JPH0727995B2 - 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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- JPH0727995B2 JPH0727995B2 JP3055579A JP5557991A JPH0727995B2 JP H0727995 B2 JPH0727995 B2 JP H0727995B2 JP 3055579 A JP3055579 A JP 3055579A JP 5557991 A JP5557991 A JP 5557991A JP H0727995 B2 JPH0727995 B2 JP H0727995B2
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- wiring board
- conductor
- ceramic
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- H10W70/67—Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers characterised by their insulating layers or insulating parts
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- H10W90/751—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
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- Ceramic Products (AREA)
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。
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。
【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。
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10μ
m 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10μ
m 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10
μm 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10
μm 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23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23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31
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31
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。
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10μm 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 500μm 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。Al2O3 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。
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10μm 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 500μm 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。Al2O3 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Al2O3 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Al2O3 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。
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 ℃、10
0kg/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。
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 ℃、10
0kg/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-Sn 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-Sn 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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２ Ｂ (72)発明者 相馬 隆雄 愛知県西加茂郡三好町大字福谷字吉良戸36 番地の１ (56)参考文献 特開 平４−125952（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−161641（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−73800（ＪＰ，Ａ)
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 |
| EP19910308469 EP0476971B1 (en) | 1990-09-18 | 1991-09-17 | Ceramic packages and ceramic wiring board |
| DE69115408T DE69115408T2 (de) | 1990-09-18 | 1991-09-17 | Keramische Packungen und keramische Leiterplatte |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-246022 | 1990-09-18 | ||
| JP24602290 | 1990-09-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04212441A JPH04212441A (ja) | 1992-08-04 |
| JPH0727995B2 true 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) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2677748B2 (ja) * | 1993-01-19 | 1997-11-17 | 株式会社東芝 | セラミックス銅回路基板 |
| JP3219545B2 (ja) * | 1993-06-16 | 2001-10-15 | 電気化学工業株式会社 | 銅回路を有する酸化アルミニウム基板の製造方法 |
| 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 |
| JP3537241B2 (ja) * | 1995-12-07 | 2004-06-14 | 電気化学工業株式会社 | 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 |
| JP4571728B2 (ja) * | 1999-06-23 | 2010-10-27 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
| JP5755170B2 (ja) * | 2012-03-29 | 2015-07-29 | 京セラ株式会社 | 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 |
| JP6724481B2 (ja) * | 2016-03-30 | 2020-07-15 | 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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04212441A (ja) | 1992-08-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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