贯通电极及使用该贯通电极的多层基板的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在各种电气和电子设备的电路基板中应用的贯通电极。具体而言，涉 及具有抑制从贯通电极部分的泄漏的密封功能的贯通电极。
【背景技术】
[0002] 作为半导体元件等在各种电气和电子设备中使用的电路基板中的安装方法，有时 采用在多层化的电路基板形成贯通电极并在这些电路基板上安装元件的方法。这样的安装 工艺对于兼顾电路基板的高性能化和高密度化是有用的，今后也被常用的可能性高。
[0003] 作为如上所述的贯通电极的形成手段，本申请人开发了如下方法:将由预定粒径、 纯度的金属粉末和有机溶剂构成的金属糊填充于贯通孔，使其烧结，将由此得到的烧结体 作为电极利用。该烧结体通过微小的金属粉末在发生塑性变形的同时牢固地结合而形成， 其比较致密，可以作为电极发挥作用。另外，该由本申请人得到的贯通电极利用与一般的电 极形成用的金属糊不同的不含玻璃料的金属糊，在电极内部排除了成为杂质的有机物，电 特性也良好。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1:日本特开2005-109515号公报
【发明内容】
[0007] 发明所要解决的问题
[0008] 对于安装于基板的元件而言，如各种传感器元件(MEMS元件等）那样，大多也是在 安装后需要用于使元件与外部气体隔断的密封处理的元件。制造包含这样的元件的电路基 板时，需要将元件的周围利用适当的密封材料进行密封，并且使布线贯通于密封材料从而 将元件与贯通电极连接（图6(a))。但是，布线长度增大时，有可能由于其电阻而使得高频信 号的传输受到影响从而使元件性能不能充分发挥。
[0009] 作为用于缩短布线长度的对策，缩短贯通电极与元件的间隔而在密封区域内形成 贯通电极是有效的（图6(b))。特别是，在这种情况下，需要之后对贯通电极进行用于防止泄 漏的密封处理。上述的由本申请人得到的由烧结体构成的贯通电极虽然是致密质的，但不 能说是完整的块体，根据情况有可能内包有粗大细孔。因此，有可能穿过贯通电极而使得气 密密封被破坏，对于贯通电极表面需要镀覆处理等密封处理。这样的电极形成后的密封处 理使得电路基板的制造工序复杂，还导致成本增加。
[0010] 因此，本发明提供一种对于多层结构的电路基板有用的贯通电极，其能够缩短元 件的布线长度、并且还能够应对气密密封。另外，还公开应用该贯通电极的电路基板的安装 方法。
[0011] 用于解决问题的方法
[0012] 本发明人为了解决上述问题而进行了深入研究，首先，对上述由本申请人得到的 由烧结体构成的贯通电极的特性进行了研究。根据该研究，本申请人的由烧结体构成的贯 通电极基于所应用的金属粉末的纯度、粒径在形成烧结体后进一步受到加压时，致密性进 一步提高。基于该加压的致密性的提高不仅取决于称为金属粒子(粉末）的塑性变形/结合 的物理性变化，还取决于通过加压和加热施加的热能所引起的再结晶而导致的金属组织上 的变化。并且，可以说通过再结晶形成的部位与块体同样地发挥高气密性。
[0013] 因此，本发明人想到:针对由烧结体构成的贯通电极的端部，比同样的由烧结体构 成的贯通电极更宽广地对基板面一体形成具有凸形状的凸块（图1(a))。认为在基板上形成 该具有凸状凸块的贯通电极并在安装元件、布线后对上层的基板进行加压时，从上下方向 被约束的凸状凸块的外周部分因加压而发生致密化（图1(b))。因此，考察出该部位作为密 封材料发挥作用，能够抑制从贯通电极的泄漏。
[0014] 并且，本发明人针对具备凸状凸块的贯通电极对其压缩变形后的组织进行了研 究，结果发现，在凸状凸块外周部观察到致密化，另一方面，在凸状凸块与基板的接触面产 生了较大的细孔。在残留有这样粗大细孔的情况下，会损害作为密封构件的可靠性。
[0015] 在凸状凸块的与基板的接触面产生的粗大细孔认为是由金属粉末的结合/再结晶 的不足引起的。对其原因进行考察，本发明人推测是由于凸状凸块与基板的密合性不足。
[0016] 因此，本发明人对于设置于贯通电极端部的凸状凸块的与基板的接触面形成了预 定的金属膜(图2)。通过设置这样的金属膜，在烧结体与金属膜的接合界面产生由热扩散引 起的高度密合，从而促进再结晶化。另外，块状的金属膜通过加压而与基板充分密合从而可 以发挥密封作用。并且，通过这些作用和上述凸状凸块外周部分的致密化，使得凸状凸块能 够作为密封材料发挥作用。
[0017] 即，本发明是一种贯通电极，其设置于具有贯通孔的基板上，所述贯通电极包含贯 通上述贯通孔的贯通部、在上述贯通部的至少一个端部形成且比贯通电极更宽广的凸状凸 块部和在上述凸状凸块部的与上述基板的接触面上形成的至少一层的金属膜，上述贯通电 极部和上述凸状凸块部由通过将选自纯度为99.9重量％以上、平均粒径为0.005mi~1. Own 的金、银、钯、铂中的一种以上金属粉末烧结而成的烧结体形成，上述金属膜由纯度为99.9 重量％以上的金、银、钯、铂中的任一种构成。
[0018] 以下，对本发明详细地进行说明。构成本发明的贯通电极的贯通部对于用于确保 多层基板中的基板间的导电性的贯通电极而言是主要构成。贯通部的尺寸根据设置于基板 的贯通孔的直径、长度(深度)而设定，因此没有特别限制。
[0019] 另外，在贯通部的一端或两端具备比贯通部更宽广的凸状凸块部。如上所述，凸状 凸块部在多层基板的接合时被加压，在其周围部产生再结晶化，由此作为密封材料发挥作 用，抑制从贯通电极的泄漏。另外，凸状凸块部通过与基板上的元件进行电连接而具有经由 贯通电极确保多层基板的基板间的导通的作用。
[0020] 关于凸状凸块部的尺寸，其横向需要比贯通电极更宽广，优选相对于贯通电极的 宽度(直径)设定为1.5~10倍。宽度过小时，作为密封材料发挥作用的再结晶区域变薄，有 可能产生泄漏。宽度大时，虽然密封区域变厚，但占有面积增大，并不实用。另外，对于凸状 凸块部的厚度(高度)没有特别规定，根据基板间的间隔来设定。优选设定为凸状凸块部的 宽度(直径)的0.1~2.0倍。凸状凸块部的截面形状为圆形、矩形等，没有特别限制。
[0021] 本发明的贯通电极的贯通部和凸状凸块部均由金属粉末的烧结体构成。该烧结体 的形成过程在下文详细描述，是对由选自纯度为99.9重量％以上、平均粒径为0.005wii~ l.Owii的金、银、钯、铂中的一种以上金属构成的金属粉末进行烧结。关于用于形成烧结体的 金属粉末的条件，要求高纯度的金属是因为:纯度低时，粉末的硬度升高，制成烧结体后的 变形/再结晶化难以进行，有可能不会发挥密封作用。另外，如后所述，在烧结体形成中应用 由金属粉末和溶剂构成的金属糊，该金属糊中不含玻璃料。因此，形成的贯通电极(贯通部 和凸状凸块部）由与粉末同样的高纯度金属构成。具体而言，由纯度99.9重量％以上的金属 构成。
[0022]另外，本发明的贯通电极中，对于凸状凸块的与基板的接触面，具备在凸状凸块与 贯通部的接合部周围以框状形成的金属膜。该金属膜是为了在多层基板接合时提高凸状凸 块与基板的密合性、对烧结体赋予均匀的加压而诱发适当的再结晶化而形成的。
[0023]凸状凸块上的金属膜由纯度为99.9重量％以上的金、银、钯、铂中的任一种构成。 这是为了与金属粉末进行热扩散而表现出高度的密合状态。将纯度设定为99.9重量％以上 是因为:低于该值的情况下，有可能在加热中金属膜中的杂质形成氧化膜并扩散至金属膜 表面而阻碍接合。更优选的是，金属膜优选为材质与构成贯通电极的金属