專利名稱：基板和制造該基板的方法
發(fā)明的詳細(xì)說明發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及適于用作子裝配物的具有通孔的陶瓷基板和制造該基板的方法。
相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的描述子裝配物是位于半導(dǎo)體激光元件或裝置以及熱沉(由如銅這樣的金屬形成的塊狀物)之間的絕緣基板。它具有這樣的性能，即從半導(dǎo)體激光元件發(fā)出的熱量可有效的傳送到熱沉端。通常，半導(dǎo)體激光元件的子裝配物具有位于陶瓷基板上表面和下表面的電路圖形，而且位于上下表面上的電路圖形由通孔的導(dǎo)電彼此之間電連接，其中，該導(dǎo)電穿透了上下表面。為了使用，如半導(dǎo)體激光的元件與其中一個(gè)表面結(jié)合在一起，熱沉也通過焊接與另一個(gè)表面結(jié)合起來。
通常，在制造這樣的子裝配物時(shí)，我們使用了這樣的方法，即在包含陶瓷粉末的平板造型澆鑄(plate-shaped molded)產(chǎn)品(印刷電路基板)上形成通孔(through hole)，充滿其中包含導(dǎo)電材料的團(tuán)(paste)，然后將陶瓷粉末與導(dǎo)電材料燒結(jié)在一起(這種方法被稱作合燒(co-fired)方法)，其后磨光表面，接著用金屬處理陶瓷基板的整個(gè)表面用來形成導(dǎo)電層，這樣就通過平版印刷術(shù)過程形成了電路圖形。更具體的說，光阻材料施放在覆蓋基板整個(gè)表面的導(dǎo)電層上，執(zhí)行使用電路圖形掩膜(mask)的曝光(exposing)步驟、顯影(developing)和沖洗(rinsing)步驟以及可選的后焙烘步驟，然后，在蝕刻階段，清除不必要的導(dǎo)電層，接著，剝落電阻以形成電路圖形。在某些情況下，在元件安裝面的表層，電路圖形可由依賴于安裝方式，覆蓋整個(gè)表面的導(dǎo)電層形成。同樣在這些情況下，有時(shí)要控制該元件實(shí)際安裝部分和置于下面部分上的通孔之間的位置關(guān)系。例如，在該元件用流回方法(reflow method)焊接的情況下，形成焊接膜圖形，將電路圖形預(yù)定位置處的元件結(jié)合在一起是必要的。
在上面的情況下，該電路圖形是由平版印刷術(shù)過程形成的，為進(jìn)行陶瓷基板兩面上形成的電路圖形的電連接，給出了充滿導(dǎo)電材料的通孔(因?yàn)榻饘偻ǔ１挥米鲗?dǎo)電材料，所以在下文中稱這樣的通孔為金屬通孔)。因此，電路圖形形成了，它覆蓋了暴露在該陶瓷基板表面上金屬通孔的全部表面(更具體的說，充滿在通孔中導(dǎo)電材料暴露部分的表面)和它的外圍部分。因此，如果在電路圖形的曝光階段沒有精確完成該電路圖形掩膜(光掩膜)的定位，而產(chǎn)生移位，那么金屬通孔和該陶瓷基板表面上電路圖形的接觸面積就減少了，由于電阻的增加、連接故障等情況會(huì)引起次品(defective product)的增加。因此，必須精確進(jìn)行掩膜的布置。在下面的情況下，電路圖形也由覆蓋整個(gè)表面的導(dǎo)電層形成，而且精確布置形成焊接膜的掩膜是很重要的。
實(shí)施這樣布置的方法的例子包括使用機(jī)械參考引腳的機(jī)械匹配方法和圖形識(shí)別方法。在從基板的末端到金屬通孔的位置精度低、基板的末端變形或形狀改變的情況下，應(yīng)用前面所述的方法是不容易的。因此，通常使用圖形識(shí)別方法。在圖形識(shí)別方法中，基板上形成了定位標(biāo)記，監(jiān)控形成焊接膜圖形的光掩膜或掩膜同該標(biāo)記之間的相對(duì)位置，從而細(xì)微(finely)調(diào)節(jié)它們之間的移位，并如此進(jìn)行匹配。這種方法能可以自動(dòng)執(zhí)行。
待解決的問題然而，近幾年，為了提高子裝配物的性能并減小電子設(shè)備的尺寸，我們需要減小尺寸，并采取高密度布置方式。因?yàn)榻饘偻缀碗娐穲D形之間的位置關(guān)系和精度已達(dá)精確，所以制造過程中，在多數(shù)情況下利用標(biāo)記來進(jìn)行定位是不夠的。因此，根據(jù)導(dǎo)電層表面置于下面部分上的金屬通孔的軌跡，我們用肉眼細(xì)微調(diào)節(jié)該位置。然而，該金屬通孔的直徑是很小的，也就是0.03到0.5mm，因此很難分辨金屬通孔，這需要確認(rèn)其位置的技術(shù)。當(dāng)一個(gè)未能進(jìn)行熟練操作的人來進(jìn)行布置工作時(shí)，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生電路圖形和金屬通孔位置的改變現(xiàn)象。
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供“具有金屬通孔的雙面電路板”，它適合作為安裝半導(dǎo)體裝置的子裝配物，即一個(gè)基板，其中金屬通孔和電路圖形之間有很好的電連接性能，而且我們可簡(jiǎn)易的結(jié)合和布置元件。此外，本發(fā)明還提供了有效制造該基板的方法。
解決問題的裝置為解決現(xiàn)有領(lǐng)域中的問題，本發(fā)明的發(fā)明者做了認(rèn)真的研究。更具體的說，通?；迳闲纬蓪?dǎo)電層，在此情況下，假定該基板的表面在有關(guān)該基板和導(dǎo)電層的附著方面是非常(preferably)光滑的。另一方面，如果金屬通孔部分被人工突出來形成導(dǎo)電層，他們假設(shè)金屬通孔的位置在導(dǎo)電層形成之后也可簡(jiǎn)易的確認(rèn)。因此，他們認(rèn)真的研究了在保持可靠性時(shí)形成可區(qū)分的突出部分的條件，此時(shí)，是將半導(dǎo)體設(shè)備直接安裝到金屬通孔上而不破壞導(dǎo)電層的附著效果。結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)在陶瓷基板的表面粗糙度被設(shè)置為一特定值或比其該特定值小的情況下，可獲得目標(biāo)優(yōu)勢(shì)。進(jìn)一步說，金屬通孔從該基板表面突出了特定的高度。從而，本發(fā)明就完成了。
更具體的說，本發(fā)明第一個(gè)方面是有關(guān)元件安裝的基板，其中，在陶瓷基板的表面形成了導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層覆蓋了充滿在通孔內(nèi)導(dǎo)電材料暴露部分的整個(gè)表面。其中，對(duì)陶瓷基板安裝元件一面的陶瓷部分而言，其表面粗糙度Ra≤0.8μm，安裝元件一側(cè)表面上充滿于通孔中的導(dǎo)電材料突出該側(cè)表面0.3到5.0μm高。
依據(jù)本發(fā)明的基板(以下稱作依據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品基板)適于用作子裝配物。依據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品基板具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即當(dāng)安裝元件時(shí)，可進(jìn)行高可靠性芯片焊接(die bonding)，而且通過有效使用平版印刷術(shù)可輕松獲得高可靠性基板。進(jìn)一步，在依據(jù)本發(fā)明，具有覆蓋該陶瓷基板上安裝元件一側(cè)整個(gè)表面的導(dǎo)電層的產(chǎn)品基板中，不難確認(rèn)置于下面部分上的金屬通孔的位置，也可任意控制金屬通孔的相對(duì)位置關(guān)系，以形成與導(dǎo)電層結(jié)合元件的焊接膜圖形。具有焊接膜圖形的這樣的基板具有的優(yōu)點(diǎn)，即元件可簡(jiǎn)易的結(jié)合和安置，而且該元件可高精度的結(jié)合在預(yù)定位置上。
進(jìn)一步，本發(fā)明的第二個(gè)方面是有關(guān)具有充滿導(dǎo)電材料金屬通孔的陶瓷基板，其中處于陶瓷基板至少一面上的陶瓷部分的表面粗糙度Ra≤0.8μm，充滿在表面粗糙度Ra≤0.8μm陶瓷部分至少一面上通孔中的導(dǎo)電材料突出該表面0.3到5.0μm高，而且在該陶瓷基板的上下表面均未形成導(dǎo)電層。
依據(jù)本發(fā)明的基板(以下稱依據(jù)本發(fā)明的材料基板)適于用作制造依據(jù)本發(fā)明且適于用作子裝配物的產(chǎn)品基板時(shí)的材料基板。該材料基板具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即甚至在該表面上形成導(dǎo)電層時(shí)，我們也可用肉眼輕松確認(rèn)金屬通孔的位置。
進(jìn)一步，本發(fā)明的第三個(gè)方面是有關(guān)制造依據(jù)本發(fā)明產(chǎn)品基板的方法，其包含如下步驟，形成完全覆蓋依據(jù)本發(fā)明具有充滿導(dǎo)電材料通孔的材料基板至少一面的導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層突出該基板陶瓷部分的表面0.3到5.0μm高，通過平版印刷術(shù)過程移去該導(dǎo)電層的一部分以形成突出的暴露導(dǎo)電材料部分的覆蓋面，其中我們根據(jù)由該導(dǎo)電層置于下面部分上的通孔形成的導(dǎo)電層凸出部分的位置來進(jìn)行平版印刷術(shù)過程中曝光階段光掩膜的布置。本發(fā)明的第四個(gè)方面是關(guān)于制造依據(jù)本發(fā)明產(chǎn)品基板的方法，其包含以下步驟，形成完全覆蓋依據(jù)本發(fā)明具有充滿導(dǎo)電材料通孔的材料基板至少一面的導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層突出該基板陶瓷部分的表面0.3到5.0μm高，根據(jù)由通孔產(chǎn)生的導(dǎo)電層凸出部分的位置，確認(rèn)該導(dǎo)電層置于下面部分上通孔的位置，并形成結(jié)合在該導(dǎo)電層上元件的焊接膜圖形。依據(jù)本發(fā)明的制造方法，有效制造本發(fā)明的產(chǎn)品基板是可能的。
附圖概述

圖1是依據(jù)本發(fā)明產(chǎn)品基板典型實(shí)施例的透視圖和垂直剖面視圖。
名稱解釋100陶瓷基板101元件安裝表面102與元件安裝表面相對(duì)的一面200金屬通孔300導(dǎo)電層400焊接膜圖形h通孔的突出高度較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明如上所述，依據(jù)本發(fā)明的基板(本發(fā)明的材料基板和產(chǎn)品基板)具有這樣的共有特征，即對(duì)包括金屬通孔的陶瓷基板安裝該元件的表面上的陶瓷部分，其表面粗糙度Ra≤0.8μm，進(jìn)一步說，充滿在通孔中的導(dǎo)電材料突出元件安裝表面0.3到5.0μm高。由于具有這樣的特征，甚至當(dāng)該陶瓷基板的全部表面被導(dǎo)電層覆蓋時(shí)，我們還是可輕松確認(rèn)金屬通孔的位置。另外，該導(dǎo)電層的附著力保持為充分高，進(jìn)一步說，當(dāng)安裝半導(dǎo)體裝置時(shí)可維持可靠性。在突出部分的高度比0.3μm小的情況下，當(dāng)該基板的全部表面被該導(dǎo)電層覆蓋時(shí)，我們就很難用肉眼確認(rèn)該金屬通孔的位置。另一方面，在突出部分的高度比5.0μm大的情況下，當(dāng)該基板的全部表面被該導(dǎo)電層覆蓋時(shí)，該金屬通孔上和附近的導(dǎo)電層之間就形成了水平上的大差距。特別的，它們之間邊界附近的附著效果也被破壞了。因此，當(dāng)形成電路圖形時(shí)，有可能產(chǎn)生導(dǎo)電失效(electricalconduction failure)。當(dāng)陶瓷部分的表面粗糙度被設(shè)置為Ra＞0.8μm時(shí)，如半導(dǎo)體激光這樣的元件的安裝可靠性就被降低了。關(guān)于上述的優(yōu)點(diǎn)，最好應(yīng)做到突出的高度為0.3到1.8μm，表面粗糙度Ra≤0.05μm。
在依據(jù)本發(fā)明具有上述特征的基板中，具有覆蓋突出陶瓷基板(依據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品基板)表面，且充滿了導(dǎo)電材料的通孔暴露部分全部表面的導(dǎo)電層的基板本身適于用作子裝配物和表面(依據(jù)本發(fā)明的材料基板)沒有導(dǎo)電層的基板，其適合用作制造依據(jù)本發(fā)明產(chǎn)品基板的材料基板。
圖1示出了依據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品基板的典型結(jié)構(gòu)，其中形成了元件安裝的焊接膜圖形。該基板包括表面粗糙度Ra≤0.8μm的元件安裝表面101和陶瓷基板100的突出孔全部表面，其中該陶瓷基板具有充滿導(dǎo)電材料的通孔(金屬通孔)200，而且陶瓷基板表面附近被導(dǎo)電層300覆蓋，在導(dǎo)電層300上形成了元件安裝的焊接膜圖形400。圖1的透視圖示出了金屬通孔200的末端表面，但這僅僅表示了金屬通孔200的位置和其上表面被圖1所示的剖面視圖中的導(dǎo)電層300覆蓋。而且，與元件安裝表面101相對(duì)的一面102上可形成該導(dǎo)電層，其中表面101未示出。進(jìn)一步，通孔200具有距表面101和102為0.3到5.0μm的突出高度h。依據(jù)本發(fā)明的材料基板具有這樣的結(jié)構(gòu)，它是由通過排除圖1所示的產(chǎn)品基板上導(dǎo)電層300和元件安裝的焊接膜圖形400來表示的。
對(duì)用在依據(jù)本發(fā)明的材料基板和產(chǎn)品基板中的陶瓷基板而言，我們可使用熟知的材料而不加限制。更具體的說，可以使用氮化鋁、氧化鈹、金剛砂、氧化鋁、多鋁紅柱石、氮化硼和硼硅酸鹽玻璃。特別的，氮化鋁有高熱導(dǎo)電率。因此，例如當(dāng)使用氮化鋁為子裝配物時(shí)，來自半導(dǎo)體激光元件的熱量就可有效的傳向熱沉。另外，由于氮化鋁的介電常數(shù)小，熱膨脹系數(shù)與半導(dǎo)體激光元件材料，如Si的相等，所以使用它尤其合適。當(dāng)該基板被用作安裝半導(dǎo)體激光元件的子裝配物時(shí)，該陶瓷基板的熱導(dǎo)電率應(yīng)該高，也就是170W/mK或更高，最好為200W/mK或更高。
用于依據(jù)本發(fā)明的材料基板和產(chǎn)品基板的陶瓷基板具有充滿導(dǎo)電材料的通孔。我們可使用熟知的導(dǎo)電材料而不加限制。通常，適合使用鎢、鉬、銅、銀、金、鎳、鈀或類似的材料。尤其當(dāng)用合燒方法制造依據(jù)本發(fā)明的基板時(shí)，在熱電阻方面適合使用鎢和鉬。該通孔的尺寸、形狀和數(shù)量可任意選擇，進(jìn)一步說，該基板的外部尺寸不受限制。而且，當(dāng)該陶瓷基板上形成了導(dǎo)電層時(shí)，該通孔不必穿透該陶瓷基板，而且該孔可深入到該導(dǎo)電層。進(jìn)一步說，該導(dǎo)電材料不必完全充滿以隱藏該孔(通孔)，由于簡(jiǎn)單制造，該孔穿透了陶瓷基板的上下表面。既然這樣，通常由充滿包含通孔中導(dǎo)電材料的團(tuán)來形成該通孔。就那種情況下該團(tuán)的填充特性而言，通孔的直徑應(yīng)在0.03到0.5mm，最好在0.05到0.4mm。而且，長(zhǎng)度和直徑的比率(長(zhǎng)度/直徑)應(yīng)為40或更小的值。進(jìn)一步，當(dāng)對(duì)充滿導(dǎo)電材料的通孔的電阻沒有作特別限制時(shí)，該電阻值應(yīng)該為0.5Ω或更小的值，最好是0.1Ω或更小，這樣以便完全展現(xiàn)半導(dǎo)體激光元件的性能。
在依據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品基板中，當(dāng)導(dǎo)電層形成并覆蓋安裝該元件表面上充滿導(dǎo)電材料的通孔的暴露部分的全部表面時(shí)，至于通常使用導(dǎo)電膜物質(zhì)、金屬薄膜或包含金屬粉末和無機(jī)或有機(jī)粘接劑(binder)的厚金屬膜，我們沒有作特別限制。特別是，金屬薄膜的介電常數(shù)高，因此最適合使用。我們可使用熟知的金屬來作金屬薄膜而不加限制，由于陶瓷基板的高附著性，鈦、鉻、鉬、鎢、鎢鈦(tungsten titanium)、鋁、鎳鉻、鉭和氮化鉭均適合使用。這些金屬可單獨(dú)使用，也可兩者或多者組合起來使用。而且，導(dǎo)電層可為單層，也可為兩層或多層組合。在導(dǎo)電層有多層結(jié)構(gòu)的情況下，由于對(duì)陶瓷基板高的附著性，上述金屬適合使用于第一層，直接與陶瓷基板接觸。可用于第二層的熟知金屬被置于第一層上。在使用具有雙層膜的電路圖形，并且第二層是最高層的情況下，由于鉑、鎳、鈀、銅、銀和金具有良好的電導(dǎo)特性，所以它們中的至少一個(gè)可適用。當(dāng)在第二層上進(jìn)一步提供膜，并且使用具有三層或更多層的電路圖形時(shí)，為了抑制第一和第三層之間元件的擴(kuò)散(diffusion)來保持電路圖形和陶瓷基板之間附著力的穩(wěn)定，具有良好擴(kuò)散抑制能力的鉑、鎳、鈀、鎢、鎢鈦或鉬更適合作為第二層材料。我們熟知的金屬可用于第三層中，由于鉑、鎳、鈀、銅、銀和金這樣的金屬具有良好的電導(dǎo)特性，所以它們中的至少一個(gè)可適用。而且因?yàn)殂K、鈀、銀和金的耐腐蝕性尤其好，所以它們更合適使用。為了輕松地將半導(dǎo)體裝置焊接到作為最高層的金屬層上，進(jìn)一步說，至少一個(gè)焊接膜，例如，金錫基焊料(gold-tin based solder)、鉛錫基焊料(lead-tin basedsolder)、金硅基焊料(gold-silicon based solder)或金鍺基焊料(gold-germanium based solder)可做成薄板狀或被組成圖案。
制造依據(jù)本發(fā)明的材料基板的方法不特別局限于除了該陶瓷基板表面粗糙度和該金屬通孔突出高度被控制為設(shè)置在上述說明的范圍之內(nèi)。通常我們可使用熟知的方法。例如，依據(jù)本發(fā)明的材料基板可由所謂的合燒(co-fired)方法獲得，該方法包含步驟如下，在具有通孔的印刷電路基板的通孔中直接填充包含導(dǎo)電材料的團(tuán)，并同時(shí)燒結(jié)陶瓷粉末和導(dǎo)電材料。作為選擇，由所謂的后燒方法也可獲得該材料基板，該方法包含如下步驟，通過使用激光或類似設(shè)備在燒結(jié)的電路基板上形成通孔，然后填充包含導(dǎo)電材料的團(tuán)來進(jìn)行重?zé)Y(jié)。以任何方法獲得的材料基板可通過磨光該基板表面生產(chǎn)出來。我們可使用對(duì)磨光方法的一個(gè)熟知的手法，而不作特別限制。我們通常使用諸如包裹法(wrapping)、磨光法、桶磨光法(barrel polishing)、噴沙設(shè)備法或磨床磨光法這樣的方法。
既然這樣，將陶瓷基板表面粗糙度設(shè)置為Ra≤0.8μm的方法，進(jìn)一步，將金屬通孔的突出高度設(shè)置為0.3到5.0μm并沒有作特別限制。例如，可使用(i)一種方法，其包含如下步驟，將燒結(jié)具有通孔的印刷電路基板，然后非常些微的將包含導(dǎo)電材料的團(tuán)填充到通孔中，以進(jìn)行重?zé)Y(jié)，其后，這樣的控制磨光條件，即該基板表面的表面粗糙度和金屬通孔的突出高度被設(shè)置在以上所述的范圍內(nèi)，(ii)一種方法，其包含如下步驟，用激光或類似方法在已燒結(jié)的基板表面上打孔，然后磨光該基板的表面，使表面粗糙度Ra≤0.8μm，其后，將包含導(dǎo)電材料的團(tuán)非常些微的填充到通孔中，以進(jìn)行重?zé)Y(jié)，隨后這樣進(jìn)行磨光，將金屬通孔的突出高度設(shè)置在上述范圍之內(nèi)，(iii)一種方法，包含如下步驟，直接將包含導(dǎo)電材料的團(tuán)填充到具有通孔的印刷電路基板的通孔中，然后進(jìn)行合燒，其后，控制這樣的磨光條件，使該基板表面的表面粗糙度以及金屬通孔的突出高度被設(shè)置在上述的范圍內(nèi)。由于步驟少且具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，所以我們最適合使用方法(iii)。
通常，在包括用上述方法燒結(jié)的通孔的陶瓷基板中，填充在該通孔中的導(dǎo)電材料比由諸如陶瓷這樣的材料構(gòu)成的陶瓷基板的硬。當(dāng)使用拋光粉(研磨劑)來磨光整個(gè)表面時(shí)，因此，軟陶瓷基板部分被磨光的程度更高，而且硬金屬通孔部分突出了。因此，如果我們使用小拋光粉連續(xù)磨光來獲得Ra≤0.8μm的表面粗糙度，那么我們通常在半導(dǎo)體激光元件的安裝中可獲得Ra≤0.05μm的高可靠性，金屬通孔的突出高度顯著增加了。根據(jù)使用大拋光粉時(shí)，上述的趨向就減少，而使用小拋光粉時(shí)，上述趨向就增加的道理，本發(fā)明的發(fā)明者通過以下方法成功的獲得了滿足上述要求的材料基板，即先用大拋光粉進(jìn)行磨光以減少該陶瓷表面的表面粗糙度到一定程度，同時(shí)抑制金屬通孔的突出量，然后用小拋光粉進(jìn)行磨光以進(jìn)一步減少該陶瓷表面的表面粗糙度，同時(shí)為減少該陶瓷基板的表面粗糙度而調(diào)節(jié)金屬通孔的突出量，并將金屬通孔的突出量設(shè)置在正確的范圍內(nèi)。這種磨光方法并不限制在兩個(gè)階段，也可使用多種大小的拋光粉來進(jìn)行多次磨光。因?yàn)楸倦A段的磨光條件隨著基板材料、使用導(dǎo)電材料、通孔的直徑以及類似條件的變化而變化，所以該條件不能被一般定義。然而，通過用每個(gè)系統(tǒng)中拋光粉的大小變化、需要磨光的時(shí)間、檢查這些條件之間的關(guān)系、金屬通孔的突出量以及該陶瓷基板的表面粗糙度來進(jìn)行磨光，我們可輕松確定磨光條件。
由于甚至當(dāng)該表面上形成了薄膜導(dǎo)電層時(shí)，我們?nèi)钥捎萌庋圯p松確認(rèn)該通孔距薄膜導(dǎo)電層表面的位置，所以依據(jù)本發(fā)明，用這種方法制造的材料基板適于作為通過下述方法生產(chǎn)依據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品基板時(shí)的中間材料。更具體的說，依據(jù)本發(fā)明的該產(chǎn)品基板適合用(1)覆蓋，用導(dǎo)電層，安裝本發(fā)明材料基板元件的表面，也就是說具有金屬通孔一邊的全部表面的突出高度為0.3到5.0μm，其由導(dǎo)電層覆蓋，然后在平版印刷術(shù)過程的曝光階段，基于由該導(dǎo)電層置于下面部分上的突出金屬通孔產(chǎn)生的導(dǎo)電層突出部分的位置來布置光掩膜。從而通過使用平版印刷術(shù)過程移去了該導(dǎo)電層的一部分，以保留至少覆蓋該突出金屬通孔暴露部分全部表面或(2)用該導(dǎo)電層覆蓋安裝本發(fā)明材料基板元件一面的導(dǎo)電層。也就是說，該金屬通孔突出高度0.3到5.0μm一面的全部表面被導(dǎo)電層覆蓋了，然后基于由通孔產(chǎn)生的導(dǎo)電層凸出部分的位置，確認(rèn)該導(dǎo)電層置于下面部分上通孔的位置。從而在導(dǎo)電層上形成了元件結(jié)合的焊接膜圖形。
該方法中使用的平版印刷術(shù)過程(1)是其中一種典型的圖形形成方法，其中基板外涂上了具有良好抗蝕刻性能的抗有機(jī)(organic resist)材料，或粘貼干膜，然后通過使用光傳遞手法或類似的技術(shù)將電路圖形印在防護(hù)膜(resistfilm)上，通過使用作為掩膜的防護(hù)圖形(resist pattern)蝕刻導(dǎo)電層，從而形成了電路圖形?；旧?，該方法包含①將防護(hù)劑(resist)涂在(粘貼)在已沖洗的基板上的步驟，②通過使用光掩膜將圖形印在防護(hù)劑上的曝光步驟，③顯影和沖洗步驟，④蝕刻步驟，以及⑤清除防護(hù)劑步驟。
在該制造方法的平版印刷術(shù)過程中，基于由該材料突出金屬通孔產(chǎn)生的導(dǎo)電層突出部分的位置，我們進(jìn)行曝光步驟中光掩膜的定位工作。從而，我們減少由該光掩膜位置移動(dòng)引起的次品發(fā)生率。
在上述的方法中，形成的覆蓋突出高度為0.3到5.0μm的材料基板金屬通孔一面全部表面的導(dǎo)電層，通過蝕刻被部分清除了，留下該導(dǎo)電層，用來覆蓋金屬通孔的全部暴露表面。從而，我們可獲得依據(jù)本發(fā)明具有想得到形狀電路圖形的產(chǎn)品基板。因此，由余下導(dǎo)電層形成的電路圖形基本具有關(guān)于已說明的依據(jù)本發(fā)明產(chǎn)品基板導(dǎo)電層有相同的結(jié)構(gòu)。也可有選擇的在余下通過進(jìn)行蝕刻而獲得的導(dǎo)電層上形成金屬層。當(dāng)該導(dǎo)電層最后作為具有迭片結(jié)構(gòu)電路圖形時(shí)，至少可通過蝕刻形成最底下的層。對(duì)形成該導(dǎo)電層的方法，我們可不加特別限制的使用熟知的膜形成方法，如物理蒸發(fā)過程、非電解電鍍過程、熔解電鍍過程、陽(yáng)極氧化過程和涂膜過程(film coating process)。
而且，除了基于由依據(jù)本發(fā)明材料基板的突出金屬通孔產(chǎn)生的導(dǎo)電層突出部分的位置進(jìn)行光阻的定位有差異外，在本發(fā)明中使用的平版印刷術(shù)過程與常規(guī)使用的平版印刷術(shù)過程是相同的。更具體的說，能用在常規(guī)平版印刷術(shù)過程中的不同材料和化學(xué)制品，諸如防護(hù)劑、光掩膜和防護(hù)劑清除劑(resistremover)，可以使用而不加特別限制，而且使用條件也沒有特別限制。
進(jìn)一步，通過該基板導(dǎo)電膜的定位和安裝我們可進(jìn)行方法(2)中該焊接膜圖形的形成過程。形成金屬板(metal plate)掩膜，其中該金屬板缺少相應(yīng)基于由突出金屬通孔產(chǎn)生的導(dǎo)電層凸出部分位置的焊接膜圖形部分，由蒸發(fā)法或陰極真空噴鍍(sputtering)法形成焊接膜，然后清除該掩膜。通過使用這樣的方法，我們也可有選擇的僅在該金屬通孔不存在于導(dǎo)電層下的部分上形成焊接膜層。當(dāng)用圖1所示的方法(1)形成具有想要形狀的電路圖形時(shí)，同樣，可有選擇的僅在該金屬通孔不存在于導(dǎo)電層下的部分上形成焊接膜層也是理所當(dāng)然的。
范例下面我們將更詳細(xì)的說明本發(fā)明的例子，但本發(fā)明并不局限于這些例子。
例1將重量占5份的氧化釔粉末、用作有機(jī)粘接劑和擴(kuò)散劑且重量占15份的甲基丙烯酸丁酯和用作可塑劑且重量占5份的鄰苯二甲酸二辛酯加到重量為100份的氮化鋁粉末內(nèi)，并用球磨機(jī)并使用作為溶劑的甲苯將它們混合。取出混合漿的泡沫，然后使用刮粉刀方法該混合物形成了厚度為0.6mm的薄片。從該印刷電路基板上切下長(zhǎng)度和寬度均為60mm的薄片，并使用沖壓金屬模子在上面加工直徑為Φ250μm，在各個(gè)方向斜度(pitch)為1.3mm的42×42的通孔。下一步，用擠壓注射方法(press injection method)鎢團(tuán)被填充到通孔中。對(duì)填充條件而言，我們?cè)O(shè)置了45psi和12秒。加熱這樣制作的具有鎢通孔的氮化鋁印刷電路基板產(chǎn)品，并在900℃時(shí)進(jìn)行脫蠟處理兩個(gè)小時(shí)，同時(shí)以30升/分鐘的速度循環(huán)通以干燥的氮?dú)?。溫度上升速率?℃/分鐘。與此同時(shí)，作為測(cè)試樣品的脫蠟產(chǎn)品的碳?xì)堄嗨俾蕼y(cè)為1950ppm。然后，脫蠟產(chǎn)品被置于形成氮化鋁的容器中，并被加熱到1615℃，在氮氛圍中保持4個(gè)小時(shí)。進(jìn)一步，該產(chǎn)品在1870℃的溫度中燒制9個(gè)小時(shí)。接著，我們獲得長(zhǎng)度為48mm、寬度為48mm、厚度為0.48mm的氮化鋁基板，其上有直徑為Φ220μm的鎢通孔。該基板熱變形(warpage)為35μm。與此同時(shí)，用激光閃現(xiàn)法(laser flash method)測(cè)得經(jīng)脫蠟和燒制后厚度為0.48mm測(cè)試樣品基板的熱導(dǎo)電率為210W/mK。
借助大小為360μm的拋光粉打磨具有鎢通孔的氮化鋁基板的表面30分鐘，然后借助大小為120μm的拋光粉打磨該表面1小時(shí)20分鐘。接著，我們得到依據(jù)本發(fā)明的材料基板，其中氮化鋁基板平面的表面粗糙度Ra＝0.027μm，該鎢通孔突出該基板表面0.8μm高。
接下來，通過陰極真空噴鍍法，該基板的全部?jī)蓚€(gè)表面上形成了具有第一/第二/第三層＝鈦0.1μm/鉑0.2μm/金0.5μm結(jié)構(gòu)的薄膜導(dǎo)電層。接著該表面圖形形成了金錫(金＝80wt％)基焊料模圖形，這樣在使用金屬掩膜的蒸發(fā)法圖形下該通孔就不存在了。因?yàn)殒u通孔的位置可確認(rèn)為該導(dǎo)電層凸出部分的位置，我們可輕松實(shí)現(xiàn)該金屬掩膜的布置。接下來，具有導(dǎo)電層和焊接模層的基板被切成1.3mm，芯片狀的方塊。對(duì)所有的切片來說，我們檢查焊接層圖形和通孔之間的位置關(guān)系。接著，我們發(fā)現(xiàn)該通孔不存在于焊接模圖形下。
下一步，鍍鎳的釘頭引腳被恰被垂直焊接到處于導(dǎo)電層的鎢通孔之上的部分。釘頭引腳的釘頭直徑為1.1mm，引腳直徑為為0.5mm，其由42合金制成。焊料組成成分為鉛錫(鉛＝40wt％)。這被設(shè)置為TOYO SEIKI SEISAKUSHO有限公司生產(chǎn)的Strograph M2。當(dāng)釘頭引腳被沿著垂直方向拉動(dòng)時(shí)，斷裂長(zhǎng)度，也就是該導(dǎo)電層的附著力測(cè)為13.0kg/mm2。剝落圖形(peeling mode)在焊料內(nèi)(in-solder)崩潰(breakdown)中。
進(jìn)一步，使用具有與用于附著力評(píng)估的焊料有相同組成成分的焊料將該芯片的其中一面焊接到銅板上，其四個(gè)終端被置于另一面。這樣，該通孔的電阻測(cè)為0.013Ω(為10個(gè)芯片的測(cè)量平均值)。
比較例1僅使用大小為360μm的拋光粉打磨具有鎢通孔，按范例1中的方法制作的氮化鋁基板表面1小時(shí)50分鐘。接著，我們得到了基板表面的表面粗糙度Ra＝0.043μm的材料基板，鎢通孔突出氮化鋁基板表面，其突出部分距該表面0.1μm高。同樣，在范例1中，下一步，該材料基板的表面形成了導(dǎo)電層和焊接膜圖形。因?yàn)樵撏椎奈恢貌荒苡萌庋蹚纳厦娴膶?dǎo)電層和焊接膜層確認(rèn)，所以我們基于該基板的一角來進(jìn)行金屬掩膜的布置。接著，對(duì)具有導(dǎo)電層和焊接膜層的基板，按范例1中的相同方法進(jìn)行切割，并檢查所有切片的焊接膜圖形和鎢通孔之間的位置關(guān)系。接下來，我們發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了具有焊接膜圖形下鎢通孔的419個(gè)殘次芯片。而且，該導(dǎo)電層的附著力測(cè)為10.5kg/mm2，剝落圖形在焊接內(nèi)崩潰中。進(jìn)一步，該通孔的電阻測(cè)為0.025Ω(為10個(gè)芯片的測(cè)量平均值)。
比較例2僅使用大小為120μm的拋光粉打磨具有鎢通孔，按范例1中的方法制作的氮化鋁基板表面3小時(shí)40分鐘。接著，我們得到了基板表面的表面粗糙度Ra＝0.041μm的材料基板，鎢通孔突出該基板表面，其突出部分距該表面6.5μm高。同樣，在范例1中，下一步，該材料基板的表面形成了導(dǎo)電層和焊接膜圖形。該通孔的位置可從金屬層的凸出部分位置來確認(rèn)，我們可輕松進(jìn)行金屬掩膜的布置。我們檢查焊接膜圖形和該通孔之間的位置關(guān)系。接下來，在焊接膜圖形下無通孔。而且，該導(dǎo)電層的附著力測(cè)為只有2.1kg/mm2，剝落圖形為基板/薄膜導(dǎo)電層接口崩潰。然而，該通孔的測(cè)量電阻高達(dá)0.55Ω(為10個(gè)芯片的測(cè)量平均值)，并產(chǎn)生了部分導(dǎo)電失效。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)依據(jù)本發(fā)明，充滿了導(dǎo)電材料的通孔的突出高度被限制在距陶瓷基板平面特定的高度。從而，在輕松給形成電路圖形的掩膜鍍上金屬(metallization)并進(jìn)行布置后，我們也能用肉眼確認(rèn)該通孔的位置。
權(quán)利要求
1.一種元件安裝的基板，其中，在陶瓷基板表面上形成導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層覆蓋填充在通孔中導(dǎo)電材料暴露部分的全部表面，其特征在于，要安裝元件的陶瓷基板表面陶瓷部分的表面粗糙度Ra≤0.8μm，而且填充在安裝元件的表面的通孔中的導(dǎo)電材料突出該表面0.3到0.5μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的基板，其特征在于，在覆蓋安裝該陶瓷基板的元件全部表面的導(dǎo)電層上形成了用于元件結(jié)合的焊接膜圖形。
3.一種具有充滿導(dǎo)電材料的通孔的陶瓷基板，其特征在于，陶瓷基板至少一面上的陶瓷部分的表面粗糙度Ra≤0.8μm，填充在該通孔中的導(dǎo)電材料存在于表面粗糙度Ra≤0.8μm陶瓷部分的至少一個(gè)表面上，其突出該表面的高度是0.3到0.5μm，該陶瓷基板的上下表面均未形成導(dǎo)電層。
4.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板的方法，其特征在于，它包含下述步驟形成一個(gè)導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層覆蓋至少一個(gè)表面，所述表面上根據(jù)權(quán)利要求書3填充在所述基板通孔中的導(dǎo)電材料突出該基板陶瓷部分表面0.3到0.5μm高，通過平版印刷術(shù)過程清除該導(dǎo)電層的一部分，以形成覆蓋突出的導(dǎo)電材料暴露部分的全部表面的導(dǎo)電層，其中，在平版印刷術(shù)過程中曝光階段，根據(jù)由該導(dǎo)電層置于下面部分上通孔產(chǎn)生的導(dǎo)電層凸出部分的位置，可以進(jìn)行光掩膜的定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的制造基板的方法，其特征在于，它包含下述步驟形成一個(gè)導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層覆蓋至少一個(gè)表面，所述表面上根據(jù)權(quán)利要求書3填充在所述基板通孔中的導(dǎo)電材料突出該基板陶瓷部分表面0.3到0.5μm高，根據(jù)由該通孔產(chǎn)生的導(dǎo)電層凸出部分的位置，確認(rèn)存在于該導(dǎo)電層置于下面部分上的通孔的位置，以及在該導(dǎo)電層上形成元件結(jié)合的焊接膜圖形。
全文摘要
本發(fā)明的目的是給出有效制造具有金屬通孔，并適于用作安裝半導(dǎo)體裝置的子裝配物的雙面電路板的方法。該電路板即這樣的基板，其上金屬通孔電接觸和電路圖形良好，而且我們能輕松的進(jìn)行元件的結(jié)合和布置。在具有充滿導(dǎo)電材料通孔的陶瓷基板中，該陶瓷基板至少一面的陶瓷部分的表面粗糙度Ra≤0.8μm，其中有充滿通孔導(dǎo)電材料的基板存在于至少一個(gè)表面，其突出該表面0.3到0.5μm高，并被用作材料基板，該表面上形成了導(dǎo)電層，從而，該導(dǎo)電層組成了圖案，而且，基于由該導(dǎo)電層置于下面部分上通孔產(chǎn)生的導(dǎo)電層凸出部分的位置，形成了對(duì)元件安裝的焊接膜圖形。
文檔編號(hào)H01S5/022GK1476632SQ02803155
公開日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2002年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月10日
發(fā)明者山本玲緒, 神山美英, 英 申請(qǐng)人:德山株式會(huì)社