JPS62219694A - 多層セラミツク回路基板 - 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】 〔概　要〕 厚膜多層回路基板上に薄膜多層配線層を形成し、かつこ
れらの絶縁材料として窒化アルミニウムを用いることに
よって、熱伝導性を高め、また実装密度を高める。

〔産業上の利用分野〕

本発明は多層セラミック回路基板に係り、より詳しく述
べると、窒化アルミニウム（Ａ　ｌ１Ｎ）を用いた厚膜
多層回路基板と薄膜多層配線層との複合多層セラミック
回路基板に関する。

〔従来の技術〕

超大型コンピュータやスーパー−１ンピ１−夕に代表さ
れるように半導体素子の高速化、高集積化に伴ない、素
子を実装するための回路基板についても高密度実装が可
能になるように、下記の如き要件が求められている。

（１）　　配線密度が極めて高いこと。

（２）素子（シリコン素子）を裸で実装（ペアチップマ
ウント）できるように熱膨張係数が素子（シリコン）と
同等であること。

（３）　　素子の発熱量の増加に対応し、十分な放熱が
達成されるように、熱伝導率が高いこと。

（４）強度が高く、化学的に安定なこと。

（５）信号伝播速度が高いように低誘電率であること。

従来、セラミックスはプラスチックに比べて耐熱性、熱
伝導性２強度、耐化学性、等に優れているので高密度実
装のための回路基板の主力として開発が進められている
。そして、多層セラミック回路基板の絶縁材料としては
アルミナとガラス七ラミックスが用いられている。

また、配線密度を高くするために、多層回路基板の表面
に薄膜による微細パターンの多層配線層を形成する方法
があり、絶縁材料としてポリイミド、ガラス等が用いら
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

アルミナを用いた多層セラミック回路基板は、現在、広
く用いられているが、次のような欠点がある。

＋１１　　熱膨張係数が約９　Ｘｌ０−’に一’であり
、シリコンの３．５〜４　Ｘｌ０−’に一’の２倍以上
と高く、ペアチップマウントに適していない。

（２）熱伝導率が約２０Ｗ／ｍＫであり、プラスチック
基板（Ｉ　Ｗ　／　ｍ　Ｋ以下）やガラス基板（約ＩＷ
／ｍＫ）よりは高い値であるが、十分な値ではなく、さ
らに高い熱伝導率が求められている。

（３）誘電率が約１０であり、樹脂基板の約５の２倍と
高い。

また、ガラスセラミックスを用いた場合は、熱膨張係数
、誘１「率は低いが、次のような欠点がある。

（１）熱伝導率が１〜ＬＯＷ／ｍＫと低い。

（２）機械強度がアルミナより低い（曲げ強度でアルミ
ナ３０００〜７０００　ｋｇ　／　ｃｒＡに対して１０
００〜３０００ｋｇ　／　ｃ＋Ｊ　）。

さらに、上記のＦＷ膜多層配線層に用いられているポリ
イミドやガラス等は熱伝導率が低いという欠点がある。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明は、上
記の如き問題点を解決するために、窒化アルミニウムを
絶縁材料とした厚膜多層セラミック回路基板上に、同じ
く窒化アルミニウムを絶縁層とした薄膜多層配線層を形
成するものである。

窒化アルミニウムは（１）熱膨張係数が３．５〜５×１
Ｏ−ｂＫ伺とシリコンの熱膨張係数３，５〜４Ｘ］０−
’Ｋ　−１に近＜　、（２１熱伝導率が５０〜２００Ｗ
　／　ｍ　Ｋ　トアルミナの熱伝導率約２０Ｗ／ｍＫの
何倍も高く、（３）曲げ強度も約５０００　ｋｇ　／　
ｄと高＜　、（４）化学的にも安定であり、しかも（５
）誘電率が約７とアルミナの約１０より小さい。従って
、窒化アルミニウムを用いた多層回路基板は、シリコン
チップのベアチップ実装が可能であり、また放熱性が高
いので、高密度実装が可能となる。しかも、信号伝播速
度が高く、強度、化学的安定性においても十分な信顛性
を得ることができる。

また、厚膜多層回路基板および薄膜多層配線はともに多
層化できる層数には制限があり、特に薄膜多層配線はそ
の制約が大きいので、これらを組合せることによってよ
り多くの暦数の多層配線が可能になる。さらに、厚膜回
路基板の配線パターンの微細化には制約があるので、ペ
アチップマウントなどにおいてより高密度な実装を可能
にするためには厚膜基板上に薄膜多層配線層が存在する
意義は大きい。

厚膜とは、一般的には、スクリーン印刷法またはグリー
ンシート法で導体や絶縁体の粉末を有機バインダととも
に層状に成形した後、脱脂、焼成して作成された層状の
材料をいう。

厚膜多層回路基板の構成および製造法し！、絶縁材料が
窒化アルミニウムを主体と４るごとを除けば、従来の厚
膜多層セラミック回路基板と同様でよい。典型的には、
窒化アルミニウムと焼結助剤を可塑剤等と共に分散媒で
混練し、グリーンシートを形成する。グリーンシートに
バイヤホールを形成し、かつ導体配線パターンを形成す
る。このようなグリーンシートを積層した後、脱脂、焼
成する。

薄膜とは、一般的には、気相より原子９分子。

イオンおよびこれらのクラスターを基板上に付着させて
作成した膜状材料をいう。

薄膜多層配線層の構成および製造法は、絶縁層が本質的
に窒化アルミニウムからなることを除けば、従来の薄膜
多層配線層と同様であることができる。窒化アルミニウ
ムｍ膜はイオン蒸着法、化学的気相堆積法（ＣＶＤ）、
スパッタリング法、イオンブレーティング法などで形成
できる。導体配線パターンおよびパイヤホールの形成は
マスクを用いた堆積法、リソグラフ法、レーザスクライ
ブ法などによることができる。

なお、窒化アルミニウムを用いた厚膜多層回路基板につ
いては、特願昭６１−１７，７３６号（昭和６１年１月
３１日出願）明細書、窒化アルミニウムを用いた薄膜多
層配線層については本願と同日に出願した特訣頻（９） ［薄１１２多層セラミック回路基板１の明細書の関連箇
所を参照されたい。

〔実施例〕

図面を参照して説明する。

平均粒径１μ麟、純度９８％の窒化アルミニウム（八Ｊ
Ｎ）粉末９９ｗｔ％とイツトリア（ＹｚＯ８）粉末１ｗ
ｔ％を調合し、アセトン中で４８時間ボールミルした後
、アセトンを蒸発させ、原料粉末とした。

この原料粉末２００ｇをアクリル系バイング８ｇ、ジブ
チルフタレート（可塑剤）３ｇ、エタノール（分散媒）
　１６０ｇ、メチルエチルケトン（分散媒）５０ｇと共
にポットに入れ、ボールミルで１６時間混練した後、ド
クターブレード法で厚さ３００μｍのグリーンシートを
成形し、それから１５ｆｌｓ−角に打ち抜いた。

このグリーンシートの所定の位置に３００／１１１１径
の孔を打ち抜き、モリブデンペーストを理め″ζツマイ
アホールとした。さらにグリーンジートドにモリブデン
ベ〈ズトで線幅１００μｍの配線ツマターンをスクリー
ン印刷法で形成した。

印刷後のグリーンシートを３０枚積層し、１２０℃、　
２００　ｋｇ／ｃＪＡでプレスし、積層グリーンシート
とした。

この積層グリーンシートを３０℃／ｈで６００°Ｃまで
昇温し、６００℃に３時間保持してノ＼インダ抜きした
後、窒素雰囲気中１８００℃で２時間焼成し、厚膜多層
Ａｊ！Ｎ回路基板を得た。

この基板の表面を鏡面研摩した。

研摩表面上にイオン蒸着法により下記の条件で厚さ１０
ｇ輪のへＩＮ薄膜を形成した。

イオン蒸着装置：第１図に図示。同図中、ｌはイオン源
、２はプラズマ、３はマグネソ［・、４は高圧電源、５
は窒素ガス、６は流量コントローラ、７は蒸着源、８は
フィラメント、９はアルミニウム、１０は窒素イオン、
１１はアルミニウム原子、１２は膜厚モニタ、１３はフ
ァラデーゲージ、１４は基板、１５はチャンバー、１６
は排気系である。

操作二基板１４上に電子ビーム蒸着７によりアルミニウ
ム９を蒸着させながら、窒素イオン１０を照射してＡＩ
Ｎを形成する。

成膜条件：加速電圧３０ＫｅＶ、イオン電流５００１Ｉ
ＩＡ、成膜速度３μ鞘／ｈ　。

厚膜基板表面に＾ＪＮ薄膜を形成することにより表面が
平坦化される。

バイアホールとなる位置をエツチングして穴を明けた後
、スパッタリング法で厚さ５μｍの銅薄膜を形成し、エ
ツチングして銅配線パターンを形成する。

ＡＮＮ薄膜の形成、バイアホール間孔、銅配線パターン
の形成を繰り返して、３層の薄膜多層配線層を形成した
。

第２図にこのようにして作成される多層セラミック回路
基板の断面を模式的にボー４゜同図中、２１はへ１Ｎ厚
膜、２２はモリブデン配線パターン、２３はモリブデン
バイアホール、２４は＾ｌ薄膜、２５は銅配線パターン
、２６は半田、２７はシリコンチップである。

このようにして作成した多層ＡＮＮ回路基板の特性を、
従来品の特性と比較したデータを下記表に示す。

（策）犬つ一一表血蕃１１１λル較 〔発明の効果〕 本発明によれば、高熱伝導性、低熱膨張係数（特にシリ
コンに近い熱膨張係数）、低誘電率等の特性を有する窒
化アルミニウムを用いた、薄膜多層配線層を含む多層セ
ラミック回路基板が提供され、極めて高密度の素子実装
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で用いたイオン蒸着装置の模式図、第２
図は実施例の多層セラミック回路基板の模式断面図であ
る。 １・・・イオン源、　　　　　２・・・プラズマ、７・
・・蒸着源、　　　　１０・・・窒素イオン、１１・・
・アルミニウム原子、　　１４・・・基板、２１・・・
へＩＮ厚膜、 ２２・・・モリブデン配線パターン、 ２３・・・パイ７ホール、　　２４・・・へ〇Ｎ薄膜、
２５・・・銅配線パターン、　２６・・・半１１１．２
７・・・シリコンチップ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、窒化アルミニウムを絶縁材料とする厚膜多層セラミ
   ック回路基板上に、窒化アルミニウム薄膜を絶縁層とす
   る薄膜多層配線層を形成したことを特徴とする多層セラ
   ミック回路基板。