DE69529366T2

DE69529366T2 - Sinterteil für und Herstellung eines Substrates

Info

Publication number: DE69529366T2
Application number: DE69529366T
Authority: DE
Inventors: Yoichi Harayama; Michio Horiuchi; Yukiharu Takeuchi
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 1994-07-04
Filing date: 1995-06-22
Publication date: 2003-09-04
Anticipated expiration: 2015-06-23
Also published as: EP0691682B1; EP0691682A3; EP0691682A2; DE69529366D1; EP1083594A3; EP1083594A2; US5733640A; KR100190980B1; JPH0878580A; KR960005964A; JP3442895B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats.
In Zusammenhang mit der jüngsten Entwicklung von hochgradig integrierten elektronischen Geräten besteht ein Bedarf nach feiner und sehr dichter Verdrahtung an einem Substrat. Um diesen Bedarf zu erfüllen, wird ein Verfahren im breiten Maße verwendet, bei dem die feine Verdrahtung an einem Keramiksubstrat unter Verwendung eines dünnen Films vorgesehen ist. Wenn zudem ein Durchlaß ausgebildet ist, der durch das keramische Substrat hindurchgeht, können beide Seiten des Substrats wirkungsvoll benutzt werden, so daß eine noch dichtere Verdrahtung realisiert werden kann. Aus diesem Grund wird dieses Verfahren am meisten angewandt, und diese Art des Substrats wird in der Praxis zum Zusammenbau von Halbleiterpackungen verwendet.
Wenn die Verdrahtung feiner wird, können Blasen in der Keramik oder Öffnungen in der Substratfläche eine Abschaltung oder hohen Widerstand hervorrufen. Wenn die Position eines Durchlasses geringfügig verlagert ist, kann dies die Ursache für eine fehlerhafte elektrische Verbindung sein. Um eine feine und hochgradig dichte Verdrahtung unter Verwendung eines dünnen Films auszubilden, ist es daher erforderlich, daß das keramische Substrat dichter ist und daß die Anzahl von Blasen kleiner und außerdem die Oberfläche flach ist. Außerdem muß die Positionsgenauigkeit des Durchlasses hoch sein. Außerdem besteht ein starkes Erfordernis nach einer Reduzierung der Kosten.
Üblicherweise wird das folgende Verfahren zur Herstellung eines keramischen Substrats mit dem oben beschriebenen Durchlaß angewendet. Zunächst wird eine keramische Rohlingsschicht bereitgestellt. Nachdem der keramische Rohling einem Stanzvorgang unterzogen ist, damit er eine vorbestimmte Form erhält, werden Durchgangslöcher an vorbestimmten Stellen ausgebildet. Anschließend werden die Durchgangslöcher mit einer metallischen Paste gefüllt. Wenigstens zwei Schichten von Rohlingen, die auf diese Weise bearbeitet sind, werden miteinander laminiert. Der so erhaltene Laminatkörper wird einer Binder- Entfernungsbehandlung unterworfen und dann gesintert. Auf diese Weise wird das Substrat ausgebildet. Ein Substrat, das sich verworfen hat, wird korrigiert oder ausgesondert. Dann wird das Substrat in eine vorbestimmte Form geschnitten und poliert, womit die Herstellung des Substrats beendet ist.
Wenn die Dicke des Substrats bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Herstellungsvorgang klein ist, ist es möglich, die Durchgangslöcher mit metallischer Paste zu füllen, nachdem die Rohlingsschichten zu einem laminierten Körper zusammengefügt sind. In vielen Fällen ist es jedoch notwendig, die Durchgangslöcher für jeden Rohling mit metallischer Paste zu füllen. Die Anzahl der Substrate, die aus einer Schicht laminierter Rohlinge erhalten wird, beträgt etwa 1 bis 4. Wenn die Größe des Rohling-Laminatkörpers erhöht wird, um die Anzahl der aus einer Schicht erhaltenen Substrate zu erhöhen, sinkt nicht nur die Arbeitseffektivität, sondern die Positionsgenauigkeit des Durchlasses wird verschlechtert. Daher ist die Anzahl von Einheiten, die bei jedem Verfahren erhalten wird, von der ersten bis zur letzten Stufe annähernd dieselbe. Außerdem ist die Anzahl der erhaltenen Substrate pro Verfahren oder Vorrichtung gering. Dadurch läßt sich keine zufriedenstellende Massenproduktion bewerkstelligen, und es ist unmöglich, die Kosten zu reduzieren. Dies ist auch deshalb schwer zu erreichen, weil eine Ungenauigkeit bei der Position des Durchlasses während des Verfahrensschritts der Laminierung die elektrische Kontinuität beeinträchtigt und weil das Substrat sich verwerfen kann.
JP-A-3 093 290 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats, bei dem Leitungsdrähte in axialer Ausrichtung in einer Form angeordnet, die Form mit Rohlingsschichtmaterial gefüllt und das Rohlingsschichtmaterial gesintert wird, um ein keramisches Substrat mit einem hindurchgehenden Leitungsdurchgang zu erhalten.
Aus JP-A-62139345 ist es bekannt, ein Substrat dadurch herzustellen, daß leitende Stäbe in axialer Ausrichtung in einer Form angeordnet, die Form mit einem isolierenden Harz gefüllt und nach dem Erstarren des Harzes der geformte Block quer zu seiner Achse geschnitten wird, um eine Anzahl von Substraten zu erzeugen, die jeweils leitende Durchgänge haben, die durch Abschnitte der leitenden Stäbe gebildet sind.
US 5240671 offenbart ein Verfahren zur Ausbildung ausgesparter Muster in Isolatoren, bei dem ein keramischer Schlamm in eine Form gegossen und getrocknet wird, um eine keramische Rohlingschicht zu bilden. Die keramische Schicht kann in der Form gesintert oder vor dem Sintern aus der Form entfernt werden. Das ausgesparte Muster wird mit Leitern gefüllt, entweder vor oder nach dem Sintern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats anzugeben, bei dem ein Durchlaß mit hoher Positionsgenauigkeit ausgebildet werden kann und mit dem die Massenproduktion von Substraten erfolgen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats vorgesehen mit folgenden Schritten:
Ausbilden eines säulenförmigen ungesinterten Teils in einem Behälter, wobei das Teil ein säulenförmiges isolierendes Basisteil mit einer Achse und einen oder mehrere metallische Drähte enthält, die innerhalb des ungesinterten Teils parallel zu der Achse angeordnet sind, wobei der Schmelzpunkt der metallischen Drähte höher ist als die Temperatur, bei der das isolierende Basisteil flüssig wird,
Sintern des ungesinterten Teils in dem Behälter bei einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur, bei das isolierende Basisteil flüssig wird, und niedriger als der Schmelzpunkt der metallischen Drähte, um ein säulenförmiges Sinterteil zu erhalten,
Abkühlen lassen des säulenförmigen Sinterteils, bis das isolierende Basisteil nicht mehr flüssig ist und
Schneiden des gekühlten Sinterteils in einer Richtung senkrecht zu der Achse auf eine vorbestimmte Dicke, um mehrere Substrate mit leitenden Durchgängen zu erhalten, die durch die Drähte gebildet sind, die sich durch diese hindurch erstrecken,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptbestandteil des säulenförmigen isolierenden Basisteils kristallisiertes oder amorphes Glas ist und daß der Ausbildungsschritt die Anordnung eines festen, säulenförmigen Einsetzteils enthält, bevor das kristallisierte oder amorphe Glas hinzugefügt wird, und daß der Schmelzpunkt des säulenförmigen Einsetzteils höher ist als die Temperatur, bei der das isolierende Basisteil flüssig wird, und daß das Verfahren ferner den weiteren Schritt enthält:
Entfernen des säulenförmigen Einsetzteils aus dem Sinterteil vor dem Schritt des Schneidens, um ein säulenförmiges Sinterteil mit einem Durchgangsloch parallel zu der Achse zu erhalten, und Substrate, die diese Durchgangslöcher in sich haben.
Die metallische Verdrahtung kann aus Kupfer, Nickel, Eisen, Silber oder Gold oder alternativ aus einer Legierung bestehen, deren Hauptbestandteil wenigstens einer der Stoffe Kupfer, Nickel, Eisen, Silber und Gold ist.
Der Behälter kann aus Kupfer, Nickel oder Eisen oder alternativ aus einer Legierung bestehen, deren Hauptbestandteil wenigstens einer der Stoffe Kupfer, Nickel und Eisen ist oder alternativ kann der Behälter aus einem keramischen Material wie Aluminiumoxid, Mullit oder Bornitrid oder aus Graphit bestehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Substrat durch ein völlig anderes Herstellungsverfahren erzeugt, als dies bisher der Fall war. Wenn das Sinterteil zur Herstellung des Substrats verwendet wird, hat ein solches Sinterteil mit Durchlässen keine der bisher üblichen Fehler. Außerdem ist die Massenproduktion dies Substrates ermöglicht, wodurch die Kosten erheblich reduziert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zuerst das säulenförmige Sinterteil erhalten, das eine metallische Verdrahtung parallel zu seiner Achse hat. Dann wird ein Substrat mit Durchgängen erhalten, wenn das säulenförmige Teil in einer Richtung senkrecht zu der Achse geschnitten wird. Um den obigen säulenförmigen Sinterkörper zu erhalten, ist es erforderlich, einen säulenförmigen ungesinterten Körper zu bilden. In der Vergangenheit wurde ein Gießverfahren oder ein Extrusionsverfahren angewendet. Bei den konventionellen Verfahren ist es aber schwierig, die metallische Verdrahtung parallel zu der Achse auszubilden. Zumindest nachdem das ungesinterte Teil ausgebildet ist oder nachdem das Teil gesintert ist, ist es schwierig, den metallischen Draht in dem Teil aus folgenden Gründen vorzusehen. Nachdem bei dem herkömmlichen Verfahren die Durchgangslöcher in dem ungesinterten Teil ausgebildet sind, wird eine metallische Paste in die Durchgangslöcher eingebracht und gesintert bzw. gebrannt. Erstens ist es schwierig, lange Durchgangslöcher in dem säulenförmigen ungesinterten Teil auszubilden. Selbst wenn die Durchgangslöcher in dem säulenförmigen ungesinterten Teil ausgebildet sind, ist es schwierig, die metallische Paste mit einer ausreichend hohen Dichte in die Durchgangslöcher einzubringen. Dies ist ebenfalls bei dem Sinterteil der Fall.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zur Lösung der obigen Probleme metallische Drahtstäbe verwendet. Sie durchdringen das ungesinterte Teil gleichzeitig, wenn das ungesinterte Teil ausgebildet wird, so daß sie als metallische Verdrahtung verwendet werden. Dann wird das ungesinterte Teil gesintert. Auf diese Weise wird das Sinterteil zur Herstellung eines Substrats erhalten.
Das ungesinterte Teil besteht aus einem Glasmaterial, das fließt, wenn es auf eine ausreichende Temperatur erwärmt wird, die niedriger ist als der Schmelzpunkt der metallischen Drahtstäbe. Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei dem Sinterprozeß das isolierende Basisteil des ungesinterten Teils verflüssigt. Deshalb ist es erforderlich, daß das ungesinterte Teil in einem Behälter gesintert wird, dessen innere Struktur dieselbe ist wie die Form des Sinterteils. Während des Sinterprozesses ist es möglich, den Behälter zu verwenden, der benutzt wurde, um das ungesinterte Teil auszubilden. Deshalb ist es nicht erforderlich, einen Binder oder Plastizierer dem ungesinterten Teil hinzuzufügen, wenn dieses ausgebildet wird. Aus diesem Grund wird das ungesinterte Teil gemäß der vorliegenden Erfindung leichter getrocknet als ein herkömmliches ungesintertes Teil, und außerdem ist kein Binder- Entfernungsprozeß erforderlich.
Solange das isolierende Basisteil des säulenförmigen Sinterteils bei der Sintertemperatur ausreichend verflüssigt wird, kann jede Zusammensetzung verwendet werden, deren Hauptbestandteil Kristallglas oder ein amorphes Glas ist. Verschiedene Arten von keramischem Pulver wie Aluminiumoxidkeramik und Mullitkeramik können in einer Menge hinzugefügt werden, die nicht die Grenze übersteigt, bei der die Verflüssigung der Zusammensetzung bei der Sintertemperatur gewährleistet ist. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung wird die maximale Sintertemperatur auf einen Bereich von 500ºC bis 1.400ºC festgesetzt. Bei der obigen maximalen Temperatur kann das oben erwähnte säulenförmige Sinterteil erzeugt werden.
Bevorzugt wird wenigstens einer der Stoffe Kupfer, Nickel, Eisen, Aluminiumoxid, Silber oder Gold als Hauptbestandteil der metallischen Drahtstäbe verwendet.
In diesem Zusammenhang schrumpft bei dem Sinterprozeß das isolierende Basisteil, durch das die metallischen Drahtstäbe verlaufen, bei einem Anstieg der Dichte. Andererseits dehnen sich die metallischen Drahtstäbe aus. Da jedoch das isolierende Basisteil des ungesinterten Teils bei einer bestimmten Temperatur verflüssigt wird, wird die Spannung, die sich durch die obigen Volumenänderungen ergibt, freigegeben. Bei dem Kühlprozeß nach dem Sintern könnte die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den metallischen Drahtstäben und dem isolierenden Basisteil Spannung erzeugen. Wenn jedoch der Durchmesser des metallischen Drahtstabes ausreichend klein und der Young-Modul ausreichend niedrig sind, werden keine Probleme verursacht. In Abhängigkeit von der Höhe des säulenförmigen Sinterteils wird keine problematische Spannung erzeugt, wenn die Differenz etwa 12 · 10&supmin;&sup6;/ºC beträgt, so daß das Auftreten von Rissen und elektrischer Trennung vermieden werden kann.
Nenn die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem ungesinterten Teil und dem für die Sinterung verwendeten Behälter groß ist, kann eine problematische Spannung erzeugt werden. Wenn zudem eine metallische Einsetzsäule zur Wärmeabstrahlung das ungesinterte Teil durchdringt und von den metallischen Drahtstäben verschieden ist und wenn zudem die Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser beiden Teile groß ist, wird eine problematische Spannung erzeugt.
Bei dem Sinterprozeß kann ein metallischer Behälter verwendet werden, dessen Hauptbestandteil wenigstens einer der Stoffe Kupfer, Nickel und Eisen ist. Außerdem kann ein keramischer Behälter verwendet werden, dessen Hauptbestandteil wenigstens einer der Stoffe Aluminiumoxid, Mullit und Bornitrid ist. Außerdem kann ein Behälter aus Graphit verwendet werden. Um die Haftung des Sinterteils an dem Behälter nach dem Sintern zu verhindern, kann beispielsweise ein Behälter aus hexagonalem Bornitrid oder Graphit verwendet werden. Aus den vorstehenden Gründen läßt sich das Sinterteil leicht in dem Kühlprozeß nach Beendigung des Sinterns von dem Behälter trennen. Hierbei entstehen keine Spannungsprobleme. Wenn ein metallischer Behälter verwendet wird, ist es möglich, eine Beschädigung des Sinterteils zu verhindern, indem die Wanddicke des Behälters so klein wie möglich gewählt wird. Dies ist möglich, wenn ein Behälter aus Kupfer verwendet wird. Selbst wenn die Wanddicke des Behälters, der aus einem anderen Metall besteht, groß ist, entstehen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des ungesinterten Teils keine Risse in der Hauptfläche des säulenförmigen Sinterteils, sondern offene Risse werden nur in beschränkten Bereichen wie einem Bodenabschnitt oder einem Umfang des Sinterteils hervorgerufen. Durch diese offenen Risse an beschränkten Bereichen werden in dem späteren Prozeß keine Probleme verursacht. Wenn andererseits ein Behälter aus Aluminiumoxidkeramik oder Mullitkeramik verwendet wird, ist es nötig, die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten des ungesinterten Teils und des Behälters auf etwa 3 · 10&supmin;&sup6;/ºC einzustellen.
Wenn dieses säulenförmige Sinterteil in einer Richtung senkrecht zur Achse auf eine vorbestimmte Dicke geschnitten wird, wird ein Substrat mit Durchgängen erhalten. D. h. , wenn die metallische Verdrahtung in dem Sinterteil geschnitten wird, sind diese Durchgänge ausgebildet. Bei einem späteren Verfahrensschritt kann erforderlichenfalls der Außenumfang einem Schleifvorgang unterworfen werden, bevor das Sinterteil geschnitten wird, und außerdem wird eine Ausrichtungs- und Flachbearbeitung durchgeführt. Nachdem das Sinterteil geschnitten ist, werden üblicherweise beide Seiten des Substrats poliert.
Wie oben beschrieben, kann eine große Anzahl von Substraten aus einem Sinterteil erhalten werden. Beispielsweise können nicht weniger als 180 Substratschichten von 0,6 bis 0,7 mm Dicke mit dem Durchgang und Strahlungsabschnitt aus einem säulenförmigen Sinterteil von 20 cm Höhe erhalten werden. In diesem Fall wird jedes Substrat durch den Vorgang des Schneidens erhalten. Deshalb ist keines der Substrate verworfen, anders als bei einem Substrat, das einzeln gesintert wird. Deshalb können nahezu alle Substrate in den Prozeß des Polierens beider Seiten unmittelbar nach dem Schneiden überführt werden. In diesem Falle sind die Durchgangsleiter nicht nach einem Verfahren hergestellt, bei dem Rohlingsschichten bzw. Grünschichten laminiert und verbunden sind. Es gibt daher keine Probleme elektrischer Trennung und hohen Widerstands durch eine Verlagerung bei der Laminierung.
Wenn das ungesinterte Teil zu einer Säulenform geformt wird, wird das Schrumpfen beim Sintern gleichförmig, so daß die Größe (Durchmesser) des Substrats, das abgeschnitten wird, konstant ist. Wenn das ungesinterte Teil zu einer Säulenform geformt ist, ist es möglich, die Fläche des Substrats zu erhöhen, die wirkungsvoll genutzt werden kann. Außerdem kann das Substrat, das von dem ungesinterten Teil geschnitten wird, in verschiedene Teile in derselben Ebene unterteilt werden, und jedes Teil des unterteilten Substrats kann als ein individuelles Substrat benutzt werden.
Um ein Substrat mit einem einfachen Durchgangsloch zu erhalten, wird ein säulenförmiger Körper beispielsweise aus Graphit oder hexagonalem Bornitrid bereitgestellt, und Material des ungesinterten Teils wird in den Behälter gegossen und gesintert. Danach wird das säulenförmige Teil entfernt. Auf diese Weise wird ein Substrat mit dem Durchgangsloch erhalten. Wenn in diesem Fall der Wärmeausdehnungskoeffizient des ungesinterten Körpermaterials ein bißchen kleiner ist als derjenige des säulenförmigen Teils, entsteht ein kleiner Spalt an einer Grenzfläche zwischen dem gesinterten Teil und dem säulenförmigen Teil. Deshalb kann das säulenförmige Teil leicht aus dem gesinterten Teil herausgezogen werden.
Wenn in einem Verfahren, das nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, das säulenförmige Teil in dem Behälter nicht entfernt wird, kann ein Substrat einer Verbundzusammensetzung erhalten werden. Wenn eine keramische Säule oder Siliciumsäule als säulenförmiges Teil verwendet wird, ist der Unterschied der physikalischen Eigenschaft zwischen der Säule und dem Matrixteil des Substrats klein, was vorteilhaft ist, weil das Substrat leicht geschnitten und wirksam poliert werden kann. Außerdem ist das Verbundsubstrat aus Keramik oder Silicium vorteilhaft, weil die Abstrahlungseigenschaft hervorragend und der thermische Spannungswiderstand hoch ist.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung, sowie Beispiele, die keinen Teil dieser Erfindung bilden, werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Vorgänge zur Ausbildung eines ungesinterten Teils;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Sinterteils;
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Substrats, das abgeschnitten worden ist:
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels, das keinen Teil der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Substrats, das in dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel abgeschnitten wurde;
Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Vorgänge, bei denen ein ungesintertes Teil ausgebildet wird;
Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Substrats, das von dem Beispiel gemäß Fig. 6 abgeschnitten wurde und
Fig. 8 eine schematische Darstellung des Substrats, das von der Ausführungsform der Erfindung abschnitten wurde.

Beispiel 1 (keinen Teil der Erfindung darstellend)

Ein Pulver aus Borsilicatglas, dessen durchschnittliche Partikelgröße etwa 16 um beträgt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient etwa 4,5 · 10&supmin;&sup6;/ºC und dessen Erweichungspunkt bei etwa 640ºC liegt wurde in Ethanol verteilt, um eine Suspension hoher Konzentration zu bilden. Die so gebildete Suspension wurde in einen Behälter 12 aus Stahl eingefüllt, dessen Durchmesser etwa 14 cm betrug, wobei mehrere metallische Drahtstäbe 10 aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,24 mm durch den Behälter 12 verliefen. In dem Behälter 12 wurde die Suspension hoher Konzentration der Sedimentation ausgesetzt und getrocknet. Auf diese Weise wurde ein ungesintertes Teil 22 erhalten (dargestellt in Fig. 1). Das ungesinterte Teil 22 wurde zusammen mit dem Behälter 12 bei einer maximalen Temperatur von 700ºC eine Stunde lang in einer Atmosphäre trockenen N&sub2; gesintert. Dann wurde der Behälter 12 geschnitten und ein Sinterteil 24 wurde herausgenommen. Obwohl eine große Anzahl von Rissen an dem Außenumfang des Sinterteils 24 entstanden war, befanden sich diese nur am Außenumfang, und keiner von ihnen reichte bis in die Innenseite des Sinterteils 24. Danach wurde der Außenumfang des Sinterteils 24 geschliffen. Das Sinterteils 24 wurde senkrecht zu den metallischen Drähten 26 geschnitten, mit einem Schneidwerkzeug mit einer inneren Umfangsklinge, um mehrere Substrate 14 zu erhalten (dargestellt in Fig. 3) von denen jedes eine Dicke von etwa 0,7 mm hatte. Es wurde festgestellt, daß sich an der Innenseite keine großen Blasen und keine Risse befanden. Insbesondere wurde festgestellt, daß es keine Risse am Rand der Durchgänge 20 gab.
Bezugszeichen 18 bezeichnet ein Abdeckteil mit Durchgangslöchern, durch das die metallischen Drahtstäbe 10 bei einem vorbestimmten Muster hindurchgehen. Die Bodenwand des Behälters 12 hat auch Durchgangslöcher, durch die sich die metallischen Drahtstäbe 10 erstrecken. In diesem Zusammenhang können Nickel, Eisen, Silber und Gold als metallische Drahtstäbe verwendet werden.

Beispiel 2 (keinen Teil der vorliegenden Erfindung darstellend)

Pulver von CaO-BaO-SiO&sub2;-Glas mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 15 um, einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 6,5 · 10&supmin;&sup6;/ºC und einem Erweichungspunkt von etwa 850ºC wurde in Ethanol verteilt, um eine Suspension mit einer hohen Konzentration zu bilden. Die so gebildete Suspension wurde in einen zylindrischen Behälter aus Aluminiumoxidkeramik eingefüllt, dessen Durchmesser etwa 9 cm betrug, wobei metallische Drahtstäbe aus Kupfer mit einem Durchmesser von etwa 0,24 mm den Behälter durchdrangen. In dem zylindrischen Behälter wurde die Suspension hoher Konzentration der Sedimentation ausgesetzt und getrocknet. Auf diese Weise wurde ein ungesinterter Körper erhalten. Der ungesinterte Körper wurde zusammen mit dem Aluminiumoxidkeramikbehälter bei einer maximalen Temperatur von 1.020ºC 1 h in der Atmosphäre von trockenem N&sub2; gesintert. Auf diese Weise wurde ein Sinterkörper erhalten. Es fanden sich keine Risse an dem Aluminiumoxidkeramikbehälter und dem Sinterkörper. Der Sinterkörper wurde senkrecht zu den metallischen Drähten geschnitten, zusammen mit dem Aluminiumoxidkeramikbehälter, unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs mit einer inneren Umfangsklinge, um mehrere Substrate zu erhalten, die jeweils eine Dicke von etwa 0,7 mm haben. Es wurde festgestellt, daß es keine großen Blasen an der Innenseite und keine Risse gab. Insbesondere wurde festgestellt, daß sich keine Risse am Rand des Durchgangs befanden. In diesem Zusammenhang können Nickel, Eisen und Gold für die metallischen Drahtstäbe verwendet werden.

Beispiel 3 (keinen Teil der Erfindung darstellend)

Der Behälter 12 mit einem Durchmesser von 14 cm bestand aus Stahl und wurde mit Glaspulversuspension gefüllt, die mit derjenigen des Beispiels 2 übereinstimmt. Mehrere metallische Drahtstäbe 10 aus Kupfer mit einem Durchmesser von 0,24 mm und metallische Säulen 16 aus einem Kupfer- Wolfram-Verbundmetall (Kupfer 20%) mit einem Durchmesser von etwa 10 mm verliefen durch den Behälter 12. In dem Behälter wurde die Suspension der Sedimentation ausgesetzt und getrocknet. Auf diese Weise wurde der ungesinterte Körper 22 erhalten (dargestellt in Fig. 4). Der ungesinterte Körper 22 wurde auf dieselbe Weise wie bei dem Beispiel 2 gesintert. Der gesinterte Körper 22 wurde in mehrere Substrate 14 (wie Fig. 5) geschnitten, deren Dicke etwa 1,0 mm betrug. Es wurde festgestellt, daß es keine Fehlstellen wie Risse innerhalb des gesinterten Körpers gab.

Beispiel 4 (keinen Teil der Erfindung darstellend)

10 Vol-% von Aluminiumoxidpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 0,6 um wurden mit demselben Glaspulver wie bei dem Beispiel 2 gemischt, um eine gleichförmige Suspension zu bilden. Diese Suspension wurde in einen zylindrischen Behälter aus Bornitridkeramik eingegeben, dessen Innendurchmesser etwa 10 cm betrug und durch den metallische Drahtstäbe aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von etwa 0,24 mm verliefen. Die Suspension wurde der Sedimentation ausgesetzt und getrocknet. Auf diese Weise wurde der ungesinterte Körper hergestellt. Der ungesinterte Körper wurde bei einer maximalen Temperatur von 980ºC zwei Stunden lang in der Atmosphäre trockenen N&sub2; in dem Bornitridbehälter gesintert. Nachdem der gesinterte Körper aus dem Bornitridbehälter herausgenommen wurde, wurde er auf dieselbe Weise wie bei dem Beispiel 2 geschnitten, so daß die Substrate erhalten wurden. Es wurde festgestellt, daß keine großen Blasen oder Risse Existierten. Wenn Aluminiumoxidpulver auf diese Weise hinzugegeben wird, ist es möglich, die mechanische Festigkeit des Substrats zu erhöhen.

Beispiel 5 (keinen Teil der Erfindung darstellend)

Ein Pulver von CaO-BaO-SiO&sub2;-Glas mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 15 um, einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 6,6 · 10&supmin;&sup6;/ºC und einem Erweichungspunkt von etwa 850ºC wurde in Ethanol verteilt, um eine Suspension hoher Konzentration zu bilden. Die so erhaltende Suspension wurde in einen zylindrischen Behälter 12 aus Aluminiumkeramik eingefüllt, dessen Innendurchmesser etwa 10 cm betrug, wobei metallische Drahtstäbe 10 aus Kupferdrähten mit einem Durchmesser von etwa 0,3 mm und ein quadratischer Aluminiumoxidkeramik-Rohrkörper 30 mit einer Wanddicke von etwa 0,8 mm und einer Länge von etwa 17 mm wurden vertikal in dem zylindrischen Behälter 12 angeordnet. Die Suspension wurde der Sedimentation überlassen und getrocknet. Auf diese Weise wurde ein ungesinterter Körper 22 erhalten (dargestellt in Fig. 6). Der ungesinterte Körper 22 wurde zusammen mit dem Behälter 12 bei einer maximalen Temperatur von 960ºC drei Stunden lang in der Atmosphäre trockenen N&sub2; gesintert. Auf diese Weise wurde ein gesinterter Körper erhalten. Der gesinterte Körper wurde senkrecht zu den metallischen Stäben 10 geschnitten, zusammen mit dem Aluminiumoxidkeramikbehälter 12, unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs mit einer inneren Umfangsklinge, um mehrere Substrate 14 zu erhalten, deren Dicke etwa 0,5 mm betrug. Es wurde festgestellt, daß es keine Risse gab (wie in Fig. 7 gezeigt). Das Durchgangsloch 32 an dem Substrat wird von einem geschlitzten Stück 30a des quadratischen Rohrkörpers 30 aus Aluminiumoxidkeramik gehalten.

Ausführungsform (vorliegende Erfindung)

Ein Pulver von Borsilikatglas mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 16 um, einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 4,5 · 10&supmin;&sup6;/ºC und einem Erweichungspunkt von etwa 640ºC wurde verwendet. Außerdem wurde eine quadratische rohrförmige Säule aus Graphit mit einer Seitenlänge von etwa 17 mm bei dieser Ausführungsform verwendet. Die übrigen Punkte stimmen mit denjenigen des Beispiels 5 überein. Die so erhaltene Suspension hoher Konzentration wurde in den zylindrischen Behälter aus Aluminiumoxidkeramik eingefüllt. Auf diese Weise wurde ein ungesinterter Körper hergestellt. Der so erhaltene ungesinterte Körper wurde zusammen mit dem Behälter bei der maximalen Temperatur von 700ºC in der Atmosphäre von trockenem N&sub2; zwei Stunden lang gesintert, um ein Sinterteil zu erhalten. Der aus Graphit bestehende säulenförmige Körper wurde aus dem Sinterteil herausgezogen, und das Sinterteil wurde auf dieselbe Weise wie bei dem Beispiel 5 geschnitten, so daß die Substrate 14, die jeweils ein Durchgangsloch 32 hatten, erhalten wurden (dargestellt in Fig. 8). Es wurde festgestellt, daß es keine Fehlstellen wie Risse innerhalb des Substrats 14 gab.

Beispiel 6 (keinen Teil der Erfindung darstellend)

1,0 Vol-% von Aluminiumoxidpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 0,6 um wurden einem Pulver von Borsilikatglas hinzugefügt, das eine maximale Partikelgröße von etwa 60 um, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 2,6 · 10&supmin;&sup6;/ºC und einen Erweichungspunkt von etwa 830ºC hat. Unter Verwendung des so erhaltenen gemischten Pulvers, einer monokristallinen Säule aus Silicium mit einem quadratischen Querschnitt und einer Seitenlänge von etwa 17 mm und eines zylindrischen Behälters aus Graphit mit einem Innendurchmesser von etwa 10 cm wurde ein ungesinterter Körper auf dieselbe Weise wie bei der Ausführungsform erhalten. Der so erhaltene ungesinterte Körper wurde bei der maximalen Temperatur von 980ºC in der Atmosphäre von trockenem N&sub2; drei Stunden lang gesintert. Auf diese Weise wurde ein Sinterteil erhalten. Das so erhaltene Sinterteil wurde auf dieselbe Weise wie bei der Ausführungsform geschnitten, um Substrate zu erhalten. Es wurde festgestellt, daß sich an dem Substrat keine großen Blasen oder Risse befanden.
Es ist somit möglich, ein Substrat mit einem Durchgang hoher Positionsgenauigkeit oder einem Durchgang und einer metallischen Säule zur Wärmeabstrahlung durch ein Herstellungsverfahren zu erhalten, das sehr viel einfacher ist als ein herkömmliches Verfahren. Außerdem ist die Anzahl der erhaltenen Substrate in einem Herstellungsprozeß groß. Deshalb können die Herstellungskosten weitgehend reduziert werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Durchgang nicht durch Laminierung und Verbindung von Grünschichten erhalten, sondern der Durchgang wird durch Schneiden metallischer Drähte ausgebildet. Deshalb werden keine Probleme hinsichtlich der elektrischen Kontinuität verursacht, da jegliche Verlagerung bei der Laminierung verhindert wird, und außerdem ist die Reproduzierbarkeit der Form und die Dimensionsgenauigkeit der erhaltenen Substrate hoch. Gemäß der Erfindung wird das Substrat nicht einzeln gesintert, sondern der gesamte Körper wird gesintert und geschnitten, um die Substrate zu erhalten. Deshalb verwerfen sich die Substrate nicht, so daß die Ausbeute hoch ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung stellt ein Substrat bereit mit einem Durchgangsloch, in das ein Halbleiterelement eingebaut werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit folgenden Schritten:

Ausbilden eines säulenförmigen ungesinterten Teils in einem Behälter (12), wobei das Teil ein säulenförmiges isolierendes Basisteil (22) mit einer Achse und einen oder mehrere metallische Drähte (10) enthält, die innerhalb des ungesinterten Teils parallel zu der Achse angeordnet sind, wobei der Schmelzpunkt der metallischen Drähte höher ist als die Temperatur, bei der das isolierende Basisteil (22) flüssig wird;

Sintern des ungesinterten Teils in dem Behälter (12) bei einer Temperatur, die höher ist als die Temperatur, bei der das isolierende Basisteil (22) flüssig wird, und niedriger als der Schmelzpunkt der metallischen Drähte (10), um ein säulenförmiges Sinterteil zu erhalten;

Abkühlen lassen des säulenförmigen Sinterteils, bis das isolierende Basisteil (22) nicht mehr flüssig ist, und

Schneiden des gekühlten Sinterteils in einer Richtung senkrecht zu der Achse auf eine vorbestimmte Dicke, um mehrere Substrate (14) mit leitenden Durchgängen (20) zu erhalten, die durch die Drähte (10) gebildet sind, die sich durch diese hindurch erstrecken;

dadurch gekennzeichnet,

daß der Hauptbestandteil des säulenförmigen isolierenden Basisteils kristallisiertes oder amorphes Glas ist und daß der Ausbildungsschritt die Anordnung eines festen, säulenförmigen Einsetzteils (16) enthält, bevor das kristallisierte oder amorphe Glas hinzugefügt wird, und daß der Schmelzpunkt des säulenförmigen Einsetzteils (16) höher ist als die Temperatur, bei der das isolierende Basisteil (22) flüssig wird, und daß das Verfahren ferner den weiteren Schritt enthält:

Entfernen des säulenförmigen Einsetzteils (16) aus dem Sinterteil (22) vor dem Schritt des Schneidens, um ein säulenförmiges Sinterteil (22) mit einem Durchgangsloch parallel zu der Achse zu erhalten, und Substrate (14), die diese Durchgangslöcher (32) in sich haben.

2. Verfahren zur Herstellung eines Substrats nach Anspruch 1, wobei der Behälter (12) aus Kupfer, Nickel oder Eisen oder einer Legierung besteht, deren Hauptbestandteil wenigstens einer der Stoffe Kupfer, Nickel und Eisen ist, oder wobei der Behälter (12) aus Aluminiumoxid, Mullit oder Bromnitridkeramik oder aus Graphit besteht.

3. Verfahren zur Herstellung eines Substrats nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren metallischen Drähte (10) aus Kupfer, Nickel, Eisen, Silber oder Gold bestehen oder alternativ aus einer Legierung, deren Hauptbestandteil wenigstens einer der Stoffe Kupfer, Nickel, Eisen, Silber und Gold ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Substrats nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des isolierenden Basisteils und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der metallischen Drähte etwa 12 · 10&supmin;&sup6;/ºC beträgt.

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit folgenden Schritten:

dadurch gekennzeichnet,

3. Verfahren zur Herstellung eines Substrats nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren metallischen Drähte (10) aus Kupfer, Nickel, Eisen, Silber oder Gold bestehen oder alternativ aus einer Legierung, deren Hauptbestandteil wenigstens einer der Stoffe Kupfer, Nickel, Eisen, Silber und Gold ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Substrats nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des isolierenden Basisteils und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der metallischen Drähte etwa 12 · 10&supmin;&sup6;/ºC beträgt.