专利名称：陶瓷多层基板的制造方法
技术领域：
本发明涉及在预烧成的氧化铝基板上层叠烧成前的片坯(greensheet)而制造陶瓷多层基板的方法。
背景技术：
近年来，作为减小陶瓷基板的烧成收缩而制造基板尺寸精度高的陶瓷基板的方法，已经提出了在烧成过的氧化铝基板上层叠未烧成的陶瓷片坯、经热压接后进行烧成而制造陶瓷多层基板的方法(特开2001-267743号公报)。该制造方法是通过采用烧成过的氧化铝基板抑制陶瓷片坯的烧成收缩而试图控制整个基板的烧成收缩。
但是，由于陶瓷片坯的烧成收缩力很大，因此只用烧成过的氧化铝基板从其一面试图抑制陶瓷片坯的烧成收缩，则这种抑制是不充分的。其结果，往往在陶瓷片坯的烧成层与烧成过的氧化铝基板之间发生剥离，或者在陶瓷片坯的烧成层产生裂纹，或者基板发生翘曲，存在产品的合格率低这样的问题。
为谋求这一问题的解决，已经提出了下述的制造方法即在烧成过的氧化铝基板上层叠和压接未烧成的陶瓷片坯，制成层叠体后在该层叠体的两面层叠和压接拘束用片坯(green sheet for restraint)，或者同时进行未烧成的陶瓷片坯的层叠压接与拘束用片坯的层叠压接，然后进行拘束烧成(加压烧成或无加压烧成)(特开2003-258424号公报)。
如图4所示，在烧成过的氧化铝基板1的一面或两面层叠和压接1片或数片陶瓷片坯2a、2b而制成层叠体后，在该层叠体的两面层叠和压接拘束用片坯3a、3b，并对层叠体进行烧成。
此时，在层叠体制作工序形成压接在烧成过的基板上的未烧成的片坯，以便使其压接时的厚度变化量大于或等于由烧成过的基板的凹凸引起的最大厚度差，藉此在压接工序防止烧成过的基板的开裂。
但是，上述现有的技术在层叠烧成过的氧化铝基板与未烧成的陶瓷片坯进行烧成时，不能完全防止烧成过的氧化铝基板与层叠的陶瓷片坯之间的分层(层间剥离)的发生，从而也不能以高的合格率制造具有优良品质的陶瓷多层基板。
发明内容
本发明为了解决上述课题，提供一种能够防止基板烧成时产生的分层、且以高的合格率制造品质优良的陶瓷多层基板的方法。
本发明的陶瓷多层基板的制造方法的特征在于其包括在氧化铝基板的两侧层叠片坯而得到层叠体的第1层叠工序，其中所述氧化铝基板是在比片坯烧结温度更高的温度下进行过烧结的；在上述层叠体的最外层层叠于上述片坯的烧结温度下不会烧结的拘束用片坯而得到第2层叠体的第2层叠工序；将上述第2层叠体于280℃～350℃范围的第1加热温度加热预定时间以去除上述片坯中含有的粘合剂成分的脱粘合剂工序；于800℃～1000℃范围的温度对上述第2层叠体进行烧结的烧成工序；以及从上述第2层叠体去除上述拘束用片坯的拘束层去除工序。
图1A-C是表示本发明的实施例1的陶瓷多层基板的制造工序的剖面示意图。
图2A-F是表示本发明的实施例2的带空腔的陶瓷多层基板的制造工序的剖面示意图。
图3A是本发明一实施例的带空腔陶瓷多层基板的组件的平面图、图3B是该陶瓷多层基板的组件的剖面图。
图4是以前的陶瓷多层基板的制造方法的剖面示意图。
具体实施例方式
粘合剂成分由丙烯酸树脂(丙烯酸丁酯和丙烯酸乙酯)所构成，使用市售的添加有邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)增塑剂(丙烯酸树脂∶BBP＝约7∶3)的陶瓷片坯，在制造陶瓷多层基板的情况下，通常，脱粘合剂工序的设定温度设定为远高于粘合剂成分的终止分解温度(例如600℃)，以便将粘合剂成分从片坯中完全去除。在此，所谓粘合剂成分的开始分解温度是指进行外部加热时，粘合剂成分开始从片坯中挥发的温度，可以通过测定片坯是否发生重量变化来确定。另外，所谓粘合剂成分的终止分解温度是指片坯的重量不再变化时的温度。该终止分解温度依存于粘合剂的成分，具体为370℃左右，脱粘合剂的温度设定为500～600℃左右。
本发明者将脱粘合剂工序的设定温度设定在以前的粘合剂成分的终止分解温度或以上、以及改变其它参数特别是片坯的层叠条件和烧成工序条件，藉此试图解决上述问题。然而，无论使用任何条件，上述课题均没有得到解决。于是，着眼于脱粘合剂工序以及脱粘合剂的设定温度，解决了上述课题。
即本发明为多层基板的制造方法，其具有在氧化铝基板的两侧层叠片坯而得到层叠体的第1层叠工序，其中所述氧化铝基板是在比片坯烧结温度更高的温度下进行过烧结的；在上述层叠体的最外层层叠于上述片坯的烧结温度下不会烧结的拘束用片坯而得到第2层叠体的第2层叠工序；将上述第2层叠体于280℃～350℃范围的第1加热温度加热预定时间以去除上述片坯中含有的粘合剂成分的脱粘合剂工序；于800℃～1000℃范围的温度对上述第2层叠体进行烧结的烧成工序；以及从上述第2层叠体去除上述拘束用片坯的拘束层去除工序。
另外，在上述脱粘合剂工序中，优选的是从室温升温到上述第1加热温度，然后将上述第1加热温度保持2～6小时，之后将温度降至室温。这是为了确保脱粘合剂的进行。在此，所谓室温是指温度在10℃～30℃的范围内。
上述氧化铝基板优选的氧化铝含量为90重量％或以上。
上述氧化铝基板优选在比片坯的烧结温度高100℃或以上的温度下进行烧结。
另外，优选在上述氧化铝基板上形成选自由导电胶组合物形成的布线图以及通路导体(via conductor)中的至少一种。
此外，上述拘束层的去除优选采用选自喷射水流以及超声波清洗中的至少一种方法以去除附着在烧成基板两面的拘束用片坯中没有烧结的无机组合物。
根据本发明的防止分层的效果，一般认为基于以下理由如果将以前的脱粘合剂温度设定在粘合剂的终止分解温度以上，使粘合剂成分完全去除，则与氧化铝基板之间变得没有附着力而发生分层。如果将脱粘合剂温度设定为粘合剂的终止分解温度，则粘合剂成分的一部分残存在片坯内，可以保持片坯之间的附着力，因而能够防止片坯之间的分层。
实施例以下，结合附图详细说明本发明的陶瓷多层基板的制造方法的实施例。
(实施例1～3、比较例1～4)图1A-C是示意表示本发明的一实施例的陶瓷多层基板的制造工序的剖面图。
在形成有由导电胶组合物等形成的布线图或通路导体的烧结过的氧化铝基板1的两面，层叠有1片或数片低温烧成陶瓷片坯2a和2b。陶瓷片坯上形成有通过在经过冲切加工或其它加工的通路上进行导电胶组合物的丝网印刷而形成的通路导体15。同样通过导电胶组合物的丝网印刷也形成了布线图16。进而在该层叠体的两面，层叠于陶瓷片坯的烧成温度下不会烧结的无机组合物构成的拘束用片坯3a和3b(图1A)。
其次，对整个层叠体施加预定的压力，得到一体化的层叠体(图1B)。
将该一体化的层叠体在空气中加热，实施脱粘合剂工序以去除陶瓷片坯中含有的粘合剂，然后层叠体被移送到烧成工序于900℃进行烧成。此时，陶瓷片坯经烧结与氧化铝基板牢固接合在一起。此时拘束用陶瓷片坯中的无机组合物照样以未烧结的状态残存下来。烧成后，将附着在烧成基板4的两面的拘束用片坯中没有烧结的无机组合物通过喷射水流和/或超声波清洗而得以去除，因在基板两面形成厚膜导体5而得到无收缩的陶瓷多层基板6(图1C)。
下面说明本实施例的试料。改变氧化铝含量不同的经过烧成的氧化铝基板的厚度，进而在该氧化铝基板上层叠各种不同厚度的片坯而制作层叠体，得到13种陶瓷多层基板，其构成如表1所示。
表1
经过烧成的氧化铝基板与在低于该氧化铝基板的烧成温度下进行烧成的片坯，其热膨胀系数是不同的。因此，在如本发明那样烧成的氧化铝基板与未烧成的片坯的层叠体中，因为热膨胀系数不同的材料集成在一起，所以达到最高加热温度的时间(升温时间)和因最高加热温度引起的热应力、以及因降温时的不同收缩引起的热应力与分层的发生相关。因此，重要的是设定脱粘合剂的条件。
对于试料序号1～13的陶瓷多层基板，设定像实施例1～3以及比较例1～4那样的脱粘合剂条件，根据图1A-C的制造方法制作了陶瓷多层基板。
实施例1～3的最高加热温度分别为280℃、300℃以及350℃。另外，温度的分布曲线是从室温升温到最高温度用4小时，于最高加热温度保持4小时后，用4小时降温至室温(23℃)。
比较例1的最高加热温度为200℃。
比较例3是通常进行的脱粘合剂条件。比较例3和比较例4的最高加热温度二者均为500℃。比较例1的温度分布曲线是从室温升温到最高加热温度用8小时，于最高加热温度保持2小时后，用8小时降温至室温。比较例2的温度分布曲线是从室温升高到最高加热温度用18小时，于最高加热温度保持2小时后，用8小时降温至室温。
对于这些实施例以及比较例，评价是否有分层(层间剥离)、裂纹以及基板的翘曲。评价用显微镜进行肉眼观测。
在表2中，○表示良好(无分层、裂纹和翘曲等)，△表示局部有分层，×表示有分层，××表示同时存在裂纹和翘曲。
结果如表2所示。
表2
备注(1)最高加热温度(2)最高加热温度保持时间(3)合计处理时间如表2所示，采用以前的脱粘合剂条件的比较例3，在所有的试料中都发生了分层。此外，即使对于如比较例4那样、使用通常的升温时间2倍或以上的时间而进行缓慢升温的场合，所有的试料也都发生了分层。
当片坯的脱粘合剂处理不充分时，则粘合剂成分残存于片坯内部，因而在其后的烧成工序中，粘合剂成分因烧成时受热挥发而膨胀，所以，烧成后的基板出现裂纹或发生翘曲。其结果，不能得到良好品质的基板。
比较例1在比通常低的温度下进行脱粘合剂，所以使保持最高加热温度的时间相对于通常的时间加倍而达到4小时。但是，脱粘合剂仍不充分，在所有的试料中都产生了裂纹和翘曲。
正如实施例1～3所示的那样，在最高加热温度为280～350℃的条件下，对于所有的试料均未发现分层。另外，也没有看到基板的裂纹和翘曲。因此，将像本发明那样进行过烧成的氧化铝基板与烧成温度比其更低的片坯进行层叠而得到的层叠体的最高加热温度优选为280～350℃。
另外，将最高加热温度设定为400℃的比较例2，产生因受热引起的应力，一部分试料可看到轻度的分层。
(实施例4)本发明的制造方法也可能适用于带空腔的陶瓷多层基板。在层叠前的陶瓷片坯上，可以由冲压工序等形成空腔用开口部。图2A-F是示意表示本实施例的带空腔的陶瓷多层基板的制造方法的剖面图。
在形成有由导电胶组合物等形成的布线图或通路导体的烧结过的氧化铝基板1的两面，层叠有1片或数片低温烧成陶瓷片坯2c和2d。陶瓷片坯上形成有通过在经过冲切加工或其它加工的通路上进行导电胶组合物的丝网印刷而形成的通路导体15。此外，同样也通过导电胶组合物的丝网印刷而形成布线图16。并且由冲压工序在2c上形成空腔用开口部12。进而在该层叠体的两面层叠由在陶瓷片坯的烧成温度下不会烧结的无机组合物构成的拘束用片坯3a和3b(图2B)。
用加压手段对整个该层叠体进行加压而得到一体化的层叠体(图2B)。
对取出的层叠体实施在空气中加热的脱粘合剂工序之后，在峰值温度900℃的条件下进行烧结。此时，陶瓷片坯得以烧结，而拘束用片坯中的无机组合物照样以未烧结的状态残存下来。烧成后，将附着在烧成基板4的两面的拘束用片坯中没有烧结的无机组合物通过喷射水流和/或超声波清洗而得以去除。进而因在基板两面形成厚膜导体5而得到烧成层叠体7(图2C)。
再者，在烧成层叠体7的两侧层叠1片或多片低温烧成陶瓷片坯2e和2f。陶瓷片坯上形成有通过在经过冲切加工或其它加工的通路上进行导电胶组合物的丝网印刷而形成的通路导体。此外，同样也通过导电胶组合物的丝网印刷而形成布线图。并且由冲压工序在2e上形成空腔用开口部。进而在该层叠体的两面层叠由在陶瓷片坯的烧成温度下不会烧结的无机组合物构成的拘束用片坯3a和3b(图2D)。
用加压手段对整个该层叠体进行更进一步的加压而得到一体化的层叠体(图2E)。
对取出的层叠体实施在空气中加热的脱粘合剂工序之后，在峰值温度900℃的条件下进行烧结。此时，陶瓷片坯得以烧结，而拘束用片坯中的无机组合物照样以未烧结的状态残存下来。烧成后，将附着在烧成基板8的两面的拘束用片坯中没有烧结的无机组合物通过喷射水流和/或超声波清洗而得以去除。进而因在基板两面形成厚膜导体5而得到带有2段空腔的陶瓷多层基板9(图2F)。
烧成后的氧化铝基板的氧化铝含量高达90重量％或以上，因而散热效果好，为此，在图2F得到的带有空腔的陶瓷多层基板组件，因为其内部具有氧化铝基板，所以能够很好地散发半导体装置(IC)等部件发出的热量。
图3表示组件的外观图。组件的尺寸为长6.2mm、宽6.2mm，空腔开口部为长2.0mm、宽2.0mm，空腔部10的厚度为0.3mm，非空腔部陶瓷11的厚度为0.2mm。在空腔开口部12安装IC13，测定IC安装面的反面14的热阻，其结果如表3所示。试料序号1，其IC安装用基板1不使用氧化铝基板而使用厚度380μm的低温烧成陶瓷片坯材料(10与11是相同材料)。试料序号2，其IC安装用基板1使用厚度190μm的氧化铝基板(氧化铝基板1)。试料序号3，其IC安装用基板1使用厚度380μm的氧化铝基板(氧化铝基板2)。
表3
如表3所示，可知与只用低温烧成陶瓷材料构成的陶瓷多层基板组件的情况(试料序号1)相比，用氧化铝基板构成的陶瓷多层基板组件(试料序号2和3)明显改善了散热性。
本发明的陶瓷多层基板的制造方法，在层叠并烧成热膨胀系数不同的材料而制作集成体的情况下，作为不发生层间分层、裂纹以及翘曲的高品质的高密度配线基板是有用的。另外，由于使用氧化铝含量为90％或以上的氧化铝基板，因而能够提供散热性格外优良的高密度配线基板。
权利要求
1.一种陶瓷多层基板的制造方法，其特征在于该制造方法包括在氧化铝基板的两侧层叠片坯而得到层叠体的第1层叠工序，其中所述氧化铝基板是在比片坯烧结温度更高的温度下进行过烧结的；在所述层叠体的最外层层叠于所述片坯的烧结温度下不会烧结的拘束用片坯而得到第2层叠体的第2层叠工序；将所述第2层叠体于280℃～350℃范围的第1加热温度加热预定时间以去除所述片坯中含有的粘合剂成分的脱粘合剂工序；于800℃～1000℃范围的温度对所述第2层叠体进行烧结的烧成工序；以及从所述第2层叠体去除所述拘束用片坯的拘束层去除工序。
2.根据权利要求1所述的陶瓷多层基板的制造方法，其中在所述脱粘合剂工序中，先从室温升温到所述第1加热温度，然后在2～6小时的范围内保持所述第1加热温度，随后冷却至室温。
3.根据权利要求1所述的陶瓷多层基板的制造方法，其中所述氧化铝基板的氧化铝含量为90重量％或以上。
4.根据权利要求1所述的陶瓷多层基板的制造方法，其中所述氧化铝基板在比片坯的烧成温度高100℃或以上的温度下进行烧成。
5.根据权利要求1所述的陶瓷多层基板的制造方法，其中在所述氧化铝基板上形成选自由导电胶组合物形成的布线图以及通路导体中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的陶瓷多层基板的制造方法，其中所述拘束层的去除采用选自喷射水流以及超声波清洗中的至少一种方法以去除附着在烧成基板两面的拘束用片坯中没有烧结的无机组合物。
7.根据权利要求1所述的陶瓷多层基板的制造方法，其中在所述片坯层设置有空腔开口部。
8.根据权利要求1所述的陶瓷多层基板的制造方法，其中在所述空腔开口部安装有半导体装置。
全文摘要
本发明提供一种陶瓷多层基板的制造方法，其包括在氧化铝基板(1)的两侧层叠片坯(2a，2b)而得到层叠体的第1层叠工序，其中所述氧化铝基板(1)是在比片坯(2a，2b)烧结温度更高的温度下进行过烧结的；在所述层叠体的最外层层叠于所述片坯的烧结温度下不会烧结的拘束用片坯(3a，3b)而得到第2层叠体的第2层叠工序；将所述第2层叠体于280℃～350℃范围的第1加热温度加热预定时间以去除所述片坯(2a，2b)中含有的粘合剂成分的脱粘合剂工序；于800℃～1000℃范围的温度对所述第2层叠体进行烧结的烧成工序；以及从所述第2层叠体去除所述拘束用片坯(3a，3b)的拘束层去除工序。通过脱粘合剂条件的最优化，在经过烧成的氧化铝基板(1)与未烧成的片坯(2a，2b)的层叠体中，即便使热膨胀系数不同的材料之间进行层叠，仍可防止经过烧成的氧化铝基板(1)与层叠的片坯(2a，2b)之间的分层(层间剥离)的发生。
文档编号H01L21/48GK1665377SQ20051005181
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月2日 优先权日2004年3月2日
发明者大贺隆义, 小西正夫, 伊藤雅纪 申请人:松下电器产业株式会社