JPH053379A - 電子部品搭載用のセラミツク複合基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミックの特性を十分生かすことができ
て、特にその熱膨張率を搭載されるべき電子部品のそれ
と略同じにすることのできるセラミック複合基板を提供
すること。 【構成】 樹脂を含浸させた繊維補強板の両面に、Ａｌ
₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂を主成分とする多孔質酸化物焼結体
の開放気孔中に樹脂を充填して形成したセラミック複合
板をそれぞれ一体化し、これら両セラミック複合板の表
面に導体回路用の金属箔を一体化したこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミック複合基板に関
し、特に多孔質酸化物焼結体の開放気孔中に樹脂を充填
したセラミック複合板と、樹脂を含浸させた繊維補強板
との複合体からなるセラミック複合基板に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】電子部品を搭載するための基板として
は、製造が容易で安価に提供できることから、所謂樹脂
基板が一般的に採用されているが、十分な耐熱性を有す
るものとする必要がある場合には、所謂セラミック基板
が採用されることがある。

【０００３】従来のセラミック基板は、図５に示すよう
に、板状に形成したセラミック板の一方または両面に導
体回路とすべき銅等の金属箔を一体したものとして構成
されていた。このようなセラミック基板は、例えばアル
ミナ質焼結体やムライト質焼結体等によって形成される
ものであるが、その取扱い時等に割れ易く、その長所で
ある高い硬度が災いして焼結後の例えばスルーホール加
工等の機械加工が非常に困難である。しかも、セラミッ
ク板を基材とするセラミック基板は、その焼成による収
縮を考慮して形成しなければならないから、比較的大き
な面積を有するものの製造が非常に困難であるだけでな
く、緻密質なものであることから重量のあるものとなっ
ているのである。

【０００４】以上のようなセラミック基板の本質的な短
所をなくすべく、出願人は特開昭６１−２８７１９０号
公報等において、セラミック板そのものを多孔質酸化物
焼結体によって形成するとともに、この多孔質酸化物焼
結体の開放気孔中に樹脂を充填するようにしたセラミッ
ク複合板を使用したセラミック複合基板を既に提案して
きている。そして、図４にも示すようにこのようなセラ
ミック複合基板の少なくとも片面に樹脂を含浸させたガ
ラスクロス層を一体的に形成して、セラミック複合板自
体の割れ易さを解消するような提案もしてきている。

【０００５】ところで、本発明者等のその後の検討によ
ると、セラミック複合基板の外側に樹脂を含浸させたガ
ラスクロス層を一体化すると、そのセラミック複合基板
全体の熱膨張率はこの外側のガラスクロス層によってよ
り大きく影響されることに気付いたのである。逆に言え
ば、完成されたセラミック複合基板の熱膨張率は、搭載
されるべき電子部品のそれに対して比較的大きなものと
なることがあり、特にこの種のセラミック複合基板を大
型化したり、表面の配線回路の高密度化を図ろうとする
場合に重要な問題となってきたのである。

【０００６】そこで、本発明者等は、この種のセラミッ
ク基板の耐熱性を十分活用しながら、割れにくくしかも
熱膨張率を電子部品のそれと略同じとなるものとするに
はどうしたらよいかについて種々検討を重ねてきた結
果、本発明を完成したのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な経緯に基づいてなされたもので、その解決しようとす
る課題は、セラミック基板のさらなる改良である。

【０００８】そして、本発明の目的とするところは、セ
ラミックの特性を十分生かすことができて、特にその熱
膨張率を搭載されるべき電子部品のそれと略同じにする
ことのできるセラミック複合基板を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明の採った手段は、実施例において使用する
符号を付して説明すると、「樹脂を含浸させた繊維補強
板の両面に、Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂を主成分とする多
孔質酸化物焼結体の開放気孔中に樹脂を充填して形成し
たセラミック複合板をそれぞれ一体化し、これら両セラ
ミック複合板の表面に導体回路用の金属箔を一体化した
ことを特徴とする電子部品搭載用のセラミック複合基
板」である。

【００１０】すなわち、本発明に係るセラミック複合基
板１０は、樹脂を含浸させた繊維補強板１１の両面にセ
ラミック複合板１２を一体化して構成したものであるこ
とが必要である。その理由は、もし外側に樹脂を含浸さ
せた繊維補強板１１が存在していたとすると、セラミッ
ク複合基板１０全体の熱膨張率はこの繊維補強板１１と
樹脂とによって規定されて電子部品のそれよりも大きな
ものとなってしまうからであり、その意味では電子部品
の熱膨張率に合わせることのできるセラミック複合板１
２を外側に配置することが必要なのである。また、熱膨
張率の言わば小さいセラミック複合板１２を外側にする
ことによって、その表面側に導体回路を形成すべく一体
化した金属箔１３の形成と一体化とを、繊維補強板１１
に対して行うよりも確実にするために、上記のように構
成する必要があるのである。

【００１１】本発明のセラミック複合基板１０を構成す
るセラミック複合板１２は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂を主成
分とする多孔質体の開放気孔中に樹脂が充填されてなる
複合体であることが必要である。その理由は、従来電子
回路用基板として使用されている例えばムライト質焼結
体等は緻密質焼結体であるため硬度が高く機械加工性に
極めて劣るものであるが、本発明の如き多孔質体は焼結
後の機械加工性が著しく良好であり、しかも開放気孔中
に樹脂が充填されているため、セラミック複合基板１０
として不可欠な気体不透過性を兼ね備えているからであ
る。

【００１２】このようなＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂を主成分と
する多孔質体の開放気孔内に充填する樹脂としては、エ
ポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、トリマジン樹脂、ポリパ
ラバン酸樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコン樹脂、
エポキシシリコン樹脂、アクリル酸樹脂、メタクリル酸
樹脂、アニリン酸樹脂、フェノール樹脂、ウレタン系樹
脂、フラン系樹脂、フッ素樹脂から選択される樹脂を単
独あるいは混合して使用することができる。

【００１３】本発明のセラミック複合基板１０を構成す
るセラミック複合板１２は、その開放気孔率が１０〜７
０容積％の範囲内であることが好ましい。その理由は、
開放気孔率が１０容積％より少ないと機械加工性が著し
く劣化するからであり、一方７０容積％より大きいと実
質的な強度が殆どなくなり、取扱い中にこわれ易くなる
からである。

【００１４】本発明のセラミック複合基板１０を構成す
るセラミック複合板１２のためのセラミック板は、その
各成分が、 Ａｌ₂Ｏ₃が１５〜５０％ ＳｉＯ₂が４５〜８０％ の範囲内の成分比率によって構成されていることが望ま
しい。その理由は、この範囲を外れると、多孔質体の熱
膨張率をシリコン集積回路の熱膨張率に近づけることが
困難で、シリコン集積回路を直接に実装することのでき
るセラミック複合基板１０を製造することが困難だから
である。

【００１５】本発明において採用されるセラミック板の
結晶組織は、主としてＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂以外の成分と
してＭｇＯを５〜３５重量％の範囲で含有したコージェ
ライトであることが好ましい。その理由は、コージェラ
イトの熱膨張率はシリコン集積回路の熱膨張率に近く、
本発明の目的とするシリコン集積回路を直接に載置する
ことのできるセラミック複合基板１０を製造することが
できるからである。この場合、コージェライト組織の含
有率は、５０％以上であることがより有利である。

【００１６】また、本発明のためのセラミック複合板１
２は気孔率が１０容積％以下であることが好ましい。そ
の理由は、この気孔率が１０容積％より大きいとセラミ
ック複合基板１０として気体不透過性を付与することが
困難だからであり、なかでも５容積％以下であることが
有利である。

【００１７】さらに、本発明のセラミック複合基板１０
は、その熱膨張率がなるべくシリコン集積回路の熱膨張
率に近いことが有利であり、２〜６×１０^-6／℃の範囲
内であることが好ましく、中でも３〜５．５×１０^-6／
℃の範囲内であることが有利である。

【００１８】本発明のセラミック複合基板１０は、全体
としてガラス・エポキシ複合体に比較して熱伝導率が大
きく、しかもその熱膨張率がシリコン集積回路の熱膨張
率に近いため、特に優れた放熱特性が要求されかつ熱膨
張率の影響が顕著なチップ・オン・ボード・タイプの基
板として極めて好適である。

【００１９】以上のようなセラミック複合板１２の間に
位置する繊維補強板１１としては、クロスとすることが
セラミック複合基板１０全体の熱膨張率の均質化、及び
後述する製造方法における連続成形化を行うために有利
であるが、例えばセラミック複合板１２の内側面に繊維
と樹脂との混合物を塗布して実施してもよいものであ
る。このような繊維補強板１１を構成するための無機繊
維材料としては、ガラス繊維、アスベスト繊維、カーボ
ン繊維、セラミックファイバー等を使用することが有利
であり、またこのような無機繊維に含浸するための樹脂
としては、先に記載したセラミック多孔質体の開放気孔
中に充填するものと同様の樹脂を使用することができ
る。

【００２０】次に、本発明のセラミック複合基板１０の
製造方法について説明する。本発明に係るセラミック複
合基板１０を形成するためのセラミック複合板１２の出
発原料は、主としてコージェライトの結晶組織を有する
酸化物粉末が好適である。このコージェライトの結晶組
織を有する出発原料を生成形体に成形したのち、この生
成形体を液相の生成量が５重量％以下である温度域の非
還元性雰囲気下で焼成することによって多孔質体とな
し、次いでこの多孔質体の開放気孔中へ樹脂を充填する
ことにより製造することができる。

【００２１】また、この樹脂を多孔質体の開放気孔中へ
充填する方法としては、樹脂を加熱して溶融させて含浸
する方法、樹脂を溶剤に溶解させて含浸する方法、樹脂
をモノマー状態で含浸した後にポリマーに転化する方
法、あるいは微粒化した樹脂を分散媒液中に分散し、こ
の分散液を含浸し乾燥した後、樹脂の溶融温度で樹脂を
焼き付ける方法が適用できる。

【００２２】なお、本発明のセラミック複合基板１０を
製造するためには、前記多孔質体の開放気孔内に予じめ
シラン・カップリング処理を施した後、樹脂を含浸する
こともできる。

【００２３】以上のように形成したセラミック複合板１
２を、樹脂を含浸させた繊維補強板１１の両面に一体化
するのであるが、これは、図２及び図３に示すように、
連続的に行うようにすると有利である。すなわち、リー
ル等に巻いた繊維補強板１１を樹脂槽内に順次連続的に
浸積するとともに、この樹脂槽内から引き出された繊維
補強板１１の両面に、上記のように構成したセラミック
複合板１２を順次連続的に熱圧着プレス等の手段によっ
て一体化していくのである。この場合、表面側に金属箔
１３を予じめ一体化したセラミック複合板１２を使用し
てもよいが、繊維補強板１１の両面に一体化されたセラ
ミック複合板１２の表面側に長尺な金属箔１３を連続的
に貼付する等して一体化して実施してもよい。その後
は、各セラミック複合板１２の形状に合わせて繊維補強
板１１等を切断することにより、最外面に金属箔１３を
有した固体状のセラミック複合基板１０が形成される。

【００２４】また、本発明に係るセラミック複合基板１
０にスルーホール等の穴明け加工を施したい場合には通
常市販されている超硬ドリルを使用すれば十分である。
また、このセラミック複合基板１０の金属箔１３に対し
て、常法によるエッチングを施すことにより、電子部品
を実装するのに必要な導体回路が形成されるのである。

【００２５】

【発明の作用】以上のように構成したセラミック複合基
板１０においては、その全体の物理的特性が、他の例と
比較すると、次の表１に示すようになっている。

【００２６】

【００２７】ここで、比較例１は、図５にも示したよう
な多孔質セラミックの気孔中に樹脂を含浸させて、表面
に銅箔を直接一体化したもの比較例２は、図４に示した
ような多孔質セラミックの気孔中に樹脂を含浸させたも
のの両面に、樹脂を含浸させた繊維補強層を形成し、さ
らにその裏面に銅箔を一体化したもの 比較例３は、一般的な樹脂基板 比較例４は、一般的なアルミナ焼結体 であり、各熱伝導率は２５℃におけるものである。

【００２８】表１に示したように、まず本発明に係るセ
ラミック複合基板１０の熱膨張率は３．５×１０^-6／℃
と、搭載すべき電子部品の熱膨張率３．８×１０^-6／℃
に、他の比較例に比してより近似した値となっており、
このセラミック複合基板１０に実装した電子部品が発熱
して膨張したとしても、そのセラミック複合基板１０に
対する電気的な接続部分が剥れるようなことはないので
ある。

【００２９】また、本発明に係るセラミック複合基板１
０の曲げ強度や破壊靱性は、例えば比較例２のそれと比
較すると多少劣るが、これは実際上問題とはならないも
のである。特に破壊靱性は、この種の電子部品搭載用基
板を取扱う場合に関係する物性であるが、その取扱時に
おける破壊靱性としては、本発明のセラミック複合基板
１０が有している程度であれば実際上何等の問題もない
からであり、その値をこれ以上上げたとしても実質的な
効果を発揮するものとはならないからである。それより
も重要なことは、例えば破壊靱性を取扱い可能範囲にま
で低くしても、その熱膨張率を搭載すべき電子部品のそ
れに極力合わせることであり、本発明のセラミック複合
基板１０はそのことを実現しているのである。

【００３０】

【実施例】次に、本発明に係るセラミック複合基板１０
を、その製造方法の一実施例に従って詳細に説明する。
まず、本発明に係るセラミック複合基板１０を構成して
いるセラミック複合板１２の多孔質酸化物焼結体を成形
するために、平均粒径が２．０μｍで不純物含有量が表
２に示したごとき、コージェライト粉末１００重量部に
対し、ポリビニルアルコール２重量部、ポリエチレング
リコール１重量部、ステアリン酸０．５重量部及び水１
００重量部を配合し、ボールミル中で３時間混合した
後、噴霧乾燥した。

【００３１】

【００３２】この乾燥物を適量採取し、金属製押し型を
用いて１．０ｔ／ｃｍ²の圧力で成形し、大きさが１０
０ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍ、密度が１．５ｇ／ｃｍ²
（６０容積％）の生成形体を得た。

【００３３】この生成形体をアルミナ製ルツボに装入し
大気圧下の空気中で１４００℃の温度で１時間焼成し
た。

【００３４】得られた焼結体の結晶組織はコージェライ
トであり、表３に示すように、例えば実施例１の多孔質
酸化物焼結体の密度は１．８ｇ／ｃｍ²、開放気孔率は
３０容積％であった。また、この焼結体の平均曲げ強度
は９．０ｋｇ／ｍｍ²であって、ヌープ硬度は１４０〜
１８０ｋｇ／ｍｍ²であった。

【００３５】

【００３６】ついで、この焼結体に二液性タイプのエポ
キシ樹脂を真空下で浸積し、含浸させた後、約１５０℃
の温度で硬化させてセラミック複合板１２を得た。焼結
体の空隙に占めるエポキシ樹脂の割合はほぼ９８．５容
積％であった。

【００３７】このセラミック複合板１２の０〜３００℃
における熱膨張率は、表４に示すように、例えば実施例
１のものにあっては、４×１０^-6／℃、体積抵抗率（Ｊ
ＩＳＣ ６４８１）は１０¹⁴Ωｃｍ以上、表面抵抗率
（ＪＩＳ Ｃ ６４８１）は１０¹²Ωｃｍ以上、比誘電
率は５．０と電子部品搭載用のセラミック複合基板とし
て極めて好適な特性を有していた。

【００３８】

【表４】

【００３９】また、以上のように構成したセラミック複
合板１２の多孔質酸化物焼結体の実際上の大きさは、
縦、横及び厚さが２５５ｍｍ×３４０ｍｍ×０．４５ｍ
ｍのものであった。

【００４０】そして、このセラミック複合板１２の表面
側に銅からなる厚さ１８μｍの金属箔１３を一体化する
とともに、図３に示したように、その裏面側に次に述べ
る繊維補強板１１に貼付するための接着テープ１４を取
付けた。なお、各セラミック複合板１２の表面側へ金属
箔１３の一体化は、各セラミック複合板１２を繊維補強
板１１に対して一体化した後に連続的に行うように実施
してもよいものである。

【００４１】繊維補強板１１としては、本実施例の場
合、直径約７μｍで繊維長の非常に長いガラス繊維によ
って、例えば１０３ｇ／ｍ²となるように織布したもの
である。そして、この繊維補強板１１をエポキシ樹脂の
槽内に連続的に通すことにより、樹脂を含浸させた繊維
補強板１１とした。この繊維補強板１１に対して、上述
した各セラミック複合板１２をその接着テープ１４を利
用して、図２に示したような多数のセラミック複合板１
２を表裏両面側に一体化したものを作成した。その後
に、図１に示したような個片状のセラミック複合基板１
０として、それぞれ切り出した。

【００４２】なお、以上のように形成したセラミック複
合基板１０の金属箔１３に対しては、所定のエッチング
を施すことにより、これを電子部品の実装に必要な導体
回路としたのである。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明においては、
上記実施例にて例示した如く、「樹脂を含浸させた繊維
補強板の両面に、Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂を主成分とす
る多孔質酸化物焼結体の開放気孔中に樹脂を充填して形
成したセラミック複合板をそれぞれ一体化し、これら両
セラミック複合板の表面に導体回路用の金属箔を一体化
した」ことにその特徴があり、これにより、セラミック
の特性を十分生かすことができて、特にその熱膨張率を
搭載されるべき電子部品のそれと略同じにすることので
きるセラミック複合基板を提供することができるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミック複合基板の拡大断面図
である。

【図２】同各セラミック複合基板が連続状の繊維補強板
を介して連続物として形成されたときの部分断面図であ
る。

【図３】図２の１−１線に沿ってみた横断平面図であ
る。

【図４】従来のセラミック複合基板を示す拡大断面図で
ある。

【図５】従来の他のセラミック複合基板を示す拡大平面
図である。

【符号の説明】

１０ セラミック複合基板 １１ 繊維補強板 １２ セラミック複合板 １３ 金属箔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 樹脂を含浸させた繊維補強板の両面に、
   Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉＯ ₂を主成分とする多孔質酸化物焼
   結体の開放気孔中に樹脂を充填して形成したセラミック
   複合板をそれぞれ一体化し、これら両セラミック複合板
   の表面に導体回路用の金属箔を一体化したことを特徴と
   する電子部品搭載用のセラミック複合基板。