专利名称：复合叠层板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及复合叠层板及其制造方法。本发明具体涉及包含玻璃和陶瓷材料并适用于多层电路板的复合叠层板，而且还涉及它的制造方法。
随着芯片元件尺寸和重量的减小，安装芯片元件的电路板的尺寸和重量也需要相应地减小。例如，玻璃陶瓷的多层电路板就可有效地满足这个要求，因为玻璃陶瓷多层电路板便于进行高密度的布线和减小基材本身的厚度及重量。
玻璃陶瓷多层电路板通常按如下方式形成。提供含有玻璃粉末和陶瓷粉末这两者的许多层生坯片。内部导体例如内部电极通过例如印刷方法形成在每个具体的生坯片上。将这些生坯片堆叠起来，进行压制，然后进行热处理。最后，形成外部的导电膜例如外电极。
为了在玻璃陶瓷多层电路板的外表面上进行高密度布线，必须在基材表面上形成精细的线路图案。因此必须改善基材的表面光滑度。
表面光滑度的这种改善不仅需要在构成外表面的生坯片内使用精细研磨的陶瓷粉末，也需要在其他生坯片内使用精细研磨的玻璃粉末。然而，制备精细研磨的玻璃粉末，与陶瓷粉末的研磨相比较为困难，而且会增加加工成本。结果是，用来进行高密度布线的玻璃陶瓷多层电路板就很昂贵。
因此，本发明的一个目的是提供价格较为低廉的便于进行高密度布线的玻璃陶瓷多层电路板，和制造该种玻璃陶瓷多层电路板的方法。
根据本发明的一个方面，复合叠层板包括至少一层含玻璃的第一片层，和至少一层含陶瓷颗粒的第二片层，它与第一片层相接触。其中第二片层构成复合叠层板的至少一个主表面，第二片层内的陶瓷颗粒是未烧结的，使包含于第一片层内的玻璃熔化，部分地渗入第二片层，使陶瓷颗粒彼此粘结。
在本发明的复合叠层板中，第一片层优选还含有陶瓷填料。
当本发明的复合叠层板用作多层电路板时，由第二片层提供的主表面可用作在其上面构成多层电路板部分线路的外导电膜的一个表面。
构成多层电路板部分线路的内部导体可以提供在复合叠层板的内部。
根据本发明的另一方面，复合叠层板的制造方法包括如下步骤第一步，制备一个复合叠层板生坯，它包括至少一层含玻璃的第一片层，和至少一层含陶瓷颗粒的第二片层，第二片层与第一片层接触，第二片层构成复合叠层板的至少一个主表面；第二步，在一定温度下对复合叠层板生坯进行热处理，该温度应不引起陶瓷颗粒的烧结但要使玻璃熔化，目的是通过第一片层内玻璃的熔化使第一片层粘结起来，而且使熔化的部分玻璃渗入第二片层内，使陶瓷颗粒彼此粘结。
在复合叠层板的制造方法的第一步中，优选的是第一片层内的玻璃是用粉末，第二片层内的陶瓷颗粒的粒度则小于玻璃粉末的粒度。
在第一步中，第一片层优选还含有陶瓷填料。
在第一步中，第一片层可以先单独制造，然后将第二片层形成在第一片层上。另一种办法，是第一片层和第二片层各自都可以先单独制造，然后将第一片层和第二片层堆叠起来，形成复合叠层板的生坯。
当该方法用作制造多层电路板的方法时，构成多层电路板部分线路的外导电膜可以形成在至少一个由第二片层形成的主表面上。
构成多层电路板部分线路的内部导体可以形成在复合叠层板生坯的内部。
根据本发明，第二片层的表面粗糙度基本上取决于包含在第二片层内陶瓷颗粒的粒度。因此，即使当第一片层的生坯片含有粒度较大的玻璃粉末时，在第二片层中使用细小陶瓷颗粒也可改进该片层的表面光滑度，即改进复合叠层板主表面的表面光滑度。因此，就能够无需对玻璃粉末进一步研磨，就可以较小的成本制成本发明的复合叠层板。此外，当第一片层除了玻璃还含有陶瓷填料时，能够进一步提高复合叠层板的机械强度。
根据本发明，第二片层的表面粗糙度基本上取决于包含在第二片层内陶瓷颗粒的粒度。因此，即使当第一片层的生坯片含有粒度较大的玻璃粉末时，在第二片层中使用细小陶瓷颗粒也可改进该片层的表面光滑度、即改进复合叠层板主表面的表面光滑度。因此，就能够无需对玻璃粉末进一步研磨、就可以较小的成本制成本发明的复合叠层板。当这种复合叠层板用作电路板时，就能够没有问题地在其主表面上形成具有精细图案的外导电膜，在电路板上形成高密度的线路。另外，当第一片层除了玻璃还含有陶瓷填料时，能够进一步提高复合叠层板的机械强度。
图1A是本发明一个实施方式的复合叠层板生坯的示意剖面图；图1B是图1A的复合叠层板在热处理后的示意性剖面图。
图2A是本发明另一个实施方式的复合叠层板生坯的示意剖面图；图2B是图2A的复合叠层板在热处理后的示意性剖面图。
图3是应用到多层电路板的复合叠层板的示意性剖面图。
图1A是本发明一个实施方式的叠层板生坯的示意剖面图；图1B是叠层板生坯1热处理后形成的复合叠层板2的示意性剖面图。
未烧结叠层板1包括含玻璃粉末3的第一片层4和两个含陶瓷颗粒5的第二片层6。两个第二片层6都与第一片层4接触。因为在该实施方式中两个第二片层6是夹住第一片层4的，所以由这两个第二片层6提供叠层板生坯1的两个主表面。
在第一片层内玻璃粉末3的优选玻璃材料是钙长石结晶玻璃。另一种玻璃材料的例子包括硼硅酸盐玻璃和堇青石结晶玻璃。玻璃粉末3的粒度不必如陶瓷颗粒5的粒度那样小，而且可以比陶瓷颗粒5的粒度大。
第一片层4可以优选先单独制造，例如制成含玻璃粉末3的生坯片。其制造是将玻璃粉末3、分散介质和粘合剂混合形成浆料，脱除浆料中的气泡，然后用刮片涂敷浆料形成为片。粘合剂和分散介质如图1A和1B中的载体7所示。
有用的分散介质的例子是水、甲苯、醇及其混合物。粘合剂的例子是丁醛树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、乙酸乙烯酯树脂和聚乙烯醇。如果需要，浆料可以含有增塑剂、分散剂和消泡剂。生坯片可以通过挤压、辊压或压制形成。
第一片层4如上所述单独制成以后，第二片层6就可以形成在该片上。在此情形下，先制备含有陶瓷颗粒5、分散剂和粘合剂的浆料，将用作第一片层4的片浸入浆料内。这个浸没过程能够有效地制成包括提供在第一片层4两个表面上的第二片层6的叠层板生坯1。调节陶瓷颗粒5在浆料内的含量和浸没时间，就能够控制第二片层6的厚度。
在第二片层6的浆料内，在图1A和1B中显示为载体8的粘合剂和分散剂，可以与第一片层4浆料内的粘合剂和分散剂相同，也可以不同。
代替浸没工序，第二片层6还可以通过喷涂、辊涂或印刷含有陶瓷颗粒5的浆料来形成。另外，也可以如同第一片层4一样单独制造两个第二片层6，然后将这两个第二片层6叠置在第一片层4的两面，这样来制成叠层板生坯1。
优选的是，第二片层6内的陶瓷颗粒5对第一片层4内的玻璃粉末3表现出良好的可湿润性。对于陶瓷颗粒5，优选的陶瓷材料是氧化铝。其他有用的陶瓷材料的例子包括MgO、ZrO2、SiO2和TiO2。
热处理之前，叠层板生坯1应在叠置方向上进行压制。在热处理工序中，采用的温度应不引起陶瓷颗粒5烧结但使玻璃粉末3熔化。在热处理工序中，第一片层4内的载体7和第二片层6内的载体8被除去，而第一片层4内的玻璃粉末3熔化成玻璃熔体，粘合成第一片层4，如图1B所示。另外，一部分玻璃熔体9通过毛细作用力渗入第二片层6内，进入陶瓷颗粒5之间的间隙，将陶瓷颗粒5彼此粘合起来。
所形成的复合叠层板2的两个主表面的表面粗糙度取决于第二片层6内的陶瓷颗粒5的粒度。因此，即使当玻璃粉末3的粒度较大时，使用小尺寸的陶瓷颗粒5，也能够降低复合叠层板2的表面粗糙度。
第二片层6内的陶瓷颗粒5的尺寸越小，第二片层6内的陶瓷颗粒5就越密集。在此情形下，引起玻璃熔体9产生粘性流动的毛细作用力就越大，玻璃熔体9就会更为密集。
另外，玻璃熔体9可到达第二片层6的外表面，其表面张力会使这外表面光滑。因此，玻璃熔体9也有助于改善复合叠层板2的两个主表面的光滑度。
图2A和2B显示了本发明的另一个实施方式，与图1A和1B对应。在图2A和2B中，与图1A和1B所示相同的组分用相同的数字表示，其说明在此省略。
在图2A和2B所示的实施方式中，图2A所示的叠层板生坯1a的第一片层4a不仅含有玻璃粉末3，而且含有陶瓷填料10。因此，图2B中所示的复合叠层板2a的第一片层4a除了有玻璃熔体9外，还含有陶瓷填料10。
在粒度和材料方面，陶瓷填料10可以与包含于第二片层6内的陶瓷颗粒5相同，也可以不同。
图2A和2B所示第二实施方式中的其他结构和制造方法，基本上与图1A和1B所示的实施方式相同。
由于第一片层4a含有陶瓷填料10，所以所形成的复合叠层板2a具有较大的机械强度。
在图1A和1B所示的复合叠层板2和图2A和2B所示的复合叠层板2a中，通过使用细小陶瓷颗粒5制成光滑表面的第二片层6是在复合叠层物外边的。当复合叠层板2或2a用作电路板时，具有精细图案的外导电膜就能够没有问题地形成在其主表面上，形成电路板的高密度线路。
复合叠层板2或2a可以包含内部导体，例如内导电膜和也在内部的穿孔接触件。
图3是具有上述外导电膜和内部导体的复合叠层板11的示意性剖面图。此复合叠层板11包括对应于上述实施方式中第一片层4或4a的第一片层12，和对应于上述实施方式中第二片层6的第二片层13。这两个第二片层13构成复合叠层板11的两个外表面、即主表面。
复合叠层板11具有形成于这两个主表面上的外导电膜14、15、16、17和18，和形成在叠层物内的内部导体，例如内部导电膜19、20、21、22、23和24以及穿孔接触件25、26、27、28、29和30。内部导电膜19和20形成在第一片层12和上面的第二片层13之间的交界面位置。如内部导电膜21-24和穿孔接触件27-30的几何配置所示，第一片层12是通过将许多片生坯叠压形成的，而这些每个生坯片都含有为构成内部导电膜19-24和穿孔接触件25-30的预定图案的部分。
另外，每个第二片层13都可以通过将许多生坯片叠压制成。在这种情形下，内部导电膜可以容易地形成于第二片层13的内部。
如表1所示，制备了本发明实施例1-4和对比例1-5的复合板，用来评价表面粗糙度。
包含于第一片层内的玻璃粉末是钙长石结晶玻璃，在实施例1-4中粒度约为6．50微米，在对比例1-4中粒度约为3．63至7．47微米。对比例5中的第一片层不含玻璃粉末。
在所有的复合板内，第一片层都含有粒度约为0．35微米的粉末状氧化铝，用作陶瓷填料。
玻璃粉末和陶瓷填料以60∶40的重量比例进行混合。在实施例1-4和对比例1-4中，水作为分散剂、丁醛树脂作为粘合剂加入到混合物中，水和丁醛树脂在对比例5中则加入到陶瓷填料中，形成浆料。脱除浆料中的气泡，用刮片方法形成生坯片，使干燥的厚度为500微米。
将粒度约为0．35-0．60微米的粉末状氧化铝用作陶瓷粉末，制备形成实施例1-4第二片层的含水浆料，其固体含量为10％(体积)。
将作为第一片层的生坯片浸入浆料内，然后干燥，在其两个表面上形成厚度约为10微米的陶瓷层，作为第二片层。
使用-刚性压力机，在100千克／厘米2的压力下压制每个叠层生坯或生坯片，然后对于实施例1-4和对比例1-4，在空气中于850℃下热处理2小时，对于对比例5，是在1500℃下热处理，制成一个板。每个板的表面粗糙度Ra如表1所示。表1 表1显示，每块具有第二片层的板的表面粗糙度Ra都位于O．17-0．48微米范围内。表面粗糙度Ra取决于第二片层内陶瓷粉末的粒度，即陶瓷粉末的粒度减小时，表面光滑度增高。
与除了未形成第二片层、其他的制备条件相同的对比例3的0．8微米的表面粗糙度Ra相比，实施例1-4中的表面粗糙度Ra明显下降。
比较对比例1-4可见，当玻璃粉末的粒度减小，表面粗糙度就下降。然而，如对比例1所示，玻璃粉末的粒度必须减小至大约3．63微米，才可获得比得上实施例1-4的表面粗糙度。这样小的粒度实际上是不切实际的，因为制备细玻璃粉末的生产成本很高。
当只含有陶瓷填料的第一片层上没有形成第二片层时，如对比例5所示，表面粗糙度Ra为0．20微米，这样小的表面粗糙度令人满意。然而，在此情形下，热处理温度必须提高至1500℃。因此，能够用作内部导电膜19-24和穿孔接触件25-30的金属就受到了限制。这样小的表面粗糙度可通过例如将第二片层内的陶瓷粉末粒度减小至0．35微米而容易地获得，如实施例1所示。
本发明可包括对参照附图和表1所示实施例的上述实施方式的各种变化。
第一和第二片层的数目及其叠置的顺序可以根据设计要求而改变，只要每个第二片层都与每个第一片层接触，而且第二片层要构成复合叠层板的至少一个主表面。
第一片层可以具有任意的厚度。第二片层也可以具有任意的厚度，只要第一片层内的玻璃熔体可部分渗入第二片层内，从而使第二片层内的陶瓷粉末颗粒可彼此粘结。
第一片层的生坯片可以含有玻璃纤维、玻璃晶须、玻璃薄片或玻璃小板，用来代替玻璃粉末。
本发明也可应用于在外表面上具有开口的空穴的复合叠层板。这些空穴形成于复合叠层板生坯内，当制成的复合叠层板用作多层电路板时，这些空穴用来固定电子元件。
权利要求
1．复合叠层板，它包括至少一层含玻璃的第一片层，和至少一层含陶瓷颗粒并与第一片层接触的第二片层；其中第二片层构成复合叠层板的至少一个主表面，第二片层内的陶瓷颗粒是未烧结的，使第一片层内的玻璃熔化，并部分地渗入第二片层，使陶瓷颗粒彼此粘结。
2．如权利要求1所述的复合叠层板，其特征在于所述第一片层还含有陶瓷填料。
3．如权利要求1或2所述的复合叠层板，它还具有形成于第二片层所提供的主表面上的外导电膜。
4．如权利要求1-3中任一项所述的复合叠层板，它还含有提供在其内部的内部导体。
5．复合叠层板的制造方法，包括如下步骤第一步，制备一个复合叠层板生坯，它包括至少一层含玻璃的第一片层，和至少一层含陶瓷颗粒的第二片层，此第二片层与第一片层接触，第二片层构成复合叠层板的至少一个主表面；第二步，在不引起陶瓷颗粒烧结但使玻璃熔化的温度下对复合叠层板生坯进行热处理，目的是通过第一片层内玻璃的熔化使第一片层粘结起来，而且使一部分玻璃熔体渗入第二片层内，使陶瓷颗粒彼此粘结。
6．如权利要求5所述的复合叠层板的制造方法，其特征在于在所述第一步中，第一片层内的玻璃是粉末状的，第二片层内的陶瓷颗粒的粒度小于玻璃粉末。
7．如权利要求5或6所述的复合叠层板的制造方法，其特征在于在所述第一步中，第一片层还含有陶瓷填料。
8．如权利要求5-7中任一项所述的复合叠层板的制造方法，其特征在于在所述第一步中，先单独制造第一片层，然后第二片层形成在第一片层上。
9．如权利要求5-7中任一项所述的复合叠层板的制造方法，其特征在于在所述第一步中，先分别制造第一片层和第二片层，将第一片层和第二片层堆叠起来，形成复合叠层板生坯。
10．如权利要求5-9中任一项所述的复合叠层板的制造方法，其特征在于还包括在所述至少一个第二片层所构成的主表面上形成外导电膜的步骤。
11．如权利要求5-10中任一项所述的复合叠层板的制造方法，其特征在于所述第一步包括在复合叠层板的生坯内形成内部导体。
全文摘要
复合叠层板包括至少一层含玻璃的第一片层和至少一层含陶瓷颗粒并与第一片层接触的第二片层。第二片层构成复合叠层板的至少一个主表面,第二片层内的陶瓷颗粒是未烧结的,使第一片层内的玻璃熔化并部分地渗入第二片层,使陶瓷颗粒彼此粘结。复合叠层板的主表面具有令人满意的粗糙度,可以在其上面形成具有细微图案的外导电膜,这种复合叠层板可用作多层电路板。
文档编号C03C17/00GK1283549SQ00122800
公开日2001年2月14日 申请日期2000年8月9日 优先权日1999年8月9日
发明者黑田茂之, 龟田裕和, 中尾修也, 田中谦次, 小岛胜 申请人:株式会社村田制作所