JPH04212441A - セラミック配線基板 - Google Patents
セラミック配線基板Info
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- JPH04212441A JPH04212441A JP3055579A JP5557991A JPH04212441A JP H04212441 A JPH04212441 A JP H04212441A JP 3055579 A JP3055579 A JP 3055579A JP 5557991 A JP5557991 A JP 5557991A JP H04212441 A JPH04212441 A JP H04212441A
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- silicon nitride
- wiring board
- ceramic
- substrate
- conductor
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- H10W70/60—Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers
- H10W70/67—Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers characterised by their insulating layers or insulating parts
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/751—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
- H10W90/754—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱伝導率の高い窒化珪
素多結晶体を使用した熱放散性に優れたセラミック配線
基板に関するものである。
素多結晶体を使用した熱放散性に優れたセラミック配線
基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップの高集積化や高速化に伴い
、発生する熱量が増大している。特にバイポーラ系の回
路を有するチップに関してその傾向は顕著で、近年はこ
れらのチップを搭載する基板として、放熱性の優れたつ
まり熱伝導率の良好な材料を使用したセラミック配線基
板が要求されるようになった。
、発生する熱量が増大している。特にバイポーラ系の回
路を有するチップに関してその傾向は顕著で、近年はこ
れらのチップを搭載する基板として、放熱性の優れたつ
まり熱伝導率の良好な材料を使用したセラミック配線基
板が要求されるようになった。
【０００３】例えば、従来このようなチップには、アル
ミナセラミックを材料にしたセラミック配線基板が、樹
脂を使用した基板に比較して信頼性が高く熱放散性が良
好な為に広く使用されていた。しかしながら、アルミナ
基板は実用的な強度が樹脂基板より劣り、また熱放散性
も不充分であった。
ミナセラミックを材料にしたセラミック配線基板が、樹
脂を使用した基板に比較して信頼性が高く熱放散性が良
好な為に広く使用されていた。しかしながら、アルミナ
基板は実用的な強度が樹脂基板より劣り、また熱放散性
も不充分であった。
【０００４】熱放散性を改善するため、最近では熱伝導
性のより優れた窒化アルミニウムセラミックや ＢｅＯ
を少量添加した炭化珪素セラミックが基板材料として使
用され始めている。
性のより優れた窒化アルミニウムセラミックや ＢｅＯ
を少量添加した炭化珪素セラミックが基板材料として使
用され始めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化ア
ルミニウムセラミックは耐水性や耐アルカリ性など耐環
境性が悪く、また金属との熱膨張係数の差により生ずる
応力のために、電気的な金属端子であるピンとかリード
との接着部分が破壊され易い等の問題があった。
ルミニウムセラミックは耐水性や耐アルカリ性など耐環
境性が悪く、また金属との熱膨張係数の差により生ずる
応力のために、電気的な金属端子であるピンとかリード
との接着部分が破壊され易い等の問題があった。
【０００６】また、ＢｅＯ を少量添加した炭化珪素セ
ラミックは、セラミックの粒界しか絶縁性になっていな
いので耐電圧性が悪く、また誘電率が４０程度と大きい
などの電気的特性上の問題があり、ホットプレス焼成で
ないと緻密化しないのでプロセスコストが高くなる問題
があった。
ラミックは、セラミックの粒界しか絶縁性になっていな
いので耐電圧性が悪く、また誘電率が４０程度と大きい
などの電気的特性上の問題があり、ホットプレス焼成で
ないと緻密化しないのでプロセスコストが高くなる問題
があった。
【０００７】本発明の目的は上述した課題を解消して、
熱放散性がアルミナ基板より大きく、耐環境性、機械的
強度や電気的特性の優れたセラミック配線基板を提供し
ようとするものである。
熱放散性がアルミナ基板より大きく、耐環境性、機械的
強度や電気的特性の優れたセラミック配線基板を提供し
ようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミック配線
基板は、基板として使用するセラミックが、窒化珪素多
結晶体であって、該多結晶体の結晶粒子が直線距離１０
μｍ 中に２０個以下含まれていることを特徴とするも
のである。
基板は、基板として使用するセラミックが、窒化珪素多
結晶体であって、該多結晶体の結晶粒子が直線距離１０
μｍ 中に２０個以下含まれていることを特徴とするも
のである。
【０００９】
【作用】本発明では、窒化珪素多結晶体を基板材料とし
て使用する。良く知られているように、窒化珪素は強度
が非常に強く、耐環境性にも優れている。また、熱膨張
係数もアルミナに比較するとシリコンの熱膨張係数と整
合がとれているので、半導体チップを搭載した場合の信
頼性も高い。しかし、通常の窒化珪素は室温および高温
での機械的強度を追求した組成のものが多く、これらの
熱伝導率は小さくアルミナセラミックと同等であった。 従って、熱放散性の良い基板を得ることはできなかった
。
て使用する。良く知られているように、窒化珪素は強度
が非常に強く、耐環境性にも優れている。また、熱膨張
係数もアルミナに比較するとシリコンの熱膨張係数と整
合がとれているので、半導体チップを搭載した場合の信
頼性も高い。しかし、通常の窒化珪素は室温および高温
での機械的強度を追求した組成のものが多く、これらの
熱伝導率は小さくアルミナセラミックと同等であった。 従って、熱放散性の良い基板を得ることはできなかった
。
【００１０】本発明では、多結晶体の結晶粒子が直線距
離１０μｍ 中に２０個以下含まれており、好ましくは
アルミナ換算でアルミニウムを０．３ 重量％以下含む
窒化珪素多結晶体により絶縁層が構成され、導体として
は基板内部や表面にセラミックと同時焼成されるタング
ステンやモリブデンやジルコニウムのような金属により
構成されたり、同じく同時焼成されるジルコニウムやタ
ンタルやバナジウムなど各種金属の窒化物や硼化物によ
り構成される。また、セラミック焼成後の後工程により
形成されるＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ系の厚膜導体、スパッタ、
蒸着、メッキ法などを使用した薄膜導体、金属モリブデ
ンと金属マンガンを使用するいわゆるモリマン導体等に
より構成されても良い。
離１０μｍ 中に２０個以下含まれており、好ましくは
アルミナ換算でアルミニウムを０．３ 重量％以下含む
窒化珪素多結晶体により絶縁層が構成され、導体として
は基板内部や表面にセラミックと同時焼成されるタング
ステンやモリブデンやジルコニウムのような金属により
構成されたり、同じく同時焼成されるジルコニウムやタ
ンタルやバナジウムなど各種金属の窒化物や硼化物によ
り構成される。また、セラミック焼成後の後工程により
形成されるＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ系の厚膜導体、スパッタ、
蒸着、メッキ法などを使用した薄膜導体、金属モリブデ
ンと金属マンガンを使用するいわゆるモリマン導体等に
より構成されても良い。
【００１１】タングステンやモリブデン金属を使用し基
板材料と同時焼成することにより導体を得る際、焼成温
度が１８００℃を超えるような高温の場合には、タング
ステンやモリブデンが一部窒化珪素と反応してシリサイ
トになってしまう場合がある。特に導体と基板材料の界
面においてその反応が生ずる傾向があるが、シリサイト
の抵抗はタングステンやモリブデン金属と比較しても低
いので問題ない。
板材料と同時焼成することにより導体を得る際、焼成温
度が１８００℃を超えるような高温の場合には、タング
ステンやモリブデンが一部窒化珪素と反応してシリサイ
トになってしまう場合がある。特に導体と基板材料の界
面においてその反応が生ずる傾向があるが、シリサイト
の抵抗はタングステンやモリブデン金属と比較しても低
いので問題ない。
【００１２】本発明による窒化珪素基板は、窒化珪素の
熱伝導率が ４０Ｗ／ｍｋ以上、代表的には１００Ｗ／
ｍｋとアルミナの ２０Ｗ／ｍｋ程度よりも充分に大き
いので熱放散性がよく、また強度も非常に強く、耐環境
性にも優れ、熱膨張係数もシリコンの熱膨張係数と整合
がとれており、さらに電気絶縁性が優れ誘電率も６〜８
とアルミナの９〜１０よりも小さいなど電気的特性も良
好なので、導体と組み合わせて極めて優れた特性のセラ
ミック配線基板が得られる。
熱伝導率が ４０Ｗ／ｍｋ以上、代表的には１００Ｗ／
ｍｋとアルミナの ２０Ｗ／ｍｋ程度よりも充分に大き
いので熱放散性がよく、また強度も非常に強く、耐環境
性にも優れ、熱膨張係数もシリコンの熱膨張係数と整合
がとれており、さらに電気絶縁性が優れ誘電率も６〜８
とアルミナの９〜１０よりも小さいなど電気的特性も良
好なので、導体と組み合わせて極めて優れた特性のセラ
ミック配線基板が得られる。
【００１３】また、他の配線基板材料と組み合わせるこ
とにより、総合的にさらに優れた特性の複合構造の配線
基板を得ることも可能である。
とにより、総合的にさらに優れた特性の複合構造の配線
基板を得ることも可能である。
【００１４】例えば、配線を信号の高速伝播により適す
るようにする場合には、その部分の配線を窒化珪素基板
と異なる配線基板材料内に形成し、窒化珪素配線基板と
の複合構造とすることが望ましい。
るようにする場合には、その部分の配線を窒化珪素基板
と異なる配線基板材料内に形成し、窒化珪素配線基板と
の複合構造とすることが望ましい。
【００１５】つまり、窒化珪素より誘電率が小さく信号
の高速伝播が可能な基板材料を使用したり、導体材料に
高速伝播に適するＡｇやＣｕのような低抵抗導体が使用
可能な基板材料を使用し、窒化珪素配線基板と組み合わ
せる。そして、窒化珪素配線基板の部分を電源回路とし
て使用する。
の高速伝播が可能な基板材料を使用したり、導体材料に
高速伝播に適するＡｇやＣｕのような低抵抗導体が使用
可能な基板材料を使用し、窒化珪素配線基板と組み合わ
せる。そして、窒化珪素配線基板の部分を電源回路とし
て使用する。
【００１６】このように、用途によって他の基板材料と
組み合わせることは、多結晶体の結晶粒子が直線距離１
０μｍ 中に２０個以下含まれており、好ましくはアル
ミニウムをアルミナ換算で０．３ 重量％以下含む窒化
珪素配線基板の優れた放熱性と、他の基板材料の優れた
特性の部分を組み合わせることになり、本発明の効果を
さらに有効にすることができる。
組み合わせることは、多結晶体の結晶粒子が直線距離１
０μｍ 中に２０個以下含まれており、好ましくはアル
ミニウムをアルミナ換算で０．３ 重量％以下含む窒化
珪素配線基板の優れた放熱性と、他の基板材料の優れた
特性の部分を組み合わせることになり、本発明の効果を
さらに有効にすることができる。
【００１７】以下に本発明基板の優れた特徴をさらに詳
細に述べる。
細に述べる。
【００１８】
〔高熱放散性〕
使用するセラミックは、多結晶体の結晶粒子が直線距離
１０μｍ 中に２０個以下含まれており、好ましくは前
述のようにアルミナ換算でアルミニウムを ０．３重量
％以下含む窒化珪素多結晶体が使用される。窒化珪素多
結晶体は、通常焼結助剤として焼成中に液相を形成する
成分が添加される。代表的には、希土類の酸化物、アル
カリ土類金属の酸化物、その他金属酸化物が考えられる
。また、半導体パッケージ材料特有の添加物として、金
属モリブデンやタングステンおよびそれらの酸化物や化
合物が着色用に添加される場合がある。
１０μｍ 中に２０個以下含まれており、好ましくは前
述のようにアルミナ換算でアルミニウムを ０．３重量
％以下含む窒化珪素多結晶体が使用される。窒化珪素多
結晶体は、通常焼結助剤として焼成中に液相を形成する
成分が添加される。代表的には、希土類の酸化物、アル
カリ土類金属の酸化物、その他金属酸化物が考えられる
。また、半導体パッケージ材料特有の添加物として、金
属モリブデンやタングステンおよびそれらの酸化物や化
合物が着色用に添加される場合がある。
【００１９】本発明には、結晶粒子数が限定量以下で、
好ましくはアルミニウムが上記の限定量以下であるなら
ば、基本的にはどのような組成系の窒化珪素多焼結体に
も適用できる。これは窒化珪素多焼結体の熱伝導率がア
ルミニウム量に最も大きく影響されるためであり、上記
の限定量以下であれば４０ｗ／ｍｋ以上の窒化珪素多焼
結体が得られ、アルミナに比較して優れた熱放散性を有
する基板が得られる。結晶粒子が直線距離１０μｍ 中
に２０個を超えて存在する窒化珪素を使用するとセラミ
ックの熱伝導率が劣化し熱放散性の悪いセラミック配線
基板になる。
好ましくはアルミニウムが上記の限定量以下であるなら
ば、基本的にはどのような組成系の窒化珪素多焼結体に
も適用できる。これは窒化珪素多焼結体の熱伝導率がア
ルミニウム量に最も大きく影響されるためであり、上記
の限定量以下であれば４０ｗ／ｍｋ以上の窒化珪素多焼
結体が得られ、アルミナに比較して優れた熱放散性を有
する基板が得られる。結晶粒子が直線距離１０μｍ 中
に２０個を超えて存在する窒化珪素を使用するとセラミ
ックの熱伝導率が劣化し熱放散性の悪いセラミック配線
基板になる。
【００２０】
〔高強度〕
本発明の窒化珪素多結晶体からなる基板は、強度が大き
いことも重要な特徴である。従来のアルミナ基板は、坑
折強度こそ３０ｋｇ／ｍｍ２程度あるが、セラミック特
有の脆さから実用的な強度が、樹脂基板に比較すると劣
るとされていた。しかしながら、本発明の窒化珪素セラ
ミック基板は、坑折強度も３０ｋｇ／ｍｍ２以上あると
共に、破壊靱性値５ＭＰａｍ１／２ と大きいので脆さ
もアルミナ基板に比較すると大幅に改善されている。
いことも重要な特徴である。従来のアルミナ基板は、坑
折強度こそ３０ｋｇ／ｍｍ２程度あるが、セラミック特
有の脆さから実用的な強度が、樹脂基板に比較すると劣
るとされていた。しかしながら、本発明の窒化珪素セラ
ミック基板は、坑折強度も３０ｋｇ／ｍｍ２以上あると
共に、破壊靱性値５ＭＰａｍ１／２ と大きいので脆さ
もアルミナ基板に比較すると大幅に改善されている。
【００２１】また、窒化アルミニウム基板では金属との
熱膨張係数の差により生ずる応力のために、電気的な金
属端子であるピンとかリードとの接着部分が破壊され易
い等の問題があったが、本発明では使用する窒化珪素セ
ラミック基板の破壊靱性値が大きいのでこのような問題
は生じない。
熱膨張係数の差により生ずる応力のために、電気的な金
属端子であるピンとかリードとの接着部分が破壊され易
い等の問題があったが、本発明では使用する窒化珪素セ
ラミック基板の破壊靱性値が大きいのでこのような問題
は生じない。
【００２２】
〔高信頼性〕
耐環境性に良いことも重要な特徴である。すなわち、セ
ラミック基板の大きな特徴は耐水性などの耐環境性が樹
脂基板に比較して優れている結果、信頼性が高いことに
あり、例えばアルミナ基板は、充分高い信頼性を有する
との評価を得ていた。しかしながら、熱放散性の優れた
セラミック基板である窒化アルミニウム基板は、耐水性
や耐アルカリ性等の耐環境性が悪いので、セラミック基
板の大きな特徴である信頼性に問題があった。これに対
し本発明の窒化珪素基板材料は、耐環境性も優れており
窒化アルミニウムで生ずるような問題はない。
ラミック基板の大きな特徴は耐水性などの耐環境性が樹
脂基板に比較して優れている結果、信頼性が高いことに
あり、例えばアルミナ基板は、充分高い信頼性を有する
との評価を得ていた。しかしながら、熱放散性の優れた
セラミック基板である窒化アルミニウム基板は、耐水性
や耐アルカリ性等の耐環境性が悪いので、セラミック基
板の大きな特徴である信頼性に問題があった。これに対
し本発明の窒化珪素基板材料は、耐環境性も優れており
窒化アルミニウムで生ずるような問題はない。
【００２３】
〔電気的特性〕
電気絶縁性は、非常に優れており、炭化珪素基板のよう
な耐電圧が低い問題はない。また、本発明に使用される
窒化珪素基板材料の誘電率は６〜８であり、アルミナ基
板の９〜１０、窒化アルミニウム基板の８〜９、炭化珪
素基板の４０に比較すると小さい。この為、高速信号、
高周波数信号の伝播の際問題となる伝播遅延時間が小さ
くなり信号の高速伝播に適する。
な耐電圧が低い問題はない。また、本発明に使用される
窒化珪素基板材料の誘電率は６〜８であり、アルミナ基
板の９〜１０、窒化アルミニウム基板の８〜９、炭化珪
素基板の４０に比較すると小さい。この為、高速信号、
高周波数信号の伝播の際問題となる伝播遅延時間が小さ
くなり信号の高速伝播に適する。
【００２４】以上述べたように、本発明で得られる配線
基板は、従来のアルミナ基板は勿論のこと、窒化アルミ
ニウムや炭化珪素基板と比較しても優れた特性を有して
いる。
基板は、従来のアルミナ基板は勿論のこと、窒化アルミ
ニウムや炭化珪素基板と比較しても優れた特性を有して
いる。
【００２５】
【実施例】以下本発明方法を具体的に説明する。図１〜
図２はそれぞれ本発明で得られる配線基板の断面図であ
る。図１〜図３に示す実施例では、グリーンシートによ
り形成される窒化珪素絶縁体層１とタングステンよりな
る金属導体２が内部配線回路を形成している。外部端子
としては、金属ピン３が基板表面の導体部分にＡｇろう
４により接続されている。
図２はそれぞれ本発明で得られる配線基板の断面図であ
る。図１〜図３に示す実施例では、グリーンシートによ
り形成される窒化珪素絶縁体層１とタングステンよりな
る金属導体２が内部配線回路を形成している。外部端子
としては、金属ピン３が基板表面の導体部分にＡｇろう
４により接続されている。
【００２６】また、図１に示す例ではその他の表面導体
はＮｉメッキ５およびＡｕメッキ６がされており、半導
体チップ７のダイボンドやワイヤーボンドがボンディン
グワイヤー８により、さらに、図２に示す例では、表面
導体としてＣｒ／Ｃｕスパッタ層９が設けられており、
図３に示す例では、厚膜回路基板としてＡｇ系、Ａｕ系
またはＣｕ系厚膜導体１０と抵抗体１１とが設けられて
いる。さらにまた、図４に示す例では、窒化珪素絶縁体
層２１の内部に金属導体配線を有し、搭載した半導体チ
ップ２２と外部回路との接続端子用に多数の金属ピン２
３を配列したピングリッドアレータイプのセラミックパ
ッケージを形成している。
はＮｉメッキ５およびＡｕメッキ６がされており、半導
体チップ７のダイボンドやワイヤーボンドがボンディン
グワイヤー８により、さらに、図２に示す例では、表面
導体としてＣｒ／Ｃｕスパッタ層９が設けられており、
図３に示す例では、厚膜回路基板としてＡｇ系、Ａｕ系
またはＣｕ系厚膜導体１０と抵抗体１１とが設けられて
いる。さらにまた、図４に示す例では、窒化珪素絶縁体
層２１の内部に金属導体配線を有し、搭載した半導体チ
ップ２２と外部回路との接続端子用に多数の金属ピン２
３を配列したピングリッドアレータイプのセラミックパ
ッケージを形成している。
【００２７】図５および図６はそれぞれ本発明の配線基
板のうち複合型の配線基板の一例を示す断面図である。 図５に示す例では、窒化珪素絶縁体層１とこの中に設け
たタングステンよりなる金属導体２とからなる配線基板
上に、低温焼成基板用のコージェライト系セラミック３
１中に銅よりなる金属導体３２を配してなる配線基板を
設け、複合構造の配線基板を構成した例を示している。 また、半導体チップ７はボンディングワイヤ８を介して
金属導体３２と接続し、キャップ３３により半導体チッ
プ７を保護し、さらに金属リード３４により外部素子と
の接続を行なっている。
板のうち複合型の配線基板の一例を示す断面図である。 図５に示す例では、窒化珪素絶縁体層１とこの中に設け
たタングステンよりなる金属導体２とからなる配線基板
上に、低温焼成基板用のコージェライト系セラミック３
１中に銅よりなる金属導体３２を配してなる配線基板を
設け、複合構造の配線基板を構成した例を示している。 また、半導体チップ７はボンディングワイヤ８を介して
金属導体３２と接続し、キャップ３３により半導体チッ
プ７を保護し、さらに金属リード３４により外部素子と
の接続を行なっている。
【００２８】図６に示す例では、図５に示す例と同様窒
化珪素絶縁体層１と金属導体２とからなる配線基板上に
、ポリイミド系樹脂からなる基板４１中に金薄膜導体か
らなる金属導体４２を配してなる配線基板を設け、複合
構造の配線基板を構成している。
化珪素絶縁体層１と金属導体２とからなる配線基板上に
、ポリイミド系樹脂からなる基板４１中に金薄膜導体か
らなる金属導体４２を配してなる配線基板を設け、複合
構造の配線基板を構成している。
【００２９】以下その製造方法を述べる。
実施例１
所定量の窒化珪素粉末、酸化イットリウム粉末に加えて
アルミナ ０．２ｗｔ％からなる混合粉末、アクリル系
有機バインダー、可塑剤、トルエンおよびアルコール系
の溶剤を樹脂性ポットおよび窒化珪素ボールで良く混合
しスラリーとした。さらに、ドクターブレード法により
０．１ｍｍ〜１．０ ｍｍ厚みのグリーンテープを作
製した。
アルミナ ０．２ｗｔ％からなる混合粉末、アクリル系
有機バインダー、可塑剤、トルエンおよびアルコール系
の溶剤を樹脂性ポットおよび窒化珪素ボールで良く混合
しスラリーとした。さらに、ドクターブレード法により
０．１ｍｍ〜１．０ ｍｍ厚みのグリーンテープを作
製した。
【００３０】タングステン粉末、アクリル系有機バイン
ダーおよびテルピネオール系の有機溶剤を３本ローラー
により良く混練し印刷用の導体ペーストにした。これら
のペーストを使用して、グリーンテープ上に導体配線パ
ターンやアース層を印刷した。これらの導体パターンが
印刷されたグリーンテープを、所定の順番で重ねた後、
１００℃、１００ ｋｇ／ｃｍ２ の条件で積層一体
化した。各導体層の接続は、グリーンテープにパンチン
グ等により形成したスルーホールに導体ペーストを充填
して実現した。
ダーおよびテルピネオール系の有機溶剤を３本ローラー
により良く混練し印刷用の導体ペーストにした。これら
のペーストを使用して、グリーンテープ上に導体配線パ
ターンやアース層を印刷した。これらの導体パターンが
印刷されたグリーンテープを、所定の順番で重ねた後、
１００℃、１００ ｋｇ／ｃｍ２ の条件で積層一体
化した。各導体層の接続は、グリーンテープにパンチン
グ等により形成したスルーホールに導体ペーストを充填
して実現した。
【００３１】窒素雰囲気９．５ 気圧で１８５０℃を４
時間保持して焼成した。その後、表面導体にニッケルメ
ッキを行い、さらにＡｇろうを使用して金属ピンを接着
した。最後に表面導体および金属ピンに金メッキを行っ
た。この結果、図１に示すような配線基板が実現できた
。
時間保持して焼成した。その後、表面導体にニッケルメ
ッキを行い、さらにＡｇろうを使用して金属ピンを接着
した。最後に表面導体および金属ピンに金メッキを行っ
た。この結果、図１に示すような配線基板が実現できた
。
【００３２】
実施例２
実施例１と同様の方法により焼成基板を得た。ただし、
金属端子との接続部分を除いて表面の導体パターンは形
成しなかった。表面導体にニッケルメッキを行い。さら
にＡｇろうを使用して金属ピンを接着した。その後、金
属ピンがある面と反対側の面を研磨加工した。この研磨
面にＣｒ／Ｃｕ薄膜をスパッタにより形成し、フォトリ
ソグラフィーの技術によりパターンに形成した。ピンお
よび薄膜パターンにＮｉおよび金メッキを行った。この
結果、図２に示すような配線基板が実現できた。
金属端子との接続部分を除いて表面の導体パターンは形
成しなかった。表面導体にニッケルメッキを行い。さら
にＡｇろうを使用して金属ピンを接着した。その後、金
属ピンがある面と反対側の面を研磨加工した。この研磨
面にＣｒ／Ｃｕ薄膜をスパッタにより形成し、フォトリ
ソグラフィーの技術によりパターンに形成した。ピンお
よび薄膜パターンにＮｉおよび金メッキを行った。この
結果、図２に示すような配線基板が実現できた。
【００３３】
実施例３
実施例１と同様のグリーンテープを使用して、積層し所
定の厚みに成るようにした。同様に焼成してセラミック
基板を得た。両面を研磨後、Ａｇ系、Ａｕ系、Ｃｕ系の
厚膜導体ペーストを通常のスクリーン印刷法によりパタ
ーン印刷した。それぞれの焼成雰囲気、焼成温度で焼成
した。 この結果、図３に示すような配線基板が実現できた。
定の厚みに成るようにした。同様に焼成してセラミック
基板を得た。両面を研磨後、Ａｇ系、Ａｕ系、Ｃｕ系の
厚膜導体ペーストを通常のスクリーン印刷法によりパタ
ーン印刷した。それぞれの焼成雰囲気、焼成温度で焼成
した。 この結果、図３に示すような配線基板が実現できた。
【００３４】
実施例４
実施例１と同様の方法で図４に示した １２０ピンのピ
ングリッドアレー（ＰＧＡ） タイプのパッケージを作
成した。焼結助剤、及び焼成条件は表１に示す通りであ
る。尚、雰囲気は９．５ 気圧の窒素雰囲気である。作
成されたパッケージ中の窒化珪素粒子の数を直線距離１
０μｍ あたりに存在する窒化珪素粒子の数から求めた
。粒子の個数は以下のようにして測定した。まず、走査
型電子顕微鏡にて、窒化珪素体の任意断面における微構
造をＳｉ３Ｎ４ 粒子を個々に識別できる倍率で写真に
撮った。次に、写真に直線を描き、直線が横切る粒子の
個数を計測した。粒子の数が１０００個を越えるまで視
野を変えて直線を引き、１０００個の粒子を計測するの
に要した直線の総距離Ｌ（μｍ）から （１０００／Ｌ
）×１０により１０μｍ 当りの個数に換算した。 例えば、１０００個の粒子を計測するのに直線 ５００
μｍ を要したとすれば、１０μｍ 当りの個数は２０
個となる。窒化珪素は Ｎｏ．６を除いてβ相のみであ
った。 Ｎｏ．６には若干のα相が検出された。Ａｌ２
Ｏ３ 量は螢光Ｘ線分析法により測定した。これらの測
定値を表１に示す。表１中には同一の条件で焼結された
窒化珪素多結晶体について、熱伝導率をレーザーフラッ
シュ法により測定した結果も示してある。また、熱膨脹
係数はどの焼結体においても３〜４ｐｐｍ ／℃であっ
た。このパッケージに実際に半導体ラップを実装して発
熱させ風速４ｍ／ｓ で冷却し熱抵抗を測定し、表１に
示すパッケージ熱抵抗を得た。
ングリッドアレー（ＰＧＡ） タイプのパッケージを作
成した。焼結助剤、及び焼成条件は表１に示す通りであ
る。尚、雰囲気は９．５ 気圧の窒素雰囲気である。作
成されたパッケージ中の窒化珪素粒子の数を直線距離１
０μｍ あたりに存在する窒化珪素粒子の数から求めた
。粒子の個数は以下のようにして測定した。まず、走査
型電子顕微鏡にて、窒化珪素体の任意断面における微構
造をＳｉ３Ｎ４ 粒子を個々に識別できる倍率で写真に
撮った。次に、写真に直線を描き、直線が横切る粒子の
個数を計測した。粒子の数が１０００個を越えるまで視
野を変えて直線を引き、１０００個の粒子を計測するの
に要した直線の総距離Ｌ（μｍ）から （１０００／Ｌ
）×１０により１０μｍ 当りの個数に換算した。 例えば、１０００個の粒子を計測するのに直線 ５００
μｍ を要したとすれば、１０μｍ 当りの個数は２０
個となる。窒化珪素は Ｎｏ．６を除いてβ相のみであ
った。 Ｎｏ．６には若干のα相が検出された。Ａｌ２
Ｏ３ 量は螢光Ｘ線分析法により測定した。これらの測
定値を表１に示す。表１中には同一の条件で焼結された
窒化珪素多結晶体について、熱伝導率をレーザーフラッ
シュ法により測定した結果も示してある。また、熱膨脹
係数はどの焼結体においても３〜４ｐｐｍ ／℃であっ
た。このパッケージに実際に半導体ラップを実装して発
熱させ風速４ｍ／ｓ で冷却し熱抵抗を測定し、表１に
示すパッケージ熱抵抗を得た。
【００３５】比較のため、アルミナを放熱基板として同
様の方法で測定した熱抵抗は２２℃／ｗ であった。
様の方法で測定した熱抵抗は２２℃／ｗ であった。
【００３６】
【表１】
【００３７】表１から、窒化珪素の放熱基板はアルミナ
と比較して放熱特性が優れるのがわかる。また、窒化珪
素においても、直線距離１０μｍ あたりに存在する窒
化珪素粒子の数が２０個以下で、好ましくは含有するＡ
ｌ２Ｏ３ 量が ０．３ｗｔ％以下であればさらに優れ
るのがわかる。この理由は、直線距離１０μｍ あたり
に存在する窒化珪素粒子の数が２０個以上であると、粒
界での熱の散乱が大きくなって熱伝導度が低くなるため
と考えられ、 Ａｌ２Ｏ３量が ０．３ｗｔ％以上であ
ると、窒化珪素粒子内に固溶し、窒化珪素粒子の熱伝導
度を低下させる場合があるためと考えられる。
と比較して放熱特性が優れるのがわかる。また、窒化珪
素においても、直線距離１０μｍ あたりに存在する窒
化珪素粒子の数が２０個以下で、好ましくは含有するＡ
ｌ２Ｏ３ 量が ０．３ｗｔ％以下であればさらに優れ
るのがわかる。この理由は、直線距離１０μｍ あたり
に存在する窒化珪素粒子の数が２０個以上であると、粒
界での熱の散乱が大きくなって熱伝導度が低くなるため
と考えられ、 Ａｌ２Ｏ３量が ０．３ｗｔ％以上であ
ると、窒化珪素粒子内に固溶し、窒化珪素粒子の熱伝導
度を低下させる場合があるためと考えられる。
【００３８】
実施例５
コージェライト系組成のガラス粉末９０重量％とアルミ
ナ粉末１０重量％からなる低温焼成基板用のセラミック
ス組成混合粉末、アクリル系バインダー、可塑剤、トル
エンおよびアルコール系の溶剤をアルミナポットおよび
アルミナボールで良く混合しスラリーとした。さらに、
ドクターブレート法により０．３ ｍｍ厚みのグリーン
テープを作製した。
ナ粉末１０重量％からなる低温焼成基板用のセラミック
ス組成混合粉末、アクリル系バインダー、可塑剤、トル
エンおよびアルコール系の溶剤をアルミナポットおよび
アルミナボールで良く混合しスラリーとした。さらに、
ドクターブレート法により０．３ ｍｍ厚みのグリーン
テープを作製した。
【００３９】次に、Ｃｕ系粉末、アクリル系有機バイン
ダー、およびテルピネオール系の有機溶剤を３本ローラ
ーにより良く混練し印刷用の導体ペーストにした。この
ペーストを使用し、グリーンテープ上に導体配線パター
ンを印刷した。これらの導体パターンが印刷されたグリ
ーンテープを、所定の順番で重ねた後、実施例１と同様
の方法で作製した窒化珪素配線基板上に置き、１００
℃、１００ｋｇ／ｃｍ２ の条件で圧力をかけ積層一体
化した。各導体層の接続は、グリーンテープにパンチン
グ等により形成したスルーホールに導体ペーストを充填
して実現した。その後、全体を窒素雰囲気、９５０ ℃
で焼成した。
ダー、およびテルピネオール系の有機溶剤を３本ローラ
ーにより良く混練し印刷用の導体ペーストにした。この
ペーストを使用し、グリーンテープ上に導体配線パター
ンを印刷した。これらの導体パターンが印刷されたグリ
ーンテープを、所定の順番で重ねた後、実施例１と同様
の方法で作製した窒化珪素配線基板上に置き、１００
℃、１００ｋｇ／ｃｍ２ の条件で圧力をかけ積層一体
化した。各導体層の接続は、グリーンテープにパンチン
グ等により形成したスルーホールに導体ペーストを充填
して実現した。その後、全体を窒素雰囲気、９５０ ℃
で焼成した。
【００４０】その結果、図５に示したように、窒化珪素
基板上に低温焼成配線基板が接合した複合構造のパッケ
ージを得ることができた。なお、金属リードはＡｕ−Ｓ
ｎ 合金ろうにより接合した。
基板上に低温焼成配線基板が接合した複合構造のパッケ
ージを得ることができた。なお、金属リードはＡｕ−Ｓ
ｎ 合金ろうにより接合した。
【００４１】
実施例６
実施例２と同様の方法で得た窒化珪素配線基板上に、感
光性ポリイミド系樹脂とＡｕスパッタ薄膜を使用し、フ
ォトリソグラフィーにより導体パターンと層間導体パタ
ーンを接続するビアホールを形成し多層配線回路を得た
。
光性ポリイミド系樹脂とＡｕスパッタ薄膜を使用し、フ
ォトリソグラフィーにより導体パターンと層間導体パタ
ーンを接続するビアホールを形成し多層配線回路を得た
。
【００４２】その結果、図６に示したように、窒化珪素
基板上にポリイミドからなる基板接合した複合構造のパ
ッケージを得ることができた。
基板上にポリイミドからなる基板接合した複合構造のパ
ッケージを得ることができた。
【００４３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、多結晶体の結晶粒子を直線距離１０μｍ 中
に２０個以下とし、好ましくは基板として使用する窒化
珪素に含まれるアルミニウム量をアルミナ換算で ０．
３ｗｔ％以下とすることにより、熱放散性が高く、耐環
境性が良いことから信頼性に優れ、また強度、靱性の高
い従来にない優れたセラミック配線基板を得ることがで
きる。
によれば、多結晶体の結晶粒子を直線距離１０μｍ 中
に２０個以下とし、好ましくは基板として使用する窒化
珪素に含まれるアルミニウム量をアルミナ換算で ０．
３ｗｔ％以下とすることにより、熱放散性が高く、耐環
境性が良いことから信頼性に優れ、また強度、靱性の高
い従来にない優れたセラミック配線基板を得ることがで
きる。
【図１】本発明で得られる配線基板の一例の断面図であ
る。
る。
【図２】本発明で得られる配線基板の他の例の断面図で
ある。
ある。
【図３】本発明で得られる配線基板のさらに他の例の断
面図である。
面図である。
【図４】本発明で得られる配線基板のさらに他の例の断
面図である。
面図である。
【図５】本発明で得られる配線基板のさらに他の例の断
面図である。
面図である。
【図６】本発明で得られる配線基板のさらに他の例の断
面図である。
面図である。
１ 窒化珪素絶縁体層２ 金属導体３ 金属ピン
４ Ａｇろう
５ Ｎｉメッキ
６ Ａｕメッキ
７ 半導体チップ
８ ボンディングワイヤー
９ Ｃｒ／Ｃｕスパッタ層
１０ 厚膜導体
１１ 抵抗体
２１ 窒化珪素絶縁体層
２２ 半導体チップ
２３ 外部端子用ピン
３１ コージェライト系セラミック
３２ 金属導体
３３ キャップ
３４ 金属リード
４１ ポリイミド系樹脂からなる基板４２ 金属導
体
体
Claims (3)
- 【請求項１】 基板として使用するセラミックが、窒
化珪素多結晶体であって、該多結晶体の結晶粒子が直線
距離１０μｍ 中に２０個以下含まれていることを特徴
とするセラミック配線基板。 - 【請求項２】 前記セラミック配線基板が、アルミナ
換算でアルミニウムを０．３重量％以下含む請求項１記
載のセラミック配線基板。 - 【請求項３】 前記窒化珪素多結晶体からなる基板が
、さらに前記窒化珪素多結晶体とは異なる材料からなる
配線基板を有する複合構造からなる請求項１または２記
載のセラミック配線基板。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/760,145 US5294750A (en) | 1990-09-18 | 1991-09-16 | Ceramic packages and ceramic wiring board |
| DE69115408T DE69115408T2 (de) | 1990-09-18 | 1991-09-17 | Keramische Packungen und keramische Leiterplatte |
| EP19910308469 EP0476971B1 (en) | 1990-09-18 | 1991-09-17 | Ceramic packages and ceramic wiring board |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24602290 | 1990-09-18 | ||
| JP2-246022 | 1990-09-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04212441A true JPH04212441A (ja) | 1992-08-04 |
| JPH0727995B2 JPH0727995B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=17142286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3055579A Expired - Lifetime JPH0727995B2 (ja) | 1990-09-18 | 1991-02-28 | セラミック配線基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0727995B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06216481A (ja) * | 1993-01-19 | 1994-08-05 | Toshiba Corp | セラミックス銅回路基板 |
| JPH0714945A (ja) * | 1993-06-16 | 1995-01-17 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 酸化物セラミックス基板及びその用途 |
| WO1996029736A1 (fr) * | 1995-03-20 | 1996-09-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Substrat de circuit au nitrure de silicium |
| JPH09157030A (ja) * | 1995-12-07 | 1997-06-17 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
| JPH11180774A (ja) * | 1997-12-22 | 1999-07-06 | Kyocera Corp | 窒化珪素質放熱部材及びその製造方法 |
| KR100261793B1 (ko) * | 1995-09-29 | 2000-07-15 | 니시무로 타이죠 | 고강도 고신뢰성 회로기판 및 그 제조방법 |
| JP2001064080A (ja) * | 1999-06-23 | 2001-03-13 | Ngk Insulators Ltd | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
| JP2013203633A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Kyocera Corp | 窒化珪素質焼結体およびこれを用いた回路基板ならびに電子装置 |
| WO2017169664A1 (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 日立金属株式会社 | セラミック基板及びその製造方法 |
| WO2018179538A1 (ja) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | 株式会社村田製作所 | パワーモジュール及びパワーモジュールの製造方法 |
-
1991
- 1991-02-28 JP JP3055579A patent/JPH0727995B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06216481A (ja) * | 1993-01-19 | 1994-08-05 | Toshiba Corp | セラミックス銅回路基板 |
| JPH0714945A (ja) * | 1993-06-16 | 1995-01-17 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 酸化物セラミックス基板及びその用途 |
| EP0999589A3 (en) * | 1995-03-20 | 2000-06-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Silicon nitride circuit board |
| WO1996029736A1 (fr) * | 1995-03-20 | 1996-09-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Substrat de circuit au nitrure de silicium |
| KR100261793B1 (ko) * | 1995-09-29 | 2000-07-15 | 니시무로 타이죠 | 고강도 고신뢰성 회로기판 및 그 제조방법 |
| JPH09157030A (ja) * | 1995-12-07 | 1997-06-17 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
| JPH11180774A (ja) * | 1997-12-22 | 1999-07-06 | Kyocera Corp | 窒化珪素質放熱部材及びその製造方法 |
| JP2001064080A (ja) * | 1999-06-23 | 2001-03-13 | Ngk Insulators Ltd | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
| JP2013203633A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Kyocera Corp | 窒化珪素質焼結体およびこれを用いた回路基板ならびに電子装置 |
| WO2017169664A1 (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 日立金属株式会社 | セラミック基板及びその製造方法 |
| EP3439442A4 (en) * | 2016-03-30 | 2019-11-20 | Hitachi Metals, Ltd. | CERAMIC SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR |
| US11420905B2 (en) | 2016-03-30 | 2022-08-23 | Hitachi Metals, Ltd. | Ceramic substrate and production method for same |
| WO2018179538A1 (ja) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | 株式会社村田製作所 | パワーモジュール及びパワーモジュールの製造方法 |
| US11114355B2 (en) | 2017-03-29 | 2021-09-07 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Power module and method for manufacturing power module |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0727995B2 (ja) | 1995-03-29 |
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