JPH02125728A - 複合基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は複合Ｊ、（板およびその製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、電子部品用の基板として一般に用いられているも
のは、樹脂基板とアルミナ基板である。

近年、エレクトロニクス技術の急激な進歩により基板に
要求される特性は種類が多くかつ厳しくなっており、特
に放熱性を向上させた基板として金属をペースとしても
つ複合基板が用いられるようになってきた。

複合基板には、■ベース金属」二に樹脂を用いて絶縁層
を設け、絶縁層上に銅層により回路を形成した金属ベー
ス銅張り基板とよばれるもの、■ベース金属上にガラス
で絶縁層を設けて回路を形成したホーロー基板、■ベー
ス金属上にアルミナを溶射して絶縁層を設け、回路を形
成した基板などがある。ペース金属としては低炭素銅、
アルミニラ１１、アルマイ１〜処理したアルミニウム等
が用いられている。

これら複合基板は、半導体デバイスの高集積化に伴いチ
ップの発熱量が増大することに対応して高い放熱性を有
するよう形成されたもので、金属ベース銅張り基板およ
びホーロー基板では絶縁層の誘電率が低いことから信号
伝播の遅延時間を短縮することができて半導体デバイス
の高速化にも対応できるという利点がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の複合基板は、いずれも、ベー
ス金属と絶縁層との熱膨張係数の差が大きいため、温度
サイクルあるいは熱衝撃といった熱的な環境変化に対す
る信頼性が低く、また、シリコンとの熱膨張係数の差が
大きいので、近年の大型化したシリコンチップの実装に
は好適とはいえないという問題点がある。

また、金属ベース銅張り基板では耐湿性が低いという問
題点、アルミナ溶射基板では絶縁層の誘電率が高いため
、信号伝播の高速化に不利であるという問題点がある。

そこで１本発明は上記問題点を解消すべくなされたもの
であり、その目的とするところは、熱的な環境変化に対
する信頼性かたかく、また、高速化にも十分対応するこ
とのできる複合基板およびこの複合基板の製造方法を提
供するにある。

（発明の概要） 本発明の複合基板は、ベース金属として、モリブデンま
たはタングステンを主成分とした金属板を用い、このペ
ース金属上に絶ａ層としてムライトセラミックを被覆し
て成ることを特徴とする。

モリブデンおよびタングステンの熱膨張係数は、いずれ
も５Ｘ　１０−’／’Ｃ前後であり、一方、ムライトセ
ラミックの熱膨張係数は４．５ｘ　１０−Ｆ′／　’Ｃ
である。ベース金属と絶縁層の熱膨張係数の差は小さい
から、ベース金属とムライトセラミックの絶縁層との間
で発生する熱膨張係数の差に起因する熱的ス１−レスは
小さく、したがって熱的環境変化に対する耐性は高くな
る。

シリコンの熱膨張係数は、’１．４ＸＩＯ−’／”Ｃで
あるので、従来の複合基板で用いているベース金属、あ
るいは絶縁層として設けたアルミナ（熱膨張係ｆｉ　７
Ｘ　１０−’／’Ｃ）と比較して、本発明に係る複合基
板ではシリコンとの熱的なマツチングが図れる。

また、本発明に係る複合基板では、ベース金属として高
融点金属であるモリブデンあるいはタングステンを用い
ているので、製造する際にはムライトセラミツ、りを焼
成する温度でベース金属を加熱することができ、ムライ
トセラミックを主成分とする絶縁ペーストをベース金属
上に塗布して焼成することにより所定の複合基板を得る
。なお、絶縁層の焼成は、１５００”Ｃ〜＋７５０”Ｃ
の温度範囲内で、非酸化性雰囲気中において行う。

本発明の複合基板では、」二記のように、絶縁層となる
ムライトセラミックは焼成前にペーストとして必要個所
に塗布するから、第１図に示すように、ＣｏＢ（チップ
・オン・ボード）方式により、熱伝導性に優れると共に
、シリコンの熱膨張係数に近いベース金属にじかにチッ
プを実装することができる。

また、絶縁層上に設ける回路パターンの形成方法として
は、従来の回路基板を形成する際と同様に、銅箔をエツ
チング処理して回路を形成する方法、あるいは樹脂系の
導体ペーストを印刷して形成する方法等が採用できる他
、上記複合基板が１５００℃〜１７５０℃で焼成される
ので、絶ａ層上にモリブデンペーストあるいはタングス
テンペース１−等の導体ペーストを用いて導体パターン
を印刷して設け、絶縁層と同時焼成によって回路パター
ンを形成することもできる。

また、絶縁層を焼成した後の基板は、ｌ０００℃前後の
温度領域では十分安定であるので、従来のアルミナ基板
で用いられている厚膜回路形成技術がそのまま適用でき
る。その結果、回路パターンの多層化も可能である。ま
た、Ｒｕ０＝系の厚膜ペーストを印刷することにより、
低抗体が形成できる。

この抵抗体はレーザによるトリミング処理が可能であり
、従来の複合基板に用いられているカーボン抵抗あるい
はチップ抵抗とくらべて抵抗値の範囲が広くとれるとい
う利点がある。このように、厚膜法を適用した場合には
最高使用温度が高いという点でも実用」二の大きな利点
となる。

また、絶縁層を形成するムライトセラミックの原料粉末
の粒径や組成を選ぶことにより、絶縁層の上に直接薄膜
法で回路パターンを形成することができる。この場合に
は１回路パターンの高密度化を図る上で右利である。

第１図は、本発明に係る複合基板に回路パターンを施し
た基板を用いて、ＣＯＢ方式でシリコンチップを実装し
た例を示す説明図である。同図で１はベース金属、２は
ベース金属上で焼成されたムライトセラミックを主成分
とする絶縁層、３はシリコンチップをベース金属１上に
接合するために設けたニッケルめっき層上に金めつきを
施しためっき層、４は銅厚膜焼成によって形成された回
路パターンである。５はめっき層３を介してベース金属
１上に接合されたシリコンチップ、６はシリコンチップ
５と回路パターン４とを接続するポンディングワイヤで
ある。

上述した複合基板では、絶縁層を形成する絶縁ペースト
に、酸化マグネシウム等の１１ａ１ｔＡ酸化物、あるい
は酸化イツトリウム等のｌｌＴａ族酸化物を添加すると
好適である。これらｌａａ族酸化物よびＩＩＩ　ａ族酸
化物はモリブデンまたはタングステンを主成分とするベ
ース金属とムライトセラミックによる絶縁層との接着強
度を高める働きをする。これら■ａａ族酸化物ｌ１ｌａ
族酸化物の含有量は、用いるムライトの原料粉末の粒径
にもよるが、一般には添加量が多いほうが接着強度の向
上には有効であるが、１０重量％以上含有させた場合は
、熱膨張係数が変わったり、また、とくにＩＩａ族酸化
物ではムライト相からコランダム相への相変化原因にな
るので好ましくない６また、これらのＩＩ　ａ　ＩＩＩ
化物、ｌｌ′１．ｌＩ族醋酸化物酸化物以外の形で添加
してもよく、例えば、焼成により酸化物に変わるフッ化
物、塩化物の化合物の形で添加してもよい。

また、絶ＲＭ中にシリカが４０重景％以下の割合で非晶
質相として含まれている複合基板も好適に用いられる。

絶８層中に非晶質相として含まれるシリカは絶縁層の誘
電率を制御する働きをする。

化学量論組成（３Δ［，０，・２Ｓ　ｉｏ、）にあるム
ライ１−の誘電率はＩＭＩＩｚにおいて約７であるが、
非晶質シリカを含有させることによって、誘電率を下げ
ることができる。非晶質シリカの含有率を増加させると
熱膨張係数が小さくなり、ベース金属とのマツチングが
とれなくなるので、非晶質シリカの含有率は４０重量％
程度までが実用範囲である。なお、非晶質シリカが４０
重量％含有されてなるムライトセラミックの誘電率はＩ
ＭＩＩｚにおいて、約５．７であり、熱膨張係数は約３
．５Ｘ　１０−’／℃である。

上記絶縁層中で非晶質相として含有されるシリカ成分は
、＋１１１記複合基板を焼成する前に結晶相にあるシリ
カ粉末として上記絶縁ペーストに含有させればよく、こ
れにより焼成中に非晶質化する。

この非晶質化に最適な焼成条件は前記ｎａａ族酸化物ｌ
１ｌａ族酸化物の種類と添加量などによっても異なるが
、１５００℃〜１７００℃の温度範囲で十分である。

以Ｆ、本発明に係る複合基板の実施例について説明する
。

〈実施例１〉 甲均粒径約２μｍの電融１１ライｌ−粉末９７重量部に
酸化イツトリウム３重量部を加え、これにポリビニルブ
チラール樹脂８重量部とプチルカルビ！・−ルアセテー
トとテレピネオールのｌ：１体積比混合物を４０重量部
添加し、十分に混練して絶縁ペーストとした。

この絶縁ペーストを、厚さ１．０ｍｍのモリブデン板表
面にスクリーン印刷法によって塗布し、大気中で８０℃
にて２時間乾燥した後、非酸化性ガス雰囲気中で、最高
温度１５７０℃にて２時間の焼成を行い複合基板を得た
。

〈実施例２〉 実施例１の絶縁ペーストで、１１ライト粉末を９８重量
部とし、酸化イットリウ１１を添加せず、かわりに酸化
マグネシラ１％　２重量部を添加した他は実施例１と同
様の手順によって複合基板を得た。

〈実施例３〉 甲均粒径約１μｍのゾルゲル法ムライト粉末９９重量部
に酸化イソ１ヘリウム１重量部を加え、ポリビニルブチ
ラール樹脂、ブチルカルピトールアセテ−１〜、テレピ
ネオールを実施例１と同量添加して絶縁ペーストとした
。

この絶縁ペーストを厚さ１．　Ｏｍｍのタングステン板
上にスクリーン印刷法によって塗布し、大気中で８０℃
にて２時間乾燥した後、非酸化性ガス雰囲気中で１６０
０℃にて２時間焼成を行い、複合基板を得た。この複合
基板の絶縁層表面の平滑性はＲａ＝０．２μｍであった
。

〈実施例４〉 平均粒径約２μｍの電融ムライト粉末５９重量部と、二
酸化ケイ素粉末（試薬特級）　４０重量部と酸化イット
リウｌ、　１重量部に、ポリビニルブチラール樹脂、ブ
チルカルピト−ルアセテート、テレピネオールを実施例
１と同量の割合で添加混練して絶縁ペーストとし、その
他は実施例３と同様の方法番こより複合基板を得た。

以上の各実施例で得た複合基板で４００℃〜０℃の急冷
試験を行ったが、どの基板にも亀裂や反りは発生しなか
った。

また、実施例１．２．４で得られた各複合基板」二に、
市販の厚膜用銅ペーストを用いて９８０℃で回路パター
ンを形成したところ、約２Ｊｆ／ｍｍ’の接着強度が得
られた。

以上、本発明について好適な実施例を上げて種々説明し
たが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、
発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得る
のはもちろんのことである。

（発明の効果） 本発明の複合基板によれば、モリブデンまたはタングス
テンを主成分とするベース金属上に、このベース金属°
と熱膨張係数が近いムライ１へセラミックを絶縁層とし
て形成しているから、両者の接合の信頼性が高く、また
、ベース金属およびムライトセラミックの熱膨張係数が
シリコンの熱膨張係数に近いので、大型のシリコンチッ
プを直接実装することが可能となる。

また、ベース金属を用いたことにより、優れた放熱性が
１１１られるとともに、絶縁層を形成するムライトセラ
ミックが低誘電率であることにより、絶縁層」−に設け
られる回路を伝播する信号の遅延時間が短縮でき、これ
によって、電子部品の高出力化および高速化に好適に対
応することができる。

さらに、複合店板は１５００℃〜１７５０℃の高温で焼
成して得るから、導体パターンを形成する際には、モリ
ブデンペースト、タングステンペースト等の導体ペース
トを用いた同時焼成、あるいは従来の各種導体バタ・−
ンの形成方法が適用でき、また、回路パターンを多層構
造に形成できる等、種々の方法が適用でき、高密度化に
も対応することができる等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る複合基板にチップを実装した例を
示す断面図である。 １・・・ベース金属、　２・・・絶縁層、３・・・めっ
き層、　４・・・回路パターン。 ５・・・シリコンチップ、　　６・・・ボンディングワ
イヤ。 実用新案登録出願人 新光電気工業株式会社 代表者　川　谷　幸　麿

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．ベース金属上に絶縁層としてセラミックを被覆して
   成る複合基板において、 前記ベース金属がモリブデンまたはタング ステンのうちの一種を主成分とし、前記セラミックがム
   ライトセラミックであることを特徴とする複合基板。
2. ２．前記ムライトセラミックにはIIａ族酸化物、IIIａ
   族酸化物のうち少なくとも一種以上が、合わせて０．１
   〜１０重量％含まれていることを特徴とする請求項１記
   載の複合基板。
3. ３．前記ムライトセラミックには４０重量％以下のシリ
   カが非晶質相として含まれていることを特徴とする請求
   項１記載の複合基板。
4. ４．モリブデンまたはタングステンのうちの一種を主成
   分とするベース金属上にムライト粉末を主成分とする絶
   縁ペーストを塗布し、 非酸化性雰囲気中において、１５００℃〜１７５０℃の
   温度範囲内で前記絶縁ペーストを焼成して成ることを特
   徴とする複合基板の製造方法。
5. ５．モリブデンまたはタングステンのうちの一種を主成
   分とするベース金属上にムライト粉末を主成分とする絶
   縁ペーストを塗布し、 この絶縁ペースト層に所定の回路パターン にしたがって導体ペーストを塗布し、 絶縁ペースト層と導体ペーストとを同時焼 成することを特徴とする複合基板の製造方法。