JPH0817217B2 - 銅ベース焼結ペーストおよび多層セラミック・パッケージ - Google Patents

銅ベース焼結ペーストおよび多層セラミック・パッケージ

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JPH0817217B2
JPH0817217B2 JP20631392A JP20631392A JPH0817217B2 JP H0817217 B2 JPH0817217 B2 JP H0817217B2 JP 20631392 A JP20631392 A JP 20631392A JP 20631392 A JP20631392 A JP 20631392A JP H0817217 B2 JPH0817217 B2 JP H0817217B2
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シャジ・ファルーク
レスター・ウィン・ヘロン
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アンソニー・マストリアーニ
ゴビンダラジャン・ナタラジャン
スリニバーサ・エス・エヌ・レディ
ビベック・マダン・スラ
ラオ・ベンケーツワラ・バラバーネニ
ドナルド・レーン・ウォール
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、セラミック
基板内の銅充填バイアに関し、特に、焼結によって生成
されたバイアおよび厚膜銅の、粒子サイズおよび収縮を
制御するために、適切な粒子サイズおよび重量比のアル
ミン酸銅粉末を含む銅ベース・ペーストに関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミック基板内の銅充填バイアの使用
法、および、それらを製造するための焼結工程は、半導
体パッケージング技術において当業者には周知であり、
その工程は、例えば、米国特許第４，２３４，３６７号
明細書において説明されており、その開示内容は本明細
書に引用する。最近、特に、高密度回路応用においてバ
イアの直径が１００μｍ未満に減少したので、銅とセラ
ミックとの間の収縮速度の相違の問題や、バイア“開
口”の発生の問題という関連問題に多くの関心が寄せら
れるようになってきた。このような問題は、米国特許第
４，７７６，９７８号明細書において説明されており、
その開示内容は本明細書に引用する。
【０００３】米国特許第４，７７６，９７８号明細書に
おいて示されているように、バイアペースト内の銅のよ
うな金属粒子は、焼結サイクルの初期段階で（これもペ
ーストからなる）厚膜パターンの収縮を伴って焼結を受
け、それに対して、（バイアを含むセラミック基板の）
セラミックおよびガラス粒子は、焼結サイクルの中間段
階および最終段階で特徴的収縮を伴って焼結を受ける。
金属粒子の焼結の開始を少なくとも焼結サイクルの中間
段階まで遅らせる１つの方法は、厚膜内の金属粒子を、
酸化アルミニウムのような高融点物質と共に散在させる
ことである。
【０００４】前述の一般的な考察は、以前から当業者に
知られ、前述の収縮およびそれに関連する問題を克服す
る技術の基礎を提供してきたが、回路密度が増大してい
るセラミック基板内の銅充填バイアと、それに付随する
約８５〜１００μｍの範囲のバイア直径の必要性を満た
すために、より改良された詳細な手法が要求されてい
る。また、望ましいのは、焼結による収縮を減少させた
次世代のセラミック・パッケージの使用に、適合させる
ことのできる銅ペースト混合物を提供することである。
【０００５】次の文献は収縮および他の問題を克服する
ことを試みた先行技術を示す。
【０００６】米国特許第４，５９４，１８１号明細書
は、無水揮発性有機溶媒に有機金属化合物を溶かした溶
液中で、銅粒子を分散させ、焼結の際に、セラミック基
板に対する銅のより良い収縮の適合を得ることを教示し
ている。
【０００７】米国特許第４，５９９，２７７号明細書
は、銅ペーストのような金属部材に有機金属化合物を添
加し、焼結の際その化合物を分解して、銅粒子上に酸化
アルミニウムのような被覆物を形成し、焼結の際、銅と
セラミック基板の間のより良い収縮の適合を得ることを
開示している。
【０００８】欧州特許公開第０２７２１２９号公報は、
ペースト組成が、銅粒子、および有機アルミン酸化合物
のような有機金属化合物を含むことによって、セラミッ
ク基板に対する焼結された銅の改良された接着力が得ら
れると説明されている。
【０００９】米国特許第４，９０６，４０５号および日
本国特許第Ｊ６３０９１８２号明細書は、セラミック基
板に対する焼結された銅の改良された接着力を得るため
に、添加剤としての酸化銅およびＣｕＡｌ2 Ｏ4 で作ら
れたペーストを教示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、焼結
後、銅粒子のサイズを約５〜１５μｍの範囲にするため
に、適切な添加剤を有する銅ペーストを提供することに
ある。
【００１１】本発明の他の目的は、銅ペーストで充填さ
れたバイアを有するセラミック基板の焼結の際の収縮
（もしあれば）に対して、銅物質の収縮をほぼ合致させ
るために、適切な添加剤を有する銅ペーストを提供する
ことにある。
【００１２】本発明の目的は、銅ペーストで充填された
バイアを有する収縮の少ない多孔性セラミック基板内の
銅物質の焼結後の収縮を減少させるために、適切な添加
剤を有する銅ペーストを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらの目的
は、以下の明細書の内容から分かるように、本発明の好
適な実施例において、銅粉末，約１０重量％以下のアル
ミン酸銅粉末，および有機物質を含む銅ペーストによっ
て達成される。約０．２〜約１重量％の範囲のアルミン
酸銅の使用は、粒子サイズの制御と、焼結の際の銅バイ
アの収縮適合性の制御という２つの利点を与える。
【００１４】好適には、アルミン酸銅粒子のサイズは約
３．０μｍ以下の範囲にするのが良い。なぜなら、焼結
された銅の粒子サイズの制御に必要なアルミン酸銅の量
は、アルミン酸銅粒子のサイズとは逆に変化するからで
ある。
【００１５】本発明の好適な実施例では、ガラスセラミ
ック基板の収縮とほぼ同じである、焼結の際の収縮適合
を与えるために、ガラスセラミック粒子を、銅ベース・
ペーストに加える。
【００１６】
【実施例】マイクロエレクトロニクス・チップ・デバイ
スを支持および相互接続するための多層ガラスセラミッ
ク・パッケージは、最高温度９５０℃以上で焼結させる
ことができる。高温のため、チップを相互接続する銅導
体は、バイア内、および銅厚膜配線内で過度の粒子成長
を受ける傾向がある。
【００１７】大きな銅粒子の成長は、信頼性の見地から
好ましくない。この理由は、銅の可塑性は、隣接する２
つの大きな銅粒子の配向によって変化し、これらの銅粒
子は、高温からの冷却と、それに続く加熱サイクルで分
離するからである。バイアおよび表面配線の双方におけ
る導体サイズは、約７０〜１００μｍなので、焼結後の
銅粒子の大きさは、できるだけ小さくすること、すなわ
ち約５〜１５μｍに保持することが望ましい。
【００１８】本発明の第１の面によると、銅粒子のサイ
ズは、米国特許第４，２３４，３６７号明細書に開示さ
れているような焼結サイクルにおいて最小化される。銅
粒子のサイズは、銅粉末にアルミン酸銅を少量加え、適
切な有機物と混合してペーストを生成し、マスクを用い
てグリーン・シート上にペーストをスクリーニングする
ことによって、最小化される。グリーン・シートは種々
の物質、すなわちムライト，ホウ珪酸ガラス，菫青石ガ
ラス，セラミック等を含むことができるが、これらの物
質に限定されない。米国特許第４，３０１，３２４号明
細書に開示されているような菫青石ガラス・セラミック
物質が好適である。好適には、銅粉末の平均粒子サイズ
は約５〜８μｍであり、アルミン酸銅粉末の平均粒子サ
イズは約３．０μｍ以下である。
【００１９】アルミン酸銅には２つの形態、すなわちア
ルミン酸第二銅（ＣｕＡｌ2 Ｏ4 ）およびアルミン酸第
一銅（ＣｕＡｌＯ2 ）がある。特に断わらなければ、本
明細書でアルミン酸銅に言及するときは常に、アルミン
酸銅を、アルミン酸第二銅およびアルミン酸第一銅を含
めた一般的な意味に用い、それらは両方とも本発明の範
囲内にあることが理解されるべきである。
【００２０】米国特許第４，２３４，３６７号明細書で
教示されているように、焼結サイクルにおいて適切な条
件が存在しているとき、次のような反応によって、アル
ミン酸銅は銅とアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）に分解される： ＣｕＡｌ2 Ｏ4 ＋Ｈ2 ＝Ｃｕ＋Ａｌ2 Ｏ3 ＋Ｈ2 Ｏ ２ＣｕＡｌＯ2 ＋Ｈ2 ＝２Ｃｕ＋Ａｌ2 Ｏ3 ＋Ｈ2 Ｏ 前述の分解反応によって生成されるアルミナ粒子は、非
常に小さく、サブミクロンサイズで、銅マトリックスの
内部に分散している。銅マトリックス内部の少量の孔と
小さなアルミナ粒子との存在は、銅粒子の成長を阻止
し、その結果９５０℃以上の高温での焼結後に小さな銅
粒子を生じる。
【００２１】特に、本発明による銅ペースト内のアルミ
ン酸銅粉末の独特の使用は、焼結された銅の粒子サイズ
制御をもたらすという特質がある。
【００２２】銅ペーストに、０．２〜１．０重量％の粉
末アルミン酸銅を加えることにより、焼結された銅粒子
のサイズを、小さく維持することができる。より重要な
ことは、最大粒子サイズを２０μｍ未満に維持できるの
で、銅導体を有する多層セラミック・パッケージの信頼
性の改良が可能なことである。また、アルミン酸銅粉末
の粒子サイズを減少させ、銅ペーストに加えるアルミン
酸銅の重量％をより低くおさえることにより、より小さ
いサイズの銅粒子が得られることに留意すべきである。
【００２３】一般的に言えば、粒子サイズの制御は、ペ
ースト添加物のアルミン酸銅粉末が約１重量％以内で存
在するとき、卓越した作用を示す。粒子サイズの制御
は、焼結された銅バイアおよび銅回路内の開口（空孔、
裂け目）の発生を回避するのを助け、この開口は、焼結
後に非常に大きなサイズの銅粒子を生じる他のペースト
添加物を用いるときに見られる。
【００２４】焼結中のペーストに約１０重量％までのア
ルミン酸銅を添加することは、焼結された銅の収縮を制
御するのに役立つことが分かった。約１０重量％以下で
アルミン酸銅の量を増加させると、焼結された銅は多孔
性となる、すなわち銅粒子がマクロ（巨視的）スケール
でなくミクロに収縮を続ける。アルミン酸銅が約１０重
量％になると、銅はもはや焼結の際収縮を受けない。好
適には、アルミン酸銅は約３重量％以下に維持するべき
である。なぜなら、アルミン酸銅の量が多いほど、焼結
された銅の強度が小さくなり、電気抵抗率が増加するか
らである。
【００２５】アルミン酸銅の少ないが有効な量が、最小
値として存在するとき、収縮制御が可能である。下限は
正確には定められていない。しかし、約０．０１重量％
のアルミナが収縮制御を引き起こすことは知られてい
る。したがって、約０．０１重量％のアルミナを生じる
量のアルミン酸銅（約０．２重量％）も、同様の収縮制
御および所定の同様の粒子サイズを達成する。もし今約
３．０μｍのアルミン酸銅の粒子サイズをさらに減少さ
せるなら、より少量のアルミン酸銅でも効果的となるで
あろう。
【００２６】明らかに、粒子サイズの制御の効果と収縮
制御の効果は、少量のアルミン酸銅の添加の際に、有利
に重なり合う。
【００２７】非常に望ましいのは、銅バイアおよび配線
の焼結の際に、収縮特性がガラスセラミック、特に菫青
石ガラスセラミック物質の収縮特性と適合あるいはほぼ
適合することである。これにより、本発明の好適な実施
例において、銅粒子、ガラスセラミック粒子、アルミン
酸銅、および適切な有機バインダ物質を含む銅ベース焼
結ペーストが提案される。無機固体の体積％に基づく
と、ペーストは約９０体積％の銅粒子と、約０．３〜
１．５体積％のアルミン酸銅と、残余のガラスセラミッ
ク粒子とを含む。
【００２８】銅粒子は双峰分布を有するのが望ましい。
しかし、銅粒子の単峰分布（好適には平均粒子サイズが
５〜８μｍ）も十分作用する。より好適には、約６０〜
９０体積％の銅粒子の平均粒子サイズが、５〜６μｍで
あり、０〜３０体積％の銅粒子の平均粒子サイズが、
１．５〜２．０μｍであるべきである。また、好適には
アルミン酸銅粒子の平均粒子サイズは、０．７〜３．０
μｍであるべきである。
【００２９】本発明は、多くのガラスセラミック物質に
応用できることが期待される。しかし、好適なガラスセ
ラミック物質は、米国特許第４，３０１，３２４号明細
書に開示されている菫青石ガラスセラミックである。ガ
ラスセラミック粒子の平均粒子サイズは、約３．５μｍ
であるべきである。
【００３０】本発明の有利な点は次の例の参照後により
明らかとなるであろう。
【００３１】例 例１ 粒子サイズ制御剤としてのアルミン酸銅の効力を判定す
るために、銅粒子と、種々の量のアルミン酸銅とを含む
一連の試料を準備した。
【００３２】（Ｍｅｔｚ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ
ａｎｄ Ｄｕｐｏｎｔ社製の）銅粉末で、平均粒子サ
イズが６μｍのもののバッチを、平均粒子サイズが約
２．５μｍのアルミン酸銅（ＣｕＡｌ2 Ｏ4 ）と、溶媒
を加えたエチレンセルローズ樹脂，湿潤剤，流動制御剤
を含む種々のペースト添加剤と混ぜ合わせた。各バッチ
は約１００℃の乾燥器で乾燥させ、ロッドミルで１〜２
時間粉砕した。その後、ペーストを約５０００ｐｓｉ
（ｐｏｕｎｄ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｉｎｃｈ）で圧
縮してペレットにした。最後に、ペレットを、前述の米
国特許第４，２３４，３６７号明細書で開示されている
ような焼結サイクルで焼結した。
【００３３】ペレットの粒子サイズを調べた結果を、表
１に示す。表１から分かるように、粒子サイズはペース
ト中に０．２〜１．０重量％のアルミン酸銅が存在する
とき、著しく減少する。特に、０．５〜１．０重量％に
おいて好結果が得られる。
【００３４】 ペレットは、理論密度の％として示される高密度化（ｄ
ｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と、抵抗率とについて調べ
た。結果は表２に示す。表２にリストされた試料は、Ｍ
ｅｔｚ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ社の銅粒子粉末の
みを使用した。表から分かるように、アルミン酸銅の量
の増大につれて、％理論密度の着実な減少が達成され、
これにより焼結された銅の収縮制御の能力が示される。
【００３５】 例２ 銅ペーストおよびガラスセラミック物質の焼結の際、収
縮特性の適合が可能か否かを判定するために、銅粒子，
アルミン酸銅粒子，およびガラスセラミック粒子を含む
試料を準備した。
【００３６】次の組成（無機物質の体積％で示される）
を有する銅ベース・ペーストのバッチを用意した：平均
粒子サイズ１．５μｍを有し体積％が１０．１８の銅
（Ｍｅｔｚ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ社製）、平均
粒子サイズ６μｍを有し体積％が７９．２６の銅（Ｍｅ
ｔｚ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ社製）、表３にリス
トされた組成を有しかつ平均粒子サイズが３．５μｍで
あり体積％が９．９の菫青石ガラスセラミック粒子、平
均粒子サイズ０．６μｍを有し体積％が０．７６のアル
ミン酸銅。この混合物に、溶媒を加えたエチルセルロー
ズ樹脂，湿潤剤，流動制御剤を含む種々のペースト添加
物を添加する。その結果得られた混合物は約１００℃で
乾燥器で乾燥され、ロッドミルで１〜２時間粉砕され
た。その後、ペーストは約５０００ｐｓｉでペレットに
圧縮された。
【００３７】 次に、代表的なガラスセラミック基板物質である（平均
粒子サイズが３．５μｍの）ガラスセラミック物質のバ
ッチを用意した。この組成も表３にリストされている。
ガラスセラミック物質は、米国特許第４，２３４，３６
７号明細書に開示されているような従来の方法で用意し
た。
【００３８】両方のペレットとも、米国特許第４，２３
４，３６７号の開示内容を本明細書に引用される米国特
許出願第０７／６７２，５１７号明細書によって修正し
た焼結サイクルによって焼結した。
【００３９】一般的に言うと、焼結サイクルは次のよう
に進行する。７０％の水蒸気／３０％のＮ2 の雰囲気内
で温度を傾斜的に７１５℃まで上昇させ、次いで水蒸気
雰囲気中でバインダを加熱して除去する。次に、雰囲気
を成形ガス雰囲気（Ｎ2 ）に替え、Ｎ2 内で温度を傾斜
的に９７５℃まで上昇させる。さらに、雰囲気を水蒸気
雰囲気に変更し、９７５℃で加熱し続けて第２工程を完
了する。さらに、ペレットをまず水蒸気雰囲気中で、つ
いでＮ2 雰囲気中で冷却する。
【００４０】焼結サイクルの際、ペレットの収縮作用は
ネッツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ）膨張計で測定する。（基板を
代表する）ガラスセラミック・ペレットは約８００℃で
収縮を始め、約８６０℃で収縮を停止し、一方、ペース
ト・ペレットは８００℃で収縮を始め、約８９０℃で収
縮を停止することが観察された。このように、両方のペ
レットはほぼ同一の収縮作用を示している。このように
して、本発明により、ペーストと基板物質との収縮適合
が得られる。
【００４１】
【発明の効果】本発明によって与えられたアルミン酸銅
を含む銅ベース焼結ペーストは、焼結された銅の粒子サ
イズを制御することと、銅粒子の収縮作用を変更するこ
とという２つの目的を満足させることができ、したがっ
て、焼結した銅導体における開口（空孔、割れ目）の発
生を防止して、信頼性の高い銅導体を形成でき、またガ
ラスセラミック基板の収縮特性と合致した収縮特性を与
えることによってガラスセラミック・パッケージの信頼
性を高めることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローレンス・ダニエル・デビッド アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ワッピ ンガーズ フォールズ エッジヒル ドラ イブ 28 (72)発明者 レヌーカ・シャストリ・ディバカルーニ アメリカ合衆国 コネチカット州 リッジ フィールドオスカレータ ロード 153 (72)発明者 シャジ・ファルーク アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ホープ ウェル ジャンクション ダータントラ ドライブ ６ (72)発明者 レスター・ウィン・ヘロン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ホープ ウェル ジャンクション インスブルック ブルバード 12 (72)発明者 ハル・ミッチェル・ラスキー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ハイド パーク パトリシア レーン 33 (72)発明者 アンソニー・マストリアーニ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ホープ ウェル ジャンクション フランセス ド ライブ 53 (72)発明者 ゴビンダラジャン・ナタラジャン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 プレザ ント バレーフォレスト バレー ロード 26 (72)発明者 スリニバーサ・エス・エヌ・レディ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ラグラ ンジェビルアール−２ ボックス 195 (72)発明者 ビベック・マダン・スラ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ホープ ウェル ジャンクション チェルシー コ ブ ノース 5804 (72)発明者 ラオ・ベンケーツワラ・バラバーネニ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ワッピ ンガーズ フォールズ アルペン ドライ ブ 25−Ａ (72)発明者 ドナルド・レーン・ウォール アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ワッピ ンガーズ フォールズ ニーナ ドライブ 35 (56)参考文献 特開 昭63−291304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−292504（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−183807（ＪＰ，Ａ)

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミック基板に導電バイアおよび表面パ
    ターンを形成する銅ベース焼結ペーストにおいて、 銅粒子粉末と、アルミン酸銅粉末と、有機物質とを含
    み、 前記アルミン酸銅粉末の量は、前記ペーストの１０重量
    ％以下である、 ことを特徴とする銅ベース焼結ペースト。
  2. 【請求項２】前記アルミン酸銅の量は、前記ペーストの
    ３重量％以下であることを特徴とする、請求項１記載の
    銅ベース焼結ペースト。
  3. 【請求項３】前記アルミン酸銅の量は、前記ペーストの
    ０．０２〜１０重量％であることを特徴とする、請求項
    １記載の銅ベース焼結ペースト。
  4. 【請求項４】前記アルミン酸銅の量が、前記ペーストの
    ０．２〜１重量％であり、 前記アルミン酸銅粒子の平均サイズは約３．０μｍ以下
    であり、 前記銅粒子の平均サイズは約５〜８μｍである、 ことを特徴とする、請求項１記載の銅ベース焼結ペース
    ト。
  5. 【請求項５】セラミック基板と、前記セラミック基板に
    導電バイアおよび表面パターンを形成する銅ベース焼結
    ペーストとを備え、 前記ペーストは、銅粒子粉末と、アルミン酸銅粒子粉末
    と、有機物質とを含み、前記アルミン酸銅の量は、前記
    ペーストの１０重量％以下である、 ことを特徴とする多層セラミック・パッケージ。
  6. 【請求項６】前記焼結ペースト中の前記アルミン酸銅の
    量は、前記ペーストの３重量％以下であることを特徴と
    する、請求項５記載の多層セラミック・パッケージ。
  7. 【請求項７】前記焼結ペースト中の前記アルミン酸銅の
    量は、前記ペーストの０．０２〜１０重量％であること
    を特徴とする、請求項５記載の多層セラミック・パッケ
    ージ。
  8. 【請求項８】前記焼結ペースト中の前記アルミン酸銅の
    量が、前記ペーストの０．２〜１重量％であり、 前記アルミン酸銅粒子の平均サイズは約３．０μｍ以下
    であり、 前記銅粒子の平均サイズは約５〜８μｍである、 ことを特徴とする、請求項５記載の多層セラミック・パ
    ッケージ。
  9. 【請求項９】ガラスセラミック基板に導電バイアおよび
    表面パターンを形成する銅ベース焼結ペーストにおい
    て、 有機物質と、無機固体の体積％で、９０体積％の銅粒子
    と、０．３〜１．５体積％のアルミン酸銅粒子と、残余
    のガラスセラミック粒子と、 を含むことを特徴とする銅ベース焼結ペースト。
  10. 【請求項１０】前記銅粒子が双峰分布を有することを特
    徴とする、請求項９記載の銅ベース焼結ペースト。
  11. 【請求項１１】前記ガラスセラミック粒子の平均粒子サ
    イズは３．５μｍであり、前記アルミン酸銅粒子の平均
    粒子サイズは０．７〜３．０μｍであることを特徴とす
    る、請求項９記載の銅ベース焼結ペースト。
  12. 【請求項１２】前記ペーストが、焼結の際に、前記ガラ
    スセラミック基板の収縮特性にほぼ適合することを特徴
    とする、請求項９記載の銅ベース焼結ペースト。
  13. 【請求項１３】ガラスセラミック基板と、前記ガラスセ
    ラミック基板に導電バイアおよび表面パターンを形成す
    る銅ベース焼結ペーストとを備え、 前記焼結ペーストが、有機物質と、無機固体の体積％
    で、９０体積％の銅粒子と、０．３〜１．５体積％のア
    ルミン酸銅粒子と、残余のガラスセラミック粒子と、 を含むことを特徴とする多層セラミック・パッケージ。
  14. 【請求項１４】前記焼結ペースト中の前記銅粒子が双峰
    分布を有することを特徴とする、請求項１３記載の多層
    セラミック・パッケージ。
  15. 【請求項１５】前記焼結ペースト中の前記ガラスセラミ
    ック粒子の平均粒子サイズは３．５μｍであり、前記ア
    ルミン酸銅粒子の平均粒子サイズは０．７〜３．０μｍ
    であることを特徴とする、請求項１３記載の多層セラミ
    ック・パッケージ。
  16. 【請求項１６】前記焼結ペーストが、焼結の際、前記ガ
    ラスセラミック基板の収縮特性にほぼ適合することを特
    徴とする、請求項１３記載の多層セラミック・パッケー
    ジ。
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0569799B1 (en) * 1992-05-14 2000-09-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for making via conductors in multilayer ceramic substrates
US5698015A (en) * 1995-05-19 1997-12-16 Nikko Company Conductor paste for plugging through-holes in ceramic circuit boards and a ceramic circuit board having this conductor paste
EP0869850B1 (en) * 1995-06-06 2002-09-25 Orchid BioSciences, Inc. Forming electrical conduits through holes
US20030148024A1 (en) * 2001-10-05 2003-08-07 Kodas Toivo T. Low viscosity precursor compositons and methods for the depositon of conductive electronic features
US6376054B1 (en) * 1999-02-10 2002-04-23 International Business Machines Corporation Surface metallization structure for multiple chip test and burn-in
US6171988B1 (en) 1999-07-30 2001-01-09 International Business Machines Corporation Low loss glass ceramic composition with modifiable dielectric constant
US7700464B2 (en) * 2004-02-19 2010-04-20 Nanosolar, Inc. High-throughput printing of semiconductor precursor layer from nanoflake particles
US20070169809A1 (en) * 2004-02-19 2007-07-26 Nanosolar, Inc. High-throughput printing of semiconductor precursor layer by use of low-melting chalcogenides
US7604843B1 (en) * 2005-03-16 2009-10-20 Nanosolar, Inc. Metallic dispersion
US8623448B2 (en) * 2004-02-19 2014-01-07 Nanosolar, Inc. High-throughput printing of semiconductor precursor layer from chalcogenide microflake particles
US20070163641A1 (en) * 2004-02-19 2007-07-19 Nanosolar, Inc. High-throughput printing of semiconductor precursor layer from inter-metallic nanoflake particles
US8372734B2 (en) 2004-02-19 2013-02-12 Nanosolar, Inc High-throughput printing of semiconductor precursor layer from chalcogenide nanoflake particles
US7663057B2 (en) * 2004-02-19 2010-02-16 Nanosolar, Inc. Solution-based fabrication of photovoltaic cell
US8309163B2 (en) * 2004-02-19 2012-11-13 Nanosolar, Inc. High-throughput printing of semiconductor precursor layer by use of chalcogen-containing vapor and inter-metallic material
US8329501B1 (en) 2004-02-19 2012-12-11 Nanosolar, Inc. High-throughput printing of semiconductor precursor layer from inter-metallic microflake particles
US7605328B2 (en) * 2004-02-19 2009-10-20 Nanosolar, Inc. Photovoltaic thin-film cell produced from metallic blend using high-temperature printing
US8048477B2 (en) * 2004-02-19 2011-11-01 Nanosolar, Inc. Chalcogenide solar cells
US20070163639A1 (en) * 2004-02-19 2007-07-19 Nanosolar, Inc. High-throughput printing of semiconductor precursor layer from microflake particles
US20070163642A1 (en) * 2004-02-19 2007-07-19 Nanosolar, Inc. High-throughput printing of semiconductor precursor layer from inter-metallic microflake articles
US8846141B1 (en) 2004-02-19 2014-09-30 Aeris Capital Sustainable Ip Ltd. High-throughput printing of semiconductor precursor layer from microflake particles
TWI422485B (zh) * 2010-12-31 2014-01-11 同欣電子工業股份有限公司 一種具有反射膜之陶瓷基板及其製造方法
US11152294B2 (en) 2018-04-09 2021-10-19 Corning Incorporated Hermetic metallized via with improved reliability
WO2020061437A1 (en) 2018-09-20 2020-03-26 Industrial Technology Research Institute Copper metallization for through-glass vias on thin glass
JP7492969B2 (ja) 2019-02-21 2024-05-30 コーニング インコーポレイテッド 銅金属化貫通孔を有するガラスまたはガラスセラミック物品およびその製造方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3838071A (en) * 1972-06-30 1974-09-24 Du Pont High adhesion silver-based metallizations
US4072771A (en) * 1975-11-28 1978-02-07 Bala Electronics Corporation Copper thick film conductor
US4090009A (en) * 1977-03-11 1978-05-16 E. I. Du Pont De Nemours And Company Novel silver compositions
US4301324A (en) * 1978-02-06 1981-11-17 International Business Machines Corporation Glass-ceramic structures and sintered multilayer substrates thereof with circuit patterns of gold, silver or copper
US4234367A (en) * 1979-03-23 1980-11-18 International Business Machines Corporation Method of making multilayered glass-ceramic structures having an internal distribution of copper-based conductors
FR2508054A1 (fr) * 1981-06-19 1982-12-24 Labo Electronique Physique Melange de depart pour une encre serigraphiable contenant un verre au plomb a cuire en atmosphere non oxydante et encre serigraphiable obtenue
US4584181A (en) * 1982-12-27 1986-04-22 Sri International Process and apparatus for obtaining silicon from fluosilicic acid
US4503090A (en) * 1983-02-23 1985-03-05 At&T Bell Laboratories Thick film resistor circuits
US4776978A (en) * 1984-04-26 1988-10-11 International Business Machines Corporation Method of controlling the sintering of metal particles
JPS61183807A (ja) * 1985-02-08 1986-08-16 松下電器産業株式会社 メタライズ組成物
US4594181A (en) * 1984-09-17 1986-06-10 E. I. Du Pont De Nemours And Company Metal oxide-coated copper powder
US4599277A (en) * 1984-10-09 1986-07-08 International Business Machines Corp. Control of the sintering of powdered metals
US5100714A (en) * 1986-07-24 1992-03-31 Ceramic Packaging, Inc. Metallized ceramic substrate and method therefor
JPH0246553B2 (ja) * 1986-10-03 1990-10-16 Goei Seisakusho Kk Metaraizukashitaseramitsukusuoyobisonoseizohoho
CA1273853A (en) * 1986-12-17 1990-09-11 Hitoshi Suzuki Method for production of ceramic circuit board
US4906405A (en) * 1987-05-19 1990-03-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Conductor composition and method of manufacturing a multilayered ceramic body using the composition
JPS63291304A (ja) * 1987-05-22 1988-11-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd メタライズ組成物
JPS63292504A (ja) * 1987-05-26 1988-11-29 Matsushita Electric Works Ltd 導体ペ−スト
US4865722A (en) 1987-09-01 1989-09-12 Max Ririe Method and apparatus for separation using fluidized bed
JPH01192781A (ja) * 1988-01-26 1989-08-02 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd 銅厚膜導体組成物
JPH0728128B2 (ja) * 1988-03-11 1995-03-29 松下電器産業株式会社 セラミック多層配線基板とその製造方法
JPH01260712A (ja) * 1988-04-08 1989-10-18 Tdk Corp ペースト組成物および導体
JPH03116608A (ja) * 1989-09-29 1991-05-17 Tdk Corp 導体ペーストおよび導体
US5073180A (en) * 1991-03-20 1991-12-17 International Business Machines Corporation Method for forming sealed co-fired glass ceramic structures
JP3116608B2 (ja) 1992-11-12 2000-12-11 日本電気株式会社 携帯電話装置

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US6124041A (en) 2000-09-26
DE69208675D1 (de) 1996-04-04
CA2072727A1 (en) 1993-03-11
BR9203415A (pt) 1993-04-13
US5925443A (en) 1999-07-20
EP0606216B1 (en) 1996-02-28
US6358439B1 (en) 2002-03-19

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