貫通電極及使用該貫通電極的多層基板的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及在各種電氣和電子設備的電路基板中應用的貫通電極。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】
[0002] 作為半導體元件等在各種電氣和電子設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，本申請人開發了如下方法:將由預定粒徑、 純度的金屬粉末和有機溶劑構成的金屬糊填充于貫通孔，使其燒結，將由此得到的燒結體 作為電極利用。該燒結體通過微小的金屬粉末在發生塑性變形的同時牢固地結合而形成， 其比較致密，可以作為電極發揮作用。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，在電極內部排除了成為雜質的有機物，電 特性也良好。
[0004] 現有技術文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1:日本特開2005-109515號公報
【發明內容】
[0007] 發明所要解決的問題
[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的密封材料進行密封，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域內形成 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體構成的貫通電極雖然是致密質的，但不 能說是完整的塊體，根據情況有可能內包有粗大細孔。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雜，還導致成本增加。
[0010] 因此，本發明提供一種對于多層結構的電路基板有用的貫通電極，其能夠縮短元 件的布線長度、并且還能夠應對氣密密封。另外，還公開應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 由燒結體構成的貫通電極的特性進行了研究。根據該研究，本申請人的由燒結體構成的貫 通電極基于所應用的金屬粉末的純度、粒徑在形成燒結體后進一步受到加壓時，致密性進 一步提高。基于該加壓的致密性的提高不僅取決于稱為金屬粒子(粉末）的塑性變形/結合 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晶而導致的金屬組織上 的變化。并且，可以說通過再結晶形成的部位與塊體同樣地發揮高氣密性。
[0013] 因此，本發明人想到:針對由燒結體構成的貫通電極的端部，比同樣的由燒結體構 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 該具有凸狀凸塊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 被約束的凸狀凸塊的外周部分因加壓而發生致密化（圖1(b))。因此，考察出該部位作為密 封材料發揮作用，能夠抑制從貫通電極的泄漏。
[0014] 并且，本發明人針對具備凸狀凸塊的貫通電極對其壓縮變形后的組織進行了研 究，結果發現，在凸狀凸塊外周部觀察到致密化，另一方面，在凸狀凸塊與基板的接觸面產 生了較大的細孔。在殘留有這樣粗大細孔的情況下，會損害作為密封構件的可靠性。
[0015] 在凸狀凸塊的與基板的接觸面產生的粗大細孔認為是由金屬粉末的結合/再結晶 的不足引起的。對其原因進行考察，本發明人推測是由于凸狀凸塊與基板的密合性不足。
[0016] 因此，本發明人對于設置于貫通電極端部的凸狀凸塊的與基板的接觸面形成了預 定的金屬膜(圖2)。通過設置這樣的金屬膜，在燒結體與金屬膜的接合界面產生由熱擴散引 起的高度密合，從而促進再結晶化。另外，塊狀的金屬膜通過加壓而與基板充分密合從而可 以發揮密封作用。并且，通過這些作用和上述凸狀凸塊外周部分的致密化，使得凸狀凸塊能 夠作為密封材料發揮作用。
[0017] 即，本發明是一種貫通電極，其設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狀凸 塊部和在上述凸狀凸塊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 極部和上述凸狀凸塊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而成的燒結體形成，上述金屬膜由純度為99.9 重量％以上的金、銀、鈀、鉑中的任一種構成。
[0018] 以下，對本發明詳細地進行說明。構成本發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電性的貫通電極而言是主要構成。貫通部的尺寸根據設置于基板 的貫通孔的直徑、長度(深度)而設定，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狀凸塊部。如上所述，凸狀 凸塊部在多層基板的接合時被加壓，在其周圍部產生再結晶化，由此作為密封材料發揮作 用，抑制從貫通電極的泄漏。另外，凸狀凸塊部通過與基板上的元件進行電連接而具有經由 貫通電極確保多層基板的基板間的導通的作用。
[0020] 關于凸狀凸塊部的尺寸，其橫向需要比貫通電極更寬廣，優選相對于貫通電極的 寬度(直徑)設定為1.5~10倍。寬度過小時，作為密封材料發揮作用的再結晶區域變薄，有 可能產生泄漏。寬度大時，雖然密封區域變厚，但占有面積增大，并不實用。另外，對于凸狀 凸塊部的厚度(高度)沒有特別規定，根據基板間的間隔來設定。優選設定為凸狀凸塊部的 寬度(直徑)的0.1~2.0倍。凸狀凸塊部的截面形狀為圓形、矩形等，沒有特別限制。
[0021] 本發明的貫通電極的貫通部和凸狀凸塊部均由金屬粉末的燒結體構成。該燒結體 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成的金屬粉末進行燒結。關于用于形成燒結體的 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，制成燒結體后的 變形/再結晶化難以進行，有可能不會發揮密封作用。另外，如后所述，在燒結體形成中應用 由金屬粉末和溶劑構成的金屬糊，該金屬糊中不含玻璃料。因此，形成的貫通電極(貫通部 和凸狀凸塊部）由與粉末同樣的高純度金屬構成。具體而言，由純度99.9重量％以上的金屬 構成。
[0022]另外，本發明的貫通電極中，對于凸狀凸塊的與基板的接觸面，具備在凸狀凸塊與 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狀凸 塊與基板的密合性、對燒結體賦予均勻的加壓而誘發適當的再結晶化而形成的。
[0023]凸狀凸塊上的金屬膜由純度為99.9重量％以上的金、銀、鈀、鉑中的任一種構成。 這是為了與金屬粉末進行熱擴散而表現出高度的密合狀態。將純度設定為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形成氧化膜并擴散至金屬膜 表面而阻礙接合。更優選的是，金屬膜優選為材質與構成貫通電極的金屬