專利名稱：復(fù)合疊層板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合疊層板及其制造方法。本發(fā)明具體涉及包含玻璃和陶瓷材料并適用于多層電路板的復(fù)合疊層板，而且還涉及它的制造方法。
隨著芯片元件尺寸和重量的減小，安裝芯片元件的電路板的尺寸和重量也需要相應(yīng)地減小。例如，玻璃陶瓷的多層電路板就可有效地滿足這個(gè)要求，因?yàn)椴Ａ沾啥鄬与娐钒灞阌谶M(jìn)行高密度的布線和減小基材本身的厚度及重量。
玻璃陶瓷多層電路板通常按如下方式形成。提供含有玻璃粉末和陶瓷粉末這兩者的許多層生坯片。內(nèi)部導(dǎo)體例如內(nèi)部電極通過(guò)例如印刷方法形成在每個(gè)具體的生坯片上。將這些生坯片堆疊起來(lái)，進(jìn)行壓制，然后進(jìn)行熱處理。最后，形成外部的導(dǎo)電膜例如外電極。
為了在玻璃陶瓷多層電路板的外表面上進(jìn)行高密度布線，必須在基材表面上形成精細(xì)的線路圖案。因此必須改善基材的表面光滑度。
表面光滑度的這種改善不僅需要在構(gòu)成外表面的生坯片內(nèi)使用精細(xì)研磨的陶瓷粉末，也需要在其他生坯片內(nèi)使用精細(xì)研磨的玻璃粉末。然而，制備精細(xì)研磨的玻璃粉末，與陶瓷粉末的研磨相比較為困難，而且會(huì)增加加工成本。結(jié)果是，用來(lái)進(jìn)行高密度布線的玻璃陶瓷多層電路板就很昂貴。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供價(jià)格較為低廉的便于進(jìn)行高密度布線的玻璃陶瓷多層電路板，和制造該種玻璃陶瓷多層電路板的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，復(fù)合疊層板包括至少一層含玻璃的第一片層，和至少一層含陶瓷顆粒的第二片層，它與第一片層相接觸。其中第二片層構(gòu)成復(fù)合疊層板的至少一個(gè)主表面，第二片層內(nèi)的陶瓷顆粒是未燒結(jié)的，使包含于第一片層內(nèi)的玻璃熔化，部分地滲入第二片層，使陶瓷顆粒彼此粘結(jié)。
在本發(fā)明的復(fù)合疊層板中，第一片層優(yōu)選還含有陶瓷填料。
當(dāng)本發(fā)明的復(fù)合疊層板用作多層電路板時(shí)，由第二片層提供的主表面可用作在其上面構(gòu)成多層電路板部分線路的外導(dǎo)電膜的一個(gè)表面。
構(gòu)成多層電路板部分線路的內(nèi)部導(dǎo)體可以提供在復(fù)合疊層板的內(nèi)部。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，復(fù)合疊層板的制造方法包括如下步驟第一步，制備一個(gè)復(fù)合疊層板生坯，它包括至少一層含玻璃的第一片層，和至少一層含陶瓷顆粒的第二片層，第二片層與第一片層接觸，第二片層構(gòu)成復(fù)合疊層板的至少一個(gè)主表面；第二步，在一定溫度下對(duì)復(fù)合疊層板生坯進(jìn)行熱處理，該溫度應(yīng)不引起陶瓷顆粒的燒結(jié)但要使玻璃熔化，目的是通過(guò)第一片層內(nèi)玻璃的熔化使第一片層粘結(jié)起來(lái)，而且使熔化的部分玻璃滲入第二片層內(nèi)，使陶瓷顆粒彼此粘結(jié)。
在復(fù)合疊層板的制造方法的第一步中，優(yōu)選的是第一片層內(nèi)的玻璃是用粉末，第二片層內(nèi)的陶瓷顆粒的粒度則小于玻璃粉末的粒度。
在第一步中，第一片層優(yōu)選還含有陶瓷填料。
在第一步中，第一片層可以先單獨(dú)制造，然后將第二片層形成在第一片層上。另一種辦法，是第一片層和第二片層各自都可以先單獨(dú)制造，然后將第一片層和第二片層堆疊起來(lái)，形成復(fù)合疊層板的生坯。
當(dāng)該方法用作制造多層電路板的方法時(shí)，構(gòu)成多層電路板部分線路的外導(dǎo)電膜可以形成在至少一個(gè)由第二片層形成的主表面上。
構(gòu)成多層電路板部分線路的內(nèi)部導(dǎo)體可以形成在復(fù)合疊層板生坯的內(nèi)部。
根據(jù)本發(fā)明，第二片層的表面粗糙度基本上取決于包含在第二片層內(nèi)陶瓷顆粒的粒度。因此，即使當(dāng)?shù)谝黄瑢拥纳髌辛６容^大的玻璃粉末時(shí)，在第二片層中使用細(xì)小陶瓷顆粒也可改進(jìn)該片層的表面光滑度，即改進(jìn)復(fù)合疊層板主表面的表面光滑度。因此，就能夠無(wú)需對(duì)玻璃粉末進(jìn)一步研磨，就可以較小的成本制成本發(fā)明的復(fù)合疊層板。此外，當(dāng)?shù)谝黄瑢映瞬Ａн€含有陶瓷填料時(shí)，能夠進(jìn)一步提高復(fù)合疊層板的機(jī)械強(qiáng)度。
根據(jù)本發(fā)明，第二片層的表面粗糙度基本上取決于包含在第二片層內(nèi)陶瓷顆粒的粒度。因此，即使當(dāng)?shù)谝黄瑢拥纳髌辛６容^大的玻璃粉末時(shí)，在第二片層中使用細(xì)小陶瓷顆粒也可改進(jìn)該片層的表面光滑度、即改進(jìn)復(fù)合疊層板主表面的表面光滑度。因此，就能夠無(wú)需對(duì)玻璃粉末進(jìn)一步研磨、就可以較小的成本制成本發(fā)明的復(fù)合疊層板。當(dāng)這種復(fù)合疊層板用作電路板時(shí)，就能夠沒(méi)有問(wèn)題地在其主表面上形成具有精細(xì)圖案的外導(dǎo)電膜，在電路板上形成高密度的線路。另外，當(dāng)?shù)谝黄瑢映瞬Ａн€含有陶瓷填料時(shí)，能夠進(jìn)一步提高復(fù)合疊層板的機(jī)械強(qiáng)度。


圖1A是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的復(fù)合疊層板生坯的示意剖面圖；圖1B是圖1A的復(fù)合疊層板在熱處理后的示意性剖面圖。
圖2A是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的復(fù)合疊層板生坯的示意剖面圖；圖2B是圖2A的復(fù)合疊層板在熱處理后的示意性剖面圖。
圖3是應(yīng)用到多層電路板的復(fù)合疊層板的示意性剖面圖。
圖1A是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的疊層板生坯的示意剖面圖；圖1B是疊層板生坯1熱處理后形成的復(fù)合疊層板2的示意性剖面圖。
未燒結(jié)疊層板1包括含玻璃粉末3的第一片層4和兩個(gè)含陶瓷顆粒5的第二片層6。兩個(gè)第二片層6都與第一片層4接觸。因?yàn)樵谠搶?shí)施方式中兩個(gè)第二片層6是夾住第一片層4的，所以由這兩個(gè)第二片層6提供疊層板生坯1的兩個(gè)主表面。
在第一片層內(nèi)玻璃粉末3的優(yōu)選玻璃材料是鈣長(zhǎng)石結(jié)晶玻璃。另一種玻璃材料的例子包括硼硅酸鹽玻璃和堇青石結(jié)晶玻璃。玻璃粉末3的粒度不必如陶瓷顆粒5的粒度那樣小，而且可以比陶瓷顆粒5的粒度大。
第一片層4可以優(yōu)選先單獨(dú)制造，例如制成含玻璃粉末3的生坯片。其制造是將玻璃粉末3、分散介質(zhì)和粘合劑混合形成漿料，脫除漿料中的氣泡，然后用刮片涂敷漿料形成為片。粘合劑和分散介質(zhì)如圖1A和1B中的載體7所示。
有用的分散介質(zhì)的例子是水、甲苯、醇及其混合物。粘合劑的例子是丁醛樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、乙酸乙烯酯樹(shù)脂和聚乙烯醇。如果需要，漿料可以含有增塑劑、分散劑和消泡劑。生坯片可以通過(guò)擠壓、輥壓或壓制形成。
第一片層4如上所述單獨(dú)制成以后，第二片層6就可以形成在該片上。在此情形下，先制備含有陶瓷顆粒5、分散劑和粘合劑的漿料，將用作第一片層4的片浸入漿料內(nèi)。這個(gè)浸沒(méi)過(guò)程能夠有效地制成包括提供在第一片層4兩個(gè)表面上的第二片層6的疊層板生坯1。調(diào)節(jié)陶瓷顆粒5在漿料內(nèi)的含量和浸沒(méi)時(shí)間，就能夠控制第二片層6的厚度。
在第二片層6的漿料內(nèi)，在圖1A和1B中顯示為載體8的粘合劑和分散劑，可以與第一片層4漿料內(nèi)的粘合劑和分散劑相同，也可以不同。
代替浸沒(méi)工序，第二片層6還可以通過(guò)噴涂、輥涂或印刷含有陶瓷顆粒5的漿料來(lái)形成。另外，也可以如同第一片層4一樣單獨(dú)制造兩個(gè)第二片層6，然后將這兩個(gè)第二片層6疊置在第一片層4的兩面，這樣來(lái)制成疊層板生坯1。
優(yōu)選的是，第二片層6內(nèi)的陶瓷顆粒5對(duì)第一片層4內(nèi)的玻璃粉末3表現(xiàn)出良好的可濕潤(rùn)性。對(duì)于陶瓷顆粒5，優(yōu)選的陶瓷材料是氧化鋁。其他有用的陶瓷材料的例子包括MgO、ZrO2、SiO2和TiO2。
熱處理之前，疊層板生坯1應(yīng)在疊置方向上進(jìn)行壓制。在熱處理工序中，采用的溫度應(yīng)不引起陶瓷顆粒5燒結(jié)但使玻璃粉末3熔化。在熱處理工序中，第一片層4內(nèi)的載體7和第二片層6內(nèi)的載體8被除去，而第一片層4內(nèi)的玻璃粉末3熔化成玻璃熔體，粘合成第一片層4，如圖1B所示。另外，一部分玻璃熔體9通過(guò)毛細(xì)作用力滲入第二片層6內(nèi)，進(jìn)入陶瓷顆粒5之間的間隙，將陶瓷顆粒5彼此粘合起來(lái)。
所形成的復(fù)合疊層板2的兩個(gè)主表面的表面粗糙度取決于第二片層6內(nèi)的陶瓷顆粒5的粒度。因此，即使當(dāng)玻璃粉末3的粒度較大時(shí)，使用小尺寸的陶瓷顆粒5，也能夠降低復(fù)合疊層板2的表面粗糙度。
第二片層6內(nèi)的陶瓷顆粒5的尺寸越小，第二片層6內(nèi)的陶瓷顆粒5就越密集。在此情形下，引起玻璃熔體9產(chǎn)生粘性流動(dòng)的毛細(xì)作用力就越大，玻璃熔體9就會(huì)更為密集。
另外，玻璃熔體9可到達(dá)第二片層6的外表面，其表面張力會(huì)使這外表面光滑。因此，玻璃熔體9也有助于改善復(fù)合疊層板2的兩個(gè)主表面的光滑度。
圖2A和2B顯示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，與圖1A和1B對(duì)應(yīng)。在圖2A和2B中，與圖1A和1B所示相同的組分用相同的數(shù)字表示，其說(shuō)明在此省略。
在圖2A和2B所示的實(shí)施方式中，圖2A所示的疊層板生坯1a的第一片層4a不僅含有玻璃粉末3，而且含有陶瓷填料10。因此，圖2B中所示的復(fù)合疊層板2a的第一片層4a除了有玻璃熔體9外，還含有陶瓷填料10。
在粒度和材料方面，陶瓷填料10可以與包含于第二片層6內(nèi)的陶瓷顆粒5相同，也可以不同。
圖2A和2B所示第二實(shí)施方式中的其他結(jié)構(gòu)和制造方法，基本上與圖1A和1B所示的實(shí)施方式相同。
由于第一片層4a含有陶瓷填料10，所以所形成的復(fù)合疊層板2a具有較大的機(jī)械強(qiáng)度。
在圖1A和1B所示的復(fù)合疊層板2和圖2A和2B所示的復(fù)合疊層板2a中，通過(guò)使用細(xì)小陶瓷顆粒5制成光滑表面的第二片層6是在復(fù)合疊層物外邊的。當(dāng)復(fù)合疊層板2或2a用作電路板時(shí)，具有精細(xì)圖案的外導(dǎo)電膜就能夠沒(méi)有問(wèn)題地形成在其主表面上，形成電路板的高密度線路。
復(fù)合疊層板2或2a可以包含內(nèi)部導(dǎo)體，例如內(nèi)導(dǎo)電膜和也在內(nèi)部的穿孔接觸件。
圖3是具有上述外導(dǎo)電膜和內(nèi)部導(dǎo)體的復(fù)合疊層板11的示意性剖面圖。此復(fù)合疊層板11包括對(duì)應(yīng)于上述實(shí)施方式中第一片層4或4a的第一片層12，和對(duì)應(yīng)于上述實(shí)施方式中第二片層6的第二片層13。這兩個(gè)第二片層13構(gòu)成復(fù)合疊層板11的兩個(gè)外表面、即主表面。
復(fù)合疊層板11具有形成于這兩個(gè)主表面上的外導(dǎo)電膜14、15、16、17和18，和形成在疊層物內(nèi)的內(nèi)部導(dǎo)體，例如內(nèi)部導(dǎo)電膜19、20、21、22、23和24以及穿孔接觸件25、26、27、28、29和30。內(nèi)部導(dǎo)電膜19和20形成在第一片層12和上面的第二片層13之間的交界面位置。如內(nèi)部導(dǎo)電膜21-24和穿孔接觸件27-30的幾何配置所示，第一片層12是通過(guò)將許多片生坯疊壓形成的，而這些每個(gè)生坯片都含有為構(gòu)成內(nèi)部導(dǎo)電膜19-24和穿孔接觸件25-30的預(yù)定圖案的部分。
另外，每個(gè)第二片層13都可以通過(guò)將許多生坯片疊壓制成。在這種情形下，內(nèi)部導(dǎo)電膜可以容易地形成于第二片層13的內(nèi)部。
如表1所示，制備了本發(fā)明實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-5的復(fù)合板，用來(lái)評(píng)價(jià)表面粗糙度。
包含于第一片層內(nèi)的玻璃粉末是鈣長(zhǎng)石結(jié)晶玻璃，在實(shí)施例1-4中粒度約為6．50微米，在對(duì)比例1-4中粒度約為3．63至7．47微米。對(duì)比例5中的第一片層不含玻璃粉末。
在所有的復(fù)合板內(nèi)，第一片層都含有粒度約為0．35微米的粉末狀氧化鋁，用作陶瓷填料。
玻璃粉末和陶瓷填料以60∶40的重量比例進(jìn)行混合。在實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-4中，水作為分散劑、丁醛樹(shù)脂作為粘合劑加入到混合物中，水和丁醛樹(shù)脂在對(duì)比例5中則加入到陶瓷填料中，形成漿料。脫除漿料中的氣泡，用刮片方法形成生坯片，使干燥的厚度為500微米。
將粒度約為0．35-0．60微米的粉末狀氧化鋁用作陶瓷粉末，制備形成實(shí)施例1-4第二片層的含水漿料，其固體含量為10％(體積)。
將作為第一片層的生坯片浸入漿料內(nèi)，然后干燥，在其兩個(gè)表面上形成厚度約為10微米的陶瓷層，作為第二片層。
使用-剛性壓力機(jī)，在100千克／厘米2的壓力下壓制每個(gè)疊層生坯或生坯片，然后對(duì)于實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-4，在空氣中于850℃下熱處理2小時(shí)，對(duì)于對(duì)比例5，是在1500℃下熱處理，制成一個(gè)板。每個(gè)板的表面粗糙度Ra如表1所示。表1 表1顯示，每塊具有第二片層的板的表面粗糙度Ra都位于O．17-0．48微米范圍內(nèi)。表面粗糙度Ra取決于第二片層內(nèi)陶瓷粉末的粒度，即陶瓷粉末的粒度減小時(shí)，表面光滑度增高。
與除了未形成第二片層、其他的制備條件相同的對(duì)比例3的0．8微米的表面粗糙度Ra相比，實(shí)施例1-4中的表面粗糙度Ra明顯下降。
比較對(duì)比例1-4可見(jiàn)，當(dāng)玻璃粉末的粒度減小，表面粗糙度就下降。然而，如對(duì)比例1所示，玻璃粉末的粒度必須減小至大約3．63微米，才可獲得比得上實(shí)施例1-4的表面粗糙度。這樣小的粒度實(shí)際上是不切實(shí)際的，因?yàn)橹苽浼?xì)玻璃粉末的生產(chǎn)成本很高。
當(dāng)只含有陶瓷填料的第一片層上沒(méi)有形成第二片層時(shí)，如對(duì)比例5所示，表面粗糙度Ra為0．20微米，這樣小的表面粗糙度令人滿意。然而，在此情形下，熱處理溫度必須提高至1500℃。因此，能夠用作內(nèi)部導(dǎo)電膜19-24和穿孔接觸件25-30的金屬就受到了限制。這樣小的表面粗糙度可通過(guò)例如將第二片層內(nèi)的陶瓷粉末粒度減小至0．35微米而容易地獲得，如實(shí)施例1所示。
本發(fā)明可包括對(duì)參照附圖和表1所示實(shí)施例的上述實(shí)施方式的各種變化。
第一和第二片層的數(shù)目及其疊置的順序可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求而改變，只要每個(gè)第二片層都與每個(gè)第一片層接觸，而且第二片層要構(gòu)成復(fù)合疊層板的至少一個(gè)主表面。
第一片層可以具有任意的厚度。第二片層也可以具有任意的厚度，只要第一片層內(nèi)的玻璃熔體可部分滲入第二片層內(nèi)，從而使第二片層內(nèi)的陶瓷粉末顆?？杀舜苏辰Y(jié)。
第一片層的生坯片可以含有玻璃纖維、玻璃晶須、玻璃薄片或玻璃小板，用來(lái)代替玻璃粉末。
本發(fā)明也可應(yīng)用于在外表面上具有開(kāi)口的空穴的復(fù)合疊層板。這些空穴形成于復(fù)合疊層板生坯內(nèi)，當(dāng)制成的復(fù)合疊層板用作多層電路板時(shí)，這些空穴用來(lái)固定電子元件。
權(quán)利要求
1．復(fù)合疊層板，它包括至少一層含玻璃的第一片層，和至少一層含陶瓷顆粒并與第一片層接觸的第二片層；其中第二片層構(gòu)成復(fù)合疊層板的至少一個(gè)主表面，第二片層內(nèi)的陶瓷顆粒是未燒結(jié)的，使第一片層內(nèi)的玻璃熔化，并部分地滲入第二片層，使陶瓷顆粒彼此粘結(jié)。
2．如權(quán)利要求1所述的復(fù)合疊層板，其特征在于所述第一片層還含有陶瓷填料。
3．如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合疊層板，它還具有形成于第二片層所提供的主表面上的外導(dǎo)電膜。
4．如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合疊層板，它還含有提供在其內(nèi)部的內(nèi)部導(dǎo)體。
5．復(fù)合疊層板的制造方法，包括如下步驟第一步，制備一個(gè)復(fù)合疊層板生坯，它包括至少一層含玻璃的第一片層，和至少一層含陶瓷顆粒的第二片層，此第二片層與第一片層接觸，第二片層構(gòu)成復(fù)合疊層板的至少一個(gè)主表面；第二步，在不引起陶瓷顆粒燒結(jié)但使玻璃熔化的溫度下對(duì)復(fù)合疊層板生坯進(jìn)行熱處理，目的是通過(guò)第一片層內(nèi)玻璃的熔化使第一片層粘結(jié)起來(lái)，而且使一部分玻璃熔體滲入第二片層內(nèi)，使陶瓷顆粒彼此粘結(jié)。
6．如權(quán)利要求5所述的復(fù)合疊層板的制造方法，其特征在于在所述第一步中，第一片層內(nèi)的玻璃是粉末狀的，第二片層內(nèi)的陶瓷顆粒的粒度小于玻璃粉末。
7．如權(quán)利要求5或6所述的復(fù)合疊層板的制造方法，其特征在于在所述第一步中，第一片層還含有陶瓷填料。
8．如權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的復(fù)合疊層板的制造方法，其特征在于在所述第一步中，先單獨(dú)制造第一片層，然后第二片層形成在第一片層上。
9．如權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的復(fù)合疊層板的制造方法，其特征在于在所述第一步中，先分別制造第一片層和第二片層，將第一片層和第二片層堆疊起來(lái)，形成復(fù)合疊層板生坯。
10．如權(quán)利要求5-9中任一項(xiàng)所述的復(fù)合疊層板的制造方法，其特征在于還包括在所述至少一個(gè)第二片層所構(gòu)成的主表面上形成外導(dǎo)電膜的步驟。
11．如權(quán)利要求5-10中任一項(xiàng)所述的復(fù)合疊層板的制造方法，其特征在于所述第一步包括在復(fù)合疊層板的生坯內(nèi)形成內(nèi)部導(dǎo)體。
全文摘要
復(fù)合疊層板包括至少一層含玻璃的第一片層和至少一層含陶瓷顆粒并與第一片層接觸的第二片層。第二片層構(gòu)成復(fù)合疊層板的至少一個(gè)主表面,第二片層內(nèi)的陶瓷顆粒是未燒結(jié)的,使第一片層內(nèi)的玻璃熔化并部分地滲入第二片層,使陶瓷顆粒彼此粘結(jié)。復(fù)合疊層板的主表面具有令人滿意的粗糙度,可以在其上面形成具有細(xì)微圖案的外導(dǎo)電膜,這種復(fù)合疊層板可用作多層電路板。
文檔編號(hào)C03C17/00GK1283549SQ00122800
公開(kāi)日2001年2月14日 申請(qǐng)日期2000年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月9日
發(fā)明者黑田茂之, 龜田裕和, 中尾修也, 田中謙次, 小島勝 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所