專利名稱：陶瓷坯體焙燒時(shí)減小收縮的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焙燒坯體過(guò)程中，很大程度地減少及控制其平面收縮，及減少瓷坯變形的方法。
互連電路板為由用電路和機(jī)械互連的若干極小的電路元件形成的電子電路或子系統(tǒng)的具體連的具體實(shí)現(xiàn)。經(jīng)常需要將這些不同電子元件在一個(gè)布局中結(jié)合，從而可使之具體隔離，在一個(gè)緊湊的組件中相鄰安裝，電路接通，并且/或者連接組件的共同接點(diǎn)。
復(fù)雜的電子電路一般要求電路由絕緣電介層分隔的若干導(dǎo)體層構(gòu)成。各導(dǎo)體層之間，用所謂通過(guò)電介質(zhì)的導(dǎo)電通路互相連接。
制造多層電路的一種常見方法，是將若干陶瓷帶電介質(zhì)同時(shí)焙燒，電介質(zhì)上印刷金屬通路通過(guò)電介層將不同的導(dǎo)電層互連。(見斯坦因伯格(Steinberg)專利第4,654,095號(hào))陶瓷帶對(duì)正疊放，在預(yù)選定的溫度和壓力下壓在一起形成單片結(jié)構(gòu)，將該結(jié)構(gòu)用高溫焙燒，逐出有機(jī)粘合劑，將導(dǎo)電金屬燒結(jié)，使電介質(zhì)致密。這方法比典型的“厚膜”法有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楸簾齼H需進(jìn)行一次，節(jié)省制造時(shí)間和人力，并可限制流動(dòng)的金屬擴(kuò)散，造成導(dǎo)體之間的短路。但是這方法有缺點(diǎn)，焙燒時(shí)的收縮量可能難以控制。對(duì)于大型的復(fù)雜電路，這利尺寸的不穩(wěn)定特別有害，可能在以后的裝配作業(yè)中造成對(duì)準(zhǔn)誤差。
壓力燒結(jié)或熱壓，在陶瓷坯體焙燒時(shí)，從外部對(duì)之加載荷或重量，是對(duì)陶瓷部件減小孔隙度及控制形狀(尺寸)的常見方法。(見塔基達(dá)(Takeda)等人的美國(guó)專利第4,585,706號(hào)；金杰利(Kingery)等人著文《陶瓷介紹)》第502-503頁(yè)，1976年威利(Wily)出版。用簡(jiǎn)單模具加壓燒結(jié)陶瓷電路，因部件有在模中粘附的傾向，并且/或者模具與部件之間發(fā)生交叉污染而出現(xiàn)困難。并且，在將有機(jī)粘合劑燒除時(shí)，在陶瓷件表面上加載荷或類似的約束力時(shí)，可能限制揮發(fā)物的逸出，造成燒除不完全，和/或變形。
同時(shí)待準(zhǔn)的美國(guó)專利申請(qǐng)編號(hào)第07/466,937中，揭示了一種有限燒結(jié)法，在燒除有機(jī)粘合劑時(shí)可使揮發(fā)物逸出。在未焙燒的陶坯體表面上，加一個(gè)釋放層。然后在釋放層上加一個(gè)重體，減少X-Y方法上的收縮。重體與陶瓷坯體之間的釋放層，設(shè)有揮發(fā)物逸脫通道。假如設(shè)定一種方法可用以將陶瓷電路不用模具作有限燒結(jié)，不需加外載荷，并且在燒除時(shí)不限制揮發(fā)物的逸出，而在完成的電路中，仍可大部分消除尺寸的不隱定性，那么與電路焙燒有關(guān)的減少收縮的加工步驟可以簡(jiǎn)化或取消。假如方法可做到在陶瓷電路外表面上，同時(shí)焙燒導(dǎo)電金屬通路，則使優(yōu)點(diǎn)可以擴(kuò)大。
弗雷茲(Flaitz)等人(歐洲專利申請(qǐng)第0,243,858號(hào))敘述了三種回避上述困難的方法。第一個(gè)方法為僅在陶瓷件的外緣(周緣)上加限制，形成揮發(fā)物逸出的開放通路，和進(jìn)氧通路。在第二種方法中，用同面積的多孔板，或在待燒結(jié)的工件的表面上加空氣載送力，在待燒結(jié)工件全部表面上加同范圍的力。在第三種方法中，用有孔隙結(jié)構(gòu)的接觸片在燒結(jié)坯體上加摩擦力，接觸片在加熱循環(huán)中不燒結(jié)或收縮，并抑制基質(zhì)收縮。接觸片的結(jié)構(gòu)經(jīng)選定，在焙燒時(shí)保持多孔性，不與陶瓷熔接，有熱穩(wěn)定性，從而在燒結(jié)周期中不脹縮，有持續(xù)的機(jī)械完整性與剛性。在燒結(jié)周期中，接觸片保持原有尺寸，從而抑制陶瓷件收縮。在將接觸片在待燒結(jié)的工件上疊放后，燒結(jié)進(jìn)行時(shí)不用外加的重體。
本發(fā)明在主要的方面是針對(duì)一種方法，在陶瓷坯體焙燒時(shí)，很大地減少X-Y方向的收縮，方法包括步驟如下
A.設(shè)置一個(gè)未焙燒的陶瓷坯體，該坯體包括研細(xì)的固體陶瓷顆粒和散布在可揮發(fā)的固體聚合物接合劑中的可燒結(jié)的無(wú)機(jī)接合劑的混合物；B.在未焙陶瓷坯的表面上，鋪設(shè)一個(gè)柔性約束層，約束層與未焙燒陶瓷坯表面形狀極相似，柔性約束層有非金屬無(wú)機(jī)固體的研細(xì)顆粒，散布在可揮發(fā)的聚合物接合劑中，可燒結(jié)無(wú)機(jī)接合劑滲入約束層的滲透度不大于50μm；C.組合件的焙燒溫度及時(shí)間，足以將聚合物接合劑從陶瓷坯體及約束層中揮發(fā)，在約束層中形成互相連接的孔隙，無(wú)機(jī)接合劑在陶瓷坯體中燒結(jié)，而不發(fā)生燒結(jié)坯體的經(jīng)向體積膨脹；D.將燒成組合件冷卻；E.從燒結(jié)陶瓷坯體表面上，除去多孔約束層。
本發(fā)明在第二個(gè)方面，針對(duì)未焙燒復(fù)合材料陶瓷坯體，其中有研細(xì)的陶瓷固體顆粒和可燒結(jié)的，散布在可揮發(fā)固體聚合物接合劑中的無(wú)機(jī)接合劑的混合物，其表面貼附形狀極一致的約束層，其中有非金屬無(wú)機(jī)固體的研細(xì)顆粒，在可揮發(fā)固體聚合物接合劑中散布。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明針對(duì)一種制造未焙燒復(fù)合陶瓷帶的方法，其中包括有步驟，在未焙燒的陶瓷帶的至少一個(gè)表面上，加一個(gè)約束層，其中有研細(xì)的非金屬無(wú)機(jī)固體顆粒，在可揮發(fā)的有機(jī)介質(zhì)中散布，介質(zhì)中有固體聚合物接合劑，溶解在揮發(fā)性有機(jī)溶劑中，利用蒸發(fā)作用將有機(jī)溶劑清除。
弗來(lái)茲等人歐洲專利EPO87,105,868,1號(hào)專利針對(duì)一種有約束的燒結(jié)方法，利用Z方向上的約束力，在焙燒MLC(多路控制器)陶瓷基質(zhì)時(shí)，抑制X-Y方向的變形，翹曲及收縮。在焙燒前，將多孔、未焙燒剛性陶瓷的熱穩(wěn)定接觸片，疊壓在陶瓷工件的表面上，具體抑制陶瓷的收縮，而不需加額外的壓力。在全部焙燒循環(huán)中，接觸片保持其機(jī)械整體性，和尺寸穩(wěn)定性，并通過(guò)打磨或產(chǎn)刮，將焙燒后的接觸片清除。
阿諾爾德等人美國(guó)專利第4,521,449號(hào)闡述使用陶瓷材料的電介層，以便將有表面通路的生料陶瓷片，與有刻凹槽線連接的焊盤區(qū)燒結(jié)，凹槽中注導(dǎo)電金屬糊。焙燒后在元件上涂覆適當(dāng)?shù)慕饘?，使之有焊錫濕性，供焊接導(dǎo)線。發(fā)明人承認(rèn)需作后金屬化，以適應(yīng)很大的(17％)基質(zhì)收縮與變形，這是焙燒后的陶瓷材料的典型特點(diǎn)。
杜比茨基(Dubetsky)等人美國(guó)專利第4,340,436號(hào)揭示在一個(gè)生坯玻璃陶瓷疊層上，疊放一個(gè)可除去的輕質(zhì)惰性同幅不粘附的平板，在焙燒中玻璃達(dá)到結(jié)合溫度時(shí)，抑制橫向X-Y收縮和變形。發(fā)明人報(bào)道，在制成的疊層材料上的平板，壓力約為0.012-約0.058磅/英寸，對(duì)平面性和橫向的完整性有提高。
附圖有6圖。

圖1為本發(fā)明各部件在焙燒前安排的概略示意，其中約束層附在基質(zhì)的兩側(cè)。圖2為本發(fā)明各部件在焙燒前的安排的概略示意，其中約束層附在基質(zhì)的一側(cè)，一個(gè)剛性的基質(zhì)貼基質(zhì)的另側(cè)上。圖3為本發(fā)明各部件在焙燒前的安排的概略示意，其中有多個(gè)陶瓷部件組合成一個(gè)單塊，其中每一部件有一個(gè)約束層貼放在相反兩側(cè)上。圖4為陶瓷與約束層界面的脫層的概略示意，約束層不翹曲。圖5為陶瓷與約束層界面的脫層的概略示意，約束層有翹曲。圖6為無(wú)機(jī)接合劑滲透性，和接合劑粘度與浸潤(rùn)角關(guān)系的曲線圖。
本發(fā)明的一般目的是提出一種新穎的改進(jìn)方法，在焙燒陶瓷坯體時(shí)，可減少X-Y收縮率。本發(fā)明的一個(gè)理想應(yīng)用是用傳統(tǒng)的導(dǎo)電金屬化技術(shù)，制造多層陶瓷電路，其中有導(dǎo)體，電阻等，和介電帶方式為在通路穿孔和印刷時(shí)確定的電路特征的尺寸，在焙燒時(shí)基本保持不變。因此本發(fā)明的方法消除陶瓷部件尺寸不穩(wěn)的許多根源，并可免卻為避免尺寸誤差及對(duì)正誤差所必須進(jìn)行的許多設(shè)計(jì)及制造的程序，故方法比較經(jīng)濟(jì)。
在焙燒循環(huán)中，有機(jī)接合劑揮發(fā)后，帶的無(wú)機(jī)成分在加熱到足夠的熱度后，進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)時(shí)，顆粒多孔帶經(jīng)歷結(jié)構(gòu)變化，為多孔微粒結(jié)晶材料與非結(jié)晶材料中所常見。于是晶粒尺寸增大，孔隙形狀變化，并且孔隙尺寸及數(shù)目變化。
本發(fā)明的中心，為使用柔性陶瓷約束層，將其加在陶瓷電路層表面上。約束層有若干功能(1)提供一個(gè)均勻的高摩擦接觸層，很大減少燒結(jié)部分平面中的收縮；(2)提供逸出通路，供陶瓷帶中的揮發(fā)成分在燒結(jié)前逸出。在某些情況下，便利上表面金屬化的同時(shí)焙燒，而不致造成其損壞。
為使約束層可有效減小燒結(jié)部分平面中的收縮，將其作為一個(gè)柔性層，加在未焙燒的陶瓷電路層的表面上。約束層的柔性，使之可與未焙燒陶瓷表面的起伏極為相似。柔性約束層在未焙燒陶瓷表面上的層壓，可用于壓迫約束層，使之更為伏貼，這取決于約束層的應(yīng)用方式。例如，以散布的形式，向未焙燒陶瓷上噴涂，或浸漬涂敷，或輥涂，或可制成柔性片，向未焙燒陶瓷上層壓。層壓對(duì)減小約束層與陶瓷坯體表面間的任何隙縫(瑕疵)的尺寸特別有效。
約束層在陶瓷部件上伏貼，是防止燒結(jié)時(shí)約束層脫層和與陶瓷部件翹曲分離所必須。焙燒時(shí)，當(dāng)電介基質(zhì)開始收縮時(shí)，由于電介部分的平面中的燒結(jié)應(yīng)變，約束層受雙軸壓迫。假如約束層中的壓應(yīng)力達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)，約束層便脫層，并翹曲脫離燒結(jié)電介基層。與本發(fā)明有關(guān)的翹曲問(wèn)題，可在承受平行于疊置層次的壓載荷發(fā)生局部分離后，通過(guò)分析彈性疊層板及疊層殼進(jìn)行檢查。至于翹曲，在丁莫生科(S.P.Timosenko)及幾爾(G.M.Geere)著的《彈性穩(wěn)定理論》第二版，紐約麥格勞希爾公司1961年版，有廣泛的分析。壓縮薄膜翹曲的特殊問(wèn)題，在埃文思(A.G.Evans)及赫金森(V.W.Hutchinson)著《壓縮薄膜脫層及離散的力學(xué)討論》原載《國(guó)際固體結(jié)構(gòu)雜志》第20卷第5期，445-466頁(yè)(1984)。
翹曲問(wèn)題就一維空間(梁)，二維空間(矩形或方形幾何形狀)及幾何圓形等解決。幾何圓形最適合作本發(fā)明的構(gòu)形，故本文予以敘述。問(wèn)題有關(guān)單個(gè)的界面裂紋，或與自由表面平行的裂縫，如圖3所示。裂縫用半徑a的圓形脫層表示，發(fā)生于雙軸壓縮σ。如裂紋或裂縫有相當(dāng)大的尺寸，裂紋上方的薄膜便易于翹曲。與自由表面平行的界面裂縫或脫層不干擾應(yīng)力場(chǎng)，因?yàn)閼?yīng)力場(chǎng)也平行于表面作用。因此，不造成裂縫或裂紋邊緣上的應(yīng)力集中。假如薄膜翹曲與基質(zhì)分離，如圖4所示，則分離將應(yīng)力在界面裂紋的周圍分布(即集中)，翹曲便使裂紋延長(zhǎng)并斷裂。界面裂紋的狀況涉及開口應(yīng)力(模式I)與剪應(yīng)力(模式II)的結(jié)合。在現(xiàn)條件下，薄膜為壓縮粉末，一旦發(fā)生翹曲，裂紋尖部的剪力容易使粉膜斷裂，因?yàn)榉勰┑目辜艉涂箯埩Χ紭O低。
如壓應(yīng)力超過(guò)薄膜的臨界翹曲應(yīng)力，則薄膜(約束層)將被翹曲。本例中的適當(dāng)?shù)膱A形解決方案，為將薄膜邊緣固定或夾定。臨界翹曲應(yīng)力σc表示如下σc=[KE12(1-v)](1a)2---(1)]]>式中t為約束層的厚度，a為裂縫或裂紋的半徑，夾定邊緣中K＝14.68(K為用于解幾何圓形初始微分方程的貝塞爾函數(shù)求得的系數(shù))，E表示約束層楊氏模量，V泊松比。方程式(1)示，在加工過(guò)程中，如約束層與進(jìn)行燒結(jié)部分之間的界面，有臨界尺寸的裂紋或裂縫時(shí)，則將發(fā)生翹曲。方程式(I)還表明，在測(cè)定臨界翹曲應(yīng)力時(shí)，約束層厚度f(wàn)及模量E有重要作用。
在實(shí)踐中，在將約束層加在陶瓷坯體基質(zhì)上時(shí)，以及在加熱時(shí)，可能產(chǎn)生裂縫。假如約束層沒(méi)有適當(dāng)?shù)娜嵝裕荒芘c陶瓷電路層的起伏吻合時(shí)，或假如設(shè)放方法非最佳化，不能保證約束層與陶瓷電路層的起伏吻合時(shí)，于是約束層與陶瓷電路界面之間，便能造成裂縫或裂紋。加熱時(shí)，約束層與陶瓷電路基質(zhì)間的熱膨脹不匹配，便可能產(chǎn)生裂縫。不與約束層及基質(zhì)界面平行的熱脹裂縫，起附加應(yīng)力集中源的作用。使用熱脹系數(shù)大于基質(zhì)的約束層，有時(shí)可消除或減小熱膨脹作用(裂紋等)，于是在加熱時(shí)將約束層壓平。
為在焙燒后便于將約束層除去，在加工中，務(wù)必不使焙燒中的陶瓷部件中的玻璃向約束層有很大的滲透或相互作用。假如有大量的約束材料附在最終焙燒的部件上，則玻璃向約束層過(guò)多的滲透，便可能抑制約束層從焙燒中的工件上清除，可能對(duì)陶瓷瓷基質(zhì)的性能有不利的影響。選定電介質(zhì)的玻璃成分時(shí)，應(yīng)考慮兩個(gè)一般要求。首先，電介基質(zhì)中的玻璃必須符合電介要求(即電介常數(shù)，氣密性，可燒結(jié)性等等)，其次，玻璃成分應(yīng)能抑制玻璃滲入約束層。滲透抑制的控制，部分通過(guò)調(diào)節(jié)變數(shù)，諸如玻璃粘性，浸潤(rùn)角等等，下文將予討論。
對(duì)液體流入多孔介質(zhì)的分析，可用于檢查玻璃滲透現(xiàn)象，和對(duì)過(guò)程的深入了解。在選擇玻璃成分及約束層成分時(shí)，可將這分析結(jié)合上面討論的對(duì)電介質(zhì)中玻璃的具體要求作準(zhǔn)則。在下面的分析中，多孔介質(zhì)為約束層，液體為焙燒中的陶瓷里的玻璃。
分析的設(shè)計(jì)以達(dá)西定律作基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)粘性流體向多孔基礎(chǔ)的滲透，尤適用于本發(fā)明的條件，無(wú)機(jī)接合劑向約束層的滲透率dl/dt定義如下dldt=DΔPηLl]]>式中D為多孔介質(zhì)的滲透性，ΔP為滲透的驅(qū)動(dòng)壓力，l為在時(shí)間t時(shí)，液體滲入介質(zhì)的長(zhǎng)度，ηL為液體的粘性。
假設(shè)將滲透距離上的壓力 改變，逼近滲透方向上的壓力梯度VP時(shí)，則方程(2)有效。
在夏德格(A.E.Scheidegger)著《通過(guò)多孔介質(zhì)的流體物理學(xué)》麥克米倫出版社(1960版)第68-90頁(yè)，考慮到多孔介質(zhì)中孔道半徑r時(shí)，康采尼一卡曼方程示滲透性D可表示如下D＝r2(1－ρ)/20(3)式中ρ＝ρ/ρT為多孔介質(zhì)的比重，ρB為體積密度，ρT為理論密度。
ΔP為驅(qū)動(dòng)壓力，作用為將液體壓入多孔介質(zhì)，定義如下ΔP=2γLVcosO+Par---(4)]]>式中2γLV cosO/r為毛細(xì)壓力，Pa為任何外壓差(即外部加載)，γLV為液體蒸汽表面能量，cosO為固液接觸角。
將式(3)，(4)代入式(2)，代換方程積分如下I2=tr(1-ρ)(2γLVcosO+Par)10ηL---(5)]]>由于本發(fā)明中不使用外部加載，故方程(5)可表示如下I2=tr(1-ρ)2γLVcosO10ηL---(6)]]>在恒定的驅(qū)動(dòng)壓力下，給定坯體的滲透深度與時(shí)間的平方根正比。文獻(xiàn)中有若干推導(dǎo)式(6)的方法。在本發(fā)明中，多孔介質(zhì)為約束層，粘性液體為焙燒中的基質(zhì)中的玻璃。在實(shí)踐中，玻璃的粘性，玻璃在約束層材料上的接觸角度，約束層的孔隙率及孔隙半徑，以及時(shí)間，可以調(diào)節(jié)，以給出需要的滲透度。還可理解，在活性或大或小的氣氛中燒結(jié)，可改變液體與蒸汽的表面能量。圖6為t＝30分鐘時(shí)，在各種接觸角度中，滲透率作為液態(tài)玻璃粘性(ηL)函數(shù)的曲線圖。也可用半徑(r)，多孔層密度(1－ρ)及液體與蒸汽表面能量(γLV)，影響滲透率，如上所述。
如式(6)所示，以及利用圖6所示的相互關(guān)系，可從無(wú)機(jī)接合劑的粘性及接觸角，預(yù)測(cè)滲透率，于是可通過(guò)調(diào)節(jié)這兩變數(shù)作控制。在本文中，術(shù)語(yǔ)“滲透率”用于指未焙燒陶瓷坯體的可燒結(jié)無(wú)機(jī)接合劑成分的滲透數(shù)值，由上述相關(guān)法測(cè)定。
約束層中含研細(xì)的非金屬無(wú)機(jī)固體的顆粒，在用標(biāo)準(zhǔn)陶瓷帶鑄制法的揮發(fā)性有機(jī)介質(zhì)中散布。無(wú)機(jī)固體在約束層中的低燒結(jié)率，和/或高燒結(jié)溫度，將層中的互相連接的孔隙，保持通道，使焙燒中的陶瓷件和約束層中的揮發(fā)氣體及其他氣體可以逸出。燒結(jié)溫差至少50℃為適宜。組合件的焙燒溫度及時(shí)間，足以將有機(jī)接合劑從約束層及陶瓷帶中揮發(fā)，并將無(wú)機(jī)接合劑在帶中燒結(jié)。焙燒時(shí)，閉式燒結(jié)通過(guò)承載柱頭在陶瓷坯體上加外部壓力，用傳統(tǒng)帶式爐不能做到。與之對(duì)比，由于本發(fā)明的方法省卻外部加壓，故可用諸如帶式爐的傳統(tǒng)焙燒設(shè)備。在陶瓷帶層完全燒結(jié)后，將組合件冷卻，可隨后將約束層從完成工件的表面上除去，通過(guò)撣除，或超聲處理，不影響或損坯工件的陶瓷表面或?qū)щ娡贰?br> 在燒結(jié)過(guò)程中，在有機(jī)接合劑從約束層與待燒結(jié)的陶瓷坯體中揮發(fā)后，約束層作為無(wú)機(jī)粉末層存在。焙燒前，設(shè)放柔性帶形式的約束層，可保證松散粉末層在陶瓷部件上均勻分布，約束層可與焙燒中的坯體表面密切吻合。
電介基質(zhì)典型有燒結(jié)態(tài)(接合劑)和不燒結(jié)態(tài)(陶瓷固體)?？捎糜诒景l(fā)明的電介體中的陶瓷固體的成分，本身并無(wú)直接的關(guān)鍵性，惟需固體有相對(duì)于體系中其他材料的化學(xué)惰性，并有與電介體中無(wú)機(jī)接合劑成分相關(guān)的適當(dāng)物理性。摻入非燒結(jié)固體主要作填充劑，以調(diào)節(jié)如熱膨脹及介電常數(shù)等的性質(zhì)。
對(duì)電介質(zhì)中陶瓷固體重要的基本物理性，是(1)燒結(jié)溫度高于無(wú)機(jī)接合劑的燒結(jié)溫度，(2)在本發(fā)明的焙燒步驟中不被燒結(jié)。因此，在本發(fā)明的條件下，術(shù)語(yǔ)“陶瓷固體”指無(wú)機(jī)材料，一般為氧化物，在實(shí)施本發(fā)明的焙燒條件下，基本不經(jīng)燒結(jié)。
因此，以上述標(biāo)準(zhǔn)作轉(zhuǎn)移，幾乎可用任何高熔點(diǎn)無(wú)機(jī)固體，作電介帶的陶瓷固體成分。例如，材料有如BaTiO，CaTiO，SrTiO，PbTiO，CaZrO，BaZrO，CaSnO，BaSnO，AlO，金屬碳化物諸如碳化硅，金屬氮化物諸如氮化鋁，礦物諸如莫來(lái)石和藍(lán)晶石，鋯氧和各形式的硅。甚至可用有高軟化點(diǎn)的玻璃，作為陶瓷成分，如其軟化點(diǎn)相當(dāng)高。此外，為與使用的任何基質(zhì)的熱膨脹特點(diǎn)匹配，可用這些材料的混合物。
可在本發(fā)明使用的陶瓷坯體中使用的無(wú)機(jī)接合劑的成分，本身也并非有直接的關(guān)鍵作用，僅需有相對(duì)于體系中其他材料的化學(xué)惰性，有與陶瓷坯體中陶瓷固體及約束層中非金屬固體相關(guān)的適當(dāng)物理性。
具體而言，焙燒時(shí)，陶瓷坯體的無(wú)機(jī)接合劑成分滲入約束層，務(wù)必不超過(guò)50微米，最好不超過(guò)25微米。如滲透超過(guò)約50微米，則約束層的清除可能變?yōu)槔щy。雖然本發(fā)明不限于這溫度，但一般使用的最高溫度為800-950℃，在最高溫度中至少保持10分鐘。
在本發(fā)明方法使用的陶瓷坯體中，無(wú)機(jī)接合劑的理想基本性質(zhì)為(1)燒結(jié)溫度低于坯體中的陶瓷固體，(2)在使用的焙燒溫度中，經(jīng)過(guò)粘性態(tài)的燒結(jié)，(3)無(wú)機(jī)接合劑的浸潤(rùn)角與粘性為使之在焙燒時(shí)沒(méi)有可察覺(jué)的約束層滲入。
無(wú)機(jī)接合劑，一般為一種玻璃，其浸潤(rùn)特性通過(guò)測(cè)量在約束層中的無(wú)機(jī)固體的光滑平表面上的燒結(jié)無(wú)機(jī)接合劑的接觸角測(cè)定。測(cè)量過(guò)程如下文所述。
經(jīng)測(cè)定；如無(wú)機(jī)接合劑的接觸角至少為60°在本發(fā)明中，沒(méi)有足夠的使用浸潤(rùn)性。然而按理想玻璃的接觸角至少為70°。在本發(fā)明方法的條件下，接觸角越大則約束層的脫離性能越好。
在一般情況下，如不焙燒陶瓷帶的無(wú)機(jī)接合劑成分為玻璃，在焙燒狀態(tài)中，便可能是結(jié)晶玻璃或不結(jié)晶玻璃。
無(wú)機(jī)接合劑的顆粒尺寸和顆粒尺寸的分布，也同樣也沒(méi)有很窄的臨界范圍，顆粒尺寸一般在0.5至20微米之間。但是按理想，無(wú)機(jī)接合劑的50％點(diǎn)等于或小于陶瓷固體，50％的定義是大顆粒部分與小顆粒部分的重量相等。燒結(jié)率與無(wú)機(jī)接合劑與陶瓷固體的比例成正比，與玻璃過(guò)渡溫度(Tg)及無(wú)機(jī)接合劑的顆粒尺寸成反比。
有玻璃及耐火無(wú)機(jī)固體在里面散布的有機(jī)介質(zhì)由聚合物接合劑構(gòu)成，可隨意在里面溶解其他材料，諸如增塑劑，防粘劑，分散劑，剝離劑，防污劑及濕潤(rùn)劑。
為取得較好的接合效率，最好在重量的95％的陶瓷固體中，至少使用重量5％的聚合物接合劑。但是在重量80％的陶瓷固體中，使用重量不超過(guò)20％的聚合接合劑更為理想。但是在這限度內(nèi)，最好相對(duì)于固體，使用盡可能少量的接合劑，以減少必須通過(guò)熱解清除的有機(jī)物的用量，并取得焙燒時(shí)減少收縮的較好的顆粒堆集。
過(guò)去，陶瓷接合劑使用過(guò)各種聚合材料，例如聚(乙烯醇縮丁醛)，聚(乙酸乙烯酯)，聚(乙烯醇)，纖維素聚合物，諸如甲基纖維素，乙基纖維素，羥乙基纖維素，甲基羥纖維素，無(wú)規(guī)立構(gòu)聚丙烯，聚乙烯，硅聚合物，諸如聚(甲基苯基硅醚)，聚苯乙烯，丁二烯/苯乙烯共聚物，聚苯乙烯，聚(乙烯吡咯烷酮)，酰胺，高分子量聚醚，環(huán)氧乙烷與氧化丙烯共聚物，聚丙烯酰胺，和各種丙烯酸聚合物，諸如聚丙烯酸鈉，聚(下烷基丙烯鹽)，聚(下烷基異丁烯鹽)及二者的共聚物。過(guò)去已用甲基丙烯酸乙酯，異丁烯酸酯及丙烯酸乙酯，異丁烯酸甲酯及異丁烯酸的三元共聚物作滑移澆鑄材料的接合劑。
較近日來(lái)，烏沙拉在美國(guó)專利第4,536,535號(hào)中揭示了一種接合劑，是重量0-100％的C1-8烷基異丁烯鹽，重量100-0％的C1-8烷基丙烯鹽，和重量0-5％的不飽和烯的羧酸胺的兼容性共聚物的混合物。由于共聚物可使用最低量的接合劑，和最高量的電介固體，故在本發(fā)明的電介質(zhì)成分中使用有利。因此，上述烏沙拉專利中的揭示，本文中引述以作參考。
常常在聚合物接合劑中，還含有相對(duì)于接合劑聚合物的小量的增塑劑，用于降低接合劑聚合物的玻璃過(guò)度溫度(Tg)。當(dāng)然增塑料的選擇主要取決于必須經(jīng)改性的聚合物。已在各種接合劑體系中已使用了的塑料劑有磷苯二甲酸二乙酯，磷苯二甲酸二丁酯，磷苯二甲辛酯，丁芐磷苯二甲酸鹽，磷酸烷基酯，聚二醇，甘油，聚(環(huán)氧乙烷)，羥乙基化的烷基酚，二烷基二硫代磷酸酯(dialkyldithiophosphonate)和聚(異丁烯)。其中的磷苯二甲酸丁，芐酯在丙烯酸聚合物體系中最常使用，因可在相對(duì)低濃度中有效使用。
未焙燒帶的制作，是將有介電顆粒及無(wú)機(jī)接合劑在接合劑聚合物，增塑劑及溶劑等的溶液中散布的漿質(zhì)，涂布在如聚丙烯，邁拉(Mylar)聚酯薄膜，或不銹鋼上，然后將涂漿在一個(gè)刮刀上通過(guò)，調(diào)節(jié)涂漿膜的厚度。于是可將本發(fā)明使用的帶條按傳統(tǒng)方法制造，方法在烏沙拉的美國(guó)專利第4,536,535號(hào)中有較詳細(xì)的敘述。
應(yīng)理解在本發(fā)明的方法中使用的未焙燒帶常含有電接通層的通路，對(duì)正孔及其他穿孔用于容納器件及晶片安裝件。然而據(jù)發(fā)現(xiàn)，即使帶條上有孔，這方法仍有減少X-Y收縮的效果。
在某些情況下帶可含有填充料，諸如陶瓷纖維，為焙燒帶提供導(dǎo)熱性或抗張強(qiáng)度等特殊性能。雖然發(fā)明的研制及上面的敘述，主要與陶瓷帶層制造的陶瓷坯體的焙燒有關(guān)，但應(yīng)理解本發(fā)明還可用于在焙燒特殊形狀的非平面工件，諸如澆注或模制陶瓷工件時(shí)減少X-Y收縮。
本發(fā)明的方法使用的約束層，有非金屬顆粒在有機(jī)固體聚合物接合劑中散布。如上所述，按理想約束層中的非金屬顆粒，焙燒率低于在焙燒條件下焙燒中的基質(zhì)的無(wú)機(jī)接合劑，無(wú)機(jī)接合劑在約束材料上的浸潤(rùn)角，和無(wú)機(jī)接合劑的粘性使接合劑向約束層的滲入在前述的范圍內(nèi)。因此，僅需符合上述標(biāo)準(zhǔn)，則約束層的無(wú)機(jī)固體組分的配方，也同樣并非關(guān)鍵。只要材料在焙燒中不被燒結(jié)，在焙燒過(guò)程中，無(wú)機(jī)接合劑燒結(jié)時(shí)，焙燒中的陶瓷坯體(工件)中的無(wú)機(jī)接合劑在約束帶上的浸潤(rùn)角及陶瓷坯體在無(wú)機(jī)接合劑中的粘性處在無(wú)機(jī)接合劑滲入約束層的理想范圍內(nèi)，則任何非金屬無(wú)機(jī)材料都可使用。雖然用于約束層中的無(wú)機(jī)非金屬固體可與陶瓷坯體所用相同，但最好使用莫來(lái)石，石英，Al2O3，CeO2，SnO2，MgO，ZrO2，BN，及其混合物。但是，光澤材料可以使用，如其軟化點(diǎn)相當(dāng)高，在按本發(fā)明焙燒時(shí)材料不被燒結(jié)即可。
約束層可以柔性帶，厚糊膜，噴霧，浸漬，輥涂等形式施加。無(wú)論施加的形式如何，重要之處在于膜層柔軟，以取得與陶瓷坯體表面的密切吻合，減少乃至盡可能減小約束層與陶瓷坯體表面界面間間隙(裂縫)的尺寸，并增高界面的臨界應(yīng)力值。一般而言，適合未焙燒陶瓷帶的接合劑聚合物也適合作帶形約束層施加。
在本文中，術(shù)語(yǔ)“厚膜”及“厚糊膜”，指研細(xì)固體在有機(jī)介質(zhì)中的散布，這種散布有糊液質(zhì)地，其流變性質(zhì)使之可以通過(guò)傳統(tǒng)網(wǎng)版印刷施加。其他的散布方法，質(zhì)地與流變性質(zhì)適宜噴霧；也可用浸漬和輥涂。這種糊液的有機(jī)介質(zhì)一般包括液態(tài)接合劑聚合物，和在溶劑中溶解的各種流變劑，全部在焙燒過(guò)程中可完全熱解。這種糊液可為電阻型或?qū)щ娦?，在某些情況下甚至可有電介性質(zhì)。這種配方可有或沒(méi)有無(wú)機(jī)接合劑，取決于焙燒時(shí)功能性固體是否燒結(jié)。在厚糊膜中使用的類似的傳統(tǒng)有機(jī)介質(zhì)，也適合作約束層用。關(guān)于適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)介質(zhì)材料的詳細(xì)討論，可參看烏沙拉的美國(guó)專利4,536,535號(hào)。
為保證在約束層中形成互相連接的孔隙，以形成聚合物分解產(chǎn)物逸出的通道，約束層中各別顆粒間的氣孔釋放槽(空隙或孔隙結(jié)構(gòu))必須有適當(dāng)?shù)某叽?，加熱時(shí)保持開放。約束層材料的燒結(jié)率必須比焙燒中的陶瓷工件的燒結(jié)率低，如前文所討論。約束層中的氣孔結(jié)構(gòu)，取決于約束層中顆粒特征性的安排或組合。顆粒在層中的安排或填實(shí)，受若干因素的影響，包括固體的體積比例，固體的顆粒尺寸，尺寸分布狀況和形狀，在初始涂布時(shí)顆粒的分散程度，涂布的干燥特點(diǎn)，涂布通過(guò)在漿液中浸漬或噴涂漿液，以及約束層的施加方法。并且，含有聚合物基料的帶形層，噴涂層或浸漬層中的孔隙或空隙結(jié)構(gòu)，在聚合物熱解后，在層中極可能有差異。注意到上述情況，便可能將顆粒填實(shí)到固體體積的～90％的體積密度。在另一方面，固體體積～10％的體積密度下限，應(yīng)可用于提供適當(dāng)大的氣孔槽，而不嚴(yán)重降低約束層抗X-Y壓應(yīng)力的能力，玻璃向約束層也沒(méi)有很大的滲透。
本發(fā)明方法的主要特點(diǎn)，在于約束層與基質(zhì)表面的密切吻合。其約束層作柔性片施加，將柔性片在未焙燒電介帶組合上層疊，可取得密切吻合。
本發(fā)明方法的焙燒周期，受陶瓷坯體及約束層中固體的物理性的影響，又受焙燒材料的爐或窯的加熱速度的限制。可作許多用途的典型批量爐焙燒周期是將組裝件在每分鐘3℃的速度下，加熱到600℃，然后以每分鐘5℃加熱到最高溫度850℃，將組合件在最高溫度中保持30分鐘，然后將爐熄滅，使組合件冷卻。在典型的商品設(shè)備中，選定材料的焙燒特點(diǎn)，使之適合可用的爐或窯的運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)。當(dāng)然焙燒可按批進(jìn)行，或間歇進(jìn)行，或連續(xù)進(jìn)行。
焙燒完成后，約束層有干燥多孔層的形式，在層中僅由范德華力將顆粒松弛集合，因?yàn)樵诒簾龝r(shí)，有機(jī)接合劑揮發(fā)，層中的顆粒沒(méi)有燒結(jié)。因?yàn)榧s束層的集結(jié)強(qiáng)度低，便很容易掃去。然而，清除焙燒過(guò)的約束層有僅需非常少的機(jī)械能的特點(diǎn)，當(dāng)然不需要研磨，不似先有領(lǐng)域使用熱壓方法所要求。
本發(fā)明常用較復(fù)雜的多層工件，其一個(gè)或多個(gè)電介層有厚膜電功能圖案印刷在上面，諸如電阻，或?qū)Ь€，或有兩者在上面印刷。在這種情況下，可將介電的與有電功能的層次，依次焙燒或同時(shí)焙燒。此外，可將多個(gè)工件在垂直方向上疊放，成為單個(gè)的單塊，并同時(shí)焙燒。在這種單塊中，約束層夾在各工件之間，并在單塊的上方或下方，從而每一工件有一個(gè)約束層在陶瓷的上下表面上密切吻合，如圖3所示。無(wú)論焙燒單個(gè)的多層工件，或在一個(gè)單塊中組合的多個(gè)多層工件，必須選定焙燒溫度分布，和/或電介層的組分，及電功能層的組分，使全部各層的有機(jī)介質(zhì)都完全揮發(fā)，各層中的無(wú)機(jī)接合劑完全燒結(jié)。在某些情況下，可能還必須將厚膜金屬化的導(dǎo)電相也燒結(jié)。當(dāng)然，有這些相關(guān)性能的成分的選擇，是熟悉厚膜技藝領(lǐng)域的人力所能及。
本發(fā)明還使用有多個(gè)電介帶層，及導(dǎo)電厚膜糊在預(yù)焙燒的剛性基質(zhì)上的多層工件可焙燒。這些工件的各層可在一個(gè)步驟中同時(shí)焙燒，或依次焙燒，如上所討論，而保持各電介層的X-Y方向上的良好穩(wěn)定性。
可將多層介電帶在剛性基質(zhì)上同時(shí)焙燒，有多個(gè)原因使之具有吸引性。如同高強(qiáng)度材料制造剛性基質(zhì)，例如用氧化鋁，便提供了機(jī)械性支承。假如剛性基質(zhì)用高導(dǎo)熱材料制造，諸如AlN或氧化鈹制造，則提供了一種電子組件散熱的方法。用其他材料制造的剛性基質(zhì)，諸如Si或其他電介質(zhì)，也有潛在的吸引性。可多層同時(shí)焙燒，因減少焙燒步驟的數(shù)目，也降低了成本。
可將電介帶在剛性基質(zhì)上同時(shí)焙燒，比用其他帶放在基質(zhì)上的方法(TOS法)有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榻M件的多層電介帶部分可用傳統(tǒng)方法制作。在電介層上切削，印刷導(dǎo)電或其他電介材料，填充通路，將電介層疊放并層壓都用傳統(tǒng)的多層制作法。然后將約束層放在未焙燒電介帶的表面上。用帶形的約束層是理想的方法，將約束層帶層壓在未焙燒電介帶的暴露表面上，達(dá)到電介帶和約束層之間的相貼接觸和密切吻合。電介帶，剛性基質(zhì)，和約束層帶，可用一個(gè)同時(shí)層壓步驟，或逐件層壓步驟壓在一起。作逐件層壓時(shí)，首先將電介帶層在剛性基質(zhì)上層壓，然后將約束層帶向在先已層壓的剛性基質(zhì)與電介帶的疊層上層壓。作同時(shí)層壓時(shí)，將剛性基質(zhì)，電介帶，和約束層帶在一個(gè)步驟中層壓。假如將約束層作糊液或噴霧形式涂敷，則首先將電介帶與剛性基質(zhì)層壓在一起，然后將約束層材料以適當(dāng)?shù)男问郊痈?。也可用其他的疊放和層壓方法，為熟悉本領(lǐng)域者所易了解。
層壓后，按工藝過(guò)程將全部的剛性基質(zhì)，電介帶組件，和約束層等在一個(gè)步驟中焙燒。通路填充在本方法中不成問(wèn)題。
至于逐件焙燒的組件，將剛性基質(zhì)，電介帶，和約束層制成復(fù)合材料，然后按上述焙燒，但是再加附加電介帶層，再與已焙燒的組件層壓。在這情況下，在先已焙燒的剛性基質(zhì)與電介帶的組件起剛性基質(zhì)的作用，再在上面加電介帶和約束層材料，增加電介帶的附加層。
在混合用途中，導(dǎo)熱剛性基質(zhì)與高強(qiáng)度剛性基質(zhì)有極大吸引性。大功率集成電路晶片應(yīng)用中的一個(gè)具吸引性的構(gòu)形，是在電介帶中布置一個(gè)空穴，按本發(fā)明將空穴構(gòu)形在一個(gè)剛性AlN基質(zhì)上同時(shí)焙燒，然后將空穴中的一個(gè)集成電路晶片，直接放在AlN上。然后將一個(gè)蓋固定在空穴上，形成氣密密封。剛性AlN基質(zhì)形成機(jī)械支承，起組件散熱的作用。形成里面安放晶片的空穴或電介材料壁的構(gòu)思具吸引性，因可提高組件的集成水平。
將各電介帶層放在剛性基質(zhì)上同時(shí)焙燒的可能性，受剛性基質(zhì)，電介帶和約束質(zhì)材料間的熱膨脹不協(xié)調(diào)的限制。假如壓層復(fù)合材料的材料間熱膨脹不協(xié)調(diào)很大，則在加熱時(shí)材料的界面間可能發(fā)生缺陷，可能引發(fā)翹曲。并且，在混合用途中，方法要求剛性基質(zhì)至少一面平坦(平面)，從而可將帶層附在平表面上。
圖1-3示本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施方案。這些方案對(duì)發(fā)明的組合件為解說(shuō)性質(zhì)而無(wú)界定意義。
圖1概示本發(fā)明方法組成部分的安排，其柔性約束層固定在陶瓷帶件的兩側(cè)上。
未焙燒陶瓷帶件5的兩側(cè)(金屬化或不金屬化)，與柔性約束層3及3a層壓，使約束層在工件表面上密切吻合。這樣層壓的陶瓷件可用傳統(tǒng)爐焙燒，將組合件在烘爐的運(yùn)送帶1上進(jìn)行。
圖2概示本發(fā)明方法組成部分的一種安排，柔性約束層僅附在陶瓷帶部分的一側(cè)上。
將一個(gè)預(yù)焙燒陶瓷基質(zhì)7(金屬化或不金屬化)和一個(gè)未焙燒陶瓷帶部分5(金屬化或不金屬化)對(duì)正，同時(shí)層壓。不將一個(gè)柔性約束層3在陶瓷帶部分5的暴露表面上分別層壓，或?qū)⑷齻€(gè)組分，即約束層3，帶部5及預(yù)焙燒基質(zhì)7同時(shí)層壓。然后通過(guò)將組合件放在爐具運(yùn)送帶1上，使組合件在一個(gè)傳統(tǒng)爐具中焙燒，圖3概示本發(fā)明各組成部分的一種安排，將多個(gè)(n個(gè))陶瓷與n＋1個(gè)約束層交替放置形成單塊。在圖中n為3。但n可為任何正整數(shù)。
未焙燒陶瓷帶工件(金屬化或不金屬化)5a，5b，5c與柔性約束層3a，3b，3c互相交替對(duì)正放正放置?？蓪⒄麄€(gè)組合件同時(shí)層壓，也可將分組合件層壓，形成整個(gè)組合件。例如，可將陶瓷帶部5a和約束層3a層壓。然后可將組合件的約束層36及其他層次輪流與分組合件層壓。或者，可將諸如陶瓷帶部5a和約束層3a及3b的分組合件對(duì)正并層壓?？蓪⒅T如陶瓷帶部5b及5c和約束層3c及3b的第二分組合件對(duì)正并層壓。然后可將第一分組合件與第二分組合對(duì)正燕層壓。層壓后將組合件或單塊放在爐具運(yùn)送帶1上，在傳統(tǒng)的爐具中焙燒。
下面一組實(shí)驗(yàn)是為說(shuō)明本發(fā)明的方法可在焙燒時(shí)消除徑向收縮(即X-Y收縮)，提出一種有量度緊公差的多層組件制造條件。實(shí)施例說(shuō)明本工藝提供了精確線量度控制。調(diào)查用的抽樣，用杜邦生坯帶(DuPont Green Tape Tm)(電介常數(shù)約6)。并檢查了用于在焙燒時(shí)測(cè)量線形尺寸變化的技術(shù)。
抽樣用標(biāo)準(zhǔn)多層杜邦生坯帶加工技術(shù)制造，包括將電介帶坯層切割，在低溫(例如70℃)和壓力(例如3000磅/英寸)下層壓，產(chǎn)生未焙燒的單塊多層體。在某些情況下，如下文所示，在層壓前將金屬導(dǎo)電糊在帶層上作網(wǎng)板印刷。在某些情況下，層壓前，將約束帶放在多層疊垛的上、下方。在其他情況下，首先不用約束層將電介層層壓。在這情況下，僅將約束層放在經(jīng)層壓的電介層的上、下方，并將整垛疊層再加壓一次，使約束層粘附。
表1中實(shí)例1至5之2英寸×2英寸的樣本，用3英寸×3英寸的平坯制作。對(duì)于標(biāo)明已金屬化的樣本，將八層中的兩層或六層，用杜邦6142銀導(dǎo)體金屬化，用網(wǎng)板印刷交叉陰影線試驗(yàn)圖案。試驗(yàn)圖案的設(shè)計(jì)為復(fù)制一個(gè)高密度導(dǎo)體圖案。在實(shí)例5中，僅將金屬加每一印刷層一半的表面上。將四個(gè)3密耳(1/1000英寸)厚的約束層加在每一疊垛的上、下側(cè)，總共有帶16層。將全部16層在3000磅/英寸和70℃下加壓10分鐘，使之層壓在一起。然后將樣本切成2英寸×2英寸的尺寸。將未焙燒的約束層帶和電路部分放在平坦的無(wú)孔氧化鋁窯具上，在275℃下進(jìn)行一小時(shí)的燒除。不將工件從窯具上取下，而從帶式爐中通過(guò)，在850℃下燒結(jié)。冷卻后，將約束層撣除。
表1中實(shí)例6至9中之5英寸×5英寸樣本，用5英寸×5英寸的平電介坯料制作。在實(shí)例6及7中，在層壓前，將三個(gè)約束層加在疊垛的上、下側(cè)。然后在標(biāo)示的壓力下，將14層帶以70℃進(jìn)行10分鐘的層壓。至于實(shí)例8及9，先將8個(gè)電介層，分別在3000磅/英寸2及1000磅/英寸2下，在70℃溫度中層壓5分鐘。然后將三個(gè)約束層各加在上下側(cè)上，將14個(gè)疊層的帶件，在70℃與3000磅/英寸2下，第二次再加壓5分鐘。
為在焙燒時(shí)精確測(cè)量直線量度的變化，其公差符合多層組件的要求，便采用照相平版印刷工藝，將分辨率相當(dāng)高的25至28個(gè)線寬1密耳的金十字形，印在簡(jiǎn)單母基的白坯電介帶層上。將有這種記號(hào)的電介層作各試驗(yàn)件的上電介層。對(duì)有十字形的母基用自動(dòng)化行走光學(xué)顯微鏡在焙燒前后檢查。將每一個(gè)十字在母基中的位置數(shù)字化，在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中記錄。用計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)精密X-Y臺(tái)，將母基投影，對(duì)樣本表面上任何地方的各別十字間的直線距離進(jìn)行精確到±0.2密耳的計(jì)算。對(duì)表1中九個(gè)樣本構(gòu)形中每一個(gè)，總共測(cè)得300至378個(gè)線性量度變化。
表1示平均直線量度變化Δl/l，式中Δl表示由于焙燒，兩個(gè)選定的十字形之間的直線距離的變化，l。表示其初始的直線距離?！敖惶娴摹敝笜颖局懈鲙拥亩ㄏ?。在用刮板涂布時(shí)，顆粒有在機(jī)器涂布方向上自行互相對(duì)正的傾向，說(shuō)明在焙燒時(shí)可影響收縮。因此，將各帶層的涂布方向交替，對(duì)盡量減小涂布的影響常屬可取。
表1實(shí)例號(hào)樣本構(gòu)形 收縮率標(biāo)準(zhǔn)誤差(Srd.Dev)1 2英寸×2英寸，8層交替型 0.001304 0.000291無(wú)金屬2 2英寸×2英寸，8層非交替型 0.001404 0.000245無(wú)金屬3 2英寸×2英寸，8層交替型 0.000285 0.000401二金屬層42英寸×2英寸，8層交替型 -0.000170.000581六金屬層52英寸×2英寸，8層交替型 -0.000150.000647六層半金屬化65英寸×5英寸，8層非交替型 0.0020000.000265無(wú)金屬3000磅/英寸層壓75英寸×5英寸，8層非交替型 0.0025460.00036085英寸×5英寸，8層非交替型 0.0008650.000337無(wú)金屬，2階段層壓電介層為3000磅/英寸2帶約束層為3000磅/英寸295英寸×5英雨，8層非交替型 0.0010670.000413無(wú)金屬，兩階段層壓電介層為1000磅/英寸2帶約束層為3000磅/英寸2從這些部分測(cè)得的微小尺寸變化，大部分由于材料的熱脹效果和約束層的壓實(shí)作用，并非由于燒結(jié)造成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在若干樣本構(gòu)形焙燒時(shí)，收縮幾乎消除，直線尺寸控制可達(dá)到過(guò)去未能達(dá)到的精度。結(jié)果還表明，樣本的幾何形狀及金屬化密度不影響收縮的表現(xiàn)。為作對(duì)比，典型自由燒結(jié)的(即無(wú)約束的)多層杜邦生坯帶件，其(Δl/l)為0.12，標(biāo)準(zhǔn)誤差為+0.002，收縮率受工件的幾何形狀及導(dǎo)電金屬的密度的影響很大。由于工藝提供了加工中的這種尺寸緊公差，故用本技術(shù)制作多層工件時(shí)，尺寸控制并非重要問(wèn)題。
權(quán)利要求
1.焙燒陶瓷坯體時(shí)減少X-Y收縮的方法，有序步驟如下a.設(shè)置一個(gè)單塊，其中有n個(gè)未焙燒陶瓷坯體，與n＋1個(gè)柔性約束層交替設(shè)置，n為正整數(shù)，每一未焙燒陶瓷坯體有一層或多層陶瓷帶，其中有陶瓷固體的研細(xì)顆粒和散布在揮發(fā)固體聚合物接合劑中的無(wú)機(jī)接合劑的混合物，至少一層陶瓷帶印刷厚膜電功能糊的未焙燒圖案，每一約束層有研細(xì)的非金屬無(wú)機(jī)固體顆粒，上述非金屬無(wú)機(jī)固體顆粒在揮發(fā)聚合物接合劑中散布，每一約束層與一相鄰陶瓷坯體的表面密切吻合，但陶瓷坯體的燒結(jié)無(wú)機(jī)接合劑，向約束層中滲透不超過(guò)50微米；b.將單塊在足以使聚合物接合劑從一個(gè)或多個(gè)陶瓷坯體與約束層中揮發(fā)的溫度和時(shí)間內(nèi)焙燒，形成約束層中的互相連接的孔隙，并將無(wú)機(jī)接合劑在一個(gè)或多個(gè)陶瓷坯體中燒結(jié)；
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為厚膜電功能糊為導(dǎo)體。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為厚電功能糊為電阻。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為有電阻和導(dǎo)電體圖案被印刷在至少一個(gè)未焙燒陶瓷坯體的至少一層未焙燒陶瓷帶上。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括e.將厚膜導(dǎo)電圖案施加到燒結(jié)的陶瓷坯體的外露表面上，f將帶圖案的坯體焙燒以使有機(jī)介質(zhì)從厚膜圖案中揮發(fā)并燒結(jié)圖案中的導(dǎo)電固體。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征為上述圖案中的導(dǎo)電材料是貴金屬或貴金屬混合物或其合金。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為上述貴金屬是金、銀、鈀、或其合金。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征為上述圖案中的導(dǎo)電材料是銅。
全文摘要
焙燒陶瓷坯體時(shí)減小X-Y收縮的方法，有柔性約束層在焙燒時(shí)變?yōu)槎嗫?，將其加在陶瓷坯體上，柔性約束層在焙燒組合件時(shí)，在未焙燒的陶瓷坯體的表面上密切吻合。
文檔編號(hào)H01L21/48GK1130606SQ95119889
公開日1996年9月11日 申請(qǐng)日期1995年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月4日
發(fā)明者K·R·米克斯卡, D·T·謝弗 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司