JPS6273796A - 多層セラミツク配線基板 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、多層セラミック基板、特に窒化バナジウムを
導体として利用する高熱伝導多層セラミック基板に関す
るものである。

（従来技術とその問題点） 半導体技術の飛躍的な進展によって、ＩＣ，ＬＳＩが産
業用、民需用ｄこ１鴫広ぐ使用されるようになってきて
いる。

特に集積密度の高い、高速作動のＬｌの実装用基板とし
て多層セラミック基板が注目されている。この多層セラ
ミック基板は直接ＬＳＩを実装することができ微細多層
配線が可能である。

一般ｌこセラミック基板の材料としては、王にアルミナ
が使用されているが、近年電気装ｙｔは一段と小型化さ
れ、回路の高密度化が強く要求され。

基板の単位面積当りの素子や回路要素の集積度があ・ 高くなっている。一方ＬＳＩに夕いては、間遠作動を行
なうに従いチップから発生する熟が多量になってくる傾
向にある。この結果、基板の発熱が大幅ｌこ増加し、ア
ルミナ基板でに、熱の放散性が十分ではないという問題
が生じている。そのため。

アルミナ基板よりも熱伝導率が大きく、熱の放散性に優
れた絶縁基板が必要になってきた、そこで熱放散性に対
して優れた材料として炭化ケイ素を主成分としたセラミ
ック基板が開発された（特開昭５７−１８０００６号公
報）。炭化ケイ素はそれ自体電気的に半導体に属し、比
抵抗が１〜１０Ω・儂程度で電気絶縁性がないため、絶
縁基板としては用いることができない。

また炭化ケイ素は融点が高く非常に焼結しにくいので、
通常焼結ｌこ際しては少食の焼結助剤を添加し、高温で
加圧するいわゆるホットプレス法により作られる。この
焼結助剤として酸化ベリリウムや窒化ホウ素を用いると
、焼結助剤効果だけでなく、′ｒ！Ｌ気絶縁気絶対性て
も有効で炭化ケイ素主成分の焼結基板の比抵抗が１００
・α以上となる。

しかし、ＬＳＩ等の実装基板において重要な要因の１つ
である誘を率はＩＭＨｚ　で４０とかなり高く、添加剤
を加えた絶縁性も電圧が５Ｖ程度になると粒子間の絶縁
が急激に低下するため耐電圧に対しても問題がある。

又、ＢｅＯ粉末を用いて多層セラミック基板を作成する
ことは可能であるが有毒性である為実用上困難な面がで
てくる。

一方プロセス的観点からしてホットプレス法を適用しな
ければならず、装置が大がかりになるばかりでなく、基
板の形状も大面積化は困難であり表面平滑性に対しても
問題が多い。さら正こ炭化ケイ素糸を用いたセラミック
基板においては、従来のグリーンシート法を用いたアル
ミナ多層セラミック基板技術を利用することはプロセス
的に極めて困難である。

ここでいうグリーンシート法多層セラミック基板技術と
は次に示す技術である。まずセラミック粉末を有機ビヒ
クルとともに混合し、スラリー化する。このスラリーを
キャスティング製膜法により１０μｍ−４００μｍ程度
の厚みを１するシートを有機フィルム上に形成する。該
シートを所定の大きさに切断し、各層間の導通を得るた
めのスルーホールを形成したのち、厚膜印刷法により所
定の導体パターンを形成する。これらの各導体パターン
を形成したセラミックグリーンシートラ積層プレスし、
脱パインダ一工程を経て焼成する。

高密度実装基板として具備すべき王な性質としては、（
１）電気特性に対して誘電率が低く、誘電損失が小さく
、また電気絶縁性に優れていること、（２）機械的強度
が十分であること、（３）熱伝導性が高いこと、（４）
熱膨張係数がシリコンチップ等のそれｌこ近いこと、（
５）表兼平滑性が優れていること、および（６）高密度
化が容易であること等が必要である。

これらの基板性質全般に対して前述のセラミック基板は
決して十分なものであるとはいえない。

一方、高熱伝導性基板の材料として窒化アルミニウムが
開発されているし特開昭５９−５００７７号公報など）
。しかしながらこの材料も高温で焼結しなければならず
、ホットプレス法による作表方法が主流となっており、
まだ窒化アルミニウムを用いた多層配線基板は実現され
ていない。

（発明の目的） 本発明は熱伝導性が優れ、内部に導体８Ｍする高密度、
高熱伝導多層セラミック基板を提供することにある。

（発明の構成） 本発明によれば、セラミックス層が窒化アルミニウムを
主成分とする多結晶体で構成され、導体層の主成分が窒
化バナジウムからなることを特徴とする高熱伝導多層セ
ラミック配線基板が得られる。

問題点を解決した。

まず、多層セラミック基板を構成する絶縁セラミックス
材料として、熱伝導性の高い窒化アルミニウムを用いた
。この材料は焼成後、窒化アルミニウム多結晶の緻密な
構造体を形成する。高熱伝導率を得るためには焼結体の
含有酸素量が少ない方が好ましくその為に添加物として
還元効果のある還元剤を入れることが好ましい。

次に、導体層に関しては、窒化アルミニウムで構成され
ているセラミックス層に複数の電源層、グランド層およ
び微細な信号線等の導体層を形成し、これらの複数の導
体層をセラミックス層中に設けたピアホールを介して電
気的に接続されている。

したがって、実装基板の配線密度が非常に高められると
ともに、ＬＳＩ　等の素子から発生する熱を効率的に外
部ｌこ放散することが可能となる。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。

第１図は本発明−こよる篩熱伝導多層セラミック基板の
実施例を示す説明図である。１は絶縁セラミックス層で
おり、主成分として窒化アルミニウムの多結晶体で構成
されている。２は信号線および電源等の導体層であり、
窒化バナジウムを主成分として形成されており、絶縁セ
ラミックス層に形成されたピアホール３を介して各層間
を電気的に接続している。このようｌこ構成されている
多層セラミック基板上にｕＬｓｌ　チップがマウント出
来るようにダイパッド４およびホンディンクバ。

ド５が形成され、該実装基板外に信号を取り出したり、
基板内へイ百号を入れたりするための入出刃用パッド６
が基板裏面に形成されている。基板上にマウントされた
ＬＳＩチップから発生する熱をターイバッド４を介して
セラミック基板内へ拡散させる。セラミック基板の熱伝
導率が高いことにより熱拡散が効率的ｉこ行なわれるこ
とになり、ＬＳＩチップの発熱−こよる高温化を防止す
ることができるＯ 本実施例の配線基板の製造方法は次のとおりである。本
発明の基板を構成しているセラミックス材料としては、
窒化アルミニウムの焼結性を高めるため添加剤としてＣ
ａＣ２を混入させている。まず窒化アルミニウム粉末と
ＣａＣ２粉末とを秤量し、ボールミル番こより有機溶媒
中での湿式混合全４８時間行なった。

この混合粉末をポリカブロラクトン系あるいはポリアク
リレート系樹脂等の中性雰囲気下で分解されやすいＭ機
バインダーとともに溶媒中（こ分散し粘度３０００〜７
０００ｅｐの範囲の泥漿を作成する。該泥漿をキャステ
ィング製膜法により１０μｍ〜２００μｍ程度の均一な
厚みになるように、有機フィルム上にグリーンシートを
作成する。

次ｌここのグリーンシートを有機フィルムかう剥離した
のち、各層間を電気的に接続するためのピアホールを形
成する。ここで形成したピアホールは機械的に接続ボ／
チおよびダイを用いて打抜いたが、他にレーザー加工等
の方法によっても開けることが可能である。

ピアホールの形成されたグリーンシート上へ、窒素雰囲
気あるいは他の中性雰囲気あるいｈａ元雰囲気の下で焼
成した際、窒化バナジウムになるバナジウム化合物を主
成分とした導体ペーストをスクリーン印刷法により所定
の位ｆに所定のパターンを印刷する。こうして導体を印
刷した各グリーンシートを所望の枚数積層し加熱プレス
する。

その後必要な形状ζこなるようにカッターを用いて切断
し、１４００℃〜２０００℃の温度で非酸化性雰囲気中
で焼成する。焼成の際、その昇温過程で４００℃〜６０
０℃の温度で脱バインダーを充分に行なった。

作製した基板の特性を表に示す。

導体ペースト材料として、ＶＮ、Ｖ）Ｌ　ＶＦ３および
ＶＣＣ２０を用いた。

ここに示したＣａＣ２量は窒化アルミニウムを１００と
したときの値である。またフリット量に導体材料とフリ
ット材料を合せた重ｆｔｌこ対しての値である。

作成した基板の電気的特性を測定した結果、比抵抗が、
　ｏ　１１ Ω、□以上であり、誘電率は８．７ （１ＭＨｚ）、誘電損失ｆｌｌＸｌＯ以下（１ＭＨｚ）
であった。電気的特性においても従来の基板に対して同
程度以上あり実装基板として十分であることがわかる。

一方窒化アルミニウムの添加物としてＣａｂ、　Ｂｅ０
５Ｙ２０３．　Ｃｕｂ、　Ａｇｅ、　ＢａＣｚ、　５ｒ
Ｃ２、Ｎａ２Ｃ２，Ｋ２Ｃ２、ＣｕＣ２，ＭｇＣ２，Ａ
ｇＣ２，ＺｒＣｚ　等を用いた場合においても窒化アル
ミナ基板の焼結性を同上させる効果が得られた。

（発明の効果） 実施例からも明らかなようｋこ１本発明の多層セラミッ
ク配線基板は容易に信号線および電源層等を含めた導体
を有する高密度な回路を形成することが出来、熱放散性
ｔこ対しても非常に有効な高熱伝導多層セラミック基板
が得られる。

従来用いられているアルミナ基板の熱伝導率は１７Ｗ／
ｍＫであり５本発明基板の熱伝導率が非常に高いレベル
であることがわかる。また熱膨張係数においては、アル
ミナ基板が６５Ｘ］ＯＩｃ　であるのに対して本発明基
板は小さな値をもち、よりシリコンチップの熱膨張係数
に近い値になっており有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す高熱伝導多層セラミッ
ク基板の概略図である。Ｉ・・・・・−絶縁上ラミック
層、２・・・・・・導体層、３・・・・・・ピアホール
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　多層セラミック配線基板において、窒化アルミニウム
   を主成分とするセラミック層と窒化バナジウムを主成分
   とする導体とを備えたことを特徴とする多層セラミック
   配線基板。