JPH0888453A

JPH0888453A - セラミック回路基板およびセラミック回路基板の製造方法

Info

Publication number: JPH0888453A
Application number: JP6221223A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Sumino; 裕康角野; Akihiro Horiguchi; 昭宏堀口; Mitsuo Kasori; 光男加曽利; Katsuyoshi Oishi; 克嘉大石; Fumio Ueno; 文雄上野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】絶縁層として高熱伝導性の窒化アルミニウム
を主成分とする絶縁層と、電気抵抗が低く信号伝送を高
速に行うことが可能な導体層とを備えたセラミック回路
基板を提供することを目的とする。【構成】相対密度が９８％以上で窒化アルミニウムを
主成分とする絶縁層と、金および／または銅を主成分と
し、０．０１〜５０体積％の無機化合物および／または
０．０１〜１５重量％のチタン、ニッケル、アルミニウ
ムのうち少なくとも１種の活性金属をフィラーとして含
む導体層とを具備したことを特徴とするセラミック回路
基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック回路基板お
よびセラミック回路基板の製造方法に関し、特に高熱伝
導性を有するセラミック回路基板およびセラミック回路
基板の製造方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣ、ＬＳＩのような半導体素子
の高速化、高集積化等に伴いセラミック回路基板や半導
体パッケージに対して要求される性能も厳しくなりつつ
ある。例えば、半導体素子から発生する熱を効率良く放
熱するために高い熱伝導性が要求され、また半導体素子
の熱的応力による破壊などの危険性をできるだけ小さく
するために熱膨張係数が半導体素子のそれと近いことが
要求される。さらに近年の半導体素子の高速駆動の傾向
を反映して配線長を短くすること、配線材料として可能
な限り電気抵抗の低いものを用いること、配線部分周辺
の絶縁材料として可能な限り誘導率の低いものを用いる
ことなどが求められている。

【０００３】ところで、回路基板またはパッケージの絶
縁材料として用いられるセラミック材料のうちで、アル
ミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）セラミックスはこれまで最も一般的
に用いられている。しかしながら、前記アルミナセラミ
ックスは従来のプラスチック材料やガラス材料に比べて
熱伝導率がやや高いものの、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ
程度と低く、また熱膨張係数が７×１０^-1／℃で、シリ
コンの熱膨張係数４．５×１０^-6／℃の約２倍であるた
め、今後の半導体素子の高集積化、高速化に対応するに
十分な特性を有しているとはいえない。

【０００４】このようなことから、前記アルミナセラミ
ックスに代わって窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体が
注目され、多層回路基板の絶縁材料としての応用につい
て多方面から研究されている。ＡｌＮ焼結体は、熱膨張
係数が４．０×１０^-6／℃で、シリコンの熱膨張係数に
ほぼ等しく、その上、半導体素子の熱的応力を十分小さ
くできるという特徴を有する。さらに、熱伝導率が１０
０Ｗ／ｍ・Ｋを越えるものも得られているため、半導体
素子の高集積化、高速化にともなう発熱量の増大にも十
分対応できるものである。

【０００５】しかしながら、窒化アルミニウム焼結体は
その焼結温度が通常１７００℃以上と高いため、同時焼
成可能な配線材料としては例えばタングステンまたはモ
リブデンのような高融点金属を使用せざるを得ないとい
う問題点がある。すなわち、一般的に用いられる配線材
料としては金、銀、銅およびアルミニウムなどの電気抵
抗が低い材料が挙げられるが、いずれの金属材料も融点
が１０００℃前後（金；１０６４℃、銀；９６１．９
℃、銅；１０８５℃、アルミニウム；６６０．４℃）で
ある。その結果、緻密化のためには焼結温度を１０００
℃以上にする必要があるＡｌＮ焼結体を絶縁層とする回
路基板において、同時焼結技術に前記配線材料を適用す
ることができない。

【０００６】配線材料の電気抵抗は、信号伝達速度の遅
延とパワー損失に影響を与える。すなわち、配線材料の
電気抵抗が高いと信号を伝える矩形波がなまり、閾値電
圧に到達する時間が遅れ、結果として信号伝達速度が遅
くなってしまう。金、銀、銅およびアルミニウムなど
は、抵抗率が約２〜３×１０^-6Ω・ｃｍと低いのに対
し、ＡｌＮ焼結体からなる絶縁層表面に形成可能な導体
層として使用されているＷやＭｏは５〜６×１０^-6Ω・
ｃｍと抵抗率が高い。したがって、ＡｌＮ焼結体を基材
として使用する回路基板は今後の半導体デバイスの高速
化に供するには難点を抱えているのが現状であった。

【０００７】そこで、前記金のような電気抵抗が低く、
かつ融点の低い金属材料を熱伝導性の良好なＡｌＮを主
成分とする絶縁層を有するセラミック回路基板に使用す
る試みもこれまでに幾つかなされている。このような場
合の解決方法は、セラミック材料の焼結温度を低下させ
る方法である。例えば、特開平１−２１９０６６号、特
開平２−１９６０６６号および特開平２−２２１１６２
号には熱伝導性の良好なＡｌＮ粉末にガラス粉末や無機
材料粉末を混合して、焼結温度を８００℃〜１０００℃
程度まで低下させることが開示されている。これらの方
法によれば、前記金のような配線材料の使用が可能にな
る。しかしながら、このような方法により製造された回
路基板においてＡｌＮを主成分とする絶縁層は、熱伝導
率が１０〜２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度で、本来ＡｌＮが持つ１
００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率に比べて大幅に低下する
結果となる。

【０００８】一方、特開平２−１９７１８９号には前記
配線材料がＡｌＮとの濡れ性が低いことに注目し、Ａｌ
Ｎを主成分とする絶縁層の間に金、銀および銅いずれか
を内部配線として形成した多層回路基板の製造方法が開
示されている。しかしながら、この方法はＡｌＮを主成
分とする成形体を１７００℃以上の高温で焼結している
ため、前記成形体中の成分、特に焼結助剤が配線材料に
混入し、結果として配線材料の電気抵抗が高くなるとい
う問題点を生じる。とりわけ、配線材料として金を用い
た場合には、前記電気抵抗の上昇が顕著になる。

【０００９】さらに、小型化、高集積化のためには、今
後、前記導体層（回路パターン）の線幅をできるだけ微
細にすることが望まれる。回路パターンの線幅を微細に
した場合、導体金属の改良を行わずに前述した特開平２
−１９７１８９号に開示されているような高温で導体材
料と絶縁材料を同時焼結すると、導体金属が融液となっ
た場合に表面エネルギーを小さくするために球状になり
やすく、結果として導体層の断線につながる恐れがあ
り、多層セラミック回路基板として応用する場合には信
頼性の低下につながり致命的である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高い
熱伝導性を持つＡｌＮを主成分とする絶縁層と、電気抵
抗が低く、低融点の金、銅のような金属を主成分とする
導体層（回路パターン）とを備え、前記導体層の断線や
剥離、酸化等の欠陥がない良好な特性を有するセラミッ
ク回路基板および低温での同時焼結により前述した優れ
た特性を有するセラミック回路基板の製造方法を提供し
ようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係わ
るセラミック回路基板は、相対密度が９８％以上でＡｌ
Ｎを主成分とする絶縁層と、金および／または銅を主成
分とし、０．０１〜５０体積％の無機化合物および／ま
たは０．０１〜１５重量％のチタン、ニッケル、アルミ
ニウムのうち少なくとも１種の活性金属をフィラーとし
て含む導体層とを具備したことを特徴とするものであ
る。

【００１２】前記フィラーである無機化合物としては、
焼成温度まで安定なセラミック粉末、例えばＡｌＮ、Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ 、ＺｒＯ₂ 、ＭｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等を挙げるこ
とができる。特に、ＡｌＮを主成分とする絶縁層と同様
な成分（ＡｌＮ粉末、焼結助剤等）を無機化合物として
用いることが好ましい。このような無機化合物フィラー
を用いることにより、導体層と前記絶縁層の収縮率を近
似させることができ、導体層の剥離、断線や絶縁層のク
ラック、反り等の発生を効果的に防止できる。

【００１３】前記無機化合物の配合量を規定したのは、
次のような理由によるものである。前記フィラーの配合
量を０．０１体積％未満にすると、その配合効果を十分
に達成されず、導体層の断線等を防ぐことができなくな
る。一方、前記フィラーの配合量が５０体積％を越える
と、導体層の抵抗率が急激に高くなって信号遅延につな
がる。より好ましい前記無機化合物の配合量は、０．０
５〜４０体積％である。

【００１４】前記フィラーとしてのチタン（Ｔｉ）、ニ
ッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）から選ばれる少
なくとも１種の活性金属は、前記絶縁層の主成分である
ＡｌＮと強固に結合し、前記無機化合物フィラーと同様
に溶融した導体金属の球状化もしくは流出を防ぐ作用を
有する。このような活性金属の配合量を規定したのは次
のような理由によるものである。前記活性金属の配合量
を０．０１重量％未満にすると、前記効果が著しく低下
し、導体層の断線などを引き起こす。一方、前記活性金
属の配合量が１５重量％を越えると活性金属の種類（Ａ
ｌやＴｉ）によっては導体金属（金、銅）の融点を急激
に低下させて流出させるという問題を生じる。より好ま
しい前記活性金属の配合量は、０．０５〜１２重量％で
ある。

【００１５】前記導体層中には、前記金、銅以外にタン
グステンやモリブデンを２０体積％以下の範囲で配合さ
れることを許容する。このような高融点金属の配合量
が、２０体積％を越えると抵抗率が高くなり信号遅延の
原因となる恐れがある。

【００１６】本発明に係わるセラミック回路基板（多層
セラミック回路基板）は、例えば図１に示す構造の有す
る。多層セラミック回路基板１は、ＡｌＮを主成分とす
る絶縁層２が複数積層されてなる。これら絶縁層２の表
面には、金および銅から選ばれる少なくとも１種を主成
分とする所定パターンの導体層３が形成されている。ま
た、前記絶縁層２の所定位置にはビアホール４が形成さ
れており、前記ビアホール４内部に充填された導体金属
によって前記絶縁層２の各表面に形成された導体層３が
電気的に接続されている。

【００１７】このような本発明によれば、高い熱伝導性
を有するＡｌＮを主成分とする絶縁層と、銅や金のよう
な低抵抗の金属を主成分とする導体層を備え、かつ前記
導体層の断線や剥離、酸化等の欠陥のない良好な特性を
有するセラミック回路基板を提供できる。

【００１８】以上のような本発明に係わるセラミック回
路基板、例えば多層セラミック回路基板は、次のような
方法により製造される。（第１工程）ＡｌＮ粉末に焼結助剤を添加して十分に混
合した後、この混合粉体にバインダを添加して所定の溶
媒中で混練して分散させ、所定の粘度に調製して造粒、
整粒を行う。つづいて、得られた懸濁液を例えばドクタ
ーブレード法によりシート化し、例えば温度２００℃前
後で乾燥してグリーンシートを形成する。この時、焼結
工程で導体金属がＡｌＮを主成分とする絶縁層にしみ込
むのを最小限に抑えるために、高密度に成形することが
望ましい。ひきつづき、前記グリーンシートの所定位置
に複数の層間接続用のビアホールを形成する。

【００１９】前記ＡｌＮ粉末は、実質上入手可能なあら
ゆる粉末を用いることができるが、焼結性および熱伝導
率のために平均一次粒径が０．０３〜３．５μｍ、不純
物酸素量が０．２〜３．５重量％、より好ましくは平均
一次粒径が０．０５〜１．５μｍ、不純物酸素量が０．
３〜３重量％の粉末を用いることが望ましい。前記Ａｌ
Ｎ粉末の平均一次粒径を０．０３μｍ未満にすると、シ
ート化が非常に困難であり、また最終的に得られるＡｌ
Ｎを主成分とする絶縁層において不純物酸素量が多くな
り、高い熱伝導率を得ることができなくなる恐れがあ
る。また、成形時のシート密度が低下するために焼結時
の収縮率が大きくなり、シート表面における導体層の位
置制御が困難になる傾向にある。さらに、導体層との収
縮率をマッチングさせることが困難となり、導体層とＡ
ｌＮを主成分とする絶縁層との間に空隙ができるなどの
問題が発生する。一方、前記ＡｌＮ粉末の平均粒径が
３．５μｍを越えると焼結性が著しく低下し、十分に緻
密な焼結体からなる絶縁層を形成することが困難にな
る。また不純物酸素量を０．２重量％未満にすると、焼
結性が低下し、十分に緻密なＡｌＮを主成分とする絶縁
層を形成できなくなる恐れがある。

【００２０】前記焼結助剤としては、希土類酸化物、ア
ルカリ土類酸化物あるいは焼結工程で希土類酸化物、ア
ルカリ土類酸化物となる化合物のうちから少なくとも１
種を用いることができる。焼結工程で酸化物となる化合
物としては、例えば炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、アル
コキシド等がある。また、前記焼結助剤の添加量は全焼
結助剤の合計量で０．０５〜１５重量％にすることが好
ましい。前記焼結助剤の添加量を０．０５重量％未満に
すると、ＡｌＮの焼結に有効に作用しない恐れがあり、
また高い熱伝導率を有するＡｌＮを主成分とする絶縁層
の形成が困難になる。一方、前記焼結助剤の添加量が１
５重量％を越えても同様に高い熱伝導率を有するＡｌＮ
を主成分とする絶縁層の形成が困難になる。より好まし
い前記焼結助剤の添加量は、０．２〜１０重量％であ
る。

【００２１】なお、前記混合粉体中には前記焼結助剤以
外にＡｌＮの焼結性を向上させる目的でアルミナ（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）、ＡｌＦ₃ などのアルミニウム化合物、酸化ホ
ウ素（Ｂ₂ Ｏ₃ ）、表面改善のためのリンの化合物、機
械的強度を増すために有効な酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）、窒
化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）などをＡｌＮ粉末に対して１重量
％以下の範囲で配合することを許容する。さらに、着色
化、高強度化のために、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、
Ｍｎ等の遷移金属の酸化物、炭化物、フッ化物、炭酸
塩、シュウ酸塩、硝酸塩を前記混合粉体中に遷移金属換
算で０．０５〜１重量％の範囲で含有させてもよい。

【００２２】前記混合粉体に添加するバインダとして
は、例えばアクリル系バインダやＰＶＢ系バインダ等を
使用することができる。前記混合粉体およびバインダを
分散させる溶媒としては、例えばｎ−ブタノールなどの
アルコール系、メチルイソブチル、トルエン、キシレン
等を使用することができる。

【００２３】前記ビアホールの形成方法としては、例え
ばポンチ、ダイ、パンチングマシーンなどを用いる機械
的方法、レーザ加工法などを採用することができる。（第２工程）銅および金から選ばれる少なくとも１種の
導電金属粉末に０．０１〜５０体積％の無機化合物およ
び／または０．０１〜１５重量％のチタン、ニッケル、
アルミニウムのうち少なくとも１種の活性金属をフィラ
ーとして添加し、さらにバインダおよび溶媒を加え混練
することによって導体ペーストを調製する。つづいて、
この導体ペーストを前記第１工程で作製したＡｌＮグリ
ーンシートの表面にスクリーン印刷法などによって印刷
すると共に前記ビアホール内に前記導体ペーストを充填
する。ひきつづき、これらグリーンシートを前記ビアホ
ールで位置合わせして重ね、熱圧着することにより積層
体を作製する。

【００２４】前記導電金属粉末は、平均粒径が０．１〜
３．０μｍを有することが好ましい。前記導電金属粉末
の平均粒径を０．１μｍ未満にすると、取扱いが容易で
なく、ペースト化が困難になって得られた導体ペースト
を前記グリーシートに印刷することができなくなる恐れ
がある。一方、前記導電金属粉末の平均粒径が３．０μ
ｍを越えると溶媒中での分散性が悪化する。

【００２５】前記フィラーとして無機化合物としては、
前述した材料のものが選択される。このような無機化合
物を添加することによって、高温での焼結時に溶融した
導体金属の表面エネルギーを低下して球状になったり、
粘性が低下して容易に移動したりするのを防止すること
ができ、結果として導体層（回路パターン）の断線、導
体金属の流出などを防止することができる。

【００２６】（第３工程）前記導体ペースト層が形成さ
れたグリーンシートを、例えばＡｌＮ製セッター内にセ
ットし、窒素などの非酸化性雰囲気で脱脂した後、非酸
化性雰囲気中より好ましくは１気圧以上の非酸化性雰囲
気中、１８００℃以下の温度で焼結する。つづいて、必
要に応じて表面の研削、研磨、薄膜回路形成、メッキ、
ピン形成などを行なうことによって、ＡｌＮを主成分と
する絶縁層と、銅および／または金を主成分とする導体
層とを備えた多層セラミック回路基板を製造する。

【００２７】本発明に係わる別のセラミック回路基板
は、平均粒径５μｍ以下の窒化アルミニウム粒子を有
し、副相として希土類化合物および／またはアルカリ土
類化合物をそれぞれ酸化物換算で０．０５〜１５重量％
含有し、さらに前記副相にハロゲン、ホウ素およびマン
ガンから選ばれる少なくとも１種の成分（ただし、ハロ
ゲンおよびホウ素の混合物は除く）が含有される窒化ア
ルミニウム焼結体からなるセラミック絶縁層と、金およ
び／または銅を主成分とする導体層とを具備したことを
特徴とするものである。

【００２８】このような本発明によれば、熱伝導性が高
く緻密で機械的強度の高いＡｌＮを主成分とする絶縁層
と、銅や金のような低抵抗の導体層を備え、さらに前記
導体層の断線や剥離、酸化等の欠陥のない良好な特性を
有するセラミック回路基板を提供できる。

【００２９】以上のような本発明に係わる別のセラミッ
ク回路基板、例えば多層セラミック回路基板は、次のよ
うな方法により製造される。（第１工程）ＡｌＮ粉末に焼結助剤を添加して十分に混
合した後、この混合粉体にバインダを添加して所定の溶
媒中で混練して分散させ、所定の粘度に調製して造粒、
整粒を行う。つづいて、得られた懸濁液を例えばドクタ
ーブレード法によりシート化し、例えば温度２００℃前
後で乾燥してグリーンシートを形成する。この時、焼成
時の導体金属のＡｌＮ絶縁層へのしみ込みなどを最小限
に押さえるために、高密度に成形することが望ましい。
ひきつづき、前記グリーンシートの所定位置に複数の層
間接続用のビアホールを形成する。

【００３０】前記ＡｌＮ粉末は、前述した回路基板の製
造方法で説明したのと同様なものが用いられる。特に同
時焼結工程の温度を低減するために平均一次粒径が０．
０３〜０．５μｍ、不純物酸素量が１．０〜３．５重量
％のＡｌＮ粉末を用いることが好ましい。

【００３１】前記焼結助剤としては、以下の材料が用い
られる。（ａ）酸化物換算で０．０５〜１５重量％の希土類酸化
物、アルカリ土類酸化物および焼結により酸化物となる
化合物から選ばれる少なくとも１種と０．０５〜５重量
％のホウ素単体またはホウ素化合物および／または０．
０５〜５重量％のマンガン（Ｍｎ）単独またはマンガン
化合物からなる焼結助剤。

【００３２】（ｂ）焼結助剤の合計量が０．１〜１５重
量％の範囲で配合される希土類元素（Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、
Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等）のハロゲン（Ｆ、Ｃ
ｌ、Ｂｒ、Ｉ等）化物、酸ハロゲン化物、アルカリ土類
金属（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等）のハロゲン化物から選ばれ
る少なくとも１種からなる焼結助剤。

【００３３】前記（ｂ）の焼結助剤中には、表面の清浄
性をを向上させるためにハロゲン化物、酸ハロゲン化物
の一部を前記希土類元素、アルカリ土類金属の酸化物、
あるいは焼結によりこれらの酸化物となる化合物で置換
する、例えばＹＦ₃ の添加量の一部をＹ₂ Ｏ₃ で、ある
いはＣａＦ₂ の一部をＣａＯで置換することも許容され
る。

【００３４】前記（ｂ）の焼結助剤中には、前記（ａ）
の焼結助剤と同様に低温での焼結に有効なマンガンまた
はマンガン化合物を０．０５〜５重量％の範囲で配合さ
れることを許容する。

【００３５】前記（ａ）、（ｂ）の焼成助剤は、低温焼
結を図る目的から粒径ができるだけ微細、例えば０．３
μｍ以下であることが好ましい。前記（ａ）、（ｂ）の
いずれの焼結助剤を用いた場合においても、後述する第
３工程での焼結温度を１７００℃以下、より好ましくは
１６００℃以下に低下させることが可能となる。このよ
うな低温焼結において、緻密なＡｌＮを主成分とする絶
縁層を形成することが可能である。

【００３６】なお、前記混合粉体中には前記焼結助剤以
外にＡｌＮの焼結性を向上させる目的でアルミナ（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）、ＡｌＦ₃ などのアルミニウム化合物、表面改
善のためのリンの化合物、機械的強度を増すために有効
な酸化珪素（ＳｉＯ₂ ）、窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）など
を１重量％以下の範囲で含有することを許容する。さら
に、着色化、高強度化のために、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔ
ａ、Ｎｂ、Ｍｎ等の遷移金属の酸化物、炭化物、フッ化
物、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩を前記混合粉体中に遷
移金属換算で０．０５〜１重量％の範囲で含有させても
よい。

【００３７】前記成形工程により得られた成形体の密度
は、低温での焼結を考慮して、バインダの添加量、種類
などを改良してできるだけ高くすることが望ましく、よ
り好ましくは理論密度に対する相対密度で５５％以上で
ある。

【００３８】（第２工程）銅および金から選ばれる少な
くとも１種の導電金属粉末にバインダおよび溶媒を加え
混練することによって導体ペーストを調製する。つづい
て、この導体ペーストを前記第１工程で作製したＡｌＮ
グリーンシートの表面にスクリーン印刷法などによって
印刷すると共に前記ビアホール内に前記導体ペーストを
充填する。ひきつづき、これらグリーンシートを前記ビ
アホールで位置合わせして重ね、熱圧着することにより
積層体を作製する。

【００３９】前記導体ペースト中には、前述したフィラ
ーとしての無機化合物０．０１〜５０体積％、活性金属
０．０１〜１５重量％の範囲で含むことを許容する。前
記導体ペースト中には、銅および金以外にタングステン
やモリブデンを２０体積％までの範囲で添加することも
許容される。２０体積％を越えると抵抗率が高くなり信
号遅延の原因となる恐れがある。

【００４０】（第３工程）前記導体ペースト層が形成さ
れたグリーンシートを、例えばＡｌＮ製セッター内にセ
ットし、窒素などの非酸化性雰囲気で脱脂した後、非酸
化性雰囲気中より好ましくは１気圧以上の非酸化性雰囲
気中、１７００℃以下、より好ましくは１３００〜１６
００℃の範囲で焼結する。つづいて、必要に応じて表面
の研削、研磨、薄膜回路形成、メッキ、ピン形成などを
行なうことによって、ＡｌＮを主成分とする絶縁層と、
銅および／または金を主成分とする導体層とを備えた多
層セラミック回路基板を製造する。

【００４１】前記焼結温度を規定したのは、次のような
理由によるものである。焼結温度を１３００℃未満にす
ると、前記グリーンシートから形成される絶縁層を十分
に緻密化するのに必要な時間が長くなる。一方、焼結温
度が１７００℃を越えると導体ペースト中に無機化合物
や活性金属のようなフィラーが添加されていない場合に
は形成された導体層が断線する恐れがある。また、焼結
助剤として前記（ｂ）のハロゲン化物を含むものを用い
た場合には、ＡｌＮを主成分とする絶縁層表面への粒界
相の移行が激しくなり、表面の平滑性、浄化性が損なわ
れる。

【００４２】このような１７００℃以下の温度で焼結を
行うことによって、得られたＡｌＮを主成分とする絶縁
層の粒径が５μｍ以下と小さくなるために、高温で焼結
することにより得られたＡｌＮを主成分とする絶縁層に
比べて機械的強度が向上される。

【００４３】また、本発明に係わるセラミック回路基板
の製造方法はＡｌＮ粉末および焼結助剤を含む混合粉体
から成形体を作製する工程と、前記成形体の少なくとも
表面に金、銀および銅から選ばれる少なくとも１種を含
む導体ペーストをパターン状に塗布して導体ペースト層
を形成する工程と、前記成形体を非酸化性雰囲気中、１
１００℃以下にて１０ＭＰａ以上のホットプレス焼結を
行って窒化アルミニウムを主成分とする絶縁層にＡｕ、
Ａｇ、Ｃｕから選ばれた少なくとも１種を主成分とする
パターン状の導体層を形成する工程とを具備したことを
特徴とするものである。

【００４４】以下、本発明に係わるセラミック回路基板
の製造方法を詳細に説明する。まず、ＡｌＮ粉末および
焼結助剤を含む混合粉体をバインダと共に有機溶媒に充
分に混練して、粉体の解砕、分散を行い、所定の粘度の
スラリーを調製する。つづいて、このスラリーをドクタ
ーブレード法でシート化した後、加熱乾燥して溶媒を除
去しグリーンシートとする。ひきつづき、前記グリーン
シートの少なくとも表面にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕから選ばれ
た少なくとも１種を主成分として含む導電ペーストを例
えばスクリーン印刷によりパターン状の導体ペースト層
を形成する。次いで、前記導体ペースト層が形成された
グリーンシートを非酸化雰囲気中で加熱して導電ペース
ト中のバインダを除去した後、非酸化性雰囲気中で１１
００℃以下、１０ＭＰａ以上の圧力下でホットプレス焼
結することによりセラミック回路基板を製造する。な
お、焼結後は必要に応じてトリミングや薄膜や厚膜の回
路形成や、外部電極を形成することが可能である。

【００４５】前記ＡｌＮ粉末は、平均一次粒子径が０．
０２〜０．１μｍ、より好ましくは０．０４〜０．０９
μｍ、不純物酸素量が１．０〜５．０重量％であること
が好ましい。前記ＡｌＮ粉末の平均一次粒子径を０．０
２μｍ未満にすると添加物である焼結助剤を含む混合粉
体の成形が困難になる恐れがある。一方、前記ＡｌＮ粉
末の平均一次粒子径が０．１μｍを越えると、焼結性が
低下する恐れがある。また、不純物酸素量が１．０重量
％未満にすると焼結前の混合や成形の取扱い段階でＡｌ
Ｎが変質するか、または充分に焼結が進まない恐れがあ
る。一方、不純物酸素量が５．０重量％を越えると、Ａ
ｌＮを主成分とする絶縁層の熱伝導率が低下する恐れが
ある。

【００４６】前記焼結助剤は、アルカリ土類金属と希土
類元素とアルカリ金属、燐、ホウ素およびアルミニウム
などの化合物から選ばれる少なくとも１種を含む組成を
有する。

【００４７】前記アルカリ土類金属、希土類元素の化合
物は、粉末または液体として添加される。これらの化合
物は、例えば酸化物、炭化物、フッ化物、酸フッ化物、
炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、アルコキシドの形態で用
いられる。また、前記アルカリ土類金属、希土類元素の
化合物を添加した後、希土類の硝酸塩をアルコールに溶
解した後添加するなど、種々の組合せが可能である。粉
体で添加する場合は、その平均粒径が１．０μｍ以下、
より好ましくは０．６μｍ以下であることが望ましい。
アルカリ土類金属は、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、希土類元素は
Ｓｃ、Ｙとランタン系列の元素から選ばれる。前記アル
カリ土類金属、希土類元素の化合物は、前記混合粉体中
に３〜１７重量％含有することが望ましい。

【００４８】前記アルカリ金属化合物としては、例えば
Ｎａ₂ ＣＯ₃ 、ＮａＦ、ＮａＣｌなどのアルカリ金属の
酸化物やハロゲン化物もしくは焼成途中にこれらの化合
物に変化する化合物を挙げることができる。前記アルカ
リ金属化合物は、前記混合粉体中に０．０１〜２．０重
量％含有することが望ましい。

【００４９】ホウ素化合物としては、例えばＢ₂ Ｏ₃ も
しくは焼成途中でＢ₂ Ｏ₃ に変化する化合物等を挙げる
ことができる。さらに、Ｎａ₂ Ｂ₄ Ｏ₇ などのアルカリ
金属のホウ酸塩なども使用される。前記ホウ素化合物
は、前記混合粉体中に０．０１〜２．０重量％含有する
ことが望ましい。

【００５０】前記燐化合物としては、燐化物、燐酸塩お
よび燐酸水素塩等を用いることができる。前記燐化物と
しては、Ｃａ₃ Ｐ₂ 、ＡｌＰなどが挙げられる。前記燐
酸塩としては、例えばＣａ（ＰＯ₄ ）₂ 、Ｂａ（ＰＯ
₄ ）₂ 、Ｓｒ（ＰＯ₄ ）₂ ；ＹＰＯ₄ 、ＬａＰＯ₄ 、Ｃ
ｅＰＯ₄ 、ＧｄＰＯ₄ 、ＹｂＰＯ₄ ；Ｌｉ₃ ＰＯ₄ 、Ｎ
ａ₃ ＰＯ₄ 、Ｋ₃ ＰＯ₄ 等が挙げられる。燐酸水素塩と
しては、例えばＣａ（Ｈ₂ ＰＯ₄ ）₂ 、ＣａＨＰＯ₄ 、
Ｂａ（Ｈ₂ ＰＯ₄ ）₂ 、ＢａＨＰＯ₄ 、Ｓｒ（Ｈ₂ ＰＯ
₄ ）₂ 、ＳｒＨＰＯ₄ ；ＬｉＨ₂ ＰＯ₄ 、Ｌｉ₂ ＨＰＯ
₄ 、ＮａＨ₂ ＰＯ₄ 、Ｎａ₂ ＨＰＯ₄ 、ＫＨ₂ ＰＯ₄ 、
Ｋ₂ ＨＰＯ₄ ；Ｙ₃ （ＰＯ₄ ）₄ 、Ｌａ₃（ＰＯ₄ ）
₄ 、Ｃｅ₃ （ＰＯ₄ ）₄ 、Ｇｄ₃ （ＰＯ₄ ）₄ 等が挙げ
られる。酸化燐としては、例えばＰ₂ Ｏ₅ などが、その
他の燐酸塩としては燐酸アルミニウム（ＡｌＰＯ₄ また
はＡｌ（ＰＯ₃ ）₃ ）、燐酸水素アルミニウム（Ａｌ₂
（ＨＰＯ₄ ）₃ ）などが挙げられる。これらの燐化合物
は、前記混合粉体中に無水物換算で０．０１〜２．０重
量％含有することが望ましい。

【００５１】前記混合粉体中には、前記各種添加物の他
に、ＳｉＯ₂ 、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、ＳｉＣやＧｅＯ₂ などのIV
ｂ族元素の酸化物もしくは窒化物、炭化物や、Ａｌ₂ Ｏ
₃ 、ＡｌＦ₃ やＧａＦ₃ などの IIIｂ族元素の酸化物や
ハロゲン化物をそれぞれ１重量％以下含有されることを
許容する。さらに、主に着色化もしくは黒色化のために
遷移金属化合物を前記混合粉体中に含有することを許容
する。遷移金属化合物としては、例えばＴｉ、Ｎｂ、Ｚ
ｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの酸化
物、窒化物、炭化物、酸炭化物、酸窒化物などで添加す
ることができる。特に、焼結体中では導電性を有するこ
とが望ましい。かかる導電性を有する遷移金属化合物と
しては、例えばＷやＭｏのメタル、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、
Ｔａから選ばれる元素の窒化物または炭化物を挙げるこ
とができる。これらの添加量は、１．５重量％以下にす
ることが好ましい。

【００５２】前記スラリーを調製する際に添加されるバ
インダとしては、例えばアクリル系、メタクリル系、Ｐ
ＶＢ系などが挙げられる。これらバインダの添加量は、
使用するＡｌＮ粉末の粒度によっても異なるが、前記混
合粉体に対して２〜１２重量％、より好ましくは４〜１
０重量％である。前記バインダを分散させる溶媒として
は、例えばｎ−ブタノールなどのアルコール系、メチル
イソブチル、トルエン、キシレンなどが使用される。

【００５３】前記導体ペースト用のバインダとしては、
前記成形体に用いられたバインダの他に、エチルセルロ
ースやニトロセルロースなどのセルロース系バインダ、
ジオクチルフタレートなどの可塑剤やα−またはγ−テ
レピネオール、ＭＩＢＫ（メチルイソブチルケトン）、
ＭＥＫ（メチルエチルケトン）やカルベノールなどの溶
剤が適時添加される。バインダの添加量は２〜７重量％
が望ましい。

【００５４】前記導体ペースト中には、成分の気散や成
分の絶縁層への滲みを防止し、かつ導体層と絶縁層の収
縮率を合わせるなどの目的で、ＡｌＮ粉末もしくはＡｌ
Ｎ粉末と前記焼結助剤の混合物を０．０１〜５０体積
％、より好ましくは０．０５〜４０体積％の範囲で添加
されることが好適である。

【００５５】前記導体ペースト中には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ
ｕ以外にタングステンやモリブデンを２０体積％までの
範囲で添加することも許容される。２０体積％を越える
と抵抗率が高くなり信号遅延の原因となる恐れがある。

【００５６】前記導体ペーストが塗布された成形体の脱
バインダ処理は、非酸化性雰囲気中で最高温度１０００
℃以下の温度で行うことが好ましい。ここで、非酸化性
雰囲気とは窒素および／またはアルゴンや、これらに一
部が水素、炭素ガスなどを含むことを意味する。なお、
前記導体ペースト中にタングステンやモリブデンなどの
導体金属が含まれていない場合は、酸素を含む雰囲気中
で加熱して脱バインダすることも可能である。この場
合、加熱最高温度は５００℃までとすることが望まし
い。

【００５７】前記脱バインダ後の成形体のホットプレス
焼結は、窒素および／またはアルゴンや、これらに一部
が水素、炭酸ガスなどである混合ガスからなる非酸化性
雰囲気、ＡｌＮ、ＢＮ、カーボンから選ばれた焼結容器
中で、カーボン、タングステン、モリブデンなどから選
ばれたヒーターを具備する焼結炉中で行うことが好まし
い。雰囲気中の酸素量は、１００ｐｐｍ以内であれば許
容される。焼結スケジュールは最高温度まで、単調に昇
温することもできるが、必要に応じて最高温度まで段階
的に昇温することもできる。

【００５８】なお、多層セラミック回路基板は層間の電
気的接続を得るために前記グリーンシートに予めビアホ
ールを開け、このビアホールに前記導電ペーストを例え
ば圧入法で充填した後、前記グリーンシートを積層して
積層体とし、これを脱バインダ処理、ホットプレス焼結
を行うことにより製造される。

【００５９】このような本発明によれば、１１００℃以
下の低温同時ホットプレス焼結により緻密で熱伝導性が
高く、機械的強度の高いＡｌＮを主成分とする絶縁層
と、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕのような低抵抗の導体層を備え、
かつ前記導体層の断線や剥離、酸化等の欠陥のない良好
な特性を有するセラミック回路基板を製造することがで
きる。

【００６０】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細に
説明する。なお、これら実施例は本発明の理解を容易に
する目的で記載されるものであり、本発明を限定するも
のではない。

【００６１】（実施例１）平均一次粒径０．６μｍ、不
純物酸素量１．０重量％のＡｌＮ粉末に焼結助剤として
Ｙ₂ Ｏ₃ を３重量％と着色化のためのＷＯ₃ をＷ換算で
０．３重量％それぞれ添加し、ボールミルを用いてｎ−
ブタノール中において湿式混合した。この混合粉末を有
機バインダとともに有機溶媒中に分散し、得られたスラ
リーをドクターブレード法によってシート化し、複数の
グリーンシートを作製した。つづいて、得られたグリー
ンシートの所定の位置に層間接続用の複数のビアホール
をパンチングマシーンを用いて形成した。

【００６２】一方、平均粒径０．５μｍの銅粉末８０体
積％と、平均粒径０．６μｍのＡｌＮ粉末９７重量％お
よびＹ₂ Ｏ₃ 粉末３重量％からなるフィラー用混合粉末
２０体積％とを有機バインダとともに有機溶剤中に分散
して、導体ペーストを調製した。

【００６３】次いで、前記導体ペーストを前記グリーン
シートにスクリーン印刷法により印刷して前記シート表
面に導体ペースト層を形成するとともに前記ビアホール
内に前記導電ペーストを充填した。つづいて、導体ペー
ト層が形成された複数のグリーンシートをビアホールで
位置合わせして重ね、加熱プレスすることにより積層体
を作製した。ひきつづき、前記積層体を窒素雰囲気中、
７００℃で脱脂後、１気圧の窒素雰囲気中、１７５０℃
で３時間焼結することにより前述した図１に示す構造を
有する多層セラミック回路基板を製造した。

【００６４】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微細構造を観察した。その結果、ＡｌＮを主成分と
する絶縁層は十分緻密化しておりポアは見られず、かつ
導体層においても空隙などの欠陥は認められなかった。
また、前記回路基板は外観的に特に反りや変形は認めら
れなかった。

【００６５】また、前記多層セラミック回路基板を構成
するＡｌＮを主成分とする絶縁層は抵抗率が１０¹¹Ω・
ｃｍ以上、比誘電率が８．７、誘電損失が１０^-3以下
（ともに１ＭＨｚの条件下）であり、さらに熱伝導率か
１７０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1であった。同回路基板を構成する
導体層は、抵抗率が６．５×１０^-6Ω・ｃｍと極めて低
い値であった。

【００６６】（比較例１）実施例１と同様な組成のＡｌ
Ｎグリーンシートを作製し、さらにフィラーを含まない
銅、バインダおよび有機溶剤からなる導体ペーストを作
製した。つづいて前記導体ペーストを前記グリーンシー
トにスクリーン印刷を施して導体ペースト層を有するグ
リーシートを作製した後、実施例１と同様な方法により
脱バインダ処理、焼結を行って多層セラミック回路基板
を製造した。

【００６７】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微細構造を観察した。その結果、ＡｌＮを主成分と
する絶縁層は十分緻密化しておりポアは見られなかっ
た。しかしながら、導体層の一部、特に５０μｍ以下の
幅を有する導体層は内部のところどころに空隙が認めら
れ、断線していることが認められた。

【００６８】（実施例２）平均一次粒径０．３μｍ、不
純物酸素量１．５重量％のＡｌＮ粉末にＣａＯを１．０
重量％添加し、ボールミルを用いてｎ−ブタノール中に
おいて湿式混合した。この混合粉末を有機バインダとと
もに有機溶媒中に分散し、得られたスラリーをドクター
ブレード法によってシート化し、複数のグリーンシート
を作製した。つづいて、前記グリーンシートの所定位置
に層間接続用の複数のビアホールをパンチングマシーン
を用いて形成した。

【００６９】一方、平均粒径１．０μｍの金粉末９５重
量％および平均粒径０．６μｍのＴｉ粉末５重量％を有
機バインダとともに有機溶剤中に分散して、導体ペース
トを調製した。

【００７０】次いで、前記導体ペーストを前記グリーン
シートにスクリーン印刷法により印刷して前記シート表
面に導体ペースト層を形成するとともに前記ビアホール
内に前記導電ペーストを充填した。つづいて、前記導体
ペースト層が形成された複数のグリーンシートを前記ビ
アホールで位置合わせして重ね、加熱プレスすることに
より積層体を作製した。ひきつづき、前記積層体を窒素
雰囲気中、７００℃で脱脂後、１気圧の窒素雰囲気中、
１７００℃で６時間焼結することにより前述した図１に
示す構造を有する多層セラミック回路基板を製造した。

【００７１】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微構造を観察した。その結果、ＡｌＮを主成分とす
る絶縁層は十分緻密化しておりポアは見られず、かつ導
体層においても空隙などの欠陥は認められなかった。ま
た、前記回路基板は外観的に特に反りや変形は認められ
なかった。

【００７２】また、前記多層セラミック回路基板を構成
するＡｌＮを主成分とする絶縁層は抵抗率が１０¹¹Ω・
ｃｍ以上、比誘電率が９．０、誘電損失が１０^-3以下
（ともに１ＭＨｚの条件下）であり、さらに熱伝導率か
１６０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1であった。同回路基板を構成する
導体層は、抵抗率が５．６×１０^-6Ω・ｃｍと極めて低
い値であった。

【００７３】（比較例２）実施例２と同様な組成のＡｌ
Ｎグリーンシートを作製し、さらにＴｉを含まない金、
バインダおよび有機溶剤からなる導体ペーストを作製し
た。つづいて前記導体ペーストを前記グリーンシートに
スクリーン印刷を施して導体ペースト層を有するグリー
シートを作製した後、実施例２と同様な方法により脱バ
インダ処理、焼結を行って多層セラミック回路基板を製
造した。

【００７４】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微細構造を観察した。その結果、ＡｌＮを主成分と
する絶縁層は十分緻密化しておりポアは見られなかっ
た。しかしながら、導体層の一部、特に５０μｍ以下の
幅を有する導体層は内部のところどころに空隙が認めら
れ、断線していることが認められた。

【００７５】（実施例３〜８）下記表１に示す組成を有
する絶縁層用混合粉体および導電ペーストを用い、同表
１に示す条件で焼結を行った以外、実施例１と同様の方
法により６種の多層セラミック回路基板を製造した。得
られた各回路基板における絶縁層の密度および熱伝導
率、導体層の抵抗率、並びに外観性を調べた。その結果
を下記表２に示す。

【００７６】

【表１】

【００７７】

【表２】

【００７８】前記表２から明らかなように実施例３〜８
の多層セラミック回路基板は、いずれも優れた特性と良
好な外観性を有することがわかる。（実施例９）平均粒径０．６μｍ、不純物酸素量１．３
重量％のＡｌＮ粉末９７重量％に、焼結助剤としてＹＦ
₃ 粉末を３重量％添加し、ボールミルを用いてｎ−ブタ
ノール中において湿式混合した。この混合粉末を、有機
バインダとともに有機溶媒中に分散し、得られたスラリ
ーをドクターブレード法によってシート化し、複数のグ
リーンシートを作製した。つづいて、得られたグリーン
シートの所定の位置に層間接続用の複数のビアホールを
パンチングマシーンにより形成した。

【００７９】一方、平均粒径０．７μｍの金粉末を有機
バインダとともに有機溶剤中に分散して、導体ペースト
を調製した。次いで、前記導体ペーストを前記グリーン
シートにスクリーン印刷法により印刷して前記シート表
面に導体ペースト層を形成するとともに前記ビアホール
内に前記導電ペーストを充填した。つづいて、導体ペー
スト層が形成された複数のグリーンシートをビアホール
で位置合わせして重ね、加熱プレスすることにより積層
体を作製した。ひきつづき、前記積層体を窒素雰囲気
中、７００℃で脱脂後、１．２気圧の窒素雰囲気中、１
５４０℃で６時間焼結することにより前述した図１に示
す構造を有する多層セラミック回路基板を製造した。

【００８０】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微細構造を観察した。その結果、ＡｌＮを主成分と
する絶縁層は十分緻密化しておりポアは見られず、かつ
導体層においても内部ポアが認められず、断線などの欠
陥は発生していなかった。

【００８１】また、前記多層セラミック回路基板を構成
するＡｌＮを主成分とする絶縁層は抵抗率が１０¹¹Ω・
ｃｍ以上、比誘電率が８．３、誘電損失が１０^-3以下
（ともに１ＭＨｚの条件下）であり、さらに熱伝導率が
１３８Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1であった。同回路基板を構成する
導体層は、抵抗率が４．８×１０^-6Ω・ｃｍと極めて低
い値であった。

【００８２】（実施例１０）平均一次粒径が０．０８μ
ｍ、不純物酸素量が２．５重量％のＡｌＮ粉末に平均粒
径が０．１μｍのＹｂ₂ Ｏ₃ ３．０重量％、平均粒径
０．０９μｍのＳｒＯ１重量％をそれぞれ添加するとと
もに、さらに平均粒径が０．１μｍのＹｂＣｌ₃ ０．７
重量％および平均粒径０．１μｍのＭｎＯ₂ ０．５重量
％をそれぞれ添加し、さらに着色化のためにＴｉＯ₂ を
Ｔｉ換算で０．３重量％添加してボールミルを用いてｎ
−ブタノール中において湿式混合した。この混合粉末を
有機バインダとともに有機溶媒中に分散し、得られたス
ラリーをドクターブレード法によりシート化し、複数の
グリーンシートを作製した。有機バインダの種類を適宜
選択することで、このシートの成形密度は相対密度で６
２％が達成された。つづいて、得られたグリーンシート
の所定の位置に層間接続用の複数のビアホールをパンチ
ングマシーンにより形成した。

【００８３】一方、平均粒径１．５μｍの銅粉末と平均
粒径１．０μｍの金粉末を体積比３：１の割合で混合し
て有機バインダと共に有機溶媒中に分散し、導体ペース
トを調製した。

【００８４】次いで、前記導体ペーストを前記グリーン
シートにスクリーン印刷法により印刷して前記シート表
面に導体ペースト層を形成するとともに前記ビアホール
内に前記導電ペーストを充填した。つづいて、導体ペー
ト層が形成された複数のグリーンシートをビアホールで
位置合わせして重ね、加熱プレスすることにより積層体
を作製した。ひきつづき、前記積層体を窒素雰囲気中、
７００℃で脱脂後、１気圧の窒素雰囲気中、１３５０℃
で１８時間焼結することにより前述した図１に示す構造
を有する多層セラミック回路基板を製造した。

【００８５】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微細構造を観察した。その結果、ＡｌＮを主成分と
する絶縁層は十分緻密化しておりポアは見られず、かつ
導体層においても内部ポアが認められず、断線などの欠
陥は発生していなかった。

【００８６】また、前記多層セラミック回路基板を構成
するＡｌＮを主成分とする絶縁層は抵抗率が１０¹¹Ω・
ｃｍ以上、比誘電率が８．４、誘電損失が１０^-3以下
（ともに１ＭＨｚの条件下）であり、さらに熱伝導率か
１１２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1であった。同回路基板を構成する
導体層は、抵抗率が５．４×１０^-6Ω・ｃｍと極めて低
い値であった。（実施例１１〜１６）下記表３に示す組成を有する絶縁
層用混合粉体および導電ペーストを用い、同表３に示す
条件で焼結を行った以外、実施例９と同様の方法により
６種の多層セラミック回路基板を製造した。得られた各
回路基板における絶縁層の密度および熱伝導率、導体層
の抵抗率、並びに外観性を調べた。その結果を下記表４
に示す。

【００８７】

【表３】

【００８８】

【表４】

【００８９】前記表４から明らかなように実施例１１〜
１６の多層セラミック回路基板は、いずれも優れた特性
と良好な外観性を有することがわかる。（実施例１７）不純物酸素量２．１５重量％、平均一次
粒子径０．０７μｍで比表面積２７．６ｍ² ／ｇのＡｌ
Ｎ粉末９５．０重量％、平均粒径０．１μｍ、純度９
９．９％のＹＦ₃ ３．５重量％、平均粒径０．５μｍで
純度９９．９％のＣａＦ₂ １．０重量％、平均粒径０．
２μｍで純度９９．９％のＮａＦ０．５重量％からなる
混合粉体に、ｎ−ブタノールを加え、湿式ボールミルに
より解砕、混合した。この混合粉体を用いて実施例９と
同様な方法によりグリーンシートを作製し、さらに層間
の電気的接続を得るためのビアホールを形成した。前記
ビアホールに平均粒径０．８μｍのＣｕ粉７０体積％お
よび前記グリーンシートに用いたのと同様なＡｌＮ粉末
を主成分とする混合粉末３０体積％からなる導体ペース
トを圧入して充填した。さらに、前記ビアホールが形成
されたグリーンシート上に前記導電ペーストをスクリー
ン印刷して、導体層となる所望パターンの導体ペースト
層を形成した。

【００９０】次いで、前記グリーンシートを所望数積層
し、熱間プレスにより一体化して積層体を作製した。そ
の後、前記積層体に外形加工を施し、窒素雰囲気中で最
高温度７００℃まで加熱してバインダを除去した。脱バ
インダ後の積層体をグラファイト容器中に入れ、積層体
と容器の間にｈ−ＢＮ（六方晶窒化ホウ素）を介在させ
た後、カーボン製ヒータを有する焼結炉で窒素雰囲気
中、１０７０℃、８時間、５０ＭＰａの圧力下でホット
プレス焼結を行ってパッケージを製造した。

【００９１】得られたパッケージは、外観および内部に
おいてもフクレ、断線などがなく良好な導体層（回路パ
ターン）が形成されていた。また、導体層は比抵抗が
７．３×１０^-6Ω・ｃｍと充分に低抵抗であった。

【００９２】（比較例３）不純物酸素量１．１０重量
％、平均一次粒子径０．７μｍのＡｌＮ粉９５．７重量
％、平均粒径０．１μｍ、純度９９．９％のＹ₂ Ｏ₃
３．０重量％、平均粒径０．５μｍで純度９９．９％の
ＣａＦ₂ ０．５重量％、平均粒径０．１μｍで純度９
９．９％のＴｉＯ₂ をＴｉ換算で０．３重量％、さらに
純度９９．９％のＰ₂ Ｏ₅ ０．５重量％からなる混合粉
体を用いて、実施例９と同様な方法によりグリーシート
を作製した。つづいて、実施例１７と同様な方法により
ビアホールの形成、導体ペーストの前記ビアホールへの
圧入、導体ペーストの塗布による導体ペースト層の形
成、脱バインダ処理を施した。脱バインダ後の積層体を
ＡｌＮを主成分とする焼結容器中にセットし、グラファ
イト製ヒータ炉内で１気圧の窒素ガス雰囲気下、１１０
０℃で８時間焼結を行ってパッケージを製造した。

【００９３】得られたパッケージは、ＡｌＮを主成分と
する絶縁層が完全には緻密化しておらず、パッケージと
して実用に供することができるものではなかった。（実施例１８）不純物酸素量３．２重量％、平均一次粒
子径０．０６μｍで比表面積３２．３ｍ² ／ｇのＡｌＮ
粉末８９．０重量％、平均粒径０．１μｍ、純度９９．
９％のＹＦ₃ ６．５重量％、平均粒径０．５μｍで純度
９９．９％のＣａＣＯ₃ をＣａＯ換算で２．０重量％、
平均粒径０．２μｍで純度９９．９％のＮａＦ１．０重
量％、純度９９．９％のＮａＨ₂ ＰＯ₄ １．０重量％、
平均粒径０．１μｍで純度９９．９％のＷ０．５重量％
からなる混合粉体に、ｎ−ブタノールを加え、湿式ボー
ルミルにより解砕、混合した。この混合粉体を用いて実
施例９と同様な方法によりグリーンシートを作製し、さ
らに層間の電気的接続を得るためのビアホールを形成し
た。前記ビアホールに平均粒径０．８μｍのＡｕ粉７０
体積％および前記グリーンシートに用いたのと同様なＡ
ｌＮを主成分とする混合粉末３０体積％からなる導体ペ
ーストを圧入して充填した。この後、前記ビアホールが
形成されたグリーンシート上に前記導電ペーストをスク
リーン印刷して、導体層となる所望パターンの導体ペー
スト層を形成した。次いで、このグリーシートを実施例
９と同様な方法により積層し、脱バインダ処理を施した
後、ホットプレス焼結を行ってパッケージを製造した。
ただし、前記ホットプレス焼結は１０５０℃、８時間、
５０ＭＰａの圧力下で行った。

【００９４】得られたパッケージは外観および内部にお
いてもフクレ、断線などがなく良好な導体層（回路パタ
ーン）が形成されていた。また、導体層は比抵抗が８．
５×１０^-6Ω・ｃｍと充分に低抵抗であった。

【００９５】（実施例１９）導体ペーストとして平均粒
径０．８μｍ、純度９９．９９％のＣｕ粉７０重量％と
平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％のＣｕ粉３０重量
％からなるものを用いた以外、実施例１７と同様な方法
によりパッケージを製造した。

【００９６】得られたパケージは、外観および内部にお
いてもフクレ、断線などがなく良好な導体層（回路パタ
ーン）が形成されていた。また、前記導体層は比抵抗が
６．１×１０^-6Ω・ｃｍと充分に低抵抗であった。

【００９７】（実施例２０）不純物酸素量３．７２重量
％、平均一次粒子径０．０５５μｍで比表面積３８．５
ｍ² ／ｇのＡｌＮ粉末９１．０重量％、平均粒径０．１
μｍ、純度９９．９％のＹＦ₃ ４．５重量％、平均粒径
０．５μｍ、純度９９．９％のＣａＣＯ₃ をＣａＯ換算
で１．０重量％、平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％
のＣａＦ₂ １．０重量％、平均粒径０．２μｍ、純度９
９．９％のＮａＦ１．０重量％、純度９９．９％のＮａ
Ｈ₂ ＰＯ₄ １．０重量％、および平均粒径０．１μｍで
純度９９．９％のＷ０．５重量％からなる混合粉体に、
ｎ−ブタノールを加え、湿式ボールミルにより解砕、混
合した。この混合粉体を用いて実施例９と同様な方法に
よりグリーンシートを作製し、さらに層間の電気的接続
を得るためのビアホールを形成した。前記ビアホールに
平均粒径０．８μｍのＡｇ粉７０体積％および前記グリ
ーンシートに用いたのと同様なＡｌＮを主成分とする混
合粉末３０体積％からなる導体ペーストを圧入して充填
した。この後、前記ビアホールが形成されたグリーンシ
ート上に前記導電ペーストをスクリーン印刷して、導体
層となる所望パターンの導体ペースト層を形成した。次
いで、このグリーシートを実施例９と同様な方法により
積層し、脱バインダ処理を施した後、ホットプレス焼結
を行ってパッケージを製造した。ただし、前記ホットプ
レス焼結は９５０℃、１２時間、１００ＭＰａの圧力下
で行った。

【００９８】得られたパッケージは、外観および内部に
おいてもフクレ、断線などがなくＡｌＮを主成分とする
絶縁層と銀を主成分とする導体層が共に充分緻密化して
おり、かつ導体層は良好な形状を有していた。前記導体
層は、比抵抗が６．３×１０^-6Ω・ｃｍと充分に低抵抗
であった。

【００９９】（実施例２１）実施例１７で作製されたグ
リーンシートを３枚重ねて熱間プレスを行うことにより
４０×４０×０．８ｍｍの板状積層体とし、窒素雰囲気
中で最高温度７００℃で加熱してバインダを除去した。
つづいて、この積層体層上下面に、実施例１７と同様な
導体ペーストをスクリーン印刷し、さらに脱バインダ処
理を施した後、実施例１７と同様な方法によりホットプ
レス焼結を行った。得られた表面メタライズ回路基板
は、外観上、捲れ剥れがなく、ＡｌＮを主成分とする絶
縁層と導体層の界面を観察しても強固な接合形態となっ
ていた。

【０１００】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば１
００Ｗ／ｍ・Ｋを越える高熱伝導性のＡｌＮを主成分と
する絶縁層を有し、半導体素子の高集積化、高速化に伴
う多大な発熱を十分放熱することが可能で、かつ半導体
層として断線などの欠陥がなく、前記絶縁層に良好に密
着された抵抗率の低い導体層を備え、半導体素子等の搭
載において信号伝達を高速に行うことが可能となセラミ
ック回路基板およびかかる回路基板を低温同時焼結する
ことが可能な製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる多層セラミック回路基板を示す
部分切欠斜視図。

【符号の説明】

１…多層セラミック回路基板、２…絶縁層、３…導体
層、４…ビアホール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大石克嘉神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者上野文雄神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相対密度が９８％以上で窒化アルミニウ
ムを主成分とする絶縁層と、金および／または銅を主成分とし、０．０１〜５０体積
％の無機化合物および／または０．０１〜１５重量％の
チタン、ニッケル、アルミニウムのうち少なくとも１種
の活性金属をフィラーとして含む導体層とを具備したこ
とを特徴とするセラミック回路基板。
【請求項２】平均粒径５μｍ以下の窒化アルミニウム
粒子を有し、副相として希土類元素化合物および／また
はアルカリ土類金属化合物をそれぞれ酸化物換算で０．
０５〜１５重量％含有し、さらに前記副相にハロゲン、
ホウ素およびマンガンから選ばれる少なくとも１種の成
分（ただし、ハロゲンおよびホウ素の混合物は除く）が
含有される窒化アルミニウムを主成分とする絶縁層と、金および／または銅を主成分とする導体層とを具備した
ことを特徴とするセラミック回路基板。
【請求項３】前記導体層には、０．０１〜５０体積％
の無機化合物および／または０．０１〜１５重量％のチ
タン、ニッケル、アルミニウムのうちから選ばれる少な
くとも１種の活性金属をフィラーとして含むことを特徴
とする請求項２記載のセラミック回路基板。
【請求項４】窒化アルミニウム粉末および焼結助剤を
含む混合粉体から成形体を作製する工程と、前記成形体の少なくとも表面に金、銀および銅から選ば
れる少なくとも１種を含む導体ペーストをパターン状に
塗布して導体ペースト層を形成する工程と、前記成形体を非酸化性雰囲気中、１１００℃以下にて１
０ＭＰａ以上のホットプレス焼結を行って窒化アルミニ
ウムを主成分とする絶縁層にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕから選ば
れた少なくとも１種を主成分とするパターン状の導体層
を形成する工程とを具備したことを特徴とするセラミッ
ク回路基板の製造方法。