CN1146974C - 制造多层陶瓷基片的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造多层陶瓷基片的方法，该方法无需用于形成空腔的模和对准生材片。该方法包括以下步骤：提供多块其中具有预制通孔和布线图案的生材片；在要成为空腔底部的区域上形成一层防止相邻生材片烧结的层；层压并烧结生材片，形成多层烧结体；沿空腔内壁形成切痕直至空腔底部，除去内部的烧结部分，留下形成的空腔。该方法无需昂贵的模，由此提供了一种简单、稳定且便宜的制造多层陶瓷基片的方法。
Description
技术领域
本发明涉及制造具有空腔的多层陶瓷基片(如内部埋有孔的集成电路芯片)的方法。
背景技术
多层陶瓷基片(下文称作MLCs)被广泛用于许多电子器件，这些电子器件要求越来越小的尺寸和越来越高的性能。MLCs是通过将多层具有预制通孔和布线图案的生材片(green sheet)层压形成一层压体，然后烧结该层压体而制得。
通过将集成电路芯片(如倒装晶片)埋入基片中形成的空腔内能使MLCs变得更薄。根据安装要求，基片中可以具有盲孔和通孔。
用常规方法在MLCs中形成空腔时，先用压模在欲形成空腔的那部分生坯片上冲孔，以形成所需孔。因此，空腔的规格每次变化，都必需重新制造压模，这就提高了模的成本。此外，在要形成穿过多于一块生材片的空腔时，每块生材片中的孔必需在层压之前对准。为此需要制备一个不同的用于对准的模，以精确对准各孔的位置。这就提高了制造成本，并增加了制造步骤。
此外，即便使用这种模具，也不能高精度地确定孔的位置，这使得常规方法难以应用于当前的高密度布线工艺。换句话说，常规技术正被当前非常精细布线图案的发展趋势所淘汰。
另一方面，由于常规MLCs的尺寸会由于烧结过程中发生的收缩而改变，为了确保尺寸精度，正越来越普遍地使用不收缩的陶瓷基片。为了在不收缩的陶瓷基片中形成空腔，必需用在基片烧结温度不会烧结的材料将生材片层压体夹在中间。空腔的底部也需要覆盖有在基片烧结温度不会烧结的材料。然而，没有一种简单的方法能够将不烧结的材料精确地施放在空腔底部，这使得难以在不收缩的陶瓷基片中形成空腔。
本发明的目的是提供一种制造MLCs的方法，该方法无需昂贵的模和孔对准工艺。
发明内容
在本发明中，对MLCs中将会成为空腔底部的那部分生材片进行防烧结工艺，以防相邻生材片烧结。然后，切削空腔内壁直至空腔底部，除去空腔的内部烧结部分。这有助于形成空腔。因此，即使空腔穿过数层生材片，本发明也能够迅速地产生空腔，且无需使用昂贵的模。
更具体而言，制造本发明MLCs的方法包括以下步骤。
i)将多块具有预制通孔和布线图案的生材片层压形成层压体；
ii)对该层压体进行烧结，产生多层烧结体，其中层压体包含其中有空腔的生材片，在要成为空腔底部的区域的相邻两片生材片之间施用防烧结材料；
iii)切削空腔内壁直至空腔底部，然后除去烧结部分，留下空腔。
本发明提供了一种制造多层陶瓷基片的方法，它包括：
提供多块生材片，在一块或多块所述生材片上形成通孔和布线图案中的至少一种；
在一块或多块所述生材片要形成空腔的区域上形成一层防烧结层，所述防烧结层形成在将成为空腔底部的区域上；
对上面有通孔和/或布线图案和防烧结层的所述生材片进行层压和烧结，形成多层烧结陶瓷基片；
在至少一层烧结基片上相应于所述防烧结层区域的预定区域周围形成切痕，除去所述切痕包围的所述基片部分，由此在所述基片中留下空腔。
附图说明
图1是按照本发明一个实施方案在生材片中形成通孔的步骤的透视图。
图2A是按照本发明的实施方案向层压和烧结生材片得到的多层烧结体施用激光束的剖面图。
图2B是按照本发明的实施方案在多层烧结体中产生空腔的剖面图。
图3A-3B是按照本发明的实施方案形成另一种空腔的剖面图。
具体实施方式
接着按制造步骤依次说明本发明的一个实施方案。
在第一步中，制造绝缘的生材片(下文称作生材片)。
本发明所用的生材片可以用常规方法制得。例如，可使用能够在1,000℃或更低的温度烧结的低温烧结陶瓷材料。
例如，可使用这样一种浆料，它由含45-60％(重量)平均粒度为0.5-1.5微米的玻璃粉末(如CaO-Al2O3-SiO2-B2O3组合物)和55-40％(重量)平均粒度为1.0-2.0微米的氧化铝粉末的混合粉末，以及载体(含有粘合剂、增塑剂和溶剂)捏和制得。
多种溶剂可溶性树脂(如纤维素树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂)中的任一种或水溶性聚乙烯醇树脂可用作粘合剂。
邻苯二甲酸酯(如邻苯二甲酸二丁酯)、磷酸酯或其它通用增塑剂可用作增塑剂。
能快速蒸发的溶剂(如甲苯和甲基乙基酮)和缓慢蒸发的溶剂(如溶纤剂及其衍生物、卡必醇及其衍生物或苯甲醇)可用作溶剂。根据生材片的制造条件选择溶剂。
如上制得的浆液通常用刮涂法形成片材，然后干燥该片材得到厚0.1-0.3mm的生材片。
在第二步中，在生材片上形成通孔和布线图案。本发明的一个重要特征是在该步骤中对生材片的一些部分进行防烧结处理。形成通孔和布线图案，用连续印刷法在该生材片上施涂防烧结材料。
其它方法包括在将生材片切割成约100-250mm×约100-250mm的片之后印刷布线图案。在连续印刷的情况下，在形成图案之后切割生材片。还可以通过转印、喷墨印刷和喷涂来形成图案。
在第三步中，如常规MLCs制造方法那样，在生材片上形成内部电路、层合、加压、于高温(如880-950℃)烧结一小段时间(如5-15分钟)，得到多层烧结体。然后，在该多层烧结体中形成空腔，通常用激光束来完成具有空腔的MLCs的制造。上述第二步和第三步的详细情况如下说明。
第二步是如常规制造方法那样在生材片中形成通孔。例如，使用冲模或冲孔机冲出通孔，然后将这些冲出的通孔填满用于填隙通孔(interstitial via holes)的导电糊膏。
接着，按照常规方法将布线用导电糊膏丝网印刷在基片的内层生材片或表面层生材片上，形成布线图案。
在本发明中，进一步在将成为空腔底部的区域上印刷防烧结糊，以防烧结。于此，如果每层中的空腔具有相同的形状，防烧结糊只需印刷在底部的空腔层上。如果空腔具有阶梯状结构使得一层比一层逐渐变小，或者一组层比一组层逐渐变小，如图3所示，防烧结糊还是印刷在为上层具有较大孔尺寸的一个或多个空腔提供底部的生材片层的表面上。这是因为空腔是通过除去一部分上层而逐步形成的。
主要由Ag、Cu和Au组成的糊膏可用作内层和表面层上布线图案用导电糊膏，以及填隙通孔用导电糊膏。因为该导电糊膏在低于1000℃的温度下烧结，它可以与上述陶瓷生材片一同烧结。
上述防烧结处理是对生材片上要成为空腔底部的位置进行的。只要能够防止相邻生材片的烧结，可以使用任何可行的方法进行防烧结处理，而不限于印刷防烧结糊。然而，一般来说，最方便且较好的是使用防烧结糊印刷法，它是将含有分散的陶瓷材料(其烧结温度高于生材片的烧结温度，如900℃)的糊状物施用到生材片上。
用于所述防烧结陶瓷糊的陶瓷的一个例子是Al2O3(氧化铝)。除氧化铝之外，还可使用具有高熔点的陶瓷，包括金属碳化物，如SiC、B4C和TiC，金属氮化物，如Si3N4、BN和TiN。
此外，如果生材片在中性气氛或还原气氛下烧结，可使用碳材料，如碳或石墨。防烧结糊可以用与制备用于生材片的浆料相同的方法进行制备。由于防烧结糊组分的烧结温度高于生材片的烧结温度，因此涂有该防烧结糊的相邻生材片区域不会烧结。
因此，可以在第三步中除去烧结体的内部而形成空腔，因为相邻的生材片未被烧结。
在第三步中，将多块生材片层压，并烧结形成多层基片。
首先，将多块生材片层合，热压层合体使之形成一整块生材片。用来制造层压体的热压条件无需精确地限定，但较好是温度约为60-120℃，压力约为50-300千克/厘米2。然后，于高温烧结该层压体，得到多层烧结体。
本发明的一个特征是在该多层烧结体中形成空腔。
关于形成空腔的方法，只要能够切削空腔内壁直至空腔底部并将空腔内的烧结体取出即可，对于所用方法并无特别限制。
有用的切割方法包括穿孔(perforation)、用模开槽、激光切削，以及使用日本专利公报No.H7-7269中揭示的压板(press plate)。最好的方法是激光切削法。
欲形成的空腔可以具有单层结构或多层结构。如图3所示，在多阶梯结构中，如果在下面数层空腔直径变小，先除去上层空腔内的那部分层而在上层中形成空腔，然后除去下层空腔部分的那部分层。
现参考图1-3详细说明本发明的实施方案。
将12重量份(下文称为“份”)聚甲基丙烯酸甲酯树脂、5份邻苯二甲酸二丁酯和50份甲基乙基酮加入含45份平均粒度为1.0微米的CaO-Al2O3-SiO2-B2O3玻璃粉末和55％(重量)平均粒度为1.5微米的氧化铝粉末的100份混合粉末中，捏合该混合物，得到浆液。用刮刀将该浆液施涂在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜上，然后干燥形成0.2mm厚的生材片。
对10份10％乙基纤维素的萜品醇溶液和90份平均粒度为6微米的Ag粉末进行混合和捏合，制得用于布线和填隙通孔的导电糊膏。
混合10份10％乙基纤维素的萜品醇溶液和90份平均粒度为1.5微米的氧化铝粉末，制得防烧结糊。
使用直径为0.2mm的冲模，对生材片11a和11b上的预定位置(如图1所示)冲孔，形成通孔12。然后，通过丝网印刷将这些通孔12填满通孔用导电糊膏13。为了使导电糊膏13更完全地填满通孔12，可以从底部进行抽吸。
如图1所示，将用于布线14的导电糊膏丝网印刷在生材片11c的预定区域上。
如图1所示，将防烧结糊15丝网印刷在生材片11b的预定位置上。
小心不使生材片11a至11d错位，将这些生材片进行层压，如图2所示。通过层压，相邻生材片上的糊料13成为一整体。为了防止各层压层之间错位，较好的是通过图案识别(pattern recognition)或销定位(pin aligning)进行对准。在此实施方案中，生材片11a至11d包含不收缩的陶瓷材料。因此，将氧化铝片材放在生材片层压体A的顶部和底部以防基片收缩。生材片于100℃和100千克/厘米2进行层压。最后，得到层压体。
将层压体在400℃的温度下烧2小时以烧掉其中的粘合剂，然后，将层压体于900℃烧结10分钟，得到多层烧结体。在图2A和2B中，烧结层21a至21d对应于生材片11a至11d。用液体研磨机除去多层烧结体顶部和底部的未烧结的氧化铝片16。
用激光束照射多层烧结体的表面，如图2A中箭头所示，在烧结层21a中形成图2A中虚线所示的空腔。然后，如图2B所示，通过除去烧结部分17在多层烧结体中形成空腔18。由于在多层烧结体A′中要成为空腔18底部区域的烧结层21a和21b之间施涂了具有高烧结温度的防烧结糊15，因此能容易地除去烧结部分17。用液体研磨机除去在空腔18底部上留下的防烧结材料。
使用上述步骤，容易地制得具有空腔的MLCs。
此外，可用相同的步骤制造具有阶梯状空腔的MLCs，如图3所示。在这种情况下，在基片烧结之后，先形成最高层中的空腔18。再用激光束切削空腔19的内壁，然后形成第二阶梯空腔19。通过在空腔18底部形成导电性布线，IC芯片可面朝下地安装在上面。还可以将比通常MLCs具有更精细布线图案的陶瓷基片埋入空腔区内，进行电连接，进一步增加整个基片的布线密度。
通过使用本发明MLCs的制造方法，无需用昂贵的模在MLCs中形成空腔。此外，即使空腔穿过多层生材片或具有阶梯状结构，也可容易地形成。因此，本发明提供了一种简单、可靠且便宜的方法来制造MLCs。
Claims (7)
1.一种制造多层陶瓷基片的方法，它包括：
提供多块生材片，在一块或多块所述生材片上形成通孔和布线图案中的至少一种；
在一块或多块所述生材片要形成空腔的区域上形成一层防烧结层，所述防烧结层形成在将成为空腔底部的区域上；
对上面有通孔和/或布线图案和防烧结层的所述生材片进行层压和烧结，形成多层烧结陶瓷基片；
在至少一层烧结基片上相应于所述防烧结层区域的预定区域周围形成切痕，除去所述切痕包围的所述基片部分，由此在所述基片中留下空腔。
2.如权利要求1所述的制造多层陶瓷基片的方法，其特征在于多于一次地进行所述形成切痕和除去所述切痕包围的基片部分的步骤。
3.如权利要求1所述的制造多层陶瓷基片的方法，其特征在于用激光束形成所述切痕。
4.如权利要求1所述的制造多层陶瓷基片的方法，其特征在于所述切痕是由选自下列方法的一种方法形成的：
穿孔；
用模开槽；
压板加压。
5.如权利要求1所述的制造多层陶瓷基片的方法，其特征在于所述形成一层防烧结层的步骤包括印刷或施涂一种糊料，所述糊料含有其烧结温度高于生材片的烧结温度的陶瓷。
6.如权利要求1所述的制造多层陶瓷基片的方法，其特征在于所述形成一层防烧结层的步骤包括施涂碳糊或石墨糊。
7.如权利要求1所述的制造多层陶瓷基片的方法，其特征在于所述空腔中具有阶梯。
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