大陶瓷制品及其制造方法

专利名称：大陶瓷制品及其制造方法
技术领域：
本发明涉及共同烧制(Co-fired)的陶瓷结构领域，具体涉及供电子电路应用的大的陶瓷结构物，这些大的陶瓷结构物是用较小的陶瓷结构物接合到一起构成的。
通常，多层式陶瓷结构最好在电子基片和元件的生产中使用。多种不同类型的陶瓷结构可以使用，其中的一些将在下描述。例如一个多层的陶瓷电路结构可以包含多个金属线路图层，这种金属线路图层 在起绝缘体作用的陶瓷层之间作为电子电路导体。这种电路基片可以设计带有称为“焊接板”的端接电气连接部分，用以固定半导体芯片、插接头引线、电容器和电阻器等。在各埋置的导体层之间的互连是通过在各陶瓷层上由金属膏填充的小孔形成的、称为“通径”的、用于电气连接的孔道来实现的，而那些小孔是在叠层或形成之前做成的。在烧结时，这些小孔变成一种以金属为基体的、密实烧结成的金属连接线。
通常，一般的陶瓷结构物是由未烧结的陶瓷毛坯制成的，这种毛坯由陶瓷颗粒、热塑性聚合物粘结剂、增塑剂和溶剂等混合制备而成，将这种合成物展开或浇注成陶瓷片或条，待溶剂从中挥发出去，便形成凝聚坚固的通用式陶瓷毛坯。经过裁切下料、叠层和层压，最后对毛坯以足够的温度烧结，驱离掉聚合粘结剂树脂，并把陶瓷颗粒烧结成密实的陶瓷基片。
在电子电路基片形成中所用的导电体是高熔点金属，例如钼、钨，或者贵金属金。然而，更希望的是能使用具有低电阻和低成本的导体，例如铜及其合金。
现行供电子电路应用的陶瓷结构物的边长约大到127mm。它能容纳约121个硅元件。一般，几个这样的陶瓷结构物由硬线连接在一起，以执行例如计算功能。由于所连接的陶瓷结构物之间有距离，必然存在着信号的传输延迟。这种布置的电特性需通过减小陶瓷结构之间的距离来求得改善。
一种办法是制造300mm或更大的大规模结构物，以容纳更多的硅元件。上述这种陶瓷结构物的表面积大约是现有陶瓷结构的4倍。由于一个单独结构物容纳有更多的硅元件，因此由硬线连接引入的传输延迟可以消除，能期望其电特性有明显的改善。
然而，生产这种大的陶瓷结构物存在困难。按照传统的带式浇铸技术，为获得大的陶瓷结构物，需要做的似乎是“简单地”把现有工具和工艺按比例放大。但是，这种想法可使制造成本过高。
本发明的构思是把几个较小的陶瓷结构物合并成一个单独的大陶瓷结构物。本发明除了能以较低成本取代简单地把现有工具按比例放大的制造法以外，它在如下方面也是有利的，即较小的陶瓷结构物比大的陶瓷结构物具有较好的尺寸稳定性。这表明由较小的陶瓷结构物相接合组成的大陶瓷结构物比带式浇铸大陶瓷结构物具有较好的尺寸稳定性。这种大陶瓷结构物的成品尺寸约为300mm或更大，能满足未来的电性能的要求。本方法毫无困难地解决了以下两个问题一是在保持整个陶瓷结构面电连续性的同时，将一些较小的毛坯块接合在一起，二是能烧结成大陶瓷结构物而没有裂缝和扭曲。
到目前为止，还没有提出过能满足上述要求的制造方法。
下述的参考文件一般地涉及陶瓷部件的接合。
美国专利4,420,352公开了陶瓷热交换器部件的接合，其中被接合的邻接表面以射频加热方式进行局部加热。美国专利4,724,020公开了一种类似的处理工艺，其中的局部加热是利用高压跳火实现的。
美国专利4,767,479公开了一种粘结毛坯陶瓷浇铸芯体的方法。所述的浇铸芯体由陶瓷颗粒和粘结剂构成，该浇铸芯体中的粘结剂由加入的一种溶剂来软化，然后将陶瓷充填物颗粒加到至少一个被连接的表面上。此后，在溶剂挥发掉之前将一些陶瓷浇铸芯体组装起来。
美国专利4,928,870公开了一种陶瓷部件的接合方法，在被接合的表面间放置金属膜或金属线，然后使之在短时间内流过一个大电流。
美国专利4,952,454公开的陶瓷部件接合方法是将一种含有多金属和金属氧化物的胶体敷设在要接合的表面上，然后使组件加热以实现有效的结合。
美国专利4,953,627公开了陶瓷热交换器部件的一种接合方法，它以一种粘结材料(例如玻璃)加到要接合的表面上，然后将组件烧制，实现有效的粘结。
这里，本发明的一个目的是由小陶瓷结构物来构成供电子电路应用的大陶瓷结构物。
本发明的另一个目的是使构成的大陶瓷结构物中被接合部分之间保持电连续性。
本发明的又一个目的是提出一种制造上述大陶瓷结构物的一种方法。
结合附图参阅下文的描述，本发明的这些目的和其它目的会显得十分清楚。
本发明的第一个方面涉及一种供电子电路应用的大的陶瓷毛坯的制造方法，其步骤之一是将多个毛坯块边对边地接合，以构成一个大的毛坯。
本发明的第二方面涉及一种供电子电路应用的大的陶瓷基片的制造方法，该方法包括下列步骤a.把多个毛坯块边对边地接合，以构成至少一个大的毛坯；b.将所述的至少一个大的毛坯烧结成一个基片。
本发明的第三方面涉及一种供电子电路应用的大陶瓷毛坯制品，它是由多个边对边接合的毛坯构成的大毛坯。
本发明的最后一个方面涉及一种供电子电路应用的大陶瓷基片，它至少有一层烧结的陶瓷材料，该陶瓷材料层是由多个边对边接合的陶瓷材料毛坯块构成的。


图1是一个大的陶瓷毛坯的平面图，在该毛坯下面另有一个大的陶瓷毛坯。
图2A是两个大的陶瓷毛坯的另一种叠堆法平面图，图2B和图2C分别是图2A在箭头2B和2C方向的端视图。
图3、4和5是使相邻毛坯块接合的另一些方法的侧视图。
图6A-6D的侧视图表示出接合和叠堆一些毛坯块的一种优选方法。
图7是接合叠堆毛坯块的另一种方法的侧视图。
图8A、8B和8C示出接合毛坯块的另一些方法的平面图。
图9示出接合毛坯块用的一种窗框补偿器的平面图。
图10示出又一种接合毛坯块方法的透视图。
更详细地参考附图，特别是参考图1，图1示出了一个用标号10表示的大的陶瓷毛坯制品。这种大陶瓷毛坯制品在电子电路应用中具有特别的用处，例如用于连接半导体元件的基片，等等，大陶瓷毛坯10包括有多个毛坯块12、14、16和18，它们按标号20边对边地接合，以构成大毛坯。
从图1中所能看到，各毛坯块具有不同的尺寸，共有四个毛坯块，从下文的描述可知，各毛坯块可具有相同或不同的尺寸，并可以多于或少于四个毛坯块。图1所示的毛坯块的数量和形状仅仅是为了示例。
构成毛坯块的陶瓷颗粒可以通常适于电子电路应用的那些陶瓷材料中选取。作为示例而不是作为限制，这些陶瓷材料可以包括氧化铝、氧化铝加玻璃、氮化铝、氮化硅、高铝红柱石、玻璃(例如硼硅酸盐玻璃)和玻璃陶瓷材料(例如在美国专利4,413,061中公开那些玻璃陶瓷材料)。一些优选的玻璃陶瓷组分在表1中列出了。
表I玻璃陶瓷成分(重量百分比)1 2 34 5 6 7 8 91011121314151617181920SiO255.0 54.5 54.5 52.3 57.8 60.0 50.0 53.9 54.0 55.0 60.0 54.5 57.0 55.0 47.0 53.9 54.0 54.5 54.0 54.0Al2O322.1 21.0 21.0 19.7 22.2 18.2 22.9 20.7 21.0 21.0 17.0 20.0 21.0 21.0 33.5 20.8 22.0 21.3 22.0 21.0MgO 22.3 19.8 19.8 24.0 16.0 17.8 22.2 19.6 19.0 18.0 18.0 20.0 20.0 22.0 13.5 19.6 20.0 19.9 20.0 22.0B2O21.3 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.1 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 3.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0P2O30.3 2.7 2.7 3.0 3.0 3.0 1.8 2.8 3.0 3.0 3.0 1.5 1.0 3.0 2.7 2.0 2.8 2.0CeO21.0MnO 1.0ZrO22.0 2.0CaO 2.0 1.0NiO 2.0Li2O 1.0Fe2O32.0Na2O 1.0TiO21.0ZnO 1.0CuO 2.0
可以预料单独的一个大毛坯也可以作为一种独立的商品进行销售。然而，通常是多个的那种大毛坯。如图1所示，有两个大陶瓷毛坯。在顶部，有一个包括有多个毛坯块12、14、16和18的大陶瓷毛坯，各毛坯块沿边缘20相邻接。毛坯块12一部分被切掉，以便示出第二个大陶瓷毛坯22，它由毛坯块24、26、28和30组成，这些毛坯块沿边缘32相邻接，如剖视图所示。
对于本发明最重要的是，在一层上连接的各毛坯块边缘不与在上面或下面层上连接的毛坯块边缘相重叠。作为这种情况的例外将在以后讨论。这一重大限制的理由在于，相连接的毛坯块边缘上会存在薄弱线纹，为使成品毛坯制品具有整体性，有必要逐片错开这些薄弱线纹。
最好，至少在毛坯块之一上有金属布线图案。因此，如图1所示在毛坯块12上有布线图案34。图中还示出了布线图案36、38和40。布线图案的选择是由基片制品的专门设计者决定的。然而，在本发明的一个实施例中，在相邻毛坯块上的金属布线图案最好由相对方向或垂直方向的导线组成。所以，毛坯块12上的布线图案34是在X方向，而毛坯块14上的布线图案36是在Y方向。类似地，毛坯块16、18上的布线图案38、40也分别地以相对垂直的方向设置。此外，相对于毛坯块12上的X方向布线图案而言，底下一层毛坯块24上的布线图案41是在Y方向。最好使布线图案按上述方式布置的理由在于，它允许单层毛坯上的布线图案似X方向布线图案转变为Y方向布线图案，或者作相反的方向转变。当然，为实现相同的或类似的结果，布线图案也可以是倾斜的或某种其它图案。
在毛坯块上设置布线图案时，本发明人已经发现，最好使每一特定层上的布线图案在整个大毛坯上对称地分布，亦即在每个大毛坯上的布线图案应占有近似相同的面积。当这样逐层地作好以后，毛坯便可以不受约束地烧结。如此做法，可以避免毛坯在烧结时发生变形。
又如图1所示，布线图案例如是X和Y信号导线在本发明考虑之内的范围还有，布线图案可以是重新分布的图案、接地平面以及可用在电子电路基片结构中的其它布线图案。
现在参考图2A，图中示出按照本发明的大陶瓷毛坯制品的另一实施例。图2A示出在大陶瓷毛坯层44中的所有毛坯块42都具有相同的尺寸。类似地，大陶瓷毛坯层48的每个毛坯块46也具有相同的尺寸。然而，为了避免毛坯层44上的每个毛坯块边缘45与毛坯层48内每个毛坯块的连接边缘49相重叠，如图2A所示，每个大毛坯的连接块是逐层间交错开的。所需数量的毛坯层形成以后，可以利用现有技术对连接的毛坯块叠堆进行平整。当然，在平整操作期间应当小心，不要损坏电气连接或布线图案。图2B从侧面示出图2A中层叠好的大陶瓷毛坯44、48。
按照对图1的讨论，每个毛坯块可以包含有布线图案。布线图案例如可以是X和Y信号导线、重新分布图案、接地平面、等等。如果大陶瓷毛坯层44、48包含X和Y信号布线图案，则在第三大陶瓷毛坯层(未示出)中可能需要一个参考平面。毛坯层的数量和特定的布线图完全属于基片制品各设计者的技巧。
图2B还示出了本发明的另一个方面，即对来自或跨接毛坯块的连接边缘形成电气连接的方法。很明显，由于在相邻毛坯块之间本来存在着的间隙，电气连接不能直接跨越毛坯块的连接边缘。因此，如图2B所示，如果人们想要从毛坯层48转接到毛坯层44，并通过边缘或者是对毛坯层45、49这样做，那么例如可以跨越毛坯层44中边缘45下面的导线50出发。毛坯层48中的导线50与毛坯层44中的孔道54连成一体，而通路54与通过接合边缘49上面的导线56连接。
图2C是图2A中毛坯层44和48叠层的另一侧视图。图2C示例出可以跨越连接的毛坯块边缘实现电气连接的另一种方法。如果想要跨越毛坯层44中的毛坯块，通常是不能由导线跨越边缘连接的，因为在烧结时导线将损坏。对此，在导线58、66之间跨越边缘45的电气连接可以按照以下方式实现导线58先进入孔道60，然后孔道60与毛坯层48中的导线62相连接。导线62穿过接合边缘45的下面，但不通过邻接边缘49。然后，导线62与孔道64连成一体，以便导线62可向上通过毛坯层44经由孔道64而到达导线66，实现连接。因此，实现了从导线58到66的跨越接合面边缘45的连接。如果需要连续地横越，并实现与毛坯层48中的另一毛坯块接合，那么可经孔道67实现导线66和导线68之间的连接。
这样，可以在相邻毛坯块之间，或者在不同层上的毛坯块之间实现电气连接而无需实际跨越相邻毛坯块之间形成接合面。实质上，连线特征(例如导线)的横越连接是在不同的毛坯层上(或者在某层之上，或者在某层之下)，而不是在包含该接合的毛坯层上。
本发明还包括上文所述的大陶瓷毛坯然后将它烧结以形成一个大陶瓷基片。简单地说，大陶瓷基片是这样形成的通过边对边地接合多个毛坯块，形成一个大毛坯，然后对其进行烧结，以形成一大基片。一旦形成大毛坯，如果需要具有多层的基片，则需先形成多个这样的大毛坯，然后分层和叠层亦即堆放并结合在一起成为一个单元，以形成毛坯叠层堆，以待后来烧结。如果所述的大毛坯上的布线图案是对称分布的，那么该毛坯层堆可以不受限制地进行烧结。
本发明的关键部分是如何接合各毛坯块使它们形成一个紧密整体的大基片。预期的一种接合毛坯块的方法是在层堆期间或烧结期间给毛坯加热和加压，以使邻近边缘的毛坯材料流变。作为毛坯材料它包括一种热塑粘结剂，适当地选择该粘结剂，以使加热和加压时它产生流变，能将两个毛坯接合在一起。然后，在烧结期间陶瓷颗粒将在毛坯之间互相扩散，形成大陶瓷基片。
然而，更好的办法是在相邻毛坯块边缘上施加一种配料，以促使这些毛坯块相邻边缘实现接合。本发明的一个这样的实施例示于图3，图中示出给毛坯块72和74施加一种溶剂70，而毛坯块72和74放置在聚酯薄膜脱模层73和固定件75上。由图可见，如剖视图的线76所示的毛坯块的各个边缘(更确切地说，是包含有粘结剂的边缘)均被溶化。这样，毛坯块的各边缘溶化并流到一起，将各毛坯块接合在一起。
再参考图4，毛坯块边缘通过局部加热源78已被粘结或接合在一起。局部加热源78使得毛坯粘结剂材料流变，形成一种粘合。这种局部加热可以使用例如激光器来实现。
在图5所示的另一个优选的实施例中，促使毛坯粘合的配料可以是例如一种金属或陶瓷胶80。另外，该配料也可以是一种陶瓷粘浆。胶与浆的不同在于胶是比较粘稠的，因而在涂敷期间不需要加过多的限制。如果需要，含有金属的胶也可以包含陶瓷或玻璃颗粒，以促使接合的毛坯块之间的粘结。
该配料也可以包括一种光敏金属有机化合物，它添加到例如一种胶中，涂在毛坯块之间待粘给的区域上。这种光敏金属有机化合物在一个光源例如激光器下曝光以使它转变成金属。另一种可能的是这样的，当达到一烧结温度时，边缘上的毛坯材料将受到液相烧结。在这种情况下，该混合物可以添加到两毛坯块之间的空间中(例如添加在胶中)，或者可以实际构成待接合的毛坯块的边缘。
再一种可用于接合相邻毛坯块边缘的配料是一种并不与相邻毛坯块材料起强反应的配料。希望用这样一种不反应材料的理由，在于考虑到了下面的一个要点，即在毛坯块中将没有材料被实际迁移到毛坯块之间的缝隙中。这是因为毛坯块中材料向所述缝隙的任何迁移，将导致在毛坯层中产生出一个低密度区域，从而在烧的基片中形成缺陷。据此，在本发明的这个方面这样，该配料优选地可包含一种水基乳胶，这种乳胶不与毛坯块粘结剂起反应，而所述的粘结剂是一种典型的非水基聚合粘结剂材料。例如聚乙烯醇缩丁醛。该配料除了包含水基乳胶外，最好还包含有一种陶瓷粉末，而这种陶瓷粉末就类似于构成整块毛坯块材料的陶瓷粉末。
现在参考图9，接合毛坯块的步骤可以不是在边缘之间加上配料而是在待接合的毛坯块上以窗框形状贴一层毛坯片82。窗框可放在毛坯块的上面，并暂时粘在毛坯块上，以便处置好毛坯叠层。或者，毛坯块可以与别的毛坯层上的窗框进行叠层，以保持毛坯块就位好。当烧结时，该窗框层82将与毛坯块保持在一起。
现在参考图10，图中示出了又一种接合毛坯块的方法。如图所示毛坯块84需要接合在一起。毛坯块84可以放置在另一毛坯块86之上。随后，在缝隙90内喷溅一种粘合液88，但仅仅部分地填充缝隙。然后，将一块毛坯条92放入缝隙内，以完全填满缝隙。该毛坯条的成分最好与毛坯块84和86的成分类似。当烧结时，毛坯条92和粘合液88的组合可使毛坯块84和86接合在一起。
根据本发明将毛坯块叠层的一种优选方法示于图6A-6D中。首先参考图6A，各毛坯块96放置在固定件92上。现已知道，在放置毛坯块96之前，最好在固定件92的顶面放置一聚酯薄膜层94。并且知道，在这一过程中，此刻最好不添加使毛坯块接合在一起的任何配料。
现在参考图6B，毛坯块的第二层放置在毛坯块96之上。应注意到，毛坯块之间的缝隙在第一层和第二层之间是交错的。也就是说，各毛坯块96之间的缝隙与各毛坯块98之间的缝隙互相偏置开。在毛坯块98之间的缝隙中放置配料100，以使各毛坯块粘结在一起。为了示例，但并不受比例限制，在图6B中示出的配料100是一种陶瓷膏(亦即，用以使陶瓷软化)。
如图6C所示，每个附加层制作在毛坯块的头两层上，并且每一层中的相邻毛坯块之间的缝隙都填充陶瓷胶。在图6C中，示出总共五层这样的毛坯块。然而，实际上会比所示的五层多些或少些。在由陶瓷胶接合的毛坯块各层的顶端，放置另一层聚酯薄膜102。现已知道，在毛坯块96的第一层之间填充缝隙时，该第二聚酯薄膜层102是很有用的。
现在图6C中的毛坯块叠层可以移开并翻转，如图6D中所示，以使聚酯薄膜102这时与固定件93相接触。现在，再移去聚酯薄膜94，并丢弃它。然后，用陶瓷胶填充毛坯块96之间的缝隙。此后，图6D中所示的毛坯块叠层可从固定件93上移走，并放在另一个用于叠层的固定件(未示出)中。在叠层之前，要将聚酯薄膜脱模层102去掉。叠层之后，在需要时可将毛坯块层堆进行烧结。
图7示出了另一个叠层毛坯块的实施例。在这个特定的实施例中，毛坯块同时叠层两层。现已知道，当使用金属胶接合毛坯块时，这种特定的安排特别有利。金属导线108遮蔽在毛坯块106上。毛坯块106的顶部放置毛坯块104，而毛坯块104中的孔道110与导线108接触。然后，将毛坯块104和106以及脱膜层107放入一个叠堆固定件103中，如图6中所示。并且，一种金属胶105涂敷在毛坯块104和106之间的缝隙中。然后，使金属胶干化，在毛坯块104的顶部放置毛坯块114，其上面形成有金属孔道118，并在表面上形成导线116。然后，在毛坯块114的顶部放置毛坯块112。在毛坯块112和114之间的缝隙中放置金属胶以填充缝隙。应该注意，毛坯块112和114之间的缝隙与毛坯块104和106之间的缝隙是互相偏离的。此外，来自毛坯块114的孔道118与毛坯块104中的孔道110成一直线。还应该注意，导线116和108通过一个叠置的毛坯块与毛坯块之间的缝隙相绝缘。由于使用金属胶来填充缝隙，故需要在导线和缝隙之间有一个毛坯块绝缘层。否则，将会造成短路。按图7中所示的情况，可以接合两组或更多组的毛坯块。
最后，在图8A、8B和8C中示出了将毛坯块接合在一起的另几种安排。可以看到，毛坯块顶层之间接合面与其下面层上毛坯块之间接合面是交错的。这些接合面应该与图8A、8B和8C中所示的它们上面的毛坯块之间接合面相交错。图8C所示的实施例，对于仅需使用一种尺寸的毛坯块来说特别有长处。可以看到，每个毛坯块都具有一个接头，并且每个毛坯块都相对于其相邻的毛坯块旋转90°，以使接头的指向边缘在中心相遇。
在参考了如下实例后，本发明的其它优点将变得更清楚。
实例例I用常规的方法，如利用上面所述的带式浇铸法，制备玻璃陶瓷毛坯块。毛坯块含有堇青石成形玻璃颗粒、聚乙烯醇缩丁醛粘结剂和其它一些普通的有机成分。堇青石成形玻璃(由烧结使玻璃晶化所形成的堇青石)的成分按其重量百分比如下所示SiO255.0Al2O321.1MgO22.3B2O31.3P2O50.3毛坯块的尺寸是185mm×185mm。
每个毛坯块还具有布线图案，它是通过把铜膏涂敷在毛坯块片上实现的。铜膏是由铜颗粒、乙基纤维粘结剂和普通有机添加剂组成的。
毛坯块按下述的方式进行接合。将一层聚酯薄膜材料铺放在叠层固定件上。随后，将4个毛坯块放至聚酯薄膜上。要小心地放置这些毛坯块，以使留下的缝隙不超3mm。然后，将下一个毛坯块层放置到第一个毛坯块层上面。然后，将这些毛坯块间隔开，留下不超过3mm的缝隙。放置第二个毛坯块层时，要使每层的缝隙相互偏离开如图6B所示。
在第二层的缝隙中涂敷一种胶体，它含有与毛坯块中玻璃一样成分的堇青石成形玻璃颗粒。按重量百分比，该胶体的成分包括62％堇青石，15％ Rhoplex B60A粘结剂，1％ Benzoflex粘结剂，3％水，16％有机溶剂，2％B90 Butvar(聚乙烯醇缩丁醛)粘结剂，其余的辅助成分。然后，使该胶体干化。
以这种方式连续地叠堆，直至叠到60层。
将毛坯块叠层按照如下加温进程进行烧结。在湿氮环境下使温度直线上升至705-725℃，然后，将环境转换成湿氢，以实现粘结剂的熔化。在转换气体气氛后，将温度直升至975℃，使毛坯块材料增密和结晶，并维持在该气体气氛下使温度直降至室温。升温、降温的速率要保持在1℃/mm以下，以避免陶瓷基片发生热应力。
制成的基片的最终尺寸为320mm×320mm。
对大规模基片进行了4点机械测试法的测试，发现其强度等效于整体陶瓷块。
例II用通常的带式浇铸法制备氧化铝陶瓷毛坯块。该毛坯块由氧化铝(Al2O3)颗粒、玻璃原料、聚乙烯醇缩丁醛粘结剂和其它一些普通的有机成分。根据毛坯块的固体含量，氧化铝和玻璃的比例是Al2O3占89重量百分比、玻璃原料占11重量百分比，按重量百分比，玻璃原料的成分是52％ SiO2，30％ Al2O3，8.5％CaO和8.5％MgO。毛坯块的尺寸是185mm×185mm。
每个毛坯块上也具有布线图案，这是通过把钼胶涂敷在毛坯块上实现的。钼胶由钼颗粒、乙基纤维粘结剂和普通的有机添加剂组成。
将毛坯块按照例1中的方法叠堆，但例外的是在毛坯块之间没有缝隙，以便毛坯块可连接相邻的毛坯块。此外，在相邻行毛坯块之间不施加接合用胶。在定形加工后，最终的基片尺寸是320mm×320mm。
按照下述的加温进程对毛坯块叠层作不加约束的烧结。在氢气环境下以小于1℃/分钟的升温速率加温到600℃。然后，转换到湿氢的气氛，以2℃/分钟的速率升温到980℃，并保持3小时以达到粘结剂的热分解。再以约8℃/分钟的升温速率加温到1050℃，并维持3小时以实现粘合剂的熔化。此后，为了增密，温度以大约1℃/分钟的速率上升至1555℃。在该温度下持续3小时，温度以2℃/分钟的速率下降至800℃。这时，又转换成氮气气氛，并让温度自由回落到室温。
本实例中基片成分的特征在于，玻璃原料促成基片的液相烧结。类似地，由这种同样的液相烧结现像使毛坯块相接合。为此，无需使用胶体就可以接合毛坯块。
制成的基片的最终尺寸是260mm×260mm。
由剖视图可见，毛坯块之间不存在密度梯度，新烧结的基片的整体性显得很好。
例III按照例I中的方法制备玻璃陶瓷毛坯块，但不是制备全尺寸的基片。先制备样品以测试毛坯块与金属胶的接合。在本例中，各毛坯块上都不涂敷有布线图案。
如图7所示，每次放置两层毛坯块，其缝隙大约1mm。在缝隙内填充一种胶，它由铜颗粒、堇青石陶瓷颗粒、乙基纤维粘结剂和普通的有机添加剂组成。在铜颗粒和堇青石成形玻璃颗粒混合体中，铜占40体积百分比，堇青石是60体积百分比。在填充胶中，按重量百分比，堇青石成形玻璃的成分如下所示SiO255.0Al2O321.23MgO 20.0B2O31.0P2O52.77然后，按照例I的方法对毛坯块叠层进行烧结。
经烧结的基片的整体性显得是很好的。在已接合的毛坯块上对基片作剖视，可以看到，陶瓷和填充胶之间有良好的粘结。
例IV按例III中相同的方法制备一基片叠层，但接合毛坯块的胶由铜颗粒、乙基纤维粘结剂和有机物组成。
然后，将毛坯块叠层按例I中的方式进行烧结。
可以看出，经烧结的基片的整体性是很好的。在接合的毛坯块上对基片进行剖视时看到，虽然在胶体和陶瓷之间有些层裂，但总的说陶瓷与胶体的接合是良好的。而且，胶体与陶瓷之间的层裂并不导致裂痕向整块陶瓷中延伸。
例V采用与例I相同的方法制备一基片叠层，但接合毛坯块的胶体的组成，按重量百分比为66％堇青石成形玻璃颗粒，26％Rhoplex B60A(一种乳胶粘结剂)，6.0％去离子水，2％其它辅助添加剂。堇青石成形玻璃颗粒的成分与整块陶瓷的成分相同。
然后，按例I的方法进行烧结。
制成的基片的最终尺寸为320mm×320mm。
可以看出，经烧结的基片的整体性是很好的。在接合的毛坯块上对基片进行剖视时看到，陶瓷和胶体之间总体上有良好的接合。
很明显，本领域的技术人员对本发明所述的特定实施例可以作出其它改进，不离开本发明的精神。为此把这类改进认为是在本发明的权利要求书规定的范围之内的，而权利要求单独地附在后面。
权利要求
1.一种大陶瓷毛坯制品，其特征在于，包括多个毛坯块，边对边接合起来，形成一个较大的毛坯；和金属图案，敷设在多个所述毛坯块上，其中在相邻毛坯块上的所述的金属图案包括相对的正交方向的布线。
2.一种大陶瓷基片制品，其特征在于，包括至少一个烧结陶瓷材料层，所述的层包括多个边对边接合的陶瓷材料块，和金属图案，敷设在多个所述的毛坯块上，其中在相邻的块上的所述金属图案包括相对的正交方向的布线。
3.根据权利要求2所述的制品，其特征在于，在所述的基片中有多个层。
4.根据权利要求3所述的制品，其特征在于，还包括敷设在多个所述层上的金属图案，其中所述的金属图案是逐层对称地敷设的。
5.根据权利要求1所述的制品，其特征在于，还包括在相邻边缘处的一种配料，用以促成在相邻边缘之间的粘结。
6.根据权利要求2所述的制品，其特征在于，还包括在相邻边缘处的一种配料，用以粘结所述的相邻边缘。
7.根据权利要求6所述的制品，其特征在于，所述的配料包括金属、陶瓷或其混合物。
8.根据权利要求6所述的制品，其特征在于，所述的配料被选择得可使所述的基片至少在边缘处已经经历液相烧结。
9.根据权利要求3所述的制品，其特征在于，所述的层被分组成为由两层组成的组，每个两层组形成一个可重复的单元。
10.根据权利要求9所述的制品，其特征在于，还包括金属图案，敷设在每个单元的至少一层上。
11.根据权利要求1所述的制品，其特征在于，多个所述的较大毛坯被形成和被烧结，以使两毛坯块之间的接合面相对于其上或其下的较大毛坯中两毛坯块之间的接合面有位移。
12.根据权利要求3所述的制品，其特征在于，所述的层被堆置得可使两毛坯块之间的接合面相对于其上或其下的层中的两毛坯块之间的接合面有位移。
13.根据权利要求1或2所述的制品，其特征在于，所述的毛坯块具有不相等的尺寸。
14.根据权利要求1或2所述的制品，其特征在于，所述的毛坯块具有相等的尺寸。
15.根据权利要求11所述的制品，其特征在于，还包括多个金属布线图案，在多个所述毛坯块上，所述的金属布线图案中至少两个是连接的，其中所述的金属布线图案是在不同的毛坯块上的。
16.根据权利要求15所述的制品，其特征在于，所述的不同毛坯块相互相邻。
17.根据权利要求12所述的制品，其特征在于，还包括多个金属布线图案，在多个所述的毛坯块上，所述的金属布线图案中至少两个是连接的，其中所述的金属布线图案是在不同毛坯块上的。
18.一种由多个毛坯块制造供电子应用的大陶瓷毛坯制品的方法，其特征在于，包括以下步骤a.把金属布线图案敷设到多个所述的毛坯块上；b.把所述的多个毛坯块边对边地接合，以形成一个较大的毛坯；其中在相邻毛坯块上的所述金属图案包括相对的正交布线。
19.一种由多个毛坯块制造供电子应用的大陶瓷基片制品的方法，其特征在于，包括以下步骤a.把金属图案敷设到多个所述的毛坯块上；b.所述的多个毛坯块边对边地接合，以形成至少一个较大的毛坯，其中在相邻毛坯块上的该金属图案包括相对的正交方向的布线；及c.烧结所述的至少一个较大毛坯，以形成一个较大的基片。
20.一种用以制造供电子应用的大陶瓷基片制品的方法，其特征在于，包括以下步骤a.将多个毛坯块边对边地接合，以形成至少一个较大的毛坯，其中所述的接合毛坯块的步骤包括施加陶瓷浆和陶瓷带；和b.烧结所述的至少一个较大毛坯，以形成一个大基片。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，多个所述的较大毛坯被形成，和进一步包括堆置和层压所述的较大毛坯，以形成一个毛坯叠层，然后烧结所述的毛坯叠层。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括将金属图案敷设在多个所述的较大毛坯上，其中所述的金属图案在逐个较大毛坯中是对称地敷设的。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述的烧结步骤包括自由烧结。
24.一种制造供电子应用的大陶瓷毛坯制品的方法，其特征在于，包括边对边地接合多个毛坯块以形成一个较大毛坯的步骤，其中所述的接合所述毛坯块的步骤包括施加陶瓷浆和陶瓷带的步骤。
全文摘要
一种供电子电路应用的大陶瓷基片制品,它至少包括一层烧结的陶瓷材料,所述的层包括有多个边对边地接合的陶瓷材料毛坯块。这里还公开了一种制造未烧结的大陶瓷毛坯制品的方法,以及一种大瓷基片制品。
文档编号H05K1/14GK1176239SQ9711485
公开日1998年3月18日 申请日期1997年7月18日 优先权日1992年2月18日
发明者拉希德·J·贝赞玛, 乔恩·A·凯西, 马里奥·E·埃克, 谢吉·法罗, 艾琳·S·弗郎茨, 凯瑟琳·G·弗雷, 戴维·H·加布里埃尔, 莱斯特·W·赫伦, 戈尔德阿拉简·纳特阿拉简, 约翰·U·尼克博克, 萨拉·H·尼克博克, 维韦克·M·苏拉, 约翰·汤姆森, 伊-明·廷, 沙伦·L·特蕾西, 罗伯特·M·特朗西图, 唐纳德·R·沃尔, 贾埃·V·延 申请人:国际商业机器公司