CN108293302A - 多层陶瓷基板及电子部件 - Google Patents
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Abstract
本发明的多层陶瓷基板具有包括位于表面的表层部和位于比上述表层部更靠内侧的位置的内层部的层叠构造,上述表层部包括与上述内层部相邻的第1层,上述内层部包括与上述第1层相邻的第2层,上述多层陶瓷基板的特征在于,上述第1层的热膨胀系数小于上述第2层的热膨胀系数,构成上述第1层及上述第2层的材料均包括玻璃,该玻璃包括40重量%以上的MO(其中,MO是从包括CaO、MgO、SrO及BaO的群组中选择的至少一种),构成上述第1层的玻璃的软化点和构成上述第2层的玻璃的软化点之差为60℃以下。
Description
技术领域
本发明涉及多层陶瓷基板及电子部件。
背景技术
近年来,三维地配置了布线导体的多层陶瓷基板被广泛地应用于配设有多个半导体器件等的电子部件的模块等的用途。
在专利文献1公开了一种多层陶瓷基板,其具有包括内层部、和位于在层叠方向上夹持该内层部的位置的表层部的层叠构造,在所述多层陶瓷基板中,在将表层部的热膨胀系数设为α1[ppmK-1]、将内层部的热膨胀系数设为α2[ppmK-1]时,0.3≤α2-α1≤1.5,且在内层部有针状结晶析出。再有,在专利文献2中公开了一种多层陶瓷基板,其具有包括表层部与内层部的层叠构造,在所述多层陶瓷基板中,表层部的热膨胀系数比内层部的热膨胀系数小,且与内层部的热膨胀系数之差为1.0ppmK-1以上,在构成表层部的材料和构成内层部的材料之间共用的成分的重量比率为75重量%以上。
根据专利文献1及2所述的多层陶瓷基板,通过使表层部的热膨胀系数比内层部的热膨胀系数小,从而在烧成后的冷却过程中在表背的最外层产生压缩应力,因此能够使多层陶瓷基板的抗弯强度提高。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:JP特开2007-73728号公报
专利文献2:国际公开第2007/142112号
发明内容
-发明所要解决的技术问题-
近年来,由于电子部件的小型化,在多层陶瓷基板中也被要求薄型化。在专利文献1及2所述的多层陶瓷基板中,通过在表层部设置热膨胀系数小于内层部的层,从而抗弯强度提高,多层陶瓷基板的薄型化成为可能。可是,在专利文献1及2所述的多层陶瓷基板中,表层部的烧结状态变得不均衡,在表层部会形成应变,结果判明了:在该部位产生裂缝,水分浸入裂缝,绝缘可靠性有时会下降。今后,为了进一步推进多层陶瓷基板的高强度化及薄型化,需要抑制这种表层部处的裂缝的产生。
本发明正是为了解决上述问题而进行的,其目的在于,提供一种强度高、且抑制了表层部处的裂缝的产生的多层陶瓷基板。
-用于解决技术问题的手段-
为了达成上述目的,本发明的多层陶瓷基板具有包括位于表面的表层部和位于比上述表层部更靠内侧的位置的内层部的层叠构造,上述表层部包括与上述内层部相邻的第1层,上述内层部包括与上述第1层相邻的第2层,上述多层陶瓷基板的特征在于,上述第1层的热膨胀系数小于上述第2层的热膨胀系数,构成上述第1层及上述第2层的材料均包括玻璃,该玻璃包括40重量%以上的MO(其中,MO是从包括CaO、MgO、SrO及BaO的群组中选择的至少一种),构成上述第1层的玻璃的软化点和构成上述第2层的玻璃的软化点之差为60℃以下。
在本发明的多层陶瓷基板中,由于表层部中的第1层的热膨胀系数小于内层部中的第2层的热膨胀系数,故与专利文献1等的情况同样,在烧成后的冷却过程中在表层部产生压缩应力,结果能够提高多层陶瓷基板的抗弯强度。
进而,在本发明的多层陶瓷基板中,将构成第1层的玻璃的软化点与构成第2层的玻璃的软化点之差设为60℃以下。若构成第1层的玻璃的软化点和构成第2层的玻璃的软化点之差较大,则在第1层施加应变应力而产生裂缝,水分从该裂缝浸入,由此绝缘性下降。尤其,在具有到第1层为止并未贯通、且到接近于第1层的部位为止连续地相连的过孔导体的构造的情况下,该倾向显著地表现。相对于此,若构成第1层的玻璃的软化点和构成第2层的玻璃的软化点之差为60℃以下,则可减低对第1层施加的应变应力,裂缝的产生及伴随于此的水分的浸入得以抑制,因此能够使绝缘可靠性提高。
其中,构成第1层的玻璃的软化点和构成第2层的玻璃的软化点之差意味着两者之差的绝对值。即,在本发明的多层陶瓷基板中,构成第1层的玻璃的软化点和构成第2层的玻璃的软化点之差为0℃以上且60℃以下。
在本发明的多层陶瓷基板中,优选构成上述第1层及上述第2层的玻璃的软化点均为720℃以上。
作为构成第1层及第2层的玻璃,通过利用软化点高的玻璃,从而能抑制电极中所包含的银(Ag)或铜(Cu)向陶瓷基板中的扩散,由此能够抑制电极涂敷部分与除此以外的部分的烧结密度差。
在本发明的多层陶瓷基板中,优选在将上述第1层的热膨胀系数设为α1[ppmK-1]、将上述第2层的热膨胀系数设为α2[ppmK-1]时,0.3≤α2-α1≤1.5。热膨胀系数之差α2-α1为0.3以上,由此能够充分地获得高强度化的效果。再有,热膨胀系数之差α2-α1为1.5以下,由此能抑制第1层与第2层的界面处的应力的增加,可抑制界面部分的剥离的产生。
本发明的电子部件,其特征在于,具备上述多层陶瓷基板。
-发明效果-
根据本发明,能够提供强度高、且抑制了表层部处的裂缝的产生的多层陶瓷基板。
附图说明
图1是示意性地表示具备本发明的一实施方式涉及的多层陶瓷基板的电子部件的剖视图。
图2是表示在图1示出的多层陶瓷基板的制造中途制作的复合层叠体的剖视图。
图3是示意性地表示评价用的多层陶瓷基板的剖视图。
具体实施方式
以下,对本发明的多层陶瓷基板及电子部件进行说明。
然而,本发明未被限定于以下的结构,在对本发明的主旨没有变更的范围内能够适当变更后加以应用。其中,将以下记载的本发明的各个期望的结构组合两个以上所得的结构还是本发明。
图1是示意性地表示具备本发明的一实施方式涉及的多层陶瓷基板的电子部件的剖视图。
多层陶瓷基板1具有层叠构造,该层叠构造包括内层部3、和位于在层叠方向上夹持内层部3的位置的第1表层部4及第2表层部5。
内层部3、第1表层部4及第2表层部5分别由至少1层的陶瓷层构成。第1表层部4包括与内层部3相邻的第1层41,第2表层部5包括与内层部3相邻的第1层51。再有,内层部3包括与第1表层部4中的第1层41相邻的第2层31及与第2表层部5中的第1层51相邻的第2层32。
多层陶瓷基板1具备布线导体。布线导体用于构成例如电容器或电感器这样的无源元件、或者进行元件间的电连接的连接布线,典型的是,如图示出的,由若干个导体膜9、10及11以及若干个通孔导体12构成。这些布线导体优选以银或铜为主成分。
导体膜9形成于多层陶瓷基板1的内部。导体膜10及11分别形成于多层陶瓷基板1的一个主面上及另一主面上。通孔导体12被设置成与导体膜9、10及11的任意一个电连接、且在厚度方向上将陶瓷层的任意一个特定的层贯通。
在多层陶瓷基板1的一个主面上,在被电连接至导体膜10的状态下搭载芯片部件13及14。由此,可构成具备多层陶瓷基板1的电子部件2。形成在多层陶瓷基板1的另一主面上的导体膜11被用作为将该电子部件2安装于未图示的母板上时的电连接单元。
在本发明的多层陶瓷基板中,第1层的热膨胀系数比第2层的热膨胀系数小。在此,在将第1层的热膨胀系数设为α1[ppmK-1]、将第2层的热膨胀系数设为α2[ppmK-1]时,优选0.3≤α2-α1≤1.5。热膨胀系数之差α2-α1的更优选的下限值为0.5、进一步优选的下限值为0.6,更优选的上限值为1.4、进一步优选的上限值为1.3。
另外,热膨胀系数是作为通过热机械分析(TMA)从室温到500℃为止以5℃/min的升温速度进行测定的值而获得的。
第1层的热膨胀系数α1的优选的下限值为5.0ppmK-1、更优选的下限值为5.5ppmK-1、优选的上限值为8.0ppmK-1、更优选的上限值为7.5ppmK-1、进一步优选为上限值为6.5ppmK-1。再有,第2层的热膨胀系数α2的优选的下限值为5.5ppmK-1、更优选的下限值为6.0ppmK-1、优选的上限值为8.5ppmK-1、更优选的上限值为8.0ppmK-1。
作为构成表层部的表层部陶瓷层、及构成内层部的内层部陶瓷层的各材料,如果利用陶瓷填料与玻璃的混合物,那么通过变更陶瓷填料与玻璃的比率、或者陶瓷填料的种类及/或玻璃的种类,从而能够分别调整第1层的热膨胀系数及第2层的热膨胀系数。
在本发明的多层陶瓷基板中,构成第1层的玻璃的软化点和构成第2层的玻璃的软化点之差为60℃以下。构成第1层的玻璃的软化点和构成第2层的玻璃的软化点之差优选为30℃以下,更优选为20℃以下,尤其优选0℃。即,构成第1层的玻璃的软化点和构成第2层的玻璃的软化点相等的情况是尤其优选的。
在构成第1层的玻璃的软化点和构成第2层的玻璃的软化点不同的情况下,虽然优选构成第1层的玻璃的软化点高于构成第2层的玻璃的软化点,但构成第1层的玻璃的软化点也可以比构成第2层的玻璃的软化点还低。构成第1层的玻璃的软化点比构成第2层的玻璃的软化点高,由此能抑制电极成分多余扩散而产生的表层部位的空隙产生,进一步提高表层部位的可靠性。
优选构成第1层及上述第2层的玻璃的软化点均为720℃以上。在将构成第1层的玻璃的软化点设为Ts1[℃]时,Ts1的优选的下限值为720℃、优选的上限值为830℃、更优选的上限值为820℃。再有,在将构成第2层的玻璃的软化点设为Ts2[℃]时,Ts2的更优选的下限值为730℃、优选的上限值为840℃、更优选的上限值为830℃。
其中,玻璃的软化点是作为通过示差热分析以10℃/min的升温速度进行测定的值而获得的。
第1层及第2层均包括玻璃。尤其,构成第1层及第2层的玻璃均包括40重量%以上的MO(其中,MO为从包括CaO、MgO、SrO及BaO的群组中选择的至少一种)。
优选构成第1层及第2层的玻璃均还包含SiO2、B2O3及Al2O3。
通过调整构成第1层及第2层的材料所包含的玻璃的组成及各成分的含量,从而不仅能够调整第1层的热膨胀系数及第2层的热膨胀系数,还能够调整构成第1层的玻璃的软化点及构成第2层的玻璃的软化点。
构成第1层的玻璃所包含的成分的含量的优选的比例如下。
MO(优选为CaO):40.0重量%以上且55.0重量%以下,优选的下限值为41.0重量%、优选的上限值为50.0重量%
Al2O3:0重量%以上且10.0重量%以下,优选的下限值为3.0重量%、优选的上限值为8.5重量%
B2O3:0重量%以上且27.0重量%以下,优选的下限值为3.0重量%、优选的上限值为20.0重量%
SiO2:25.0重量%以上且70.0重量%以下,优选的下限值为30.0重量%、优选的上限值为60.0重量%
构成第2层的玻璃所包含的成分的含量的优选的比例如下。
MO(优选为CaO):40.0重量%以上且55.0重量%以下,优选的下限值为41.0重量%、优选的上限值为50.0重量%
Al2O3:0重量%以上且10.0重量%以下,优选的下限值为3.0重量%、优选的上限值为8.5重量%
B2O3:0重量%以上且27.0重量%以下,优选的下限值为3.0重量%、优选的上限值为20.0重量%
SiO2:25.0重量%以上且70.0重量%以下,优选的下限值为30.0重量%、优选的上限值为60.0重量%
构成第1层及第2层的玻璃中也可以包含其他杂质,包含杂质的情况下的优选的含量少于5重量%。
作为陶瓷填料第1层及第2层均优选包括Al2O3。Al2O3填料有助于使机械强度提高。
作为陶瓷填料,第1层优选包含48重量%以上且58重量%以下的Al2O3。再有,作为陶瓷填料,第2层优选包含50重量%以上且60重量%以下的Al2O3。
作为陶瓷填料,在Al2O3以外,也可以利用例如ZrO2等的其他陶瓷。
在表层部包括第1层以外的层的情况下,第1层以外的层虽然也可以由与第1层不同的材料构成,但优选由与第1层相同的材料构成。再有,在内层部包括第2层以外的层的情况下,第2层以外的层虽然也可以由与第2层不同的材料构成,但优选由与第2层相同的材料构成。
图1示出的多层陶瓷基板1优选如下这样来制造。
图2是表示在图1示出的多层陶瓷基板的制造中途制作的复合层叠体的剖视图。
复合层叠体21具备应该成为多层陶瓷基板1中的内层部的内层用陶瓷生片22、和应该成为表层部的表层用陶瓷生片23及24,并且具备限制用陶瓷生片25及26。再有,与内层用陶瓷生片22以及表层用陶瓷生片23及24相关地,设置作为多层陶瓷基板1所具备的布线导体的导体膜9、10及11以及通孔导体12。
为了制作这种复合层叠体21,首先,分别准备内层用陶瓷生片22、表层用陶瓷生片23及24以及限制用陶瓷生片25及26。应该成为第1层的表层用陶瓷生片23及24的烧结体的热膨胀系数比应该成为第2层的内层用陶瓷生片22的烧结体的热膨胀系数小,构成应该成为第1层的表层用陶瓷生片23及24的烧结体的材料以及构成应该成为第2层的内层用陶瓷生片22的烧结体的材料均包括玻璃,该玻璃包括40重量%以上的MO(其中,MO是从包括CaO、MgO、SrO及BaO的群组中选择的至少一种),选择这些生片22、23及24的各组成,以使得构成应该成为第1层的表层用陶瓷生片23及24的烧结体的玻璃的软化点和构成应该成为第2层的内层用陶瓷生片22的烧结体的玻璃的软化点之差为60℃以下。再有,限制用陶瓷生片25及26被设为包括在表层用陶瓷生片23及24以及内层用陶瓷生片22进行烧结的温度下并不烧结的无机材料的组成。
接着,分别配置表层用陶瓷生片23及24、进而在其外侧分别配置限制用陶瓷生片25及26,以使得在层叠方向上夹持至少一个内层用陶瓷生片22,由此制作图2所示的复合层叠体21。
接着,复合层叠体21在虽然表层用陶瓷生片23及24以及内层用陶瓷生片22进行烧结、但限制用陶瓷生片25及26并未进行烧结的温度下被烧成。结果,获得烧成后的复合层叠体21,其中:来源于表层用陶瓷生片23及24的第1层41及51(参照图1)的热膨胀系数比来源于内层用陶瓷生片22的第2层31及32(参照图1)的热膨胀系数小,构成第1层41及51以及第2层31及32(参照图1)的材料均包括玻璃,该玻璃包括40重量%以上的MO(其中,MO为从包括CaO、MgO、SrO及BaO的群组中选择的至少一种),构成第1层41及51的玻璃的软化点和构成第2层31及32的玻璃的软化点之差为60℃以下。
然后,在烧成后的复合层叠体21中,去除来源于限制用陶瓷生片25及26的部分。由此,获得多层陶瓷基板1。
根据上述的制造方法,由于对在两主面上配置了限制用陶瓷生片的复合层叠体进行烧成,故能够抑制表层用陶瓷生片及内层用陶瓷生片的烧成时的各主面方向上的收缩。因而,不仅能够抑制多层陶瓷基板的不期望的变形、并提高尺寸精度,还能够难以产生烧成时的表层部与内层部之间的剥离。
在制造多层陶瓷基板1时,也可以不利用上述那样的限制用陶瓷生片25及26,而是对无限制用陶瓷生片状态下的层叠体进行烧成。
实施例
以下,表示更具体地公开了本发明的多层陶瓷基板的实施例。
其中,本发明并未仅限定于这些实施例。
(多层陶瓷基板的制作)
首先,准备了具有表1所示的组成及软化点的玻璃粉末。玻璃粉末的软化点是利用示差热分析装置(日本理学公司制)并以10℃/min的升温速度进行测定的。
[表1]
接下来,分别制作了表层用陶瓷生片及内层用陶瓷生片,以便获得表2所示的各试样。
表2中表示表层用陶瓷生片及内层用陶瓷生片所包含的玻璃粉末的种类及含量、作为陶瓷填料的Al2O3粉末的平均粒径D50及含量、以及作为种晶的CaSiO3粉末的含量。在表2中,玻璃的种类所记载的“G1”~“G3”的记号和表1的“玻璃记号”对应。
再有,Al2O3粉末的平均粒径D50是利用BEL Microtrac公司制的粒径分布测定装置MT3300-EX,通过激光折射散射法测定0.02μm以上且1400μm以下的范围的粒径分布,并计算了粒径的个数平均。
[表2]
为了获得表2示出的各试样,将溶剂、分散剂、粘合剂及增塑剂配合并混合于包括玻璃粉末、Al2O3粉末及CaSiO3粉末的混合粉末中,由此得到浆料。通过将所获得的浆料涂敷于PET薄膜上,从而制作出表层用陶瓷生片及内层用陶瓷生片。如表2所示,将玻璃粉末与Al2O3粉末的重量比调整为48∶52~60∶40。
另一方面,将溶剂、分散剂、粘合剂及增塑剂配合并混合于Al2O3粉末中,由此得到浆料。通过将所获得的浆料涂敷于PET薄膜上,从而制作出厚度50μm的限制用陶瓷生片。
另外,在上述工序中,调整了所使用的表层用陶瓷生片及内层用陶瓷生片的各厚度,以便在烧成后分别获得表2示出的第1层(表层)的厚度及第2层(内层)的厚度。
利用表层用陶瓷生片及内层用陶瓷生片,制作出评价用的多层陶瓷基板。
图3是示意性地表示评价用的多层陶瓷基板的剖视图。评价用的多层陶瓷基板成为将内层部3作为芯、并将表层部4及5(第1层41及51)分别粘贴到内层部3的表背面(第2层31及32)的层叠构造。在基板内预先形成通孔导体12,通孔导体12对形成于基板表面的第1层51的导体膜11、及形成在构成内层部3的层间的导体膜9进行连接。从形成在基板表面的第1层41的导体膜10到与通孔导体12连接的导体膜9为止,以给定的间隔(与第1层41及第2层31的合计厚度相应的间隔)分开。
具体是,在表层用陶瓷生片及内层用陶瓷生片印刷层间连接用的通孔导体及导体膜,对各陶瓷生片进行层叠压接,一在870℃的温度下保持10分钟的条件进行了烧成。然后,从烧成后的基板中去除来源于限制用陶瓷生片的未烧结部分,由此得到评价用的多层陶瓷基板。
[表3]
(多层陶瓷基板的评价)
关于评价用的多层陶瓷基板,如表3所示,针对“软化点之差的绝对值”、“热膨胀系数之差”、“第1层及第2层的合计厚度”、“微裂缝”、“抗弯强度”、“绝缘性(层间绝缘性)”及“剥离”的各项目进行了评价。
“软化点之差的绝对值”是根据构成评价用的多层陶瓷基板的第1层的玻璃的软化点Ts1及构成第2层的玻璃的软化点Ts2而求出的。
“热膨胀系数之差”是根据评价用的多层陶瓷基板的第1层的热膨胀系数α1及第2层的热膨胀系数α2而求出的。热膨胀系数是通过热机械分析(TMA)在以下的条件下从室温到500℃为止以5℃/min的升温速度进行了测定。
测定环境:氮(300mL/min)
测定载荷:10gf
“第1层及第2层的合计厚度”是根据第1层的厚度及第2层的厚度而求出的。
“微裂缝”是通过将荧光液含浸于基板、并对第1层附近的荧光液的发光进行显微镜观察而进行了评价的参数,将放大至500倍并在目视下不能确认裂缝形状的发光的情况设为“○”,将放大至500倍而能确认出裂缝形状的发光的情况设为“×”。
“抗弯强度”是通过3点弯曲法并针对表层部、内层部及基板(烧结体整体)各自进行了测定。
“绝缘性”是通过施加30V的直流电压并测定60秒后的绝缘电阻IR而进行了评价的参数,将变成LogIR<10的试样判断为短路不良。根据图3,对第1层41及第2层31的合计厚度给绝缘性造成的影响进行评价。
“剥离”是通过在目视下进行确认而进行了评价的参数,针对100个试样,将已被确认出剥离的试样为0个的情况设为“◎”、将剥离在1个以上且10个以下的试样中已被确认出的情况设为“○”、将剥离在11个以上的试样中已被确认出的情况设为“×”。
如表3所示,在构成第1层的玻璃的软化点与构成第2层的玻璃的软化点之差为60℃以下、且第1层的热膨胀系数小于第2层的热膨胀系数的实施例1~27中,确认出:不会产生微裂缝,还有基板的抗弯强度也与内层部的抗弯强度同等或为内层部的抗弯强度以上。
尤其,在热膨胀系数之差为0.3≤α2-α1≤1.5的实施例1~25中,可知基板的抗弯强度比内层部的抗弯强度高、还有剥离也未产生。
再有,在第1层及第2层的合计厚度为25μm以上的实施例1~9、12~20及23~27中,可知LogIR≥10,且可确保绝缘性。
相对于此,在构成第1层的玻璃的软化点与构成第2层的玻璃的软化点之差超过60℃的比较例1及2中,确认出:产生了微裂缝、且变成LogIR<10。认为这是因为:对表层部施加应变应力而产生微裂缝,由于该影响导致绝缘性下降的缘故。
进而,在比较例2中,确认出:由于第1层的热膨胀系数大于第2层的热膨胀系数,故在表层部不会产生压缩应力,基板的抗弯强度与内层部的抗弯强度相比有所下降。
还有,在比较例3中,确认出:由于构成第1层的玻璃的软化点与构成第2层的玻璃的软化点之差为60℃以下,故虽然不会产生微裂缝,但第1层的热膨胀系数大于第2层的热膨胀系数,因此基板的抗弯强度与内层部的抗弯强度相比有所下降。
-符号说明-
1 多层陶瓷基板
2 电子部件
3 内层部
4、5 表层部
21 复合层叠体
22 内层用陶瓷生片
23、24 表层用陶瓷生片
25、26 限制用陶瓷生片
31、32 第2层
41、51 第1层。
Claims (4)
1.一种多层陶瓷基板,其具有包括位于表面的表层部和位于比所述表层部更靠内侧的位置的内层部的层叠构造,所述表层部包括与所述内层部相邻的第1层,所述内层部包括与所述第1层相邻的第2层,
所述多层陶瓷基板的特征在于,
所述第1层的热膨胀系数小于所述第2层的热膨胀系数,
构成所述第1层及所述第2层的材料均包括玻璃,所述玻璃包括40重量%以上的MO,其中MO是从包括CaO、MgO、SrO及BaO的群组中选择的至少一种,
构成所述第1层的玻璃的软化点和构成所述第2层的玻璃的软化点之差为60℃以下。
2.根据权利要求1所述的多层陶瓷基板,其特征在于,
构成所述第1层及所述第2层的玻璃的软化点均为720℃以上。
3.根据权利要求1或2所述的多层陶瓷基板,其特征在于,
在将所述第1层的热膨胀系数设为α1[ppmK-1]、将所述第2层的热膨胀系数设为α2[ppmK-1]时,0.3≤α2-α1≤1.5。
4.一种电子部件,其特征在于,
具备权利要求1~3的任意一项所述的多层陶瓷基板。
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