專(zhuān)利名稱(chēng)：多層板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多層板及其制造方法。本發(fā)明具體涉及用能在低溫下燒結(jié)的玻璃陶瓷材料的多層板及其制造方法。
要求提高電子設(shè)備，特別是要貼裝到電路板上的半導(dǎo)體集成電路(IC)和其它表面帖裝器件的功能和減少它們的尺寸。為了滿(mǎn)足該要求，已開(kāi)發(fā)在實(shí)際上廣泛使用的各種陶瓷多層板，它是把其上加有形成電極用的電極漿料的多層陶瓷生片層疊并燒結(jié)制成的。
近年來(lái)，已開(kāi)發(fā)和廣泛使用了能在低溫下燒結(jié)的玻璃或含玻璃的材料，例如玻璃陶瓷材料制成的多層板。由于這些多層板含機(jī)械強(qiáng)度不足的玻璃材料作原始組分，能結(jié)晶的玻璃用作玻璃組分，或加陶瓷材料的基本量，以提高機(jī)械強(qiáng)度。
銀(Ag)電極漿料在多層板制造中廣泛用于形成電極。用Ag粉或Ag和氧化銀料的混合物構(gòu)成的Ag漿用作化學(xué)粘接劑加到用含高比例的陶瓷材料的能結(jié)晶的玻璃的板上時(shí)，它們同時(shí)燒結(jié)，以獲得高強(qiáng)度板，由于結(jié)晶使玻璃的粘度增大，造成銀(Ag)導(dǎo)體的浸潤(rùn)性不足，由此造成電極與板的粘接強(qiáng)度不足。
能獲得電極的足夠的粘接強(qiáng)度的可行方法是，給Ag漿加玻璃組分，能提高Ag漿對(duì)板的浸潤(rùn)性。
但是，這種情況下，玻璃組分與電極表面分離，因而損壞了電極的焊接性能。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種多層板，它包括對(duì)含玻璃的絕緣層有高的粘接強(qiáng)度的電極，它具有令人滿(mǎn)意的焊接性能，及多層板的制造方法。
按本發(fā)明的第1方案，多層板包括含玻璃的多層絕緣層的層壓板，每層絕緣層的表面上設(shè)有電板，其中，含玻璃的每層絕緣層含結(jié)晶玻璃，結(jié)晶之前的結(jié)晶玻璃的粘度是106.0Pa.S以下。
由于按本發(fā)明的多層板的含玻璃的絕緣層含結(jié)晶前的粘度為106.0Pa.S以下的結(jié)晶玻璃。燒結(jié)過(guò)程中，能抑制由于結(jié)晶造成的觸結(jié)晶的玻璃的粘度明顯增大，因而能保證電極和含玻璃的絕緣層之間有足夠的浸潤(rùn)性。
因此，能提高電極與含玻璃的絕緣層之間的粘接強(qiáng)度。而且，電極中不含大量的玻璃組分，因此，能防止因玻璃組分的剝離造成的焊接性能降低。
本發(fā)明也能用于主要由能結(jié)晶的玻璃構(gòu)成的含玻璃的絕緣層，也能用于用含能結(jié)晶的玻璃和陶瓷的材料制成的含玻璃的絕緣層，或者用含能結(jié)晶的玻璃，非晶玻璃和陶瓷的材料制成的絕緣層。
要求由性能和機(jī)械性能的實(shí)際值時(shí)，最好用含能結(jié)晶的玻璃和陶瓷的材料作構(gòu)成含玻璃的絕緣層的材料。
含玻璃的絕緣層最好還含陶瓷，在含玻璃的絕緣層中的能結(jié)晶的玻璃的比例范圍是45至80體積％，結(jié)晶之前的能結(jié)晶的玻璃的粘度是106.0Pa.S以下，含玻璃的絕緣層和它的表面上形成的電極同時(shí)燒結(jié)。
用這種構(gòu)形，能抑制同結(jié)晶造成的玻璃粘度的增大，能提高電極與含玻璃的絕緣層之間的粘接強(qiáng)度。而且，電極不含大量的玻璃組分，因此，能保持令人滿(mǎn)意的電極焊接性能。
能結(jié)晶的玻璃在結(jié)晶前的粘度范圍最好是105.0Pa.S至106.0Pa.S。用這種能結(jié)晶的玻璃能真正抑制因結(jié)晶造成的玻璃粘度增大。
能結(jié)晶的玻璃的結(jié)晶溫度范圍最好是800℃至900℃。用這種能結(jié)晶的玻璃，在溫度范圍為800℃至1100℃的較低燒結(jié)溫度下燒結(jié)的過(guò)程中，能真正抑制由于結(jié)晶造成的能結(jié)晶的玻璃的粘度增大，提高電極對(duì)含玻璃的絕緣層的粘接強(qiáng)度，不會(huì)損壞電極的焊接性能。
電極與含玻璃的絕緣層在張力強(qiáng)度測(cè)試中的初始粘接強(qiáng)度的平均值是5N/mm2。
電極最好包含銀作為主要導(dǎo)電組分。
盡管本發(fā)明中電極可含任何材料，電極材料有含Ag作為主要導(dǎo)電組分，它有高粘接強(qiáng)度和低電阻值。有這種結(jié)構(gòu)的多層板適用于高頻應(yīng)用范圍。
按本發(fā)明第2方案，制造多層板的方法中，多層板包括層壓的含玻璃的多層絕緣層，每層絕緣層的表面上設(shè)有電極。方法包括以下步驟制備多層生片，每層生片含能結(jié)晶的玻璃，在結(jié)晶前能結(jié)晶的玻璃的粘度是106.0Pa.S以下；在生片表面上加用于形成電極的電極漿料，層壓有電極漿料的多層生片，形成壓緊的層壓板，并燒結(jié)壓緊的層壓板。
該方法能制成有電極的多層板，電極和含玻璃的絕緣層有高的粘接強(qiáng)度，電極有足夠的焊接性能。
生片最好還包括陶瓷生征，生片中能結(jié)晶的玻璃的比例范圍是45體積％至80體積％，能結(jié)晶的玻璃結(jié)晶前的粘度是106.0Pa.S以下。
用這種生片，能抑制因結(jié)晶造成的粘度增大，能提高電極和含玻璃的絕緣層之間的浸潤(rùn)性。制成的多層板設(shè)有的電極對(duì)含玻璃絕緣層有優(yōu)良的粘接強(qiáng)度和足夠好的焊接性。
能結(jié)晶的玻璃結(jié)晶前粘度范圍最好是在105.0Pa.S至106.0Pa.S。用這種能結(jié)晶的玻璃能可靠地抑制因結(jié)晶造成的玻璃粘度增大，制成的多層板設(shè)有的電極對(duì)含玻璃絕緣層有優(yōu)良的粘接強(qiáng)度和足夠好的焊接性。
生片還包括陶瓷生片，能結(jié)晶的玻璃的結(jié)晶溫度范圍是800℃至900℃。用這種生片能可靠地抑制因結(jié)晶造成的能結(jié)晶的玻璃的玻璃粘度增大，制成的多層板設(shè)有的電極對(duì)含玻璃的絕緣層有優(yōu)良的粘接強(qiáng)度和足夠好的焊接性。
電極漿料最好含銀作主要導(dǎo)電組分。本發(fā)明中盡管電極可含任何材料，有高粘接強(qiáng)度和低電阻值的電極材料含銀作為主要導(dǎo)電組分。有這種結(jié)構(gòu)的多層板適合于高頻應(yīng)用范圍。
電極漿料最好不含玻璃。用不含玻璃的電析漿料能形成電阻值低和優(yōu)良的粘接強(qiáng)度和優(yōu)良的焊接性能，增強(qiáng)了本發(fā)明的優(yōu)良。
電極漿料最好還包含選自Pb，Bi，Cr，Cu，Mn，Co和Zn中的至少一種材料。用這種電極漿料能進(jìn)一步提高電極的粘接強(qiáng)度。
為使層壓板致密，最好在致密層壓板燒結(jié)步驟之前，在致密層壓板的至少一面疊層沒(méi)在燒結(jié)溫度燒結(jié)過(guò)的含無(wú)機(jī)材料的限制層，燒結(jié)步驟之后，去掉限制層，由此，提供所謂的不收縮處理。
本發(fā)明的方法中，可用不收縮處理。即，燒結(jié)致密層壓板，為了使層壓板致密，在致密層壓板的一面或兩面上疊層沒(méi)在燒結(jié)溫度燒結(jié)過(guò)的含無(wú)機(jī)材料的限制層，燒結(jié)之后去掉限制層。
層壓致板的燒結(jié)中的該不收縮處理制成的多層板，在平面方向不收縮，但有高的電極粘接強(qiáng)度和優(yōu)良的焊接性能。用制成的多層板能有效生產(chǎn)其中在精確的預(yù)定位置安裝有表面帖裝元件的電子元件，例如混合集成電路。
通過(guò)以下參見(jiàn)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。


圖1是用按本發(fā)明實(shí)施例的多層板的多層模塊的主要部件的橫截面圖；圖2是按本發(fā)明實(shí)施例的多層板的主要部件的橫截面圖；圖3是用于提高電極粘接強(qiáng)度的電極區(qū)域圖形的平面圖。
現(xiàn)在將參見(jiàn)圖1所示多層板說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1所示多層板2用于多層模塊1。厚膜電阻器6，片式電容器和半導(dǎo)體器件8安裝在多頂板2的頂面上。該多層板2有包括含玻璃的絕緣層9和內(nèi)電極4的疊層結(jié)構(gòu)，迷些膜層上的內(nèi)電極4用設(shè)在含玻璃的絕緣層9中的通孔3電連接。
內(nèi)電極4起到無(wú)源元件如電感器和電容器的電極功能，或至少用于電連接無(wú)源元件，地和厚膜電阻器6。
而且，多層板2的頂表面和底表面上形成表面電極5。頂表面上，表面電極5起連接表面帖裝元件。如片式電容器7和半導(dǎo)體器件的引線功能，把表面帖裝元件連接到多層板2，或者，用作引線，把厚膜電阻器連接到其它元件。底表面上，表面電極有作為I/O終端的功能，把多層板2連接到母板。
現(xiàn)在說(shuō)明圖1所示多層板的制造方法?，F(xiàn)在說(shuō)明多層板制造中用的生片的制備。
(1)按表1所示的組分，結(jié)晶前的粘度和結(jié)晶溫度，制備能結(jié)晶的玻璃粉。能結(jié)晶的玻璃粉1至3是以SiO2-CaO-Al2O3-B2O3為基的玻璃粉，它們的組分相同，但是，由于結(jié)晶前的粘度不同，結(jié)晶溫度不同，所以各組分的比例或組分量不同。
表1
表1中每種玻璃粉的結(jié)晶前的粘度和結(jié)晶溫度是用加壓的平行板粘度計(jì)測(cè)得的?！敖Y(jié)晶前的粘度”是指結(jié)晶前的最小粘度，“結(jié)晶溫度”是指獲得結(jié)晶前最小粘度時(shí)的溫度。用40th Glass and Photonics Symposium(The Ceramic Society of Japan)中報(bào)道的“Viscosimetry of Powderd Glass by a Parallel Plate Method”進(jìn)行測(cè)試。
(2)之后，按表2所示公式混合表1所示的能結(jié)晶的玻璃粉1至4和氧化鋁(AL2O3)粉。
表2
(3)有機(jī)粘接劑和作為溶劑的甲苯加入混合粉(陶瓷—玻璃粉混合物)，并在球磨機(jī)中充分混合，制備均勻的懸浮稀漿。在低壓下給稀漿除泡?？捎萌魏畏肿咏Y(jié)構(gòu)的溶媒，如粘接劑，溶劑和增塑劑，對(duì)它們沒(méi)有限制。
(4)用例如用刮板的鑄塑工藝把稀漿加到膜上，形成厚0.1mm的生片。
(5)干燥生片，去掉膜，把生片切割成預(yù)定的尺寸，用于形成多層板?，F(xiàn)在說(shuō)明不收縮工藝中用的限制層用的生片的制造方法。
用于限制層的生片主要用無(wú)機(jī)材料構(gòu)成，它不在用于多層板的生片的燒結(jié)步驟中燒結(jié)。用于限制層的這些生片疊放在多層板生片的層壓致密板的一面或兩面上，并在燒結(jié)步驟后除掉這些限制層。
<1>Al2O3粉，有機(jī)粘接劑和作為溶劑的甲苯在球磨機(jī)中充分混合，在低壓下給混合去泡，制備出均勻的懸浮稀漿。
可用任何分子式的有機(jī)溶媒，如粘接劑，溶劑和增塑劑，對(duì)它們沒(méi)有限制。
<2>用例如刮板的鑄塑法把稀漿材料加到膜上，形成厚0.1mm的生片。
<3>干燥生片，去掉膜，它切成有預(yù)定尺寸的生片，形成限制層。現(xiàn)在說(shuō)明多層板的制造方法。
<1>用于含玻璃的絕緣層的生片中形成孔，并填充導(dǎo)電漿料或?qū)щ姺郏纬赏住?br> <2>每個(gè)生片上，用絲網(wǎng)印刷法按預(yù)定的布線圖形加電極漿料，形成無(wú)源元件，例如，由感器和電容器的電極。而且，如果需要，同樣用絲網(wǎng)印刷法加電阻器材料漿料，形成厚度電阻器。
本實(shí)施例中，電極漿料含銀作導(dǎo)電組分，不含玻璃。但是，本發(fā)明中，對(duì)電極漿料的種類(lèi)沒(méi)有限制，可用含例如Ag/Pt粉作導(dǎo)電組分的任何種類(lèi)的電極漿料。
<3>層疊預(yù)定數(shù)量的制成生片，形成層壓板，預(yù)定數(shù)量的用于限制層的上述生片層疊在層壓板的頂面和底面上。壓緊層壓板，形成致密層壓板。
<4>按需要致密層壓板切成預(yù)定尺寸，或形成分割槽。在800℃至1100℃燒結(jié)致密層壓板，去掉限制層，制備圖2所示的多層板2。圖2中與圖1中相同的元件用相同的數(shù)字指示。
<5>表面帖裝元件，如片式電容器7和半導(dǎo)體器件，安裝在多層板2上，制備圖1所示的多層模塊1。參見(jiàn)圖3，邊長(zhǎng)為2mm的正方形電極區(qū)11用于測(cè)試多層板中用的帶狀生片12上形成的電極的焊接性能和電極粘接強(qiáng)度。該生片12放在沒(méi)有電極區(qū)的多個(gè)下層生片的表層上。層壓板壓緊，壓緊了的致密層壓板按1.5℃/分鐘的加熱速度加熱到400℃，并按20℃/分鐘的加熱速度加熱到910℃，之后，在910℃保溫15分鐘，進(jìn)行燒結(jié)。去掉限制層，制成用于評(píng)估性能的樣品。
評(píng)估制成的樣品的焊接性能和電極粘接強(qiáng)度。結(jié)果列于表2中。
把邊長(zhǎng)為2mm的正向電極區(qū)浸入熔化的Sn-Pb焊料中，評(píng)估焊接性能。
評(píng)估了焊接性能之后，用Sn-Pb焊料把L形引線絲焊到該邊長(zhǎng)為2mm的正方向電極區(qū)上，用Shimadzh Corporation生產(chǎn)的自動(dòng)繪圖儀用張力測(cè)試法測(cè)電極的粘接強(qiáng)度。取張力測(cè)試中該樣品破壞時(shí)的張力值作為電極粘接強(qiáng)度。
表2中所示的確定焊接性能和電極粘接強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù)如下(焊接性能)焊料對(duì)電極區(qū)的浸潤(rùn)面積在95％以上時(shí)焊接性能評(píng)來(lái)“好”，焊料對(duì)電極區(qū)的浸潤(rùn)面積小于95％時(shí)焊接能評(píng)為“不好”。
(電極粘接強(qiáng)度)用Sn-Pb焊料把電極區(qū)焊到L形引線絲的張力測(cè)試中，破壞強(qiáng)度是20N/2mm方(5N/2mm2)以上時(shí)，電極粘接強(qiáng)度評(píng)為“好”，小于20N/2mm2方(5N/mm2)時(shí)，評(píng)為“不好”。
表2中樣品1，2，4至6，8至10和12的焊接特性和電極粘接強(qiáng)度均達(dá)到滿(mǎn)意的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。因此，按本發(fā)明，通過(guò)抑制因結(jié)晶造成的能結(jié)晶的玻璃的粘度增大，能提高電極與含玻璃的絕緣層之間的粘接強(qiáng)度。而且，電極不含大量的玻璃組分。因此，電極的焊接性能保持在令人滿(mǎn)意的水平。
相反，表2中的樣品3，7和10的電極粘接強(qiáng)度不滿(mǎn)意，因?yàn)?，這些樣品用表1中樣品3的用SiO2-Ca-Al2O3-B2O3為基的能結(jié)晶的玻璃粉，在結(jié)晶前的粘度為106.2Pa.S，該粘度大于本發(fā)明的粘度上限106.0Pa.S，結(jié)晶溫度為890℃。
燒結(jié)前含玻璃的絕緣層中的玻璃層中的玻璃組分量超過(guò)80體積％時(shí)，焊接性能會(huì)降低，盡管表2中沒(méi)顯示。燒結(jié)前含玻璃的絕緣層中的玻璃組分量小于45體積％時(shí)，電極粘接強(qiáng)度會(huì)減小。
能結(jié)晶的玻璃結(jié)晶前的粘度是105.0Pa.S以下時(shí)，焊接性能會(huì)下降。
因此，本發(fā)明中，能結(jié)晶的玻璃含量范圍是45-80體積％，結(jié)晶前的粘度范圍是105.0Pa.S至106.0Pa.S。
本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例，在本發(fā)明范圍內(nèi)能包括關(guān)于對(duì)應(yīng)和構(gòu)成含玻璃的絕緣層的材料組分和類(lèi)型的改變和改進(jìn)，改變含玻璃的絕緣層中的可結(jié)晶玻璃的含量，構(gòu)成電極的導(dǎo)電組分和燒結(jié)條件的改變和改進(jìn)。
盡管已用本發(fā)明特有的實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但對(duì)本行業(yè)技術(shù)人員而言顯然會(huì)有許多其它的變化和改進(jìn)。因而，本發(fā)明不限于這里具體公開(kāi)的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.多層板，包括多層含玻璃的絕緣層的層壓板，每層含玻璃的絕緣層的表面上都有電極，其中，每層含玻璃的絕緣層包含能結(jié)晶的玻璃，和，能結(jié)晶的玻璃在結(jié)晶前的粘度是106.0Pa.S以下。
2.按權(quán)利要求1的多層板，其中，含玻璃的絕緣層還包含陶瓷，含玻璃的絕緣層中的能結(jié)晶玻璃的比例是45-80體積％，結(jié)晶前的能結(jié)晶的玻璃的粘度是106.0Pa.S以下，含玻璃的絕緣層和其表面上形成的電極同時(shí)燒結(jié)。
3.按權(quán)利要求1的多層板，其中，結(jié)晶前的能結(jié)晶的玻璃的粘度范圍是105.0Pa.S至106.0Pa.S。
4.按權(quán)要求1的多層板，其中，能結(jié)晶的玻璃的結(jié)晶溫度范圍是800℃至900℃。
5.按權(quán)利要求1的多層板，電極與含玻璃的絕緣層的平均粘接強(qiáng)度是5N/mm2以上。
6.按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)的多層板，其中，電極含銀作主要導(dǎo)電組分。
7.多層板的制造方法，多層板包括多層含玻璃的絕緣層的層壓板，每層含玻璃的絕緣層的表面上有電極，方法包括以下步驟制備含能結(jié)晶的玻璃的生片，能結(jié)晶的玻璃結(jié)晶前的粘度是106.0Pa.S以下；每層生片上加形成電極用的電極漿料；疊層和壓緊有電極漿料的多層生片，制成致密層壓板；和燒結(jié)致密層壓板。
8.按權(quán)利要求7的多層板的制造方法，其中，生片還含陶瓷，生片中能結(jié)晶的玻璃的比例是45至80體積％，結(jié)晶前的能結(jié)晶的玻璃的粘度是106.0Pa.S以下。
9.按權(quán)利要求7的多層板的制造方法，其中，結(jié)晶前的能結(jié)晶的玻璃的粘度范圍是105.0Pa.S至106.0Pa.S。
10.按權(quán)利要求7的多層板的制造方法，其中，生片還包含陶瓷，能結(jié)晶的玻璃的結(jié)晶溫度范圍是800℃至900℃。
11.按權(quán)利要求7的多層板制造方法，其中，電極漿料含銀作主要導(dǎo)電組分。
12.按權(quán)利要求11的多層板制造方法，其中，電極漿料基本不含玻璃。
13.按權(quán)利要求11的多層板制造方法，其中，電極漿料還含選自Pb，Bi，Cr，Cu，Mn，Co和Zn中的至少一種材料。
14.按權(quán)利要求7的多層板制造方法，其中，含玻璃的絕緣層還含無(wú)機(jī)材料，所述的無(wú)機(jī)材料是在致密層壓板的結(jié)燒步驟前層疊在致密層壓板的至少一面上的沒(méi)在致密層壓板的燒結(jié)溫度燒結(jié)的無(wú)機(jī)材料層，燒結(jié)步驟之后去掉該無(wú)機(jī)材料層。
全文摘要
多層板,包括多層含玻璃的絕緣層的層壓板,每層含玻璃的絕緣層表面上有電極。每層含玻璃的絕緣層含能結(jié)晶的玻璃。能結(jié)晶的玻璃結(jié)晶前的粘度是10
文檔編號(hào)H01L23/15GK1335745SQ0112486
公開(kāi)日2002年2月13日 申請(qǐng)日期2001年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月21日
發(fā)明者川上弘倫, 二輪義人 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所