制备具有内部铜导体的多层陶瓷的方法技术

该图形的形成是用含有导体金属／金属氧化物的油黑或料浆分别涂敷各个陶瓷款烧结片，且随后彼此对齐组装并进行层压。将层压件转变为最终的陶瓷产品的热处理方法包括，在一定条件下的第一加热步骤，以促进所存在的有机聚合物粘合剂的烧尽，在一定条件下完成的第二步骤，使金属导体还原，以及第三步骤，用于烧结多层复合体以形成最后的陶瓷制品。本发明专利技术的特征在于，在至少烧结步骤的气态气氛中，存在大约０．５％至大约３％的水份，优选的是在粘合剂烧尽和烧结步骤中都存在水份。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种制备具有内导体的陶瓷电路的方法，更具体地，涉及制备这样一种多层电路，通过组装，层压和烧结多个未烧结的陶瓷片或带，在这些陶瓷片或带上，布置了由铜或含铜材料所限定的导电通路，既提高了导电性，又没有什么沾污。多层陶瓷混合电路的制备是众所周知的。这样的复合体广泛地用于半导体工业上，例如，用于制造装配半导体或集成电路片的基片载体，多层电容器，或者类似物，生产这些产品的传统工艺，或者是厚膜印刷法，或者是所谓的未烧结层层压方法。厚膜印刷法包括在一个烧结过的陶瓷基上形成一个多层结构。该多层结构的获得，是通过导体油墨和绝缘体油墨的依次印刷来实现的，导体和绝缘体油墨分别由金属或金属氧化物粉末和陶瓷粉末组成，一般用有机聚合物粘合剂来配制。以顺序的方式或选择性地涂敷这些涂层，该方法的缺陷是，每层都必须重复涂敷绝缘或介电材料，而且在每次印刷过程后，都必须烧结所得到的基片。该方法的大量循环给产品的制造和最后成本增加了不希望有的时间和费用。进一步注意到，由厚膜印刷法获得的内连电路的密度是有限的，而且趋于低生产量。另外的缺陷还有陶瓷层的密封性，它直接起因于当使用丝网印刷来形成各层时，不能在金属浆中方便地使用粘合剂，使之在氮气烧结气氛下起作用，采用这种气氛是为了避免导体金属的有害的氧化。未烧结层层压方法包括在单个未烧结的陶瓷片上印刷所要的金属电路，然后将这些层堆起来并连续层压，然后一同烧结以形成一个整体的内连结构或组件，该方法通常可以从制备陶瓷未烧结带开始，例如，通过刮片铸镆法，使用一种含有陶瓷粉末，热塑性树脂，溶剂，和其它添加剂，例如分散剂和增塑剂的混合物的料浆。通常在树脂体系中使用乙烯基聚合物例如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)来成型未烧结带，成型之后，将未烧结带切成片并冲出定位孔。在最后组件中的层之间用作垂直连结的辅助孔可用固定工具或相应的可调设备来冲制，然后填充这些孔，并用所要的金属化组合物来印刷电路图形。在制备好的单个层之后，将这些层以适当的次序堆起来，并且层压以形成复合体层。然后烧结之，分解并除去有机物粘合剂，并烧结陶瓷和金属颗粒，由此形成含有所要的三维线路图形的致密体。有关用未烧结层法制备多层陶瓷电路结构在专利文献中有广泛的论述。例如，属于Anderson的美国专利US3，770，529公开了这样的结构的制备，并且特别涉及到用辐射束加工未烧结片。属于Ahn等人的美国专利US3，852，877特别指出了一种特殊组合物的金属化涂层。属于Barringer等人的美国专利US4，861，646公开了一种特定的玻璃陶瓷组合物粘合剂系统和金属“油墨”，用于制备改进的未烧结片。属于Kondo等人的美国专利US4，871，608有关一种特殊的导体料浆，它包括铜/氧化铜以及MnO2和Ag2O之中的一种，用于限制在烧结过程中导体料浆的热收缩。在涉及制造多层陶瓷基片的步骤中，注意力集中在加热多层结构，以形成最后的烧结制品，可以意识到，加热步骤试图实现明确目标，其中有完全烧光有机聚合物粘合剂，而不在最终产品中留有碳质残余物或不希望有的孔隙率，并且复合体的陶瓷和金属组份不发生不想要的氧化或还原反应。协调加热步骤的困难在于，在高温焙烧和烧结期间，要满足两种需要，一方面要充分地氧化以完全除去粘合剂，另一方面要在中性或还原气氛下，情形可能是，使导电材料保持或转向金属态，同时保持周围的陶瓷材料处于氧化态。下列专利文献涉及用陶瓷未烧结片制备的多层陶瓷电路的热处理。例如，属于Swiss等人的US4，153，491，通过取消单独的粘合剂烧尽步骤来加速多层陶瓷混合电路的烧结。该专利权人好象采用一种以平均粒径大于1μm，且具有狭窄粒径分布的高氧化铝含量颗粒为基的陶瓷未烧结片。属于Yuhaku等人的美国专利US4，877，555公开了一种导电料浆，它由CuO为主要无机成份和添加剂所组成，添加剂选自Cu2O和CuO。Yuhaku等人制备多层结构的方法是，以预先确定的次序，将导电浆和介电浆沉积下来，随后热处理所得到的结构，先除去粘合剂，然后金属化内导体，最后烧结最终的产品。第一热处理在空气中进行，金属化在还原气氛中进行，烧结步骤在中性气氛中进行。Yuhaku等人试图控制铜导体的收缩和膨胀，通过改变上述无机成份的量。Yuhaku等人的专利技术旨在在复合体的制备中，允许使用较薄的导电层和介电层。这个结果在小尺寸大容量电容器的实例中是所期望的。在属于Nakatani等人的US4，863，683中，公开了一种制备多层导体的方法，其中导体金属是以在加热期间转化为金属态的氧化物形式提供的。Nakatani等人先加热复合体以烧去粘合剂，然后在还原气氛中加热坯体以还原金属氧化物，烧去粘合剂和还原加热步骤的温度均低于绝缘料浆中玻璃或陶瓷组份的烧结温度，以促使导体层的金属氧化物向金属态转化。然后，坯体在例如N2的中性气氛中加热，以烧结坯体形成最终的多层制品。Nakatani等人和Yuhaku等人的相似之处在于通常使用的三步加热程序，不同之处在于导电浆的组成，以及加热步骤的细节。属于Herron等人的US4，234，367，采用H2或H2O气氛，温度低于Cu的熔点，即大约785°±10℃，但是，烧结在例如N2的惰性气氛中进行的，并且不存在H2O。属于Kamehara等人的US4，504，339与Herron等人的相似之处在于，在粘合剂的烧尽气氛中包括了水蒸汽。在Kamehara的专利技术中，在烧结气氛中特别地排除了水蒸气，以免导电的铜图形的氧化。最后，在属于McEwen等人的US4，891，246中，所使用的烧结气氛包括CO/CO2和水的混合物，这有别于单独使用H2O。NeEwen等人特别回顾了现有技术，这些对现有技术的回顾合并在此作为参考文献。从上述回顾，特别如Yuhaku等人和Nakatani等人指出的那样，多层陶瓷电路的加热程序通常分三步进行如下第一粘合剂烧尽步骤，第二还原步骤，以及第三烧成或烧结步骤。但是，还有一个值得注意的而在现有技术中未涉及的问题，是有关铜杂质对结构的陶瓷相的沾污问题。更具体地，在粘合剂烧尽过程及烧结步骤的早期，据信铜离子扩散进入复合体的陶瓷/玻璃相，并且在烧结过程中，铜离子据信被还原或为较低的氧化态，呈现出金属所特有的紫色或粉红色。据信发生这种还原是在烧结步骤中存在的N2气氛的氧化电势低的结果。因为在这一步骤要保护大量的铜免于氧化，通常避免氧气的加入。于是，调节烧结气氛以达到所要求的组合特性的问题进一步复杂化了，因为由于铜的不希望有的扩散而引起的令人无法接受的现象。需要降低或消除复合体产品的沾污，同时又保持或改善产品的整体性，导电性及其他所希望的性能特性。根据本专利技术，由包含可蒸发的有机粘合剂，并且具有印在其上的导电金属/金属氧化物图形的多个陶瓷未烧结片，来制备多层陶瓷制品的热处理方法，由三步加热程序所组成，首先氧化气氛用于烧尽粘合剂，其次还原气氛用于将所有的导体转化成为金属态，以及第三个烧结步骤用于形成最终的烧成产品。至少用于第三步的烧成气氛含有大约0.5%至大约3.0%水份(H2O)，优选的是大约1%至大约2%的水份，在烧结中水份浓度保持在或大约2%。优选的是在第一和第三步的加热气氛中存在水份，更优选的是，在加热过程的所有三个步骤中，水份本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由多个陶瓷片制备多层陶瓷产品的热处理工艺方法，该陶瓷片包含可挥发的有机粘合剂，并且具有由含有至少部分导电性金属氧化物的印刷组合物所制备的图形所限定的内部导体元素，所说的方法包括：ａ、加热该制品以完全除去有机粘合剂；ｂ、进一步加热 步骤ａ的制品，以还原导电性金属氧化物；以及ｃ、最后加热步骤ｂ的制品，以烧结陶瓷并且形成多层产品；ｄ、其特征在于，至少步骤Ｃ加热气氛包含水份，其量从大约０．５％至大约３％的Ｈ↓［２］Ｏ；以及ｅ、这样所烧成的陶瓷制品显示出改善的导电 性和介电性，并且没有碳质夹杂物，也不为金属夹层所沾污。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：SS坦汉卡，MJ基施纳，
申请(专利权)人：美国BOC氧气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]