CN101161607A

CN101161607A - 陶瓷基板及其制造方法

Info

Publication number: CN101161607A
Application number: CNA2006101423437A
Authority: CN
Inventors: 魏志宏; 谢俞枰
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc; Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2008-04-16

Abstract

一种陶瓷基板的制造方法，其包括下列步骤：提供一陶瓷薄板与一生胚片；堆栈该陶瓷薄板与该生胚片；以及进行烧结该陶瓷薄板与该生胚片，以共同形成该陶瓷基板。

Description

陶瓷基板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷基板的制造方法，特别是涉及一种提供无烧结收缩的陶瓷基板的制造方法。

背景技术

近年来随着可携式信息电子产品与移动通讯产品朝着轻薄短小、多功能、高可靠性与低价化的发展，高元件密度成为电子产品的发展趋势，从而线路中所使用的有源元件及无源元件也多朝向积体化、芯片化及模块化的方向发展，以达到有效缩小线路体积，进而降低成本并提高产品的竞争力。

低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics，LTCC)技术的开发，使电子产品的体积利用率提高得以实现，其主要是将电子元件包括无源元件及有源元件与线路整合在一多层结构中来达到集成化。如图1所示，一种现有应用于高频无线通讯元件的低温共烧陶瓷基板1，由多个陶瓷薄板11迭压而形成之一多层结构，各层或层与层之间具有导电层111及电子元件112例如电阻器、电容器或电感器等，导电层111藉由通孔(via)113而可连接其它层导电层111及电子元件112。其中导电层111或电子元件112可利用例如厚膜印刷技术而形成于陶瓷薄板11的表面，再经过多层加压成形后在低于1000℃的温度烧结而成。

然而，由于烧结工艺可能因不同层间陶瓷薄板11的收缩量不同，或烧结时因溶剂或黏结剂挥发而产生孔洞，往往导致陶瓷薄板11发生收缩、扭曲、翘曲等形变问题，此现象在制造较薄的陶瓷薄板更甚显著，且烧结所造成的陶瓷基板收缩，会导致线路或整体基板的形变。同时，由于不同批次生产的陶瓷基板收缩率亦有差异，因而增加线路设计与产品制造工艺的困难，增加制造成本，并限制应用范围，且会影响低温共烧陶瓷基板1的成品率与可靠性。

为解决上述问题，现有技术揭露以下的防止收缩的方法：其一，利用加压成形时机械力限制陶瓷薄板11的收缩方向并抑制翘曲，然而此方式并不适用于量产制程；其二，将生胚片黏附于一金属板以进行烧结，该金属板包括高机械强度的金属例如钼或钨等，以金属片的束缚作用降低生胚片发生x-y方向收缩的现象，然而由于金属片与生胚片的热膨胀系数差异，亦容易因此造成烧结后的低温共烧陶瓷基板发生拱起与破裂的隐忧；其三，于生胚片上下添加一层氧化铝，于烧结时提供摩擦力以限制其收缩，之后再将氧化铝去除以得陶瓷基板，然而此方法的制造流程较复杂以致于不适于量产，以及亦有氧化铝残留于基板的问题。

有鉴于此，如何提供一种有效抑制收缩、平坦无翘曲以及克服现有技术缺点的陶瓷基板的制造方法，乃为重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种制造无烧结收缩、平坦无翘曲的陶瓷基板，且制造工艺简单与适合批量制造工艺的陶瓷基板的制造方法。

为达上述目的，本发明提供一种陶瓷基板的制造方法，其包括下列步骤：提供一陶瓷薄板与一生胚片；堆栈该陶瓷薄板与生胚片，使生胚片设置于陶瓷薄板上；以及进行烧结陶瓷薄板与生胚片，以共同形成陶瓷基板。

为达上述目的，本发明更提供另一种陶瓷基板的制造方法，其包括下列步骤：提供至少一第一陶瓷薄板、至少一第二陶瓷薄板与至少一生胚片；堆栈该第一陶瓷薄板、生胚片与第二陶瓷薄板，使生胚片系夹置于第一陶瓷薄板及第二陶瓷薄板之间；以及进行烧结该第一陶瓷薄板、生胚片与该第二陶瓷薄板，以共同形成陶瓷基板。

承上所述，本发明的陶瓷基板的制造方法利用陶瓷薄板设置于一生胚片上，使得于烧结过程中陶瓷薄板得以提供一束缚作用予生胚片并抑制生胚片收缩。其中陶瓷薄板的个数可以为多个，且多个陶瓷薄板可为相同材质亦可为不同材质。相较于现有技术，由于陶瓷薄板与生胚片的特性实质相同，因此本发明于烧结过程除了抑制收缩外，亦能够避免发生翘曲而得到平坦的陶瓷基板；另外，由于作为束缚作用的陶瓷薄板亦为陶瓷基板的一部分，因而能够省略去除的步骤及避免异质残留的隐忧，进而提高陶瓷基板的成品率与可靠性。

附图说明

图1为一种现有的低温共烧陶瓷基板的示意图。

图2为依据本发明优选实施例的一种陶瓷基板的制造方法的流程图。

图3～图5为依据图2的制造方法中各种陶瓷基板的堆栈示意图。

图6为依据本发明优选实施例的一种陶瓷基板的制造方法所制造的陶瓷基板的剖面示意图。

图7为依据本发明优选实施例的另一种陶瓷基板的制造方法的流程图。

图8为依据图7的制造方法中陶瓷基板的堆栈示意图。

附图符号说明

1 低温共烧陶瓷基板

11 陶瓷薄板

111、64 导电层

112、63 电子元件

113、65 通孔

3、4、5、6、8 陶瓷基板

31、33 陶瓷薄板

32 生胚片

S1～S3、S21、S31 流程步骤

S1′～S3′、S21′、S31′ 流程步骤

【实施方式】

以下将参照相关图式，说明依据本发明优选实施例的一种陶瓷基板的制造方法，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

请参照图2与图3，图2为依据本发明优选实施例的一种陶瓷基板的制造方法的流程图，而图3为依据图2的制造方法中的一种陶瓷基板的堆栈示意图。本发明优选实施例的一种陶瓷基板的制造方法，其包括步骤S1、S2、S21、S3、S31。以下将详细叙述各步骤的内容。

步骤S1提供一陶瓷薄板31与一生胚片32。于步骤S1，在制备陶瓷薄板31与生胚片32时，其中生胚片32由混合至少一陶瓷材料及一无机黏结剂的浆料，并加入一聚合黏结剂、一塑化剂或一有机溶剂以调制适当黏度的浆料，利用一刮刀而形成。

陶瓷材料可选自一陶瓷粉体、一金属氧化物粉体、一复合金属氧化物粉体或其组合。无机黏结剂系选自相对其他材质不具备化学活性，并具有烧结温度低于该陶瓷材料以及于烧结过程中为液相烧结的物理特性。无机黏结剂可为结晶或非结晶的玻璃或玻璃陶瓷。聚合黏结剂为聚乙二醇(PEG)、聚乙烯缩丁醛(PVB)或聚乙烯醇(PVA)；塑化剂为酸二丁醛(DBP)。有机溶剂为正丙醇、甲苯或乙醇。

而陶瓷薄板31的制备系利用二较高烧结温度的生胚片夹置较低烧结温度的生胚片，以较低烧结温度进行烧结，使较低烧结温度的生胚片进而烧结为陶瓷薄板31，然较高烧结温度的生胚片未被烧结。详细来说，首先分别将较低烧结温度的陶瓷材料与无机黏结剂混合配制为一浆料，将较高烧结温度的陶瓷材料与无机黏结剂混合配制为另一浆料，分别形成较低烧结温度与较高烧结温度的生胚片后，依序堆栈该些生胚片，使较高烧结温度的生胚片夹置较低烧结温度的生胚片，再以一较低烧结温度进行烧结，使得仅有较低烧结温度的生胚片被烧结为陶瓷薄板，而较高烧结温度的生胚片未烧结。

于此烧结过程中，较高烧结温度的生胚片提供一加压作用于较低烧结温度的生胚片，最后再经由去除未烧结的较高烧结温度的生胚片的步骤而得到细薄且平坦无翘曲的陶瓷薄板31。其中陶瓷薄板31的制造过程中所需生胚片的制备系如前所述，故不再赘述。

另外，本实施例提供的生胚片32或陶瓷薄板31可预先打孔、填入导电材料及印有导电线路。

步骤S2是堆栈陶瓷薄板31与生胚片32，使生胚片32设置于陶瓷薄板31上。于步骤S2中，堆栈并使生胚片32贴附于陶瓷薄板31的表面，即生胚片32设置于陶瓷薄板31上，以烧结过的陶瓷薄板31提供一束缚作用于未烧结的生胚片32，以降低后续烧结过程发生收缩的现象。

在本实施例中，陶瓷薄板31与生胚片32之间以一黏结剂连结，黏结剂以例如涂布方式形成于生胚片32或陶瓷薄板31的表面，再经由对位贴合陶瓷薄板31与生胚片32。黏结剂为无机黏结剂例如玻璃或玻璃陶瓷，且玻璃系可为结晶或非结晶型态。

于步骤S2之后，更包括压合堆栈的陶瓷薄板31与生胚片32的步骤S21，即以热压方式、均压方式、等静压方式等方式压合以使迭层更致密，并防止陶瓷基板3于后续烧结过程发生翘曲现象。

而步骤S3则是进行烧结，使陶瓷薄板31与生胚片32共同形成陶瓷基板3。于步骤S3中，以生胚片32的烧结温度共同烧结陶瓷薄板31与生胚片32，以共同形成陶瓷基板3。在烧结过程中，利用陶瓷薄板31对生胚片32所产生的束缚力，藉以制造出无烧结收缩并平坦无翘曲的陶瓷基板3。

于步骤S3之后，更包括测试陶瓷基板3的特性的步骤S31，例如是利用仪器来测试烧结所得的陶瓷基板3的介电特性及质量特性等，包括一介电常数(ε)与品质因子(Q)，藉此而可得到符合规格要求的陶瓷基板3。

图3所示的陶瓷基板3系以单层的陶瓷薄板31与生胚片32堆栈来举例，然而本发明并不限定于此。例如：如图4所示，陶瓷基板4由单层的陶瓷薄板31与两生胚片32堆栈而成，陶瓷薄板设置于两生胚片32之间，利用已烧结过的单层陶瓷薄板31同时提供一束缚作用于两生胚片32，藉以避免两生胚片32在后续烧结过程时发生收缩的现象。

或者，如图5所示，陶瓷基板5由单层的生胚片32与两陶瓷薄板31堆栈而成，生胚片32系夹置于两陶瓷薄板31之间，亦即，两陶瓷薄板31分别贴附生胚片32的两相对表面，利用两陶瓷薄板31分别对生胚片32提供一束缚作用，藉以避免生胚片32在后续烧结过程时发生收缩的现象。

承上所述，不论是图3、图4或图5，其陶瓷薄板31与生胚片32的堆栈层数仅为举例性，本发明可依据实际的需求，交互迭置陶瓷薄板31与生胚片32，以批量生产制造所需厚度的陶瓷基板。

请参照图6，其为依据本发明优选实施例的一种陶瓷基板的制造方法所制造的陶瓷基板的剖面示意图。陶瓷基板6的表面或内部具有至少一电子元件63或至少一导电层64，且电子元件63包括但不限于电容器、电阻器或电感器。当有多个导电层64设置时，在导电层64之间可利用多个通孔(via)65来使彼此电导通。而本实施例的陶瓷基板6例如是一低温共烧陶瓷(LTCC)基板，并可应用于高精度的IC载板、多芯片模块及耐候性电路板使用。

另外，请同时参照图7与图8所示，图7为依据本发明优选实施例的另一种陶瓷基板的制造方法的流程图，而图8为依据图7的制造方法中陶瓷基板的堆栈示意图。依据本发明优选实施例的另一种陶瓷基板的制造方法，其包括步骤S1′、S2′、S21′、S3′、S31′至S3′。步骤S1′提供至少一第一陶瓷薄板31、至少一第二陶瓷薄板33与至少一生胚片32。

步骤S2′依序堆栈第一陶瓷薄板、生胚片与第二陶瓷薄板，使生胚片夹置于第一陶瓷薄板及第二陶瓷薄板之间。如图8所示，第一陶瓷薄板31、生胚片32、第二陶瓷薄板33、生胚片32、第一陶瓷薄板31依序堆栈。于S2′步骤之后更包括步骤S21′：压合堆栈的第一陶瓷薄板31、生胚片32与第二陶瓷薄板33。

步骤S3′进行烧结堆栈的第一陶瓷薄板31、与生胚片32与第二陶瓷薄板33，以共同形成陶瓷基板8。本实施例亦可于S2′步骤之后更包括压合堆栈的陶瓷薄板生胚片于S3′步骤之后更包括步骤S31′：测试陶瓷基板的特性。而由于各步骤的详细实施方式及制备材料与图2的制造方法类似，已于上述实施例详述，故不再赘述。在此需特别注意的是，束缚生胚片32的第一陶瓷薄板31与第二陶瓷薄板33系可分别具有不相同的材质，只要能够来同样达到抑制夹置的生胚片于烧结过程发生收缩的现象的效果即可。而第一陶瓷薄板31、第二陶瓷薄板33，其材质系与生胚片32的材质相异。

综上所述，本发明的陶瓷基板的制造方法利用陶瓷薄板设置于一生胚片上，使得于烧结过程中陶瓷薄板得以提供一束缚作用予生胚片并抑制生胚片收缩。其中陶瓷薄板的个数可以为多个，且多个陶瓷薄板可为相同材质亦可为不同材质。相较于现有技术，由于陶瓷薄板与生胚片的特性实质相同，因此本发明于烧结过程除了抑制收缩外，亦能够避免发生翘曲而得到平坦的陶瓷基板；另外，由于作为束缚作用的陶瓷薄板亦为陶瓷基板的一部分，因而能够省略去除的步骤及避免异质残留的隐忧，进而提高陶瓷基板的成品率与可靠性。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的申请专利范围中。

Claims

1.一种陶瓷基板的制造方法，包括下列步骤：

提供陶瓷薄板与生胚片；

堆栈该陶瓷薄板与该生胚片；以及

进行烧结该陶瓷薄板与该生胚片，以共同形成该陶瓷基板。

2.一种陶瓷基板的制造方法，包括下列步骤：

提供至少一第一陶瓷薄板、至少一第二陶瓷薄板与至少一生胚片；

堆栈该第一陶瓷薄板、第二陶瓷薄板与该生胚片，使该生胚片夹置于该第一陶瓷薄板及该第二陶瓷薄板之间；以及

进行烧结该第一陶瓷薄板、该生胚片与该第二陶瓷薄板，以共同形成该陶瓷基板。

3.如权利要求1或2所述的制造方法，其中于堆栈该陶瓷薄板与该生胚片的步骤之后，还包括步骤：

压合堆栈的该些陶瓷薄板与该些生胚片。

4.如权利要求3所述的制造方法，其中以热压方式及均压方式压合以使该陶瓷薄板与该生胚片的迭层更致密。

5.如权利要求1或2所述的制造方法，其中于进行烧结的步骤之后，还包括步骤：

测试该陶瓷基板的特性。

6.如权利要求1或2所述的制造方法，其中该陶瓷薄板的制备是利用二较高烧结温度的生胚片夹置较低烧结温度的生胚片，以较低烧结温度进行烧结，使较低烧结温度的生胚片进而烧结为该陶瓷薄板。

7.如权利要求1或2所述的制造方法，其中该生胚片包括至少一陶瓷材料及一无机黏结剂混合而成。

8.如权利要求7所述的制造方法，其中该陶瓷材料选自陶瓷粉体、金属氧化物粉体、复合金属氧化物粉体或其组合。

9.如权利要求7所述的制造方法，其中该无机黏结剂为结晶或非结晶型态玻璃或玻璃陶瓷，或该无机黏结剂选自相对其他材质不具备化学活性，并具有烧结温度低于该陶瓷材料以及于烧结过程中为液相烧结的物理特性。

10.如权利要求7所述的制造方法，其中该生胚片还包括聚合黏结剂、塑化剂或有机溶剂。

11.如权利要求10所述的制造方法，其中该聚合黏结剂为聚乙二醇(PEG)、聚乙烯缩丁醛(PVB)或聚乙烯醇(PVA)、该塑化剂为酸二丁醛(DBP)且该有机溶剂为正丙醇、甲苯或乙醇。

12.如权利要求1所述的制造方法，其中该陶瓷基板的表面或内部具有至少一电子元件或至少一导电层。

13.如权利要求12所述的制造方法，其中若该陶瓷基板的表面或内部具有多个导电层时，于该些导电层之间以至少一通孔导通。

14.如权利要求13所述的制造方法，其中提供的该生胚片或该陶瓷薄板预先打孔、填入导电材料及印有导电线路。

15.如权利要求1项或第2所述的制造方法，其中该陶瓷薄板与该生胚片之间以黏结剂连结。

16.如权利要求15所述的制造方法，其中该黏结剂为无机黏结剂。

17.如权利要求16所述的制造方法，其中该无机黏结剂为结晶或非结晶型态玻璃或玻璃陶瓷。

18.如权利要求1项或第2所述的制造方法，其中该陶瓷薄板的材质与该生胚片的材质相异。

19.如权利要求1项或第2所述的制造方法，其中该陶瓷基板由单层的该陶瓷薄板与两生胚片堆栈而成。

20.如权利要求1项或第2所述的制造方法，其中该陶瓷基板由单层的该生胚片与两陶瓷薄板堆栈而成，而该生胚片夹置于该两陶瓷薄板之间。

21.如权利要求1项或第2所述的制造方法，其中当该陶瓷薄板与该生胚片的数量均为复数时，该些陶瓷薄板与该些生胚片交互迭置。

22.一种陶瓷基板，包括：

陶瓷薄板与生胚片，其中该陶瓷薄板与该生胚片经堆栈并进行烧结后，共同形成该陶瓷基板。

23.一种陶瓷基板，包括：

至少一第一陶瓷薄板、至少一第二陶瓷薄板与至少一生胚片，其中该第一陶瓷薄板、第二陶瓷薄板与该生胚片经堆栈并进行烧结后，共同形成该陶瓷基板，且堆栈时该生胚片夹置于该第一陶瓷薄板及该第二陶瓷薄板之间。