JPH02500907A - セラミック・ガラス・金属複合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 セラミック・ガラス・金　ム一 本発明は、広い範囲の用途に用いられるが、特に超電導体チップを個々に或はま とめて製造する部品として用いるのに適している。本発明は、幾つかを挙げると 、電子部品のパッケージ、人工人体代替品、砥石車、エンジン部品及びセラミッ クエンジン等の特別な用途に特に適合させることができる希望の性質を有する凝 集複合体を形成するため、セラミック粒子を一緒に結合することについて記述す る。

従来ガラス・セラミック複合体は複雑な形へ一段階法で形成されていた。この方 法は多くの用途にとって有効であることが判明している。しかし、最終生成物が 一層複雑な形を持っている場合、成形型内で複合体を形成するために大きな圧力 が必要であり、そのため粒子間に溶融したガラスが絞り出され、セラミック粒子 を相互に固定する結果になる。そのため更に流動しにくくなり、希望の最終形状 に複合体を緻密化及び成形するのに一層大きな圧力が必要になるか、又はそれが 不可能になったりする１本発明は、この問題を、セラミック粒子とガラスと金属 粒子とを一緒にして、複合体の成形型内での流動を大きくすることにより解決す る。

複合体は、電気伝導性又は非導電性になるような材料の組合せから形成すること ができる。また熱膨張係数は、特別な用途の条件に従い調節することができる。

非導電性であるが、熱膨張係数が低い複合体は特にエレクトロニクス工業に有用 である。現在、半導体パッケージ、ハイブリッドパッケージ及びチップ坦体のた めの基体材料としてマイクロエレクトロニクス工業で低膨張性材料が広く用いら れている。これらの材料は、基体の熱膨張係数（ＣＴ　Ｅ　）が制約されている 時、即ち、シリコンチップ又は低膨張性無導線チップ坦体を直接基体に取り付け る時に特に有用になる。

アルミナ　セラミックは現在量も広く用いられている基体材料である。アルミナ とシリコンチップの熱膨張係数の間には僅かな不整合がある。この不整合は、ア ルミナ基体に取り付けられたチップが熱的上下変動を受けた時、それに許容出来 ない程大きな応力は必ずしも生じない、この程度のＣＴＥ不整合は、チップの大 きさが比較的大きい時或はチップが基体に固く接着されている時でも通常許容出 来る。アルミナセラミックは、殆どの他の低膨張性基体材料よりも値段が低いの で、特に魅力がある。しかし、従来の方法で作られていたアルミナセラミックに は、許容誤差内の調節がしにくい、熱伝導性が低い、即ち、約１０〜約２０ワツ ト／Ｍ″にの範囲の伝導度、約５０ｉｎ”より小さいアルミナ基体面積に限定さ れる製造性といったような多くの欠点がある。

慣用的セラミック製品、特にセラミック基体は次の方法に従って製造してもよい 、アルミナ又は他のセラミック材料の粉末をガラス粉末及び有機物と一緒に混合 する。

従来のｒ生のテープ」又は「冷間プレス」法では、有機物はテルピンオールの如 き溶媒と、ポリメチルメタクリレートの如き溶質からなる二相混合物である。こ の特別な溶媒・溶質混合物は一つの例で、その代わりに他の有機混合物を用いて もよい。有機混合物は、ガラスとセラミックの粉末混合物と一緒にするとペース ト又はスラリーを形成する。有機混合物の溶質対溶媒比及び種類は、特別な用途 、即ち「生のテープ」又は「冷間プレス」法にとって望ましいペースト　レオロ ジーに従って選択される。

生のテープ法では、調節された量のスラリーを二枚のプラスチック板の間に入れ る。プラスチック板の間に挟まれたスラリーをロールミルに通し、一定の厚さに する。

次にその材料のシートを希望の大きさに切断又は打ち抜き焼成する。冷間プレス 法ではガラスとセラミックの粉末を、生のテープ法と比較して少ない割合の溶媒 と混合する０次にガラス、セラミック及び有機物の混合物を希望の形にプレスし 、焼成する。

どちらの方法でも、有機物は、セラミック物体又はセラミック基体の焼成又は処 理温度よりも実質的に低い温度で揮発させる。溶媒は通常的１００℃より低い温 度で揮発し、溶質は約４５０℃より低い温度で揮発する。溶質及び溶媒が失われ ると、生のテープ又は冷間プレス物体中に気孔を生ずる。最大焼成温度（慣用的 セラミックでは約１６００℃、低温焼成セラミックでは約９００℃）では、ガラ ス相は溶融し、成る量のアルミナ粒子の焼結が起き、その結果物体の緻密化が得 られる。連通した気孔のない焼成基体は、非常に限定されたガス透過率しか与え ない（＜　Ｉ　Ｘ　１０−”ｃｃＨｅ／秒）気密な基体を生ずる。焼成した基体 のこの後者の特性により、それらは気密に密封された半導体密閉体を製造するの に特に適したものになる。

しかし、緻密化は直線方向に１７％にも達する大きな収縮を生ずる。従って、直 線方向に約±１％より良好な誤差を有する最終部品を経済的に製造することは実 現しにくい、従って、標準的焼成セラミック基体の大きさの許容誤差は製造業者 によって±１％であると言われているのが典型的である。一層厳しい大きさの許 容誤差は、収率の低下を相殺するため、更にかなり高価なものになる。

エレクトロニクス工業では、製造工場で一層高度の自動化がめられている。自動 機械は一般に前に述べた基体の如き部品を、その部品の【線方向に±１％より遥 かに厳しい許容誤差に合うように配置することができる。

実際、セラミック部品に対する許容誤差は、殆どの場合希望する水準の自動化を 達成するのを制約する因子になっている。

本発明は、慣用的セラミックの焼成温度、即ち約１６００℃又は［低温焼成セラ ミック」の焼成温度、即ち約９００℃でも、それより充分低い温度で慣用的手段 により一段階法でセラミック・ガラス・金属構造体をそれらの最終的形状に製造 する独特の方法を与える０本発明の方法は、有機物を製造過程で必ずしも必要と しないので、製造される物品に独特の性質を賦与する。

本発明は、ＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐ法を根本的に改良する物品及びそれら物品を製造す る方法にも関する。現在ＣＢＲＤＩＰ法は基部及び蓋を用いている０通常、はん だガラスである密封材によって比較的低い温度、即ち約４７０℃でパッケージを 密封する。金属導線構造体は密封材中に存在する。ＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐ密封部の強 度は、ガラス密封材の強度、密封部の長さ及び幅、気孔又は他の不連続部の存在 、及び最終的にはガラスと金属導線構造体との間の結合の性質に依存する６通常 、ガラスはＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐパッケージの最も弱い部分である。導線枠とガラス 密封材との間の接着は、殆どのパッケージ構造で比較的よくない。

密封部は、かなりの機械的或は熱・機械的負荷を受けると容易に壊れることがあ る。同じ条件で、金属密封材を用いた一層高価なセラミック側壁ろう付はパッケ ージでは、元のままになっているであろう。

ＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐ構造は、それらの固有の弱さを補償するように修正されている 。それらは同じ大きさの側壁ろう付はパッケージに比較して一層大きな密封面積 を有する。

その結果、側壁ろう付はパッケージの場合と比較してチップ取付は空腔の幅が狭 くなる。パッケージを収容する空間の大きさが限定されている場合には、ＣＥＲ Ｄ　Ｉ　Ｐの狭くなった大きさのチップ取付は空腔内に収まることができない比 較的大きいチップは、一層高価な側壁ろう付はセラミックパッケージに取り付け る必要がある０本発明は、この問題を、ガラス密封部の内部から導線枠を分離す ることによって解決することができる。導線構造体は、側壁ろう付はパッケージ のようにパッケージの基部又は蓋にしっかりと固定することができる。得られた 優れたパッケージは、パッケージの取り扱い中よく起きる導線の屈曲による応力 を密封部中へ伝えることはない。

同時に、チップ取付は空腔の大きさを大きくすることができ、その結果パッケー ジは側壁ろう付はパッケージと同様な信頼性をもちながら、遥かに低い値段で競 合することができる。

本発明は、ピングリット　アレー及び側壁はんだ付はパッケージの如き多層パッ ケージを製造するのにも適している。

世界中で、ファインセラミックスは１９９０年代及び２１世紀にとって最も重要 な基本的材料の一つであると考えられている。この期待は次の理由に基づいてい る。第一に、ファインセラミックスは、エレクトロニクス、情報技術、生物工学 、医療エレクトロニクス等のような先端技術を開発及び進歩させるのに新しい基 本的材料として重要な役割を果たすと期待されている。これらの技術の将来は新 しい材料の開発に依存している。それらは、耐熱、耐食、放射性等で現在入手で きる材料より一層大きな能力を有する材料を要求している。それらは、化学、光 学及び電磁気的機能の点で進んだ性能を示す新しい機能的材料も要求している。

ファインセラミックスは、これらの要求を満足でき、従って、これらの先端技術 の予想される発展を支える鍵になる材料の一つとして働くことができる材料であ ると考えられている。第二に、ファインセラミックスの優れた性質は、現存する 技術に対し、それらの製品の品質を向上させるのに役立つと予想されている。自 動車工業にとってセラミックエンジンは丁度よい一つの例である。明らかに、フ ァインセラミックスは、現在沈滞した基礎材料工業にとってファインセラミック スの供給者になることによって自らを活性化する絶好の機械を与えるものと期待 されている。第三に、ファインセラミックスは、各国の国家的経済的防衛の観点 から重要であると考えられている。各国は、石油及び貴金属を含めた天然資源を 保存することに付いて関心を払っている。従って、セラミックエンジンの開発は 、石油を保存するために熱望されているものである。ニッケル、コバルト及びク ロムのような貴金属の代替物としてのセラミックスの開発も同様に希望されてい る。

現在、主たる利用分野は、電磁気的及び機械的部品である。前者はエレクトロセ ラミックスと呼ばれ、ＩＣパッケージ、電気コンデンサー、サーミスター及び可 変抵抗器が含まれる。

機械的及び耐熱性セラミックスは工学的セラミックスと呼ばれ、従来ガスタービ ン、ターボ積載タービン及びセラミックエンジンの如き用途で用いられている。

情報エレクトロニクスは、セラミックスが適用でき、機能的セラミックスがすで に用いられている主な分野の一つである。構造材料としてのセラミックスは実際 的にはそれほど広くは用いられていない。しかし、それらは自動車、工業的機械 設備等のエネルギー利用の効率を改善するのに重要な役割を果たすと予想されて いる。優れた機械的及び熱的能力を有する構造セラミックスは工学的セラミック スとしても知られており、将来非常に重要になると考えられている。更に、電気 セラミックス及び光学的セラミックスの如き機能的セラミックスは、エレクトロ ニクス工業の新しい装置の小型化及び包装の結果として今までよりも一層早く成 長すると予想される。人工の歯及び代替関節として用いられるようなバイオセラ ミックスも急速な成長を示し始め、医療技術の進歩によって拍車がかかるであろ う。

本発明の革新的な特徴により、複合体を、成長するセラミックス工業の多くの分 野で効果的に用いることができるようになる。複合体が多量のセラミック粒子を 含んでいる場合でも、今度は複雑な最終的な形へ穏やがな圧力及び温度で型成形 することができる。この発見の鍵は、成形圧力の範囲を著しく減少する金属又は 金属合金粒子を低い濃度で添加することにある。従来、必要な高圧は主に比較的 単純な形態のものを形成する時にだけ使うことができた。金属又は金属合金粒子 添加物を用いると、厳しい許容誤差で複雑な形のものを作ることができる。

なぜなら、処理温度で複合体が極めて容易に流動するからである。成形方法はプ ラスチックの射出成形に含まれているものと幾らか似ている。現在、複雑な形を 持つセラミック製品は、セラミックスの収縮及び堅さを含めた因子のために製造 しにくい、一度びセラミック物品を概略的最終形状へ形成すると、それは最終的 デザインへ機械加工するのは非常に時間がかかり高価につく。

この形状の制約があっても、セラミック材料は、それらの大きな強度、化学的耐 久性及び軽量さの利点を利用できる多くの製品に用いられている０例えば、セラ ミックスは、はんの少し例を上げるとエンジン、人工四肢及び切断工具に配合さ れている。

セラミック・ガラス・金属複合体で、その物理的特性を、判断のよい選択によっ て特定の機械的、電気的、熱的及び化学的性質を与えるように調整することがで きる複合体を取り入れた電気部品パッケージを製造することは本発明で取り扱わ れる問題である。

本発明の一つの利点は、上述した従来の構造の限界及び欠点の一つ以上を解消す る複合体を取り入れた電気部品パッケージ及びその複合体を形成するための方法 を与えることである。

本発明の更に別な利点は、良好な曲げ強度を有する基体を与える複合体を取り入 れた電気部品パッケージ及びその複合体を形成する方法を与えることである。

本発明の更に別の利点は、厳しい許容誤差を持つ部品を製造することができる複 合体を取り入れた電気部品パッケージ及びその複合体を形成する方法を与えるこ とである。

本発明の更に別な利点は、低い温度で焼成することができる複合体を取り入れた 電気部品パッケージ及びその複合体を形成する方法を与えることである。

本発明の更に別な利点は、安価な値段で処理することができる複合体を取り入れ た電気部品パッケージ及びその複合体を形成する方法を与えることである。

本発明の更に別な利点は、セラミック・金属・ガラス複合体から形成された部品 中へ金属部品を埋めることである。

本発明の更に別な利点は、セラミック・金属・ガラス複合体から形成されたセラ ミック基体中へ埋め込んだ導線構造体を組み込んだ電気部品パッケージを与える ことである。

本発明の更に別な利点は、金属部品をセラミック・ガラス・金属複合体中の希望 の位置に埋め込んだその複合体から製造された多層装置を組み込んだ電気部品パ ッケージを与えることである。

本発明の更に別な利点は、複雑な形に成形することができるセラミック・ガラス ・金属から形成された工学的セラミック製品を与えることである。

従って、半導体装置を取り囲むための部品及びその部品を形成するための方法が 与えられる。それら部品は独特なセラミック・ガラス・金属複合体材料で、その 複合体全体に分散させたセラミック粒子、金属粒子と、セラミック及び金属粒子 を一緒に付着するためのガラス相とからなる複合体材料から形成される。複合体 は、半導体パッケージの製造を簡単にすることができように、成形型中での熱間 鍛造及びホットプレスの如き慣用的処理によって一つの工程で形成してもよい。

金属部品はホットプレス工程中その複合体中へ埋め込むことができる０本発明は 、特にＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐのハイブリッドパッケージ、回路板及び多層装置を形成 するのに適用することができる。

セラミック・ガラス・金属複合体から形成された工学的セラミック製品も与えら れる。これらの製品は強く、耐久性があり、複雑な形へ成形することができ、改 良された熱伝導度を有する。それらには幾つかを挙げると、回転子、エンジンブ ロック、人体部分の代替品、及び砥石車が含まれる。セラミック・ガラス・金属 複合体には、セラミック粒子、セラミック粒子を一緒に付着するためのガラス及 び処理温度で流動特性をよくするための金属粒子が含まれる。

本発明及び本発明の一層の発展について、付図に示した好ましい態様を用いて次 に説明する。

図面の簡単な説明 第１図は、従来法のＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐパッケージを例示する図である。

第２図は、導線構造体が、ガラスで結合された従来法の基体を例示する図である 。

第３Ａ図は、本発明によるＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐパッケージを例示する図である。

第３Ｂ図は、導線構造体が中に埋め込まれた第３Ａ図のセラミック・ガラス・金 属基体を通る断面図を例示する図である。

第４図は、本発明による基部及び蓋の空腔中に金属方形板を有するＣＥＲＤ　Ｉ Ｐパッケージを例示する図である。

第５図は、本発明によるセラミック・ガラス・金属複合体の基体を例示する図で ある。

第６Ａ図は、セラミック・ガラス・金属複合体の層で、それを貫通している開口 を有する複合体層を例示する図である。

第６Ｂ図は、第６Ａ図の線Ｂ−Ｂを通る断面図である。

第７Ａ図は、貫通した開口を有するセラミック・ガラス・金属複合体の層を例示 する図である。

第７Ｂ図は、第７Ａ図の線Ｂ−Ｂを通る断面図である。

第８図は、ホットプレスする前の多層装置の部品を例示する図である。

第９図は、ホットプレス後の多層装置の部品を例示する図である。

第１０図は、冷却部を有する半導体ケースを例示する図である。

第１１図は、本発明によるセラミック・ガラス・金属複合体から形成された半導 体ケースを例示する図である。

第１２図は、セラミック蓋を有するセラミック・ガラス・金属複合体から形成さ れた半導体ケースを例示する図である。

第１３図は、金属蓋を有するセラミック・ガラス・金属複合体から形成された半 導体ケースを例示する図である。

第１４図は、第１２図の態様と同様な半導体装置であるが、冷却部を持たない半 導体装置を例示する図である。

第１５図は、セラミック・ガラス・金属複合体の本体から形成された半導体ケー スで、半導体装置を冷却部にも結合する表面として働くカップ型部材を有するケ ースを例示する図である。

第１６Ａ図〜第１６Ｅ図は、本発明による多層セラミック・ガラス・金属回路構 造体を形成するための一連の工程をを例示する図である。

第１７図は、ターボ積載タービンのためのセラミック回転子の斜視図である。

第１８図は、腰及び足の骨の補綴体の斜視図である。

第１９図は、セラミックエンジンのの斜視図である。

第２０図は、砥石車の斜視図である。

第２１図は、セラミックエンジンブロックのの斜視図である。

本発明は、特にガラスによって一緒に結合されたセラミックと金属の粒子の混合 物から形成された複合体に関する。その複合体は、選択されたガラスが少なくと も軟化し、好ましくは流動状態になる処理温度で熱間鍛造及びホットプレスの如 き方法によって希望の形に成形することができる。得られた成形複合体は、例え ば半導体装置、ハイブリッドパッケージ、多層パッケージ又は固いプリント回路 板のための基体を形成するのに特に適合する。

本発明は、選択された性質を与えるため、少なくとも三つの異なった種類の材料 を適当な割合で一緒に混合することを含んでいる。それら材料の一つはセラミッ ク粉末で、それは機械的、電気的、熱的性質の如き希望の物理的性質及び化学的 性質についての希望の条件に従い選択された体積％の範囲で存在する。典型的に は、セラミックは高強度、低展性、高誘電率、低熱膨張係数を含めた物理的特性 及び化学的非反応性のために知られている。

第二の材料はガラスで、それはセラミック粒子と金属粒子を一緒に結合するため のマトリックスを形成する。ガラスは比較的脆いので、主にセラミック粒子によ って与えられる複合体強度の重要な減少を防ぐような割合で与えられるのが典型 的である。ガラスはセラミック粒子と同様、第三の材料である金属又は合金の粒 子と化学的に反応するように選択される。第三の材料は金属又は合金の粒子から なり、それらは複合体全体に分散される。金属又は合金の粒子は、複合体が処理 温度で希望の形ヘプレスされる間、セラミック・ガラスのスラリー単独の場合と 比較して一層低い印加圧力でセラミック粒子を移動できるようにする。更に、金 属粒子は複合体の熱伝導度を改良する。金属粒子は軟らかく展性をもつのが好ま しい、それらは隣接したセラミック粒子間の隣接して存在する表面上へ流れ込む 傾向を持ち、成形工程中セラミック粒子が壊れることなく互いに滑り込むことが できるようになると考えられる。金属粒子はセラミック粒子相互の固定が起きる のを実質的に減少させ、それによって最終的形状物を形成するのに必要な圧力を 低下するものと考えられている。得られた複合体は、それを一段階工程法で非常 に厳しい許容誤差を持つ複雑な最終的形状物へ容易に形成することができると言 う点で特に有用である。

セラミック材料は、それらの物理的特性について選択された粒子からなるのが典 型的である。特定のセラミックはＡｌ２Ｏ３、ＳｉＣ，Ｂｅｄ、ＴｉＯ２、Ｚｒ Ｏ２、ＭｇＯ１Ａ　ＩＮ　、Ｓ　ｉｓＮ　、、ＢＮ及びそれらの混合物からなる 群から選択することができる０本発明は、これらのセラミックに限定されるもの ではなく、どのようなセラミック或はそれらセラミック混合物を配合してもよい 。セラミック粒子は、最終焼成複合体の約２０〜約８０体積％の範囲、好ましく は約４０〜約６５体積％の範囲で存在する。セラミック粒子は、どのような希望 の形を持っていてもよく、約１μより大きな平均直径、好ましくは約１〜約２０ ０μ、最も好ましくは約４０〜約１００μの平均直径を有する。希望のセラミッ クを選択するのに考慮される因子には、誘電率、熱膨張係数、強度及び化学的耐 久性が含まれる。

従来、セラミックスは、それらが高温能力を持つために選択されている。なぜな ら、それらの融点は約り３００℃〜約２５００℃の温度にあるからである。しか し、本発明は、高温能力を必要としなくてもよい。なぜなら、セラミック粒子は 、そのセラミックの軟化温度と比較して低い軟化温度を持つガラス状マトリック ス中に一緒に結合されているからである。非常に高い温度で安定な部品に作るこ とができるガラスを選択することも本発明の範囲に入る。

複合体の第二の成分は、最終的複合体によって要求される性質に従う希望の組成 を有するガラス相からなる。

ガラス相は、セラミックと金属の粒子を一緒にガラスのマトリックス内で結合す る働きをする。重要な特性は、好ましくはガラスがセラミック及び金属の粒子の 両方と化学的に反応することである。又、ガラスは、良好な化学的耐久性、高強 度、許容出来る誘電率、及び選択された温度範囲内での軟化点の如き物理的特性 を持つことも重要である。適切なガラスは、珪酸塩、硼珪酸塩、燐酸塩、亜鉛硼 珪酸塩、ソーダ・石灰・シリカ、鉛珪酸塩、鉛・亜鉛・硼酸塩、等のガラスから なる群から選択してもよいが、どのような希望のガラスを用いてもよい、それら には、大きな熱膨張係数及び比較的低い軟化点を有する燐酸塩系ガラスが含まれ る。更に、ガラス質（ｖｉｔｒｅｏｕｓ）或は失透（ｄｅｖｉｔｒｉｆｉｅｄ） ガラスを選択してもよい。

エレクトロニクス分野で利用するのに適した熱硬化性を与える有用なガラスの好 ましい例は失透はんだガラスである。このガラスはＰ　ｂｏ−Ｚ　ｎｏ−Ｂ　２ ０　ｓ型ガラスであり、約１０重量％のＢ、０．０２５重量％のＡ、８．５重量 ％のＳｉ、０．０４重量％のＴｉ、０．０１重量％のＦｅ、８．５重量％のＺｎ 、１２．５重量％のＺｒ、０．２５重量％のＨｆ、２．０重量％のＢａ、及び残 余のｐｂ、からなる名目上の組成を有する。全ての元素は対応する酸化物の重量 ％として記載されている。ガラスが液体になった後、それを約５００℃の温度で 約１０分間保持する。次にガラスを固化させると失透する。

その点で、それは約６５０℃の温度に達するまで再溶融しない、ガラスは焼成複 合体の約１５〜約５０体積％の範囲で存在し、好ましくは約２０〜約４０体積％ の範囲で存在する。

ガラスは約３００〜約１３００℃の軟化温度を持つように選択されるのが好まし い、処理温度は、ガラスが少なくともその軟化温度より高く、好ましくは液体状 態になるように選択される。

熱硬化性複合体は、セラミック及び金属の粒子と、成る温度より上の温度で失透 するガラスとを混合することにより形成してもよい。第一に、複合体は、ガラス が液体状態になる処理温度で形成するのが好ましい０次に複合体をほぼその処理 温度の炉中に、それが固化して失透した構造を持つようになる充分な時間保持す る。ガラスが結晶状態になった時それはガラス状態の場合より通常遥かに強くな る。この性質を持つ複合体、即ち失透したガラスと混合されたセラミックと金属 の粒子は、熱硬化性材料として特徴づけることができる。後者の特性は、再溶融 温度が最初の処理温度よりかなり高くなっているので賦与されている。

例えば、オーガラス・イリノイス社（Ｏｗｅｎｓ　ｌ１ｌｉｎｏｉｓＣｏ、）に よって製造されている失透はんだガラスＣＶＩＩＩは、約４７０℃の処理温度で 液体になる。このガラスは前に述べたように、ＰｂＯ−Ｚｎ０−ＢｚＯ＊型ガラ スであり、約１０重量％のＢ、０．０２５重量％のＡ、８．５重量％のＳｉ、０ ．０４重量％のＴｉ、０．０１重量％のＦｅ、８．５重量％のＺｎ、１２．５重 量％のＺｒ、０．２５重量％のＨｆ、２．０重量％のＢａ、及び残余のｐｂ、か らなる名目上の組成を有する。全ての元素は対応する酸化物の重量％として記載 されている。

ガラスが液体になった後、それを約５００℃の温度で約１０分間保持し、その結 果、固化して失透した構造を持つようになる。その点で、それは約６５０℃の温 度に達するまで再溶融しない、失透したガラスの熱硬化性特性は特に有利である 。なぜなら、それによって最終製品が、最初の処理温度よりも高い温度の環境で 用いることができるようになるからである。

複合体の第三の成分は、好ましくは処理温度で展性のある金属粒子からなる。金 属粒子は、最終複合体製品を緻密にするのに必要な圧力を著しく減少する能力を もつために与えられている。それらは処理工程中セラミック粒子間で圧搾される とセラミック粒子の表面の周りに流れ、それによってセラミック粒子相互の固定 を減少或は無くし、処理圧力を低下させると考えられる。例えば、通常の処理で は、セラミック粒子と金属粒子及びガラスとの混合物を、金属粒子が軟化し展性 になるが溶融はしない処理温度へ加熱することが含まれる。得られた複合体スラ リーは成形、即ち、型中で成形することができる。

セラミック・ガラス・金属スラリーは成形型の形に流れながら、セラミック粒子 は互いに圧搾される。ガラス相は隣接したセラミック粒子間から絞り出され、接 触点を与える。金属粒子が存在しないと、セラミック粒子は接触したままになり 、その位置に固定され、それによってスラリーの流動能力を遅延させる。複合体 を希望の最終形状へ緻密化及び成形するのに流動のし易すさが必要である。流動 性の低下は、最終形状が複雑に成る程重要になる。

本発明の独特な態様は、金属粒子を複合体中へ添加し、複合体スラリーの流動性 に著しい影響を与えることにある。金属粒子は、セラミック粒子を互いに滑り合 うことができるようにする一種の潤滑剤としての働きをする。

金属粒子の成るものは、隣接したセラミック粒子間の間隙中へ移動し、セラミッ ク粒子の相互の固定を起こす接触点の所へ流れ込むものと考えられる。互いに接 近するセラミック粒子によって絞り出される金属粒子は、セラミック粒子へ付着 して変形するものと考えられる。この変形によって、セラミック粒子の損傷を防 ぎながら、セラミック粒子を含むスラリーが成形型中で移動及び流動出来るよう になる。

金属粒子は、複合体の処理温度で溶融しないどのような金属或は合金から形成さ れていてもよい、好ましくは、金属及び合金は、アルミニウム、銅、鉄、銀、金 、ステンレス鋼、及びそれらの合金からなる群から選択される。

選択された金属及び合金は、処理温度で展性を持つのが好ましい、いずれの金属 又は合金でも、夫々その溶融温度及びその固相温度より低い温度では僅かな展性 しか持たないので、適切に選択された処理温度によって、その処理温度で展性に なる金属或は合金を使用することができる。金属又は合金が処理温度で充分展性 にならない場合には、成形工程中追加した圧力を適用して必要な変形を与えるよ うにしてもよい。金属又は合金の粒子は、約０．０１〜約５０μの平均直径を有 するのが好ましい。

最終的焼成複合体は、連続的又は不連続的に複合体全体に分散した金属粒子を含 んでいてもよい、金属粒子が連続的に分散している場合でも、それらはマトリッ クスを形成することはなく、主に局部的な焼結を受ける０粒子が連続的に分散し ている場合、生成物は導電性として分類され、粒子が不連続的に分散している場 合には、生成物は絶縁体として分類されるのが典型的であろう。

金属粒子は、焼成複合体の約４５体積％までの、処理温度で複合体の流動特性を 向上させるのに有効な量で複合体中に存在する。金属粒子は複合体の約５〜約４ ５体積％を構成するのが好ましい。

複合体が、部品を電気的パッケージにするため絶縁体の如きものとして分類され るのが好ましいような用途に対しては、金属粒子は焼成複合体全体に不連続的に 分散しているような体積％で与えられるのが好ましい、この場合の金属又は金属 合金粒子は、最終的焼成複合体の約２５体積％より少ない部分を構成するのが好 ましい、金属粒子は焼成複合体の約１５体積％より少ない部分を構成するのが一 層好ましい。これら範囲内に金属粒子の体積％を限定することが、最終的焼成複 合体中に連続的金属路が形成されるのを防ぐものと考えられている。

最終的複合体は、不連続的に分散した金属粒子を含む場合でも、セラミック粒子 だけがガラスマトリックスにより一緒に結合されて形成された複合体と比較して 、改良された熱伝導度を示す、金属粒子が分散した最終的複合体が、増大した熱 伝導度を有すると言うことは特に驚くべきことである。なぜなら、電気伝導度の 対応する増加はないからである。この異常な特性の理由は完全には分かっていな い。

複合体が電気伝導体として分類されるのが好ましい用途に対しては、金属粒子は 焼成複合体全体中に連続的に分散しているような体積％で与えられるのが好まし い。

この場合の金属或は金属合金粒子は、最終的焼成複合体の約２５体積％より多い 部分を構成するのが好ましい、金属又は金属合金粒子は、焼成複合体の約３０〜 約４５体積％を構成するのが一層好ましい、これらの範囲内に金属粒子の体積％ を限定することは、最終的焼成複合体中に連続的金属路が形成されるのを促進し 、それによって良好な電気伝導度と共に熱伝導度を与えるものと考えられている 。そのような電気伝導性複合体は、電気伝導性が望ましい工学的複合体及びエレ クトロニクス複合体のような電気的パッケージの分野以外の領域で広い用途を持 つものと考えられる。

本発明の複合体を形成する方法には、三つの主たる成分、セラミック粒子、金属 粒子及びガラスを与えることが含まれる。その方法、選択された特定の材料に依 存する種々の技術によって達成することができる０例えば、セラミック粒子は先 ず比較的展性のある金属粒子と混合し、次にそれらセラミック粒子を一緒に結合 するためのガラス粒子をその混合物へ添加してもよい。その混合物を、好ましく はガラス粒子が液体になる温度又は少なくともそれらの軟化温度に相当する処理 温度へ加熱する。

これによって、固体の金属及びセラミックの粒子が中に分散した溶融ガラスの半 固体スラリーを与えるのが好ましい。次に、好ましくは半固体スラリーとしての 複合体を、成形型中熱間鍛造又はホットプレスの如き慣用的方法によって希望の 形へ成形することができる。ホットプレスでは、混合物を約５００ρｓｉ〜約３ ００Ｘ　１０’ρｓｉの圧力で圧搾するのが好ましい、使用出来る最も低い圧力 は、隣接するセラミック粒子間に付着した金属粒子が変形出来るような圧力であ ると考えられる。これは処理温度の金属又は合金の展性に依存する。金属が処理 温度で充分展性でない場合には、金属粒子を変形させるのに一層大きな圧力を用 いてもよい。

最終的に、混合物を冷却してガラスを固化し、複合体を最終的失透形状物へ結合 する。窒化硼素の如き慣用的剥離剤を成形型の壁に付与し、圧搾された製品を成 形型から取外し易くしてもよい、剥離剤は成形型の壁にも、或は圧搾された本体 にも粘着しないのが好ましい。しかし、剥離剤が成形型の壁に粘着しないことを 主に考慮する０本発明の重要な利点は、圧搾された複合体が非常に緻密で、成形 型の形に非常に精密に合った最終的形を有することである。

本発明は、工業的に現在利用されているセラミック製造方法よりも遥かに厳しい 許容誤差及び一層複雑な形を持つ部品を製造することができる。この重要な利点 は主に次の理由によるものである。第一に、出発材料が、実際の製造過程中央わ れる有機物の如き成分を必ずしも含む必要がないことである。それら有機物が失 われることは余計な収縮をもたらすことがある。第二に、金属粒子は、処理中セ ラミック粒子が互いに一層よく流動出来るようにする。他の重要な利点は、焼成 温度が、今度はセラミック粒子を焼成する温度範囲より実質的に低くなることで ある。一層低い温度で処理することは、固有的に既知のいずれの方法に比較して も処理コストを低下する。

製造方法は、ホットプレス及び熱間鍛造を含めた慣用的工程を含んでいてもよい 。ホットプレスは粉末の混合物に対し、又は冷間圧搾物に対し直接行うことがで きる。

しかしガラスにより、ホットプレスは酸化性雰囲気を必要としてもよい。例えば 、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ２０ｉの如きはんだガラスは、ガラス状態の変化を防ぐた め酸化性雰囲気を必要とする。

熱的及び機械的性質の両方についての付加的な改良は、複合体中に失透ガラスを 用いることにより得ることができる。電気的パッケージの場合、失透ガラスによ り、パッケージが作動する温度よりもかなり低い温度でパッケージを形成するこ とができる。

例としての方法は次の通りである。

微粒状（９０％が一３２５メツシュ）の失透ガラス（オーエンス・イリノイス社 、ＣＶ　ＩＩＩ）約４５体積％を、約４５体積％の微粒状（−１２０メツシユ） のＡ　Ｉ２０　、及び約１０体積％のアルミニウム金属噴霧微粉末（−３２５メ ツシユ）と混合した。

得られた混合物を約５０Ｘ　１０３ｐｓｉで冷間圧搾した９次に冷間圧搾物を約 ４７０℃の温度及び約２５Ｘ　１０’ｐｓｉの圧力で、直径１１７４″、厚さ０ ．１″の円盤へホットプレスした。次にそれら円盤を炉の中に入れ、約５００℃ の温度に約１０分間維持し、最終的構造を失透させた。

ガラス質のガラスから形成されたセラミック・ガラス・金属複合体の一例は次の 通りである。

微粒状（９０％が一３２５メツシュ）のガラス質のガラス（コーニング社、７０ ５２）約４５体積％を、約４５体積％の微粒状（−１２０メツシユ）のＡ　Ｉ２ ０３及び約１０体積％の鉄金属噴霧微粉末（−３２５メツシユ）と混合すること ができる。得られた混合物を約５０Ｘ　１０’ｐｓｉで冷間圧搾することができ る。

次に冷間圧搾物を約１２２０℃の温度及び約２５ｘ　１０３ｐｓｉの圧力で、円 盤へホットプレスする。次にその円盤をガラス質の最終的構造へ固化する。得ら れた円盤は非常に緻密であると考えられ、約７０Ｘ　１０−’ｉｎ／　ｉｎ／　 ”Ｃの熱膨張係数を有する。

セラミック・ガラス・金属複合体は、導電性であるように作ることも出来る。こ の種の構造の一例を与える。

微粒状（９０％が一３２５メツシュ）のガラス質のガラス（コーニング社、７０ ５２）約１５体積％を、約４０体積％の鉄金属噴霧微粉末（−３２５メツシユ） 及び残余の微粒状（−１２０メツシユ）のＡ　Ｉ２０　、と混合する。得られた 混合物を約５０×１０’ｐｓｉで冷間圧搾することができる。次に冷間圧搾物を 約１２２０℃の温度及び約２５Ｘ　１０’ｐｓｉの圧力で、円盤へホットプレス することができる。次にその円盤をガラス質の最終的構造へ固化することができ る。得られた円盤は非常に緻密であると考えられ、約８６　Ｘ　１０−　’　ｉ ｎ／　ｉ　ｎ／　”Ｃの熱膨張係数を有する。

前述の複合体は半導体パッケージに間する用途に特に適している。第一に好まし い態様は、本発明の独特な複合体を第１図に例示した従来法のセラミック基部及 び蓋の代わりに用いたＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐパッケージに関する。従来法のパッケー ジ（８）は典型的には、セラミック基部（１０）と蓋（１２）及びそれらの間に 配置された導線構造体（１４）を有する。導線構造体を最初に密封用ガラス（１ ６）で基部部品（１０）へ結合する。導線構造体を基部（１０）へ結合するガラ ス（１６）は、第２図に例示したように導線構造体の上面より上へ突出している 。次に装置（１８）を慣用的密封用材料を用いて基部の表面へ結合する。次に装 置を結合用ワイヤー（２０）を用いて導線へ電気的に結合する。密封用ガラスか ら予め形成した前成形体（２１）を導線構造体と蓋（１２）の間に配置してもよ い。最後に蓋（１２）をそのガラス前成形体と基部（１０）上に重ねる０次にそ の構造体に温度及び圧力を加え、パッケージを気密に密封する。従来法のＣＥＲ Ｄ　Ｉ　Ｐパッケージの潜在的弱点は、第１図から明らかになる。基部と蓋の間 に配置された密封用ガラスは導線構造体が中に埋め込まれている。従って、導線 構造体の両側のガラス及びガラス結合部位は導線構造体の曲げによる大きな応力 を受ける。導線構造体は、通常パッケージの取り扱い及び取り付は中この種の曲 げ受ける。

本発明のセラミック・ガラス・金属複合体の出現によって、セラミック成形物は 比較的低い温度、即ち、約５００℃より低い温度で形成することができる。これ は特に半導体パッケージの製造に有用である。なぜなら、その場合、重要な問題 である極めて大きなコストの節約が得られるからである。セラミック・ガラス・ 金属構造体を形成するのに低い温度を用いることができるので、成形型の有効寿 命は長くなり、必要なエネルギー量は少なくなる。しかし、ガラス相のためのガ ラス質の低温ガラスは、形成された複合体が高い作動温度に曝されるために劣化 を受ける結果になることがある。この潜在的問題を解決するために、前に説明し たようにガラスマトリックスを失透ガラスから形成するようにしてもよい。

本発明の重要な特徴は、金属部材を複合体中へ埋めることができることである。

このことは複合体を最終的形状物へ成形する間に一段階で達成することができる 。金属部材は、複合体中のガラス相と熱的に両立できる金属又は合金から形成さ れているのが好ましい。もし金属部材がガラス相に付着しなければ、金属部材の 表面に接着性被覆を付けて同じ目的を達成するのが適切であろう。

適当な金属の例には、ニッケル、銅、アルミニウム、鉄、金、銀及びそれらの合 金からなる群が含まれる。

この技術を電気的パッケージを製造するのに適用すると、多種類の形状を持つこ とができる強くて安価なパッケージを容易に製造することができる結果を与える ０例えば、この方法はＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐを製造するさいの熱間成形工程中厚線構 造体を基体中へ埋め込むのに用いることができる。その結果、従来のＣＥＲＤ　 Ｉ　Ｐの場合のようにガラス密封材中へ埋めるのではなく、セラミック・ガラス ・金属複合体中へ直接埋められた導線構造体を与えることになる。この新しい構 造によって、ＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐ構造の重要な弱点の一つ、即ち、導線構造体の曲 げによるガラス密封部の破壊が解消される。

第３図に関し、そこには半導体ケース（２２）が例示されている。基部部品（２ ４）及び蓋部品（２８）は両方共本発明のセラミック・ガラス・金属複合体材料 （２６）から形成されている。複合体材料は、セラミック粒子、それらセラミッ ク粒子を一緒に付着させるためのガラス相、及び複合体全体に互って不連続的に 分散した金属粒子からなる。金属導線構造体（３０）が基部部品（２４）中へ埋 められている。

硼珪酸塩、ソーダ・石灰・シリカ、鉛珪酸塩及び鉛・亜鉛硼酸塩からなる群から のはんだガラスの如き密封用ガラス（３２）によって基部部品（２４）が蓋部品 （２８）へ結合されている。

セラミック・ガラス・金属複合体材料（２６）は、本明細書中前の方で述べた原 理に従って構成してもよい０例えば、セラミック粒子は最終的複合体の約２０〜 約８０体積％、好ましくは複合体の約４０〜約６５体積％を占める。セラミック 粒子は約１〜約２００μの大きさの範囲で選択される。

金属粒子は、処理温度での複合体の流動特性を向上させるため、複合体の約２５ 体積％までの有効量、好ましくは約１５体積％までの有効量を占める。処理温度 は、複合体を一緒に結合するガラスの軟化温度より高く選択されるのが好ましく 、ガラスが液体になる温度以上であるのが一層好ましい、更に、密封用ガラス（ ３２）の結合時間及び温度は、複合体中のガラスが蓋及び基部をひどく変形する のに充分な程軟化しないように選択される。更に、金属粒子は大きさが約０．０ １〜約５０μである。金属粒子は、複合体の流動特性を向上させるために選択さ れた処理温度より高い溶融温度を持っている。金属粒子は、複合体を形成するた めの処理温度で溶融しないように選択される。複合体を一緒に付着させるための ガラスは、ガラス質のガラス及び失透ガラスからなる群から選択される。

複合体のマトリックスとして失透ガラスを用いることにより、ＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐ パッケージの熱的及び機械的性質の付加的改良を得ることができる。特に失透ガ ラスは複合体の熱伝導度及び機械的性質を改良する結果になる。

第３図に例示したような半導体ケース（２２）は、次の諸工程により製造しても よい。基部部品（２４）及び蓋部品（２８）を、次のようにして製造することが できる。先ず、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）及びポリビニルアルコー ル（ＰＶＡ）の如き有機結合剤とのセラミック・ガラス・金属混合物を適当な大 きさ及び形状へ冷間圧搾する。次にそれら部品を約４００℃より低い温度へ焼成 し、有機結合剤を燃焼除去する０次に第３Ｂ図に例示したように、金属導線構造 体（３０）を基部部品の一番上の表面上に置き、ガラスが軟化する温度及び約３ ００Ｘ　１０’ｐｓｉまでの圧力でホットプレスし、その結果導線構造体の一番 上の表面が露出されたままになり、ガラスが固化し、有機物が燃焼除去されて残 った気孔中を満たすようになる。

導線構造体は、複合体中のガラス相と熱的に両立できる金属又は合金から形成さ れているのが好ましい。また、導線構造体材料は密封用ガラス（３２）と同様複 合体のガラス相にも結合できるのが好ましい。もし金属導線構造体自体がガラス 相に付着しないならば、金属導線構造体の表面に接着被覆を付け、同じ目的を達 成するようにすることが適切であろう、適当な導線構造体金属の例には、ニッケ ル、銅、アルミニウム、鉄、金、銀及びそれらの合金が含まれる。しかし、本発 明は、それらの金属又は合金に限定されるものではなく、必要な機能を発揮する どのような金属又は合金を含んでいてもよい、典型的には、半導体装置（３４） は、金・珪素付着合金又ははんだの如き慣用的結合用材料を用いて基部部品に取 り付けてもよい。次に、装置（３４）を導線構造体の端部にワイヤーにより結合 してもよい０次に密封用ガラス（３２）前成形体を基部部品（２４）と蓋部品（ ２８）との間に配置する。次にパッケージを密封用ガラス（３２）の軟化温度へ 加熱し、そして−緒にプレスする。次にパッケージを冷却して密封用ガラス（３ ２）を固化し、気密な密封を形成する。

第３図に例示した種類の半導体ケースは、従来法のＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐに優る独特 の利点を有する。例えば、導線構造体を基部部品中ヘブレスすると著しく良好な 導線共通平面性をもたらすであろう。これは超音波ワイヤー結合機の速度を大き くするであろう。なぜなら、導線構造体とチップとの間の導線ワイヤーの結合操 作が著しく速くなるからである。第２図に示したような導線先端間の光ったガラ スも実質的に除去されている。これは、導線構造体（３０）が第３Ｂ図に例示し たように、今度はセラミック・ガラス・金属基部（２４）中へ固定されているか らである。視野識別装置ｉ　（ｖｉｓｉｏｎ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　ｓｙｓ ｔｅｍ）の効率を著しく増大し、それに対応してワイヤー結合操作の生産性が増 大することは利点である。現在、視野識別装置は、ＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐ部品に結合 された導線構造体の導線先端を自動的に位置付けるのに用いられている。その装 置は、ガラスの反射性が導線先端上のアルミニウムに等しいか又はそれより大き いと、導線先端と介在するガラス等を屡々間違える。視野識別装置は無彩色スケ ールのコントラストに基づいて作動しているので、この問題は視野識別装置の重 大な誤作動を惹き起す。現在の解決法は、ガラスを導線先端に比較して遥かに低 い水準に保つことである。これは一層厳密な工程制御によって達成することがで きるが、屡々識別誤差は残り、不良作業は手動機械で完了させなければならない 。本発明の方法はアルミニウム又は金属化導線に隣接して暗いセラミックを与え ることができ、それによって優れたコントラストを与える。

第４図に間し、そこには電気的パッケージ（３１）の別の態様が示されており、 そのパッケージには蓋部品及び基部部品（２Ｂ’）及び（２６’）のそれぞれの 内側空腔中に埋められた金属板（３３）及び（３４）が含まれている。このパッ ケージ（３１）は、第３図に例示した態様に関して上で述べたものと同様なやり 方で製造することができる。第３図に例示したものと本質的に同じ第４図に例示 した部品は、同じ参照番号に′が付けられている。金属板は、通常その金属材料 が天然に存在する放射性元素を従来のセラミックに比較してかなり少ない量でし か含んでいないので、「ソフトエラー」の可能性を少なくしている。放射性元素 は、半導体メモリーにとっての重大な問題であるソフトエラーの原因になってい る。従来のセラミック製造業者は、セラミック部品の放射性を減少させるのに高 価な材料を使うことに頼っている０本発明は、第４図に示したように、セラミッ ク複合体蓋（２８’）の空腔中に金属板（３３）を埋めることによってこの問題 を解決している。この金属板は、複合体のガラスマトリックスと熱的に両立でき る金属又は合金から形成されているのが好ましい。

また、金属材料は複合体のガラス相に結合できるのが好ましい。もし金属自体が ガラス相に付着しないならば、金属の表面上にメッキの如き、付着性被覆を付け て同じ目的を達成するのが適切であろう。適当な金属材料の例には、ニッケル、 銅、アルミニウム、鉄、金、銀及びそれらの合金が含まれる。蓋中の金属板（３ ３）と−緒に電磁気遮蔽を与える金属板（３４）を基部の空腔中に入れることも 本発明の範囲内に入る。基部の空腔中に配置された金属板は、蓋中の板について 特定化されたのと同じ選択条件を有する。

金属板を取り付けて製造されたＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐ部品は、従来の方法によって製 造された部品に比較して付加的な利点を有する。装置取付は空腔の金属化は、装 置取付は空腔中に厚いフィルムを適用する従来の方法に比較して遥かに薄いフィ ルムを電着することによって達成してもよい。従来の厚いフィルムを適用する方 法では、約６００〜約７００μｉｎの大きな厚さの金を適用している。この厚さ は焼結法によって得られている。焼結された金層はこの焼結法の結果として多孔 質である。金ペーストはその主成分として金及びガラスの粉末を含んでいる。こ れらの粉末は溶質相と溶媒相からなる有機相中に含まれており、ペーストの適用 に際し適切なレオロジーを与える。

焼結された金が多孔質の性質を持つことは、装置取付は過程の問題、即ち、存在 する未知の気孔の程度及びそれを適切に制御できないと言う問題に対する安全対 策として一層厚い層を必要としている。焼成工程中、ガラスフラックスは化学的 に基体と結合する。しかし、ガラスと金との間の結合は機械的性質を持つ、ガラ ス相と金は互いに入り込み、無数の機械的締止を形成する。そのような結合を形 成するのに用いられる金の余分の量はこのような適用の仕方に特別なものであり 、金属板へ金を電気メッキする場合には不必要である。

された金の層は、同じ目的を達成するのに約５０〜約６０μｉｎより厚くする必 要はない、金はＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐのコストのかなりの部分、即ち、約４０％を占 めるので、９０％程の多くの全使用量の減少は部品のコストを劇的に低下するで あろう。

本発明は、ＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐの形態に限定されるのではなく、ＣＥＲＱＵＡＤＳ の如き他の設計形態も含めている。

これはＣＢＲＤ　Ｉ　Ｐと同様であり、但し導線がパッケージの四つの側面から 伸びている点が異なる。従来これはセラミックパッケージでは、導線の屈曲が密 封部に与える衝撃のため不可能であった。

本発明の別の態様は、第５図から第１０図に示されているような多層パッケージ の製造に間する。第５図で、前に述べた原理に従って冷間プレスされたセラミッ ク・ガラス・金属複合体（４０）の第一の層が例示されている。第６Ａ図及び６ Ｂ図には、好ましくは層（４０）を形成するのに用いたのと同じ材料からなる冷 間プレスしたセラミック・ガラス・金属複合体（４２）の第二の層が例示されて いる。第７Ａ図及び７Ｂ図には、好ましくは層（４２）を形成するのに用いたの と同じ材料からなる冷間プレスしたセラミック・ガラス・金属複合体（４４）の 第三の層が例示されている。

希望に応じ種々の形態の金属部材を、製造される部品の特別な条件に従って異な った位置に付加し、組み立ててもよい。例えば、第８図では導線構造体部品（４ ６）が層（４０’）及び（４２’　）の周りに配置されている。別の図で例示さ れたものと本質的に同じ部品は、′を付けた同じ番号で示されている。金属部材 （４８）は第一の層（４０’）の表面にも配置されている。更に金属密封環（５ ０）が第三の層（４４’）の一番上の表面上に配置されている。

金属部材（４８）及び（５０）と−緒にこれらのセラミック・ガラス・金属部品 によって形成された構造体（４９）を、次にホットプレスし、導線構造体（４６ ）及び密封環（５０）を複合体本体（４７）中へ埋め込み、第９図に例示した構 造体（５４）を形成する。この第９図は第８図と同じスケールにはなっていない 、ホットプレスは、複合体のガラスマトリックスのために選択されたガラスに依 存する処理温度で行なわれてもよい。金属部材（４９）を、金の層で電気メッキ し、半導体装置のそれへの結合を強くするようにしてもよい。装置を空腔内に取 り付け、導線（５１）の端部ヘワイヤーで結合してもよい。最後に金属覆い（図 示されていない）を密封環（５０）へ密封することができる。

気密に密封された部品又は他の同様な装置を形成するのに用いられる金属は種々 のやり方で表面被覆してもよい０例えば、金属は金メッキしてもよい。硼珪酸塩 はんだガラスの為の約４７０℃の典形的な処理温度は、そのようなメッキの品質 を劣化しないであろう。また、金属は選択的にメッキすることもでき、例えば、 結合先端（３１）及び導線構造体の露出部分を金メッキしてもよい。複合体と接 触する金属領域をニッケルメッキし、ガラスと金属との間の付着を改良するよう にしてもよい。金属挿入物（４８）又は（５０）の部分を、複合体中へ埋めた後 メッキすることができる。材料系の特別な要件及び製品の用途により、必要に応 じ、希望の金属又は金属合金でメッキすることも本発明の範囲に入る。更に被覆 が希望の被覆になっている複合体金属挿入物（４８）又は（５０）を、もし適切 ならば用いることができる。

第１０図に例示した態様に関し、そこには第９図のＣＥＲＤＩＰ装置パッケージ と同様なパッケージ（５９）が示されており、冷却部（６０）及び一番上の覆い （６２）が付加されている。パッケージ（５９）は無導線セラミックチップ保持 体として分類することができる。この態様は金属構造体を複合体へ結合すること ができる利点を有する。金属構造体は、第４図の金属部材（３３）及び（３４） に関して述べた原理に従って選択される。冷却部（６０）は上方部分（６８）を 有し、それは外形が複合体本体（６６）中の空腔（６５）と実質的に同じになっ ており、空腔（６５）へ伸びている。冷却部（６０）は前に述べた原理に従って 上方部分（６８）よりも大きな下方部分（６９）も持ち、それは複合体本体（６ ６）の外側表面（６７）の方へ伸びている。冷却部（６０）は、装！　（６３） によって発生した熱を除去することと、装置（６３）が結合される表面（６１） を与えることの両方の働きを持っている。この場合も表面（６１）は、前に述べ た如き金メッキされていてもよい。一番上の覆い（６２）は、導線構造体（４６ ）のために選択されるものと同様な希望の金属又は合金から作られていてもよく 、はんだ付は及びろう付けの如き慣用的方法を用いて密封環（５０’）に結合す ることができる。

第１１図のＢ様に関し、そこには第１０図のパッケージと同様なパッケージ（７ ０）が示されている。但しセラミック本体（７４）中に埋められた導線構造体（ ７３）に外部導線（７２）がろう付は又は溶接されている点が異なる。冷却部（ ６０’　）上に付は加えたひれ（７１）は任意的なものである。更に、金属冷却 部（６０’　）自体も任意的なものであり、もし望むならばそれは省略してもよ いが、熱的性能を良くするために与えられている。冷却部（６０’）は、例えば 、銅、アルミニウム、金、銀、ニッケル、鉄及びそれらの合金からなる群から選 択されたものの如き伝導度の大きな金属又は合金で、セラミック本体（７４）を 形成するのに用いられたセラミック・ガラス・金属複合体材料と両立できるもの から形成されているのが好ましい、金属蓋（６２’）は、複合体本体（７４）中 に埋められた金属密封環（５０″）にはんだ付け、ろう付は又は溶接されている のが好ましい。

第１２図に例示された態様に関し、そこには第１０図のパッケージ（５９）と同 様なパッケージ（８０）が示されている。

パッケージ（５９）とパッケージ（８０）との間の差は、密封環（５０’）と金 属覆い（６２）がセラミック・ガラス・金属複合体覆い（８２）及び密封用ガラ ス（８４）で置き換えられているところにある。この場合も冷却部（６０勺は任 意的なものであり、もし望むならば省略してもよい、埋められた内部導線（８８ ）は、もし望むならば比較灼熱伝導度の低い材料から製造してもよい、なぜなら 、導線及び導線構造体は熱的性能に大きくは関与していないからである。導線（ ９０）も比較的伝導性の低い材料から作られていてもよい。

導線構造体（８８）と導線（９０）の両方は固体金属から形成されているので、 導線（９０）は、多層パッケージで典型的に行われているような金メツキ体に金 合金をろう付けするのではなく、スポット溶接により導線構造体（８８）へ取付 けてもよい。これはコスト上大きな利点を与える。

第１３図の態様に関し、そこにはＣＥＲＤ　Ｉ　Ｐパッケージのための高品質代 替物を与えるパッケージ（１００）が例示されている。セラミック・ガラス・金 属部品（１０２）はパッケージの本体を形成する。導線構造体（１０４）は本体 （１０２）中に埋められている。導線（９０’）は、ろう付は又はスポット溶接 の如き慣用的方法のいずれかによって導線構造体（８８’）に結合することがで きる。金属密封環（５０−）も複合体（１０２）の一番上の表面（１１０）中に 埋められている。

密封環（５０″′）はその上面に付けられた金被覆（１１２）を有する。チップ からの結合ワイヤーを結合しやすくするために、導線構造体（８８’）の端部に も金被覆（１１４）が与えられている。最後に、慣用的蓋（６２’″）が、はん だ付けの如き慣用的手段のいずれかによって密封環へ密封するため与えられてい る。

第１４図の態様に関し、第１３図に例示したものと同様なパッケージ（１２０） が例示されている。しかし、パッケージのコストを低くするため、金属蓋（６２ −）及び金被覆（１１２）は、はんだガラス（８４’）によりセラミック・ガラ ス・金属部品（１０２’）に直接結合されたセラミック蓋（８２’　）で置き換 えられている。

第１５図の態様に関し、そこには優れた熱的性能を有する独特な冷却部が与えら れたパッケージ即ち、半導体ケース（１３０）が例示されている。パッケージ（ １３０）は、半導体装！　（１３５）を収容するのに用いられる空腔（１３３） を有する本体部品（１３１）を有する。導線構造体（１３４）も本体部品（１３ １）中に埋められており、空腔中に伸びた導線端部（１３９）は半導体装置（１ ３５）にワイヤー結合されている。コ・ツブ型部品（１３２）がセラミック・ガ ラス・金属部品（１３１）中に埋められており、そのコツプの表面（１３７）が 装置取付は表面になっている０部品（１３２）の側壁（１４２）から実質的に垂 直に伸びているフランジ（１３８）は、ケース（１３０）の底面の一部になって いる。実際上、フランジ（１３６）は冷却部になっている。フランジ（１３６） は上へ曲げられた端部分（１３８）も有し、それはフランジ（１３６）に対し実 質的に垂直に伸び、パッケージの側面の所を上へ伸びている。しかし、その端部 品（１３８）を省略することも本発明の範囲に入る。もし望むなら、銅のような 導電性の大きな材料の金属部材（１４０）を、パッケージの底にフランジ（１３ ６）の一方の部分からそのフランジの他方の部分へまたがって取付け、フランジ の冷却能力を更に増大するようにしてもよい。コツプ（１３２）の延長部分の側 壁（１４２）には、複数の孔（１４４）をあけ、それを通ってセラミック・ガラ ス・金属混合物が空腔中へ流れてそれを埋めるようにしてもよい、最大の熱的性 能を与えるため、コツプ型フランジは銅の如き熱伝導度の大きな材料から選択さ れるのが好ましい。コツプの厚さは、熱膨張係数の不整合によるセラミック・ガ ラス・金属複合体と金属コツプとの間の結合を損なうことなく、最大になるよう にすることができる。密封用Ｍ（図示されていない）を一番上の表面（１４６） の上に取付けてもよい。その蓋は、金属、釉薬付金属又はセラミックの如きどん な希望の材料から形成されていてもよく、第１２図、１３図及び１４図に例示し た態様に関して述べた方法に従って、密封用ガラス、密封環及び金錫はんだ、又 ははんだガラスにより結合してもよい。

ここに記述するセラミック・ガラス・金属複合体は、複数のセラミック・ガラス ・金属基体の隣接した対の間に成る模様の導電体を持つことができる多層セラミ ック・ガラス・金属基体を製造するのに特に有用である。単位装置を製造する工 程を次に記述する。第１６Ａ図に例示したような基体（１５０）で、好ましくは セラミック・ガラス・金属複合体とＰＮＮＡの如き有機結合剤との混合物を固化 する方法によって形成された基体を用いて組み立てを始める。必要に応じ、どの ような数の貫通孔（１５２）をあけてもよいことに注意する。これらの貫通孔（ １５２）はどんな希望の直径のものでもよく、典型的には約５〜２０ミルの範囲 にある０貫通孔（１５２）の大きさは本発明の一部にはなっておらず、それらは 必要に応じ、大きくても小さくてもよい。孔（１５２）には、例えば、金、銀、 白金、パラジウム、銅及びそれらの合金の如き希望の導電性材料からなる粒子と 有機媒体との導電性ペーストの如き導電体（１５４）を満たしてもよい。もし望 むならば、基体（１５０）に用いられるガラスは、導電体（１５４）とセラミッ ク。

ガラス・金属基体（１５０）との間の結合強度を増大させるため、導電体粒子と 混合してもよい。貫通孔は、固体ワイヤーが入っているか、或ははんだの如き導 電体で満たされていてもよい。金属（１５６）、（１５８）の層は、例えば、銅 、アルミニウム、鉄、銅・銀、銅・金及びそれらの合金如きどんな希望の導電性 材料から形成されていてもよい。

再び第１６Ｂ図に関し、金属箔の層（１５６）及び（１５８）は、セラミック・ ガラス・金属構造体（１５０）の一方の面又は両面に配置されていてもよい。金 属箔の層（１５６）、及び（１５８）は、セラミック・ガラス・金属基体のガラ スに接着しているのが好ましい、しかし、それら箔層を、米国特許出願Ｓ　ｅｒ ｉａｌ　Ｎ　ｏ、８１１，８４６に記載されているようなガラスで基体へ結合す ることも本発明の範囲に入る。例えば、金属箔は、脱酸された銅合金及び酸素を 含まない銅合金からなる群から選択されてもよい。ガラスは珪酸塩、硼珪酸塩、 硼酸塩及び燐酸塩ガラスからなる群から選択されてもよい、構造体（１５０）は 先ず有機結合剤が燃焼除去される温度で焼成する。この燃焼除去温度は典型的に は約４００℃より低いが、適切であるなら、もつと高くてもよい、箔とセラミッ ク・ガラス・金属基体との積層組立体を次にガラス軟化温度へ加熱し、積層圧力 を加え、金属箔の層を基体（１５０）内のガラスマトリックスへ付着させ、貫通 孔（１５２）中の伝導体（１５４）を箔層（１５６）及び（１５８）と接触させ る。基体（１５０）と、箔層（１５６）、（１５Ｂ）との間にガラス層を配置す ることも本発明の範囲に入る。

構造体を、ガラス層が軟化し、箔層（１５６）、（１５８）を基体（１５０）へ 結合する温度へ加熱する。

第１６Ｃ図に関し、多層回路模様（１６０）、（１６２）を、慣用的乾式フィル ム、ホトレジスト法による食刻の如き希望の方法により箔層（１５６）、（１５ ８）に形成してもよい、用いられる慣用的ホトエツチング法には慣用的ポジ型ホ トレジストを箔層（１５６）及び（１５８）の外側表面に被覆することが含まれ る。そのホトレジストは光分解型′の感光性樹脂からなっていてもよい。次に露 出光に対し不透明な材料からなる指定された模様のマスクをホトレジストと接触 させて置く。光に露出するとホトレジスト層のマスクされていない部分だけが露 光する。次にマスクを取り除きレジストを現像する。レジストの露光した部分が 除去され、その後の食刻工程で回路が形成される０食刻は、沃化カリウム又はＦ ｅＣｌ５／ＨＣＩ銅食刻剤の如き慣用的溶液を用いて達成することができる。組 立体は、このようにして数回ホトレジストで被覆し、食刻し希望の模様及び構造 を生じさせるようにしてもよい。この組立体はハイブリッド回路装置になるよう に利用することができる。

次に第１６Ｄ図に示したように前に記述した構造体（１５Ｇ）と同じ方法により 形成することができる第二のセラミック・ガラス・金属複合体（１６４）を、構 造体（１５０）に結合された箔の一番上の表面（１６６）上に配置するか積層す る。

組立体を、基体（１５０）及び（１６４）の各々中のガラスが軟化する温度へ加 熱する。次に積層圧力を適用して、構造体（１５Ｇ）を構造体（１６４）に対し てプレスし、二つの構造体のガラスの接着を起こさせる。この工程を遂行するの に、約３００ｐｓ　ｉより低い圧力で適切であると思われる。しかし、どんな適 切な積層圧力が適用されてもよい０本発明は、これまで基体（１５０）に箔を付 着させた後電気回路模様をそれに形成する場合について記述してきたが、箔を基 体に適用する前にどのような希望の方法により箔に導電体模様を形成することで も本発明の範囲に入る。次に、基体と箔をガラス軟化温度へ加熱し、積層圧力を 加え、第１６Ｃ図に示すように箔をセラミック・ガラス・金属基体に付着させる ようにしてもよい。

然る後、第１６Ｄ図に見られるように、多層ハイブリッド回路組立体（１６７） を生ずる上述の工程を繰り返し、任意の数の層を形成してもよい。得られた構造 体（１６７）は、それらが固化温度から室温へ冷却された時、セラミック・ガラ ス・金属構造体によって典型的に経験される熱収縮によって実質的に悪影響を受 けない点で特に有利である。

従って、得られるハイブリッド回路組立体は再現性があり、導電体層と電気的接 続部との間の回路は貫通孔のによる接触を維持している０例えば、構造体（１６ ４）の貫通孔（１７０）及び（１７２）中の導電体はセラミック・ガラス・金属 構造体（１５０）に形成された回路（１６０）と接触している。

再び第１６Ｅ図に関し、そこには基体（１５０）の表面（１８２）上の導電性回 路と接触した複数の導電体充填貫通孔（１８０）を有する付加的基体（１７８） が示されている。導電性回路（１６２）と貫通孔（１８０）との配列は、貫通孔 の電気的接触の問題が実質的に起きないように制御することができる。

最後に、導電体ビン（１８４）を、ろう付けの如き何等かの手段で導電体充填貫 通孔（１８０）へ取付け、ピングリッドアレー構造（１６Ｂ）を形成するように してもよい。

本発明の別の態様として、第１６Ｃ図に例示したような回路（１６０）及び（１ ６２）を、第１６Ａ図に示したように、基体（１５０）上に金属導電性ペースト をスクリーンプリントすることにより金属（１５０）へ適用してもよい、この方 法で、基体（１５０）を高温ガラスを用いて形成し、導電体ペーストを適用する 前に焼成してもよい。次に、導電体ペーストを、約り５０℃〜約１０００℃の温 度で約３００Ｘ　１０３ｐｓｉまで加圧焼結し、回路導電体中の金属粒子を固化 し、それらがセラミック・ガラス・金属基体（１５０）中のガラスに結合すると 共に高度に導電性になるようにするのが好ましい。

この工程は、基体がその形を失わないように成形型内で達成することができる。

然る後、第１６Ｄ図及び１６Ｂ図に示されているように、付加的基体を基体（１ ５０）のどちらかの側に配置し、前に述べた（１６７）と（１６８）と同様な多 層構造体を形成するようにしてもよい。

本発明は、特定の用途に従い選択された組成物を用いて容易に形成されるセラミ ック物品にも関する。記載した複合体は、工学的セラミックスの一般的分野で用 いるのに特に有利である。これには、セラミックエンジン及びエンジン部品、切 断工具、人体代替品及び極めて多種類の他の可能な物品の如き分野でのセラミッ クスの新しい広い範囲の用途が含まれる。本発明は、製造の狭い許容誤差及び容 易さに対する要求と同様、セラミック材料に固有の利点を共に必要とする製品を 形成するのに特に有用である。セラミック材料は、高温に耐える性質、低い誘電 率、大きな強度及び化学的安定性のために特に注目されている。

第１７図から第２１図は、本発明の複合体から形成することができる色々な種類 の物品を示している。第１７図はセラミック回転羽根の一例であり、第１９図は 主にセラミック部品から形成されたエンジンの一例であり、第１８図は人体部分 の補綴体の一例であり、第２０図は砥石車の一例であり、第２１図は金属挿入体 を持つセラミックエンジンブロックの一例であり、全て本発明による複合体から 形成されている。第１７図〜第２１図に示されている例は、記載の複合体の可能 な用途を出し尽くしていることを意味するのではなく、その広い範囲の用途の例 を示しているだけである。典型的には、本発明の複合体は、セラミックの物理的 特性が特に有利になる用途で最も有用である。

第１７図〜第２１図に示した特定の構造体は、単なる例であって、本発明の限定 を意味するものではない、むしろ各図は、本発明による物品の種類の一例を表し ている。

示されている構造形態は実際によく知られた構造形態であり、同じ種類の物品を 与えるのに極めて多種類の他のよく知られた構造形態をそれらの代わりに用いる ことができる。

本発明によれば、それら物品を、成形型中での熱間鍛造及びホットプレスを含め た慣用的方法によりセラミック・ガラス・金属複合体の混合物から形成するのが 好ましい。別法として、もし望むならば、例えば、ポリメチルメタクリレート（ ＰＮＮＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の如き有機物と一緒に複合体を予 め成形し、維持してもよい。処理に際し、その前成形体を先ず揮発性の有機物が 除去される温度に加熱してそのための時間維持する。次に前成形体をホットプレ ス又は熱間成形し、最終製品に最大の密度が得られるようにすることができる。

第１７図は、セラミック・ガラス・金属複合体から製造されたセラミック回転子 （２００）を例示している。長年の間、高温排気物に曝される領域にセラミック 部品を用いることによりエンジンのためのターボ積載タービンの効率を改良する ことが試みられてきた。これは来るべき世代のガスエンジンを小型に且つ一層効 率的にするのに重要である。ターボ積載タービン、特に回転子に現在用いられて いる非冷却金属超合金は、クリープに関連した損傷によりこれらの温度では適切 に機能を果たすことは出来ないであろう。更に、回転子は極めて腐食性の高温エ ンジン排気ガスに常に接触している。更に、回転子は形が複雑なため非常に注意 事項が多い。高価な超合金タービン羽根をセラミック羽根で置き換える試みがな されてきた。しかし、処理は非常に高価であり、大量生産にかけにくい、セラミ ック材料の強度のため、最終的成形はダイヤモンドの如き材料を用いた高価な時 間のかかる切削を必要とする０本発明の原理を用いたセラミック回転子は、合理 的なコストで製造することができる。なぜなら、それは一段階法で正確で複雑な 形へ成形することができるからである。複合体の金属粒子とガラスの両方は、セ ラミック回転子が経験する作動温度に耐えるように選択されるのが好ましい０例 えば、ガラスは約１２２０℃の液相温度を有する硼珪酸塩から選択されるかも知 れない。

金属粒子は耐食性であるのが好ましく、ステンレス鋼、タングステン、モリブデ ン及びニッケルの如き材料から選択することができる。セラミックはガラスのそ れらの温度及び化学的性質に耐えることができるように選択される。これらには 、アルミナ、炭化珪素及び炭化チタンが含まれる０本発明は、従来法で一般的に 起きている収縮問題を実質的に起きなくしているため、セラミック回転子を必要 な複雑な屈曲した形へ成形する並外れた状況を与える０本発明は、極めて良好な 形の許容誤差で一層低い値段及び一層低い温度でセラミック回転子を作ることを 可能にしていると考えられる。

第１９図は、セラミック・ガラス・金属複合体から作られた多くの部品を有する エンジン（２２０）を例示している。

その複合体材料はエンジンブロックを形成するのに特に有利である。なぜなら、 それは高い作動温度に耐え、正確で複雑な形へ容易に成形することができ、比較 的安価な材料からなるからである。更に、もし望むならば、金属挿入物は、必要 に応じ複合体中へそれが形成される時直接鋳込んでもよい、主にセラミックスか ら形成されたエンジンは、金属エンジンより遥かに高い温度で作動でき、そして 恐らく冷却する必要がないので、特に有用になるものと考えられる。

第１９図に例示したエンジンブロック（２２０）は、セラミック・ガラス・金属 複合体から形成されてもよい。シリンダー（２６）の如き金属挿入物は、エンジ ンブロック中に適切に組み込むことができる。エンジンブロックに適したセラミ ック・ガラス・金属複合体、約２０〜約３５体積％の硼珪酸塩ガラス、約５〜約 １０体積％の鉄又は鉄合金粒子及び残余のアルミナ粒子からなっていてもよい。

更に、複合体の成分は、その材料がエンジンブロックの冷却を更によくするよう に大きな熱伝導性を持つような割合で選択することができる。これは、鉄又は鉄 合金粒子の体積％を約３０〜約４０体積％へ増加し、それらが複合体中連続した 分散状態になるようにすることを含んでいるかもしれない。この場合、恐らくガ ラスは約１５〜約２５体積％の範囲で存在するであろう。

第１８図は人体代替品（２３０）を示している。特に、これは人間の腰骨補綴体 である。従来、人体の代替品、特に骨及び関節は、ステンレス鋼、チタン及びコ バルトの合金と同様セラミックから形成されてきた。金属材料は、それらが生物 学的環境中に存在しているので腐食疲労を特に受けやすい。骨代替品に必要な物 理的性質は、靭性、非腐食性及び成形し易すさである１本発明の複合体材料は、 この用途に特に有利である。適当な材料及び性質は、複合体が複雑な形に容易に 成形することができ、非腐食性、及び幾らか人の骨に似ていてそれと両立するこ とができ、それによって人体に速く適応するように選択することができる。適切 な複合体は約４０〜約６５体積％のアルミナの如きセラミックから形成されるこ とも考えられる。

アルミナは、それが高品質で得られるので特に有利である。金属粒子は、高度に 耐食性になるように選択されるのが好ましく、銀、金又はステンレス鋼を含んで いてもよい、金属粒子は最終複合体の約５〜約１５体積％を示るであろう。複合 体の残りはガラスであり、それは人体中、体の温度で良好な化学的耐久性を持つ と考えられるガラスである。この用途では、複合体は、必要な複雑な形に形成し やすいこと、化学的耐久性及び必要に応じ形を変えることができることのため、 特に有利である。このことは代替品にとって特に重要である。なぜなら、それら は医者の処方従って、作られなければならないからである。腰骨補綴体が例示さ れているが、必要に応じどのような人体代替品を形成することでも本発明の範囲 に入る。

第２０図は砥石車（２４０）を例示している。砥石車の一つの重要な特性は、そ れが他の多くの材料を切削できるようなその固さにある。摩耗抵抗もその予想寿 命に間する一つの因子である。砥石車は、粒子が取れて新しい切削表面を与える ように脆いのが好ましい。熱発散性も重要であり、最後に砥石車は耐熱衝撃性で あるのがよい０本発明のセラミック・ガラス・金属複合体は、これらの特性の各 々を持つ砥石車へ容易に形成することができる。

金属粒子は複合体の約５〜約２０体積％を占め、銅、タングステン、モリブデン 、ニッケル及びそれらの合金を含めた材料から選択される。ガラスは複合体の約 １５〜約２５体積％占め、硼珪酸塩であるのが好ましい。複合体の残りはセラミ ックであり、アルミナ、炭化珪素及び炭化チタンを含めた材料から選択してよい 。砥石車全体に分散した金属粒子は大きな熱伝導度を与え、砥石車からの熱移動 を良好にする。

従って、第１７図から第２１図は、本発明に従って、複合体から形成することが できる多種類の工学的セラミック製品を例示している０種々の物品に関し、特別 な材料が言及されているが、それらは例であることを意味し、本発明を限定する ことを意味するものではない０本発明による望ましいセラミック・ガラス・金属 複合体は、図示したどのような物品にも用いることが出来るであろう。

記載したセラミック・ガラス・金属複合体の他の用途には、切削工具、密封材、 ベアリング、鋏み及びナイフが含まれる。

要約すると、高強度、厳しい許容誤差を持つ複雑な形への成形しやすさ及び耐食 性を有するこれらの物品が本発明により与えられる。

工学的セラミックには、必要に応じ他の材料と混合された全てのファインセラミ ックスが含まれ、即ち、本発明のセラミック・ガラス・金属複合体が含まれ、そ れらはエレクトロセラミックス、機械的及び耐熱性セラミ・ンクス、機能的セラ ミックス、構造セラミックス、バイオセラミックス、電気的セラミックス及び工 学的セラミ・ノクスを含めた分野で使用される。

本発明の目的から最終的焼成複合体は、処理温度で緻密化した後の複合体として 定義される。不連続的に分散したとは、導電性を与えるように粒子が全体的に相 互に接続していないことを意味する。連続的に分散したとは、粒子が全体的に相 互に接続していて、導電性を与えるこびとを意味している。

本明細書中で用いられている用語ｒ熱的に両立できるとは、互いに比較的近接し た熱膨張係数を有する材料を意味する。

本発明に関連して記述したパッケージ又は基体の各々は、次のようにして製造し てもよい、最初に、セラミック・ガラス・金属粒子と有機結合剤との混合物を前 成形体へ冷間圧搾する１次にその前成形体を加熱して結合剤を揮発し、除去する 。次に前成形体を最終的希望の形へ熱間成形することができる。

本件は加圧下で熱間成形することにに関して記述してきたが、注型、吹付け、吹 込み成形等の如きどのようなガラス成形法によってセラミック・ガラス・金属ス ラリーを成形することでも本発明に入る。

本発明に従い、前述した目的、手段及び利点を満足するセラミック・ガラス・金 属複合体を組み込んだ部品のエレクトロニクスパッケージが与えられてきたこと は明らかである。本発明は、その態様に関連して記述してきたが、今までの記述 に照らして多くの別法、修正及び変更が当業者に想到されるであろうことは明ら かである。

従って、そのような別法、修正及び変更の全ては添付の特許請求の範囲の広い範 囲及び本質内に入るものとして包含されるものである。

補正書の翻訳文提出書　（特記側８４船％ｄ平成１年５月１日

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．セラミック・ガラス・金属複合体において、前記複合体の流動特性を向上さ せるための約５〜約４５体積％の金属粒子； 前記複合体を一緒に付着させるための約１５〜約５０体積％のガラス；及び 残余の本質的にセラミック粒子； 前記複合体が前記ガラスのマトリックスと、その中に分散した前記セラミック及 び金属の粒子から実質的になる構造を有する； ことを特徴とするセラミック・ガラス・金属複合体。
2. ２．セラミック粒子が複合体の約２０〜約８０体積％を占めることを特徴とする 請求項１に記載の複合体。
3. ３．セラミック粒子がＡｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｍｇ Ｏ、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＮ及びそれらの混合物からなる群かち選択されるこ とを特徴とする言請求項２に記載の複合体。
4. ４．金属粒子がアルミニウム、銅、鉄、銀、金、ステンレス鋼及びそれらの合金 からなる群から選択されることを特徴とする請求項３に記載の複合体。
5. ５．ガラスが珪酸塩、硼珪酸塩、燐酸塩、亜鉛硼珪酸塩、ソーダ・石灰・シリカ 、鉛珪酸塩、及び鉛亜鉛硼酸塩のガラスからなる群から選択されることを特徴と する請求項４に記載の複合体。
6. ６．セラミック・ガラス・金属複合体を形成する方法において、 前記複合体の流動特性を向上するための約５〜約４５体積％の金属粒子；前記複 合体を一緒に付着させるための約１５〜約５０体積％のガラス粒子；及び残余の 本質的にセラミック粒子；からなる混合物を与え、前記混合物を処理温度へ加熱 し、然も、該処理温度は前記ガラス粒子のガラス軟化点より高く、前記金属粒子 の溶融点より低くなるように選択され、前記混合物を前記処理温度で希望の形へ プレスし、そして 前記ガラスを固化し、前記ガラスのマトリックスと、その中に分散した前記セラ ミック及び金属の粒子から実質的になる複合構造体を形成する、 諸工程からなることを特徴とするセラミック・ガラス・金属複合体の形成方法。
7. ７．前記セラミック粒子が複合体の約２０〜約８０体積％を占めるように選択す る工程を特徴とする請求項６に記載の方法。
8. ８．セラミック粒子を、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｍ ｇＯ、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＮ及びそれらの混合物からなる群から選択する工 程を特徴とする請求項７に記載の方法。
9. ９．金属粒子を、アルミニウム、銅、鉄、銀、金、ステンレス鋼及びそれらの合 金からなる群から選択する工程を更に特徴とする請求項８に記載の方法。
10. １０．ガラスを、珪酸塩、硼珪酸塩、燐酸塩、亜鉛硼珪酸塩、ソーダ・石灰・シ リカ、鉛珪酸塩、及び鉛亜鉛硼酸塩のガラスからなる群から選択する工程を更に 特徴とする請求項９に記載の方法。
11. １１．金属部品と一緒にした複合体において、セラミック・ガラス・金属複合体 材料から形成された基部部品（２４）； 前記複合体材料が、前記複合体の流動特性を向上するのに有効な約２５体積％ま での量の金属粒子と、前記複合体を一緒に付着させるための約１５〜約５０体積 ％のガラスと、 残余の本質的にセラミック粒子とからなり；前記複合体が前記ガラスのマトリッ クスと、その中に分散した前記セラミック及び金属の粒子から実質的になる構造 を有し； 前記複合体材料中に埋められた金属部品（３６）；ことを特徴とする複合体。
12. １２．ガラスマトリックスがガラス質のガラス及び失透ガラスからなる群から選 択されることを更に特徴とする請求項１１に記載の複合体。
13. １３．半導体ケース（２２）において、セラミック・ガラス・金属複合体材料か ら形成された第一部品（２４）； セラミック・ガラス・金属複合体材料から形成された第二部品（２８）； 前記複合体材料が、前記複合体の流動特性を向上するのに有効な約２５体積％ま での量の金属粒子と、前記複合体を一緒に付着させるための約１５〜約５０体積 ％のガラスと、 残余の本質的にセラミック粒子とからなり；前記複合体が前記ガラスのマトリッ クスと、その中に分散した前記セラミック及び金属の粒子から実質的になる構造 を有し； 前記第一部品（２４）中に埋められた金属導線構造体（３０）；及び 前記第二部品（２８）を前記第一部品（２４）へ結合する密封用ガラス（３２） ； を特徴とする複合体。
14. １４．第一部品（２４）が基部を構成し、第二部品（２８）が蓋を構成すること を特徴とする請求項１３に記載の半導体ケース（２２）。
15. １５．半導体ケース（２２）を形成する方法において、セラミック・ガラス・金 属複合体材料から夫々形成された第一部品（２４）及び第二部品（２８）を与え 、然も、前記複合体材料は、前記ガラスのマトリックスと、その中に分散した前 記セラミック及び金属の粒子とから実質的になる構造を有し、 金属導線構造体（３０）を与え、 前記導線構造体（３０）を前記第一部品（２４）中へ埋め、前記密封用ガラス（ ３２）を前記第一部品（２４）と前記第二部品（２８）との間に配置し、そして 前記第二部品（２８）、前記第一部品（２４）及び前記密封用ガラス（３２）を 、前記密封用ガラス（３２）が液体状態になる温度へ加熱し、 前記第一部品（２４）及び第二部品（２８）を一緒にプレスし、そして 前記密封用ガラス（３２）を固化して前記第一部品（２４）を前記第二部品（２ ８）へ結合する、 諸工程を特徴とする半導体ケースの形成方法。
16. １６．多層回路装置において、 複数のセラミック・ガラス・金属基体、隣接したセラミック・ガラス・金属基体 の間に結合された導電性回路模様の層、及び前記複数のセラミック・ガラス・金 属基体の各々を通って伸び、前記導電性回路模様に接触する導電性部材 を特徴とする多層回路装置。
17. １７．セラミック・ガラス・金属複合体から形成された工学的セラミック製品に おいて、 前記複合体の流動特性を向上させるための約５〜約４５体積％の金属粒子； 前記複合体を一緒に付着させるための約１５〜約５０体積％のガラス；及び 残余の本質的にセラミック粒子； からなり、然も、前記複合体が前記ガラスのマトリックスと、その中に分散した 前記セラミック及び金属の粒子から実質的になる構造を有することを特徴とする 工学的セラミック製品。
18. １８．セラミック回転子（２００）、エンジンブロック（２２０）、砥石車（２ ４０）及び人体補綴体（２３０）からなる群から選択されることを特徴とする請 求項１７に記載の製品。