製造多層陶瓷基片的方法
2023-11-05 07:52:32 2
專利名稱：製造多層陶瓷基片的方法
技術領域：
本發明涉及製造具有空腔的多層陶瓷基片(如內部埋有孔的集成電路晶片)的方法。
發明的背景多層陶瓷基片(下文稱作MLCs)被廣泛用於許多電子器件，這些電子器件要求越來越小的尺寸和越來越高的性能。MLCs是通過將多層具有預製通孔和布線圖案的生材片(green sheet)層壓形成一層壓體，然後燒結該層壓體而製得。
通過將集成電路晶片(如倒裝晶片)埋入基片中形成的空腔內能使MLCs變得更薄。根據安裝要求，基片中可以具有盲孔和通孔。
用常規方法在MLCs中形成空腔時，先用壓模在欲形成空腔的那部分生坯片上衝孔，以形成所需孔。因此，空腔的規格每次變化，都必需重新製造壓模，這就提高了模的成本。此外，在要形成穿過多於一塊生材片的空腔時，每塊生材片中的孔必需在層壓之前對準。為此需要製備一個不同的用於對準的模，以精確對準各孔的位置。這就提高了製造成本，並增加了製造步驟。
此外，即便使用這種模具，也不能高精度地確定孔的位置，這使得常規方法難以應用於當前的高密度布線工藝。換句話說，常規技術正被當前非常精細布線圖案的發展趨勢所淘汰。
另一方面，由於常規MLCs的尺寸會由於燒結過程中發生的收縮而改變，為了確保尺寸精度，正越來越普遍地使用不收縮的陶瓷基片。為了在不收縮的陶瓷基片中形成空腔，必需用在基片燒結溫度不會燒結的材料將生材片層壓體夾在中間。空腔的底部也需要覆蓋有在基片燒結溫度不會燒結的材料。然而，沒有一種簡單的方法能夠將不燒結的材料精確地施放在空腔底部，這使得難以在不收縮的陶瓷基片中形成空腔。
本發明的目的是提供一種製造MLCs的方法，該方法無需昂貴的模和孔對準工藝。
發明的揭示在本發明中，對MLC中將會成為空腔底部的那部分生材片進行防燒結工藝，以防相鄰生材片燒結。然後，切削空腔內壁直至空腔底部，除去空腔的內部燒結部分。這有助於形成空腔。因此，即使空腔穿過數層生材片，本發明也能夠迅速地產生空腔，且無需使用昂貴的模。
更具體而言，製造本發明MLCs的方法包括以下步驟。
ⅰ)將多塊具有預製通孔和布線圖案的生材片層壓形成層壓體；ⅱ)對該層壓體進行燒結，產生多層燒結體，其中層壓體包含其中有空腔的生材片，在要成為空腔底部的區域的相鄰兩片生材片之間施用防燒結材料；ⅲ)切削空腔內壁直至空腔底部，然後除去燒結部分，留下空腔。
附圖的簡要說明
圖1是按照本發明一個實施方案在生材片中形成通孔的步驟的透視圖。
圖2A是按照本發明的實施方案向層壓和燒結生材片得到的多層燒結體施用雷射束的剖面圖。
圖2B是按照本發明的實施方案在多層燒結體中產生空腔的剖面圖。
圖3A-3B是按照本發明的實施方案形成另一種空腔的剖面圖。
較佳實施方案的說明接著按製造步驟依次說明本發明的一個實施方案。
在第一步中，製造絕緣的生材片(下文稱作生材片)。
本發明所用的生材片可以用常規方法製得。例如，可使用能夠在1，000℃或更低的溫度燒結的低溫燒結陶瓷材料。
例如，可使用這樣一種漿料，它由含45-60％(重量)平均粒度為0.5-1.5微米的玻璃粉末(如CaO-Al2O3-SiO2-B2O3組合物)和55-40％(重量)平均粒度為1.0-2.0微米的氧化鋁粉末的混合粉末，以及載體(含有粘合劑、增塑劑和溶劑)捏和製得。
多種溶劑可溶性樹脂(如纖維素樹脂、聚乙烯醇縮丁醛樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂)中的任一種或水溶性聚乙烯醇樹脂可用作粘合劑。
鄰苯二甲酸酯(如鄰苯二甲酸二丁酯)、磷酸酯或其它通用增塑劑可用作增塑劑。
能快速蒸發的溶劑(如甲苯和甲基乙基酮)和緩慢蒸發的溶劑(如溶纖劑及其衍生物、卡必醇及其衍生物或苯甲醇)可用作溶劑。根據生材片的製造條件選擇溶劑。
如上製得的漿液通常用刮塗法形成片材，然後乾燥該片材得到厚0.1-0.3mm的生材片。
在第二步中，在生材片上形成通孔和布線圖案。本發明的一個重要特徵是在該步驟中對生材片的一些部分進行防燒結處理。形成通孔和布線圖案，用連續印刷法在該生材片上施塗防燒結材料。
其它方法包括在將生材片切割成約100-250mm×約100-250mm的片之後印刷布線圖案。在連續印刷的情況下，在形成圖案之後切割生材片。還可以通過轉印、噴墨印刷和噴塗來形成圖案。
在第三步中，如常規MLC製造方法那樣，在生材片上形成內部電路、層合、加壓、於高溫(如880-950℃)燒結一小段時間(如5-15分鐘)，得到多層燒結體。然後，在該多層燒結體中形成空腔，通常用雷射束來完成具有空腔的MLCs的製造。上述第二步和第三步的詳細情況如下說明。第二步如常規製造方法那樣在生材片中形成通孔。例如，使用衝模或衝孔機衝出通孔，然後將這些衝出的通孔填滿用於填隙通孔(interstitial via holes)的導電糊膏。
接著，按照常規方法將布線用導電糊膏絲網印刷在基片的內層生材片或表面層生材片上，形成布線圖案。
在本發明中，進一步在將成為空腔底部的區域上印刷防燒結糊，以防燒結。於此，如果每層中的空腔具有相同的形狀，防燒結糊只需印刷在底部的空腔層上。如果空腔具有階梯狀結構使得一層比一層逐漸變小，或者一組層比一組層逐漸變小，如圖3所示，防燒結糊還是印刷在為上層具有較大孔尺寸的一個或多個空腔提供底部的生材片層的表面上。這是因為空腔是通過除去一部分上層而逐步形成的。
主要由Ag、Cu和Au組成的糊膏可用作內層和表面層上布線圖案用導電糊膏，以及填隙通孔用導電糊膏。因為該導電糊膏在低於1000℃的溫度下燒結，它可以與上述陶瓷生材片一同燒結。
上述防燒結處理是對生材片上要成為空腔底部的位置進行的。只要能夠防止相鄰生材片的燒結，可以使用任何可行的方法進行防燒結處理，而不限於印刷防燒結糊。然而，一般來說，最方便且較好的是使用防燒結糊印刷法，它是將含有分散的陶瓷材料(其燒結溫度高於生材片的燒結溫度，如900℃)的糊狀物施用到生材片上。
用於所述防燒結陶瓷糊的陶瓷的一個例子是Al2O3(氧化鋁)。除氧化鋁之外，還可使用具有高熔點的陶瓷，包括金屬碳化物，如SiC、B4C和TiC，金屬氮化物，如Si3N4、BN和TiN。
此外，如果生材片在中性氣氛或還原氣氛下燒結，可使用碳材料，如碳或石墨。防燒結糊可以用與製備用於生材片的漿料相同的方法進行製備。由於防燒結糊組分的燒結溫度高於生材片的燒結溫度，因此塗有該防燒結糊的相鄰生材片區域不會燒結。
因此，可以在第三步中除去燒結體的內部而形成空腔，因為相鄰的生材片未被燒結。第三步在第三步中，將多塊生材片層壓，並燒結形成多層基片。
首先，將多塊生材片層合，熱壓層合體使之形成一整塊生材片。用來製造層壓體的熱壓條件無需精確地限定，但較好是溫度約為60-120℃，壓力約為50-300千克/釐米2。然後，於高溫燒結該層壓體，得到多層燒結體。
本發明的一個特徵是在該多層燒結體中形成空腔。
關於形成空腔的方法，只要能夠切削空腔內壁直至空腔底部並將空腔內的燒結體取出即可，對於所用方法並無特別限制。
有用的切割方法包括穿孔(perforation)、用模開槽、雷射切削，以及使用日本專利公報No.H7-7269中揭示的壓板(press plate)。最好的方法是雷射切削法。
欲形成的空腔可以具有單層結構或多層結構。如圖3所示，在多階梯結構中，如果在下面數層空腔直徑變小，先除去上層空腔內的那部分層而在上層中形成空腔，然後除去下層空腔部分的那部分層。
實施方案現參考圖1-3詳細說明本發明的實施方案。製造生材片將12重量份(下文稱為「份」)聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、5份鄰苯二甲酸二丁酯和50份甲基乙基酮加入含45份平均粒度為1.0微米的CaO-Al2O3-SiO2-B2O3玻璃粉末和55％(重量)平均粒度為1.5微米的氧化鋁粉末的100份混合粉末中，捏合該混合物，得到漿液。用刮刀將該漿液施塗在PET膜上，然後乾燥形成0.2mm厚的生材片。製備用於布線和填隙通孔的導電糊膏對10份10％乙基纖維素的萜品醇溶液和90份平均粒度為6微米的Ag粉末進行混合和捏合，製得導電糊膏。製備防燒結糊混合10份10％乙基纖維素的萜品醇溶液和90份平均粒度為1.5微米的氧化鋁粉末，製得防燒結糊。形成通孔使用直徑為0.2mm的衝模，對生材片11a和11b上的預定位置(如圖1所示)衝孔，形成通孔12。然後，通過絲網印刷將這些通孔12填滿通孔用導電糊膏13。為了使導電糊膏13更完全地填滿通孔12，可以從底部進行抽吸。印刷布線圖案如圖1所示，將用於布線14的導電糊膏絲網印刷在生材片11c的預定區域上。印刷防燒結糊如圖1所示，將防燒結糊15絲網印刷在生材片11b的預定位置上。層壓生材片小心不使生材片11a至11d錯位，將這些生材片進行層壓，如圖2所示。通過層壓，相鄰生材片上的糊料13成為一整體。為了防止各層壓層之間錯位，較好的是通過圖案識別(pattern recognition)或銷定位(pin aligning)進行對準。在此實施方案中，生材片11a至11d包含不收縮的陶瓷材料。因此，將氧化鋁片材放在生材片層壓體A的頂部和底部以防基片收縮。生材片於100℃和100千克/釐米2進行層壓。最後，得到層壓體。燒結將層壓體在400℃的溫度下燒2小時以燒掉其中的粘合劑，然後，將層壓體於900℃燒結10分鐘，得到多層燒結體。在圖2A和2B中，燒結層21a至21d對應於生材片11a至11d。用液體研磨機除去多層燒結體頂部和底部的未燒結的氧化鋁片16。形成空腔用雷射束照射多層燒結體的表面，如圖2A中箭頭所示，在燒結層21a中形成圖2A中虛線所示的空腔。然後，如圖2B所示，通過除去燒結部分17在多層燒結體中形成空腔18。由於在多層燒結體A′中要成為空腔18底部區域的燒結層21a和21b之間施塗了具有高燒結溫度的防燒結糊15，因此能容易地除去燒結部分17。用液體研磨機除去在空腔18底部上留下的防燒結材料。
使用上述步驟，容易地製得具有空腔的MLCs。
此外，可用相同的步驟製造具有階梯狀空腔的MLC，如圖3所示。在這種情況下，在基片燒結之後，先形成最高層中的空腔18。再用雷射束切削空腔19的內壁，然後形成第二階梯空腔19。通過在空腔18底部形成導電性布線，IC晶片可面朝下地安裝在上面。還可以將比通常MLC具有更精細布線圖案的陶瓷基片埋入空腔區內，進行電連接，進一步增加整個基片的布線密度。
工業實用性通過使用本發明MLCs的製造方法，無需用昂貴的模在MLCs中形成空腔。此外，即使空腔穿過多層生材片或具有階梯狀結構，也可容易地形成。因此，本發明提供了一種簡單、可靠且便宜的方法來製造MLCs。
權利要求
1．一種製造多層陶瓷基片的方法，它包括提供多塊生材片，在一塊或多塊所述生材片上形成通孔和布線圖案中的至少一種；在一塊或多塊所述生材片要形成空腔的區域上形成一層防燒結層；對上面有通孔和/或布線圖案和防燒結層的所述生材片進行層壓和燒結，形成多層燒結陶瓷基片；在至少一層燒結基片上相應於所述防燒結層區域的預定區域周圍形成切痕，除去所述切痕包圍的所述基片部分，由此在所述基片中留下空腔。
2．如權利要求1所述的製造多層陶瓷基片的方法，其特徵在於在將成為空腔底部的區域上形成所述防燒結層。
3．如權利要求1所述的製造多層陶瓷基片的方法，其特徵在於多於一次地進行所述形成切痕和除去所述切痕包圍的基片部分的步驟。
4．如權利要求1所述的製造多層陶瓷基片的方法，其特徵在於用雷射束形成所述切痕。
5．如權利要求1所述的製造多層陶瓷基片的方法，其特徵在於所述切痕是由選自下列方法的一種方法形成的穿孔；用模開槽；壓板加壓。
6．如權利要求1所述的製造多層陶瓷基片的方法，其特徵在於所述形成一層防燒結層的步驟包括印刷或施塗一種糊料，所述糊料含有在所述多層陶瓷基片的燒結溫度不會燒結的陶瓷。
7．如權利要求1所述的製造多層陶瓷基片的方法，其特徵在於所述形成一層防燒結層的步驟包括施塗碳糊或石墨糊。
8．如權利要求1所述的製造多層陶瓷基片的方法，其特徵在於所述空腔中具有階梯。
全文摘要
一種製造多層陶瓷基片的方法,該方法無需用於形成空腔的模和對準生材片。這方法包括以下步驟:提供多塊其中具有預製通孔和布線圖案的生材片;在要成為空腔底部的區域上形成一層防止相鄰生材片燒結的層:層壓並燒結生材片,形成多層燒結體;沿空腔內壁形成切痕直至空腔底部,除去內部的燒結部分,留下形成的空腔。該方法無需昂貴的模,由此提供了一種簡單、穩定且便宜的製造多層陶瓷基片的方法。
文檔編號H01L21/48GK1287686SQ9980192
公開日2001年3月14日 申請日期1999年11月1日 優先權日1998年11月2日
發明者重見淳, 瀨川茂俊 申請人:松下電器產業株式會社