TW202343694A - 陶瓷基板的加工方法、及陶瓷基板 - Google Patents

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Abstract

陶瓷基板111具有陶瓷部112，其含有Al 2O 3。陶瓷基板111的加工方法具備照射步驟：對陶瓷部112的主表面的一部分照射雷射光LB。陶瓷基板111的加工方法中，藉由照射步驟從而形成著色部。

Description

陶瓷基板的加工方法、及陶瓷基板
本發明是關於一種陶瓷基板的加工方法及陶瓷基板。
以往例如在陶瓷配線基板等用途方面，如同專利文獻1所揭示目前已知有一種含有玻璃的陶瓷基板。此外，如同專利文獻2所揭示有時會在基板設置定位用的校準標記。
先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1：日本特開2015-092541號公報 專利文獻2：日本特開2006-330192號公報
發明所欲解決之課題 本發明發現一種方法能夠在陶瓷基板上輕易地形成著色部。本發明的目的在於提供一種陶瓷基板的加工方法及陶瓷基板，其能夠在陶瓷基板上輕易地形成著色部。
用以解決課題之手段 解決上述課題的陶瓷基板的加工方法中，該陶瓷基板具有含有Al 2O 3的陶瓷部；該陶瓷基板的加工方法具備照射步驟：對上述陶瓷部的主表面的一部分照射雷射光；藉由上述照射步驟從而形成著色部。
上述陶瓷基板的加工方法中，亦可為：上述照射步驟中，根據Al而使上述主表面的一部分著色，從而形成上述著色部。
上述陶瓷基板的加工方法中，亦可為：上述陶瓷部進而具有TiO 2；上述著色部含有藉由上述照射步驟從而生成的Ti 3 ＋。
上述陶瓷基板的加工方法中，亦可為：上述陶瓷部為含有玻璃的玻璃陶瓷；上述玻璃陶瓷的組成為以質量％含有之玻璃：20～70％、Al 2O 3：10～60％、及Zn 2SiO 4：20～70％。
上述陶瓷基板的加工方法中，亦可為：上述陶瓷部為含有玻璃的玻璃陶瓷；上述玻璃陶瓷的組成為以質量％含有之玻璃：30～70％及Al 2O 3：30～70％。
上述陶瓷基板的加工方法中，亦可為：上述玻璃中，玻璃組成為以質量％含有之SiO 2：50～80％、B 2O 3：10～30％、Li 2O＋Na 2O＋K 2O：1～10％、MgO＋CaO＋SrO＋BaO：5～30％、及TiO 2：0～10％。
上述陶瓷基板的加工方法中，亦可為：上述陶瓷基板進而具備設置於上述陶瓷部上的校準標記部；上述照射步驟中，藉由對上述校準標記部所鄰接的上述陶瓷部照射上述雷射光，從而形成與上述校準標記部鄰接的上述著色部。
上述陶瓷基板的加工方法中，亦可為：上述雷射光為UV雷射光；上述照射步驟中會形成具有凹凸的上述著色部。
一種陶瓷基板，其具備：含有Al 2O 3的陶瓷部、設置於上述陶瓷部的校準標記部、及呈現與上述陶瓷部不同顏色的著色部；上述著色部形成於上述校準標記部所鄰接的區域。
上述陶瓷基板中，亦可為：上述著色部具有Al所造成的顏色。
上述陶瓷基板中，亦可為：上述陶瓷部為包含玻璃的玻璃陶瓷；上述玻璃陶瓷的組成為以質量％含有之玻璃：20～70％、Al 2O 3：10～60％、及Zn 2SiO 4：20～70％。
上述陶瓷基板中，亦可為：上述陶瓷部為包含玻璃的玻璃陶瓷；上述玻璃陶瓷的組成為以質量％含有之玻璃：30～70％及Al 2O 3：30～70％。
上述陶瓷基板中，亦可為：上述玻璃中，玻璃組成為以質量％含有之SiO 2：50～80％、B 2O 3：10～30％、Li 2O＋Na 2O＋K 2O：1～10％、MgO＋CaO＋SrO＋BaO：5～30％、及TiO 2：0～10％。
上述陶瓷基板中，亦可為：上述著色部的算術平均粗度Ra位於0.5μm以上、15μm以下的範圍内。
上述陶瓷基板中，亦可為：上述著色部的表面粗度的最大高度Sz位於5μm以上、40μm以下的範圍内。
上述陶瓷基板中，亦可為：未形成上述著色部的上述陶瓷部的算術平均粗度Ra位於5nm以上、35nm以下的範圍内。
一種陶瓷基板，其具備：含有Al 2O 3的陶瓷部、及呈現與上述陶瓷部不同顏色的著色部；上述著色部是根據Al而著色。
發明功效 根據本發明，能夠在陶瓷基板上輕易地形成著色部。
以下參照圖式針對陶瓷基板的加工方法及陶瓷基板的實施方式進行說明。其中，為了方便說明在圖式中有時會將構成的一部分誇大或簡化表示。此外，各部分的尺寸比率有時會與實際不同。首先，針對陶瓷基板的加工方法加工而成的陶瓷基板進行說明。
＜陶瓷基板＞ 如圖1及圖2所示，陶瓷基板11具備含有Al 2O 3的陶瓷部12、設置於陶瓷部12的校準標記部13、及呈現與陶瓷部12不同顏色的著色部14。著色部14形成於校準標記部13所鄰接的區域。
＜陶瓷部＞ 陶瓷基板11的陶瓷部12較佳為玻璃陶瓷或陶瓷。玻璃陶瓷含有玻璃及陶瓷。玻璃陶瓷可例示有低溫同時燒成陶瓷（LTCC：Low Temperature Co-fired Ceramics）。
玻璃中，玻璃組成較佳為以質量％含有之SiO 2：50～80％、B 2O 3：10～30％、Li 2O＋Na 2O＋K 2O：1～10％、MgO＋CaO＋SrO＋BaO：5～30％、及TiO 2：0～10％，更佳為以質量％含有之SiO 2：60～80％、B 2O 3：10～30％、Li 2O＋Na 2O＋K 2O：1～5％、MgO＋CaO＋SrO＋BaO：5～20％、及TiO 2：0.1～3％。玻璃的組成亦可為以質量％含有之作為其他氧化物的ZrO 2：0.1～3％。
陶瓷可列舉例如Zn 2SiO 4（矽鋅礦）、Al 2O 3（氧化鋁）、堇青石、AlN（氮化鋁）、磷酸鋯系化合物、ZrSiO 4（鋯石）、ZrO 2（氧化鋯）、TiO 2（氧化鈦）、SnO 2（氧化錫）、β-石英固溶體、β-鋰霞石、β-鋰輝石等。陶瓷可使用一種或二種以上。
玻璃陶瓷的組成較佳為以質量％含有之玻璃：20～70％、Al 2O 3：10～60％、及Zn 2SiO 4：20～70％，更佳為以質量％含有之玻璃：30～60％、Al 2O 3：15～45％、及Zn 2SiO 4：25～55％，最佳為以質量％含有之玻璃：35～50％、Al 2O 3：20～35％、及Zn 2SiO 4：30～45％。
玻璃陶瓷的組成亦可為不含有Zn 2SiO 4的組成。玻璃陶瓷的組成較佳為以質量％含有之玻璃：30～70％、及Al 2O 3：30～70％，更佳為以質量％含有之玻璃：40～60％、及Al 2O 3：40～60％，最佳為以質量％含有之玻璃：45～55％、及Al 2O 3：45～55％。
陶瓷部12能夠藉由例如使用陶瓷生胚片來形成電路圖案的周知方法來獲得。陶瓷部12的主表面較佳為經過研磨。陶瓷部12的主表面更佳為被研磨成為鏡面。此時，當在陶瓷部12上設置包含鍍敷膜、聚醯亞胺膜等之多層膜時，能夠抑制陶瓷部12上的刮痕、凹凸等轉印到多層膜上。若陶瓷部上的刮痕、凹凸等轉印到多層膜的話，會有導致多層膜外觀不良的疑慮。
陶瓷部12的主表面的研磨方法可列舉例如使用固定砥粒或游離砥粒的研磨。未形成著色部14的陶瓷部12的算術平均粗度Ra較佳為位於5nm以上、35nm以下的範圍内。
＜校準標記部＞ 陶瓷基板11的校準標記部13能夠由例如金屬來形成。形成校準標記部13的金屬材料可列舉例如Au、Ag、Ni、Cr等。校準標記部13的形狀並無特別限定。校準標記部13的形狀可列舉例如圓形狀、四邊形狀、十字形狀等。校準標記部13的形狀亦可為圓形或楕圓形的環狀、矩形的框狀等。校準標記部13亦可為多個形狀的組合。校準標記部13能夠使用例如鍍敷法、印刷法等來形成。
＜著色部＞ 陶瓷基板11的著色部14較佳為具有Al所造成的顏色。著色部14會呈現例如基於Al的灰色。著色部14亦可含有Ti 3 ＋。著色部14的算術平均粗度Ra較佳為0.5μm以上、15μm以下的範圍内。著色部14的表面粗度的最大高度Sz較佳為位於5μm以上、40μm以下的範圍内。著色部14形成於陶瓷部12的表面。著色部14的厚度較佳為例如1μm以上、15μm以下的範圍内。
＜陶瓷基板的加工方法＞ 接著，針對陶瓷基板的加工方法進行說明。
如圖3所示，陶瓷基板111具有含有Al 2O 3的陶瓷部112。陶瓷基板111的加工方法具備照射步驟：對陶瓷基板111的陶瓷部112的主表面的一部分照射雷射光LB。陶瓷基板111的加工方法中，藉由照射步驟從而形成圖1及圖2所示的著色部14。
照射步驟中，亦可根據Al而使陶瓷部112的主表面的一部分著色，從而形成著色部14。也就是說，通過雷射光LB使陶瓷部112的主表面的一部分變質，藉此形成著色部14。陶瓷部112亦可進而含有TiO 2，著色部14亦可含有照射步驟所生成的Ti 3 ＋。陶瓷部112所含有的TiO 2亦可含有於陶瓷的組成，亦可含有於玻璃的組成。
本實施方式的照射步驟中，藉由在校準標記部13所鄰接的陶瓷部112照射雷射光LB，從而形成與校準標記部13鄰接的著色部14。
照射步驟所用的雷射光LB可列舉例如UV雷射光、綠光雷射光等。雷射光LB較佳為UV雷射光。UV雷射光可列舉例如YAG雷射、準分子雷射等。
照射步驟所用的雷射光LB的平均輸出較佳為例如0.5W以上、15W以下的範圍内。雷射光LB的頻率較佳為例如40kHz以上、300kHz以下的範圍内。雷射光LB的集光徑較佳為例如5μm以上、30μm以下的範圍内。
雷射光LB的掃描方法並無特別限定。雷射光LB的掃描方法可列舉例如以下方法：沿著直線狀的第1掃描預定線掃描雷射光LB後，再沿著與第1掃描預定線平行延伸的直線狀的第2掃描預定線掃描雷射光LB。藉由反覆進行這種雷射光LB的掃描，從而能夠將雷射光LB照射在陶瓷部112的表面的既定範圍内。
相鄰的掃描預定線的間隔之間距寬度較佳為例如集光徑的10％以上、150％以下的範圍内。雷射光LB的掃描速度較佳為例如25mm／s以上、500mm／s以下的範圍内。
照射步驟中，亦可使用例如UV雷射光來形成具有凹凸的著色部14。具有凹凸的著色部14具有例如上述＜著色部＞欄所說明的算術平均粗度Ra、或表面粗度的最大高度Sz。
＜試作例＞ 接著，針對試作例進行說明。
首先，準備陶瓷基板111（LTCC基板：玻璃陶瓷基板）。玻璃陶瓷的組成為以質量％含有之玻璃：50％、Al 2O 3：25％、及Zn 2SiO 4：25％。
玻璃的組成為以質量％含有之SiO 2：60％、B 2O 3：20％、Na 2O：2％、K 2O：2％、MgO：3％、CaO：10％、BaO：1％、TiO 2：1％、ZrO 2：1％。
陶瓷基板111的主表面被研磨成鏡面。該陶瓷基板111的主表面設有校準標記部13（外形尺寸：500μm）。校準標記部13是以鍍Au的方式形成。
接著，進行照射步驟對陶瓷基板111的陶瓷部112照射雷射光LB。本試作例的照射步驟中是將雷射光LB照射在圖3所示的校準標記部13的内側的範圍以及沿著校準標記部13的外周的範圍。以此方式，會在與校準標記部13鄰接的區域形成著色部14。
雷射光LB的照射條件如下。 雷射光LB的種類：UV雷射，波長355nm 平均輸出：2W 頻率：90kHz 集光徑：20μm
照射步驟中，沿著直線狀的第1掃描預定線掃描雷射光LB後，再沿著與第1掃描預定線平行延伸的直線狀的第2掃描預定線掃描雷射光LB。反覆進行這種雷射光LB的掃描直到在陶瓷部112的表面的既定範圍内被照射到雷射光LB。相鄰的掃描預定線的間隔之間距寬度設為10μm。雷射光LB的掃描速度設為100mm／s。
＜試樣之顯微鏡的觀察結果＞ 利用顯微鏡在照射白色入射光的狀態下觀察上述試作例所獲得的試樣的校準標記部13、陶瓷部12、及著色部14之各自的表面。校準標記部13的顏色接近白色。陶瓷部12的顏色為灰色。相對於此著色部14的顏色為黑色。
從該結果可知，校準標記部13與著色部14鄰接的情形會比校準標記部13與陶瓷部12鄰接的情形容易識別校準標記部13。也就是說，能夠藉由在與校準標記部13鄰接的區域形成著色部14，從而提高校準標記部13的識別性。
＜電子自旋共振法（ESR）之著色部的分析＞
首先，針對上述試作例所用之照射步驟前的陶瓷基板111的陶瓷部112的主表面上以測定溫度50K進行ESR測定，獲得ESR光譜。該結果示於圖4。
接著，針對上述試作例所獲得之照射步驟後的陶瓷基板11的著色部14的主表面上以測定溫度50K進行ESR測定，獲得ESR光譜。該結果示於圖5。
圖4及圖5中符號＂◆＂表示有出現以g＝2.002為中心之6條線（分裂間隔：約82G，Mn 2 ＋）的部分。圖5所示的ESR光譜中，在以虛線表示的區域A1内有出現多種根據電洞的訊號（g＝2.050，2.010，2.002）。此外，圖5所示的ESR光譜中，在以虛線表示的區域A2内存在著以g＝2.018為中心的6條線的訊號。由此可知，圖5所示的ESR光譜中出現了圖4所示的ESR光譜中不存在的以g＝2.018為中心的6條線的訊號。以g＝2.018為中心的6條線的訊號被推測是根據Al所生成的共鳴訊號，詳細而言為 27Al所擁有的核旋轉所生成的訊號。
從該結果可知，照射步驟後的陶瓷基板11中的著色部14的著色是根據照射步驟前的陶瓷基板111的陶瓷部112所含有的Al所產生。像這樣的著色部14的著色是根據包含Al的構造的變化而生成者。此外，在著色部14中觀測到的以g＝2.018為中心的訊號是相較於自由電子所擁有的g＝2.0023大的位置的訊號。由此可推論出在著色部14中觀測到的以g＝2.018為中心的訊號是具有Al的電洞所造成的訊號。因此，為了藉由照射步驟形成著色部14，需要在照射步驟前的陶瓷基板111含有Al源，詳細而言為含有Al 2O 3。
圖5所示的ESR光譜中，訊號S是g＝1.946的共鳴訊號，其是由Ti所造成。g＝1.946的共鳴訊號的峰值被認為是起因於缺少氧所導致的晶格缺陷。從該結果可知，Ti 3 ＋也有賦予著色部14的著色。
ESR光譜之著色部14的觀測結果整理示於表1。
表1
定量値［個／g］
g=1.946 g=2.018中心的6條線 （分裂間隔：7G） g=2.050, 2.010, 2.002
Ti 3+ 具有Al電洞 電洞（分類不明）
陶瓷部 未觀測 未觀測 未觀測
著色部 8.10E+17 5.50E+14 1.60E+15
＜表面狀態的測定＞ 藉由表面粗度測定機（TOKYO SEIMITSU Corporation製，商品名：SURFCOM 1400D）及雷射顯微鏡（Olympus Corporation，商品名：OLS5000）來測定照射步驟前的陶瓷基板111的陶瓷部112的算術平均粗度Ra及表面粗度的最大高度Sz。
照射步驟後的陶瓷基板11的著色部14的算術平均粗度Ra及表面粗度的最大高度Sz亦同樣以上述方式測定。該結果示於表2。
表2
算術平均粗度Ra 最大高度Sz
陶瓷部 10～30nm 1～2μm
著色部 1.5～1.6μm 11～13μm
此處，當藉由例如鍍敷來形成校準標記部13時，校準標記部13的表面會呈現比較平滑的面。藉由使像這樣的校準標記部13與上述Ra、Sz之値較陶瓷部112大的著色部14鄰接，從而可提升校準標記部13的識別性。
接著，針對本實施方式的作用及效果進行說明。
（1）具有含有Al 2O 3的陶瓷部112的陶瓷基板111的加工方法具備照射步驟：對陶瓷部112的主表面的一部分照射雷射光LB。陶瓷基板111的加工方法中，藉由照射步驟從而形成著色部14。藉由該方法，可透過照射雷射光LB的照射步驟利用含有Al 2O 3的陶瓷部112從而輕易地形成著色部14。如此一來，例如能夠輕易地對陶瓷基板111賦予利用著色部14的識別資訊。
（2）陶瓷基板111的加工方法中，陶瓷部112亦可進而含有TiO 2，著色部14亦可含有照射步驟所生成的Ti 3 ＋。此時，可使著色部14的色調產生變化。
（3）陶瓷基板111的加工方法中的陶瓷基板111進而具備設置於陶瓷部112上的校準標記部13。上述照射步驟中，藉由對校準標記部13所鄰接的陶瓷部112照射雷射光LB，從而形成與校準標記部13鄰接的著色部14。此時，即使在例如陶瓷部112所鄰接的校準標記部13的識別性較低的情形，仍可藉由形成與校準標記部13鄰接的著色部14，從而輕易地提升校準標記部13的識別性。
例如在當陶瓷部112的主表面為經過研磨的鏡面，並且校準標記部13是由金屬鍍敷形成時，在陶瓷部112的主表面及校準標記部13的主表面容易反光。如此一來，校準標記部13相對於陶瓷部112的識別性特別容易降低。這種情形下從提升校準標記部13的識別性的觀點而言，著色部14會特別有幫助。
（4）照射步驟中照射的雷射光LB為UV雷射光，照射步驟中亦可形成具有凹凸的著色部14。此時，可藉由例如根據著色部14的凹凸所產生的光的散射從而使著色部14的色調產生變化。
（5）陶瓷基板11能夠用於例如陶瓷配線基板，特別是探針卡等可用於半導體檢查裝置的基板等。此外，陶瓷基板11也能夠用於同時製造多個封裝電子零件的封裝製品的母基板，也就是分割成多片用的母基板等。由於該等的用途被要求高精確度的定位，故例如上述之提升校準標記部13的識別性會特別有效。
＜變更例＞ 上述實施方式亦可如以下方式變更實施。上述實施方式及以下的變更例能夠在技術上不矛盾的範圍內互相組合實施。
・上述陶瓷基板111的加工方法也能夠變更為如下的加工方法：著色部14形成於未與校準標記部13鄰接的位置。此外，上述陶瓷基板111的加工方法也能夠變更為如下的加工方法：著色部14形成於不具有校準標記部13的陶瓷基板。此時，著色部14能夠以例如顯示文字、數字、符號等識別資訊的顯示部的方式來構成。也就是說，根據陶瓷基板111的加工方法能夠輕易地對陶瓷基板111賦予利用著色部14而形成的識別資訊。這種方式所獲得的陶瓷基板11具備含有Al2O3的陶瓷部12、及呈現與陶瓷部12不同顏色的著色部14，著色部14是根據Al而著色。
・陶瓷基板111的校準標記部13可設於陶瓷部112的一個部位，亦可設於陶瓷部112的多個部位。當校準標記部13設置於陶瓷部112的多個部位時，陶瓷基板11的著色部14能夠形成於多個校準標記部13中的至少一個所鄰接的區域。
11:陶瓷基板（照射步驟後） 12:陶瓷部（照射步驟後） 13:校準標記部 14:著色部 111:陶瓷基板（照射步驟前） 112:陶瓷部（照射步驟前） LB:雷射光
圖1是表示實施方式的陶瓷基板的俯視圖。 圖2是沿著圖1的2-2線的剖面圖。 圖3是說明陶瓷基板的加工方法的剖面圖。 圖4是照射步驟前的陶瓷基板的ESR光譜。 圖5是照射步驟後的陶瓷基板的ESR光譜。
13:校準標記部
111:陶瓷基板
112:陶瓷部
LB:雷射光

Claims (17)

  1. 一種陶瓷基板的加工方法，該陶瓷基板具有含有Al 2O 3的陶瓷部， 該陶瓷基板的加工方法具備照射步驟：對上述陶瓷部的主表面的一部分照射雷射光， 藉由上述照射步驟從而形成著色部。
  2. 如請求項1所述的陶瓷基板的加工方法，其中 上述照射步驟中，根據Al而使上述主表面的一部分著色，從而形成上述著色部。
  3. 如請求項1所述的陶瓷基板的加工方法，其中 上述陶瓷部進而具有TiO 2， 上述著色部含有藉由上述照射步驟從而生成的Ti 3 ＋。
  4. 如請求項1所述的陶瓷基板的加工方法，其中 上述陶瓷部為含有玻璃的玻璃陶瓷， 上述玻璃陶瓷的組成為以質量％含有之玻璃：20～70％、Al 2O 3：10～60％、及Zn 2SiO 4：20～70％。
  5. 如請求項1所述的陶瓷基板的加工方法，其中 上述陶瓷部為含有玻璃的玻璃陶瓷， 上述玻璃陶瓷的組成為以質量％含有之玻璃：30～70％及Al 2O 3：30～70％。
  6. 如請求項4或請求項5所述的陶瓷基板的加工方法，其中 上述玻璃中，玻璃組成為以質量％含有之SiO 2：50～80％、B 2O 3：10～30％、Li 2O＋Na 2O＋K 2O：1～10％、MgO＋CaO＋SrO＋BaO：5～30％、及TiO 2：0～10％。
  7. 如請求項1～請求項5中任一項所述的陶瓷基板的加工方法，其中 上述陶瓷基板進而具備設置於上述陶瓷部上的校準標記部， 上述照射步驟中，藉由對上述校準標記部所鄰接的上述陶瓷部照射上述雷射光，從而形成與上述校準標記部鄰接的上述著色部。
  8. 如請求項1～請求項5中任一項所述的陶瓷基板的加工方法，其中 上述雷射光為UV雷射光， 上述照射步驟中會形成具有凹凸的上述著色部。
  9. 一種陶瓷基板，其具備： 含有Al 2O 3的陶瓷部、 設置於上述陶瓷部的校準標記部、及 呈現與上述陶瓷部不同顏色的著色部， 上述著色部形成於上述校準標記部所鄰接的區域。
  10. 如請求項9所述的陶瓷基板，其中 上述著色部具有Al所造成的顏色。
  11. 如請求項9所述的陶瓷基板，其中 上述陶瓷部為包含玻璃的玻璃陶瓷， 上述玻璃陶瓷的組成為以質量％含有之玻璃：20～70％、Al 2O 3：10～60％、及Zn 2SiO 4：20～70％。
  12. 如請求項9所述的陶瓷基板，其中 上述陶瓷部為包含玻璃的玻璃陶瓷， 上述玻璃陶瓷的組成為以質量％含有之玻璃：30～70％及Al 2O 3：30～70％。
  13. 如請求項11或請求項12所述的陶瓷基板，其中 上述玻璃中，玻璃組成為以質量％含有之SiO 2：50～80％、B 2O 3：10～30％、Li 2O＋Na 2O＋K 2O：1～10％、MgO＋CaO＋SrO＋BaO：5～30％、及TiO 2：0～10％。
  14. 如請求項9～請求項12中任一項所述的陶瓷基板，其中 上述著色部的算術平均粗度Ra位於0.5μm以上、15μm以下的範圍内。
  15. 如請求項9～請求項12中任一項所述的陶瓷基板，其中 上述著色部的表面粗度的最大高度Sz位於5μm以上、40μm以下的範圍内。
  16. 如請求項9～請求項12中任一項所述的陶瓷基板，其中 未形成上述著色部的上述陶瓷部的算術平均粗度Ra位於5nm以上、35nm以下的範圍内。
  17. 一種陶瓷基板，其具備： 含有Al 2O 3的陶瓷部、及 呈現與上述陶瓷部不同顏色的著色部， 上述著色部是根據Al而著色。
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