專利名稱：陶瓷多層基板的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在預燒成的氧化鋁基板上層疊燒成前的片坯(greensheet)而制造陶瓷多層基板的方法。
背景技術：
近年來，作為減小陶瓷基板的燒成收縮而制造基板尺寸精度高的陶瓷基板的方法，已經(jīng)提出了在燒成過的氧化鋁基板上層疊未燒成的陶瓷片坯、經(jīng)熱壓接后進行燒成而制造陶瓷多層基板的方法(特開2001-267743號公報)。該制造方法是通過采用燒成過的氧化鋁基板抑制陶瓷片坯的燒成收縮而試圖控制整個基板的燒成收縮。
但是，由于陶瓷片坯的燒成收縮力很大，因此只用燒成過的氧化鋁基板從其一面試圖抑制陶瓷片坯的燒成收縮，則這種抑制是不充分的。其結果，往往在陶瓷片坯的燒成層與燒成過的氧化鋁基板之間發(fā)生剝離，或者在陶瓷片坯的燒成層產(chǎn)生裂紋，或者基板發(fā)生翹曲，存在產(chǎn)品的合格率低這樣的問題。
為謀求這一問題的解決，已經(jīng)提出了下述的制造方法即在燒成過的氧化鋁基板上層疊和壓接未燒成的陶瓷片坯，制成層疊體后在該層疊體的兩面層疊和壓接拘束用片坯(green sheet for restraint)，或者同時進行未燒成的陶瓷片坯的層疊壓接與拘束用片坯的層疊壓接，然后進行拘束燒成(加壓燒成或無加壓燒成)(特開2003-258424號公報)。
如圖4所示，在燒成過的氧化鋁基板1的一面或兩面層疊和壓接1片或數(shù)片陶瓷片坯2a、2b而制成層疊體后，在該層疊體的兩面層疊和壓接拘束用片坯3a、3b，并對層疊體進行燒成。
此時，在層疊體制作工序形成壓接在燒成過的基板上的未燒成的片坯，以便使其壓接時的厚度變化量大于或等于由燒成過的基板的凹凸引起的最大厚度差，藉此在壓接工序防止燒成過的基板的開裂。
但是，上述現(xiàn)有的技術在層疊燒成過的氧化鋁基板與未燒成的陶瓷片坯進行燒成時，不能完全防止燒成過的氧化鋁基板與層疊的陶瓷片坯之間的分層(層間剝離)的發(fā)生，從而也不能以高的合格率制造具有優(yōu)良品質的陶瓷多層基板。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決上述課題，提供一種能夠防止基板燒成時產(chǎn)生的分層、且以高的合格率制造品質優(yōu)良的陶瓷多層基板的方法。
本發(fā)明的陶瓷多層基板的制造方法的特征在于其包括在氧化鋁基板的兩側層疊片坯而得到層疊體的第1層疊工序，其中所述氧化鋁基板是在比片坯燒結溫度更高的溫度下進行過燒結的；在上述層疊體的最外層層疊于上述片坯的燒結溫度下不會燒結的拘束用片坯而得到第2層疊體的第2層疊工序；將上述第2層疊體于280℃～350℃范圍的第1加熱溫度加熱預定時間以去除上述片坯中含有的粘合劑成分的脫粘合劑工序；于800℃～1000℃范圍的溫度對上述第2層疊體進行燒結的燒成工序；以及從上述第2層疊體去除上述拘束用片坯的拘束層去除工序。


圖1A-C是表示本發(fā)明的實施例1的陶瓷多層基板的制造工序的剖面示意圖。
圖2A-F是表示本發(fā)明的實施例2的帶空腔的陶瓷多層基板的制造工序的剖面示意圖。
圖3A是本發(fā)明一實施例的帶空腔陶瓷多層基板的組件的平面圖、圖3B是該陶瓷多層基板的組件的剖面圖。
圖4是以前的陶瓷多層基板的制造方法的剖面示意圖。
具體實施例方式
粘合劑成分由丙烯酸樹脂(丙烯酸丁酯和丙烯酸乙酯)所構成，使用市售的添加有鄰苯二甲酸丁芐酯(BBP)增塑劑(丙烯酸樹脂∶BBP＝約7∶3)的陶瓷片坯，在制造陶瓷多層基板的情況下，通常，脫粘合劑工序的設定溫度設定為遠高于粘合劑成分的終止分解溫度(例如600℃)，以便將粘合劑成分從片坯中完全去除。在此，所謂粘合劑成分的開始分解溫度是指進行外部加熱時，粘合劑成分開始從片坯中揮發(fā)的溫度，可以通過測定片坯是否發(fā)生重量變化來確定。另外，所謂粘合劑成分的終止分解溫度是指片坯的重量不再變化時的溫度。該終止分解溫度依存于粘合劑的成分，具體為370℃左右，脫粘合劑的溫度設定為500～600℃左右。
本發(fā)明者將脫粘合劑工序的設定溫度設定在以前的粘合劑成分的終止分解溫度或以上、以及改變其它參數(shù)特別是片坯的層疊條件和燒成工序條件，藉此試圖解決上述問題。然而，無論使用任何條件，上述課題均沒有得到解決。于是，著眼于脫粘合劑工序以及脫粘合劑的設定溫度，解決了上述課題。
即本發(fā)明為多層基板的制造方法，其具有在氧化鋁基板的兩側層疊片坯而得到層疊體的第1層疊工序，其中所述氧化鋁基板是在比片坯燒結溫度更高的溫度下進行過燒結的；在上述層疊體的最外層層疊于上述片坯的燒結溫度下不會燒結的拘束用片坯而得到第2層疊體的第2層疊工序；將上述第2層疊體于280℃～350℃范圍的第1加熱溫度加熱預定時間以去除上述片坯中含有的粘合劑成分的脫粘合劑工序；于800℃～1000℃范圍的溫度對上述第2層疊體進行燒結的燒成工序；以及從上述第2層疊體去除上述拘束用片坯的拘束層去除工序。
另外，在上述脫粘合劑工序中，優(yōu)選的是從室溫升溫到上述第1加熱溫度，然后將上述第1加熱溫度保持2～6小時，之后將溫度降至室溫。這是為了確保脫粘合劑的進行。在此，所謂室溫是指溫度在10℃～30℃的范圍內。
上述氧化鋁基板優(yōu)選的氧化鋁含量為90重量％或以上。
上述氧化鋁基板優(yōu)選在比片坯的燒結溫度高100℃或以上的溫度下進行燒結。
另外，優(yōu)選在上述氧化鋁基板上形成選自由導電膠組合物形成的布線圖以及通路導體(via conductor)中的至少一種。
此外，上述拘束層的去除優(yōu)選采用選自噴射水流以及超聲波清洗中的至少一種方法以去除附著在燒成基板兩面的拘束用片坯中沒有燒結的無機組合物。
根據(jù)本發(fā)明的防止分層的效果，一般認為基于以下理由如果將以前的脫粘合劑溫度設定在粘合劑的終止分解溫度以上，使粘合劑成分完全去除，則與氧化鋁基板之間變得沒有附著力而發(fā)生分層。如果將脫粘合劑溫度設定為粘合劑的終止分解溫度，則粘合劑成分的一部分殘存在片坯內，可以保持片坯之間的附著力，因而能夠防止片坯之間的分層。
實施例以下，結合附圖詳細說明本發(fā)明的陶瓷多層基板的制造方法的實施例。
(實施例1～3、比較例1～4)圖1A-C是示意表示本發(fā)明的一實施例的陶瓷多層基板的制造工序的剖面圖。
在形成有由導電膠組合物等形成的布線圖或通路導體的燒結過的氧化鋁基板1的兩面，層疊有1片或數(shù)片低溫燒成陶瓷片坯2a和2b。陶瓷片坯上形成有通過在經(jīng)過沖切加工或其它加工的通路上進行導電膠組合物的絲網(wǎng)印刷而形成的通路導體15。同樣通過導電膠組合物的絲網(wǎng)印刷也形成了布線圖16。進而在該層疊體的兩面，層疊于陶瓷片坯的燒成溫度下不會燒結的無機組合物構成的拘束用片坯3a和3b(圖1A)。
其次，對整個層疊體施加預定的壓力，得到一體化的層疊體(圖1B)。
將該一體化的層疊體在空氣中加熱，實施脫粘合劑工序以去除陶瓷片坯中含有的粘合劑，然后層疊體被移送到燒成工序于900℃進行燒成。此時，陶瓷片坯經(jīng)燒結與氧化鋁基板牢固接合在一起。此時拘束用陶瓷片坯中的無機組合物照樣以未燒結的狀態(tài)殘存下來。燒成后，將附著在燒成基板4的兩面的拘束用片坯中沒有燒結的無機組合物通過噴射水流和/或超聲波清洗而得以去除，因在基板兩面形成厚膜導體5而得到無收縮的陶瓷多層基板6(圖1C)。
下面說明本實施例的試料。改變氧化鋁含量不同的經(jīng)過燒成的氧化鋁基板的厚度，進而在該氧化鋁基板上層疊各種不同厚度的片坯而制作層疊體，得到13種陶瓷多層基板，其構成如表1所示。
表1


經(jīng)過燒成的氧化鋁基板與在低于該氧化鋁基板的燒成溫度下進行燒成的片坯，其熱膨脹系數(shù)是不同的。因此，在如本發(fā)明那樣燒成的氧化鋁基板與未燒成的片坯的層疊體中，因為熱膨脹系數(shù)不同的材料集成在一起，所以達到最高加熱溫度的時間(升溫時間)和因最高加熱溫度引起的熱應力、以及因降溫時的不同收縮引起的熱應力與分層的發(fā)生相關。因此，重要的是設定脫粘合劑的條件。
對于試料序號1～13的陶瓷多層基板，設定像實施例1～3以及比較例1～4那樣的脫粘合劑條件，根據(jù)圖1A-C的制造方法制作了陶瓷多層基板。
實施例1～3的最高加熱溫度分別為280℃、300℃以及350℃。另外，溫度的分布曲線是從室溫升溫到最高溫度用4小時，于最高加熱溫度保持4小時后，用4小時降溫至室溫(23℃)。
比較例1的最高加熱溫度為200℃。
比較例3是通常進行的脫粘合劑條件。比較例3和比較例4的最高加熱溫度二者均為500℃。比較例1的溫度分布曲線是從室溫升溫到最高加熱溫度用8小時，于最高加熱溫度保持2小時后，用8小時降溫至室溫。比較例2的溫度分布曲線是從室溫升高到最高加熱溫度用18小時，于最高加熱溫度保持2小時后，用8小時降溫至室溫。
對于這些實施例以及比較例，評價是否有分層(層間剝離)、裂紋以及基板的翹曲。評價用顯微鏡進行肉眼觀測。
在表2中，○表示良好(無分層、裂紋和翹曲等)，△表示局部有分層，×表示有分層，××表示同時存在裂紋和翹曲。
結果如表2所示。
表2

備注(1)最高加熱溫度(2)最高加熱溫度保持時間(3)合計處理時間如表2所示，采用以前的脫粘合劑條件的比較例3，在所有的試料中都發(fā)生了分層。此外，即使對于如比較例4那樣、使用通常的升溫時間2倍或以上的時間而進行緩慢升溫的場合，所有的試料也都發(fā)生了分層。
當片坯的脫粘合劑處理不充分時，則粘合劑成分殘存于片坯內部，因而在其后的燒成工序中，粘合劑成分因燒成時受熱揮發(fā)而膨脹，所以，燒成后的基板出現(xiàn)裂紋或發(fā)生翹曲。其結果，不能得到良好品質的基板。
比較例1在比通常低的溫度下進行脫粘合劑，所以使保持最高加熱溫度的時間相對于通常的時間加倍而達到4小時。但是，脫粘合劑仍不充分，在所有的試料中都產(chǎn)生了裂紋和翹曲。
正如實施例1～3所示的那樣，在最高加熱溫度為280～350℃的條件下，對于所有的試料均未發(fā)現(xiàn)分層。另外，也沒有看到基板的裂紋和翹曲。因此，將像本發(fā)明那樣進行過燒成的氧化鋁基板與燒成溫度比其更低的片坯進行層疊而得到的層疊體的最高加熱溫度優(yōu)選為280～350℃。
另外，將最高加熱溫度設定為400℃的比較例2，產(chǎn)生因受熱引起的應力，一部分試料可看到輕度的分層。
(實施例4)本發(fā)明的制造方法也可能適用于帶空腔的陶瓷多層基板。在層疊前的陶瓷片坯上，可以由沖壓工序等形成空腔用開口部。圖2A-F是示意表示本實施例的帶空腔的陶瓷多層基板的制造方法的剖面圖。
在形成有由導電膠組合物等形成的布線圖或通路導體的燒結過的氧化鋁基板1的兩面，層疊有1片或數(shù)片低溫燒成陶瓷片坯2c和2d。陶瓷片坯上形成有通過在經(jīng)過沖切加工或其它加工的通路上進行導電膠組合物的絲網(wǎng)印刷而形成的通路導體15。此外，同樣也通過導電膠組合物的絲網(wǎng)印刷而形成布線圖16。并且由沖壓工序在2c上形成空腔用開口部12。進而在該層疊體的兩面層疊由在陶瓷片坯的燒成溫度下不會燒結的無機組合物構成的拘束用片坯3a和3b(圖2B)。
用加壓手段對整個該層疊體進行加壓而得到一體化的層疊體(圖2B)。
對取出的層疊體實施在空氣中加熱的脫粘合劑工序之后，在峰值溫度900℃的條件下進行燒結。此時，陶瓷片坯得以燒結，而拘束用片坯中的無機組合物照樣以未燒結的狀態(tài)殘存下來。燒成后，將附著在燒成基板4的兩面的拘束用片坯中沒有燒結的無機組合物通過噴射水流和/或超聲波清洗而得以去除。進而因在基板兩面形成厚膜導體5而得到燒成層疊體7(圖2C)。
再者，在燒成層疊體7的兩側層疊1片或多片低溫燒成陶瓷片坯2e和2f。陶瓷片坯上形成有通過在經(jīng)過沖切加工或其它加工的通路上進行導電膠組合物的絲網(wǎng)印刷而形成的通路導體。此外，同樣也通過導電膠組合物的絲網(wǎng)印刷而形成布線圖。并且由沖壓工序在2e上形成空腔用開口部。進而在該層疊體的兩面層疊由在陶瓷片坯的燒成溫度下不會燒結的無機組合物構成的拘束用片坯3a和3b(圖2D)。
用加壓手段對整個該層疊體進行更進一步的加壓而得到一體化的層疊體(圖2E)。
對取出的層疊體實施在空氣中加熱的脫粘合劑工序之后，在峰值溫度900℃的條件下進行燒結。此時，陶瓷片坯得以燒結，而拘束用片坯中的無機組合物照樣以未燒結的狀態(tài)殘存下來。燒成后，將附著在燒成基板8的兩面的拘束用片坯中沒有燒結的無機組合物通過噴射水流和/或超聲波清洗而得以去除。進而因在基板兩面形成厚膜導體5而得到帶有2段空腔的陶瓷多層基板9(圖2F)。
燒成后的氧化鋁基板的氧化鋁含量高達90重量％或以上，因而散熱效果好，為此，在圖2F得到的帶有空腔的陶瓷多層基板組件，因為其內部具有氧化鋁基板，所以能夠很好地散發(fā)半導體裝置(IC)等部件發(fā)出的熱量。
圖3表示組件的外觀圖。組件的尺寸為長6.2mm、寬6.2mm，空腔開口部為長2.0mm、寬2.0mm，空腔部10的厚度為0.3mm，非空腔部陶瓷11的厚度為0.2mm。在空腔開口部12安裝IC13，測定IC安裝面的反面14的熱阻，其結果如表3所示。試料序號1，其IC安裝用基板1不使用氧化鋁基板而使用厚度380μm的低溫燒成陶瓷片坯材料(10與11是相同材料)。試料序號2，其IC安裝用基板1使用厚度190μm的氧化鋁基板(氧化鋁基板1)。試料序號3，其IC安裝用基板1使用厚度380μm的氧化鋁基板(氧化鋁基板2)。
表3

如表3所示，可知與只用低溫燒成陶瓷材料構成的陶瓷多層基板組件的情況(試料序號1)相比，用氧化鋁基板構成的陶瓷多層基板組件(試料序號2和3)明顯改善了散熱性。
本發(fā)明的陶瓷多層基板的制造方法，在層疊并燒成熱膨脹系數(shù)不同的材料而制作集成體的情況下，作為不發(fā)生層間分層、裂紋以及翹曲的高品質的高密度配線基板是有用的。另外，由于使用氧化鋁含量為90％或以上的氧化鋁基板，因而能夠提供散熱性格外優(yōu)良的高密度配線基板。
權利要求
1.一種陶瓷多層基板的制造方法，其特征在于該制造方法包括在氧化鋁基板的兩側層疊片坯而得到層疊體的第1層疊工序，其中所述氧化鋁基板是在比片坯燒結溫度更高的溫度下進行過燒結的；在所述層疊體的最外層層疊于所述片坯的燒結溫度下不會燒結的拘束用片坯而得到第2層疊體的第2層疊工序；將所述第2層疊體于280℃～350℃范圍的第1加熱溫度加熱預定時間以去除所述片坯中含有的粘合劑成分的脫粘合劑工序；于800℃～1000℃范圍的溫度對所述第2層疊體進行燒結的燒成工序；以及從所述第2層疊體去除所述拘束用片坯的拘束層去除工序。
2.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷多層基板的制造方法，其中在所述脫粘合劑工序中，先從室溫升溫到所述第1加熱溫度，然后在2～6小時的范圍內保持所述第1加熱溫度，隨后冷卻至室溫。
3.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷多層基板的制造方法，其中所述氧化鋁基板的氧化鋁含量為90重量％或以上。
4.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷多層基板的制造方法，其中所述氧化鋁基板在比片坯的燒成溫度高100℃或以上的溫度下進行燒成。
5.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷多層基板的制造方法，其中在所述氧化鋁基板上形成選自由導電膠組合物形成的布線圖以及通路導體中的至少一種。
6.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷多層基板的制造方法，其中所述拘束層的去除采用選自噴射水流以及超聲波清洗中的至少一種方法以去除附著在燒成基板兩面的拘束用片坯中沒有燒結的無機組合物。
7.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷多層基板的制造方法，其中在所述片坯層設置有空腔開口部。
8.根據(jù)權利要求1所述的陶瓷多層基板的制造方法，其中在所述空腔開口部安裝有半導體裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種陶瓷多層基板的制造方法，其包括在氧化鋁基板(1)的兩側層疊片坯(2a，2b)而得到層疊體的第1層疊工序，其中所述氧化鋁基板(1)是在比片坯(2a，2b)燒結溫度更高的溫度下進行過燒結的；在所述層疊體的最外層層疊于所述片坯的燒結溫度下不會燒結的拘束用片坯(3a，3b)而得到第2層疊體的第2層疊工序；將所述第2層疊體于280℃～350℃范圍的第1加熱溫度加熱預定時間以去除所述片坯(2a，2b)中含有的粘合劑成分的脫粘合劑工序；于800℃～1000℃范圍的溫度對所述第2層疊體進行燒結的燒成工序；以及從所述第2層疊體去除所述拘束用片坯(3a，3b)的拘束層去除工序。通過脫粘合劑條件的最優(yōu)化，在經(jīng)過燒成的氧化鋁基板(1)與未燒成的片坯(2a，2b)的層疊體中，即便使熱膨脹系數(shù)不同的材料之間進行層疊，仍可防止經(jīng)過燒成的氧化鋁基板(1)與層疊的片坯(2a，2b)之間的分層(層間剝離)的發(fā)生。
文檔編號H01L21/48GK1665377SQ20051005181
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權日2004年3月2日
發(fā)明者大賀隆義, 小西正夫, 伊藤雅紀 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社