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TW201332406A - 瓷金貫孔基板及其之製造方法 - Google Patents

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TW201332406A
TW201332406A TW101146869A TW101146869A TW201332406A TW 201332406 A TW201332406 A TW 201332406A TW 101146869 A TW101146869 A TW 101146869A TW 101146869 A TW101146869 A TW 101146869A TW 201332406 A TW201332406 A TW 201332406A
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Abstract

本發明提供能夠採用簡便的方法製造、可高精細化佈線圖案的瓷金貫孔基板及其製造方法。瓷金貫孔基板在陶瓷燒結體基板中形成有導電性通孔,其具有:在陶瓷燒結體基板的貫通孔中密填充導電性金屬而成的導電性通孔,所述導電性金屬包含熔點為600℃以上且1100℃以下的金屬(A)、熔點高於該金屬(A)的金屬(B)以及活性金屬;在陶瓷燒結體基板的兩面中的至少一個面具有佈線圖案,該佈線圖案具有由包含金屬(A)、金屬(B)和活性金屬的導電性金屬形成的表面導電層;佈線圖案在表面導電層的表面具有鍍覆層;陶瓷燒結體基板與導電性通孔、表面導電層的介面形成有活性層。

Description

瓷金貫孔基板及其之製造方法
本發明有關瓷金貫孔基板及其製造方法。更具體為有關可適合用於安裝LED等半導體元件的、特別是用於安裝放熱的高輸出功率LED等半導體元件的瓷金貫孔基板等。
用於安裝半導體元件的陶瓷基板在陶瓷基板表面形成有用於與該半導體元件的電極連接的金屬化圖案。另外,例如,以多層基板或者支架形式使用該陶瓷基板的情況下,在陶瓷基板上形成用於實現基板上下導通的導電性通孔(以下,有時將具有導電性通孔和金屬化圖案的陶瓷基板稱為“瓷金貫孔基板”。)。
作為瓷金貫孔基板的製造方法,已知有共燒結法(co-firing method,同時燒成法)和後燒結法(post-firing method,逐次燒成法)。共燒結法是指下述方法:在被稱為生坯片的未燒成的陶瓷基板前體上形成金屬糊層,並將其燒成;或者,在該生坯片上形成的貫通孔中填充金屬糊,從而製作瓷金貫孔基板前體,並將其燒成。共燒結法中生坯片和金屬糊的燒成是同時進行的。
後燒結法是指下述方法:在燒成生坯片而得到的燒結體基板上形成金屬糊層,並將其燒成;或者,在燒結體基板上形成的貫通孔中填充金屬糊,從而製作瓷金貫孔基板 前體,並將其燒成。後燒結法中生坯片的燒成和金屬糊層的燒成是逐次進行的。
無論採用哪種方法都可以在陶瓷基板上形成金屬化圖案,由此得到的基板主要用作用於安裝電子部件的基板。然而,對於利用共燒結法的方法,燒成時生坯片容易不均勻地收縮,例如燒結正方形的生坯片的情況下,雖然僅是輕微程度,但還是出現各邊的中央部分向內側翹起的收縮,從而使基板變形為星形,因此在1片生坯片上大量形成同一形狀的金屬化圖案和導電性通孔的情況下,根據形成圖案的地方,圖案形狀以及該通孔的位置稍稍改變是不可避免的。另外,採用共燒結法,由於金屬糊與生坯片同時在高溫下燒成,所以作為金屬糊需要使用鉬、鎢等高熔點金屬糊,存在諸如無法使用導電性良好的其它金屬的缺點。
另一方面,後燒結法通過在燒結體基板上形成金屬糊層並將其燒成,或者在燒結體基板上形成的貫通孔中填充金屬糊並將其燒成,從而形成金屬化圖案和導電性通孔。金屬糊層的燒印(燒成)過程中,金屬糊層雖然在厚度方向發生收縮,但由於基本不發生平面方向的收縮,所以不會引發諸如共燒結法中觀察到的根據位置圖案形狀發生改變的問題。
然而,由於金屬糊自身發生收縮,所以貫通孔中金屬糊在燒結時收縮,從而在形成的導電性通孔中產生孔隙,難以形成緻密的通孔。
專利文獻1公開了下述方法:採用濺射在具有貫通孔的陶瓷基板上形成鈦層和銅層,之後,利用電解鍍銅形成佈線圖案和導電性通孔。然而該方法中濺射製程是必需的,需要有實施濺射的製造設備,因此並不是可以簡便地製造金屬化通孔基板的方法。另外,該方法中採用電解鍍覆將銅填充到貫通孔內時,在貫通孔的直徑大的情況、基板的厚度大的情況下,填充需要時間,生產率下降。另外,上述填充需要時間越長,由於形成的佈線圖案的厚度和需要的抗蝕圖案的膜厚同時增加,因此圖案的高精細化較困難。
為了形成微細圖案,欲減小佈線圖案的厚度時,即使不採用電解鍍覆完全填充貫通孔內而僅在貫通孔表面析出薄薄的銅也能夠確保基板兩面的佈線間的導通。然而,作為例如LED元件等的安裝基板使用的情況下,出現下述問題:在LED元件用的透鏡成型(lens molding)時,模塑樹脂透過貫通孔漏出到對側面;在實際安裝時,發生焊料透過貫通孔表面的鍍覆表面滲透到對側面的佈線等。此時,利用在貫通孔中填充填補用的樹脂糊劑等,可以防止這些情況,但存在製造製程變煩雜、並且通孔的導電性低這一問題。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
專利文獻1美國專利申請公開2004/00359693號說明書
因此,本發明以提供可以採用簡便的方法製造、可高精細化佈線圖案的瓷金貫孔基板及其製造方法為課題。
以下,對本發明進行說明。其中,在本說明書中,只要沒有另行規定,有關數值A和B的“A~B”意指“A以上且B以下”。該表述中省略數值A的單位的情況下,應用數值B所帶單位作為數值A的單位。另外,在本說明書中,平均粒徑是與使用日機裝株式會社製造的Micro Track、利用雷射繞射法測定的體積分佈中值相當的球當量直徑(體積平均值D50)。
本發明的第1項是瓷金貫孔基板,其是陶瓷燒結體基板中形成有導電性通孔的瓷金貫孔基板,該瓷金貫孔基板具有:在陶瓷燒結體基板的貫通孔中密填充導電性金屬而成的導電性通孔,前述導電性金屬包含熔點為600℃以上且1100℃以下的金屬(A)、熔點高於該金屬(A)的金屬(B)、以及活性金屬;陶瓷燒結體基板的兩面中的至少一個面具有佈線圖案,該佈線圖案具有由包含金屬(A)、金屬(B)和活性金屬的導電性金屬形成的表面導電層,該佈線圖案在表面導電層的表面具有鍍覆層,導電性通孔與陶瓷燒結體基板的介面以及表面導電層與陶瓷燒 結體基板的介面形成有活性層。另外以下有時將導電性通孔僅簡述為“通孔”。
“熔點高於金屬(A)的金屬(B)”並不一定指熔點超過1100℃的金屬,而是熔點比實際使用的金屬(A)的熔點高的金屬。例如,金屬(A)是熔點為780℃左右的銀焊料的情況下,作為金屬(B),可以使用熔點高於該金屬(A)的金屬,即銅(熔點:1085℃)、銀(熔點:962℃)、金(熔點:1064℃)等。
作為“熔點為600℃以上且1100℃以下的金屬(A)”,例如,可列舉出銅、銀、金、金焊料、銀焊料等焊料材料。另外,作為“熔點高於金屬(A)的金屬(B)”,例如,可列舉出銅(熔點:1085℃)、銀(熔點:962℃)、金(熔點:1064℃)、鎢(熔點:3410℃)、鉬(熔點:2617℃)等,根據使用的金屬(A)的熔點進行選擇。
本發明的第1發明中,“熔點為600℃以上且1100℃以下的金屬(A)”較佳為選自金焊料、銀焊料和銅中的一種或兩種以上。
本發明的第1發明中,“熔點高於金屬(A)的金屬(B)”較佳為選自銀、銅和金中的一種或兩種以上。
本發明的第1發明中,“活性層”較佳是活性金屬與陶瓷燒結體基板的陶瓷成分反應形成的反應層。在所述實施方式中,進一步較佳活性金屬是鈦,與該鈦反應的陶瓷成分是氮,活性層是氮化鈦層。通過形成該活性層使通孔 與陶瓷燒結體基板壁面的密合性良好。
本發明的第1發明中,陶瓷燒結體基板較佳是氮化鋁燒結體基板。本發明的第1項的陶瓷通孔基板具有導電性良好的通孔,適合安裝高輸出功率LED等需要高電力供給的元件。這些高輸出功率LED等元件放出大量熱。由於元件附近積蓄熱時對元件造成不良影響,因此將熱釋放到外部者為佳。從該觀點考慮,由導熱性高的氮化鋁構成陶瓷燒結體基板者為佳。
本發明的第1發明中,佈線圖案在表面導電層的表面具有鍍覆層。該鍍覆層可以包含多層鍍覆層。利用使佈線圖案具有鍍覆層的方式能夠提高佈線圖案的導電性。在上述實施方式中,更佳為上述鍍覆層包含銅鍍覆層。透過使佈線圖案的上述鍍覆層具有銅鍍覆層能夠更容易提高導電性。
本發明的第1發明中,佈線圖案是採用光蝕刻法形成的金屬化圖案者為佳。另外,利用採用光蝕刻法形成圖案能夠使該金屬化圖案的線寬/間隔(line and space)為50μm/50μm以下。
本發明中,有關數值A和B的佈線圖案的線寬/間隔為“Aμm/Bμm以下”是指線(線寬)為Aμm以下、間隔(線間隔)為Bμm。表述為“A/Bμm以下”時也是同樣的。
本發明的第2項是本發明的第1項的瓷金貫孔基板的製造方法,該製造方法包括: 準備具有貫通孔的陶瓷燒結體基板的製程;在貫通孔中填充第一金屬糊的填充製程,所述第一金屬糊包含比熔點為600℃以上且1100℃以下的金屬(A)的熔點高的金屬(B)粉末和活性金屬粉末而成;形成第二金屬糊層的製程,在陶瓷燒結體基板的兩面中的至少一個表面塗布第二金屬糊,使得該第二金屬糊與第一金屬糊接觸,前述第二金屬糊包含熔點高於金屬(A)的金屬(B’)粉末和活性金屬粉末而成;形成第三金屬糊層的製程,在第二金屬糊層的表面塗布包含金屬(A)粉末而成的第三金屬糊;燒成製程,利用將上述得到的基板燒成的方式,在貫通孔內形成導電性通孔,在陶瓷燒結體基板的表面形成表面導電層,並且在該導電性通孔與陶瓷燒結體基板的介面以及該表面導電層與陶瓷燒結體基板的介面形成活性層;在表面導電層的表面形成鍍覆層的製程;在該鍍覆層中留作佈線圖案的部分的表面形成抗蝕圖案的製程;利用蝕刻去除鍍覆層和表面導電層中未被抗蝕圖案覆蓋的部分的製程;去除抗蝕圖案的製程;以及,蝕刻活性層的露出的部分的製程,形成上述第三金屬糊層的製程中,俯視透視陶瓷燒結體基板時,形成第三金屬糊層的區域、與貫通孔的與相接於該形成的第三金屬糊層的第二金屬糊層相接的開口端部 所佔據的區域具有重疊部分。
其中,“鍍覆層和表面導電層中未被抗蝕圖案覆蓋的部分”是指:對於鍍覆層來說,意味著不與抗蝕圖案接觸的部分;對於表面導電層來說,意味著採用蝕刻去除鍍覆層中不與抗蝕圖案接觸的部分時露出的部分。另外,“貫通孔的開口端部”是指在未填充第一金屬糊等的獨立的陶瓷燒結體基板中在該基板表面開口的貫通孔端部。
另外,包含金屬(B)粉末和活性金屬粉末的第一金屬糊與包含金屬(B’)粉末和活性金屬粉末的第二金屬糊可以為相同的金屬糊,由於貫通孔中的填充製程和基板表面上的導電圖案印刷製程所要求的金屬糊的黏度特性、最適金屬粉末的細微性等有所不同,因此使用適應各個製造製程的金屬糊者為佳。在下述本發明的第3發明的方法中也是同樣的。關於第一金屬糊和第二金屬糊的較佳形式分別在之後描述。
本發明的第3發明是本發明第1發明的瓷金貫孔基板的製造方法,該製造方法包括:準備具有貫通孔的陶瓷燒結體基板的製程;在貫通孔中填充第一金屬糊的填充製程,前述第一金屬糊包含比熔點為600℃以上且1100℃以下的金屬(A)的熔點高的金屬(B)粉末和活性金屬粉末而成;形成第二金屬糊層的製程,在陶瓷燒結體基板的兩面中的至少一個表面塗布第二金屬糊,使得該第二金屬糊與第一金屬糊接觸,前述第二金屬糊包含熔點高於金屬 (A)的金屬(B’)粉末和活性金屬粉末;形成第三金屬糊層的製程,在第二金屬糊層的表面塗布包含金屬(A)粉末而成的第三金屬糊;燒成製程,通過將上述得到的基板燒成,在貫通孔內形成導電性通孔,在陶瓷燒結體基板的表面形成表面導電層,並且在該導電性通孔與陶瓷燒結體基板的介面以及該表面導電層與陶瓷燒結體基板的介面形成活性層;在表面導電層上的不形成佈線圖案的位置形成抗蝕圖案的製程;在表面導電層上的未被抗蝕圖案覆蓋的位置形成鍍覆層的製程;去除抗蝕圖案的製程;蝕刻表面導電層的露出的部分的製程;以及,蝕刻活性層的露出的部分的製程,在形成上述第三金屬糊層的製程中,俯視透視陶瓷燒結體基板時,形成第三金屬糊層的區域、與貫通孔的與相接於該形成的第三金屬糊層的第二金屬糊層相接的開口端部所佔據的區域具有重疊部分。
關於本發明的第3發明的製造方法,較佳在燒成製程之後還具有通過觸擊鍍銅在表面導電層表面形成抗氧化層的製程。
關於本發明的第2發明和第3發明的製造方法,在燒成製程之後還可以具有研磨表面導電層表面的研磨製程。
關於本發明的第2發明和第3發明的製造方法,金屬 (B’)粉末較佳含有金屬元素的單質金屬粉末,前述金屬元素是構成金屬(A)粉末的金屬元素中熔點高於該金屬(A)粉末的金屬元素。利用如此地構成金屬(B’)粉末,即便出現熔融的金屬(A)的一部分被第二金屬糊層吸收的情況,也能夠抑制表面導電層的組成變動。另外,在前述實施方式中,特佳的是,金屬(A)粉末含有銀-銅合金焊料材粉末,金屬(B)粉末含有銅粉末,金屬(B’)粉末含有銅粉末和銀粉末,活性金屬粉末為選自鈦粉末和氫化鈦粉末中的一種以上。
根據本發明的第1發明,可以獲得能夠採用簡便的方法製造、可高精細化佈線圖案的瓷金貫孔基板。
根據本發明的第2發明和第3發明的方法,可獲得採用簡便的方法製造可高精細化佈線圖案的瓷金貫孔基板的方法。
在本發明的第2發明和第3發明的瓷金貫孔基板的製造方法中,由於在形成鍍覆層前已透過金屬糊的填充和燒成填埋貫通孔並形成導電性通孔,鍍層析出量的多少將不影響通孔的導電性,因而可以減小形成的鍍覆層的厚度。從而在進行佈線圖案的圖案化時,還可以減小抗蝕層的厚度。因此,即使在必須形成大口徑的導電性通孔的情況下,仍能夠高精細化佈線圖案。
另外,如果採用本發明的第2發明和第3發明的瓷金 貫孔基板的製造方法,則在燒成製程中,當貫通孔中的金屬(B)和第二金屬糊層中的金屬(B’)燒結而收縮時,第三金屬糊層中的金屬(A)熔融,從而流入貫通孔中的金屬(B)粉末間的間隙以及第二金屬糊層中的金屬(B’)粉末間的空隙。由此形成緻密且導電性良好的導電性通孔和金屬化圖案。另外,由於第一金屬糊和第二金屬糊分別包含活性金屬,通過該活性金屬與陶瓷燒結體基板的陶瓷成分反應,從而在導電性通孔與陶瓷燒結體基板之間以及金屬化圖案與陶瓷燒結體基板之間形成活性層。由此使導電性通孔與陶瓷燒結體基板的密合性以及金屬化圖案與陶瓷燒結體基板的密合性變好。
從以下說明的用於實施發明的方式可明瞭本發明的上述作用和利益。以下參照附圖對本發明的實施方式進行說明。圖中有時省略部分附圖標記。另外,以下示出的方式是本發明的例示,本發明並不受這些方式的限定。
<1.瓷金貫孔基板的製造方法(本發明的第2發明)>
本發明的第2發明的瓷金貫孔基板的製造方法依次具有以下製程。
(2-a)準備具有貫通孔的陶瓷燒結體基板的製程;(2-b)在貫通孔中填充第一金屬糊的填充製程,前述第一金屬糊包含比熔點為600℃以上且1100℃以下的金 屬(A)的熔點高的金屬(B)粉末和活性金屬粉末而成;(2-c)形成第二金屬糊層的製程,在陶瓷燒結體基板的兩面中的至少一個表面塗布第二金屬糊,使得該第二金屬糊與第一金屬糊接觸,前述第二金屬糊包含熔點高於金屬(A)的金屬(B’)粉末和活性金屬粉末而成;(2-d)形成第三金屬糊層的製程,在第二金屬糊層的表面塗布包含金屬(A)粉末而成的第三金屬糊;(2-e)燒成製程,利用將上述得到的基板燒成的方式,在貫通孔內形成導電性通孔,在陶瓷燒結體基板的表面形成表面導電層,並且在該導電性通孔與陶瓷燒結體基板的介面以及該表面導電層與陶瓷燒結體基板的介面形成活性層;(2-f)在表面導電層的表面形成鍍覆層的製程;(2-g)在該鍍覆層中留作佈線圖案的部分的表面形成抗蝕圖案的製程;(2-h)利用蝕刻去除鍍覆層和表面導電層中未被抗蝕圖案覆蓋的部分的製程;(2-i)去除抗蝕圖案的製程;以及,(2-j)蝕刻活性層的露出的部分的製程。
圖1顯示了上述各製程(2-a)~(2-j)後的基板剖面的概況。以下參照圖1和圖2對各製程進行說明。
(製程(2-a))
在製程(2-a)中準備具有貫通孔12的陶瓷燒結體基 板10。作為陶瓷燒結體基板10,能夠無特別限制地使用習知由陶瓷構成的基板。
作為陶瓷燒結體基板10的構成材料的陶瓷,例如可以使用(1)氧化鋁系陶瓷、氧化矽系陶瓷、氧化鈣系陶瓷、氧化鎂系陶瓷等氧化物系陶瓷;(2)氮化鋁系陶瓷、氮化矽系陶瓷、氮化硼系陶瓷等氮化物系陶瓷;(3)氧化鈹、碳化矽、多鋁紅柱石、硼矽酸玻璃等。其中,(2)氮化物系陶瓷為佳,尤其是氮化鋁系陶瓷因導熱性高而可以較佳使用。
作為本發明的製造方法中使用的陶瓷燒結體基板10,從諸如能夠容易獲取、容易獲得期望形狀的基板的原因考慮,使用構成燒結體基板的陶瓷顆粒的平均粒徑較佳為0.5~20μm、更佳為1~15μm的陶瓷燒結體基板。另外,這樣的陶瓷燒結體基板可以利用燒成由平均粒徑為0.1~15μm、較佳為0.5~5μm的陶瓷原料粉末形成的生坯片而得到。
該生坯片中也可以包含燒結助劑、有機黏合劑等。作為燒結助劑,可以根據陶瓷原料粉末的種類無特別限制地使用常用的燒結助劑。另外,作為有機黏合劑,可使用聚乙烯醇縮丁醛、乙基纖維素類、丙烯酸(酯)類樹脂類,從諸如使生坯片的成形性良好的理由考慮,特別適合使用聚甲基丙烯酸正丁酯、聚乙烯醇縮丁醛。
從得到的燒結體的導熱性的觀點考慮,適合使用下述氮化物陶瓷用生坯片:將含燒結助劑的氮化物陶瓷粉末作 為陶瓷原料粉末使用而形成的氮化物陶瓷用生坯片,尤其是將含燒結助劑(例如釔、氧化鈣)的氮化鋁粉末作為原料粉末使用的氮化鋁用生坯片。
本發明中使用的陶瓷燒結體基板10的形狀只要是能夠形成貫通孔的形狀就不特別地限定,可以使用板狀體或者對板狀體的一部分實施切削加工後的基板。對於陶瓷燒結體基板10的大小不特別地限定,可以根據用途適當決定。例如,用途為用於安裝電子部件的基板的情況下,基板厚度一般可以設為0.1~2mm、較佳設為0.2~1mm左右。
在上述說明的陶瓷燒結體基板10中形成貫通孔12。對於貫通孔12的形成方法不特別地限定,可以利用使用鑽頭的機械穿孔來形成,也可以利用使用化學藥品的方法溶解陶瓷而進行穿孔,還可以採用雷射加工、噴砂加工等方法。另外,對於不嚴格要求貫通孔12的位置精度的用途,也可以將預先通過沖孔加工使生坯片中形成貫通孔的基板燒成,從而製作具有貫通孔12的陶瓷燒結體基板10。貫通孔12的直徑通常設為 0.05mm~0.5mm。
貫通孔12是基本上貫通基板10上下的貫通孔,在基板10具有內部配線的情況下,有時也為僅一側端部開口的孔,本發明的貫通孔12也包含這樣的孔。
(製程(2-b))
接著,在上述貫通孔12中填充第一金屬糊20,前述 第一金屬糊20包含熔點高於金屬(A)的金屬(B)粉末、以及活性金屬粉末而成。第一金屬糊20包含金屬(B)的粉末、以及活性金屬的粉末,此外,也可以包含有機黏合劑、有機溶劑、分散劑、增塑劑等。
“金屬(B)”是熔點高於金屬(A)的金屬。因而,首先對“金屬(A)”進行說明。金屬(A)是熔點為600℃以上且1100℃以下的金屬,例如,可列舉出銅、銀、金、金焊料、銀焊料等焊料材料。其中,作為金屬(A),從成本方面考慮,較佳使用選自金焊料、銀焊料和銅中的一種或兩種以上,它們之中銀-銅合金的銀焊料者為特佳。金屬(A)的熔點小於600℃的情況下,難以利用燒成在通孔23與陶瓷燒結體基板10之間形成後面說明的活性層。另外,金屬(A)的熔點超過1100℃的情況下,燒成時對基板過度施加熱,基板中通孔形成時的應力有可能殘留。
另外,熔點高於金屬(A)並不一定指熔點超過1100℃,而是意指金屬(B)的熔點高於實際使用的金屬(A)的熔點。例如,金屬(A)是熔點為780℃左右的銀焊料的情況下,是指作為金屬(B),可以使用熔點高於780℃的金屬。
作為金屬(B),例如,可列舉出銅(熔點:1085℃)、銀(熔點:962℃)、金(熔點:1064℃)、鎢(熔點:3410℃)、鉬(熔點:2617℃)等,根據金屬(A)的熔點進行選擇。其中,作為金屬(B),從導電性 高的方面考慮,使用選自銀、銅和金中的一種或兩種以上者為佳,它們之中銅為特佳。另外,金屬(B)只要是熔點高於金屬(A),還可以將2類以上的金屬混合使用。
該金屬(B)粉末的平均粒徑(D50)雖然也要兼顧其它金屬粉末的大小、貫通孔的大小,但為了提高生產率、製造發揮優異性能的瓷金貫孔基板,較佳設為1~50μm。尤其是透過將金屬(B)粉末的平均粒徑(D50)設為50μm以下,即便對於小徑的通孔也能夠確保填充的操作性。另外,以提高貫通孔12中金屬(B)粉末的填充密度為目的,該金屬(B)粉末也可以使用2類以上平均粒徑不同的粉末。其中,該平均粒徑(D50)是如上所述地使用日機裝株式會社製造的Micro Track利用雷射繞射法測定的中值粒徑。
金屬(A)與金屬(B)的熔點差較佳為50℃以上、更佳為100℃以上、進一步更佳為150℃以上。利用將熔點差設為50℃以上的方式,在燒成製程中,可以在金屬(B)不熔融且保持通孔形狀的同時,使金屬(A)熔融,填埋金屬(B)燒結時產生的孔隙,從而形成緻密的通孔。對於熔點差的上限沒有特別地限制,考慮到通常的製造時為3000℃、進一步為1000℃者為佳。另外,使用2類以上的金屬(B)的情況下,所有種類的金屬(B)與金屬(A)的熔點差滿足上述範圍者為佳。
“活性金屬粉末”指具有與陶瓷成分反應的活性的金屬,是利用與陶瓷成分反應在與陶瓷燒結體基板10的介 面處形成活性層的金屬粉末。作為這樣的活性金屬粉末,例如,可列舉出鈦粉末、氫化鈦粉。其中,考慮生產的穩定性時,較佳使用氫化鈦粉。作為陶瓷燒結體基板10使用氮化物陶瓷基板的情況下,利用使用含氫化鈦粉的金屬糊,在經由燒成形成的導電性通孔23與陶瓷燒結體基板10的壁面之間形成作為活性層的氮化鈦層。由此,使導電性通孔23與陶瓷燒結體基板10的密合性提升。因此,即便使用與陶瓷的密合性差的金、銀、銅糊劑作為金屬(B)時也能夠確保通孔的密合力。在第一金屬糊20中,將金屬(B)粉末的量記作100質量份,活性金屬粉末的添加量較佳設為1質量份以上、更佳設為1.5質量份以上,另一方面較佳設為10質量份以下、更佳設為6質量份以下。利用將活性金屬粉末的添加量設為上述下限值以上,由於在燒成時能夠適當地形成活性層,因此能夠提高通孔與陶瓷燒結體基板的密合性。另外,利用將活性金屬粉末的添加量設為上述上限值以下,能夠提高表面導電層的導電性。
另外,該活性金屬粉末的平均粒徑(D50)雖然也要兼顧其它金屬粉末的大小、貫通孔的大小,但為了提高生產率,製造發揮優異性能的、尤其是導電性通孔23的密合性提高的發揮優異導電性的瓷金貫孔基板,較佳設為0.5~50μm、更佳設為1~50μm。利用將活性金屬粉末的平均粒徑(D50)設為上述下限值以上,能夠抑制因活性金屬粉末的表面氧化造成的失活。另外,利用將活性金屬 粉末的平均粒徑(D50)設為上述上限值以下,即使對於小徑的通孔也能夠確保填充的操作性。其中,該平均粒徑(D50)是如上所述地使用日機裝株式會社制Micro Track利用雷射繞射法測定的中值粒徑。
作為第一金屬糊20所含的有機黏合劑,可以無特殊限制地使用公知的有機黏合劑。例如,可以使用:聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯等丙烯酸(酯)類樹脂;甲基纖維素、羥甲基纖維素、硝化纖維素、乙酸丁酸纖維素等纖維素系樹脂;聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇、聚氯乙烯等含乙烯基樹脂;聚烯烴等烴樹脂;聚環氧乙烷等含氧樹脂等中的一種,或者兩種以上混合使用。
作為第一金屬糊20所含的有機溶劑,可以無特別限制地使用公知的有機溶劑。例如,可以使用甲苯、乙酸乙酯、萜品醇、丁基卡必醇乙酸酯、三甲基戊二醇單異丁酸酯(texanol)等。作為第一金屬糊20所含的分散劑,可以無特別限制地使用公知的分散劑。例如,可以使用磷酸酯系、多元羧酸系等分散劑。作為第一金屬糊20所含的增塑劑,可以無特別限制地使用公知的增塑劑。例如,可以使用鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二異壬酯、鄰苯二甲酸二異癸酯、己二酸二辛酯等。
對於貫通孔12中的第一金屬糊20的填充方法不特別地限定,可以使用普通的絲網印刷裝置、糊劑壓入填充裝置等進行填充。以貫通孔12被均勻地填埋的方式填充第一金屬糊20。另外,考慮到第一金屬糊20中的金屬 (B)在乾燥時、燒結時收縮,也可以以在貫通孔12上下凸狀冒出的方式填充第一金屬糊20。
另外,對於包含前述金屬粉末(B)和前述活性金屬粉末而成的第一金屬糊20,考慮瓷金貫孔基板的生產率時,將包含有機溶劑和有機黏合劑的狀態下的黏度調整至25℃下、50~3000Pa.s的範圍者為佳。採用絲網印刷法等將第一金屬糊20填充到貫通孔12內時,存在第一金屬糊溢出到貫通孔12周圍的陶瓷燒結體基板10表面的情況,此情況下較佳在乾燥糊劑後通過拋光研磨等處理去除溢出到基板表面的第一金屬糊。
(製程(2-c))
上述製程(2-b)中利用以與貫通孔中填充的第一金屬糊20接觸的方式在陶瓷燒結體基板10的兩面中的至少一個表面塗布第二金屬糊,從而形成第二金屬糊層24。
第二金屬糊包含熔點高於上述金屬(A)的金屬(B’)粉末和活性金屬粉末。金屬(B’)可以與上述第一金屬糊的金屬(B)同樣地進行選擇,活性金屬可以與上述第一金屬糊的活性金屬同樣地進行選擇。另外第二金屬糊也可以與上述第一金屬糊相同。其中,在本發明的瓷金貫孔基板的製造方法中,第三金屬糊中的金屬(A)粉末熔融,該熔融的金屬(A)成分通過第二金屬糊層24流入貫通孔12中第一金屬糊20的金屬(B)粉末的間隙。由於該熔融的金屬(A)成分的一部分也被第二金屬糊層24 吸收,從而使第二金屬糊層24的組成局部變動,因此從穩定所製造的瓷金貫孔基板上形成的電子電路的特性等觀點出發,對於這樣的擾動因素希望使表面導電層30的組成穩定化。
因此,當構成金屬(A)的金屬元素中存在作為單質具有高於該金屬(A)的熔點的金屬元素的情況下,第二金屬糊較佳含有該金屬元素的單質金屬粉末作為金屬(B’)粉末。另外,還可以含有除此以外的金屬粉末作為金屬(B’)粉末。
例如,金屬(A)含有銀-銅合金焊料材料時,由於構成金屬元素的銅和銀均具有高於金屬(A)的熔點,因此較佳作為金屬(B’)粉末同時含有銅粉末和銀粉末。通過如此地選擇金屬(B’),即便是在熔融的金屬(A)的一部分被第二金屬糊層24吸收的情況下,也能夠抑制表面導電層30的組成變動。
另外,如上述例,在金屬(A)含有銀-銅合金焊料材料、含有銅粉末和銀粉末作為金屬(B’)粉末的情況下,尤其是由於銀粉末的存在,使得燒成時能夠形成更加緻密的表面導電層30,與僅使用銅粉末作為金屬(B’)粉末的情況相比較,能夠減小膜厚。另外作為其結果,由於能夠減少第二金屬糊層24中含有的活性金屬粉末的總量,因而利用燒成形成的活性層29變薄,能夠縮短後述的活性層29的蝕刻所需時間。
具體地,該第二金屬糊所含的金屬(B’)粉末的平均 粒徑(D50)較佳為0.1~20μm,從形成更緻密的表面導電層30的觀點考慮,特佳為0.1~2μm。另外,為了形成更緻密的表面導電層30,該金屬(B’)粉末也可以使用2類以上平均粒徑不同的粉末。另外,只要金屬(B’)粉末熔點高於第三金屬糊中的金屬(A),也可以如上述例子的銅和銀那樣地混合使用2種以上的金屬。如上述例子那樣地,金屬(B’)粉末含有銅粉末和銀粉末的情況下,從提高表面導電層30和活性層29的緻密性以及抑制蝕刻時的殘渣等的觀點考慮,可較佳採用相對於100質量份銅例如銀為10~30質量份的混合比。
另一方面,第二金屬糊所含的活性金屬粉末的平均粒徑(D50)較佳為0.1μm以上,從能夠進一步抑制因活性金屬粉末的表面氧化造成的失活而引起的空隙生成的觀點考慮,特別較佳為0.5μm以上。而另一方面,較佳為20μm以下,從形成表面更平滑的表面導電層30的觀點考慮,更佳為5μm以下。另外從表面平滑性的觀點考慮,進一步較佳採用雷射繞射法測定的體積分佈中球當量直徑超過5μm的粗大顆粒的比例為5%以下、特佳為不含該粗大顆粒。從如此地限制或排除活性金屬粉末的粗大顆粒的觀點考慮,活性金屬粉末(例如氫化鈦粉末。)使用粉碎和/或分級後的粉末者為佳。該粉碎可以預先在製備第二金屬糊前進行,也可以在製備第二金屬糊時進行。例如,可採用下述方式適當地製備,稱量第二金屬糊的各成分,使用攪拌/脫泡裝置(例如,行星式攪拌/脫泡裝置 (MAZERUSTAR、KURABO INDUSTRIES LTD.制))混合後,用3輥式混煉機等進行混煉、破碎(此刻同時破碎氫化鈦粉的粗大顆粒。)。
另外,考慮到形成的表面導電層30的密合性、緻密性、導電性等,將第二金屬糊中的金屬(B’)記作100質量份,第二金屬糊所含的活性金屬粉末的添加量較佳設為5質量份以上、更佳設為7.5質量份以上,而另一方面,較佳設為50質量份以下、更佳設為27.5質量份以下。利用將活性金屬粉末的含量設為上述下限值以上,能夠提高表面導電層30的密合性,並且抑制層中空隙發生從而提高表面導電層30的導電性。另外由於能夠將燒成時因熔融產生的液相確保為一定以上,因此能夠提高表面導電層30的平滑性。另外,利用將活性金屬粉末的含量設為上述上限值以下,能夠減小電阻,此外使後述的活性層29的蝕刻變得容易。
此外第二金屬糊與第一金屬糊同樣地也可以含有有機黏合劑、有機溶劑、分散劑、增塑劑等,考慮到瓷金貫孔基板的生產率,較佳使包含有機溶劑和有機黏合劑的狀態的25℃下的黏度在10~600Pa.s的範圍內,更佳在20~300Pa.s的範圍內。
作為第二金屬糊的特別較佳形態的一個例子,可以列舉出含有25℃下的黏度為100Pa.s以上的高黏性溶劑的形態。相對於100質量份金屬(B’)粉末,高黏性溶劑的配合量較佳為7.5質量份以上、更佳為15質量份以上,而 另一方面,較佳為45.5質量份以下、更佳為36.5質量份以下。以下詳細描述了,經由將高黏性溶劑的配合量設在上述範圍內,能夠減少黏合劑成分的配合量,能夠確保金屬糊組合物的黏度並形成緻密的薄膜的金屬層。本發明人等如下地推斷該原因。進行燒成時,高黏性溶劑蒸發而被去除,因而與利用熱分解來去除的黏合劑成分相比較,該去除較容易。其結果認為,即便是薄膜也是能夠形成緻密的金屬層的薄膜。高黏性溶劑的25℃下黏度的上限只要是能夠在燒成時蒸發而去除就不作特別地限定,通常為1000Pa.s。
作為第二金屬糊中能夠配合的上述高黏性溶劑的較佳的具體例子,可列舉出環己異龍腦酯(MTPH)等。環己異龍腦酯由於黏度的溫度依賴性高而可以較佳使用。
另外,從印刷性和對燒結體基板的附著性的觀點考慮,第二金屬糊含有上述高黏性溶劑時的第二金屬糊組合物的黏度特佳為25℃下10Pa.s以上且100Pa.s以下。
另外,只要形成的金屬糊組合物為上述的黏度範圍,金屬糊組合物中還可以組合添加常規的溶劑,作為常規的溶劑,例如可以使用甲苯、乙酸乙酯、萜品醇、丁基卡必醇乙酸酯、三甲基戊二醇單異丁酸酯等。另外,出於提高印刷適性、保存穩定性的目的,可以添加公知的表面活性劑、增塑劑等。作為可適用的分散劑,可以例示出磷酸酯系分散劑、多元羧酸系分散劑等。
另外,含有上述高黏性溶劑時的第二金屬糊組合物還 可以不含黏合劑成分,或者即便含有黏合劑成分,其含量相對於100質量份金屬(B’)粉末也較佳設為小於4.7質量份、更佳設為2.5質量份以下、進一步較佳設為1.5質量份以下。經由將第二金屬糊組合物中含有的黏合劑成分設在上述範圍內,燒成時容易使金屬層確實地緻密化。該情況下,金屬糊組合物的黏度也特佳為25℃的黏度設為10Pa.s以上且100Pa.s以下。
含有上述高黏性溶劑的形態的第二金屬糊組合物中可不含黏合劑成分或將黏合劑成分的含量設定較低,由於固形分濃度低,因此可以提高金屬糊組合物的流平性(絲網印刷時網痕減少。)、或減少印刷膜厚。
利用在陶瓷燒結體基板10中形成金屬化圖案側的面上以與第一金屬糊20接觸的方式塗布上述第二金屬糊來形成第二金屬糊層24。通常在形成金屬化圖案側的面的整個面上塗布第二金屬糊來形成第二金屬糊層24,但並不一定必須為整個面。通常在陶瓷燒結體基板10一側的整個面上塗布金屬糊組合物,從而在該一側形成表面導電層30(和活性層29),也可以在陶瓷燒結體基板10兩側的整個面上塗布金屬糊組合物,從而在該兩側形成表面導電層30(和活性層29)。
另外,從容易蝕刻的觀點考慮,第二金屬糊層24的厚度較佳燒成後厚度為0.5~15μm厚。
(製程(2-d))
製程(2-d)是在第二金屬糊層24的表面塗布包含金屬(A)粉末而成的第三金屬糊形成第三金屬糊層27的製程。圖2是圖1中製程(2-d)後的基板的俯視(A-A向視)透視圖,A-A向視中無法直接目視確認的部分用虛線表示。
第三金屬糊含有上述金屬(A)粉末,與第一金屬糊同樣地也可以含有其它的成分。將該第三金屬糊層疊第二金屬糊層24的表面從而形成第三金屬糊層27。此時必需的是,如圖2中的貫通孔12、12所示,俯視透視陶瓷燒結體基板10時,形成第三金屬糊層27的區域P、與貫通孔12的兩端部12a、12b中與相接於該形成的第三金屬糊層27的第二金屬糊層24相接的開口端部12a所佔據的區域Q具有重疊部分R。利用在這樣的位置形成第三金屬糊,燒成製程中能夠使熔融的金屬(A)流入貫通孔12中填充的金屬(B)粉末間的空隙。開口端部12a所佔據的區域Q並不一定需要涵蓋在區域P中,也可以例如圖2圖面右側的貫通孔12所示地,開口端部12a所佔據區域Q中存在不涵蓋在區域P中的部分。然而,從熔融的金屬(A)容易流入貫通孔12中的觀點考慮,較佳如圖2圖面左側的貫通孔所示地,開口端部12a所佔據的區域Q涵蓋在區域P中。另外,區域P與區域Q只要在俯視透視中具有重疊即可,對其它的位置關係不作特別的限制。例如,在垂直方向上,區域P存在於區域Q的垂直上方、反之亦可。
第三金屬糊含有的金屬(A)粉末可使用有關製程(2-b)的上述說明中記述的種類。另外,第三金屬糊可以只含有金屬(A)粉末作為導電性成分,也可以含有金屬(B)粉末。
第三金屬糊所含的金屬(A)粉末的平均粒徑(D50)較佳為1~50μm。另外,在第三金屬糊中添加金屬(B)粉末時,該金屬(B)粉末的平均粒徑(D50)較佳為0.1~10μm。
另外,第三金屬糊與第一金屬糊同樣地也可以含有有機黏合劑、有機溶劑、分散劑、增塑劑等,考慮到瓷金貫孔基板100a的生產率,將包含前述有機溶劑和有機黏合劑的狀態下的黏度調整至25℃下、20~600Pa.s的範圍者為佳。
第三金屬糊層27例如可以採用絲網印刷、壓延印刷(calendar print)、移印印刷等公知方法印刷第三金屬糊來形成。
燒成時,由於第三金屬糊層27不僅流入形成的導電性通孔23(貫通孔12中的第一金屬糊20中的金屬(B)粉末顆粒間的空隙),而且也流入表面導電層30(第二金屬糊層24中的金屬(B’)粉末顆粒間的空隙)中,因此需要以確保其量的方式形成。因此,將貫通孔12中的第一金屬糊20中的金屬(B)和第二金屬糊層24中的金屬(B’)的總量記作100質量份,第三金屬糊層27中的金屬(A)較佳為20質量份以上、更較佳為40質量份以 上,較佳為150質量份以下、更較佳為100質量份以下。
然而,出於使表面導電層30的組成穩定化的目的,較佳的是,作為金屬(B’)粉末在第二金屬糊層24中添加下述金屬元素的粉末,所述金屬元素是在構成第三金屬糊層中金屬(A)的金屬元素中單質形式的熔點高於該金屬(A)的金屬元素,此情況下可使燒成時第三金屬糊層27流入表面導電層30中的量最小。因此,對於此情況只考慮第一金屬糊中的金屬(B)即可,將貫通孔12中的第一金屬糊20的金屬(B)記作100質量份,第三金屬糊層27中的金屬(A)較佳為20質量份以上、更佳為40質量份以上,較佳為150質量份以下、更佳為100質量份以下。
另外,在第三金屬糊層27中添加金屬(B)的情況下,將貫通孔12中的第一金屬糊20、第二金屬糊層24及第三金屬糊層27中的金屬(B)和金屬(B’)的總量記作100質量份,第三金屬糊層27中的金屬(A)較佳為20質量份以上、更較佳為40質量份以上,較佳為150質量份以下、更較佳為100質量份以下。
另外,第三金屬糊層27含有金屬(B)的情況下,將第二金屬糊層24中的金屬(B’)的總量記作100質量份,金屬(B)的配合比例較佳為5質量份以上且100質量份以下、進一步較佳為10質量份以上且80質量份以下。
第三金屬糊層27也可以設為多層結構。例如,可以 在第二金屬糊層24上層疊包含金屬(A)粉末的第三金屬糊層27X,進而在第三金屬糊層27X上層疊包含金屬(A)粉末的第三金屬糊層27Y。此時,第三金屬糊層27X和第三金屬糊層27Y總計的金屬(A)粉末較佳滿足上述配合量。此外,使用金屬(B)粉末的情況也是同樣的。
將第三金屬糊層設為多層結構,例如,如圖5(A)所示地以使第三金屬糊層27X覆蓋整個第二金屬糊層24的方式進行層疊,在第三金屬糊層27X上,如圖5(A)及其B-B向視的透視圖的圖5(B)所示地例如以大致圓柱狀地層疊第三金屬糊層27Y,由此燒成時可以分別使第三金屬糊層27X有效地流入第二金屬糊層24內、第三金屬糊層27Y有效地流入貫通孔12中的第一金屬糊20和第二金屬糊層24內。關於該情況,在俯視透視基板(即圖5(A)B-B向視透視的圖5(B))時,較佳形成第三金屬糊層27Y的區域P’、與貫通孔12的兩端部12a、12b中與第二金屬糊層24(相接于與該形成的第三金屬糊層27Y相接的第三糊劑層27X)相接的開口端部12a所佔據的區域Q具有重疊部分R’,更較佳區域P’涵蓋區域Q。
從抑制通孔中的空隙進而形成緻密的導電性通孔23的觀點考慮,第三金屬糊層27的體積與貫通孔12中第一金屬糊20的體積的比(第三金屬糊層的體積/貫通孔12中第一金屬糊的體積)較佳設為0.3以上、更佳設為0.5以上,而另一方面,從減少表面導電層30的組成變動的 觀點以及表面導電層30的蝕刻性的觀點考慮,較佳設為1.5以下、更佳設為1以下。
(製程(2-e))
製程(2-e)是將上述得到的基板燒成的燒成製程。經由本製程,在貫通孔12內形成導電性通孔23,在陶瓷燒結體基板10的表面形成表面導電層30,並且在該表面導電層30與陶瓷燒結體基板10的介面形成活性層29。另外,導電性通孔23與陶瓷燒結體基板10(貫通孔12壁面)的介面也形成有活性層,為了簡化而未在圖中顯示。
燒成只要根據使用的金屬糊的種類(更具體地,金屬糊中金屬粉末的種類)在金屬(A)的熔點以上且小於金屬(B)、(B’)的熔點的溫度下實施即可,其它的條件可適當採用通常所採用的條件。
例如,使用熔點780℃的Ag-Cu合金(銀焊料)粉末作為金屬(A)、使用銅粉末作為金屬(B)粉末、使用銅粉末和銀粉末作為金屬(B’)粉末的情況下,可以在780~1050℃、較佳800~950℃的溫度下,進行數十秒~1小時、較佳5分鐘~30分鐘燒成。
另外,採用本發明,即使使用鎢或鉬等高熔點金屬作為金屬(B)的情況下,也可以在比燒成這些高熔點金屬時通常所用的燒成溫度低的溫度下製造瓷金貫孔基板。例如,在使用高熔點金屬的情況下,為了使該高熔點金屬燒結,通常需要在1600~2000℃的溫度下進行燒成。然而, 在本發明中,由於使用包含金屬(A)粉末的第三金屬糊層27,因此即使採用該高熔點金屬不完全燒結的溫度進行燒成,只要該溫度在金屬(A)的熔點以上,金屬(A)就可以熔融從而浸透該高熔點金屬粉末間,形成良好的導電性通孔23。
另外,為了使第一金屬糊20顯現出與陶瓷燒結體基板10的密合性而包含活性金屬粉末(例如,氫化鈦粉末),因此燒成較佳在非氧化性氣體環境下、耐熱性容器內進行。
作為非氧化性氣體環境,可列舉出:真空下;或氬氣、氦氣等非活性氣體;或氫氣氣體環境。另外,也可以為非活性氣體和氫氣的混合氣體環境。這些非氧化性氣體環境之中,較佳為真空下、或者較佳採用非活性氣體和氫氣的混合氣體氣體環境。在真空下進行燒成的情況,從防止氣體環境中氧、氮等反應性氣體與鈦反應的目的考慮,真空度盡可能越高越好,較佳為1.33×10-1Pa以下、更佳為1.33×10-2Pa以下。另外,對於真空度的上限沒有特別地限制,考慮工業性生產時為1.33×10-4Pa以上。
該耐熱性容器只要是由能夠充分耐受燒成時的溫度的材質形成即可,較佳即使在燒成時的高溫下,也不透過氣體、容器自身也不產生氣體、且氣密性高的耐熱性容器。具體地例示適合用於該耐熱性容器的材質時,可例示出:氮化鋁、氮化硼、氮化矽等氮化物燒結體;氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯等氧化物燒結體;鎳鉻鐵合金(Incoloy)、哈 斯特洛伊合金(Hastelloy)等耐熱合金類;或石英玻璃等。其中,從確保燒成時的容器內的均熱性的觀點考慮,較佳導熱性優異的氮化物燒結體。
認為該耐熱性容器在燒成製程中起到下述作用:將基板附近的氣體環境與其它的燒成爐內的氣體環境隔斷,抑制分解物、其它的污染源隨著燒結爐內的溫度上升而再次飛散並與金屬糊層中的活性金屬成分(例如鈦成分)反應,所述分解物是糊劑中的黏合劑分解並飛散而再次附著到爐壁等上的。因此,該耐熱性容器較佳使用有蓋結構,從而能夠將燒成製程中基板附近的氣體環境與其它的燒成爐內的氣體環境隔斷。另外,耐熱性容器可以是能夠呈完全密閉狀態的容器,也可以是具有能夠將金屬糊中的黏合劑熱分解而產生的氣體釋放到容器外程度的間隙的容器。
另外,在燒成爐內,耐熱性容器的形狀在耐熱性容器內沒有溫度分佈的大小者為佳。從該方面考慮,耐熱性容器也是由導熱性優異的氮化物燒結體構成的容器者為佳。
經由採用上述特殊的燒成條件,能夠更有效地防止活性金屬成分移動至通孔23的露出面。由此,採用上述特定的燒成條件時,在導電性通孔23與陶瓷燒結體10的介面充分形成了活性層29,使密合性良好。另外,由於表面導電層30表面的活性金屬(例如鈦)濃度變低,因而使表面導電層30表面的鍍覆性良好。
關於本發明的瓷金貫孔基板的製造方法,燒成製程中,第三金屬糊層27中的金屬(A)粉末熔融而滲入其下 的表面導電層30(第二金屬糊層24中的金屬(B’)粉末顆粒間的空隙)和通孔23(貫通孔12中的金屬(B)粉末顆粒間的空隙),從而形成緻密且導電性良好的通孔23和表面導電層30。另外,由於第二金屬糊層24中的活性金屬與陶瓷燒結體基板10的陶瓷成分反應而在表面導電層30與陶瓷燒結體基板10之間形成活性層29,因而使表面導電層30的密合性良好。
另外,作為通孔23形成的導電性金屬層可以通過使燒成前的金屬(B)的顆粒形狀保持一定程度,從而形成金屬(B)為島、金屬(A)為海的海島結構。另外,也可以為金屬(A)混雜在金屬(B)中、金屬(B)混雜在金屬(A)中等的結構。關於表面導電層30中的金屬(B’)和金屬(A)也是同樣的。
另外,根據燒成溫度、金屬(A)和金屬(B)的種類、配合量,構成燒成後的通孔23的金屬也存在形成金屬(A)為主要成分的島、金屬(B)為主要成分的海的情況,還存在金屬(A)與金屬(B)完全固溶的情況。例如,使用銅-銀合金(銀焊料)作為金屬(A)、使用銅作為金屬(B)的情況,燒成時存在由銅(一部分銀和活性金屬固溶)形成的固相和銀焊料(銀-銅)中還溶解有銅(以及活性金屬)的液相,由於燒成後的冷卻和固化時銅為主要成分的相與銀為主要成分的相分相,所以最終得到以銅為主要成分的相成海而以銀為主要成分的相成島的組織結構。因此,最初作為金屬糊配合的金屬(A)和金屬 (B)的熔點與燒成後通孔中的金屬中構成島的金屬的熔點和構成海的金屬的熔點之間產生差異。關於表面導電層30中的金屬(B’)和金屬(A)也是同樣的。
利用上述燒成製程形成的表面導電層30的表面有存在凹凸的情況。因此,在下面的製程(2-f)之前,還可以追加研磨表面導電層30的表面使之平滑的製程。對表面研磨的方法不作特別地限定,可以採用使用磨粒的機械研磨、使用酸/鹼的化學研磨等。
(製程(2-f))
製程(2-f)是在表面導電層30的表面形成鍍覆層40的製程。對於鍍覆層的形成方法不作特別地限定,可以採用電解鍍覆、化學鍍的任一者,也可以將它們組合。作為鍍覆層的材質,可列舉出鎳、金、銀、銅等,較佳是銅。進行鍍銅時,作為電解鍍銅液,可以使用公知的硫酸銅鍍覆液、焦磷酸銅鍍覆液、氰化銅鍍覆液等,在液體廉價、液體毒性低這方面,較佳為硫酸銅鍍覆液。另外,出於提高鍍膜的外觀的目的,也可以先形成薄的觸擊鍍銅層(例如,膜厚0.05μm~1μm)後再形成期望膜厚的銅鍍覆層。從使導電性良好的觀點考慮,鍍覆層40的厚度的下限較佳為2μm以上、更佳為5μm以上,對於上限不作特別地限定,但鍍覆層40過厚時,提高導電性的效果將飽和並且有可能難以形成精密佈線,因此較佳為200μm以下、更佳為100μm以下。
表面導電層30與鍍覆層40的厚度比較佳為1/50以上且2/30以下,較佳設定鍍覆層40厚於表面導電層30。
(製程(2-g))
製程(2-g)是較佳採用光蝕刻法在上述形成的鍍覆層40中留作佈線圖案的部分的表面形成抗蝕圖案50的製程。抗蝕劑只要能夠在之後的蝕刻中保護規定位置的鍍覆層40等即可,不作特別地限定,無論正型、負型的種類均可使用。例如,將正型光致抗蝕劑塗布在整個鍍覆層40上,將除了要留作佈線圖案的位置以外的位置曝光,透過使用顯影液去除曝光部分,從而形成抗蝕圖案50。對該顯影液不作特別地限定,可以使用TMAH等常規的顯影液。對抗蝕圖案50的厚度不作特別地限定,通常設為1μm以上且30μm以下。
(製程(2-h))
製程(2-h)是利用蝕刻去除鍍覆層40和表面導電層30中未被抗蝕圖案50覆蓋的部分的製程。作為蝕刻液,可以使用蝕刻金屬層的普通的蝕刻液(有金屬腐蝕性的化學試劑),例如氯化鐵水溶液、氯化銅水溶液、含有四氨合銅(II)絡離子(Cu(NH3)4 2+)的氨系銅蝕刻液、硫酸-過氧化氫系蝕刻液等。其中,氯化鐵水溶液和氯化銅水溶液由於可得到蝕刻係數高的佈線圖案而較佳。然而,當銅鍍覆層40和表面導電層30的膜厚小(例如2μm以 下)的情況下,採用氯化鐵水溶液、氯化銅水溶液的蝕刻速率快,難以控制蝕刻時間,因而較佳能夠減緩蝕刻速率的硫酸-過氧化氫系蝕刻液。另外,蝕刻液的塗布可以採用在蝕刻液中浸漬基板的方法,也可以採用在基板上噴灑蝕刻液的方法,噴灑的方法由於可得到高的蝕刻係數而較佳採用。
(製程(2-i))
製程(2-i)是去除抗蝕圖案50的製程。作為用於去除抗蝕圖案50的去除液,可以使用鹼金屬的氫氧化物水溶液。可以在該去除液中浸漬基板,也可以在基板上噴灑去除液。例如,通過在3質量%的液溫50℃的NaOH水溶液中浸漬基板1分鐘左右可以去除抗蝕圖案50。
(製程(2-j))
製程(2-j)是蝕刻活性層29的露出的部分的製程。作為用於蝕刻活性層29的蝕刻液,例如,可以使用過氧化氫系的蝕刻液。其中,從能夠可靠地去除之前製程(2-h)未去除乾淨的殘渣的方面,特別較佳使用含有氨和過氧化氫的氨-過氧化氫系蝕刻液。蝕刻液的液體性質從提高蝕刻能力的觀點考慮較佳為pH7以上,從抑制連帶鍍覆層40也被蝕刻的情況的觀點考慮較佳為pH9以下。另外,蝕刻液的塗布可以採用在蝕刻液中浸漬基板的方法,也可以採用在基板上噴灑蝕刻液的方法。另外,目的在於 蝕刻速度的提高、蝕刻液的長壽命化時,也可以含有EDTA、檸檬酸等螯合劑。
利用以上各製程可製造瓷金貫孔基板100a。也可以根據用途等期望,首先形成銅鍍覆層,進而在銅鍍覆層的表面形成其它金屬的鍍覆層(例如Ni/Au鍍覆層)。
<2.瓷金貫孔基板的製造方法(本發明的第3發明)>
以下參照圖3和4對本發明的第3發明的瓷金貫孔基板的製造方法進行說明。其中,圖3是不形成抗氧化層52的情況下的製程圖,圖4是形成抗氧化層52的情況下的製程圖。
本發明的第3發明的瓷金貫孔基板的製造方法依次具有以下製程。
(3-a)準備具有貫通孔12的陶瓷燒結體基板10的製程;(3-b)在貫通孔12中填充第一金屬糊20的填充製程,所述第一金屬糊包含比熔點為600℃以上且1100℃以下的金屬(A)的熔點高的金屬(B)粉末和活性金屬粉末而成;(3-c)形成第二金屬糊層24的製程,在陶瓷燒結體基板的兩面中的至少一個表面塗布第二金屬糊,使得該第二金屬糊與第一金屬糊20接觸,所述第二金屬糊包含熔點高於金屬(A)的金屬(B’)粉末和活性金屬粉末而成; (3-d)形成第三金屬糊層27的製程,在第二金屬糊層24的表面塗布包含金屬(A)粉末而成的第三金屬糊;(3-e)燒成製程,通過將上述得到的基板燒成,在貫通孔12內形成導電性通孔23,在陶瓷燒結體基板10的表面形成表面導電層30,並且在該表面導電層30與陶瓷燒結體基板10的介面以及導電性通孔23與陶瓷燒結體基板10的介面形成活性層29;(3-f)根據需要在表面導電層30表面形成抗氧化層52的製程;(3-g)在表面導電層30表面不形成佈線圖案的位置形成抗蝕圖案50的製程;或者,當實施上述製程(3-f)的情況下,在抗氧化層52表面不形成佈線圖案的位置形成抗蝕圖案50的製程;(3-h)在表面導電層30表面的未被抗蝕圖案50覆蓋的位置、或者當實施上述製程(3-f)的情況下在抗氧化層52表面的未被抗蝕圖案50覆蓋的位置,形成鍍覆層40的製程;(3-i)去除抗蝕圖案50的製程;(3-j)蝕刻露出的表面導電層30的製程,或者當實施上述製程(3-f)的情況下蝕刻露出的抗氧化層52和表面導電層30的製程;(3-k)蝕刻活性層29的露出的部分的製程。
關於從製程(3-a)到製程(3-e)與上述的從製程(2-a)到製程(2-e)是同樣的。關於(3-e)之後可以研 磨表面導電層30的表面的方面也是同樣的。因而以下對製程(3-e)之後的各製程進行說明。
(製程(3-f))
在製程(3-e)形成表面導電層30後,可以直接如製程(3-g)所述地在表面導電層30上不想形成佈線圖案的規定位置實施形成抗蝕圖案50的製程(參照圖3)。其中,為了不使包含活性金屬(例如鈦等)的表面導電層30的表面氧化而變得難以將其去除,也可以在表面導電層30表面形成抗氧化層52(製程(3-f):參照圖4)。採用該製程(3-f)在表面導電層30表面形成抗氧化層52。在本發明的第3發明的方法中,在不想形成佈線圖案的位置形成抗蝕圖案50,在未形成該抗蝕圖案50的位置形成鍍覆層40。因而,直到形成鍍覆層40的期間,作為佈線圖案的表面導電層30的表面露出,該表面有可能發生氧化。由於表面導電層30含有活性金屬成分(例如鈦成分等),表面導電層30表面一旦形成氧化皮膜,則採用常規的酸處理有可能無法完全去除該氧化皮膜。為了防止這種情況,較佳在製程(3-g)之前實施本製程(3-f),在表面導電層30的表面形成抗氧化層52。
抗氧化層52只要是能夠防止表面導電層30表面的氧化且在之後的製程(3-j)中容易被蝕刻的金屬層就沒有特別的限定。其中,從能夠在短時間內形成薄且密合性好的金屬層的觀點考慮,例如,較佳設置銅鍍覆層(觸擊鍍 銅)。觸擊鍍銅可以採用化學鍍法或電解鍍覆法來形成。對抗氧化層52的層厚不作特別地限定,例如,可以設為0.05μm以上且1μm以下。經由形成上述那樣的抗氧化層52,即便是表面氧化的情況下,也能夠採用常規的酸處理容易地去除氧化膜。
(製程(3-g))
製程(3-g)較佳採用光蝕刻法在製程(3-e)中形成的表面導電層30、或根據需要而實施的製程(3-f)中形成的抗氧化層52上的不想形成佈線圖案的規定位置形成抗蝕圖案50。抗蝕圖案的形成方法與上述製程(2-g)是同樣的,從本製程中在不想形成佈線圖案的規定位置形成抗蝕圖案的方面來看,與製程(2-g)的抗蝕圖案的形成位置是相反的。本製程中的抗蝕圖案50需要以厚於之後形成的鍍覆層40的層厚地形成。通常在2μm以上且50μm以下的範圍內,可以以厚於形成的鍍覆層40的厚度0.2μm以上地形成。
(製程(3-h))
採用製程(3-h)在未形成抗蝕圖案50的表面導電層30表面形成鍍覆層40。另外,當實施製程(3-f)的情況下,在抗氧化層52表面形成鍍覆層40。鍍覆層40的形成方法可以採用電解鍍覆、化學鍍的任一者,形成觸擊鍍銅作為抗氧化層52的情況下,由於該觸擊鍍銅作為電解鍍 覆的種子,所以採用電解鍍覆是有效且較佳的。關於鍍覆層的厚度與上述製程(2-f)的情況相同。
作為鍍覆層的材質,可列舉出鎳、金、銀、銅等,較佳是銅。進行鍍銅時,作為電解鍍銅液,可以使用製程(2-f)中例示的物質。另外,可以先形成銅鍍覆層,再在銅鍍覆層上形成進一步的鍍覆層(例如Ni/Au鍍覆層等。)。
(製程(3-i))
採用製程(3-i)去除抗蝕圖案50。抗蝕圖案50的去除方法與上述製程(2-i)相同。
(製程(3-j))
採用製程(3-j)蝕刻表面導電層30。當實施製程(3-f)的情況下,蝕刻抗氧化層52和表面導電層30。
本製程中,雖然鍍覆層40也被部分蝕刻,但表面導電層30的蝕刻速率比通過電解鍍覆形成的鍍覆層40的蝕刻速率快。因而,能夠在鍍覆層40被蝕刻前優先地蝕刻表面導電層30。
另外,形成抗氧化層52的情況下,經由使抗氧化層52的膜厚充分薄於鍍覆層40(例如設為鍍覆層40的膜厚的20分之1以下等。),能夠優先地蝕刻形成有抗蝕圖案的表面導電層30的部分。另外,如果將採用電解鍍覆形成鍍覆層40、採用化學鍍形成抗氧化層52組合,則由 於該抗氧化層52的蝕刻速率比鍍覆層40快,因而較佳。
另一方面,當先形成銅鍍覆層、再在銅鍍覆層上形成其它金屬的鍍覆層(例如Ni/Au鍍覆層等。)的情況下,存在於該鍍覆層下部的銅鍍覆層和表面導電層30、或者銅鍍覆層、抗氧化層52和表面導電層30被該其它金屬的鍍覆層保護,而不會從上側表面被蝕刻,可以選擇性地蝕刻形成有抗蝕圖案的表面導電層30或抗氧化層52的部分。
所使用的蝕刻液、蝕刻方法可以使用與上述製程(2-h)同樣的蝕刻液、蝕刻方法,從能夠減緩蝕刻速率、能夠減少鍍覆層40的側部蝕刻量之類的觀點考慮,較佳含有四氨合銅(II)絡離子(Cu(NH3)4 2+)的氨系銅蝕刻液以及硫酸/過氧化氫系的蝕刻液。
(製程(3-k))
採用製程(3-k)蝕刻活性層29。所使用的蝕刻液、蝕刻方法與上述製程(2-j)的蝕刻液、蝕刻方法相同。
經過以上製程可製造瓷金貫孔基板100b(不實施製程(3-f)的情況)或100c(實施製程(3-f)的情況)。
<3.瓷金貫孔基板100(100a、100b、100c)>
採用上述方法製造的本發明的第1發明的瓷金貫孔基板100(100a、100b、100c)具備陶瓷燒結體基板10、導電性通孔23、活性層29、表面導電層30和鍍覆層40。根據情況,也可以先形成銅鍍覆層,再在銅鍍覆層上具備其 它金屬的鍍覆層(例如Ni/Au鍍覆層等。)。另外,採用本發明的第3發明的製法來製造時,較佳在表面導電層30與鍍覆層40之間具備抗氧化層52。
導電性通孔23由於空隙產生被抑制而為緻密的,因此通孔23的導電性良好。另外,由於通孔23及表面導電層30與陶瓷燒結體基板10的介面形成有活性層29,因此通孔23及金屬化圖案與陶瓷燒結體基板10的密合性良好。此外,表面導電層30上形成了導電性良好的鍍覆層40,該鍍覆層40提高了導電性。
採用上述方法製造的瓷金貫孔基板100(100a、100b、100c)中,在通孔23與陶瓷燒結體基板10的介面形成的活性層的厚度為0.1~2μm。另外,採用上述方法製造的瓷金貫孔基板100a、100b和100c中,在表面金屬層30與陶瓷燒結體基板10的介面形成的活性層的厚度為0.1~2μm。
本發明的第1發明的瓷金貫孔基板100a和瓷金貫孔基板100b、100c的通孔23的四探針法測定的電阻率可以較佳設為1.5×10-7Ω.m以下、更佳設為1.0×10-7Ω.m以下。
本發明的第1發明的瓷金貫孔基板100a、100b和100c具有在貫通孔中密填充導電性金屬而得到的導電性通孔23,上述導電性金屬包含熔點為600℃以上且1100℃以下的金屬(A)、熔點高於該金屬(A)的金屬(B)、以及活性金屬。該密填充而得到的導電性通孔是指:使用掃 描電子顯微鏡在1000倍的倍率下觀察通孔剖面,將通孔剖面的總面積計為100%時,空隙所占面積的比例小於5%的導電性通孔。本發明中,可以形成空隙所占面積的比例小於1%的導電性通孔。另外,當然作為最好的方式,是空隙所占面積的比例為0%(沒有觀察到空隙)的導電性通孔。
陶瓷燒結體基板10上形成的金屬層(“活性層29/表面導電層30/鍍覆層40”或“活性層29/表面導電層30/抗氧化層52/鍍覆層40”)為佳,利用光蝕刻法來圖案化。與印刷金屬糊來形成佈線圖案的方法相比,經由將燒成金屬糊形成導電性通孔和形成佈線圖案組合,能夠形成精密佈線。另外,由於相比於通過鍍覆進行貫通孔中金屬的填充的以往方法能夠減薄鍍覆層(以及本發明的第3發明的製法中的抗蝕圖案),因而相比於該以往方法能夠提高佈線的集成度。本發明的第1項的瓷金貫孔基板中,佈線圖案的線寬/間隔可較佳設為50/50μm以下、更較佳設為40/40μm以下、進一步較佳設為30/30μm以下。
〔實施例〕
以下根據實施例和比較例對本發明進一步地詳細描述,本發明並不受到這些實施例的限定。
<實施例1(本發明的第1發明、本發明的第2發明)> (第一金屬糊的製作)
使用乳缽將下述物質預混合:97質量份作為金屬(B)粉末的平均粒徑(D50)4.5μm的銅粉末及平均粒徑(D50)為28μm的銅粉末的混合物(混合品質比1:1);以及3質量份作為活性金屬粉末的平均粒徑(D50)為5μm的氫化鈦粉末;和在4質量份萜品醇中溶解有2質量份聚甲基丙烯酸烷基酯得到的賦形劑,然後使用3輥式混煉機進行分散處理,從而製作了第一金屬糊。
(第二金屬糊的製作)
作為金屬(B’)粉末,使用平均粒徑(D50)為0.3μm的銅粉末47質量份、平均粒徑(D50)為1μm的銅粉末24質量份、以及平均粒徑(D50)為0.6μm的銀粉末14質量份。使用乳缽將下述物質預混合;金屬(B’)粉末;相對於該金屬(B’)粉末,15質量份的作為活性金屬粉末的平均粒徑(D50)為2μm的氫化鈦粉末的粉碎品;及在11質量份萜品醇和30質量份MTPH的混合溶劑中溶解有0.5質量份聚甲基丙烯酸烷基酯得到的賦形劑,然後使用3輥式混煉機進行分散處理,從而製作了第二金屬糊。
(第三金屬糊的製作)
使用乳缽將下述物質預混合:作為金屬(A)粉末的平均粒徑(D50)為6μm的Ag-Cu合金焊料材料粉末(BAg-8:熔點780℃,組成:銀72質量%-銅28質量 %);以及在13質量份萜品醇和6質量份二乙二醇單丁醚乙酸酯(BCA)的混合溶劑中溶解有4質量份聚甲基丙烯酸烷基酯和0.2質量份磷酸酯系分散劑得到的賦形劑,然後使用3輥式混煉機進行分散處理,從而製作了第三金屬糊。
(瓷金貫孔基板的製造) (製程(2-a)、製程(2-b))
使用金屬掩模並採用絲網印刷法將上述第一金屬糊填充到具有直徑0.2mm的貫通孔12的厚0.64mm的氮化鋁燒結體基板(陶瓷燒結體基板10)(德山株式會社製、商品名SH-30)的貫通孔12內,在100℃下乾燥10分鐘。接著,拋光研磨基板的兩面從而完全去除溢出到基板表面的第一金屬糊,水洗後在100℃下乾燥10分鐘。
(製程(2-c))
在上述基板的一個面的整面採用絲網印刷法印刷上述第二金屬糊,150℃下10分鐘乾燥從而形成第二金屬糊層24。然而,在距基板的邊緣5mm的區域設置不形成第二金屬糊層的區域。在基板的背面也同樣地操作來形成第二金屬糊層24。
(製程(2-d))
接著,使用具有直徑0.4mm的貫通孔的金屬掩模並採 用絲網印刷法在第二金屬糊層24上印刷上述第三金屬糊,100℃下乾燥10分鐘從而形成第三金屬糊層27。此時,第三金屬糊層27被配置在從垂直於基板表面的方向觀察時圓形的印刷圖案的圓心與基板的各貫通孔的中心基本重合的位置,並形成為大致圓柱狀。另外,以將貫通孔12中填充的第一金屬糊20中的金屬(B)粉末的量記作100質量份時使第三金屬糊層24所含的金屬(A)粉末的量(A3/B1×100,其中,A3是第三金屬糊層24所含的金屬(A)粉末量、B1是貫通孔12中的第一金屬糊20所含的金屬(B)粉末的量。)為80質量份的方式調整第三金屬糊的塗布量。
(製程(2-e))
接著,經由在真空中、900℃下燒成30分鐘,在貫通孔12內形成導電性通孔23,在基板10的兩面形成表面導電層30。此時,在氮化鋁製裝置(setter)內(密閉容器內)收納基板的狀態下實施基板的燒成。將基板收納在裝置內時,僅使基板邊緣部的未形成第二金屬糊層24的區域與裝置接觸地載置基板,使得第二金屬糊層24不與裝置接觸。此時以表面導電層30的厚度為2μm的方式調整金屬糊組合物的印刷膜厚。接著,拋光研磨表面導電層30的表面直至表面導電層30的厚度為1.5μm,進行平滑化。使用電子顯微鏡確認在相同條件下形成的基板的剖面,結果氮化鈦層(活性層)29的厚度為0.5μm。
(製程(2-f))
之後,使用硫酸銅鍍覆浴在3.0A/dm2的電流密度下進行電解鍍覆,基板兩面形成了表面導電層30上厚3μm的銅鍍覆層40。
(製程(2-g))
接著,在基板兩面的銅鍍覆層40上貼附厚19μm的幹膜抗蝕劑,用超高壓汞燈介隔著形成佈線圖案的光掩模進行曝光,接著用碳酸鈉水溶液顯影,在銅鍍覆層40上形成抗蝕圖案。此時,使用光掩模上形成有作為圖案描繪性評價用的間距60μm(線寬/間隔=30/30μm)的條紋圖案以及作為接合強度評價用的邊長2mm的方形圖案的光掩模。另外,進行圖案形成使得邊長2mm的圖案中部分圖案介由導電性通孔23與基板兩面的圖案電連通、並且從垂直於基板表面的方向觀察時將導電性通孔23涵蓋在基板兩面的方形圖案內。
(製程(2-h))
接著,使用氯化鐵液(波美度45°Be)在液溫20℃、噴灑壓0.15MPa下進行噴灑蝕刻。其中,將沒有乾膜抗蝕劑的表面露出的銅鍍覆層40和表面導電層30被全部蝕刻的時間記作適量蝕刻時間(just etching time),將適量蝕刻時間+5秒記作蝕刻時間。在水中對蝕刻後的基板實施 超音波清洗,去除蝕刻後部分堆積在基板上的黑色殘渣。蝕刻後的基板的未被抗蝕劑覆蓋的區域的銅鍍覆層40和表面導電層30被去除,露出了黃金色的氮化鈦層29。
(製程(2-i))
接著,在3%氫氧化鈉溶液中浸漬基板,去除抗蝕劑。
(製程(2-j))
接著,在30%雙氧水480g中加入乙二胺四乙酸(EDTA)8g,進一步加入25%氨水中和及溶解EDTA,製備氮化鈦蝕刻液(pH7.5)。在氮化鈦蝕刻液中浸漬基板,通過蝕刻去除基板表面露出的氮化鈦層29和部分殘留下的表面導電層30的殘渣,從而得到金屬化基板100a。對所得到的金屬化基板100a進行評價。結果示於表1。
<實施例2(本發明的第1發明、本發明的第3發明)>
與實施例1同樣地對具有直徑0.2mm的貫通孔12的厚0.64mm的氮化鋁基板10進行填充金屬糊、印刷、乾燥(按照與製程(2-a)~製程(2-d)同樣的方法實施的(製程(3-a)~製程(3-d))。),與實施例1同樣地利用燒成和拋光研磨來形成表面導電層30(按照與製程(2-e)同樣的方法實施的((製程(3-e))。)。
(製程(3-f))
接著,使用將福馬林作為還原劑的化學鍍銅浴,形成由厚0.1μm的化學鍍覆層構成的抗氧化層52。
(製程(3-g))
接著,將厚19μm的幹膜抗蝕劑貼附到規定位置,用超高壓汞燈介由形成佈線圖案的光掩模進行曝光,接著用碳酸鈉水溶液顯影,在抗氧化層52上形成抗蝕圖案。此時,使用光掩模上形成有作為圖案描繪性評價用的間距60μm(線寬/間隔=30/30μm)的條紋圖案以及作為接合強度評價用的邊長2mm的方形圖案的光掩模。另外,進行圖案形成使得邊長2mm的圖案中部分圖案介由導電性通孔23與基板兩面的圖案電連通、並且從垂直於基板表面的方向觀察時將導電性通孔23涵蓋在基板兩面的方形圖案內。
(製程(3-h))
接著,使用硫酸銅鍍覆浴在3A/dm2的電流密度下進行電解鍍覆,在未形成抗蝕層的抗氧化層52上形成厚10μm的銅鍍覆層。進而,通過電解鍍覆在銅鍍覆層上形成厚3μm的鎳層和厚0.2μm的金鍍覆層,從而形成了具有銅鍍覆層、鎳鍍覆層和金鍍覆層的鍍覆層40。
(製程(3-i))
之後,在3%氫氧化鈉溶液中浸漬基板,剝離抗蝕劑。
(製程(3-j))
接著,在含有四氨合銅(II)絡離子(Cu(NH3)4 2+)的氨系銅蝕刻液中浸漬基板,溶解和去除表面露出的抗氧化層52和表面導電層30,然後在水中實施超音波清洗,去除蝕刻後在基板上部分堆積的黑色殘渣。蝕刻後的基板的未被銅鍍覆層覆蓋的區域的抗氧化層52和表面導電層30被去除,露出了黃金色的氮化鈦層29。
(製程(3-k))
接著,與實施例1的製程(2-j)同樣地操作,經由蝕刻去除基板表面露出的氮化鈦層29和部分殘留下的表面導電層30的殘渣,從而得到金屬化基板100c。所得到的金屬化基板100c按照與實施例1同樣的方法進行評價。然而,評價接合強度時,不在金屬化圖案上形成化學鍍鎳層和化學鍍金層地進行接合強度的評價。其結果示於表1。
<實施例3(本發明的第1發明、本發明的第3發明)>
在實施例2中,除了不實施製程(3-f)(即不形成抗氧化層52)以外,其餘與實施例2同樣地操作,得到金屬 化基板100b。所得到的金屬化基板100b按照與實施例1同樣的方法進行評價。然而,評價接合強度時,不在金屬化圖案上形成化學鍍鎳層和化學鍍金層地進行接合強度的評價。其結果示於表1。
<實施例4,5(本發明的第1發明、本發明的第2發明)>
在實施例1的製程(2-d)中,利用調整所用金屬掩模的厚度,以貫通孔12中填充的第一金屬糊20中的金屬(B)粉末的量為100質量份時,以使第三金屬糊層27所含的金屬(A)粉末的量(A3/B1×100質量份)為表1所示值的方式調整第三金屬糊層27的塗布量,除此之外,與實施例1同樣地操作,製作金屬化基板,按照與實施例1同樣的方法進行評價。結果示於表1。
<比較例1>
使用氬等離子體濺射裝置在具有直徑為0.2mm的貫通孔12的厚0.64mm的氮化鋁燒結體基板(陶瓷燒結體基板10)(德山株式會社制,商品名SH-30)的兩面依次形成由厚0.3μm的鈦構成的種子層和厚0.4μm的銅層(銅濺射層)。
接著,使用將福馬林作為還原劑的化學鍍銅浴在銅濺射層上和貫通孔內部形成厚0.4μm的化學鍍覆層。
之後,使用硫酸銅鍍覆浴在3.0A/dm2的電流密度下實施電解鍍覆,在化學鍍覆層上形成銅鍍覆層。實施電解 鍍覆處理直至貫通孔內部被銅鍍覆層填充形成導電性通孔,表面導電層上的銅鍍覆層的膜厚為120μm。
然後與實施例1同樣地操作,實施製程(2-g)~製程(2-j),從而得到金屬化基板。所得到的金屬化基板按照與實施例1同樣的方法進行評價。然而,蝕刻銅鍍覆層時,由於以間距60μm地形成的抗蝕圖案脫落,銅鍍覆層的條紋圖案無法形成,因而沒有進行圖案描繪性的評價。另外,評價導電性通孔的緻密性時,在導電性通孔內部觀察到大的空隙。結果示於表1。
<評價方法>
上述實施例和比較例所得到的瓷金貫孔基板按照以下方法來評價其性能。
(導電性通孔的緻密性的評價)
將上述實施例和比較例中得到的瓷金貫孔基板包埋在環氧樹脂中,採用濕式拋光研磨進行鏡面研磨,製作了瓷金貫孔基板剖面的觀察試樣。用掃描電子顯微鏡(Hitachi High-Technologies Corporation製S-3400N)觀察(加速電壓15kV、二次電子檢測模式、觀察倍率1000倍)得到的觀察試樣,評價導電性通孔中空隙的量。導電性通孔剖面的總面積中,空隙所占面積的比例小於1%的情況記作“◎”、1%以上且小於5%記作“○”、5%以上記作“×”。結果示於表1。
(圖案描繪性的評價)
對於上述實施例和比較例中得到的瓷金貫孔基板,評價了間距60μm(線寬/間隔=30/30μm)的條紋形狀的光掩模圖案的再現性。用雷射顯微鏡觀察形成在瓷金貫孔基板表面的條紋形狀的金屬化圖案,測定金屬化層上部的線寬。另外,確認線的斷線的有無。結果示於表1。
(活性層:有無氮化鈦層的確認)
用上述掃描電子顯微鏡(加速電壓15kV、反射電子檢測模式、觀察倍率2000倍)觀察上述得到的瓷金貫孔基板剖面的觀察試樣,判斷位於陶瓷燒結體基板與導電性通孔及金屬化層的介面的氮化鈦層(TiN層)的厚度。結果示於表1。
(接合強度的評價)
對上述實施例以及比較例中得到的評價用瓷金貫孔基板的金屬化圖案上實施約2.5μm化學鍍鎳、接著實施約0.4μm化學鍍金,然後按照以下順序進行接合強度的評價。在實施過鍍覆的邊長2mm的金屬化圖案上,以與基板垂直的方式用Pb-Sn焊錫焊接42合金制釘頭引腳,該42合金制釘頭引腳的頂端部直徑為 1.1mm且頂端部表面實施過鍍鎳,以10mm/分鐘的速度垂直地拉拽引腳,記錄從基板上斷裂時的載荷。實施5次同樣的試驗,計算出 載荷的平均值。結果示於表1。
<評價結果>
比較例1中,由於在銅鍍覆層形成時採用鍍覆法來形成導電性通孔,因此需要進行電解鍍覆直至貫通孔被銅填充,結果銅鍍覆層的膜厚增大。其結果,蝕刻銅鍍覆層時的側部蝕刻量變大,造成蝕刻處理中抗蝕劑剝離,因而無法形成間距60μm的條紋圖案。另外,導電性通孔內部也形成了較大的空隙。
另一方面,實施例1中,由於銅鍍覆層形成時導電性通孔已經形成,無需利用鍍覆法填充貫通孔,因而能夠減小銅鍍覆層的膜厚。其結果,能夠形成間距60μm的條紋圖案。關於實施例2~5也是同樣的。
以上以被認為是現階段最具實踐性的且較佳的實施方式對本發明進行了說明,但本發明並不受到本申請說明書中公開的實施方式的限定,應該理解的是在不違背從申請 專利範圍和整個說明書獲取的發明要點或思想的範圍內,可以進行適當變更,隨著這樣的變更的瓷金貫孔基板和瓷金貫孔基板的製造方法也包含在本發明的技術範圍內。
〔產業上的可利用性〕
本發明的瓷金貫孔基板可以用來安裝LED等電子元件。尤其是在由AlN構成燒結體基板的情況下,適合作為安裝高輸出功率LED等放熱量大的電子元件的基板。本發明的瓷金貫孔基板可以採用本發明的製造方法來製造。
10‧‧‧陶瓷燒結體基板
12‧‧‧貫通孔
20‧‧‧第一金屬糊
23‧‧‧導電性通孔
24‧‧‧第二金屬糊層
27、27X、27Y‧‧‧第三金屬糊層
29‧‧‧活性層
30‧‧‧表面導電層
40‧‧‧鍍覆層
50‧‧‧抗蝕圖案
52‧‧‧抗氧化層
100a、100b、100c‧‧‧瓷金貫孔基板
圖1是顯示各製程後的基板剖面的概況來說明本發明的第2發明的瓷金貫孔基板的製造方法的一種實施方式的圖。
圖2是圖1中製程(2-d)後的狀態的通過俯視(A-A向視)透視基板的示意圖。
圖3是顯示各製程後的基板剖面的概況來說明本發明的第3發明的瓷金貫孔基板的製造方法的一種實施方式的圖。
圖4是顯示各製程後的基板剖面的概況來說明本發明的第3發明的瓷金貫孔基板的製造方法的其它實施方式的圖。
圖5是說明在本發明的第2發明的瓷金貫孔基板的製造方法的一種實施方式的製程(2-d)中將第三金屬糊層 27設為多層結構時的一種方式的圖。圖5(A)是對應於圖1的(2-d)的基板剖面圖,圖5(B)是圖5(A)中B-B向視的透視圖。
10‧‧‧陶瓷燒結體基板
12‧‧‧貫通孔
12a‧‧‧端部
12b‧‧‧端部
20‧‧‧第一金屬糊
23‧‧‧導電性通孔
24‧‧‧第二金屬糊層
27、27X、27Y‧‧‧第三金屬糊層
29‧‧‧活性層
30‧‧‧表面導電層
40‧‧‧鍍覆層
50‧‧‧抗蝕圖案
100a‧‧‧瓷金貫孔基板

Claims (15)

  1. 一種瓷金貫孔基板,是在陶瓷燒結體基板形成有導電性通孔;其特徵為具有:在前述陶瓷燒結體基板的貫通孔中密填充導電性金屬而成的前述導電性通孔,前述導電性金屬包含熔點為600℃以上且1100℃以下的金屬(A)、熔點高於該金屬(A)的金屬(B)、以及活性金屬;前述陶瓷燒結體基板的兩面中的至少一個面具有佈線圖案,該佈線圖案具有由包含前述金屬(A)、前述金屬(B)和活性金屬的導電性金屬形成的表面導電層,前述佈線圖案在前述表面導電層的表面具有鍍覆層,前述導電性通孔與前述陶瓷燒結體基板的介面以及前述表面導電層與前述陶瓷燒結體基板的介面形成有活性層。
  2. 如請求項1所述的瓷金貫孔基板,其中,前述熔點為600℃以上且1100℃以下的金屬(A)為選自金焊料、銀焊料和銅中的一種或兩種以上。
  3. 如請求項1或2所述的瓷金貫孔基板,其中,前述熔點高於金屬(A)的金屬(B)為選自銀、銅和金中的一種或兩種以上。
  4. 如請求項1~3中任一項所述的瓷金貫孔基板,其中,前述活性層是前述活性金屬與前述陶瓷燒結體基板的陶瓷成分反應形成的反應層。
  5. 如請求項4所述的瓷金貫孔基板,其中,前述活性金屬是鈦,與該鈦反應的前述陶瓷成分是氮,前述反應層是氮化鈦層。
  6. 如請求項1~5中任一項所述的瓷金貫孔基板,其中,前述陶瓷燒結體基板是氮化鋁燒結體基板。
  7. 如請求項1~6中任一項所述的瓷金貫孔基板,其中,前述鍍覆層包含銅鍍覆層。
  8. 如請求項1~7中任一項所述的瓷金貫孔基板,其中,前述佈線圖案是採用光蝕刻法形成的金屬化圖案。
  9. 如請求項1~8中任一項所述的瓷金貫孔基板,其中,前述佈線圖案的線寬/間隔為50μm/50μm以下。
  10. 一種製造如請求項1~9中任一項所述的瓷金貫孔基板的製造方法,該製造方法包括:準備具有貫通孔的陶瓷燒結體基板的製程;在前述貫通孔中填充第一金屬糊的填充製程,前述第一金屬糊包含比熔點為600℃以上且1100℃以下的金屬(A)的熔點高的金屬(B)粉末和活性金屬粉末而成;形成第二金屬糊層的製程,在前述陶瓷燒結體基板的兩面中的至少一個表面塗布第二金屬糊,使得該第二金屬 糊與前述第一金屬糊接觸,前述第二金屬糊包含熔點高於前述金屬(A)的金屬(B’)粉末和活性金屬粉末而成;形成第三金屬糊層的製程,在前述第二金屬糊層的表面塗布包含前述金屬(A)粉末而成的第三金屬糊;燒成製程,通過將上述得到的基板燒成,在前述貫通孔內形成導電性通孔,在前述陶瓷燒結體基板的表面形成表面導電層,並且在該導電性通孔與前述陶瓷燒結體基板的介面以及該表面導電層與前述陶瓷燒結體基板的介面形成活性層;在前述表面導電層的表面形成鍍覆層的製程;在該鍍覆層中留作佈線圖案的部分的表面形成抗蝕圖案的製程;利用蝕刻去除前述鍍覆層和前述表面導電層中未被前述抗蝕圖案覆蓋的部分的製程;去除前述抗蝕圖案的製程;以及,蝕刻前述活性層的露出的部分的製程,形成前述第三金屬糊層的製程中,俯視透視前述陶瓷燒結體基板時,形成前述第三金屬糊層的區域、與前述貫通孔的與相接於該形成的第三金屬糊層的前述第二金屬糊層相接的開口端部所佔據的區域具有重疊部分。
  11. 一種製造如請求項1~9中任一項所述的瓷金貫孔基板的製造方法,該製造方法包括:準備具有貫通孔的陶瓷燒結體基板的製程;在前述貫通孔中填充第一金屬糊的填充製程,前述第 一金屬糊包含比熔點為600℃以上且1100℃以下的金屬(A)的熔點高的金屬(B)粉末和活性金屬粉末而成;形成第二金屬糊層的製程,在前述陶瓷燒結體基板的兩面中的至少一個表面塗布第二金屬糊,使得該第二金屬糊與前述第一金屬糊接觸,前述第二金屬糊包含熔點高於前述金屬(A)的金屬(B’)粉末和活性金屬粉末而成;形成第三金屬糊層的製程,在前述第二金屬糊層的表面塗布包含前述金屬(A)粉末而成的第三金屬糊;燒成製程,經由將上述得到的基板燒成,在前述貫通孔內形成導電性通孔,在前述陶瓷燒結體基板的表面形成表面導電層,並且在該導電性通孔與前述陶瓷燒結體基板的介面以及該表面導電層與前述陶瓷燒結體基板的介面形成活性層;在前述表面導電層上的不形成佈線圖案的位置形成抗蝕圖案的製程;在前述表面導電層上的未被前述抗蝕圖案覆蓋的位置形成鍍覆層的製程;去除前述抗蝕圖案的製程;蝕刻前述表面導電層的露出的部分的製程;以及,蝕刻前述活性層的露出的部分的製程,形成前述第三金屬糊層的製程中,俯視透視前述陶瓷燒結體基板時,形成前述第三金屬糊層的區域、與前述貫通孔的與相接於該形成的第三金屬糊層的前述第二金屬糊層相接的開口端部所佔據的區域具有重疊部分。
  12. 如請求項11所述的瓷金貫孔基板的製造方法,其中,該製造方法在前述燒成製程之後具有利用觸擊鍍銅在前述表面導電層表面形成抗氧化層的製程。
  13. 如請求項10~12中任一項所述的瓷金貫孔基板的製造方法,其中,該製造方法在前述燒成製程之後還具有研磨前述表面導電層表面的研磨製程。
  14. 如請求項10~13中任一項所述的瓷金貫孔基板的製造方法,其中,前述金屬(B’)粉末含有金屬元素的單質金屬粉末,前述金屬元素是構成前述金屬(A)粉末的金屬元素中熔點高於該金屬(A)粉末的金屬元素。
  15. 如請求項14所述的瓷金貫孔基板的製造方法,其中,前述金屬(A)粉末含有銀-銅合金焊料材料粉末;前述金屬(B)粉末含有銅粉末;前述金屬(B’)粉末含有銅粉末和銀粉末;前述活性金屬粉末為選自鈦粉末和氫化鈦粉末中的一種以上。
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