JPS62106636A - 炭化珪素質複合体からなる電子回路用基板 - 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】 （Ｊ♀卒業上利用分野） 本発明は、軽量化あるいは高集積化に適した電子回路用
基板に関し、特に機械加工性および熱伝導性に優れた電
子回路用基板に関する。

（従来の技術） １１年、゛電子回路用基板としては種々のものが知られ
かつ実用化されてきており、例えばガラス・エポキシ複
合体、アルミナ質焼結体及びムライト質焼結体等が使用
されている。そして、高集積化を促進する一つの方法と
してシリコン集積回路など全直接基板に！！置する実装
方法が検討されている。

しかしながら、ガラス−エポキシ複合体は熱膨張率が、
例えばシリコン集積回路のそれと大きくソへなるため１
８該カラス・エポキシ複合体からなる基板に直接載置す
ることのできるシリコン集積回路が極めて小さいものに
限られているばかりでなく、カラス・エポキシ複合体よ
番、）なる基板は［！ｌ！１路形成工形成工程て＝ｊ法
が変化１−、易いため、特に微細で精密な回路が要求さ
れる基板に対しては適用することが困難である。

また、従来使用されているｗｌ、密質のアルミナ質焼結
体やムラ・イト質焼結体は硬度が高く機械油「性に著し
く劣るため、例えばキャビティ等を設けるような機械油
［が必要な場合には、生成形体の段階で加工した後焼成
する方法が行なわれているが焼成時の収縮を均一に生し
させることが困難であり、特に高い寸法精度が要求され
るものや寸法の大きなものを製造することは困難であっ
た。

ここで、Ｌ述のことを踏まえて、従来の技術による電子
回路用基板の欠点を、近年に至って要求されてきている
ことと併せて列記して見ると次の通りである。

（のまず、従来使用されているアルミナ質焼結体及びム
ライト質焼結体等のセラミック質焼結体からなる電子回
路用基板は、単なる緻密状態の焼結体で形成されている
ものであり、一旦焼結して緻−（化させた後ではその長
所である高い硬度が災いして、焼結後に機械加工によっ
て支持穴、スルーホール等を形成することが非常に困難
である。

偉）セラミック質焼結体等の緻密質焼結体に機械加工を
施すことが困難であるという問題点においては、その生
成形体の状態で機械加工を施せば旧記■の欠点は解決さ
れるが、焼成収縮による寸法変化を考慮に入れた機械加
工を予じめ施した後に焼成しなけらばならないから、基
板として大きなものが要求される場合には対処し切れな
い。

（子電子回路部品である所謂シリコンウェハーを直接実
装するタイプの電子回路用基板にあっては、シリコンウ
ェハーの熱膨張率と略同じ熱膨張率を有したものでない
と、直接実装することが困難である。

■セラミック質、特にアルミナ質の緻密な焼結体の場合
はその比重が比較的太きく、例えばビデオカメラのよう
な軽量化が望まれている製品の電子回路用基板としては
不向きである。

・′５）以にのような緻密質の焼結体に対して、カラス
・エポキシ複合体による電子回路用基板は機械加工性、
大型化及び軽量化の問題に対処することが可能ではある
。しかしながら、このガラス・エポキシ複合体は熱伝導
性に劣るだけでなく、湿度による膨潤ゆが大きいという
問題がある。

φ）また、その基板北に抵抗を印刷したような電子回路
用基板にあっては、ガラス・エポキシ複合体による電子
回路用基板の膨潤に伴なって抵抗も膨張し、その抵抗値
が初期の設定値から大きくズしてしまうことがある。

（′７＋また、′電子回路用基板は、各集積回路への電
気的信号に対しての応答性を良好にするために誘′屯損
失が少ない方がよい。この誘電損失はこれをできる限り
ゼロに近付けられれば理想的である。

・沖上記の事を総合解決したものは皆無である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者等は、この種の電子回路用基板における上記の
ような実状に鑑みて鋭意研究してきたのであり、その結
果セラミックの中でも特に炭化珪憲のしかも多孔質体の
性質を利用することにより非常に有効な電子回路用基板
が得られることを知見し、本発明を完成したのである。

本発明の目的とするところは、軽量化あるいは高集積化
に適した電子回路用基板であって、機械加工を容易に行
なうことができ、しかもシリコンウェハーに近い熱膨張
率を有するとともに熱伝導性に優れた電子回路用基板を
提供することにある。

本発明のさらに詳しい目的は、機械加工性に優れている
ことは勿論、この種の電子回路用基板に酋求される種々
な特性、すなわち、誘電損失が少ないこと、高い強度を
有していること、例えばチンプオンボードタイプにあっ
ては集積回路の熱膨張率と略等しい熱膨張率を有して直
接実装可能なこと、或いは熱伝導性に優れて集積回路か
らの熱を良好に発散させることができる等の諸特性を自
由に選択することが可能な電子回路用基板を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するためのＬ段） 以上の問題点を解決するために未発１ｆｆｌが採っ孕一
手段は、 三次元網目構造の開放気孔を有する多孔質炭化珪素質焼
結体からなる基材を主体とする電子回路用基板であって
、 前記基材の前記開放気孔中に樹脂を充填することによっ
て当該基材を複合体とするとともにこの複合体の少なく
ともいずれかの面に樹脂層を貼付してこれを硬化させる
ことにより絶縁層としたことを特徴とする炭化珪素質複
合体からなる電子回路用基板 である。

以下に、本発明に係る゛を子回路用基板を更に詳細に説
明する。

未発明の尼子回路用基板は、結晶構造が三次元、′＠目
状であって開放気孔を有する多孔質炭化珪素質焼結体か
らなる基材を主体とするものであることが必要がある。

その理由は、従来電子回路用基板として使用されている
例えばアルミナ質焼結体等は、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
明の如き多孔質体からなる基材を主体とする電子回路用
基板は完成後の機械加工性が著しく良好であり、また炭
化珪素の結晶が三次元網目構造となっていることによっ
て、その本来の特性である熱伝導性及び硬度をそれ程損
なうことなく使用することができるからである。

また、前記基材は、平均粒径がｌＯ用ｍ以ドの炭化珪素
結晶粒から構成されて、三次元網目状に結合している多
孔質体であることか有利である。その理由は、このよう
な多孔質体は、機械加工性、その中でも特に研削性が極
めて良好で、しかも精密な加工を施すことができるから
である。

本発明に係る多孔質の基材は、その開放気孔率が１０〜
７０容積％の範囲内であることが好ましい。その理由は
、開放気孔率か１０容積％より少ないと、機械加工性が
箸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
るばかりでなく、炭化珪素本来の特性を発揮させること
が困難になるからである。

さらに、本発明に係る電子回路用基板は、上記の基村内
に樹脂を充填してこの基材を複合体とする必要がある。

その理由は、上記）父化珪素質焼結体からなる基材の開
放気孔中に樹脂を充填することによって、この種の電子
回路用基板として不可欠な気体不透過性を付与するため
である。この基材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、トリマシン樹脂、ポ
リバラへン酸樹脂、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。

なお、上記の三次元網目状多孔質体の開放気孔内に樹脂
を充填した本発明に係る炭化珪素質複合体は、その気孔
率が１０容積％以下であることが有利である。その理由
は、この開放気孔率が１０容積％より大きいと電子回路
用基板として不可欠な気体不透過性を十分Ｈ４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
が望ましい。

そして、本発明の電子回路用基板は、ト述した複合体の
少なくともいずれかの表面に貼付した樹脂層を硬化させ
ることによって形成した絶縁層を有していることが必要
である。その理由は、本発明の電子回路用基板の基材を
構成する多孔質炭化珪素質焼結体は電気伝導性を有する
ため、表面に絶縁層を形成することなく前記電子回路用
基板の表面に直接導体回路を形成することは不適当であ
るからである。なお、この樹脂層を硬化させることによ
って形成した絶縁層にあっては、前記基材の開放気孔内
に樹脂が侵入してこれが所謂アンカーとしての役目を果
すことによって十分な信頼性及び密着性を確保すること
ができる。

このような絶縁層は、前記基材の少なくともいずれかの
面に樹脂が含浸された無ａｍ維クロスを積層して樹脂層
を形成し、その後にこの樹脂層を硬化させることによっ
て形成される。あるいは。

丘述した基板の少なくともいずれかの面に樹脂と無機繊
維との混合物を塗布することによって樹脂層を形成し、
その後にこの樹脂層を硬化させることによって形成する
こともできる。この場合の樹脂としては、先に記載した
基材の開放気孔内に充填する樹脂と同様の樹脂を使用す
ることができる。一方、無機ｆａ維としては、ガラス繊
維、アスベスト、セラミックファイバー等を使用するこ
とが有利である。

次に、本発明に係る電子回路用基板の製造方法について
説明する。

本発明に係る電子回路用基板は、炭化珪素微粉末を主体
とする出発原料を使用して、加圧成形法あるいはドクタ
ーブレード法等の成形方法によって生成形体を成形する
。その後、この生成形体を生成形体中に存在する気孔を
閉塞させることなく炭化珪素粒子を相互に結合すること
により炭化珪素質多孔質体からなる基材となし、次いで
この基材の開放気孔中へ樹脂を充填することにより、ま
ず複合体が形成される。

この場合、前記炭化珪素材料を例えば板状の生成形体に
成形し、この生成形体中に存在する気孔を閉塞させるこ
となく結合させる方法としては種々の方法が適用できる
が、例えば炭化珪素粉末を常圧焼結あるいは加圧焼結し
て自己結合させる方法、炭化珪素粉末に反応によってセ
ラミックを生成する物質を添加して反応焼結して結合さ
せる方法、炭化珪素粉末にガラスセメント等の結合材を
配合して常圧焼結あるいは加圧焼結して結合させる方法
等の方法を適用することができる。

また、前記樹脂を基材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
た樹脂を分散媒液に分散し、この分散液を含浸して乾燥
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。

また、このように形成した複合体に樹脂が含浸された無
機繊維クロスを積層する方法としては、樹脂が充填され
た多孔質体と樹脂が含浸された無機繊維クロスを重ねて
加熱プレスすることにより積層する方法が有利である。

さらにまた、当該複合体に樹脂と無機繊維との混合物を
塗布する方法としては、スプレー、ハケ塗り等種々な方
法が使用でき、より強固に一体化させることができる。

なお、前記炭化珪素質多孔質体を製造するための出発原
料としては、より高強度でしかも機械加工性の良好な多
孔質体を得る上で、平均粒径が！Ｏｐｍ以下の微粉末を
使用することが有利である。

その理由は、平均粒径が１０ｐｍ以上の微粉末を使用す
ると粒と粒との結合個所が少なくなるため、高強度の多
孔質体を製造することが困難になるからである。

前述の如くして製造された電子回路用基板には導体回路
が形成される。この導体回路の形成方法としては、従来
用いられている種々の導体回路の形成方法、例えば、メ
ッキによる方法、気相析出による方法、金属箔を接着す
る方法、あるいは導体ペースト印刷する方法等を適用す
ることができる。

（実施例） 次に、本発明を実施例によって説明する。

支五遺」 平均粒径が０．２８４ｍで、β型結晶の含有率が９４．
６重量％の炭化珪素粉末１００重量部に対し、炭化ホウ
素粉末１重量部、カーボンブラー２り粉末２重量部、ポ
リビニルアルコール５重量部、水３００重量部を配合し
、ボールミル中で５時間混合した後噴宵乾燥した。なお
、前記炭化珪素粉末はＭ敲炭素を０．２９重量％、酸素
を０．１７重量％、鉄を０．０３重量％、アルミニウム
を０．０３重量％含有していた。

この乾燥物を適量採取して成形し、１９００℃のアルゴ
ンガス雰囲気中で１０分間保持して焼結体を得た。

得られた焼結体は密度２．５９８／ｃｒｎ’、強度が４
５ｋｇ／　ｍ　ｒｎ’で三次元的に均一に分散した微細
な開放気孔を有しており、その開放気孔率は約１６容種
％であった。

次いで、焼結体を二液性タイプのエポキシ樹脂に真空下
で浸漬し含浸させた後、約１５０℃の温度で硬化させ、
複合体を得た。この複合体中に充填されたエポキシ樹脂
の含有量は２０．８重量％であり、焼結体の空隙に占め
るエポキシ樹脂の割合はほぼ１００容積％であった。

ついで、この複合体の両面に、エポキシ樹脂が含浸され
た厚さ０．１　ｍｍのガラスクロスと厚さ１８μｍの銅
箔を重ねて約１７０℃の温度で加熱プレスした。

この複合体に、超硬エンドミル（ＷＣ−Ｇｏ）を使用し
てｌｏｍｍＸ　１０ｍｍで深さ０．３ｍｍのキャビティ
を加工したところ、同一エンドミル刃でもって１００筒
以北カケや割れなどを生じさせることなく迅速に加工す
ることができ、機械加工性に優れていることが認められ
た。

また、この複合体の熱１ｒ６張率（０〜１５０℃）は４
．０Ｘ１０　　／’Ｃでシリコン集積回路のそれとほぼ
近似した値を有しており、第１図に示すパターンにおい
て、Ａ−Ｂ間の電気抵抗は１０　Ω以上、合着は０．８
　ｐ　Ｆ　（ＩＭＨｚ）　テあり、電子回路用基板とし
て優れた特性を示した。なお、アルミナ賀焼結体からな
る電子回路用基板にあっては、Ａ−Ｂ間の電気抵抗は１
０　Ω以上“、容贋は１゜５ｐＦ（ＩＭＨｚ）であった
。

要するに、この実施例の電子回路用基板にあっては、焼
結後のシリコンチップ搭載部のキャビティ形成に際して
の機械加工性に優れ、また焼成収縮が少なく製品となっ
た場合の熱膨張率も低いことから、寸法精度に優れてお
り、特にチップオンボードタイプの基板およびシリコン
チップのパッケージ用基材として好適なものである。

（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
例示したごとく、三次元網目構造の開放気孔を有する多
孔質炭化珪素質焼結体からなる基材を主体とする電子回
路用基板であって、基材の開放気孔中に樹脂を充填する
ことによって当該基材を複合体とするとともに、この複
合体の少なくともいずれかの而に樹脂層を貼付してこれ
を硬化させることにより絶縁層としたことにその特徴が
あり、これにより、軽量化あるいは高集積化に適したも
のであって、機械加工を容易に行なうことができる炭化
珪素質複合体からなる電子回路用基板を提供することが
できる。また、このように構成した本発明に係る゛電子
回路用基板にあっては、炭化珪素の性質を利用すること
により、シリコンウェハーに近い５熱ｌ膨張十を有する
とともに熱伝力性に優れた電子回路用フ、（板を提供す
ることができる。

また、本発明に係る電子回路用基板によれば。

この種の電子回路用基板に安求される諸特性、すなわち
、誘電損失が少ないこと、高い強度を有し。

ていること、例えばチップオンボードタイプにあっては
集積回路の熱膨張率と略等しい熱膨張率をイ１して直接
実装ＭＴ能なこと、或いは熱伝導性に骨れて集積回路か
らの熱を良好に発散させることかできる等の諸特性を自
由に選択することが可能となったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電子回路用基板の電気的特性を測
定するために表面に形成した導体回路の部分拡大図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、三次元網目構造の開放気孔を有する多孔質炭化珪
   素質焼結体からなる基材を主体とする電子回路用基板で
   あって、 前記基材の前記開放気孔中に樹脂を充填することによっ
   て当該基材を複合体とするとともに、この複合体の少な
   くともいずれかの面に樹脂層を貼付してこれを硬化させ
   ることにより絶縁層としたことを特徴とする炭化珪素質
   複合体からなる電子回路用基板。 ２）、前記炭化珪素質焼結体は、その開放気孔率が１０
   〜７０容積％の範囲内であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の電子回路用基板。 ３）、前記開放気孔中に充填される樹脂は、エポキシ樹
   脂、ポリイミド樹脂、トリマシン樹脂、ポリパラパン酸
   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
   は混合したものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項〜第２項のいずれかに記載の電子回路用基板。 ４）、前記樹脂層は、樹脂を含浸した無機繊維クロスが
   積層されたものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項〜第３項のいずれかに記載の電子回路用基板。 ５）、前記樹脂層は、樹脂と無機繊維との混合物を塗布
   して形成してなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項〜第３項のいずれかに記載の電子回路用基板。 ６）、前記電子回路用基板は、チップオンボードタイプ
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項
   のいずれかに記載の電子回路用基板。