一种制作多层玻璃陶瓷电路的方法技术

公开了一种形成多层玻璃陶瓷电路９０的工艺方法．由粉浆１０或熔融玻璃颗粒和陶瓷形成一个或多个玻璃陶瓷基片７２、８６、１００，这是在玻璃颗粒被软化而陶瓷颗粒处于固态的温度下形成的．将导电图形８２加在一个玻璃陶瓷结构的至少一个表面上之后，将至少两个玻璃陶瓷结构互相重叠起来，其中夹有导电图形，并且将其加热直至每一玻璃陶瓷结构的玻璃与相邻结构的玻璃相粘合，以便形成多层结构９０．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术可以有广泛的应用领域，但是，它尤其适合于形成陶瓷结构，这种陶瓷结构是由包有熔融玻璃粘合料的陶瓷颗粒粉浆制成的，下面将就此作详细的描述。特别是，这种陶瓷结构可以做成具有高度可重复性和高精度公差的错综复杂的形状。这种结构适用于电子元件，如果与电路相结合，即可形成多层结构，例如管脚栅格阵列。管脚栅格阵列一般很小，是具有层间传导电路的多层的96%氧化铝板材。管脚栅格阵列能尽量减小大规模集成电路所需的尺寸，并且允许使用比常规方形封装更多的管脚数目。除与电路的电接触是将管脚钎焊到管壳边缘之外，边缘钎焊管壳在构造上与管脚栅格阵列相似。这两种管壳设计都提供了坚固、可靠、气密的封装，并且比CERDIPs(陶瓷双列直插组件)优越，这是由于它们不取决于引线的玻璃密封。常规的管脚栅格阵列一般至少包含三层由带铸工艺制成的氧化铝层。将钨或者钼-锰粉末丝网印刷到未烧结的氧化铝带上(96%Al2O3)形成层间电路。通过未烧结的氧化铝带上的约为5～10mil(密耳)的小孔实现层间电路的互连。互连或通孔导体也可由钨或钼-锰粉末形成。多层氧化铝带和导体通路均在约为1550～1600℃的范围内一起烧结。这样从氧化铝带中除去聚合粘合剂，将96%Al2O3烧结成块，并且产生了电流载体的局部烧结。其后，把镀金的合金管脚钎焊到通孔导体上。露出的导体可以用无电极工艺镀上一层镍。应用以往的工艺制造管脚栅格阵列时，存在一些高代价的技术问题。最严重的问题是在将氧化铝带进行高温烧结时，氧化铝带的体积收缩很厉害。体积的收缩高达40%之多，导至了约20%左右的线收缩。这样，在确定通孔和管脚的相对位置以及维持通孔电接触上产生了一些问题。在某些情况下，收缩严重得使导电电路和横向电路不能与管脚相连。用丝网印刷的常规方法将层间电路印在氧化铝带上，该电路比较致密而且烧结得很好。然而，可以用机械方法插入的通孔接触可能很松散，并且形成了很差的颗粒与颗粒的接触。以前，内部夹着电路图形的玻璃陶瓷结构已在下列专利中得到公开美国专利No.4301324(Kumar等);美国专利No.4313026(Yamada等);英国专利No.1232621(以及英国专利No.1349671。这些专利中的每一件与本专利技术都有具体的不同，它们当中都没讲到将一种包有熔融玻璃颗粒的粘合料中的固体氧化铝颗粒粉浆压实，以形成任何所需形状的陶瓷电介质材料。其各层由本专利技术的方法所制作的多层氧化铝电路板，特别适用于制造一般的管脚栅格阵列，这已由Jerry Lyman以“封装”为题，在1981年12月29日的“Electronics”Vol.54，No.26中作了披露。本专利技术要解决的一个问题是提供一种一步工艺方法来形成复杂的陶瓷基片。进一步的问题是选择一种材料来构成陶瓷基片，以便能把熔点较低而高电导的电路材料安放在由该材料形成的一叠相邻的结构之间，并经得起所需要的烧结温度。本专利技术的一个优点是提供了一种由包有熔融玻璃粘合料的陶瓷颗粒粉浆形成玻璃陶瓷基片的工艺过程，这可以消除所述的现有工艺中的一种或多种局限性及不足。本专利技术的进一步优点是提供了一种比较廉价的工艺过程，用来构成迭层基片之间夹有电路图形的多层玻璃陶瓷结构。本专利技术的另一个优点是提供了一个一步工艺，来制造选择好几何形状的玻璃陶瓷。本专利技术的再一个优点是铸出带有通孔的玻璃陶瓷基片。本专利技术还有一个优点是构成一个多层的具有互连线的玻璃陶瓷电路组件，其中，互连线在将它们与电路薄片钎焊时为半固体状态。因此，这里提供了一种构成玻璃陶瓷结构或基片的工艺。每一玻璃陶瓷基片都由熔融玻璃颗粒和陶瓷颗粒粉浆形成，这些颗粒被放入型腔，在较低的压力下压实并冷却使熔融玻璃固化。接着，至少在玻璃陶瓷基片的一个表面上形成电路。然后，将至少两个玻璃陶瓷基片重叠，当中夹有电路。再将重叠的基片加热，直至每一基片的玻璃软化并与相邻基片中软化的玻璃相粘合，形成多层电路结构。在另一个实施例中，在把互连线与电路薄片钎焊时，它们处于半固体状态。现借助于附图中的最佳实施例来阐述本专利技术及其进一步的发挥。图1为按本专利技术的方法连续浇铸玻璃陶瓷混合料装置的侧视剖面图。图2是按本专利技术的方法浇铸玻璃陶瓷混合料的分立部分装置的局部剖面简图。图3为具有按本专利技术的方法制成的玻璃陶瓷基座和管帽的半导体管壳的侧视图。图4A-4E说明了按本专利技术形成多层玻璃陶瓷电路结构的一系列工艺步骤。图5A-5E也说明了按本专利技术形成多层玻璃陶瓷电路结构的一系列工艺步骤。参照图1，熔融固体混合料或粉浆10被装在容器12中。借助于容器12周围的感应线圈14，能方便地把粉浆10加热到液体状态，或维持或超过玻璃的熔融温度。容器12包含一个入口16和一个出口18。提供一个搅拌区域20，以将陶瓷粉末22与熔融玻璃24相混合。玻璃粉末或颗粒与陶瓷粉末或颗粒的混合料可从容器26通过入口添加到容器12的搅拌区域之中。维持搅拌区域的温度，使得当粉末或颗粒从容器26中出来混合成粉浆10时，玻璃熔体和陶瓷颗粒仍保持它们的固体状态。实现本专利技术所用的装置与形成粉浆浇铸材料并将其浇铸和锻造的设备(如Flemings等人在美国专利Nos.3902544及Mehrabian等人在美国专利Nos.3951651中所公开的实例)相似。粉浆10的混合可用任何所希望的方法来实现，如，在搅拌区域20提供一个螺旋推运器28。该螺旋推运器最好安装在旋转轴30上，用任意适合的方法带动，如马达(图中未示出)。搅拌区域20的内表面与螺旋推运器28的外表面34之间的距离最好保持足够小，以便能把高的剪切力施加于粉浆上，从而当陶瓷颗粒均匀地与所有熔融玻璃相混合并通过搅拌区域20时，在陶瓷颗粒的周围包上一层玻璃。由于在一定的螺旋推运器旋转速度下，粉浆中的剪切力诱导速率是搅拌区域的半径和螺旋推运器的半径的函数，间隙距离将随着搅拌区域和螺旋推运器尺寸的变化而变化。为了诱导出所需的剪切速率，对于较大的螺旋推运器和搅拌区域，可利用增加的间隙。区域20的底面36上有一开孔18，用来靠重力，或在必要时通过在入口16和出口18之间形成压力差来方便地放出粉浆。通过提高或降低旋转轴30，使得螺旋推运器28的底端38能够全部或部分装入孔18，即可方便地控制出口孔18的有效尺寸。粉浆10被认为具有摇溶特性，能够很容易地用一些技术，如压铸、永久模铸造、连续浇铸、闭合模锻、热压和真空成型做成具有高精度和高等级公差的错综复杂的形状。粉浆10可由保存室40收集起来，保存室40备有感应加热线圈42这样的加热装置。保存室可用来将包有熔融玻璃粘合料的陶瓷颗粒粉浆传送到所要求的任何场所，并按要求浇铸。然而，认为将粉浆直接注入浇铸装置更有利，这样可以使氧化铝没有足够的时间在玻璃中显著溶解，正如将进一步阐述的那样。参照图2，这里示出了具有任意所需形状的型腔48的模型结构46。在模型结构的一端备有一个凹孔50。活塞导轨52备有开孔54，为内室56提供通路，内室56可以接收来自保存室40或出口18的粉浆。在活塞导轨的一端，加工成一个外部延长的突出部分58放在模型结构46的凹孔50当中。一个气动活塞59被安置在活塞导轨52内。活塞59能够在任何所需要的时间由压缩空气驱动，如借助于气缸60。驱动时，活塞59迫使粉浆进入模型结构46的内部本文档来自技高网...

【技术保护点】
制作玻璃陶瓷结构的工艺方法，上述工艺方法的特征在于以下的工艺步骤：制备陶瓷颗粒２２；制备在约５００℃～约１０００℃的范围内可溶融的玻璃颗粒２４。用包有熔融状态之的玻璃粘合料的陶瓷颗粒形成粉浆１０；在比较低的压力下使粉浆固结， 以形成第一玻璃陶瓷基片７２；冷却上述熔融一固体混合料，使熔融玻璃固化。

【技术特征摘要】
US 1985-3-4 707,636;US 1985-12-20 811,906的精神和宽范围中。权利要求1.制作玻璃陶瓷结构的工艺方法，上述工艺方法的特征在于以下的工艺步骤制备陶瓷颗粒22；制备在约500℃～约1000℃的范围内可熔融的玻璃颗粒24。用包有熔融状态之的玻璃粘合料的陶瓷颗粒形成粉浆10；在比较低的压力下使粉浆固结，以形成第一玻璃陶瓷基片72；冷却上述熔融一固体混合料，使熔融玻璃固化。2.权利要求1的工艺方法的进一步特征为从上述陶瓷颗粒22和玻璃颗粒24的混合料中形成上述粉浆10的工艺步骤。其中，玻璃颗粒为玻璃和陶瓷混合料体积的10%～30%左右。3.权利要求2的工艺方法的进一步特征为从由Al2O3、ZrO2、TiO2和ZrSiO4形成的小组中选择上述陶瓷颗粒的工艺步骤。4.权利要求3的工艺方法的进一步特征为从由硅酸盐、硼硅酸盐、磷酸盐和硼硅酸锌玻璃组成的小组中选择上述玻璃颗粒。5.权利要求4的工艺方法的进一步特征为上述玻璃陶瓷结构具有约40×107～约80×107吋/吋/度的热膨胀系数。6.权利要求5的工艺方法的进一步特征为在上述固结工艺步骤中，在上述玻璃陶瓷基片上形成通孔的工艺步骤。7.权利要求1的工艺方法的进一步特征为下述工艺步骤在上述固结工艺步骤中，在上述第一玻璃陶瓷基片72中，至少形成一个通孔74;在上述第一基片的至少一个通孔74中，放置第一导电材料;在第一玻璃陶瓷基片72的至少一个表面88上，形成导电电路图形层82;通过与第一玻璃陶瓷基片72基本上相同的工艺方法，制备第二玻璃陶瓷基片82;在上述第二玻璃陶瓷基片中至少形成一个通孔92;在第二基片上至少一个通孔中放置第二导电材料;紧贴...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔J普约尔，
申请(专利权)人：奥林公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]