[发明专利]通孔填料组合物

说明书

本发明涉及厚膜组合物，尤其是厚膜糊组合物，它们用于形成多层电子线路元件中的互连通孔。

电路密度的增大刺激了多层陶瓷电路的研制。针对这种需求，研究出了两类技术：（1）埋线技术和（2）在单片陶瓷基体上丝网印刷的多层互连电路的技术。

埋线陶瓷互连电路包括三种主要构件：电介质层，如氧化铝及与玻璃堇青石结合的氧化铝;金属化层，如在高温及还原条件下采用的Mo和W，或者在低温及空气或惰性气氛下采用的贵金属及其合金;和通孔填料导体，如贵金属及其混合物和合金，用来连接紧邻或近邻电路层中的导电路径。

电介质层最通常是由生带（green    tape）形成，所谓生带是细分的未烧结的电介质和无机粘合材料颗粒分散在固体有机聚合物基质中（该有机聚合物在焙烧电介质材料时能挥发）而得到的膜。但是电介质层也能通过在基体上涂电介质厚膜糊而形成。这种厚膜糊是细分的电介质固体和无机粘合剂分散在含有溶于溶剂中的聚合物粘合剂的有机介质中的分散物。

多层电路的制造方法是在各层电介质带上形成孔（通孔），在带层上丝网印刷金属路径并用导体糊充填通孔;然后将通孔已填充的几层印有电路图形的生带片叠在一起，层压并在适当的温度焙烧以有效地挥发除去导电层和介电层中所含的有机物质，将导电金属烧结和使电介质致密化。依据任何具体系统中所用的材料，它们可在低温（800-1000℃）或高温（1300-1600℃）形成埋线陶瓷互连电路。

丝网印刷的多层互连电路的形成是通过将电介质糊、导体和引线导体（相当于埋线法中的通孔填料）丝网印刷在一片陶瓷基体上以构成相继的各层。通常是每一层，有时是一层上的每一部分（电介质和导体）分开印刷、干燥和焙烧的。然后重复该过程以形成多层结构。该技术限于几层电路，而据报导埋线（带）结构可达60层以上。

为了便于接线、提高可靠性和降低成本，可以埋入银导体和在最上层敷金来制造电路板。这种具有埋入的Ag和顶上敷Au导体的结构需要利用厚膜通孔填料糊组合物将埋入的Ag与外部的Au进行电连接。

用Ag、Au或Ag/Pd通孔填料糊连接，存在一些缺点。例如，Ag容易扩散到Au中，从而使Au导体褪色并由于存在Ag迁移到顶层的危险而降低了可靠性。Ag和Au相互扩散，尤其是在烧结它们的温度下（700-950℃），导致出现空隙和最终形成开路。在埋Ag和顶层敷Cu而用Ag、Cu、Au和Ag/Pd通孔填料糊连接时也遇到类似的问题。用Ag、Cu和Ag/Pd通孔填料胶连接Ag与Cu可能导致形成Ag-Cu共晶体，其熔融温度比Ag和Cu都低，这种连接变得容易熔融从而可能导致开路。

因此，非常需要一种通孔填料组合物，它要能连接不相似的金属（例如Ag和Au或Ag和Cu）并阻止一种金属扩散到另一种金属中。除了阻止扩散的性质外，该组合物也应当具有低的电阻和能适应多层结构的机械上的要求。

在其基本方面，本发明涉及一种厚膜糊组合物，包括分散在液体有机介质中的细分的导体金属颗粒，这种金属不会与银形成合金，可选自Os、Ru、Ir、Rh及其混合物和合金。

在进一方面，本发明涉及烧结的多层电子结构，包括交替的烧结的电介质层和导体电路图形层，它具有通孔相互连接，通孔中填充上述组合物，其中（1）烧结电介质带层包括烧结的氯化铝或分散在无机粘合剂基体中的细分的烧结氧化铝颗粒，和（2）导体电路图形和通孔填料组合物在空气中焙烧以完全除去其中的有机介质并烧结导电金属。

在再一方面，本发明涉及烧结的多层结构，包括交替的烧结的电介质材料和导体电路图形，它具有互连通孔，通孔中填充上述组合物，其中（1）烧结的电介质带层包括烧结的氧化铝或分散在无机粘合剂基体中的细分的烧结氧化铝颗粒，和（2）导体电路图形具有与通孔填料组合物相同的成分，并且导体电路图形和通孔填料组合物都在空气中焙烧以有效地完全使其中的有机介质挥发并烧结导电金属。