CN107113986B - 陶瓷基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

陶瓷基板的制造方法具备：制作在玻璃陶瓷的原料粉末中添加有金属硼化物和金属硅化物中的至少一种粉末的陶瓷糊剂的工序；对烧结后成为陶瓷层的坯片涂布陶瓷糊剂的工序；在涂布于坯片的陶瓷糊剂上，涂布烧结后成为导体图案的导体糊剂的工序；以及，对涂布有陶瓷糊剂和导体糊剂的坯片进行烧结的工序。

Description

陶瓷基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及陶瓷基板及其制造方法。
背景技术
已知陶瓷基板具备：主要由玻璃陶瓷形成的陶瓷层、和主要含有银(Ag)的导体图案。这样的陶瓷基板通过在作为陶瓷层的烧结前形态的坯片上涂布作为导体图案的烧结前形态的导体糊剂后进行烧结而形成。这样的陶瓷基板也被称为低温共烧陶瓷(LTCC：LowTemperature Co-fired Ceramics)基板。
在通过烧结形成陶瓷基板时，导体糊剂的银成分向陶瓷层扩散，从而存在陶瓷层产生空隙、变形、变色等的情况。通常认为，银成分向陶瓷层的扩散会由于导体图案中所含的银成分的氧化而加速。
专利文献1公开了一种技术，其将导体糊剂中所含的银粉末的表面用锑盐覆盖，从而抑制银成分向陶瓷层的扩散。专利文献2公开了一种技术，其在导体糊剂中添加硅粉末，从而抑制银成分向陶瓷层的扩散。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平6－252524号公报
专利文献2:日本特开2007－234537号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1、2的技术存在不能充分抑制银成分向陶瓷层扩散的情况。
用于解决问题的方案
本发明是为了解决上述课题而作出的，能够以以下方式来实现。
(1)本发明的一方式提供一种陶瓷基板的制造方法，其制造具备主要由玻璃陶瓷形成的陶瓷层、和主要由银(Ag)形成的导体图案的陶瓷基板。该制造方法具备：制作在前述玻璃陶瓷的原料粉末中添加有金属硼化物和金属硅化物中的至少一种粉末的陶瓷糊剂的工序；在烧结后成为前述陶瓷层的坯片上涂布前述陶瓷糊剂的工序；在涂布于前述坯片的前述陶瓷糊剂上，涂布烧结后成为前述导体图案的导体糊剂的工序；以及，对涂布有前述陶瓷糊剂和前述导体糊剂的前述坯片进行烧结的工序。根据该方式，添加到陶瓷糊剂的金属硼化物和金属硅化物中的至少一种添加成分在烧结中发生氧化，从而可以抑制导体图案的银成分向陶瓷层扩散。因此，可以抑制因银成分扩散而导致陶瓷层产生空隙、变形、变色等情况。其结果，可以提高陶瓷基板的品质。
(2)在上述方式的制造方法中，前述金属硼化物可以含有六硼化镧(LaB6)、六硼化硅(SiB6)和二硼化钛(TiB2)中的至少1种。根据该方式，可以抑制银成分从导体图案向陶瓷层扩散。
(3)在上述方式的制造方法中，前述金属硅化物可以含有二硅化钛(TiSi2)、二硅化锆(ZrSi2)和二硅化钽(TaSi2)中的至少1种。根据该方式，可以抑制银成分从导体图案向陶瓷层扩散。
(4)在上述方式的制造方法中，前述陶瓷糊剂中所含的无机成分中的、前述金属硼化物和前述金属硅化物的总含量可以为3体积％以上且7体积％以下。根据该方式，可以充分抑制银成分从导体图案向陶瓷层扩散。
(5)在上述方式的制造方法中，前述玻璃陶瓷的前述原料粉末可以含有硼硅酸盐玻璃粉末和氧化铝(Al2O3)粉末。根据该方式，可以提高硼硅酸盐玻璃系陶瓷基板的品质。
(6)本发明的一方式提供一种陶瓷基板的制造方法，其制造具备主要由玻璃陶瓷形成的陶瓷层、和主要由银(Ag)形成的导体图案的陶瓷基板。该制造方法具备：制作在前述玻璃陶瓷的原料粉末中添加有金属硼化物和金属硅化物中的至少一种粉末的陶瓷浆料的工序；由前述陶瓷浆料制作烧结后成为前述陶瓷层的坯片的工序；在前述坯片上涂布烧结后成为前述导体图案的导体糊剂的工序；以及，对涂布有前述导体糊剂的前述坯片进行烧结的工序。根据该方式，坯片中所含的金属硼化物和金属硅化物中的至少一种添加成分在烧结中发生氧化，从而可以抑制导体图案的银成分向陶瓷层扩散。因此，可以抑制因银成分扩散而导致陶瓷层产生空隙、变形、变色等。其结果，可以提高陶瓷基板的品质。
(7)本发明的一方式提供一种陶瓷基板，其具备：主要由玻璃陶瓷形成的陶瓷层、和主要由银(Ag)形成的导体图案。在该陶瓷基板中，前述陶瓷层包含：与前述导体图案邻接的第1陶瓷层、和将前述第1陶瓷层夹在第2陶瓷层与前述导体图案之间的第2陶瓷层，前述第1陶瓷层中所含的硅原子(Si)和硼原子(B)中的至少一者的浓度比前述第2陶瓷层高。根据该方式，可以抑制因银成分扩散而导致陶瓷层产生空隙、变形、变色等。其结果，可以提高陶瓷基板的品质。
本发明不限于陶瓷基板及其制造方法，可以以各种方式来实现，例如可以以具备陶瓷基板的装置、制造陶瓷基板的制造装置等方式来实现。
附图说明
图1为示意性示出陶瓷基板的剖面的说明图。
图2为示出陶瓷基板的制造方法的工序图。
图3为示出评价试验的结果的表。
具体实施方式
A.实施方式
图1为示意性示出陶瓷基板110的剖面的说明图。陶瓷基板110为低温共烧陶瓷(LTCC)基板。陶瓷基板110上形成有用于实现规定功能的电路的至少一部分。在本实施方式中，陶瓷基板110上形成有电路，所述电路用于对电子部件等输送信号。
陶瓷基板110具备：陶瓷层121、陶瓷层122和导体图案130。陶瓷基板110具有层叠多个陶瓷层121、122而成的结构。在本实施方式中，在陶瓷基板110上，作为构成电路的导体，除了导体图案130以外还设置有过孔(vias)和贯通孔等(图中未示出)。
陶瓷基板110的陶瓷层121为与导体图案130邻接的第1陶瓷层。陶瓷层121具有电绝缘性。陶瓷层121主要由玻璃陶瓷形成。在本说明书中，“主要由(成分)形成”意味着该成分占整体的50质量％以上。在本实施方式中，陶瓷层121为将硼硅酸盐系玻璃粉末和氧化铝(Al2O3)粉末烧结而成的陶瓷层。硼硅酸盐系玻璃主要由二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化硼(B2O3)形成。在作为陶瓷层121的烧结前状态的陶瓷糊剂中，添加有金属硼化物和金属硅化物中的至少一种粉末。因此，陶瓷层121中所含的硅原子(Si)和硼原子(B)中的至少一者的浓度比陶瓷层122高。在本实施方式中，陶瓷层121的厚度为约10μm。
陶瓷基板110的陶瓷层122为将陶瓷层121夹在其与导体图案130之间的陶瓷层。陶瓷层122具有电绝缘性。陶瓷层122主要由玻璃陶瓷形成。在本实施方式中，陶瓷层122与陶瓷层121同样为将硼硅酸盐系玻璃粉末和氧化铝(Al2O3)粉末烧结而成的陶瓷层。在本实施方式中，作为陶瓷层122的烧结前状态的坯片与陶瓷层121不同的是，其未添加金属硼化物和金属硅化物中的至少一种粉末。陶瓷层122的厚度与陶瓷层121相比足够大。
陶瓷基板110的导体图案130主要由银(Ag)形成。在本实施方式中，导体图案130含有银(Ag)粉末和硼硅酸盐系玻璃粉末，具备导电性。在本实施方式中，导体图案130的厚度为约10μm。
在本实施方式中，导体图案130夹在2个陶瓷层121之间，与这2个陶瓷层121邻接。在另一实施方式中，可以是导体图案130夹在陶瓷层121和陶瓷层122之间，与这些陶瓷层121和陶瓷层122邻接。在再一实施方式中，陶瓷基板110中，可以与其它陶瓷层121、122一起进一步层叠有2个以上的导体图案130。
图2为示出陶瓷基板110的制造方法的工序图。首先，制作作为陶瓷层121的原材料的陶瓷糊剂(工序P110)。作为陶瓷层121的原材料的陶瓷糊剂是在玻璃陶瓷的原料粉末中添加有金属硼化物和金属硅化物中的至少一种粉末的糊剂。在本实施方式中，陶瓷糊剂的原料粉末为将作为无机成分的硼硅酸盐系玻璃粉末和氧化铝粉末以体积比60：40混合而成的粉末。
从抑制银向陶瓷层121、122扩散的观点出发，添加到陶瓷糊剂中的金属硼化物优选为六硼化镧(LaB6)、六硼化硅(SiB6)和二硼化钛(TiB2)中的至少1种。从抑制银向陶瓷层121、122扩散的观点出发，添加到陶瓷糊剂中的金属硅化物优选为二硅化钛(TiSi2)、二硅化锆(ZrSi2)和二硅化钽(TaSi2)中的至少1种。
从充分抑制银向陶瓷层121、122扩散的观点出发，陶瓷糊剂中所含的无机成分中的金属硼化物和金属硅化物的总含量优选为3体积％以上且7体积％以下。
在本实施方式中，在制作作为陶瓷层121的原材料的陶瓷糊剂时，准备将作为无机成分的硼硅酸盐系玻璃粉末和氧化铝粉末混合而成的混合粉末。然后，将金属硼化物和金属硅化物中的至少一种粉末、作为结合剂的乙基纤维素和作为溶剂的萜品醇加入到无机成分的混合粉末中。然后，用三辊磨对材料进行混炼，从而得到陶瓷糊剂。
在制作陶瓷糊剂后(工序P110)，对烧结后成为陶瓷层122的坯片涂布烧结后成为陶瓷层121的陶瓷糊剂(工序P120)。在本实施方式中，通过丝网印刷将陶瓷糊剂涂布在坯片上。
作为将陶瓷糊剂涂布在坯片上的准备，制作作为陶瓷层122的原材料的坯片。坯片是在无机成分粉末中混合结合剂(粘结剂)、增塑剂、溶剂等后成型为薄板状(片状)而得的。在本实施方式中，将作为无机成分粉末的硼硅酸盐系玻璃粉末和氧化铝粉末以体积比为60：40、总量为1kg的方式称量后，将这些粉末放入氧化铝制的容器(罐)中。然后，将作为结合剂的120g的丙烯酸类树脂、作为溶剂的适量的甲基乙基酮(MEK)、和作为增塑剂的适量的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)加入到罐内的材料中。然后，将罐内的材料混合5小时，从而得到陶瓷浆料。然后，通过刮板法由陶瓷浆料制作坯片。在本实施方式中，坯片的厚度为0.15mm。
制作坯片后，在坯片上涂布陶瓷糊剂。在本实施方式中，通过冲裁加工将涂布有陶瓷糊剂的坯片成型。
在坯片上涂布陶瓷糊剂后(工序P120)，在涂布于坯片的陶瓷糊剂上，涂布烧结后成为导体图案130的导体糊剂(工序P130)。在本实施方式中，烧结后成为导体图案130的导体糊剂是在将银(Ag)粉末和硼硅酸盐系玻璃粉末混合而成的无机成分粉末中混合有结合剂、增塑剂和溶剂等的糊剂。在本实施方式中，在无机成分粉末中加入作为结合剂的乙基纤维素和作为溶剂的萜品醇后，用三辊磨对材料进行混炼，从而得到导体糊剂。然后，通过丝网印刷和填孔印刷(hole-filling printing)将导体糊剂涂布在坯片上。
在将导体糊剂涂布在坯片上后(工序P130)，对涂布有陶瓷糊剂和导体糊剂的坯片进行烧结(工序P140)。从而完成陶瓷基板110。
在本实施方式中，在坯片的烧结之前，制作将多个坯片层叠而成的层叠体。在本实施方式中，在涂布有陶瓷糊剂和导体糊剂的坯片的导体糊剂侧，贴合涂布有陶瓷糊剂的其它坯片的陶瓷糊剂侧，从而制作层叠体。在本实施方式中，通过切削加工，将层叠体成型为适合于烧结的形状。在本实施方式中，将层叠体在250℃的大气中暴露10小时，从而对层叠体进行脱脂。在本实施方式中，对层叠体进行脱脂后，将层叠体在850℃的大气中暴露60分钟，从而对层叠体进行烧结。经过这些工序，得到陶瓷基板110。
在对涂布有陶瓷糊剂和导体糊剂的坯片进行烧结时，通过陶瓷糊剂中所含的添加成分(金属硼化物和金属硅化物中的至少一种)的氧化反应而消耗导体糊剂附近的氧。从而，导体糊剂中所含的银成分的氧化受到抑制。因此，银成分向陶瓷层121、122的扩散受到抑制。由于陶瓷糊剂中含有添加成分，因此陶瓷层121中所含的硅原子(Si)和硼原子(B)中的至少一者的浓度相应于添加成分的含量而比陶瓷层122高。
图3为示出评价试验的结果的表。在图3的评价试验中，作为使用各自不同的陶瓷糊剂的陶瓷基板110，制作了试样S01～S09。在图3的表中，对于作为陶瓷层121的烧结前状态的陶瓷糊剂中的添加剂的含量，示出陶瓷糊剂中所含的无机成分中的添加剂的体积百分率。
试样S01～S08的制造方法与图2的制造方法同样。试样S09的制造方法除了陶瓷糊剂中未添加金属硼化物和金属硅化物这一点以外，与图2的制造方法同样。
通过使用扫描型电子显微镜(SEM)和电子探针显微分析(EPMA)观察各试样的剖面来测定银向陶瓷层121、122扩散的距离。以陶瓷层121和导体图案130的界面处的银(Ag)浓度为基准值，在10个位置测定从该界面至陶瓷层121、122中的银(Ag)浓度变为基准值的一半的位置的距离，求出其平均值作为银的扩散距离。
通过以下基准对各试样进行判定。
○(优)：银的扩散距离小于5μm
×(劣)：银的扩散距离为5μm以上
根据试样S01～S03和试样S09的评价结果可知，通过将作为金属硼化物的六硼化镧(LaB6)、六硼化硅(SiB6)和二硼化钛(TiB2)添加到作为陶瓷层121的烧结前状态的陶瓷糊剂中，可以抑制银向陶瓷层121、122扩散。
根据试样S04～S06和试样S09的评价结果可知，通过将作为金属硅化物的二硅化钛(TiSi2)、二硅化锆(ZrSi2)和二硅化钽(TaSi2)添加到作为陶瓷层121的烧结前状态的陶瓷糊剂中，可以抑制银向陶瓷层121、122扩散。
根据试样S01～S08的评价结果可知，作为陶瓷层121的原材料的陶瓷糊剂中所含的无机成分中的金属硼化物和金属硅化物的总含量为3体积％以上且7体积％以下时，可以充分抑制银向陶瓷层121、122扩散。
根据以上说明的实施方式，通过添加到陶瓷糊剂中的金属硼化物和金属硅化物中的至少一种添加成分在烧结中发生氧化，可以抑制导体图案130的银成分向陶瓷层121、122扩散。因此，可以抑制因银成分扩散而导致陶瓷层121、122产生空隙、变形、变色等。其结果，可以提高陶瓷基板110的品质。
另外，添加到陶瓷糊剂中的金属硼化物可以含有六硼化镧(LaB6)、六硼化硅(SiB6)和二硼化钛(TiB2)中的至少1种。从而，可以抑制银成分从导体图案130向陶瓷层121、122扩散。
另外，添加到陶瓷糊剂中的金属硅化物可以含有二硅化钛(TiSi2)、二硅化锆(ZrSi2)和二硅化钽(TaSi2)中的至少1种。从而，可以抑制银成分从导体图案130向陶瓷层121、122扩散。
另外，陶瓷糊剂所含的无机成分中的金属硼化物和金属硅化物的总含量为3体积％以上且7体积％以下时，可以充分抑制银成分从导体图案130向陶瓷层121、122扩散。
B.其它实施方式
本发明不限于上述实施方式、实施例、变形例，可以在不脱离其主旨的范围内以各种构成来实现。例如，发明内容部分所记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征可以为了解决上述课题的一部分或全部或为了实现上述效果的一部分或全部而适当进行替换、组合。另外，如果本说明书中没有将该技术特别作为必要技术特征来说明则可以适当去除。
在另一实施方式中，可以在制作作为陶瓷层121的烧结前状态的陶瓷糊剂时(工序P110)，在向原料粉末中加入结合剂和溶剂前，将金属硼化物和金属硅化物中的至少一种粉末与原料粉末混合，从而使金属硼化物和金属硅化物中的至少一种原料粉末附着在银(Ag)粉末的表面。从而，可以进一步抑制银成分从导体图案130向陶瓷层121、122扩散。
在另一实施方式中，可以在制作添加有金属硼化物和金属硅化物中的至少一种粉末的陶瓷浆料后，由该陶瓷浆料制作烧结后成为陶瓷层122的坯片。此时，也可以不将烧结后成为陶瓷层121的陶瓷糊剂涂布在坯片上。根据该实施方式，通过坯片中所含的金属硼化物和金属硅化物中的至少一种添加成分在烧结中发生氧化，从而可以抑制导体图案130的银成分向陶瓷层122扩散。因此，可以抑制因银成分扩散而导致陶瓷层122产生空隙、变形、变色等。其结果，可以提高陶瓷基板110的品质。
附图标记说明
110…陶瓷基板
121…陶瓷层
122…陶瓷层
130…导体图案

Claims (6)

1.一种陶瓷基板的制造方法，其特征在于，其为制造如下的陶瓷基板的方法，所述陶瓷基板具备主要由玻璃陶瓷形成的陶瓷层、和主要由银(Ag)形成的导体图案，该制造方法具备：
制作在所述玻璃陶瓷的原料粉末中添加有金属硼化物和金属硅化物中的至少一种粉末的陶瓷糊剂的工序，其中，所述玻璃陶瓷的所述原料粉末含有作为主材的硼硅酸盐玻璃粉末和氧化铝(Al2O3)粉末；
对烧结后成为所述陶瓷层的、未添加金属硼化物和金属硅化物中的至少一种粉末的坯片上涂布所述陶瓷糊剂的工序；
在涂布于所述坯片的所述陶瓷糊剂上，涂布烧结后成为所述导体图案的导体糊剂的工序；以及
对涂布有所述陶瓷糊剂和所述导体糊剂的所述坯片进行烧结的工序。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基板的制造方法，其中，所述金属硼化物含有六硼化镧(LaB6)、六硼化硅(SiB6)和二硼化钛(TiB2)中的至少1种。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的陶瓷基板的制造方法，其中，所述金属硅化物含有二硅化钛(TiSi2)、二硅化锆(ZrSi2)和二硅化钽(TaSi2)中的至少1种。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的陶瓷基板的制造方法，其中，所述陶瓷糊剂中所含的无机成分中的所述金属硼化物和所述金属硅化物的总含量为3体积％以上且7体积％以下。
5.一种陶瓷基板的制造方法，其特征在于，其为制造如下的陶瓷基板的方法，所述陶瓷基板具备主要由玻璃陶瓷形成的陶瓷层、和主要由银(Ag)形成的导体图案，该制造方法具备：
制作在所述玻璃陶瓷的原料粉末中添加有金属硼化物和金属硅化物中的至少一种粉末的陶瓷浆料的工序，其中，所述玻璃陶瓷的所述原料粉末含有作为主材的硼硅酸盐玻璃粉末和氧化铝(Al2O3)粉末；
由所述陶瓷浆料制作烧结后成为所述陶瓷层的坯片的工序；
在所述坯片上涂布烧结后成为所述导体图案的导体糊剂的工序；以及
对涂布有所述导体糊剂的所述坯片进行烧结的工序。
6.一种根据权利要求1～5任一项所述陶瓷基板的制造方法制作的陶瓷基板，其特征在于，其具备主要由玻璃陶瓷形成的陶瓷层、和主要由银(Ag)形成的导体图案，
所述陶瓷层包含：
与所述导体图案邻接的第1陶瓷层、和
第2陶瓷层，其将所述第1陶瓷层夹在该第2陶瓷层与所述导体图案之间，
所述第1陶瓷层中所含的硅原子(Si)和硼原子(B)中的至少一者的浓度比所述第2陶瓷层高。
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