貫通電極及使用該貫通電極的多層基板的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在各種電氣和電子設(shè)備的電路基板中應(yīng)用的貫通電極。具體而言，涉 及具有抑制從貫通電極部分的泄漏的密封功能的貫通電極。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為半導(dǎo)體元件等在各種電氣和電子設(shè)備中使用的電路基板中的安裝方法，有時 采用在多層化的電路基板形成貫通電極并在這些電路基板上安裝元件的方法。這樣的安裝 工藝對于兼顧電路基板的高性能化和高密度化是有用的，今后也被常用的可能性高。
[0003] 作為如上所述的貫通電極的形成手段，本申請人開發(fā)了如下方法:將由預(yù)定粒徑、 純度的金屬粉末和有機溶劑構(gòu)成的金屬糊填充于貫通孔，使其燒結(jié)，將由此得到的燒結(jié)體 作為電極利用。該燒結(jié)體通過微小的金屬粉末在發(fā)生塑性變形的同時牢固地結(jié)合而形成， 其比較致密，可以作為電極發(fā)揮作用。另外，該由本申請人得到的貫通電極利用與一般的電 極形成用的金屬糊不同的不含玻璃料的金屬糊，在電極內(nèi)部排除了成為雜質(zhì)的有機物，電 特性也良好。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1:日本特開2005-109515號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明所要解決的問題
[0008] 對于安裝于基板的元件而言，如各種傳感器元件(MEMS元件等）那樣，大多也是在 安裝后需要用于使元件與外部氣體隔斷的密封處理的元件。制造包含這樣的元件的電路基 板時，需要將元件的周圍利用適當(dāng)?shù)拿芊獠牧线M行密封，并且使布線貫通于密封材料從而 將元件與貫通電極連接（圖6(a))。但是，布線長度增大時，有可能由于其電阻而使得高頻信 號的傳輸受到影響從而使元件性能不能充分發(fā)揮。
[0009] 作為用于縮短布線長度的對策，縮短貫通電極與元件的間隔而在密封區(qū)域內(nèi)形成 貫通電極是有效的（圖6(b))。特別是，在這種情況下，需要之后對貫通電極進行用于防止泄 漏的密封處理。上述的由本申請人得到的由燒結(jié)體構(gòu)成的貫通電極雖然是致密質(zhì)的，但不 能說是完整的塊體，根據(jù)情況有可能內(nèi)包有粗大細孔。因此，有可能穿過貫通電極而使得氣 密密封被破壞，對于貫通電極表面需要鍍覆處理等密封處理。這樣的電極形成后的密封處 理使得電路基板的制造工序復(fù)雜，還導(dǎo)致成本增加。
[0010] 因此，本發(fā)明提供一種對于多層結(jié)構(gòu)的電路基板有用的貫通電極，其能夠縮短元 件的布線長度、并且還能夠應(yīng)對氣密密封。另外，還公開應(yīng)用該貫通電極的電路基板的安裝 方法。
[0011] 用于解決問題的方法
[0012] 本發(fā)明人為了解決上述問題而進行了深入研究，首先，對上述由本申請人得到的 由燒結(jié)體構(gòu)成的貫通電極的特性進行了研究。根據(jù)該研究，本申請人的由燒結(jié)體構(gòu)成的貫 通電極基于所應(yīng)用的金屬粉末的純度、粒徑在形成燒結(jié)體后進一步受到加壓時，致密性進 一步提高?；谠摷訅旱闹旅苄缘奶岣卟粌H取決于稱為金屬粒子(粉末）的塑性變形/結(jié)合 的物理性變化，還取決于通過加壓和加熱施加的熱能所引起的再結(jié)晶而導(dǎo)致的金屬組織上 的變化。并且，可以說通過再結(jié)晶形成的部位與塊體同樣地發(fā)揮高氣密性。
[0013] 因此，本發(fā)明人想到:針對由燒結(jié)體構(gòu)成的貫通電極的端部，比同樣的由燒結(jié)體構(gòu) 成的貫通電極更寬廣地對基板面一體形成具有凸形狀的凸塊（圖1(a))。認為在基板上形成 該具有凸?fàn)钔箟K的貫通電極并在安裝元件、布線后對上層的基板進行加壓時，從上下方向 被約束的凸?fàn)钔箟K的外周部分因加壓而發(fā)生致密化（圖1(b))。因此，考察出該部位作為密 封材料發(fā)揮作用，能夠抑制從貫通電極的泄漏。
[0014] 并且，本發(fā)明人針對具備凸?fàn)钔箟K的貫通電極對其壓縮變形后的組織進行了研 究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在凸?fàn)钔箟K外周部觀察到致密化，另一方面，在凸?fàn)钔箟K與基板的接觸面產(chǎn) 生了較大的細孔。在殘留有這樣粗大細孔的情況下，會損害作為密封構(gòu)件的可靠性。
[0015] 在凸?fàn)钔箟K的與基板的接觸面產(chǎn)生的粗大細孔認為是由金屬粉末的結(jié)合/再結(jié)晶 的不足引起的。對其原因進行考察，本發(fā)明人推測是由于凸?fàn)钔箟K與基板的密合性不足。
[0016] 因此，本發(fā)明人對于設(shè)置于貫通電極端部的凸?fàn)钔箟K的與基板的接觸面形成了預(yù) 定的金屬膜(圖2)。通過設(shè)置這樣的金屬膜，在燒結(jié)體與金屬膜的接合界面產(chǎn)生由熱擴散引 起的高度密合，從而促進再結(jié)晶化。另外，塊狀的金屬膜通過加壓而與基板充分密合從而可 以發(fā)揮密封作用。并且，通過這些作用和上述凸?fàn)钔箟K外周部分的致密化，使得凸?fàn)钔箟K能 夠作為密封材料發(fā)揮作用。
[0017] 即，本發(fā)明是一種貫通電極，其設(shè)置于具有貫通孔的基板上，所述貫通電極包含貫 通上述貫通孔的貫通部、在上述貫通部的至少一個端部形成且比貫通電極更寬廣的凸?fàn)钔?塊部和在上述凸?fàn)钔箟K部的與上述基板的接觸面上形成的至少一層的金屬膜，上述貫通電 極部和上述凸?fàn)钔箟K部由通過將選自純度為99.9重量％以上、平均粒徑為0.005mi~1. Own 的金、銀、鈀、鉑中的一種以上金屬粉末燒結(jié)而成的燒結(jié)體形成，上述金屬膜由純度為99.9 重量％以上的金、銀、鈀、鉑中的任一種構(gòu)成。
[0018] 以下，對本發(fā)明詳細地進行說明。構(gòu)成本發(fā)明的貫通電極的貫通部對于用于確保 多層基板中的基板間的導(dǎo)電性的貫通電極而言是主要構(gòu)成。貫通部的尺寸根據(jù)設(shè)置于基板 的貫通孔的直徑、長度(深度)而設(shè)定，因此沒有特別限制。
[0019] 另外，在貫通部的一端或兩端具備比貫通部更寬廣的凸?fàn)钔箟K部。如上所述，凸?fàn)?凸塊部在多層基板的接合時被加壓，在其周圍部產(chǎn)生再結(jié)晶化，由此作為密封材料發(fā)揮作 用，抑制從貫通電極的泄漏。另外，凸?fàn)钔箟K部通過與基板上的元件進行電連接而具有經(jīng)由 貫通電極確保多層基板的基板間的導(dǎo)通的作用。
[0020] 關(guān)于凸?fàn)钔箟K部的尺寸，其橫向需要比貫通電極更寬廣，優(yōu)選相對于貫通電極的 寬度(直徑)設(shè)定為1.5~10倍。寬度過小時，作為密封材料發(fā)揮作用的再結(jié)晶區(qū)域變薄，有 可能產(chǎn)生泄漏。寬度大時，雖然密封區(qū)域變厚，但占有面積增大，并不實用。另外，對于凸?fàn)?凸塊部的厚度(高度)沒有特別規(guī)定，根據(jù)基板間的間隔來設(shè)定。優(yōu)選設(shè)定為凸?fàn)钔箟K部的 寬度(直徑)的0.1~2.0倍。凸?fàn)钔箟K部的截面形狀為圓形、矩形等，沒有特別限制。
[0021] 本發(fā)明的貫通電極的貫通部和凸?fàn)钔箟K部均由金屬粉末的燒結(jié)體構(gòu)成。該燒結(jié)體 的形成過程在下文詳細描述，是對由選自純度為99.9重量％以上、平均粒徑為0.005wii~ l.Owii的金、銀、鈀、鉑中的一種以上金屬構(gòu)成的金屬粉末進行燒結(jié)。關(guān)于用于形成燒結(jié)體的 金屬粉末的條件，要求高純度的金屬是因為:純度低時，粉末的硬度升高，制成燒結(jié)體后的 變形/再結(jié)晶化難以進行，有可能不會發(fā)揮密封作用。另外，如后所述，在燒結(jié)體形成中應(yīng)用 由金屬粉末和溶劑構(gòu)成的金屬糊，該金屬糊中不含玻璃料。因此，形成的貫通電極(貫通部 和凸?fàn)钔箟K部）由與粉末同樣的高純度金屬構(gòu)成。具體而言，由純度99.9重量％以上的金屬 構(gòu)成。
[0022]另外，本發(fā)明的貫通電極中，對于凸?fàn)钔箟K的與基板的接觸面，具備在凸?fàn)钔箟K與 貫通部的接合部周圍以框狀形成的金屬膜。該金屬膜是為了在多層基板接合時提高凸?fàn)钔?塊與基板的密合性、對燒結(jié)體賦予均勻的加壓而誘發(fā)適當(dāng)?shù)脑俳Y(jié)晶化而形成的。
[0023]凸?fàn)钔箟K上的金屬膜由純度為99.9重量％以上的金、銀、鈀、鉑中的任一種構(gòu)成。 這是為了與金屬粉末進行熱擴散而表現(xiàn)出高度的密合狀態(tài)。將純度設(shè)定為99.9重量％以上 是因為:低于該值的情況下，有可能在加熱中金屬膜中的雜質(zhì)形成氧化膜并擴散至金屬膜 表面而阻礙接合。更優(yōu)選的是，金屬膜優(yōu)選為材質(zhì)與構(gòu)成貫通電極的金屬