陶瓷布线基板、陶瓷布线基板用陶瓷生坯片及陶瓷布线基板用玻璃陶瓷粉末 |
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| 申请号 | CN201480051062.3 | 申请日 | 2014-09-05 | 公开(公告)号 | CN105579418B | 公开(公告)日 | 2017-10-27 |
| 申请人 | 日本电气硝子株式会社; | 发明人 | 马屋原芳夫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的陶瓷布线 基板 (1)具备陶瓷基板(10)和内部导体(20)。内部导体(20)配置于陶瓷基板(10)内。陶瓷基板(10)包含玻璃、第一陶瓷填料及第二陶瓷填料。第一陶瓷填料在‑40℃～+125℃的 温度 范围下的 热膨胀 系数低于第二陶瓷填料在‑40℃～+125℃的温度范围下的 热膨胀系数 。第二陶瓷填料的3点弯曲强度高于第一陶瓷填料的3点弯曲强度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种陶瓷布线基板，其具备陶瓷基板和配置于所述陶瓷基板内的内部导体，所述陶瓷基板包含玻璃、第一陶瓷填料及第二陶瓷填料， |
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| 说明书全文 | 陶瓷布线基板、陶瓷布线基板用陶瓷生坯片及陶瓷布线基板用玻璃陶瓷粉末 技术领域[0001] 本发明涉及陶瓷布线基板、陶瓷布线基板用陶瓷生坯片及陶瓷布线基板用玻璃陶瓷粉末。 背景技术[0003] 探针卡通常具有：与半导体晶片接触的测试头、与测试器连接的印刷陶瓷布线基板、和将印刷陶瓷布线基板与测试头连接的被称作插入基板的陶瓷布线基板。 [0005] 现有技术文献 [0006] 专利文献 [0007] 专利文献1：日本特开2009-074823号公报 发明内容[0008] 发明要解决的技术问题 [0009] 印刷陶瓷布线基板的电极垫间距离比测试头的电极垫间距离大。在插入基板的一侧的主面设有与印刷陶瓷布线基板的电极垫相对应的电极垫，在另一侧的主面上设有与测试头的电极垫相对应的电极垫。它们中的一个主面侧的电极垫与另一主面侧的电极垫被内部导体连接。因此，在插入基板中重要的是两主面的电极垫的位置精度高。 [0010] 另外，使用探针卡的检查在例如-40℃～+125℃的宽泛温度范围进行。因此，优选的是：在检查温度发生变化时，以使插入基板的电极垫间距离与测试头、印刷陶瓷布线基板等的电极垫间距离之间不出现差异的方式，使插入基板的热膨胀系数近似于测试头、刷陶瓷布线基板的热膨胀系数。因此，插入基板优选由能够根据使用环境调解热膨胀系数的材料形成。 [0011] 另外，通常，测试头的热膨胀系数与半导体晶片的热膨胀系数近似。因此，还迫切期望将插入基板的热膨胀系数减小至半导体晶片的热膨胀系数程度。 [0012] 然而，在专利文献1记载的陶瓷布线基板中，存在难以实现像半导体晶片的热膨胀系数那样低的热膨胀系数的问题。 [0013] 进而，还迫切期望要确保插入基板的机械强度。 [0014] 本发明的主要目的在于提供能够低温烧成、能够将热膨胀系数调低且机械强度高的陶瓷布线基板。 [0015] 用于解决技术问题的手段 [0016] 本发明的陶瓷布线基板具备陶瓷基板和内部导体。内部导体配置在陶瓷基板内。陶瓷基板包含玻璃、第一陶瓷填料及第二陶瓷填料。第一陶瓷填料在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数低于第二陶瓷填料在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数。第二陶瓷填料的3点弯曲强度高于第一陶瓷填料的3点弯曲强度。 [0017] 在本发明的陶瓷布线基板中，优选的是：第一陶瓷填料在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数为-8～+5ppm/℃，第二陶瓷填料的3点弯曲强度为400～800MPa。 [0018] 在本发明的陶瓷布线基板中，优选的是：陶瓷基板包含3种以上的陶瓷填料，在3种以上的陶瓷填料中，第一陶瓷填料在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数最低，在3种以上的陶瓷填料中，各个陶瓷填料的3点弯曲强度最高。 [0019] 在本发明的陶瓷布线基板中，优选的是：陶瓷基板由玻璃、第一陶瓷填料及第二陶瓷填料构成。 [0021] 在本发明的陶瓷布线基板中，优选的是：玻璃与氧化铝填料及硅锌矿填料的质量比(玻璃：氧化铝填料及硅锌矿填料)为30：70～65：35的范围内，氧化铝填料与硅锌矿填料的质量比(氧化铝填料：硅锌矿填料)为20：80～60：40的范围内。 [0022] 硅锌矿填料的平均粒径优选小于氧化铝填料的平均粒径。 [0024] 玻璃优选以质量％计包含SiO2 60～80％、B2O3 10～30％、Li2O+Na2O+K2O 1～5％及MgO+CaO+SrO+BaO 0～20％作为玻璃组成。 [0025] 陶瓷基板在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数优选为4ppm/℃以下。 [0026] 本发明的陶瓷布线基板用陶瓷生坯片包含玻璃、第一陶瓷填料及第二陶瓷填料，第一陶瓷填料在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数低于第二陶瓷填料在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数，第二陶瓷填料的3点弯曲强度高于第一陶瓷填料的3点弯曲强度。 [0027] 本发明的陶瓷布线基板用玻璃陶瓷粉末包含玻璃、第一陶瓷填料及第二陶瓷填料，第一陶瓷填料在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数低于第二陶瓷填料在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数，第二陶瓷填料的3点弯曲强度高于第一陶瓷填料的3点弯曲强度。 [0028] 发明效果 [0030] 图1为本发明的一个实施方式的陶瓷布线基板的示意性剖视图。 [0031] 图2为表示陶瓷基板的玻璃与填料的质量比(玻璃的质量百分率)、与陶瓷布线基板的相对密度及机械强度的关系的图表。 具体实施方式[0032] 以下，对实施本发明的优选实施方式的一例进行说明。但是，下述的实施方式仅为例示。本发明并不受下述的实施方式的任何限定。 [0033] 图1为本实施方式的陶瓷布线基板的示意性剖视图。图1所示的陶瓷布线基板1通常可以使用要求热膨胀系数小且机械强度高的陶瓷布线基板。陶瓷布线基板1可以作为例如探针卡的插入基板来使用。 [0034] 陶瓷布线基板1具有陶瓷基板10。陶瓷基板10具有第一主面10a及第二主面10b。陶瓷基板10由多个陶瓷层11的层叠体构成。 [0035] 在陶瓷基板10的内部配置有多个内部导体20。各个内部导体20具有：位于相邻的陶瓷层11之间的层间电极21、贯穿陶瓷层11且将隔着陶瓷层11而在陶瓷层11的层叠方向对置的层间电极21彼此连接的通孔电极22。 [0036] 多个内部导体20跨设于陶瓷基板10的第一主面10a与第二主面10b。内部导体20的第一主面10a侧的端部与设置于第一主面10a上的电极垫31连接。内部导体20的第二主面10b侧的端部与设置于第二主面10b上的电极垫32连接。 [0037] 相邻的电极垫32间的距离比相邻的电极垫31间的距离长。因此，在使用陶瓷布线基板1作为插入基板的情况下，测试头连接于第二主面10b侧，印刷陶瓷布线基板连接于第一主面10a侧。 [0038] 予以说明，内部导体20及电极垫31、32可以由适当的导电材料构成。内部导体20及电极垫31、32可以分别由例如Pt、Au、Ag、Cu、Ni、Pd等金属中的至少一种构成。 [0039] 陶瓷基板10由包含玻璃的低温烧成陶瓷构成。具体而言，陶瓷基板10包含玻璃、第一陶瓷填料及第二陶瓷填料。而且，第一陶瓷填料在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数低于第二陶瓷填料在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数。第二陶瓷填料的3点弯曲强度高于第一陶瓷填料的3点弯曲强度。 [0040] 玻璃提高陶瓷基板10的致密性(相对密度)，并且提高陶瓷基板10的机械强度。 [0041] 陶瓷填料可以调整无法用玻璃单体进行调整的、在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数及机械强度。 [0042] 作为陶瓷填料，由于包含在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数低的第一陶瓷填料、及陶瓷填料的3点弯曲强度高的第二陶瓷填料，因此通过调整玻璃与这些陶瓷填料的质量比，可以适当地调节陶瓷基板10的热膨胀系数，同时可以担保作为陶瓷基板10的机械强度。即，通过第一陶瓷填料，可以减小陶瓷基板10在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数，并且，通过第二陶瓷填料，可以提高陶瓷基板10的机械强度。 [0044] 予以说明，本说明书中的陶瓷填料的3点弯曲强度使用利用以下的方法制作的厚度3.0mm的片状烧结体、并利用基于JIS R1601(2008)的方法来测定。 [0045] 首先，相对于平均粒径2μm的陶瓷填料100质量份，混合聚乙烯丁缩醛(PVB)15质量份、邻苯二甲酸苄基丁酯3质量份、甲苯50质量份，进行混炼，制作浆料。接着，利用刮板法将该浆料成形为直径20.32cm(8英寸)、厚度150μm的圆形片状，制作生坯片。接着，将8片生坯片层叠，使其在90℃、30MPa下热压接后，在450℃进行热处理而脱脂后，使其在1600℃烧结，制作烧结体。最后，将烧结体研磨至厚度3.0mm，得到片状的烧结体。 [0046] 陶瓷基板10可以包含3种以上的陶瓷填料。即，可以包含除第一陶瓷填料及第二陶瓷填料以外的陶瓷填料。 [0047] 此时，优选的是：在3种以上的陶瓷填料中，第一陶瓷填料在-40℃～125℃的温度范围下的热膨胀系数最低，在3种以上的陶瓷填料中，第二陶瓷填料的3点弯曲强度最高。 [0048] 陶瓷基板10优选包含2种陶瓷填料。即，通过调整玻璃、第一陶瓷填料及第二陶瓷填料的质量比，从而可以容易地减小陶瓷基板10的热膨胀系数，并且可以提高陶瓷基板10的机械强度。 [0049] 第一陶瓷填料在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数优选为-8～+5ppm/℃。由此，可以得到具有与半导体晶片的热膨胀系数接近的热膨胀系数的陶瓷基板10。第一陶瓷填料在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数更优选为-5～+4ppm/℃，进一步优选为-3～+3ppm/℃。 [0050] 作为第一陶瓷填料，可列举硅锌矿填料、堇青石填料、β-锂辉石填料、莫来石填料、氧化锆系陶瓷填料(ZrSiO4、ZrW2O8、(ZrO2)P2O7、KZr2(PO4)3、Zr2(WO4)(PO4)2)等。其中，优选硅锌矿填料。通过使用硅锌矿填料，可以使陶瓷基板10在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数减小到例如4ppm/℃以下、进而3.6ppm/℃以下。予以说明，硅锌矿为硅-锌复合氧化物。硅锌矿通常以ZnSiO4来表示。 [0051] 第二陶瓷填料的3点弯曲强度优选为400～800MPa。由此，可以得到机械强度高的陶瓷基板10。第二陶瓷填料的3点弯曲强度更优选为450～800MPa、进一步优选为500～800MPa。 [0052] 作为第二陶瓷填料，可列举氧化铝填料、氧化锆填料等。其中，优选氧化铝填料。通过使用氧化铝填料，可以充分增大陶瓷基板10的机械强度。 [0053] 就陶瓷基板10而言，例如，在包含氧化铝填料及硅锌矿填料的情况下，通过调节氧化铝填料与硅锌矿填料的质量比，可以适当地调节陶瓷基板10的热膨胀系数，并且可以担保作为陶瓷基板10的机械强度。即，通过硅锌矿填料，可以减小热膨胀系数，并且，通过氧化铝填料，可以提高陶瓷基板10的机械强度。另外，可以使陶瓷基板10在-40℃～+125℃的温度范围下的热膨胀系数减小到例如4ppm/℃以下、进而3.6ppm/℃以下。 [0054] 图2为表示陶瓷基板10中的玻璃与填料的质量比、与陶瓷布线基板的相对密度(实线表示)及机械强度(3点弯曲强度)(点线表示)的关系的图表。予以说明，相对密度D以实测密度/理论密度×100(％)、(理论密度是由玻璃及陶瓷的理论密度对应于横轴的混合比计算得到的值)来表示。如图2所示，直到玻璃含量达到某个值为止，随着玻璃含量的增加，相对密度增加，而且，随着相对密度的增加，3点弯曲强度也增加。若玻璃含量达到某个值以上，则相对密度变为约100％，即使玻璃含量更为增加，相对密度也不会增加，随着相对密度的增加，也不会出现3点弯曲强度的增加。另一方面，随着玻璃含量的增加，填料的含量减少，因此，随之，3点弯曲强度也减小。由这些结果可知：从提高陶瓷基板10的机械强度的观点出发，玻璃与氧化铝填料及硅锌矿填料的质量比(玻璃：氧化铝填料及硅锌矿填料)优选为30：70～65：35的范围内，更优选为40：60～60：40的范围内。 [0055] 在陶瓷基板10中，若硅锌矿填料相对于氧化铝填料及硅锌矿填料的总量的质量比(硅锌矿填料/氧化铝填料及硅锌矿填料的总量)过小，则虽然陶瓷基板10的机械强度提高，但是存在陶瓷基板10的热膨胀系数变大、同时介电常数变高的倾向。若硅锌矿填料相对于氧化铝填料及硅锌矿填料的总量的质量比(硅锌矿填料/氧化铝填料及硅锌矿填料的总量)过大，则虽然陶瓷基板10的热膨胀系数变小、同时介电常数变低，但是存在陶瓷基板10的机械强度降低的倾向。因此，从较高地保持陶瓷基板10的机械强度、且减小陶瓷基板10的热膨胀系数、降低介电常数的观点出发，氧化铝填料与硅锌矿填料的质量比(氧化铝填料：硅锌矿填料)优选为20：80～60：40的范围内，更优选为30：70～50：50的范围内。 [0056] 硅锌矿填料的平均粒径优选小于氧化铝填料的平均粒径，更优选为1/2倍以下。此时，填料的填充率提高，机械强度提高。 [0057] 陶瓷基板10中的玻璃优选为硼硅酸玻璃。通过使用硼硅酸玻璃，容易减小陶瓷基板10的热膨胀系数。另外，可以提高陶瓷基板10的机械强度。 [0058] 具体而言，硼硅酸玻璃优选以质量％计包含SiO2 60～80％、B2O3 10～30％、Li2O+Na2O+K2O 1～5％及MgO+CaO+SrO+BaO 0～20％作为玻璃组成。 [0059] 以下，没有特别说明的百分率表示质量百分率。 [0060] SiO2为形成玻璃骨架的成分。SiO2含量以质量百分率表示优选为60～80％。若SiO2的含量变少，则有时难以玻璃化。另一方面，若含量变多，则有时熔融温度变高而难以熔融。SiO2的含量的更优选范围为65～75％。 [0061] B2O3是形成玻璃骨架、同时扩展玻璃化范围、使玻璃稳定化的成分。B2O3的含量以质量百分率表示优选为10～30％。若B2O3的含量变少，则存在熔融温度变高、难以熔融的倾向。另一方面，若B2O3的含量变多，则存在陶瓷布线基板1的热膨胀系数变大的倾向。B2O3的含量的更优选范围为15～25％。 [0062] 碱金属氧化物(Li2O、Na2O、K2O)是使熔融玻璃的粘度降低、且容易熔融的成分。碱金属氧化物的含量(合量)以质量百分率表示优选为1～5％。若碱金属氧化物的含量变少，则有时使粘度降低的效果变低。另一方面，若碱金属氧化物的含量变多，则存在耐水性降低的倾向。碱金属氧化物的含量的更优选范围为2～4％。 [0063] 碱土金属氧化物(MgO、CaO、SrO、BaO)是使熔融玻璃的粘度降低、且容易熔融的成分。碱土金属氧化物的含量(总量)以质量百分率表示优选为0～20％。若碱土金属氧化物的含量变多，则存在玻璃容易变得不稳定、使玻璃熔融时玻璃失透的倾向。碱土金属氧化物的含量的更优选范围为5～15％。 [0064] 接着，对陶瓷布线基板1的制造方法进行说明。 [0065] 首先，准备包含上述的玻璃粉末、第一陶瓷填料及第二陶瓷填料的陶瓷布线基板用玻璃陶瓷粉末。在此，陶瓷布线基板用玻璃陶瓷粉末中，第一陶瓷填料优选为硅锌矿填料，第二陶瓷填料优选为氧化铝填料。玻璃与氧化铝填料及硅锌矿填料的质量比(玻璃：氧化铝填料及硅锌矿填料)优选为30：70～65：35的范围内，更优选为40：60～60：40的范围内。氧化铝填料与硅锌矿填料的质量比(氧化铝填料：硅锌矿填料)优选为20：80～60：40的范围内，更优选为30：70～50：50的范围内。硅锌矿填料的平均粒径优选小于氧化铝填料的平均粒径，更优选为氧化铝填料的平均粒径的1/2倍以下。 [0066] 玻璃优选为硼硅酸盐系玻璃，更优选为上述组成的硼硅酸盐系玻璃。玻璃粉末的平均粒径优选为1μm～5μm的范围内。 [0067] 接着，在陶瓷布线基板用玻璃陶瓷粉末中添加包含树脂、增塑剂、溶剂等的粘合剂，进行混炼，由此制作浆料。利用刮板法等将该浆料成形为片状，由此制作包含玻璃、氧化铝填料及硅锌矿填料的陶瓷布线基板用陶瓷生坯片。 [0068] 接着，在陶瓷生坯片中形成通孔。通孔的形成例如可以通过激光的照射、机械打孔等来进行。 [0069] 接着，在所形成的通孔的内部填充用于形成通孔电极22的导电性糊剂。另外，在陶瓷生坯片上涂布用于形成层间电极21及电极垫31、32的导电性糊剂。 [0070] 之后，适当层叠陶瓷生坯片，得到层叠体。通过对该层叠体进行烧成，从而可以完成陶瓷布线基板1。 [0071] 以下，基于具体的实施例对本发明进行更详细地说明，但是，本发明并不受以下的实施例的任何限定，可以在不改变其主旨的范围进行适当变更后实施。 [0072] (实施例1) [0073] 按照以质量百分率表示计成为SiO2 70％、B2O3 28％、K2O 2％的方式调配玻璃原料，将玻璃原料投入铂金坩埚中，使其在1600℃熔融，由此得到熔融玻璃。将熔融玻璃供给至经水冷的2个旋转辊间，将熔融玻璃延伸，由此得到膜状的玻璃。 [0075] 在按照玻璃粉末45质量份、平均粒径为2.0μm的氧化铝粉末30质量份、平均粒径为0.8μm的硅锌矿粉末25质量份制备的混合粉末100质量份中，混合聚乙烯丁缩醛(PVB)15质量份、邻苯二甲酸苄基丁酯3质量份、甲苯50质量份，进行混炼后，利用刮板法得到厚度150μm的生坯片。 [0076] 对生坯片进行冲裁加工，得到直径20.32cm(8英寸)的圆形生坯片成形体。接着，利用激光打孔机在该生坯片成形体中形成直径100μm、间隔500μm的贯通孔，通过印刷埋入通孔导体。另外，通过印刷导电性糊剂来形成层间电极及电极垫。之后，将生坯片成形体层叠，再作为制约构件，将由氧化铝填料形成的氧化铝生坯片层叠，制作层叠体。 [0077] 接着，使层叠体在90℃、30MPa下热压接。之后，将层叠体在450℃进行热处理而脱脂后，使其在850℃烧结，得到烧结体。对所得的烧结体进行研磨，从而除去制约构件，制作厚度3.0mm的陶瓷布线基板。 [0078] 所得到的陶瓷布线基板在-40～125℃的温度范围下的热膨胀系数为3.9ppm/℃，其为与半导体晶片的热膨胀系数大致相同的值。 [0079] 利用基于JIS R1601(2008)的方法测定得到的陶瓷布线基板的3点弯曲强度为300MPa，具有充分的强度。 [0080] 而且，将该陶瓷布线基板用于探针卡，利用该探针卡对半导体晶片在-40～+125℃的温度范围下进行检查，结果可以毫无问题地检查半导体晶片。 [0081] (实施例2) [0082] 除以下几点以外，与实施例1同样地制作陶瓷布线基板。 [0083] 玻璃原料的组成以质量百分率表示为SiO2 65％、B2O3 15％、CaO 16％、K2O 4％。 [0084] 玻璃粉末的平均粒径为2.0μm。 [0085] 在按照玻璃粉末40质量％、氧化铝填料粉末25质量％、硅锌矿填料粉末35质量％制备的混合粉末100质量份中，混合甲基丙烯酸树脂15质量份、邻苯二甲酸苄基丁酯3质量份、甲苯50质量份，进行混炼后，利用刮板法得到厚度150μm的生坯片。 [0086] 所得到的陶瓷布线基板在-40～125℃的温度范围下的热膨胀系数为3.4ppm/℃，其为与半导体晶片的热膨胀系数大致相同的值。 [0087] 利用基于JIS R1601(2008)的方法测定的陶瓷布线基板的3点弯曲强度为280MPa，具有充分的强度。 [0088] 而且，将该陶瓷布线基板用于探针卡，利用该探针卡对半导体晶片在-40～+125℃的温度范围下进行检查，结果可以毫无问题地检查半导体晶片。 [0089] (比较例) [0090] 除以下几点以外，与实施例1同样地制作陶瓷布线基板。 [0091] 在按照玻璃粉末60质量份、氧化铝粉末40质量份制备的混合粉末100质量份中，混合聚乙烯丁缩醛(PVB)15质量份、邻苯二甲酸苄基丁酯3质量份、甲苯50质量份，进行混炼后，利用刮板法得到厚度150μm的生坯片。 [0092] 在-40～125℃的温度范围得到的陶瓷布线基板的热膨胀系数为6.2ppm/℃，其为与半导体晶片的热膨胀系数大致相同的值。 [0093] 利用基于JIS R1601(2008)的方法测定得到的陶瓷布线基板的3点弯曲强度为280MPa。 [0094] 而且，将该陶瓷布线基板用于探针卡，利用该探针卡对半导体晶片在-40～+125℃的温度范围进行检查，结果因陶瓷布线基板的膨胀而无法正确地检查半导体晶片。 [0095] 符号说明 [0096] 1：陶瓷布线基板 [0097] 10：陶瓷基板 [0098] 10a：第一主面 [0099] 10b：第二主面 [0100] 11：陶瓷层 [0101] 20：内部导体 [0102] 21：层间电极 [0103] 22：通孔电极 [0104] 31、32：电极垫 |
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