DE10212629A1 - Verfahren zum Herstellen eines Mehrlagen-Keramiksubstrats - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrlagen-Keramiksubstrats, das einen Hohlraum mit mehreren Stufen in demselben zum Befestigen einer elektronischen Komponente aufweist, wird geschaffen. Ein Block wird in ein unteres Hohlraumsegment des Hohlraums eingefügt, der in einem Grünschichtlaminat gebildet ist, um das Mehrlagen-Keramiksubstrat zu sein, wobei der Block im wesentlichen die gleiche dreidimensionale Form aufweist wie die des Hohlraumsegments und eine Höhe gleich oder größer der Tiefe des Hohlraumsegments aufweist. Somit wird der Preßschritt in einem Zustand derart durchgeführt, daß der Hohlraum einen offfensichtlichen, einzelnen Schritt aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Produktionsver­ fahren zum Produzieren von Mehrlagen-Keramiksubstraten und insbesondere auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Mehrla­ gen-Keramiksubstrats, das einen Hohlraum mit mehreren Stu­ fen zum Befestigen und Unterbringen einer elektronischen Komponente aufweist.

In den vergangenen Jahren bestand ein wachsender Bedarf nach einer weiteren Reduktion von Größe und Gewicht, weiter verbesserten Mehrfachfunktionen, einer höheren Zuverlässig­ keit und ähnlichem betreffend elektronische Vorrichtungen, und somit ein Bedarf nach dem Verbessern von Techniken zum Befestigen elektronischer Komponenten an Substratausgängen. Üblicherweise ist eine effektive Art, die Befestigungstech­ niken zu verbessern, eine hohe Verdrahtungsdichte des Sub­ strats zu erreichen.

Um der hohen Verdrahtungsdichte eines solchen Substrats zu begegnen, wurde ein Mehrlagen-Keramiksubstrat entwickelt, das durch Stapeln, Pressen und dann Brennen einer Mehrzahl von Keramikgrünschichten hergestellt wird, die jeweils ei­ nen gedruckten, leitfähigen Film und ähnliches auf densel­ ben aufweisen.

Um eine Reduktion in der Größe und Dicke des Mehrlagen- Keramiksubstrats zu erreichen, ist es effektiv, einen Hohl­ raum zum Befestigen einer elektronischen Komponente in dem Mehrlagen-Keramiksubstrat zu bilden. Wenn ein derartiger Hohlraum gebildet ist, um mehrere Stufen aufzuweisen, d. h., wenn der Hohlraum gebildet ist, um mindestens ein er­ stes Hohlraumsegment und ein zweites Hohlraumsegment aufzu­ weisen, das mit der unteren Fläche des ersten Hohlraumseg­ ments kommuniziert, kann die untere Fläche des ersten Hohl­ raumsegments, z. B. als eine Region zum Bilden einer leit­ fähigen Anschlußfläche zum Drahtbonden einer elektronischen Komponente verwendet werden, während die elektronische Kom­ ponente in dem zweiten Hohlraumsegment untergebracht ist.

Als Ergebnis des Brennens während der Herstellung des Sub­ strats trifft ein Mehrlagen-Keramiksubstrat mit einem sol­ chen Hohlraum mit mehreren Stufen jedoch oft auf derartige Probleme, so daß sich eine unerwünschte Deformation oder ein Bruch am Umfang des Hohlraums entwickelt und ein Riß am Ende der unteren Fläche des Hohlraums auftritt, obwohl dies nicht erkennbar ist, wenn das Mehrlagen-Keramiksubstrat ei­ nen Hohlraum mit einem einzelnen Schritt aufweist.

Es wird angenommen, daß die obigen Probleme als Ergebnis einer Restbeanspruchung an einem bestimmten Abschnitt eines Grünschichtlaminats entstehen. Das heißt, wenn das Grün­ schichtlaminat vor dem Sintern gepreßt wird, um ein Mehrla­ gen-Keramiksubstrat zu sein, ist es schwierig, einen ein­ heitlichen Druck auf das gesamte Grünschichtlaminat auszu­ üben, da ein relativ unebener Hohlraum mit mehreren Stufen in dem Laminat existiert. Dies führt zu einer Verschlechte­ rung der Flachheit der gestuften, unteren Fläche des Hohl­ raums oder zu einer unerwünschten Deformation des Hohl­ raums.

Um die obigen Probleme zu lösen, offenbart die ungeprüfte, japanische Patentanmeldung Nummer 9-39160 einen Preß­ schritt, der derart durchgeführt wird, daß ein Grünschicht­ laminat mit einem Hohlraum mit mehreren Stufen vakuumver­ packt ist, während es durch ein Paar von Gummischichten sandwichartig angeordnet und in einem stationären Fluid isotropisch gepreßt wird.

Die ungeprüfte, japanische Patentanmeldung Nummer 9-181449 offenbart einen Preßschritt, der derart durchgeführt wird, daß ein Grünschichtlaminat mit einem Hohlraum mit mehreren Stufen durch ein elastisches Bauglied gedrückt wird, das einen Vorstand mit mehreren Stufen aufweist, wobei der Vor­ stand die gleiche From aufweist wie der Hohlraum mit mehre­ ren Stufen.

Die ungeprüfte, japanische Patentanmeldung Nummer 6-224559 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Grünschichtla­ minats, das ganz gepreßt wird, und das einen Hohlraum mit mehreren Stufen aufweist. Das Verfahren weist die Stufe des Plazierens einer starren Platte auf, die ein Durchgangsloch aufweist, das gleich oder etwas kleiner ist als die Öffnung des Hohlraums, auf das Grünschichtlaminat, und Drücken des Grünschichtlaminats von einem elastischen Bauglied über die starre Platte, durch Ausüben eines Drucks auf dieselbe bei jedem Schritt des Hohlraums.

Sogar wenn das Verfahren übernommen wird, daß in der unge­ prüften, japanischen Patentanmeldung Nummer 9-39160 angege­ ben ist, dringt eine der Gummischichten bei dem Preßschritt in den Hohlraum ein, was zu einer Belastung an der gestuf­ ten, unteren Fläche des Hohlraums und zu einer unerwünsch­ ten Deformation der unteren Fläche führt. Dementsprechend wird es dadurch manchmal schwierig gemacht, daß das Grün­ schichtlaminat die Flachheit der unteren Fläche des Hohl­ raums beibehält. Zusätzlich dazu kann ein Eindringen der Gummischicht verursachen, daß sich die radiale Abmessung des Hohlraums weitet, und folglich kann eine Verschlechte­ rung der Abmessungsgenauigkeit auftreten.

Das in der ungeprüften, japanischen Patentanmeldung Nummer 9-181449 erwähnte Verfahren erfordert ein Vorbereiten der elastischen Bauglieder entsprechend der Formen der Hohlräu­ me, die in dem Mehrlagen-Keramiksubstrat gebildet werden sollen. Ferner erfordert der Preßschritt ein Ausrichten des Hohlraums, der mehrere Stufen in dem Grünschichtlaminat ge­ bildet hat, mit dem Vorstand, der mehrere Stufen in dem elastischen Bauglied gebildet hat; diese Ausrichtung ist jedoch nicht so einfach und erschwert dementsprechend Ver­ suche, die Effizienz der Stufe zu erhöhen. Gemäß dieser An­ sicht wird erwartet, daß das Verfahren gemäß der ungeprüf­ ten, japanischen Patentanmeldung Nummer 9-181449 erhöhte Produktionskosten des Mehrlagen-Keramiksubstrats mit sich bringen wird.

Die ungeprüfte, japanische Patentanmeldung Nummer 6-224559 erfordert ein Pressen des Grünschichtlaminats bei jedem Schritt des Hohlraums, wodurch das Problem der relativ ge­ ringen Produktionseffizienz erhöht wird, obwohl die Flach­ heit der gestuften, unteren Fläche des Hohlraums beibehal­ ten und die radiale Abmessung des Hohlraums nicht erweitert wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbes­ sertes Verfahren zum Herstellen eines Mehrlagen- Keramiksubstrats zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 ge­ löst.

Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß sie ein Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Keramik mit ei­ nem Hohlraum mit mehreren Stufen in demselben schafft.

Die vorliegende Erfindung weist kurz gesagt ein Merkmal auf, derart, daß ein entsprechender Block in einen Ab­ schnitt eines Hohlraums mit mehreren Stufen eingefügt wird, um zu ermöglichen, daß der Hohlraum eine scheinbar einzelne Stufe aufweist und folglich einen Preßstufe durchführt.

Genauer gesagt weist ein Verfahren zum Herstellen eines Mehrlagen-Keramiksubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung die Stufen (a) des Herstellens eines Grünschichtlaminats durch Laminieren einer Mehrzahl von Keramikgrünschichten auf, wobei ein Stapel vorbestimmter Keramikgrünschichten Durchgangslöcher in denselben aufweist, um einen Hohlraum in der Keramikgrünschicht zu liefern, wobei der Hohlraum eine Öffnung an einer Endfläche des Grünschichtlaminats in einer Laminierrichtung desselben aufweist und mindestens ein erstes Hohlraumsegment und ein zweites Hohlraumsegment aufweist, das mit der unteren Fläche des ersten Hohlraum­ segments kommuniziert, (b) Vorbereiten eines Blocks, der im wesentlichen die gleiche dreidimensionale Form aufweist wie die des Hohlraums, wobei das erste Hohlraumsegment ausge­ schlossen ist, und eine Höhe aufweist, die gleich oder grö­ ßer ist als die Tiefe des Hohlraums, wobei das erste Hohl­ raumsegment ausgenommen ist, (c) Einfügen des Blocks in den Hohlraum, wobei das erste Hohlraumsegment ausgenommen ist, (d) Pressen des Grünschichtlaminats in der Laminierrichtung desselben, und (e) Brennen des Grünschichtlaminats.

Der vorangehende Block kann aus jedem Material hergestellt sein, solange das Material Charakteristika aufweist, um die Bildung des Hohlraums zu einem gewissen Ausmaß bei dem Schritt des Pressens des Grünschichtlaminats beizubehalten. Der Block kann ein anorganisches Material aufweisen, das nicht bei der Sintertemperatur des Keramikmaterials sin­ tert, das in der Keramikgrünschicht enthalten ist, oder ein Härtharz, das bei der Sintertemperatur des Keramikmaterials ausbrennt, das in der Keramikgrünschicht enthalten ist.

Der Preßschritt gemäß der vorliegenden Erfindung wird vor­ zugsweise wie folgt durchgeführt. Er kann die Teilstufen des Vorbereitens eines elastischen Bauglieds und des Vor­ bereitens einer starren Platte aufweisen, die ein Durch­ gangsloch aufweist, das gleich oder etwas kleiner ist als die Öffnung des Hohlraums. Wenn das Durchgangsloch der starren Platte mit der Öffnung des Hohlraums ausgerichtet ist, wird der Preßschritt derart durchgeführt, daß die starre Platte auf das Grünschichtlaminat plaziert wird und ein Druck auf das Grünschichtlaminat von dem elastischen Bauglied über die starre Platte ausgeübt wird.

Ein hydrostatisches Pressen wird vorzugsweise bei dem Preß­ schritt ausgeübt. In diesem Fall werden das Grünschichtla­ minat, die starre Platte und das elastische Bauglied in ei­ nem vakuumverpackten Zustand in einen Packcontainer gege­ ben.

Der in dem Grünschichtlaminat gemäß der vorliegenden Erfin­ dung gebildete Hohlraum kann drei oder mehr Stufen aufwei­ sen. Der Hohlraum kann z. B. ferner ein drittes Hohlraum­ segment aufweisen, das mit der unteren Fläche des zweiten Hohlraumsegments kommuniziert.

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die Produktion, die betreffend das Reduzieren eines Mehrlagen- Keramiksubstrats unter Verwendung eines sogenannten Nicht­ schrumpfungsprozesses erwähnt wurde. In diesem Fall kann das Produktionsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ferner den Schritt des Vorbereitens eines schrumpfungshem­ menden, anorganischen Materials umfassen, das nicht bei der Sintertemperatur des Keramikmaterials sintert, das in der Keramikgrünschicht enthalten ist, wobei der Herstellungs­ schritt das Bereitstellen von schrumpfungshemmenden Lagen umfaßt, die das schrumpfungshemmende, anorganische Material aufweisen, um beide Endflächen des Grünschichtlaminats in der Laminierrichtung abzudecken, während eine der schrump­ fungshemmenden Lagen ein Durchgangsloch in derselben auf­ weist, um die Öffnung des Hohlraums freizulegen. Dann wird der Brennschritt unter der Bedingung durchgeführt, daß nur das Keramikmaterial sintert, das in der Keramikgrünschicht enthalten ist.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Block das schrumpfungshemmende, anorganische Material auf­ weisen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittansicht, die einen Preßschritt darstellt, der während einer Produktion eines Mehrlagen-Keramiksubstrats gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;

Fig. 2 eine Querschnittansicht, die ein Grünschichtlami­ nat 21 darstellt, das gepreßt werden soll, und das während der Produktion des Mehrlagen- Keramiksubstrats gemäß einem zweiten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wird; und

Fig. 3 eine Querschnittansicht, die das Grünschichtlami­ nat 21 darstellt, das gepreßt werden soll, und das während der Produktion des Mehrlagen- Keramiksubstrats gemäß einem dritten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wird.

Fig. 1 ist eine Querschnittansicht, die einen Preßschritt darstellt, der während einer Produktion eines Mehrlagen- Keramiksubstrats gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Ein Grünschicht­ laminat 1, das während der Produktion des Mehrlagensub­ strats erhalten wird, ist in Fig. 1 gezeigt.

Das Grünschichtlaminat 1 weist eine erste Endfläche 2 und eine zweite Endfläche 3 an dessen Enden in der Laminier­ richtung desselben auf, und hat einen Hohlraum 5, der eine Öffnung 4 an der ersten Endfläche 2 aufweist. Der Hohlraum 5 weist ein erstes Hohlraumsegment 6 und ein zweites Hohl­ raumsegment 9 auf, das mit einer unteren Fläche 7 des er­ sten Hohlraumsegments 6 kommuniziert.

Eine Mehrzahl der Hohlräume 5 kann wie oben beschrieben auf eine verteilte Art und Weise in dem Grünschichtlaminat 1 gebildet sein.

Um das Grünschichtlaminat 1 herzustellen, werden eine erste Keramikgrünschicht 10, die ein Durchgangsloch aufweist, das das erste Hohlraumsegment 6 bildet, eine zweite Keramik­ grünschicht 1, das ein relativ kleines Durchgangsloch auf­ weist, das das zweite Hohlraumsegment 9 bildet und eine dritte Keramikgrünschicht 12, die kein Durchgangsloch auf­ weist, vorbereitet.

Obwohl dies in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, kann jede dieser Keramikgrünschichten 10 bis 12 durch Laminieren ei­ ner Mehrzahl von Keramikgrünschichten gebildet werden, um eine gewünschte Dicke zu liefern.

Die Keramikgrünschichten 10 bis 12 können eine Glaskeramik aufweisen, die einen Glasbestandteil enthält.

Das Grünschichtlaminat 1 wird durch Laminieren der ersten, der zweiten und der dritten Keramikgrünschichten 10 bis 12 erhalten, wie oben beschrieben ist. Genauer gesagt wird die zweite Keramikgrünschicht 11 auf die dritte Keramikgrün­ schicht 12 gestapelt, und ferner wird die erste Keramik­ grünschicht 12 auf dieselben gestapelt.

Obwohl dies in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, weist das Grünschichtlaminat 1 einen inneren Leitfilm und einen Kon­ taktlochleiter in demselben auf, und weist externe Leitfil­ me an den Endflächen 2 und 3 auf.

Zusätzlich dazu wird ein schrumpfungshemmendes, anorgani­ sches Material, das nicht bei der Sintertemperatur des Ke­ ramikmaterials sintert, das in den Keramikgrünschichten 10 bis 12 enthalten ist, vorbereitet. Wenn die Keramikgrün­ schichten 10 bis 12 einen Glasbestandteil aufweisen, wie oben beschrieben ist, kann z. B. ein Aluminiumpulver als schrumpfungshemmendes, anorganisches Material verwendet werden.

Eine erste schrumpfungshemmende Lage 13 und eine zweite schrumpfungshemmende Lage 14, die das vorangehende, schrumpfungshemmende anorganische Material verwenden, sind bereitgestellt, um die erste Endfläche 2 bzw. die zweite Endfläche 3 des Grünschichtlaminats 1 abzudecken. Die erste schrumpfungshemmende Lage 13 an der ersten Endfläche 2 weist in derselben ein Durchgangsloch 15 auf, um die Öff­ nung 4 des Hohlraums 5 freizulegen. Vorzugsweise weist das Durchgangsloch 15 im wesentlichen die gleiche Form auf wie die der Öffnung 4 des Hohlraums 5.

Die vorangehenden, schrumpfungshemmenden Lagen 13 und 14 können derart bereitgestellt sein, daß anorganische Materi­ alschichten durch Bilden von Schlamm, der ein schrumpfungs­ hemmendes, anorganisches Material enthält, in den Schichten hergestellt werden und zusammen mit den Keramikgrünschich­ ten 10 bis 12 gestapelt werden, um an die Endflächen 2 bzw. 3 anzugrenzen. In diesem fall kann die notwendige Tiefe von jeder der schrumpfungshemmenden Lagen 13 und 14 durch Än­ dern der Anzahl der vorangehenden, zu laminierenden, anor­ ganischen Materialschichten angepaßt werden.

Dann wird ein Block 16 vorbereitet und in das zweite Hohl­ raumsegment 9 eingefügt, in dem der Block 16 im wesentli­ chen die gleiche dreidimensionale Form aufweist, wie die des Hohlraums 5 des Grünschichtlaminats 1, wobei das erste Hohlraumsegment 6 ausgenommen ist, d. h., bei diesem Aus­ führungsbeispiel im wesentlichen die gleiche wie die des zweiten Hohlraumsegments 9, und weist ferner eine Höhe von mindestens gleich der Tiefe des zweiten Hohlraumsegment 9 auf. Wenn der Block 16 eingefügt wird, wird eine Befesti­ gungsmaschine zum Befestigen der Chipkomponenten an einer Verdrahtungsplatine angewendet.

Beispielsweise ist der Block 16 entworfen, um die Oberflä­ chenabmessungen von 1,98 mm × 1,98 mm und eine Tiefe von 210 µm aufzuweisen, wenn das Grünschichtlaminat 1 eine Oberflächenabmessung von 100 mm × 100 mm und eine Dicke von 1 mm aufweist, und, im Hinblick auf die Abmessungen des Hohlraums 5 weist das erste Hohlraumsegment 6 Oberflächen­ abmessungen von 3 mm × 3 mm und eine Tiefe von 300 µm auf, während das zweite Hohlraumsegment 9 Oberflächenabmessungen von 2 mm × 2 mm und eine Tiefe von 200 µm aufweist.

Die Abmessungen, wie oben beschrieben, ermöglichen es dem Block 16, einfach in das zweite Hohlraumsegment 9 eingefügt zu werden, da ein leichter Spielraum zwischen dem Block 16 und der inneren Oberfläche des zweiten Hohlraumsegments 9 verbleibt. Ferner steht der Block 16 leicht von einer Öff­ nung 8 des zweiten Hohlraumsegments 9 hervor. So lange der Block 16 voreingestellt ist, um eine Höhe aufzuweisen, die größer ist als die Tiefe des zweiten Hohlraumsegments 9, wie oben beschrieben, kann der Block 16 effizient herge­ stellt werden, da es nicht nötig ist, die Höhe des Blocks 16 genau zu bestimmen.

Vorzugsweise weist der Bock 16 das gleiche anorganische Ma­ terial auf wie das schrumpfungshemmende, anorganische Mate­ rial, das in den vorangehenden, schrumpfungshemmenden Lagen 13 und 14 enthalten ist. Um eine Bildung beizubehalten, die als der Block 16 dient, wird das anorganische Material der­ art erhalten, daß ein Bindemittel und ähnliches einem Pul­ ver aus dem anorganischen Material hinzugefügt wird, um ei­ ne Paste zu bilden, und die Paste wird in ein Stück ge­ schnitten, das die gewünschten Abmessungen aufweist.

Der Block 16 kann ein anorganisches Material aufweisen, das nicht bei der Sintertemperatur des Keramikmaterials sin­ tert, das in den Keramikgrünschichten 10 bis 12 enthalten ist, und das sich von dem schrumpfungshemmenden, anorgani­ schen Material unterscheidet. Alternativ kann der Block 16 aus einem gesinterten Kompaktstück hergestellt sein, das ein derartiges, anorganisches Material aufweist.

Dann wird das Grünschichtlaminat 1, das den Hohlraum als einen scheinbar einzelnen Schritt als ein Ergebnis aus dem Einfügen des Blocks 16 enthält, wie oben beschrieben, in der Laminierrichtung desselben gepreßt. Ein elastisches Bauglied 17 und eine starre Platte 18 werden bei diesem Preßschritt verwendet.

Das elastisches Bauglied 17 ist z. B. aus einem Silikongum­ mi hergestellt, der eine Dicke von 10 mm aufweist.

Die starre Platte 18 weist ein Durchgangsloch 19 auf, das gleich oder etwas kleiner ist als die Öffnung 4 des Hohl­ raums 5, und das z. B. aus einem starren Bauglied herge­ stellt ist, wie z. B. Metall, Harz oder Keramik. Die starre Platte 18 weist eine Dicke von ungefähr 1 mm auf.

Die starre Platte 18 wird auf dem Grünschichtlaminat 1 pla­ ziert, während das Durchgangsloch 19 mit der Öffnung 4 des Hohlraums 5 ausgerichtet ist. Gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel ist die starre Platte 18 plaziert, um an die erste schrumpfungshemmende Lage 13 anzugrenzen. Dann, während dasselbe in einem Plastikbeutel 20 als Packcontainer vaku­ umverpackt ist, werden das Grünschichtlaminat 1, die schrumpfungshemmenden Lagen 13 und 14, die starre Platte 18 und das elastische Bauglied 17 in einen Wassertank einer hydrostatischen Preßmaschine gegeben, um einem hydrostati­ schen Druck von 500 kgf/cm² bei einer Temperatur von z. B. 60°C unterzogen zu werden.

Bei dem vorangehenden Preßschritt wird zuerst die erste Endfläche 2 des Grünschichtlaminats 1 durch die starre Platte über die erste schrumpfungshemmende Lage 13 flach­ gehalten, die an die starre Platte 18 angrenzt. Ferner hält das Vorhandensein des Blockes 16 die Endfläche 7 des ersten Hohlraumsegments flach und macht es unwahrscheinlich, daß die Endfläche 7 des ersten Hohlraumsegments 6 und die Sei­ tenflächen des zweiten Hohlraumsegments 9 durch eine seit­ liche Druckkraft beeinflußt werden, wodurch ermöglicht wird, daß der Hohlraum 5 eine hohe Abmessungsgenauigkeit aufweist.

Wenn der Block 16 aus einem geformten Bauglied hergestellt wird, das aus der Paste des anorganischen Materialpulvers gebildet wird, wie oben beschrieben, wird der Block 16 de­ formiert, um dessen Dicke bei dem Preßschritt zu verrin­ gern, und somit wird der Spielraum zwischen dem Block 16 und der inneren Oberfläche des zweiten Hohlraumsegments 9 beseitigt, wodurch dem Block 16 ermöglicht wird, die oben beschriebene Funktion effektiver auszuführen.

Als nächstes wird das Grünschichtlaminat 1 aus dem Beutel 20 genommen und einem Brennschritt ohne Drücken unterzogen, der z. B. ein Entfetten von vier Stunden bei einer Tempera­ tur von 450°C und ein Brennen für 20 Minuten bei einer Tem­ peratur von 900°C umfassen kann.

Bei dem vorangehenden Brennschritt schrumpfen die schrump­ fungshemmenden Lagen 13 und 14 nicht wesentlich, da das schrumpfungshemmende, anorganische Material, das in den schrumpfungshemmenden Lagen 13 und 14 enthalten ist, nicht wesentlich sintert. Dementsprechend schrumpfen die Keramik­ grünschichten 10 bis 12, die das Grünschichtlaminat 1 bil­ den, nur in der Tiefenrichtung desselben, schrumpfen jedoch in einer Richtung entlang der Hauptebenen derselben nicht wesentlich, da sie durch die schrumpfungshemmenden Lagen 13 und 14 begrenzt werden. Der Block 16 begrenzt die vorange­ hende Keramikgrünschicht 10-12 nicht, um bei dem Brenn­ schritt in der Tiefenrichtung derselben zu schrumpfen.

Das Grünschichtlaminat 1, das wie oben beschrieben dem Sin­ tern unterzogen wurde, liefert das gewünschte Mehrlagen- Keramiksubstrat. Üblicherweise werden die schrumpfungshem­ menden Lagen 13 und 14 und ferner der Block 16 aus dem Mehrlagen-Keramiksubstrat entfernt, das wie oben beschrie­ ben erhalten wird. Bei dem Brennschritt sintern die schrumpfungshemmenden Lagen 13 und 14 nicht wesentlich, und der Block 16 sintert ebenfalls nicht wesentlich, wenn der Block 16 das vorangehende, anorganische Material aufweist.

Dies ermöglicht es den schrumpfungshemmenden Lagen 13 und 14 und dem Block 16, leichter entfernt zu werden. Wenn der Block 16 jedoch aus einem gesinterten Pulverpreßstück her­ gestellt ist, wird es bevorzugt, den Block 16 vor dem Brennschritt zu entfernen.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Grünschichtla­ minat 21 darstellt, das während der Herstellung des Mehrla­ gen-Keramiksubstrats gemäß einem zweiten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung erhalten wird. Das Grün­ schichtlaminat 21, das in Fig. 1 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem Grünschichtlaminat 1, das in Fig. 1 gezeigt ist, derart, daß das Grünschichtlaminat 21 einen Hohlraum 22 mit drei Stufen aufweist.

Genauer gesagt weist das Grünschichtlaminat 21 eine erste Endfläche 23 und eine zweite Endfläche 24 und eine Öffnung 25 an der ersten Endfläche 23 auf. Der Hohlraum 22 weist ein erstes Hohlraumsegment 26, ein zweites Hohlraumsegment 29, das mit einer unteren Fläche 27 des ersten Hohlraumseg­ ments 26 kommuniziert, und ein drittes Hohlraumsegment 32 auf, das mit der unteren Fläche 30 des zweiten Hohlraumseg­ ments 29 kommuniziert.

Das Grünschichtlaminat 21 wird durch Laminieren einer er­ sten Keramikgrünschicht 33, die ein Durchgangsloch auf­ weist, das das erste Hohlraumsegment 26 bildet, einer zwei­ ten Keramikgrünschicht 34, die ein Durchgangsloch aufweist, das das zweite Hohlraumsegment 29 bildet, und einer dritten Keramikgrünschicht 35, die ein Durchgangsloch aufweist, das das dritte Hohlraumsegment 32 bildet, und eine vierte Kera­ mikgrünschicht 36 ohne Durchgangsloch, erhalten.

Eine erste schrumpfungshemmende Lage 37 und eine zweite schrumpfungshemmende Lage 38 sind bereitgestellt, um die erste Endfläche 23 bzw. die zweite Endfläche 24 des Grün­ schichtlaminats abzudecken. Die erste schrumpfungshemmende Lage 37 weist in derselben ein Durchgangsloch 39 auf, um die Öffnung 25 des Hohlraums 22 freizulegen.

Vor dem Pressen des Grünschichtlaminats 21 in der Laminier­ richtung werden ein Block 40 und ein Block 41 in den Hohl­ raum 22 eingefügt, wobei das erste Hohlraumsegment 26 aus­ geschlossen ist, d. h., in das zweite und das dritte Hohl­ raumsegment 29 und 32 bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Block 40 weist im wesentlichen die gleiche dreidimen­ sionale Form auf, wie die des zweiten Hohlraumsegments 29, und der Block 41 weist im wesentlichen die gleiche dreidi­ mensionale Form auf, wie die des dritten Hohlraumsegments 32.

Die Blöcke 40 und 41 weisen eine Höhe von mindestens der Tiefe des zweiten bzw. des dritten Hohlraumsegments 29 und 32 auf. Genauer gesagt weist der Block 41, der in das drit­ te Hohlraumsegment 32 eingefügt wird, vorzugsweise eine Hö­ he gleich der Tiefe des dritten Hohlraumsegments 32 auf.

Da der Preßschritt, der Brennschritt, usw., die durchge­ führt werden, nachdem das Grünschichtlaminat 21 erhalten wird, im wesentlichen die gleichen sind wie für das Grün­ schichtlaminat 1, wird eine Beschreibung derselben wegge­ lassen.

Fig. 3 ist eine Querschnittansicht, die das Grünschichtla­ minat 21 darstellt, das während der Produktion des Mehrla­ gen-Keramiksubstrats gemäß einem dritten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung erhalten wird.

Da das Grünschichtlaminat 21, die schrumpfungshemmenden La­ gen 37 und 38 und die auf dieselben bezogene Konfiguration im wesentlichen die gleichen sind, wie die, die in Fig. 2 gezeigt sind, werden den entsprechenden Elementen die glei­ chen Bezugszeichen gegeben und sich wiederholende Beschrei­ bungen werden weggelassen.

Ein Block 42, der aus gehärtetem Harz hergestellt ist, das bei der Sintertemperatur des Keramikmaterials ausbrennt, das in den Grünschichten 33 bis 36 enthalten ist, wird in das zweite und das dritte Hohlraumsegment 29 und 32 des Grünschichtlaminats 21 eingefügt, das in Fig. 3 gezeigt ist.

Vorzugsweise wird ein solches gehärtetes Harz vor dem Här­ ten in das zweite und das dritte Hohlraumsegment 29 und 30 gegossen, und wird nach dem Eingießen ausgehärtet. Um dies zu erreichen, weist das Grünschichtlaminat 21 vorzugsweise eine ausgezeichnete Haftung zwischen den jeweils benachbar­ ten der Keramikgrünschichten 33 bis 36 auf. Das Grün­ schichtlaminat 21 wird z. B. temporär bei jedem Laminier­ schritt der Keramikgrünschichten 33 bis 36 gepreßt, oder das Grünschichtlaminat 21 wird nach dem Laminieren temporär bei einem relativ niedrigen Druck gepreßt.

Ein wärmehärtbares Harz, das z. B. bei einer Temperatur von ungefähr 60°C härtet, wird als ein Härtharz verwendet. Die­ ses Harz wird durch Positionieren desselben in einen Ofen gehärtet, der auf eine Temperatur von ungefähr 60°C einge­ stellt ist.

Alternativ kann ein photochemisch aushärtendes Harz als Härtharz verwendet werden. Dieses Harz wird durch Bestrah­ len mit Licht ausgehärtet. Alternativ kann das Härtharz in einer Form vorbereitet werden, die sich von jener des zwei­ ten und des dritten Hohlraumsegments 29 und 30 unterschei­ det, z. B. als ein kugelförmiger Festkörper. Nachdem das­ selbe in den Hohlraum 22 aufgebracht wird, wird das Harz weichgemacht, z. B. durch Erwärmen, um dasselbe an die For­ men des zweiten und des dritten Hohlraumsegments 29 und 30 anzupassen, und es wird dann ausgehärtet, während es in dem angepaßten Zustand gehalten wird.

Die Verwendung des Härtharzes, wie vorangehend beschrieben wurde, erleichtert ein Problem der Ausrichtgenauigkeit we­ sentlich, das entsteht, wenn ein Block eingefügt wird, wie z. B. der Block 16, der in Fig. 1 gezeigt ist, oder die Blöcke 40 und 41, die in Fig. 2 gezeigt sind, wobei jeder derselben eine jeweilige, vorbestimmte Form aufweist.

Der Preßschritt, der Brennschritt, usw. bei dem dritten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 gezeigt ist, werden ebenfalls auf die gleiche Weise durchgeführt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist. Der Block 42, der aus einem Härtharz hergestellt ist, brennt bei dem Brennschritt aus, wodurch kein separater Schritt zum Entfernen dieses Harzes erforderlich ist.

Obwohl die vorliegende Erfindung Bezug nehmend auf die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei­ spiele beschrieben wurde, sind verschiedene andere Modifi­ kationen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Er­ findung möglich.

Es kann z. B. ein hartes Pressen anstelle des hydrostati­ schen Pressens bei dem Preßschritt angewendet werden.

Der Hohlraum, der in dem Grünschichtlaminat gebildet ist, kann vier oder mehr Stufen aufweisen.

Obwohl die schrumpfungshemmenden Lagen 13 und 14 sowie die schrumpfungshemmenden Lagen 37 und 38 in Bezug auf die Grünschichtlaminate 1 bzw. 21 bereitgestellt sind, und fer­ ner ein Sinterschritt einschließlich eines sogenannten Nichtschrumpfungsprozesses bei den in den Zeichnungen ge­ zeigten Ausführungsbeispielen angewendet wird, kann das Feuern ohne Bereitstellen dieser schrumpfungshemmenden Schichten angewendet werden.

Bevor ein Grünschichtlaminat, das einen Hohlraum in densel­ ben aufweist, der mindestens ein erstes Hohlraumsegment und ein zweites Hohlraumsegment aufweist, das mit der unteren Fläche des ersten Hohlraumsegments kommuniziert, in der La­ minierrichtung desselben gepreßt wird, wird wie oben be­ schrieben ein Block mit im wesentlichen der gleichen drei­ dimensionalen Form wie der des Hohlraums vorbereitet, wobei das erste Hohlraumsegment ausgenommen ist, und der ferner eine Höhe aufweist, die mindestens der Tiefe des Hohlraums entspricht, wobei das erste Hohlraumsegment bei der vorlie­ genden Erfindung ausgenommen ist. Dann wird der Block in den Hohlraum eingefügt, wobei das erste Hohlraumsegment ausgenommen ist. Dementsprechend reduziert diese Anordnung das Risiko einer Deformation des Hohlraums bei dem Preß­ schritt, insbesondere eine Deformation der unteren Fläche jedes Hohlraumsegments, wodurch ein Mehrlagen- Keramiksubstrat produziert wird, das einen Hohlraum genau in demselben aufweist.

Wenn ein Block bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, der ein anorganisches Material aufweist, das nicht bei der Sintertemperatur des Keramikmaterials sintert, das in den Keramikgrünschichten enthalten ist, die das Grün­ schichtlaminat bilden, kann der Block einfach entfernt wer­ den, sogar nach dem Brennen des Grünschichtlaminats, da der Block im wesentlichen nicht sintert.

Ferner, wenn ein Block verwendet wird, der aus einem wärme­ härtbaren Harz hergestellt ist, das bei der Sintertempera­ tur des Keramikmaterials ausbrennt, das in der Keramikgrün­ schicht enthalten ist, kann der Block vor dem Aushärten des wärmehärtbaren Harzes in den Hohlraum gegossen werden. Dies erfordert keine hochgenaue Ausrichtung wenn der Block ein­ gefügt wird. Somit wird der Einfügeschritt effektiv durch­ geführt. Ferner wird ein zusätzlicher Schritt zum Entfernen des Blockes nach dem Sintern eliminiert, da der Block aus­ brennt.

Wenn der Preßschritt bei der vorliegenden Erfindung durch­ geführt wird, um einen Druck auf das Grünschichtlaminat von dem elastischen Bauglied über eine starre Platte auszuüben, derart, daß ein elastisches Bauglied und eine starre Platte mit einem Durchgangsloch gleich oder etwas kleiner als eine Öffnung des Hohlraums vorbereitet werden, und die starre Platte auf das Grünschichtlaminat plaziert wird, während das Durchgangsloch der starren Platte mit der Öffnung des Hohlraums ausgerichtet wird, übt das elastische Bauglied leicht einen einheitlichen Druck auf das innere des Hohl­ raums aus, während die starre Platte die Flachheit der End­ fläche des Grünschichtlaminats beibehält, das die Öffnung des Hohlraums innerhalb derselben aufweist. Somit kann ein Mehrlagen-Keramiksubstrat mit einer höheren Qualität erhal­ ten werden.

Das vorangehende, elastische Bauglied kann immer verwendet werden, sogar wenn die Form des Hohlraums modifiziert wird. Dies führt zu verringerten Kosten verglichen mit dem Fall, bei dem elastische Bauglieder, die Formen aufweisen, die jenen der Hohlräume entsprechen, vorbereitet werden, und es führt ferner zum Verhindern des Ausrichtungsproblems.

Wenn ein Preßschritt durch Anlegen von hydrostatischem Pressen durchgeführt wird, während das Grünschichtlaminat, die starre Platte und das elastische Bauglied, wie vorange­ hend beschrieben wurde, unter Verwendung eines Packcontai­ ners vakuumverpackt sind, kann ein einheitlicherer Druck auf das Grünschichtlaminat ausgewirkt werden.

Wenn die vorliegende Erfindung auf einen sogenannten Nicht­ schrumpfprozeß angewendet wird, bei dem ein Sinterschritt durchgeführt wird, derart, daß die schrumpfungshemmenden Lagen, die ein schrumpfungshemmendes, anorganisches Materi­ al enthalten, das nicht bei der Sintertemperatur des Kera­ mikmaterials sintert, das in den Keramikgrünschichten ent­ halten ist, so bereitgestellt sind, um die Endflächen des Grünschichtlaminats in der Laminierrichtung desselben abzu­ decken, wird der Hohlraum sogar um einen Betrag gleich der Dicke der schrumpfungshemmenden Lage tiefer, wodurch es schwierig gemacht wird, einen einheitlichen Druck auf das Grünschichtlaminat auszuüben. Gemäß der vorliegenden Erfin­ dung wird die offensichtliche Tiefe des Hohlraums um einen Betrag gleich der Dicke des Blocks gesenkt, da ein Block in den Hohlraum eingefügt wird, wodurch es leichter gemacht wird, einen isotropischen Druck auf das gesamte Grün­ schichtlaminat auszuüben.

Zusätzlich dazu ermöglicht das Anwenden des vorangehenden Nichtschrumpfungsprozesses, daß das Mehrlagen- Keramiksubstrat genauere Abmessungen aufweist.

Wenn ein solcher Nichtschrumpfungsprozeß angewendet wird, ermöglicht das Konfigurieren des Blockes, um das schrump­ fungshemmende, anorganische Material aufzuweisen, das in den schrumpfungshemmenden Lagen enthalten ist, den vorange­ henden Vorteil des Enthaltens des anorganischen Materials, um beibehalten zu werden, wie es ist, und ferner das Errei­ chen einer Einheitlichkeit von Materialien, so daß eine Ko­ stenreduktion erwartet werden kann.

Claims (20)

1. Verfahren zum Herstellen eines Mehrlagen- Keramiksubstrats, das folgende Schritte aufweist:
Liefern eines Grünschichtlaminats, das einen laminier­ ten Stapel aufweist, der eine Mehrzahl von Keramik­ grünschichten aufweist, wobei ein Abschnitt der Kera­ mikgrünschichten Durchgangslöcher aufweist, die in denselben angeordnet sind, um einen Hohlraum in dem Grünschichtlaminat bereitzustellen, wobei der Hohlraum eine Öffnung an einer Endfläche des Grünschichtlami­ nats in einer Laminierrichtung desselben aufweist, wo­ bei der Hohlraum einen gestuften Querschnitt aufweist und ein erstes Hohlraumsegment aufweist, das eine un­ tere Fläche und eine erste, seitliche Erstreckung auf­ weist, und wobei ein zweites Hohlraumsegment mit der unteren Fläche des ersten Hohlraumsegments kommuni­ ziert und eine Tiefe und eine zweite seitliche Erstreckung aufweist, wobei die erste seitliche Erstreckung größer ist als die zweite seitliche Erstreckung;
Bereitstellen eines Blockes, der im wesentlichen die gleiche dreidimensionale Form aufweist, wie die des zweiten Hohlraumsegments, und eine Höhe gleich oder größer als die Tiefe des zweiten Hohlraumsegments auf­ weist;
Einfügen des Blockes in das zweite Hohlraumsegment;
Pressen des Grünschichtlaminats in der Laminierrich­ tung desselben; und
Brennen des Grünschichtlaminats.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Block ein an­ organisches Material aufweist, das nicht bei der Sintertemperatur des Keramikmaterials sintert, das in tertemperatur des Keramikmaterials sintert, das in den Grünschichtlaminat enthalten ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Block ein ge­ härtetes Harz aufweist, das bei der Sintertemperatur des Keramikmaterials ausbrennt, das in dem Grün­ schichtlaminat enthalten ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, das ferner das Einführen des Harzes in das zweite Hohlraumsegment vor dem Aus­ härten desselben und dann ein Aushärten des Harzes aufweist.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Pressen das Bereitstellen einer starren Platte aufweist, die ein Durchgangsloch aufweist, das gleich oder etwas kleiner ist als die Öffnung des Hohlraums an dem Grünschichtlaminat, und das mit der Öffnung des Hohlraums ausgerichtet ist, und ein Pressen durch Aus­ üben von Druck auf das Grünschichtlaminat von dem ela­ stischen Bauglied über die starre Platte.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem das Pressen durch Legen des Grünschichtlaminats, der starren Platte und des elastischen Bauglieds in einem vakuumverpackten Zustand in einen Packcontainer und durch Ausüben eines hydrostatischen Druckes bewirkt wird.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Hohlraumquerschnitt mindestens zwei Stufen auf­ weist und ein drittes Hohlraumsegment aufweist, das mit der unteren Fläche des zweiten Hohlraumsegments kommuniziert, und eine Tiefe und eine dritte, seitli­ che Erstreckung aufweist, wobei die zweite, seitliche Erstreckung größer ist als die dritte, seitliche Erstreckung, und wobei der Block im wesentlichen die gleiche dreidimensionale Form aufweist, wie die der kombinierten zweiten und dritten Hohlraumsegmente, und in sowohl das zweite als auch das dritte Hohlraumseg­ ment eingefügt wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Block ein an­ organisches Material aufweist, das nicht bei der Sin­ tertemperatur des Keramikmaterials sintert, das in dem Grünschichtlaminat enthalten ist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 81 bei dem der Block ein gehärtetes Harz aufweist, das bei der Sintertempe­ ratur des Keramikmaterials ausbrennt, das in dem Grün­ schichtlaminat enthalten ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, das ferner das Einfügen des Harzes in das zweite Hohlraumsegment vor dem Aus­ härten desselben und nachfolgend das Härten des Harzes aufweist.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, das fer­ ner folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Paares von schrumpfungshemmenden Lagen, die ein schrumpfungshemmendes anorganisches Ma­ terial aufweisen, das nicht bei der Sintertemperatur des Keramikmaterials sintert, das in dem Grünschicht­ laminat enthalten ist, wobei die schrumpfungshemmenden Lagen so angeordnet sind, um beide Endflächen des Grünschichtlaminats in der Laminierrichtung abzudec­ ken, wobei eine der schrumpfungshemmenden Lagen ein Durchgangsloch in derselben aufweist, das angeordnet ist, um die Öffnung des Hohlraums freizulegen, und
Bewirken eines Brennens unter der Bedingung, daß nur das Keramikmaterial sintert, das in der Keramikgrün­ schicht enthalten ist.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem der Block das schrumpfungshemmende, anorganische Material aufweist.

13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, bei dem das Pres­ sen das Bereitstellen einer starren Platte aufweist, die ein Durchgangsloch aufweist, das gleich oder etwas kleiner ist als die Öffnung des Hohlraums an dem Grün­ schichtlaminat, und das mit der Öffnung des Hohlraums ausgerichtet ist, und ein Drücken durch Ausüben von Druck auf das Grünschichtlaminat von einem elastischen Bauglied über die starre Platte.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem das Pressen durch Geben des Grünschichtlaminats, der starren Platte und des elastischen Baugliedes in einem vakuumverpackten Zustand in einen Packcontainer und durch Anwenden von hydrostatischem Druck bewirkt wird.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem der Block ein an­ organisches Material aufweist, das nicht bei der Sin­ tertemperatur des Keramikmaterials sintert, das in dem Grünschichtlaminat enthalten ist.

16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, bei dem der Block ein gehärtetes Harz aufweist, das bei der Sintertempe­ ratur des Keramikmaterials ausbrennt, das in dem Grün­ schichtlaminat enthalten ist.

17. Verfahren gemäß Anspruch 16, das ferner das Einführen des Harzes in das zweite und dritte Hohlraumsegment vor dem Aushärten desselben und ein nachfolgendes Aus­ härten des Harzes aufweist.

18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem der Block eine Höhe größer als die Tiefe des zweiten und dritten Hohlraumsegments aufweist.

19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, das fer­ ner folgenden Schritt aufweist:
Liefern eines Paares von schrumpfungshemmenden Lagen, das ein schrumpfungshemmendes, anorganisches Material aufweist, das nicht bei der Sintertemperatur des Kera­ mikmaterials sintert, das in dem Grünschichtlaminat enthalten ist, wobei die schrumpfungshemmenden Lagen so angeordnet sind, um beide Endflächen des Grün­ schichtlaminats in der Laminierrichtung abzudecken, wobei eine der schrumpfungshemmenden Lagen ein Durch­ gangsloch in derselben aufweist, das angeordnet ist, um die Öffnung des Hohlraums freizulegen, und
Bewirken eines Brennens unter der Bedingung, daß nur das Keramikmaterial sintert, das in der Keramikgrün­ schicht enthalten ist.

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem der Block das schrumpfungshemmende, anorganische Material aufweist.