高频多层互连衬底及其制造方法技术

为了实现高可靠性及高功能化，同时抑制在与天线集成的微波或毫米波波带中使用的多层互连衬底中的特性变化。本发明专利技术提供了一种高频多层衬底，其具有形成在表面上的天线元件。所述高频多层衬底具有中间衬底。所述中间衬底由低温共烧玻璃陶瓷衬底组成，且具有由玻璃陶瓷及在这些中间绝缘层之间形成的内部导体组成的中间绝缘层。由具有低于玻璃陶瓷材料的介电常数的有机材料组成的表面绝缘层堆叠在所述中间衬底的表面上。穿透所述表面绝缘层的外侧通孔导体由烧结金属配置，所述烧结金属与所述衬底中的布线导体形成金属键。在烧结所述玻璃陶瓷多层衬底的同时形成所述外侧通孔导体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高频多层互连衬底及其制造方法相关申请案交叉参考及优先权主张本申请案主张于2016年3月31日提出申请的日本专利申请案第JP2016-72802号的权益及优先权，所述日本专利申请案特此以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及一种高频多层互连衬底及其制造方法，更特定来说涉及一种适用于使用例如微波或毫米波的高频的系统的高频多层互连衬底。
技术介绍
近年来，正在积极地开发使用微波及毫米波的通信系统，并且还在开发用于这些仪器的高频装置。已知微波及毫米波具有例如宽带、高分辨率以及短波长的特性。由于这些特性实现大容量通信，高速数据传输以及仪器的尺寸及重量减小且同时具有例如对另一通信系统的干扰小的优点，近年来，在例如高速无线LAN或车载雷达的系统中的使用正在积极开发。此系统通常由天线、例如高频振荡器或放大器的高频装置以及将天线与高频装置或高频装置彼此连接的传输线配置。作为配置高频带系统的方法，正在积极地进行研究以试图以系统级封装(SOP)的形式实现所述系统以减小产品的尺寸并降低其成本。作为此系统级封装的技术，低温共烧陶瓷(LTCC)技术被认为最适合的技术中的一者。低温共烧陶瓷技术基本上是使用多层衬底的技术，且具有在衬底内部具有例如电容器、电感器及滤波器的无源元件以便能够实现模块的尺寸减小及性能增加。此外，在这些系统中，天线性能及传输线的损耗是功能上重要的元件。从性能改进的观点出发，低温共烧陶瓷使用介电损耗小的玻璃陶瓷材料。玻璃陶瓷材料由于以下优点而为有效的装置：相对介电常数能够为相对较小，且具有低熔点及低电阻的金属材料(例如Cu、Ag或Ag-Pd)能够用于布线内层以及从减少损耗的观点来看用作衬底材料，且传输线(其通过布线内层来形成)中的损耗能够被减少。此外，为了减少天线与高频装置之间的传输损耗，常规上使用传输损耗小的波导作为传输线；使用使用低温烧结陶瓷的多层衬底能够容易地模制其配置以期望提高性能也是近年来考虑的原因。如上文所描述，在使用系统级封装的系统的配置中，天线性能被认为是影响所实施的系统的性能的核心组件。通常，在生产在毫米波频带(特别是60GHz或更高的超高频带)中操作的贴片天线的情况下，信号的泄漏以沿着贴片天线中的介电衬底的表面流动的表面波的形式出现。衬底的厚度增加越多且衬底的介电常数越高，信号的此泄漏增加。信号的此泄漏导致贴片天线的辐射效率下降且降低天线增益。目前，通过使用低温共烧陶瓷技术以系统级封装的形式形成毫米波带的产品化模块以降低成本。然而，因为用于例如低温共烧陶瓷的陶瓷衬底的材料的介电常数高于有机衬底的介电常数，所以当安装天线功能时，辐射效率和高的增益介电常数天线减少了。因此，为了改进天线的效率，增加许多天线；然而，增加天线数量会增加面积，从而导致模块面积增加。因此，低温共烧陶瓷技术的成本降低及优点得不到充分利用。因此，近年来，正在考虑在天线功能中使用低介电常数。作为其实例，提出并考虑了通过具有比内层部分低的介电常数的陶瓷材料仅形成玻璃陶瓷多层互连衬底的表面层部分的结构以及将与天线部分预先模制在一起的树脂衬底贴附到玻璃陶瓷多层互连衬底的表面层部分的结构。下面的专利文献1提出了组合具有不同介电常数的两个LTCC带系统(一个具有低k而另一个具有高k)。专利文献1提出了一种方法，借以可容易地制造具有低k材料及高k材料两者的性质的廉价衬底材料，用于单个整体式多层电路板以供收发器使用或例如接收器或发射器的另一电路使用。此外，还考虑使用为低介电常数材料的树脂材料衬底来形成于天线一起模制的衬底且然后将此贴附到玻璃陶瓷多层互连衬底的结构。然而，对于专利文献1，在衬底中使用例如需要大面积的天线阵列，可能出现安装故障，可能增加由于温度变化引起的热应力，且可能出现由于材料性质的差异而导致的缺陷，例如衬底的翘曲或破裂。虽然还提出了将与天线一起模制的有机材料衬底贴附到玻璃陶瓷多层衬底上并将这些集成为模块的结构，但不仅在粘贴时难以定位，容易成为特性变化的原因，而且难以确保高粘合性，且存在改进可靠性的问题。此外，在粘贴有机材料衬底的情况下，难以与玻璃陶瓷中的导体直接金属间键合，从而迫使通过焊接等进行金属间键合；然而，使用具有大电阻率的焊料会招致高频带中的电特性降低且并非优选的。另外，如用于在为一种通常的树脂多层衬底的积层多层结构中，也可以想到在将树脂层涂覆在衬底上之后通过激光等加工通孔且通过电镀等在其中形成金属以形成用于连接的通孔导体。还可以想到使用此技术在玻璃陶瓷多层互连衬底上形成低介电常数的树脂层的同时进行布线。然而，在通过激光等加工的情况下，因为通孔是基于形成在玻璃陶瓷多层互连衬底上的对准标记形成的，所以在此对准与激光加工的位置检测时可能出现位置移位。此外，在通过激光加工的情况下，通孔导体的上部部分与下部部分之间的尺寸差异容易增加，且此锥形导体在高频特性方面为不希望的。另外，在所形成的树脂层较厚的情况下，难以填充镀层，且在电镀导体中容易出现空隙；这在高频使用中再次为不希望的，特别是在形成及连接例如天线的元件时。此外，在许多情况下，这些技术将布线作为对象，使得不考虑高频带中的通孔导体的质量。引用列表专利文献1JP2013-518029A
技术实现思路
技术问题从此些观点出发，本专利技术的目的为提供一种高频多层电路板及其制造方法，所述多层电路板具有很小的特性变化以及不会造成电损耗的天线功能。问题的解决方案为达到上述目的，根据本专利技术的高频多层互连衬底为高频多层互连衬底，包括：i)中间衬底，其中在由玻璃陶瓷组成的多个中间绝缘层之间或在中间绝缘层的表面上形成预定图案的内部导体层；ii)中间通孔导体，其穿透中间绝缘层并将存在于不同层间位置中的内部导体层彼此连接；iii)表面绝缘层，其由整体形成在所述中间衬底的至少一个表面上的有机材料组成；及iv)外侧通孔导体，其穿过表面绝缘层并连接内部电极层或中间通孔电极及安置在表面绝缘层的外侧上的天线元件；其中所述外侧通孔导体由与所述内部导体层或所述中间通孔导体整体烧结的烧结金属配置，且所述表面绝缘层的相对介电常数低于所述中间绝缘层的相对介电常数。通过采用上述结构，可能通过在由玻璃陶瓷多层互连衬底组成的中间衬底的表面上精确且不会导致电损耗地形成低介电常数层来进行布线。此外，通过采用上述结构，玻璃陶瓷多层衬底中的预定图案的内部导体层与穿透由有机材料组成的表面绝缘层的外侧通孔导体由整体烧结的烧结金属配置，在其之间实现金属间键合。这在例如毫米波或微波的高频带中实现电信号损失抑制，且为抑制高频带中的特性降低的元件。此外，由于通过内部导体层或中间通孔电极发生金属间键合，且外侧通孔导体由整体烧结的烧结金属配置，因此可提供具有优异的位置精度及小渐缩的外侧通孔导体。因此，可能使天线特性最大化，且可提供具有很小质量变化且由具有优异特性的天线形成的高频多层电路板。此外，因为在为低介电常数层的表面绝缘层上形成天线元件减小了与空气的介电常数的差异，所以电磁波更容易在电介质衬底表面上传播且更容易沿垂直于天线面的方向辐射到空间中；因此，预期天线的增益改进及辐射效率改进。优选地，外侧通孔导体的最窄部分与最宽部分之间的倾斜比为10％或更小。此处，上述倾斜率可定义如下。倾斜比(％)＝[(通孔导体4a、4b沿垂直于发射电信号的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高频多层互连衬底，其包括：中间衬底，其中在由玻璃陶瓷组成的中间绝缘层之间或在所述中间绝缘层的表面上形成预定图案的内部导体层；中间通孔导体，其穿透所述中间绝缘层并将存在于不同层间位置的所述内部导体层彼此连接；表面绝缘层，其由整体形成在所述中间衬底的至少一个表面上的有机材料组成；及外侧通孔导体，其穿透所述表面绝缘层，其中：所述外侧通孔导体由与所述内部导体层或所述中间通孔导体整体烧结的烧结金属构成；且所述表面绝缘层的相对介电常数低于所述中间绝缘层的相对介电常数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.31 JP 2016-0728021.一种高频多层互连衬底，其包括：中间衬底，其中在由玻璃陶瓷组成的中间绝缘层之间或在所述中间绝缘层的表面上形成预定图案的内部导体层；中间通孔导体，其穿透所述中间绝缘层并将存在于不同层间位置的所述内部导体层彼此连接；表面绝缘层，其由整体形成在所述中间衬底的至少一个表面上的有机材料组成；及外侧通孔导体，其穿透所述表面绝缘层，其中：所述外侧通孔导体由与所述内部导体层或所述中间通孔导体整体烧结的烧结金属构成；且所述表面绝缘层的相对介电常数低于所述中间绝缘层的相对介电常数。2.根据权利要求1所述的高频多层互连衬底，其中所述外侧通孔导体的最窄部分与最宽部分之间的倾斜比为10％或更小。3.根据权利要求1或2所述的高频多层互连衬底，其中在所述中间衬底与所述表面绝缘层之间的界面处所述中间衬底的表面粗糙度Ra(μm)为在0.1≦Ra≦1.0的范围内。4.根据权利要求3所述的高频多层互连衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：小更恒，外间尚记，二俣阳介，仁宫惠美，石本笃史，
申请(专利权)人：追踪有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US