TWI536877B - 陶瓷通孔基板、金屬化陶瓷通孔基板、此等之製造方法 - Google Patents

陶瓷通孔基板、金屬化陶瓷通孔基板、此等之製造方法 Download PDF

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Description

陶瓷通孔基板、金屬化陶瓷通孔基板、此等之製造方法
本發明係關於陶瓷通孔基板、金屬化陶瓷通孔基板、該等之製造方法。詳細而言，係關於用以搭載LED等之半導體元件，尤其是用以搭載釋放熱之高輸出LED等之半導體元件所使用之陶瓷通孔基板等。
用以搭載半導體元件之陶瓷通孔基板係在陶瓷基板表面上形成用以與該半導體元件之電極連接之金屬化圖型。又，該陶瓷基板作為例如多層基板或墊片(submount)使用時，於陶瓷基板(以下將具有導電性通孔及金屬化圖型之陶瓷基板稱為「金屬化陶瓷通孔基板」)上形成用以實現基板之上下導通之導電性通孔。
至於金屬化陶瓷通孔基板之製造方法已知為共燒結法(同時燒成法)及後燒結法(逐步燒成法)。所謂共燒結法係在稱之為粗坯片之未燒成陶瓷基板前驅體上形成金屬糊料層，或者，於該粗坯片上形成之貫穿孔中填充金屬糊料，製作金屬化陶瓷通孔基板前驅物，並將其燒成之方法。該方法係同時進行粗坯片及金屬糊料之燒成。
所謂後燒結法係在燒結粗坯片而獲得之燒結體基板上形成金屬糊料層，或者於燒結體基板上形成之貫穿孔中填充金屬糊料，製作金屬化陶瓷通孔基板前驅體，並將其燒成之方法。該方法係逐步地進行粗坯片之燒成及金屬糊料層之燒成。
無論哪種方法均可在陶瓷基板上形成金屬化圖型，且由此獲得之基板可作為主要係用以搭載電子零件之基板。然而，藉由共燒結法進行之方法在燒成時容易造成粗坯片之不均勻收縮，例如燒結正方形之粗坯片時，雖僅稍微，但由於引起如各邊之中央部分朝內側翹曲般收縮使基板變形成星形，故於一片粗坯片上形成多個相同形狀之金屬化圖型及導電性通孔時，無法避免隨著形成圖型之位置而使圖型形狀及該通孔之位置稍有變化。又，共燒結法由於金屬糊料係與粗坯片同時在高溫下燒成，故必須使用鉬、鎢等之高熔點金屬糊料作為金屬糊料，而有無法使用導電性良好之其他金屬之缺點。
另一方面，後燒結法係在燒結體基板上形成金屬糊料層，或者於燒結體基板上形成之貫穿孔中填充金屬糊料，且藉由將其燒成而形成金屬化圖型及導電性通孔。金屬糊料層燒結(燒成)之際，金屬糊料層於厚度方向收縮，但於平面方向幾乎不會引起收縮，故不會造成如共燒結法所見之隨著位置而圖型形狀產生變化之問題。
然而，由於金屬糊料本身產生收縮，故貫穿孔中之金屬糊料於燒結時收縮，在形成之導電性通孔中產生空隙，而難以形成緻密之通孔。
專利文獻1係藉由濺鍍在具有貫穿孔之陶瓷基板上形成鈦層及銅層，隨後藉由鍍銅，形成配線圖型及導電性通孔，但該方法由於必須濺鍍步驟，故需要進行濺鍍之製造設備，並非可簡易地製造金屬化通孔基板之方法。又，以該方法利用電鍍對貫穿孔內填充銅時，於貫穿孔之直徑變大，基板厚度變厚時填充需要時間，於生產性降低方面仍有改善餘地。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]美國專利申請公開2004/00359693號說明書。
因此本發明之課題係提供一種可以簡易方法製造之陶瓷通孔基板、金屬化陶瓷通孔基板及該等基板之製造方法。
以下針對本發明加以說明。又，為使本發明容易理解而於附圖之參照符號中標記括號，但並不因此將本發明限制於圖示之形態。又，本說明書中，「A~B」只要沒有另外規定，則意指「A以上B以下」。又，本說明書中，平均粒徑係使用日機裝股份有限公司製造之Micro Track，利用雷射繞射法測定之相當於獲得體積分布之中值之球直徑(體積平均值D50)。
第一項之本發明為一種陶瓷通孔基板，其為在陶瓷燒結體基板上形成導電性通孔而成之陶瓷通孔基板，其具有將包含熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)、熔點比該金屬(A)高之金屬(B)、及活性金屬之導電性金屬密填充於貫穿孔中而成之導電性通孔，且在前述導電性通孔與前述陶瓷燒結體基板之界面形成有活性層。以下有時簡稱導電性通孔為通孔。
所謂「熔點比金屬(A)高之金屬(B)」並非意指熔點超過1100℃之金屬，而是熔點比實際使用之金屬(A)之熔點高之金屬。例如，金屬(A)係熔點為780℃左右之銀時，作為金屬(B)可使用熔點比該金屬(A)高之金屬，亦即可使用銅(熔點：1085℃)、銀(熔點：962℃)、金(熔點：1064℃)等。
至於「熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)」列舉為例如銅、銀、金、金焊料、銀焊料等焊料材。又，「熔點比金屬(A)高之金屬(B)」列舉為例如銅(熔點：1085℃)、銀(熔點：962℃)、金(熔點：1064℃)、鎢(熔點：3410℃)、鉬(熔點：2617℃)等，依據所使用金屬(A)之熔點加以選擇。
第一項之本發明中，「熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)」較好為由金焊料、銀焊料及銅選出之一種或兩種以上。
第一項之本發明中，「熔點比前述金屬(A)高之金屬(B)」較好為由銀、銅及金選出之一種或兩種以上。
第一項之本發明中，「活性層」較好為使活性金屬與陶瓷燒結體基板之陶瓷成分反應而形成之反應層。又，較好活性金屬為鈦，與該鈦反應之陶瓷成分為氮，且活性層為氮化鈦層。藉由形成該活性層使通孔與陶瓷燒結體基板壁面之密著性成為良好。
第一項之本發明中，前述陶瓷燒結體基板為氮化鋁燒結體基板。第一項之本發明之陶瓷通孔基板為具有導電性良好之通孔，適用於搭載高輸出LED等之需要高電力供給之元件。該高輸出LED等之元件釋出大量熱量。元件附近累積熱時會對元件造成不良之影響，故該熱較好釋出於外部。就該點而言，較好以導熱性高之氮化鋁構成陶瓷燒結體基板。
第二項之本發明為一種金屬化陶瓷通孔基板，其係在第一項之本發明之陶瓷通孔基板之表面及/或背面形成由包含金屬(A)、金屬(B)及活性金屬之導電性金屬所成之配線圖型。又，該金屬化圖型與陶瓷燒結體基板之間較好形成活性層。
第三項之本發明為一種第一項之本發明之陶瓷通孔基板(100a)之製造方法，其包含準備具有貫穿孔(12)之陶瓷燒結體基板(10)之步驟，將包含熔點比金屬(A)高之金屬(B)粉末及活性金屬粉末所成之第一金屬糊料(20)填充於前述貫穿孔(12)中之填充步驟，將包含熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)粉末所成之第二金屬糊料層合於與填充貫穿孔(12)之第一金屬糊料(20)接觸之位置，形成第二金屬糊料層(22)之步驟，及燒成上述所得基板之燒成步驟。
又，陶瓷通孔基板(100a)中，導電性通孔(23)係燒成填充於貫穿孔(12)中之第一金屬糊料(20)及第二金屬糊料層(22)而形成。
依據第三項之本發明之方法，於燒成步驟中，貫穿孔(12)中之金屬(B)粉末在燒結收縮之際，融熔之金屬(A)流入貫穿孔(12)中之金屬(B)粉末間之孔隙中，形成緻密之導電性良好之導電性通孔(23)。又，活性金屬與陶瓷成分反應，在導電性通孔(23)與陶瓷燒結體基板(10)之界面形成活性層。據此，使該導電性通孔(23)與陶瓷燒結體基板(10)之密著性變良好。
第四項之本發明為一種如第二項之本發明之金屬化陶瓷通孔基板(100b)之製造方法，其包含準備具有貫穿孔(12)之陶瓷燒結體基板(10)之步驟，將包含熔點比金屬(A)高之金屬(B)粉末及活性金屬粉末所成之第一金屬糊料(20)填充於前述貫穿孔(12)中之填充步驟，將包含熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)粉末所成之第二金屬糊料層合於與填充貫穿孔(12)中之第一金屬糊料(20)接觸之位置，形成第二金屬糊料層(22)之步驟，燒成上述所得基板之第一燒成步驟，於該第一燒成步驟之後，於形成配線圖型之部位層合包含熔點比金屬(A)高之金屬(B)粉末及活性金屬粉末所成之第三金屬糊料，形成第三金屬糊料層(24)之步驟，接著，將包含前述熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)粉末所成之第四金屬糊料層合於該第三金屬糊料層(24)上，形成第四金屬糊料層(26)之步驟，及燒成上述所得基板之第二燒成步驟。
又，金屬化陶瓷通孔基板(100b)中，導電性通孔(23)為燒成填充於貫穿孔(12)之第一金屬糊料(20)及第二金屬糊料層(22)而形成。
第四項之本發明方法係在第一燒成步驟中，與上述第三項之本發明方法相同，製造具有緻密之導電性良好之導電通孔(23)，且該導電性通孔(23)與陶瓷燒結體基板(10)之密著性良好之陶瓷通孔基板(100a)。第二燒成步驟係在第三金屬糊料層(24)中之金屬(B)經燒結收縮之際，使第四金屬糊料層(26)中之金屬(A)熔融而流入金屬化圖型中，因而形成緻密之導電性良好之金屬化圖型(25)。再者，第三金屬糊料層中之活性金屬藉由與陶瓷成分反應而形成活性層，因而於基板上形成密著性良好之金屬化圖型(25)。
又，包含金屬(B)粉末與活性金屬粉末之第一金屬糊料與第三金屬糊料為相同之金屬糊料，但對貫穿孔之填充步驟與對基板表面之導電圖型印刷步驟，由於對金屬糊料要求之黏度特性與最適金屬粉末粒度等會有不同之情況，故較好在各製造步驟中使用適當之金屬糊料。又，包含金屬(A)粉末之第二金屬糊料與第四金屬糊料亦可為相同之金屬糊料，就製造效率之觀點而言較好為相同之金屬糊料。以下，第五項之本發明亦同。
第五項之本發明為一種如第二項之本發明之金屬化陶瓷通孔基板(100c)之製造方法，其包含準備具有貫穿孔(12)之陶瓷燒結體基板(10)之步驟，將包含熔點比金屬(A)高之金屬(B)粉末及活性金屬粉末所成之第一金屬糊料(20)填充於前述貫穿孔(12)中之填充步驟，將包含熔點比金屬(A)高之金屬(B)粉末及活性金屬粉末所成之第三金屬糊料層合於與第一金屬糊料接觸之位置且形成配線圖型之部位，形成第三金屬糊料層(24)之步驟，將包含熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)粉末所成之第五金屬糊料層合於該第三金屬糊料層上，形成第五金屬糊料層(27)之步驟，及燒成上述所得基板之燒成步驟。
又，金屬化陶瓷通孔基板(100c)中，導電性通孔(23)係燒成填充於貫穿孔(12)中之第一金屬糊料(20)、第三金屬糊料層(24)、及第五金屬糊料層(27)而形成，同時形成與導電性通孔(23)連接之金屬化圖型(25)。
第五項之本發明之方法中，在使燒成步驟中，於貫穿孔(12)中之金屬(B)及第三金屬糊料層(24)中之金屬(B)燒結收縮之際，使第五金屬糊料層(27)中之金屬(A)熔融，且流入貫穿孔(12)中之金屬(B)粉末、及第三金屬糊料層(24)中之金屬(B)粉末間之空隙。藉此，形成緻密之導電性良好之導電性通孔(23)及金屬化圖型(25)。又，第一金屬糊料及第三金屬糊料由於分別包含活性金屬，故藉由該活性金屬與陶瓷成分反應，而在導電性通孔(23)及金屬化圖型(25)與陶瓷燒結體基板(10)之間形成活性層。藉此，使導電性通孔(23)及金屬化圖型(25)與陶瓷燒結體基板(10)之密著性變良好。
<陶瓷通孔基板之製造方法(第三項之本發明)>
本發明之陶瓷通孔基板之製造方法具備以下步驟。
(i)準備具有貫穿孔之陶瓷燒結體基板之步驟，
(ii)將包含熔點比金屬(A)高之金屬(B)粉末及活性金屬粉末所成之第一金屬糊料填充於前述貫穿孔中之填充步驟，
(iii)將包含熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)粉末所成之第二金屬糊料層合於與填充前述貫穿孔之金屬糊料接觸之位置，形成第二金屬糊料層之步驟，及
(iv)燒成上述所得基板之燒成步驟。
(步驟(i))
一邊參照圖1(a)，一邊針對各步驟加以說明。首先，步驟(i)為準備具有貫穿孔12之陶瓷燒結體基板10。至於陶瓷燒結體基板10可無特別限制地使用習知之由陶瓷所成之基板。
陶瓷燒結體基板10之構成材料的陶瓷可使用例如(1)氧化鋁系陶瓷、氧化矽系陶瓷、氧化鈣系陶瓷、氧化鎂系陶瓷等氧化物系陶瓷；(2)氮化鋁系陶瓷、氮化矽系陶瓷、氮化硼系陶瓷等氮化物系陶瓷；(3)氧化鋇、碳化矽、莫來石、硼矽酸玻璃等。其中，以(2)氮化物系陶瓷較佳，尤其是氮化鋁系陶瓷由於導熱性高故可較好地使用。
本發明之製造方法中使用之陶瓷燒結體基板10，基於取得容易或容易獲得所需形狀之理由，係使用構成燒結體基板之陶瓷粒子之平均粒徑較好為0.5~20μm，更好為1~15μm之陶瓷燒結體基板。又，該陶瓷燒結體基板可藉由燒成由平均粒徑為0.1~15μm，較好0.5~5μm之陶瓷原料粉末所成之粗坯片而獲得。
該粗坯片亦可含有燒結助劑、有機黏合劑等。至於燒結助劑可依據陶瓷原料粉末之種類無特別限制地使用常用之燒結助劑。再者，有機黏合劑可使用聚乙烯縮丁醛、乙基纖維素類或丙烯酸樹脂類，基於粗坯片之成型性良好之理由，最好使用聚甲基丙烯酸正丁酯、聚乙烯基縮丁醛。
就所得燒結體之導熱性之觀點而言，較好使用利用包含燒結助劑之氮化物陶瓷粉末作為陶瓷原料粉末而形成之氮化物陶瓷用粗坯片，最好使用利用含燒結助劑(例如釔或氧化鈣)之氮化鋁粉末作為原料粉末之氮化鋁用粗坯片。
本發明中使用之陶瓷燒結體基板10之形狀只要是可形成貫穿孔之形狀即無特別限制，可使用板狀體或亦可使用板狀體之一部份經切削加工而成者。陶瓷燒結體基板10之大小並無特別限制，只要依據用途適當決定即可。例如，用途為用以搭載電子零件之基板時，基板之厚度一般若為0.1~2mm即可，較好為0.2~1mm左右。
於上述說明之陶瓷燒結體基板10形成貫穿孔12。貫穿孔12之形成方法並無特別限制，可採用藉由使用鑽頭機械穿孔而形成，亦可藉由使用化學藥品之方法使陶瓷溶解而穿孔，採用雷射加工、或轟擊加工等手段。又，於未嚴格要求貫穿孔12之位置精度之用途中，亦可燒成預先在粗坯片上利用圖型化加工形成貫穿孔者，製作具有貫穿孔12之陶瓷燒結體基板10。貫穿孔12之直徑通常設為Φ0.05mm~0.5mm。
貫穿孔12基本上為上下貫通基板10之貫通孔，但基板10具有內部配線時，有時亦為僅一端部開口之孔，此種孔亦為包含於本發明之貫穿孔12中。
(步驟(ii))
接著，將包含熔點比金屬(A)高之金屬(B)粉末及活性金屬粉末所成之第一金屬糊料20填充於上述貫穿孔12中。第一金屬糊料20包含金屬(B)之粉末及活性金屬之粉末，另外亦可包含有機黏合劑、有機溶劑、分散劑、可塑劑等。
「金屬(B)」為熔點比金屬(A)高之金屬。因此，首先針對「金屬(A)」加以說明。金屬(A)為熔點600℃以上且1100℃以下之金屬，列舉為例如銅、銀、金焊料、銀焊料等焊料材。其中，金屬(A)就成本之觀點而言，較好使用由金焊料、銀焊料、及銅選出之一種或兩種以上。金屬(A)之熔點未達600℃時，難以利用燒成在通孔23與陶瓷燒結體基板10之間形成隨後說明之活性層。另外，金屬(A)之熔點超過1100℃時，燒成時對基板施加過度之熱，而有於基板上殘留形成通孔時之應力之可能性。
又，所謂熔點比金屬(A)高並非意指熔點超過1100℃，而係指金屬(B)之熔點比實際使用之金屬(A)之熔點高。例如金屬(A)為熔點780℃左右之銀焊料時，金屬(B)可使用熔點比780℃高之金屬。
至於金屬(B)列舉為例如銅(熔點：1085℃)、銀(熔點：962℃)、金(熔點：1064℃)、鎢(熔點：3410℃)、鉬(熔點：2617℃)等，係依據金屬(A)之熔點加以選擇。其中，作為金屬(B)就提高導電性之觀點而言，較好使用由銀、銅及金所選出之一種或兩種以上。又，金屬(B)若為熔點比金屬(A)高者，則亦可混合兩種以上使用。
該金屬(B)粉末之平均粒徑(D50)亦兼顧其他金屬粉末之大小、貫穿孔之大小之情況，但為了製造生產性提高、發揮優異性能之陶瓷通孔基板、及金屬化陶瓷通孔基板，較好為1~50μm。又，該金屬(B)粉末為提高金屬(B)粉末對貫穿孔12之填充密度，亦可使用兩種以上之平均粒徑不同之粉末。又，該平均粒徑(D50)為使用日機裝股份有限公司製造之MICRO TRACK，藉由雷射繞射法測定之中值直徑。
金屬(A)與金屬(B)之熔點差較好為50℃以上，更好為100℃以上，又更好為150℃以上。藉由使熔點差成為50℃以上，於燒結步驟中，可一面在不使金屬(B)熔融下保持通孔之形狀一面使金屬(A)熔融，並埋入金屬(B)燒結之際產生之空隙，而形成緻密之通孔。熔點差之上限並無特別限制，但考慮製造時通常為3000℃，更好為1000℃。又，使用兩種以上之金屬(B)時，較好所有種類之金屬(B)與金屬(A)之熔點差滿足前述範圍。
所謂「活性金屬粉末」為具有與陶瓷成分反應之活性之金屬，為藉由與陶瓷成分反應以在與陶瓷燒結體基板10之界面形成活性層之金屬粉末。該種活性金屬粉末列舉為例如鈦粉末、或氫化鈦粉。其中，考慮生產安定性時，較好使用氫化鈦粉。使用氮化物陶瓷基板作為陶瓷燒結體基板10時，藉由使用含氫化鈦粉之金屬糊料，在利用燒成形成之導電性通孔23與陶瓷燒結體基板10之壁面之間形成活性層的氮化鈦層。據此，使導電性通孔23與陶瓷燒結體基板10之密著性獲得提高。因此，於使用與陶瓷難有密著性之金、銀、銅、銅-銀合金糊料時仍有效。活性金屬粉末之添加量考慮通孔之密著性及導電性時，將第一金屬糊料20中之金屬(B)粉末量作為100質量份時，較好為1質量份以上10質量份以下，更好為1.5質量份以上6質量份以下。
又，該活性金屬粉末之平均粒徑(D50)亦有兼顧其他金屬粉末大小、貫穿孔大小之情況，但為了製造生產性提高，發揮優異性能、尤其是製造提高導電性通孔23之密著性、發揮優異導電性之陶瓷通孔基板、及金屬化陶瓷通孔基板，較好為1~50μm。又，該平均粒徑(D50)為使用日機裝股份有限公司製造之MICRO TRACK，藉由雷射繞射法測定之中值直徑。
第一金屬糊料20中所含有機黏合劑可無特別限制地使用習知者。例如，可使用一種或混合兩種以上之聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯等丙烯酸樹脂，甲基纖維素、羥基甲基纖維素、硝基纖維素、溶纖素乙酸酯丁酸酯等纖維素系樹脂，聚乙烯基縮丁醛、聚乙烯醇、聚氯化乙烯等含有乙烯基之樹脂，聚烯烴等烴樹脂，聚環氧乙烷等含氧樹脂等。
第一金屬糊料20中所含有機溶劑可無特別限制地使用習知者。例如，可使用甲苯、乙酸乙酯、松油醇、丁基卡必醇乙酸酯、三甲基戊二醇單異丁酸酯(texanol)等。第一金屬糊料20中所含分散劑可無特別限制地使用習知者。例如可使用磷酸酯系、聚碳酸系等分散劑。第一金屬糊料20中所含可塑劑可無特別限制地使用習知者。例如，可使用苯二甲酸二辛酯、苯二甲酸二丁酯、苯二甲酸二異壬酯、苯二甲酸二異癸酯、己二酸二辛酯等。
第一金屬糊料20對貫穿孔12之填充方法並無特別限制，可藉由一般之網版印刷裝置或糊料壓入填充裝置予以填充。以使均勻埋入貫穿孔12之方式填充第一金屬糊料20。又，考慮第一金屬糊料20中之金屬(B)乾燥或燒結之際之收縮，亦可將第一金屬糊料20以於貫穿孔12之上下凸狀地鼓出而填充。
又，包含前述金屬粉末(B)及前述活性金屬粉末所成之第一金屬糊料20在考慮陶瓷通孔基板、金屬化陶瓷通孔基板之生產性時，較好將包含前述有機溶劑與有機黏合劑之狀態下之黏度調整成在25℃下為50~3000Pa‧s之範圍。
(步驟(iii))
第二金屬糊料包含上述金屬(A)粉末，且與第一金屬糊料同樣，亦可包含其他成分。將該第二金屬糊料填充於貫穿孔12中且層合於與第一金屬糊料20接觸之位置，形成第二金屬糊料層22。該金屬(A)粉末使用於前述步驟(ii)中說明之種類者。
燒成步驟中，熔融之金屬(A)只要可流入填充於貫穿孔中之金屬(B)粉末間之空隙即可，故第二金屬糊料層22只要在與第一金屬糊料20接觸之位置，則可形成於任一位置，但較好形成於該貫穿孔12中之第一金屬糊料20之上側。藉由如此，燒成時熔融金屬(A)利用其重量而輕易地流入通孔中。
第二金屬糊料層22若成為可埋入在形成之通孔中有發生之虞之空隙之量層合，則以貫穿孔12中之第一金屬糊料20之金屬(B)作為100質量份時，第二金屬糊料層22中之金屬(A)較好為20質量份以上，更好為40質量份以上，且較好為150質量份以下，更好為100質量份以下。
該第二金屬糊料中所含金屬(A)粉末之平均粒徑(D50)亦有兼顧其他金屬粉末大小、貫穿孔大小之情況，但為製造提高生產性、發揮優異性能之陶瓷通孔基板、及金屬化陶瓷通孔基板，較好成為0.1~50μm。又，該平均粒徑(D50)為使用日機裝股份有限公司製造之MICRO TRACK，藉由雷射繞射法測定之中值直徑。
第二金屬糊料層22可由例如使第二金屬糊料以網版印刷或簾式印刷、槳攪印刷等習知之方法而形成。
又，包含前述金屬粉末(A)所成之第二金屬糊料考慮陶瓷通孔基板、金屬化陶瓷通孔基板之生產性時，較好將包含前述有機溶劑與有機黏合劑之狀態下之黏度調整成在25℃為20~1000Pa‧s之範圍。
(步驟(iv))
最後，燒成上述所製作之基板。燒成係依據使用之金屬糊料之種類(更具體而言，為金屬糊料中之金屬粉末之種類)，在金屬(A)之熔點以上且未達金屬(B)之熔點之溫度下實施即可，其他條件係適當地採用通常採用之條件。
例如，使用熔點780℃之Ag-Cu合金粉末作為金屬(A)，使用銅作為金屬(B)時，係以780~1050℃，較好800~950℃之溫度燒成1分鐘~1小時，較好5分鐘~30分鐘。
又，依據本發明，使用鎢或鉬等高熔點金屬作為金屬(B)時，可在比通常燒成溫度低之溫度製造陶瓷通孔基板。例如，使用高熔點金屬時，為了燒結該高熔點金屬，通常需要以1600~2000℃之溫度燒成。但，本發明中，由於使用含金屬(A)粉末之第二金屬糊料層22，故即使在未完全燒結該高熔點金屬之溫度以下，只要在金屬(A)之熔點以上之溫度燒成，仍可使金屬(A)熔融並浸透於該高熔點金屬粉末之間，形成良好之導電性通孔。
又，第一金屬糊料20中含有為了改善與陶瓷燒結基板10之密著性之活性金屬粉末(例如，氫化鈦粉末)，故燒成時較好在非氧化性氛圍中，於耐熱性容器內進行。
至於非氧化性氛圍列舉為真空下，或者氬氣、氦氣等惰性氣體、或氫氣氛圍。且，亦可為惰性氣體及氫氣之混合氛圍。在該等非氧化性氛圍中，較好為真空下，或者較好採用惰性氣體與氫氣之混合氣體氛圍。在真空下進行燒成時，基於目的係為防止氛圍中之氧或氮等反應性氣體與鈦反應故真空度以越高者較佳，較好為1.33×10-1Pa以下，更好為1.33×10-2Pa以下。又，真空度之上限並無特別限制，但考慮工業性生產時為1.33×10-4Pa以上。
該耐熱性容器若係以可充分耐受燒成時之溫度之材質形成者即可，較好為即使在燒成時之高溫下，也不使氣體透過、不會自容器本身產生氣體、且氣密性高者。可較好地使用於該耐熱性容器之材質若要具體例示，則可例示為氮化鋁、氮化硼、氮化矽等氮化物燒結體、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯等氧化物燒結體，鎳-鉻合金(Icoloy)、哈斯合金(Hastelloy)等耐熱合金類，或石英玻璃等。其中，就確保燒成時容器內之均熱性之觀點而言，較好為導熱性優異之氮化物燒結體。
該耐熱性容器被認為是扮演在燒成步驟中，阻斷基板附近之氛圍與其他燒成爐內之氛圍，避免糊料中之黏合劑分解‧飛散而再附著於壁爐等之分解物或其他污染源隨著燒成爐內之溫度上升而再飛散並與金屬糊料層中之鈦成分之反應之角色者。因此，該耐熱性容器較好使用可以阻斷燒成步驟中之基板附近之氛圍與其他燒成爐內之氛圍之方式加蓋之構造者。又，耐熱性容器可為完全密閉之狀態，但亦可為具有可使金屬糊料中之黏合劑熱分解產生之氣體釋放於容器外之程度之間隙者。
又，耐熱性容器之形狀較好為在燒成爐內，於耐熱性容器內無溫度分布之大小者。基於此，耐熱性容器亦較好為由導熱性優異之氮化物燒結體所成之容器。
以上述之形態，可藉由存在有不含活性金屬粉之第二金屬糊料層22，而防止第一金屬糊料20中之活性金屬成分移動至通孔23之露出面。且，藉由採用上述之特殊燒成條件，而更有效地防止活性金屬成分移動到通孔23之露出面。據此，採用上述特定之燒成條件時，在導電性通孔23與陶瓷燒結體10之界面充分形成活性層，而成為密著性良好者。
上述本發明之陶瓷通孔基板100a之製造方法為在燒成步驟中，使第二金屬糊料層22中之金屬(A)熔融，流入填充貫於穿孔12之金屬(B)粉末間之空隙。據此，即使第一金屬糊料20中之金屬(B)燒結收縮，仍可藉由流入熔融之金屬(A)，而形成緻密之通孔23。
又，作為通孔23而形成之導電性金屬層亦可藉由使燒成前之金屬(B)之粒子形狀維持在某種程度，而形成以金屬(B)為島，金屬(A)為海之海島構造。又，可成為使金屬(A)混在金屬(B)中，亦可為使金屬(B)混在金屬(A)中之構造。
且，構成燒成後之通孔23之金屬，依據燒成溫度、金屬(A)與金屬(B)之種類、調配量，亦有形成以金屬(A)為主成分之島，以金屬(B)為主成分之海之情況，亦有金屬(A)與金屬(B)完全固熔之情況。例如，使用銀焊料作為金屬(A)，且使用銅作為金屬(B)時，燒成時存在有由銅(一部分銀及活性金屬固熔)所成之固相，與於銀焊料(銀-銅)中更熔解有銅(及活性金屬)而成之液相，於燒成後之冷卻‧固化時分相成以銅為主成分之相與以銀為主成分之相，故最終獲得以銅作為主成分之相成為海，以銀作為主成分之相成為島之組織構造。而且，當初作為金屬糊料調配之金屬(A)及金屬(B)之熔點，與燒成後之通孔中之金屬中構成島之金屬之熔點與構成海之金屬之熔點有產生差異之情況。
<第一金屬化陶瓷通孔基板之製造方法(第四項之本發明)>
第一項之金屬化陶瓷通孔基板之製造方法具備以下之步驟：
(i)準備具有貫穿孔之陶瓷燒結體基板之步驟，
(ii)將包含熔點比金屬(A)高之金屬(B)粉末及活性金屬粉末所成之第一金屬糊料填充於前述貫穿孔中之填充步驟，
(iii)將包含熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)粉末所成之第二金屬糊料層合於與填充於貫穿孔中之第一金屬糊料接觸之位置，形成第二金屬糊料層之步驟，
(iv)燒成上述所得基板之第一燒成步驟，
(v)於該燒成步驟之後，於形成配線圖型之部位層合包含熔點比前述金屬(A)高之金屬(B)粉末及前述活性金屬粉末所成之第三金屬糊料，形成第三金屬糊料層之步驟，
(vi)接著，將包含前述熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)粉末所成之第四金屬糊料層合於該第三金屬糊料層上，形成第四金屬糊料層之步驟，及
(vii)燒成上述所得基板之第二燒成步驟。
以下，邊參照圖1(b)邊針對各步驟加以說明。上述步驟(i)~(iv)之前，係與上述陶瓷通孔基板100a之製造方法(第三項之本發明)中之步驟(i)~(iv)相同，第一金屬糊料、第二金屬糊料為與於第三項之發明中說明者相同。本發明之金屬化陶瓷通孔基板100b之製造方法，係在陶瓷通孔基板100a之搭載元件之側，藉由步驟(v)~(vii)形成金屬化圖型25。
(步驟(v))
第三金屬糊料包含前述金屬(B)粉末及活性金屬粉末，亦與上述第一金屬糊料相同，但在對貫穿孔之填充步驟與對基板表面印刷導電圖型之步驟中，對金屬糊料所要求之黏度特性或最適金屬粉末之粒度等不同，故較好使用適合各製造步驟之金屬糊料。
具體而言，該第三金屬糊料中所含金屬(B)粉末之平均粒徑(D50)較好為0.1~20μm。又，該金屬(B)粉末，為了形成緻密之金屬化圖型25，亦可使用兩種以上之平均粒徑不同之粉末。且，金屬(B)粉末若為熔點比第二金屬糊料中之金屬(A)高者，則亦可使用混合兩種以上者。
另一方面，活性金屬粉末之平均粒徑(D50)較好為0.1~20 μm。又，該第三金屬糊料與第一金屬糊料相同，亦可另含有有機黏合劑、有機溶劑、分散劑、可塑劑等，且考慮金屬化陶瓷通孔基板之生產性時，較好在含有前述有機溶劑與有機黏合劑之狀態下將黏度調整在25℃為20~600Pa‧s之範圍。
又，第三金屬糊料中所含活性金屬粉末之添加量，考慮形成之金屬化圖型25之密著性、導電性時，以第三金屬糊料中之金屬(B)作為100質量份時，較好為1質量份以上10質量份以下，更好為1.5質量份以上6質量份以下。
第三金屬糊料層24可例如使第三金屬糊料經網版印刷或簾式印刷、槳攪印刷等習知之手法而形成。第三金屬糊料層24之厚度並無特別限制，但一般為1~100μm，較好為5~30 μm。
(步驟(vi))
第四金屬糊料包含金屬(A)粉末，亦可與上述第二金屬糊料相同。又，為改善燒成後之金屬化圖型25表面之平滑性，亦可在第四金屬糊料中添加金屬(B)。
第二燒成步驟中，只要使第四金屬糊料層26中之金屬(A)熔融，流入金屬化圖型中即可，故第四金屬糊料層26係形成在與第三金屬糊量層24接觸之部位，較好形成於第三金屬糊料層24上。第四金屬糊料層26可例如藉由使第四金屬糊料經網版印刷或簾式印刷、槳攪印刷等習知手法而形成。
該第四金屬糊料中所含金屬(A)粉末之平均粒徑(D50)較好為0.1~20μm。又，於第四金屬糊料中添加金屬(B)粉末時，該金屬(B)粉末之平均粒徑(D50)較好為0.1~10μm。
又，該第四金屬糊料係與第一金屬糊料相同，亦可另含有有機黏合劑、有機溶劑、分散劑、可塑劑等，考慮金屬化陶瓷通孔基板之生產性時，較好將包含前述有機溶劑與有機黏合劑之狀態下之黏度調整成在25℃下為20~600Pa‧s之範圍。
第四金屬糊料層26只要成為可埋入於形成之金屬化圖型25中有發生之虞之空隙之程度之量予以層合即可，以第三金屬糊料層24中之金屬(B)作為100質量份時，第四金屬糊料層26中之金屬(A)較好為20質量份以上，更好為40質量份以上，且較好為150質量份以下，更好為100質量份以下。又，於第四金屬糊料中添加金屬(B)粉末時，以第三金屬糊料層24中之金屬(B)與第四金屬糊料層26中金屬(B)之合計作為100質量份時，第四金屬糊料層26中之金屬(A)較好為20質量份以上，更好為40質量份以上，較好為150質量份以下，更好為100質量份以下。
另，於第四金屬糊料中添加金屬(B)粉末時，以第三金屬糊料層24中之金屬(B)作為100質量份時，第四金屬糊料層26中之金屬(B)較好為5質量份以上，更好為10質量份以上，且較好為100質量份以下，更好為80質量份以下。
該第四金屬糊料層26亦可以使該糊料層中之金屬(A)成分量滿足上述範圍之方式成為多層構造。
(步驟(vii))
第二燒成步驟可與第一燒成步驟相同之條件進行。
本發明之金屬化陶瓷通孔基板100b之製造方法中，第一燒成步驟中形成具備上述緻密之導電性良好之通孔23，且導電性通孔23與陶瓷燒結體基板10之密著性良好之陶瓷通孔基板100a，再者，第二燒成步驟中，藉由熔融之第四金屬糊料26中之金屬(A)流入金屬化圖型中，而形成緻密之金屬化圖型25。且，藉由第三金屬糊料層24中之活性金屬與陶瓷成分反應，在金屬化圖型25與陶瓷基板10之間形成活性層，而使金屬化圖型25之密著性變良好。
<第二金屬化陶瓷通孔基板之製造方法(第五項之本發明)>
第二項之金屬化陶瓷通孔基板之製造方法為利用與上述第一項之金屬化陶瓷通孔基板100b之製造方法不同之方法，製造同樣之金屬化陶瓷通孔基板100c之方法。該方法係藉由一次燒成步驟製造金屬化陶瓷通孔基板100c。該方法具備以下步驟。
(i)準備具有貫穿孔之陶瓷燒結體基板之步驟，
(ii)將包含熔點比金屬(A)高之金屬(B)粉末及活性金屬粉末所成之第一金屬糊料填充於前述貫穿孔中之填充步驟，
(iii)將包含熔點比前述金屬(A)高之金屬(B)粉末及活性金屬粉末所成之第三金屬糊料層合於與第一金屬糊料接觸之位置且形成配線圖型之部位，形成第三金屬糊料層之步驟，
(iv)將包含前述熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)粉末所成之第五金屬糊料層合於該第三金屬糊料層之上，形成第五金屬糊料層之步驟，及
(v)燒成上述所得基板之燒成步驟。
步驟(i)、(ii)係與上述陶瓷通孔基板100a之製造方法(第三項之本發明)中之步驟(i)、(ii)相同，第一及第三金屬糊料亦與第三項之發明、第四項之發明中說明者相同。以下針對步驟(iii)~(v)，邊參照圖1(c)邊加以說明。
(步驟(iii))
在上述步驟(ii)中與填充於貫穿孔中之第一金屬糊料接觸之位置且在陶瓷燒結體基板10表面之形成金屬化圖型之位置，形成第三金屬糊料層24。形成方法等係與上述第一項之金屬化陶瓷通孔基板100b之製造方法中之步驟(v)相同。
(步驟(iv))
第五金屬糊料層27之形成方法基本上與上述第一項之金屬化陶瓷通孔基板100b之製造方法中之步驟(vi)相同。
該第五金屬糊料可僅含有金屬(A)粉末作為導電性成分，但亦可含有金屬(B)粉末。
該第五金屬糊料中所含金屬(A)粉末之平均粒徑(D50)較好為0.1~20μm。又，第五金屬糊料中添加金屬(B)粉末時，該金屬(B)粉末之平均粒徑(D50)較好為0.1~10μm。
又，該第五金屬糊料與第一金屬糊料相同，亦可另含有有機黏合劑、有機溶劑、分散劑、可塑劑等，考慮金屬化陶瓷通孔基板100c之生產性時，較好將以含有前述有機溶劑與有機黏合劑之狀態下之黏度調整成在25℃為20~600Pa‧s之範圍。
由於第五金屬糊料層27不僅流入形成之導電性通孔23(第一金屬糊料層20中之金屬(B)粉末粒子間之空隙)，亦流入金屬化圖型25(第三金屬糊料層24中之金屬(B)粉末粒子間之空隙)中，故有必要以確保該量之方式形成。因此，以第一金屬糊料20及第三金屬糊料層24中之金屬(B)之合計作為100質量份時，第五金屬糊料層27中之金屬(A)較好為20質量份以上，更好為40質量份以上，較好為150質量份以下，更好為100質量份以下。又，於第五金屬糊料層27中添加金屬(B)時，以第一金屬糊料20、第三金屬糊料層24及第五金屬糊料層27中之金屬(B)之合計作為100質量份時，第五金屬糊料層27中之金屬(A)較好為20質量份以上，更好為40質量份以上，較好為150質量份以下，更好為100質量份以下。
又，第五金屬糊料層27含有金屬(B)時，其調配比例以第三金屬糊料層24中之金屬(B)之合計作為100質量份時，較好為5質量份以上100質量份以下，更好為10質量份以上80質量份以下。
第五金屬糊料層27亦可成為多層構造。例如，為了抑制第三金屬糊料層24中所含活性金屬之擴散，亦可於該第三金屬糊料層24上層合含金屬(A)粉末之第五金屬糊料層X，接著於其上層合包含金屬(A)粉末之第五金屬糊料層Y。此時，第五金屬糊料層X、及第五金屬糊料層Y之合計中，金屬(A)粉末較好滿足上述調配量。再者使用金屬(B)粉末時亦相同。
藉由使第五金屬糊料層成為多層構造，藉由形成不含活性金屬粉末之上層之金屬糊料層，而抑制活性金屬成分(例如，鈦成分)移動至金屬化圖型25表面，使金屬化圖型25表面之電鍍性成為良好，且可減低金屬化圖型25表面之凹坑。另，藉由抑制活性金屬成分朝金屬化圖型之表面移動，而在陶瓷燒結體基板10與金屬化圖型25之界面充分形成活性層，故使金屬化圖型25之密著性成為更好者。
(步驟(v))
燒成步驟係與上述陶瓷通孔基板100b之製造方法(第三項之本發明)之步驟(iv)相同。
第二項之金屬化陶瓷通孔基板100c之製造方法中，燒成步驟之際，使第五金屬糊料層27中之金屬(A)熔融，進入到其下之金屬化圖型25(第三金屬糊料層24中之金屬(B)粉末粒子間之空隙)及通孔23(貫穿孔12中之金屬(B)粉末粒子間之空隙)，形成緻密且導電性良好之通孔23及金屬化圖型25。
<陶瓷通孔基板(第一項之本發明)、金屬化陶瓷通孔基板(第二項之本發明)>
以上述製法製造之陶瓷通孔基板100a及金屬化陶瓷通孔100b、100c具備有緻密之通孔23及緻密之金屬化圖型25，使通孔23及金屬化圖型25之導電性成為良好者。另，由於在通孔23及金屬化圖型25與陶瓷燒結體基板10之界面形成活性層，故通孔23及金屬化圖型25與陶瓷燒結體基板10之密著性良好。
以上述方法製造之陶瓷通孔基板100a中，通孔23與陶瓷燒結體基板10之界面形成之活性層之厚度為0.1~2μm。另，以上述方法製造之金屬化陶瓷通孔基板100b、100c中，於金屬化圖型25與陶瓷燒結體基板10之界面形成之活性層之厚度為0.1~2μm。
本發明之陶瓷通孔基板100a及金屬化陶瓷通孔基板100b、100c中之以四端子法測定通孔23之電阻率較好為1.5×10-7Ω‧m以下，更好為1.0×10-7Ω‧m以下。
金屬化陶瓷通孔基板100b、100c中之以四端子法測定金屬化圖型25之電阻率較好為1.5×10-7Ω‧m以下，更好為1.0×10-8Ω‧m以下。該金屬化圖型25之厚度並無特別限制，但通常為5~100μm。
金屬化陶瓷通孔基板100b、100c中之金屬化圖型25之密著性係使用以42合金製造之釘頭針，前端直徑為Φ1.1mm，且於前端表面施以鍍鎳者，對金屬化陶瓷通孔基板100b、100c之金屬化圖型25表面施以Ni/Au電鍍，且以Pb-Sn焊料將釘頭針垂直的焊接於該電鍍膜上，使該釘頭針以10mm/分鐘之速度垂直拉伸，以剝離釘頭針時之強度作為接合強度。
本發明之陶瓷通孔基板100a及金屬化陶瓷通孔基板100b、100c具有將含有熔點600℃以上且1100℃以下之金屬(A)、熔點比該金屬(A)高之金屬(B)及活性金屬所成之導電性金屬密填充於貫穿孔而成之導電性通孔。該密填充之導電性通孔意指以掃描型電子顯微鏡，在1000倍之倍率下觀察通孔之剖面，通孔之剖面總面積設為100%，空隙所占面積之比例未達5%者。本發明中只要更調整條件，亦可形成空隙所占面積之比例未達1%之導電性通孔。又，當然最佳樣態為空隙所占面積之比例為0%(未發現空隙)者。
[實施例]
以下以實施例、比較例所得之陶瓷通孔基板、及金屬化陶瓷通孔基板係以下述方法評價其性能。
<評價方法>
(導電性通孔之緻密性評價)
將下述實施例及比較例獲得之陶瓷通孔基板、或金屬化陶瓷通孔基板包埋於樹脂中並經研磨，製作陶瓷通孔基板、金屬化陶瓷通孔基板剖面之觀察試料。以掃描型電子顯微鏡(日立高科技公司製造S-3400N)觀察所得觀察試料(觀察倍率1000倍)，評價導電性通孔中之空隙量。導電性通孔剖面之總面積中，空隙所占面積之比例未達1%時評價為「○」，1%以上且未達5%時評價為「△」，5%以上時評價為「×」。結果示於表2。
(活性層：氮化矽層有無之確認)
以前述掃描型電子顯微鏡觀察上述獲得之陶瓷通孔基板或者金屬化陶瓷通孔基板剖面之觀察試料，確認燒結體基板與導電性通孔之界面是否有氮化矽層(TiN層)。結果示於表2。
(接合強度之評價)
於下述實施例及比較例獲得之評價用金屬化基板之金屬化圖型上施予約2.5μm之無電解鎳電鍍，接著施予約0.4μm之無電解金電鍍後，以下述順序進行接合強度之評價。利用Pb-Sn焊料將前端直徑為Φ1.1mm且前端表面上施予鍍鎳之42合金製之釘頭針，以與基板垂直之方式焊接於施予電鍍之邊長2mm之金屬化圖型上，以10mm/分鐘之速度垂直拉伸針，記錄自基板斷裂時之荷重。同樣試驗進行五次且計算荷重之平均值。結果示於表2。
(體積電阻率之評價)
以四端子法測定下述實施例及比較例獲得之於評價用金屬化基板上形成之寬度0.4mm之直線狀金屬化圖型之體積電阻率。結果示於表2。
<實施例1(第一項之本發明、第三項之本發明)>
(第一金屬糊料之製作)
使用研缽預混合作為金屬(B)粉末之平均粒徑(D50)為5μm之銅粉末100質量份、及作為活性金屬粉末之平均粒徑(D50)為5μm之氫化鈦粉末3質量份、與將聚甲基丙烯酸烷酯溶解於松油醇中而成之載劑(vehicle)後，使用三輥研磨機進行分散處理，製作第一金屬糊料。
(第二金屬糊料之製作)
使用研缽預混合作為金屬(A)粉末之平均粒徑(D50)為6μm之Ag-Cu合金粉末(BAg-8：熔點780℃，組成：銀72質量%-銅28質量%)、與將聚甲基丙烯酸烷酯溶解於松油醇中而成之載劑後，使用三輥研磨機進行分散處理，製作第二金屬糊料。
(陶瓷通孔基板之製造)
(步驟(i)、步驟(ii))
使用金屬遮罩，以網版印刷法將上述第一金屬糊料填充於具有直徑0.2mm之貫穿孔12之厚度0.64mm之氮化鋁燒結體基板(陶瓷燒結體基板10)(TOKUYAMA公司製造，商品名SH-30)之貫穿孔12內，在100℃乾燥10分鐘。接著，半研磨基板之兩面，露出基板表面而完全去除第一金屬糊料，經水洗後在100℃乾燥10分鐘。
(步驟(iii))
接著，使用具有直徑0.25mm之貫穿孔之金屬遮罩，利用網版印刷法印刷上述第二金屬糊料，在100℃乾燥10分鐘，形成第二金屬糊料層22。此時，以使第二金屬糊料層22覆蓋填充於基板之貫穿孔12中之第一金屬糊料20之方式，形成略圓柱狀。此時，調整第二金屬糊料層22之厚度，以使第二金屬糊料層22中所含金屬(A)粉之量相對於填充於貫穿孔12中之第一金屬糊料20之金屬(B)粉末100質量份(A/B×100)成為80質量份。
(步驟(iv))
接著，在真空中、於900℃燒成30分鐘，藉此於貫穿孔12內形成導電性通孔23，獲得陶瓷通孔基板100a。此時，以將基板收容於氮化鋁製之調節器(setter)(密閉容器內)之狀態進行基板之燒成。所得陶瓷通孔基板100a進行上述之分析、評價。結果示於表2。
(評價用金屬化基板之製作)
陶瓷通孔基板之導電性通孔23之密著性(接合強度)及體積電阻率難以以填充於貫穿孔12中之狀態評價，故取而代之為將金屬糊料印刷於氮化鋁基板上，經燒成藉此製作評價用金屬化基板並進行評價。利用網版印刷法將上述第一金屬糊料印刷於厚度0.64mm之氮化鋁燒結體基板(TOKUYAMA公司製造，商品名SH-30)上，在100℃乾燥10分鐘，形成具有邊長2mm之焊墊形狀及寬度0.4mm之直線上之圖型之第一金屬糊料層。接著，以網版印刷法將上述第二金屬糊料重疊印刷於上述第一金屬糊料層上，在100℃乾燥10分鐘，形成第二金屬糊料層。此時，以第一金屬糊料層之金屬(B)粉末作為100質量份，以使第二金屬糊料層中所含金屬(A)粉末成為80質量份之方式，調整第二金屬糊料層之厚度。接著，在真空中，於900℃燒成30分鐘，藉此獲得評價用金屬化基板。此時，以將基板收容於氮化鋁製之調節器(密閉容器內)之狀態進行基板之燒成。使用所得評價用金屬化基板，以上述方法進行密著性(接合強度)及體積電阻率之評價。結果示於表2。
<實施例2~5(第一項之本發明、第三項之本發明)>
除糊料之原料組成設為表1所示之組成，燒成條件設為表2所示之條件以外，餘與實施例1同樣製作陶瓷通孔基板100a及評價用金屬化基板，且進行上述分析‧評價。結果示於表2。
<實施例6(第二項之本發明、第四項之本發明)>
(第三金屬糊料之製作)
作為金屬(B)粉末使用平均粒徑(D50)為0.3μm之銅粉末12質量份，平均粒徑(D50)為2μm之銅粉末59質量份，進而對其使用平均粒徑(D50)為0.6μm之銀粉末29質量份。使用研缽，相對於該等之合計100質量份預混合作為活性金屬粉末之平均粒徑(D50)為5μm之氫化鈦粉末5質量份、與將聚甲基丙烯酸烷酯溶解於松油醇中而成之載劑後，使用三輥研磨機進行分散處理，製作第三金屬糊料。
(第四金屬糊料之製作)
使用作為金屬(A)粉末及平均粒徑(D50)為6μm之Ag-Cu合金粉末(BAg-8：組成：銀72質量%-銅28質量%)50質量份。於其中混合平均粒徑(D50)為0.3μm之銅粉末50質量份。進而，於將該等合計者中添加將聚甲基丙烯酸烷酯溶解於松油醇中而成之載劑且使用研缽預混合後，使用三輥研磨機進行分散處理，藉此製作第四金屬糊料。
(金屬化陶瓷通孔基板之製造)
(步驟(v))
以覆蓋通孔23之方式利用網版印刷法將上述第三金屬糊料印刷於實施例1中製作之陶瓷通孔基板100a上，在100℃乾燥10分鐘，形成第三金屬糊料層a。基板之背面亦同樣形成第三金屬糊料層b。
(步驟(vi))
接著，以網版印刷法將上述第四金屬糊料重疊印刷於第三金屬糊料層a上，在100℃乾燥10分鐘，形成第四金屬糊料層a。基板之背面亦同樣形成第四金屬糊料層b(但，背面並未圖示)。此時，以基板之一方面之第三金屬糊料層中之金屬(B)粉末及第四金屬糊料層中之金屬(B)粉末之合計量作為100質量份時，以使第四金屬糊料層中所含金屬(A)粉末之量(A4/B3+4×100，但A4為第四金屬糊料層中所含金屬(A)粉末之量，B3+4為第三、第四金屬糊料層中所含金屬(B)粉末量之合計量)成為35質量份之方式，調整第四金屬糊料層之厚度(第四金屬糊料層a、b亦為相同厚度)。
(步驟(vii))
接著，在真空中、900℃燒成30分鐘，製作基板之兩面具有金屬化層25之金屬化陶瓷通孔基板100b。此時，以將基板收容於氮化鋁製之調節器(密閉容器內)之狀態進行基板之燒成。所得金屬化陶瓷通孔基板100b以上述方法進行導電性通孔23之緻密性評價且氮化鈦層有無之確認。結果示於表2。所得金屬化陶瓷通孔基板100b係以上述方法製作金屬化陶瓷通孔基板剖面之觀察試料，以掃描型電子顯微鏡進行觀察，基板兩面之金屬化圖型25係透過無空隙等缺陷之導電性通孔23接合。另，金屬化圖型25表面並無因導電性通孔23造成之凹陷等缺陷。
<實施例7(第二項之本發明、第五項之本發明)>
(第一金屬糊料之製作)
與實施例1之第一金屬糊料同樣地製作。
(第三金屬糊料之製作)
與實施例6之第三金屬糊料同樣地製作。
(第五金屬糊料X之製作)
與實施例6之第四金屬糊料同樣地製作。
(第五金屬糊料Y之製作)
與實施例1之第二金屬糊料同樣地製作。
(金屬化陶瓷通孔基板100c之製造)
(步驟(i)、步驟(ii))
使用金屬遮罩，利用網版印刷法將上述第一金屬糊料填充於具有直徑0.2mm之貫穿孔12之厚度0.64mm之氮化鋁燒結體基板(YOKUYAMA公司製造，商品名SH-30)之貫穿孔12內，在100℃乾燥10分鐘。接著，半研磨基板之兩面，以露出基板表面而完全去除第一金屬糊料。
(步驟(iii))
接著，以覆蓋填充第一金屬糊料之貫穿孔12之方式，利用網版印刷法印刷上述第三金屬糊料，在100℃乾燥10分鐘，形成第三金屬糊料層24。基板之背面亦同樣形成第三金屬糊料層(背面並未圖示)。
(步驟(iv))
接著，以網版印刷法將上述第五金屬糊料X重疊印刷於第三金屬糊料層24上，在100℃乾燥10分鐘，形成第五金屬糊料層X。基板之背面亦同樣形成第五金屬糊料層X。另外，使用具有直徑0.25mm之貫穿孔之金屬遮罩，利用網版印刷法將上述第五金屬糊料Y印刷於第五金屬糊料層X上，在100℃乾燥10分鐘，形成第五金屬糊料層Y。基板之背面亦同樣形成第五金屬糊料層Y。此時，以第五金屬糊料層Y自與基板表面垂直之方向觀看時之圓形印刷圖型之中心配置於與基板之各貫穿孔中心大致重疊之位置之方式，形成略圓柱狀。又，以填充於貫穿孔12之第一金屬糊料中之金屬(B)粉末、第三金屬糊料層中之金屬(B)及第五金屬糊料層X中之金屬(B)粉末之合計量作為100質量份時，以使第五金屬糊料層中所含金屬(A)粉末之量(A5/B1+3+5×100，但A5為第五金屬糊料X層及Y層中所含金屬(A)粉末量，B1+3+5為第一、第三、第五金屬糊料X層中所含金屬(B)粉末量之合計量)成為50質量份之方式，調整第五金屬糊料層Y之厚度。
(步驟(v))
接著，在真空中、900℃燒成30分鐘，獲得基板之兩面具有金屬化層之金屬化陶瓷通孔基板100c。此時，以將基板收容於氮化鋁製之調節器(密閉容器內)之狀態進行基板之燒成。所得金屬化陶瓷通孔基板100c以上述方法進行導電性通孔之緻密性評價及氮化鈦層有無之確認。結果示於表2。進而，以上述方法製作金屬化陶瓷通孔基板剖面之觀察試料，以掃描型電子顯微鏡進行觀察，且利用能樣分散型X射線分析裝置進行元素映射。導電性通孔23之掃描型電子顯微鏡照片示於圖2，氮化鋁燒結體基板10與導電性通孔23之界面附近之元素映射照片示於圖3。由圖2，可確認基板兩面之金屬化圖型25係透過無空隙等缺陷之導電性通孔23接合。又，由圖3可確認燒結體基板10與導電性通孔23為無空隙等缺陷之接合，由於鈦成分偏向存在於界面，故可確認在接合界面形成氮化鈦層。
<實施例8(第二項之本發明、第五項之本發明)>
除糊料之原料組成設為表1所示之組成以外，餘與實施例7同樣製作金屬化陶瓷通孔基板100c，以上述方法進行導電性通孔23之緻密性評價及氮化鈦層有無之確認。但，製作金屬化陶瓷通孔基板100c時並未形成第五金屬糊料層Y，以填充於貫穿孔12之第一金屬糊料中之金屬(B)粉末及第三金屬糊料層中之金屬(B)粉末之合計量作為100質量份時，使第五金屬糊料層中所含金屬(A)粉末之量(A5/B1+3×100，但A5為第五金屬糊料層中所含金屬(A)粉末量，B1+3為第一、第三金屬糊料層中所含金屬(B)粉末量之合計量)成為80質量份之方式，調整第五金屬糊料層X之厚度。結果示於表2。
<比較例1~3>
實施例1中，除使糊料之原料組成設為表1所示之組成以外，餘與實施例1同樣製作陶瓷通孔基板及評價用金屬化基板，進行以下之分析‧評價。但，比較例1及3中，在製作陶瓷通孔基板及評價用金屬化基板時未形成第二金屬糊料層22。結果示於表2。
[表1]
[表2]
比較例1之製造方法由於無法形成第二金屬糊料層22，故燒成時液相未流入貫穿孔12內因此燒結不充分，幾乎無法確認氮化鈦層之形成。因此，通孔內存在多數空隙。且，接合強度極小，對評價用金屬化基板施予無電解鍍鎳時，電鍍之前處理步驟中金屬化層剝離，故無法進行接合強度試驗。比較例2之製造方法由於第一金屬糊料中不含氫化鈦粉，故所得陶瓷通孔基板中，氮化鋁燒結體基板10與通孔之界面未見到氮化鈦層形成，在界面觀察到多數間隙。因此，接合強度極小，對評價用金屬化基板施以無電解鍍鎳時，由於電鍍之前處理步驟中金屬化層剝離，故無法進行接合強度試驗。比較例3之製造方法中，貫穿孔12上未形成包含Ag-Cu合金粉末之第二金屬糊料層22，取而代之為將Ag-Cu合金粉末添加於第一金屬糊料中，故糊料中之金屬粒子間之空隙在燒結時未埋入而以空隙殘留於通孔中。因此，通孔內存在多數空隙。
以上，以現況最可實現且被認為較佳之實施形態說明本發明，但本發明並不受本說明書中所揭示之實施形態之限制，且必須理解可在不違背由申請專利範圍及說明書全文讀取之發明精神或想法之範圍內進行適當之變更，伴隨著該變更之陶瓷通孔基板、金屬化陶瓷通孔基板、陶瓷通孔基板之製造方法、及金屬化陶瓷通孔基板之製造方法均包含於本發明之技術範圍中。
10‧‧‧陶瓷燒結體基板
12‧‧‧貫穿孔
20‧‧‧第一金屬糊料
22‧‧‧第二金屬糊料層
23‧‧‧導電性通孔
24‧‧‧第三金屬糊料層
25‧‧‧金屬化圖型
26‧‧‧第四金屬糊料層
27‧‧‧第五金屬糊料層
100a‧‧‧陶瓷通孔基板
100b、100c‧‧‧金屬化陶瓷通孔基板
圖1(a)為顯示第三項本發明之陶瓷通孔基板100a之製造方法之各步驟之概念圖，(b)為顯示第四項本發明之金屬化陶瓷通孔基板100b之製造方法之各步驟之概念圖，(c)為顯示第五項本發明之金屬化陶瓷通孔基板100c之製造方法之各步驟之概念圖。
圖2為於實施例7所得之金屬化陶瓷通孔基板之導電性通孔之掃描型電子顯微鏡照片。
圖3為於實施例7所得之金屬化陶瓷通孔基板中，氮化鋁燒結體基板與導電性通孔之界面附近之元素映射照片。(a)為SEM反射電子圖像，(b)為以AlKα1線定量者，(c)為以TiKα1線定量者，(d)為以CuKα1線定量者，(e)為以AgLα1線定量者。
10．．．陶瓷燒結體基板
12．．．貫穿孔
20．．．第一金屬糊料
22．．．第二金屬糊料層
23．．．導電性通孔
24．．．第三金屬糊料層
25．．．金屬化圖型
26．．．第四金屬糊料層
27．．．第五金屬糊料層
100a．．．陶瓷通孔基板
100b、100c．．．金屬化陶瓷通孔基板

Claims (5)

  1. 一種陶瓷通孔基板，其為在氮化鋁燒結體基板上形成導電性通孔而成之陶瓷通孔基板，其具有將包含熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)、熔點比該金屬(A)高之金屬(B)、及活性金屬之導電性金屬密填充於貫穿孔中而成之前述導電性通孔，且在前述導電性通孔與前述氮化鋁燒結體基板之界面形成有活性層，前述熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)為由金焊料、銀焊料及銅選出之一種或兩種以上，熔點比前述金屬(A)高之金屬(B)為由銀、銅及金選出之一種或兩種以上，前述活性金屬為鈦，前述活性層為使鈦與前述氮化鋁燒結體基板之氮反應所形成之氮化鈦層，前述活性層為以780~1050℃之溫度之燒成而形成之層。
  2. 一種金屬化陶瓷通孔基板，其係在如申請專利範圍第1之陶瓷通孔基板之表面及/或背面形成由包含金屬(A)、金屬(B)及活性金屬之導電性金屬所成之配線圖型。
  3. 一種陶瓷通孔基板之製造方法，其包含下述步驟而成：準備具有貫穿孔之陶瓷燒結體基板之步驟，將包含熔點比金屬(A)高之金屬(B)粉末及活性金 屬粉末所成的第一金屬糊料填充於前述貫穿孔中之填充步驟，將包含熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)粉末所成的第二金屬糊料層合於與填充前述貫穿孔之第一金屬糊料接觸之位置，形成第二金屬糊料層之步驟，及燒成上述所得基板之燒成步驟，前述陶瓷通孔基板為在陶瓷燒結體基板上形成導電性通孔而成，該陶瓷通孔基板具有將包含熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)、熔點比該金屬(A)高之金屬(B)、及活性金屬之導電性金屬密填充於貫穿孔中而成之前述導電性通孔，且在前述導電性通孔與前述陶瓷燒結體基板之界面形成有活性層。
  4. 一種金屬化陶瓷通孔基板之製造方法，其包含下述步驟而成：準備具有貫穿孔之陶瓷燒結體基板之步驟，將包含熔點比金屬(A)高之金屬(B)粉末及活性金屬粉末所成的第一金屬糊料填充於前述貫穿孔中之填充步驟，將包含熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)粉末所成的第二金屬糊料層合於與填充前述貫穿孔之第一金屬糊料接觸之位置，形成第二金屬糊料層之步驟，燒成上述所得基板之第一燒成步驟，於該第一燒成步驟之後，於形成配線圖型之部位層合 包含熔點比前述金屬(A)高之金屬(B)粉末及前述活性金屬粉末所成的第三金屬糊料，形成第三金屬糊料層之步驟，接著，將包含前述熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)粉末所成的第四金屬糊料層合於該第三金屬糊料層上，形成第四金屬糊料層之步驟，及燒成上述所得基板之第二燒成步驟，前述金屬化陶瓷通孔基板為在陶瓷通孔基板之表面及/或背面形成由包含金屬(A)、金屬(B)及活性金屬之導電性金屬所成之配線圖型，且前述陶瓷通孔基板為在陶瓷燒結體基板上形成導電性通孔而成，該陶瓷通孔基板具有將包含熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)、熔點比該金屬(A)高之金屬(B)、及活性金屬之導電性金屬密填充於貫穿孔中而成之前述導電性通孔，且在前述導電性通孔與前述陶瓷燒結體基板之界面形成有活性層。
  5. 一種金屬化陶瓷通孔基板之製造方法，其包含下述步驟而成：準備具有貫穿孔之陶瓷燒結體基板之步驟，將包含熔點比金屬(A)高之金屬(B)粉末及活性金屬粉末所成的第一金屬糊料填充於前述貫穿孔中之填充步驟，將包含熔點比前述金屬(A)高之金屬(B)粉末及前述活性金屬粉末所成的第三金屬糊料層合於與前述第一金 屬糊料接觸之位置且為形成配線圖型之部位，形成第三金屬糊料層之步驟，將包含前述熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)粉末所成的第五金屬糊料層合於該第三金屬糊料層上，形成第五金屬糊料層之步驟，及燒成上述所得基板之燒成步驟，前述金屬化陶瓷通孔基板為在陶瓷通孔基板之表面及/或背面形成由包含金屬(A)、金屬(B)及活性金屬之導電性金屬所成之配線圖型，且前述陶瓷通孔基板為在陶瓷燒結體基板上形成導電性通孔而成，該陶瓷通孔基板具有將包含熔點為600℃以上且1100℃以下之金屬(A)、熔點比該金屬(A)高之金屬(B)、及活性金屬之導電性金屬密填充於貫穿孔中而成之前述導電性通孔，且在前述導電性通孔與前述陶瓷燒結體基板之界面形成有活性層。
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