通路54與通過(guò)接合邊緣49上面的導(dǎo)線56連接。
圖2C是圖2A中毛坯層44和48疊層的另一側(cè)視圖。圖2C示例出可以跨越連接的毛坯塊邊緣實(shí)現(xiàn)電氣連接的另一種方法。如果想要跨越毛坯層44中的毛坯塊，通常是不能由導(dǎo)線跨越邊緣連接的，因?yàn)樵跓Y(jié)時(shí)導(dǎo)線將損壞。對(duì)此，在導(dǎo)線58、66之間跨越邊緣45的電氣連接可以按照以下方式實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線58先進(jìn)入孔道60，然后孔道60與毛坯層48中的導(dǎo)線62相連接。導(dǎo)線62穿過(guò)接合邊緣45的下面，但不通過(guò)鄰接邊緣49。然后，導(dǎo)線62與孔道64連成一體，以便導(dǎo)線62可向上通過(guò)毛坯層44經(jīng)由孔道64而到達(dá)導(dǎo)線66，實(shí)現(xiàn)連接。因此，實(shí)現(xiàn)了從導(dǎo)線58到66的跨越接合面邊緣45的連接。如果需要連續(xù)地橫越，并實(shí)現(xiàn)與毛坯層48中的另一毛坯塊接合，那么可經(jīng)孔道67實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線66和導(dǎo)線68之間的連接。
這樣，可以在相鄰毛坯塊之間，或者在不同層上的毛坯塊之間實(shí)現(xiàn)電氣連接而無(wú)需實(shí)際跨越相鄰毛坯塊之間形成接合面。實(shí)質(zhì)上，連線特征(例如導(dǎo)線)的橫越連接是在不同的毛坯層上(或者在某層之上，或者在某層之下)，而不是在包含該接合的毛坯層上。
本發(fā)明還包括上文所述的大陶瓷毛坯然后將它燒結(jié)以形成一個(gè)大陶瓷基片。簡(jiǎn)單地說(shuō)，大陶瓷基片是這樣形成的通過(guò)邊對(duì)邊地接合多個(gè)毛坯塊，形成一個(gè)大毛坯，然后對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)，以形成一大基片。一旦形成大毛坯，如果需要具有多層的基片，則需先形成多個(gè)這樣的大毛坯，然后分層和疊層亦即堆放并結(jié)合在一起成為一個(gè)單元，以形成毛坯疊層堆，以待后來(lái)燒結(jié)。如果所述的大毛坯上的布線圖案是對(duì)稱分布的，那么該毛坯層堆可以不受限制地進(jìn)行燒結(jié)。
本發(fā)明的關(guān)鍵部分是如何接合各毛坯塊使它們形成一個(gè)緊密整體的大基片。預(yù)期的一種接合毛坯塊的方法是在層堆期間或燒結(jié)期間給毛坯加熱和加壓，以使鄰近邊緣的毛坯材料流變。作為毛坯材料它包括一種熱塑粘結(jié)劑，適當(dāng)?shù)剡x擇該粘結(jié)劑，以使加熱和加壓時(shí)它產(chǎn)生流變，能將兩個(gè)毛坯接合在一起。然后，在燒結(jié)期間陶瓷顆粒將在毛坯之間互相擴(kuò)散，形成大陶瓷基片。
然而，更好的辦法是在相鄰毛坯塊邊緣上施加一種配料，以促使這些毛坯塊相鄰邊緣實(shí)現(xiàn)接合。本發(fā)明的一個(gè)這樣的實(shí)施例示于圖3，圖中示出給毛坯塊72和74施加一種溶劑70，而毛坯塊72和74放置在聚酯薄膜脫模層73和固定件75上。由圖可見(jiàn)，如剖視圖的線76所示的毛坯塊的各個(gè)邊緣(更確切地說(shuō)，是包含有粘結(jié)劑的邊緣)均被溶化。這樣，毛坯塊的各邊緣溶化并流到一起，將各毛坯塊接合在一起。
再參考圖4，毛坯塊邊緣通過(guò)局部加熱源78已被粘結(jié)或接合在一起。局部加熱源78使得毛坯粘結(jié)劑材料流變，形成一種粘合。這種局部加熱可以使用例如激光器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在圖5所示的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，促使毛坯粘合的配料可以是例如一種金屬或陶瓷膠80。另外，該配料也可以是一種陶瓷粘漿。膠與漿的不同在于膠是比較粘稠的，因而在涂敷期間不需要加過(guò)多的限制。如果需要，含有金屬的膠也可以包含陶瓷或玻璃顆粒，以促使接合的毛坯塊之間的粘結(jié)。
該配料也可以包括一種光敏金屬有機(jī)化合物，它添加到例如一種膠中，涂在毛坯塊之間待粘給的區(qū)域上。這種光敏金屬有機(jī)化合物在一個(gè)光源例如激光器下曝光以使它轉(zhuǎn)變成金屬。另一種可能的是這樣的，當(dāng)達(dá)到一燒結(jié)溫度時(shí)，邊緣上的毛坯材料將受到液相燒結(jié)。在這種情況下，該混合物可以添加到兩毛坯塊之間的空間中(例如添加在膠中)，或者可以實(shí)際構(gòu)成待接合的毛坯塊的邊緣。
再一種可用于接合相鄰毛坯塊邊緣的配料是一種并不與相鄰毛坯塊材料起強(qiáng)反應(yīng)的配料。希望用這樣一種不反應(yīng)材料的理由，在于考慮到了下面的一個(gè)要點(diǎn)，即在毛坯塊中將沒(méi)有材料被實(shí)際遷移到毛坯塊之間的縫隙中。這是因?yàn)槊鲏K中材料向所述縫隙的任何遷移，將導(dǎo)致在毛坯層中產(chǎn)生出一個(gè)低密度區(qū)域，從而在燒的基片中形成缺陷。據(jù)此，在本發(fā)明的這個(gè)方面這樣，該配料優(yōu)選地可包含一種水基乳膠，這種乳膠不與毛坯塊粘結(jié)劑起反應(yīng)，而所述的粘結(jié)劑是一種典型的非水基聚合粘結(jié)劑材料。例如聚乙烯醇縮丁醛。該配料除了包含水基乳膠外，最好還包含有一種陶瓷粉末，而這種陶瓷粉末就類似于構(gòu)成整塊毛坯塊材料的陶瓷粉末。
現(xiàn)在參考圖9，接合毛坯塊的步驟可以不是在邊緣之間加上配料而是在待接合的毛坯塊上以窗框形狀貼一層毛坯片82。窗框可放在毛坯塊的上面，并暫時(shí)粘在毛坯塊上，以便處置好毛坯疊層?；蛘?，毛坯塊可以與別的毛坯層上的窗框進(jìn)行疊層，以保持毛坯塊就位好。當(dāng)燒結(jié)時(shí)，該窗框?qū)?2將與毛坯塊保持在一起。
現(xiàn)在參考圖10，圖中示出了又一種接合毛坯塊的方法。如圖所示毛坯塊84需要接合在一起。毛坯塊84可以放置在另一毛坯塊86之上。隨后，在縫隙90內(nèi)噴濺一種粘合液88，但僅僅部分地填充縫隙。然后，將一塊毛坯條92放入縫隙內(nèi)，以完全填滿縫隙。該毛坯條的成分最好與毛坯塊84和86的成分類似。當(dāng)燒結(jié)時(shí)，毛坯條92和粘合液88的組合可使毛坯塊84和86接合在一起。
根據(jù)本發(fā)明將毛坯塊疊層的一種優(yōu)選方法示于圖6A-6D中。首先參考圖6A，各毛坯塊96放置在固定件92上?，F(xiàn)已知道，在放置毛坯塊96之前，最好在固定件92的頂面放置一聚酯薄膜層94。并且知道，在這一過(guò)程中，此刻最好不添加使毛坯塊接合在一起的任何配料。
現(xiàn)在參考圖6B，毛坯塊的第二層放置在毛坯塊96之上。應(yīng)注意到，毛坯塊之間的縫隙在第一層和第二層之間是交錯(cuò)的。也就是說(shuō)，各毛坯塊96之間的縫隙與各毛坯塊98之間的縫隙互相偏置開(kāi)。在毛坯塊98之間的縫隙中放置配料100，以使各毛坯塊粘結(jié)在一起。為了示例，但并不受比例限制，在圖6B中示出的配料100是一種陶瓷膏(亦即，用以使陶瓷軟化)。
如圖6C所示，每個(gè)附加層制作在毛坯塊的頭兩層上，并且每一層中的相鄰毛坯塊之間的縫隙都填充陶瓷膠。在圖6C中，示出總共五層這樣的毛坯塊。然而，實(shí)際上會(huì)比所示的五層多些或少些。在由陶瓷膠接合的毛坯塊各層的頂端，放置另一層聚酯薄膜102?，F(xiàn)已知道，在毛坯塊96的第一層之間填充縫隙時(shí)，該第二聚酯薄膜層102是很有用的。
現(xiàn)在圖6C中的毛坯塊疊層可以移開(kāi)并翻轉(zhuǎn)，如圖6D中所示，以使聚酯薄膜102這時(shí)與固定件93相接觸。現(xiàn)在，再移去聚酯薄膜94，并丟棄它。然后，用陶瓷膠填充毛坯塊96之間的縫隙。此后，圖6D中所示的毛坯塊疊層可從固定件93上移走，并放在另一個(gè)用于疊層的固定件(未示出)中。在疊層之前，要將聚酯薄膜脫模層102去掉。疊層之后，在需要時(shí)可將毛坯塊層堆進(jìn)行燒結(jié)。
圖7示出了另一個(gè)疊層毛坯塊的實(shí)施例。在這個(gè)特定的實(shí)施例中，毛坯塊同時(shí)疊層兩層?，F(xiàn)已知道，當(dāng)使用金屬膠接合毛坯塊時(shí)，這種特定的安排特別有利。金屬導(dǎo)線108遮蔽在毛坯塊106上。毛坯塊106的頂部放置毛坯塊104，而毛坯塊104中的孔道110與導(dǎo)線108接觸。然后，將毛坯塊104和106以及脫膜層107放入一個(gè)疊堆固定件103中，如圖6中所示。并且，一種金屬膠105涂敷在毛坯塊104和106之間的縫隙中。然后，使金屬膠干化，在毛坯塊104的頂部放置毛坯塊114，其上面形成有金屬孔道118，并在表面上形成導(dǎo)線116。然后，在毛坯塊114的頂部放置毛坯塊112。在毛坯塊112和114之間的縫隙中放置金屬膠以填充縫隙。應(yīng)該注意，毛坯塊112和114之間的縫隙與毛坯塊104和106之間的縫隙是互相偏離的。此外，來(lái)自毛坯塊114的孔道118與毛坯塊104中的孔道110成一直線。還應(yīng)該注意，導(dǎo)線116和108通過(guò)一個(gè)疊置的毛坯塊與毛坯塊之間的縫隙相絕緣。由于使用金屬膠來(lái)填充縫隙，故需要在導(dǎo)線和縫隙之間有一個(gè)毛坯塊絕緣層。否則，將會(huì)造成短路。按圖7中所示的情況，可以接合兩組或更多組的毛坯塊。
最后，在圖8A、8B和8C中示出了將毛坯塊接合在一起的另幾種安排?？梢钥吹剑鲏K頂層之間接合面與其下面層上毛坯塊之間接合面是交錯(cuò)的。這些接合面應(yīng)該與圖8A、8B和8C中所示的它們上面的毛坯塊之間接合面相交錯(cuò)。圖8C所示的實(shí)施例，對(duì)于僅需使用一種尺寸的毛坯塊來(lái)說(shuō)特別有長(zhǎng)處?？梢钥吹剑總€(gè)毛坯塊都具有一個(gè)接頭，并且每個(gè)毛坯塊都相對(duì)于其相鄰的毛坯塊旋轉(zhuǎn)90°，以使接頭的指向邊緣在中心相遇。
在參考了如下實(shí)例后，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚。
實(shí)例例I用常規(guī)的方法，如利用上面所述的帶式澆鑄法，制備玻璃陶瓷毛坯塊。毛坯塊含有堇青石成形玻璃顆粒、聚乙烯醇縮丁醛粘結(jié)劑和其它一些普通的有機(jī)成分。堇青石成形玻璃(由燒結(jié)使玻璃晶化所形成的堇青石)的成分按其重量百分比如下所示SiO255.0Al2O321.1MgO22.3B2O31.3P2O50.3毛坯塊的尺寸是185mm×185mm。
每個(gè)毛坯塊還具有布線圖案，它是通過(guò)把銅膏涂敷在毛坯塊片上實(shí)現(xiàn)的。銅膏是由銅顆粒、乙基纖維粘結(jié)劑和普通有機(jī)添加劑組成的。
毛坯塊按下述的方式進(jìn)行接合。將一層聚酯薄膜材料鋪放在疊層固定件上。隨后，將4個(gè)毛坯塊放至聚酯薄膜上。要小心地放置這些毛坯塊，以使留下的縫隙不超3mm。然后，將下一個(gè)毛坯塊層放置到第一個(gè)毛坯塊層上面。然后，將這些毛坯塊間隔開(kāi)，留下不超過(guò)3mm的縫隙。放置第二個(gè)毛坯塊層時(shí)，要使每層的縫隙相互偏離開(kāi)如圖6B所示。
在第二層的縫隙中涂敷一種膠體，它含有與毛坯塊中玻璃一樣成分的堇青石成形玻璃顆粒。按重量百分比，該膠體的成分包括62％堇青石，15％ Rhoplex B60A粘結(jié)劑，1％ Benzoflex粘結(jié)劑，3％水，16％有機(jī)溶劑，2％B90 Butvar(聚乙烯醇縮丁醛)粘結(jié)劑，其余的輔助成分。然后，使該膠體干化。
以這種方式連續(xù)地疊堆，直至疊到60層。
將毛坯塊疊層按照如下加溫進(jìn)程進(jìn)行燒結(jié)。在濕氮環(huán)境下使溫度直線上升至705-725℃，然后，將環(huán)境轉(zhuǎn)換成濕氫，以實(shí)現(xiàn)粘結(jié)劑的熔化。在轉(zhuǎn)換氣體氣氛后，將溫度直升至975℃，使毛坯塊材料增密和結(jié)晶，并維持在該氣體氣氛下使溫度直降至室溫。升溫、降溫的速率要保持在1℃/mm以下，以避免陶瓷基片發(fā)生熱應(yīng)力。
制成的基片的最終尺寸為320mm×320mm。
對(duì)大規(guī)模基片進(jìn)行了4點(diǎn)機(jī)械測(cè)試法的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度等效于整體陶瓷塊。
例II用通常的帶式澆鑄法制備氧化鋁陶瓷毛坯塊。該毛坯塊由氧化鋁(Al2O3)顆粒、玻璃原料、聚乙烯醇縮丁醛粘結(jié)劑和其它一些普通的有機(jī)成分。根據(jù)毛坯塊的固體含量，氧化鋁和玻璃的比例是Al2O3占89重量百分比、玻璃原料占11重量百分比，按重量百分比，玻璃原料的成分是52％ SiO2，30％ Al2O3，8.5％CaO和8.5％MgO。毛坯塊的尺寸是185mm×185mm。
每個(gè)毛坯塊上也具有布線圖案，這是通過(guò)把鉬膠涂敷在毛坯塊上實(shí)現(xiàn)的。鉬膠由鉬顆粒、乙基纖維粘結(jié)劑和普通的有機(jī)添加劑組成。
將毛坯塊按照例1中的方法疊堆，但例外的是在毛坯塊之間沒(méi)有縫隙，以便毛坯塊可連接相鄰的毛坯塊。此外，在相鄰行毛坯塊之間不施加接合用膠。在定形加工后，最終的基片尺寸是320mm×320mm。
按照下述的加溫進(jìn)程對(duì)毛坯塊疊層作不加約束的燒結(jié)。在氫氣環(huán)境下以小于1℃/分鐘的升溫速率加溫到600℃。然后，轉(zhuǎn)換到濕氫的氣氛，以2℃/分鐘的速率升溫到980℃，并保持3小時(shí)以達(dá)到粘結(jié)劑的熱分解。再以約8℃/分鐘的升溫速率加溫到1050℃，并維持3小時(shí)以實(shí)現(xiàn)粘合劑的熔化。此后，為了增密，溫度以大約1℃/分鐘的速率上升至1555℃。在該溫度下持續(xù)3小時(shí)，溫度以2℃/分鐘的速率下降至800℃。這時(shí)，又轉(zhuǎn)換成氮?dú)鈿夥眨⒆寽囟茸杂苫芈涞绞覝亍?br> 本實(shí)例中基片成分的特征在于，玻璃原料促成基片的液相燒結(jié)。類似地，由這種同樣的液相燒結(jié)現(xiàn)像使毛坯塊相接合。為此，無(wú)需使用膠體就可以接合毛坯塊。
制成的基片的最終尺寸是260mm×260mm。
由剖視圖可見(jiàn)，毛坯塊之間不存在密度梯度，新燒結(jié)的基片的整體性顯得很好。
例III按照例I中的方法制備玻璃陶瓷毛坯塊，但不是制備全尺寸的基片。先制備樣品以測(cè)試毛坯塊與金屬膠的接合。在本例中，各毛坯塊上都不涂敷有布線圖案。
如圖7所示，每次放置兩層毛坯塊，其縫隙大約1mm。在縫隙內(nèi)填充一種膠，它由銅顆粒、堇青石陶瓷顆粒、乙基纖維粘結(jié)劑和普通的有機(jī)添加劑組成。在銅顆粒和堇青石成形玻璃顆?；旌象w中，銅占40體積百分比，堇青石是60體積百分比。在填充膠中，按重量百分比，堇青石成形玻璃的成分如下所示SiO255.0Al2O321.23MgO 20.0B2O31.0P2O52.77然后，按照例I的方法對(duì)毛坯塊疊層進(jìn)行燒結(jié)。
經(jīng)燒結(jié)的基片的整體性顯得是很好的。在已接合的毛坯塊上對(duì)基片作剖視，可以看到，陶瓷和填充膠之間有良好的粘結(jié)。
例IV按例III中相同的方法制備一基片疊層，但接合毛坯塊的膠由銅顆粒、乙基纖維粘結(jié)劑和有機(jī)物組成。
然后，將毛坯塊疊層按例I中的方式進(jìn)行燒結(jié)。
可以看出，經(jīng)燒結(jié)的基片的整體性是很好的。在接合的毛坯塊上對(duì)基片進(jìn)行剖視時(shí)看到，雖然在膠體和陶瓷之間有些層裂，但總的說(shuō)陶瓷與膠體的接合是良好的。而且，膠體與陶瓷之間的層裂并不導(dǎo)致裂痕向整塊陶瓷中延伸。
例V采用與例I相同的方法制備一基片疊層，但接合毛坯塊的膠體的組成，按重量百分比為66％堇青石成形玻璃顆粒，26％Rhoplex B60A(一種乳膠粘結(jié)劑)，6.0％去離子水，2％其它輔助添加劑。堇青石成形玻璃顆粒的成分與整塊陶瓷的成分相同。
然后，按例I的方法進(jìn)行燒結(jié)。
制成的基片的最終尺寸為320mm×320mm。
可以看出，經(jīng)燒結(jié)的基片的整體性是很好的。在接合的毛坯塊上對(duì)基片進(jìn)行剖視時(shí)看到，陶瓷和膠體之間總體上有良好的接合。
很明顯，本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明所述的特定實(shí)施例可以作出其它改進(jìn)，不離開(kāi)本發(fā)明的精神。為此把這類改進(jìn)認(rèn)為是在本發(fā)明的權(quán)利要求書規(guī)定的范圍之內(nèi)的，而權(quán)利要求單獨(dú)地附在后面。
權(quán)利要求
1.一種大陶瓷毛坯制品，其特征在于，包括多個(gè)毛坯塊，邊對(duì)邊接合起來(lái)，形成一個(gè)較大的毛坯；和金屬圖案，敷設(shè)在多個(gè)所述毛坯塊上，其中在相鄰毛坯塊上的所述的金屬圖案包括相對(duì)的正交方向的布線。
2.一種大陶瓷基片制品，其特征在于，包括至少一個(gè)燒結(jié)陶瓷材料層，所述的層包括多個(gè)邊對(duì)邊接合的陶瓷材料塊，和金屬圖案，敷設(shè)在多個(gè)所述的毛坯塊上，其中在相鄰的塊上的所述金屬圖案包括相對(duì)的正交方向的布線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制品，其特征在于，在所述的基片中有多個(gè)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制品，其特征在于，還包括敷設(shè)在多個(gè)所述層上的金屬圖案，其中所述的金屬圖案是逐層對(duì)稱地敷設(shè)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，還包括在相鄰邊緣處的一種配料，用以促成在相鄰邊緣之間的粘結(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制品，其特征在于，還包括在相鄰邊緣處的一種配料，用以粘結(jié)所述的相鄰邊緣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制品，其特征在于，所述的配料包括金屬、陶瓷或其混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制品，其特征在于，所述的配料被選擇得可使所述的基片至少在邊緣處已經(jīng)經(jīng)歷液相燒結(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制品，其特征在于，所述的層被分組成為由兩層組成的組，每個(gè)兩層組形成一個(gè)可重復(fù)的單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制品，其特征在于，還包括金屬圖案，敷設(shè)在每個(gè)單元的至少一層上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，多個(gè)所述的較大毛坯被形成和被燒結(jié)，以使兩毛坯塊之間的接合面相對(duì)于其上或其下的較大毛坯中兩毛坯塊之間的接合面有位移。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制品，其特征在于，所述的層被堆置得可使兩毛坯塊之間的接合面相對(duì)于其上或其下的層中的兩毛坯塊之間的接合面有位移。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制品，其特征在于，所述的毛坯塊具有不相等的尺寸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制品，其特征在于，所述的毛坯塊具有相等的尺寸。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制品，其特征在于，還包括多個(gè)金屬布線圖案，在多個(gè)所述毛坯塊上，所述的金屬布線圖案中至少兩個(gè)是連接的，其中所述的金屬布線圖案是在不同的毛坯塊上的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制品，其特征在于，所述的不同毛坯塊相互相鄰。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制品，其特征在于，還包括多個(gè)金屬布線圖案，在多個(gè)所述的毛坯塊上，所述的金屬布線圖案中至少兩個(gè)是連接的，其中所述的金屬布線圖案是在不同毛坯塊上的。
18.一種由多個(gè)毛坯塊制造供電子應(yīng)用的大陶瓷毛坯制品的方法，其特征在于，包括以下步驟a.把金屬布線圖案敷設(shè)到多個(gè)所述的毛坯塊上；b.把所述的多個(gè)毛坯塊邊對(duì)邊地接合，以形成一個(gè)較大的毛坯；其中在相鄰毛坯塊上的所述金屬圖案包括相對(duì)的正交布線。
19.一種由多個(gè)毛坯塊制造供電子應(yīng)用的大陶瓷基片制品的方法，其特征在于，包括以下步驟a.把金屬圖案敷設(shè)到多個(gè)所述的毛坯塊上；b.所述的多個(gè)毛坯塊邊對(duì)邊地接合，以形成至少一個(gè)較大的毛坯，其中在相鄰毛坯塊上的該金屬圖案包括相對(duì)的正交方向的布線；及c.燒結(jié)所述的至少一個(gè)較大毛坯，以形成一個(gè)較大的基片。
20.一種用以制造供電子應(yīng)用的大陶瓷基片制品的方法，其特征在于，包括以下步驟a.將多個(gè)毛坯塊邊對(duì)邊地接合，以形成至少一個(gè)較大的毛坯，其中所述的接合毛坯塊的步驟包括施加陶瓷漿和陶瓷帶；和b.燒結(jié)所述的至少一個(gè)較大毛坯，以形成一個(gè)大基片。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，多個(gè)所述的較大毛坯被形成，和進(jìn)一步包括堆置和層壓所述的較大毛坯，以形成一個(gè)毛坯疊層，然后燒結(jié)所述的毛坯疊層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，還包括將金屬圖案敷設(shè)在多個(gè)所述的較大毛坯上，其中所述的金屬圖案在逐個(gè)較大毛坯中是對(duì)稱地敷設(shè)的。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述的燒結(jié)步驟包括自由燒結(jié)。
24.一種制造供電子應(yīng)用的大陶瓷毛坯制品的方法，其特征在于，包括邊對(duì)邊地接合多個(gè)毛坯塊以形成一個(gè)較大毛坯的步驟，其中所述的接合所述毛坯塊的步驟包括施加陶瓷漿和陶瓷帶的步驟。
全文摘要
一種供電子電路應(yīng)用的大陶瓷基片制品,它至少包括一層燒結(jié)的陶瓷材料,所述的層包括有多個(gè)邊對(duì)邊地接合的陶瓷材料毛坯塊。這里還公開(kāi)了一種制造未燒結(jié)的大陶瓷毛坯制品的方法,以及一種大瓷基片制品。
文檔編號(hào)H05K1/14GK1176239SQ9711485
公開(kāi)日1998年3月18日 申請(qǐng)日期1997年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月18日
發(fā)明者拉希德·J·貝贊瑪, 喬恩·A·凱西, 馬里奧·E·?？? 謝吉·法羅, 艾琳·S·弗郎茨, 凱瑟琳·G·弗雷, 戴維·H·加布里埃爾, 萊斯特·W·赫倫, 戈?duì)柕掳⒗?jiǎn)·納特阿拉簡(jiǎn), 約翰·U·尼克博克, 薩拉·H·尼克博克, 維韋克·M·蘇拉, 約翰·湯姆森, 伊-明·廷, 沙倫·L·特蕾西, 羅伯特·M·特朗西圖, 唐納德·R·沃爾, 賈?！·延 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司