JPS6273797A - 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、特に窒化タンタルを導
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、民需用に幅広く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ＬＳＩ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。

一般にセラミック基板の材料としては、主にアルミナが
使用されているが、近年電気装置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高くなりている。一方ＬＳＩ
においては、高速作動を行なうに従いチップから発生す
る熱が多量になってくる傾向にある。この結果、基板の
発熱が大幅に増加し、アルミナ基板では熱の放散性が十
分ではないという問題が生じている。そのなめ、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・１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、通常焼結に際しては少量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、電気絶縁性に対しても有
効で炭化ケイ素主成分の焼結基板の比抵抗が１０　ｔｏ
Ω・１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つである誘電率はＩＭＨｚで４０とか
なシ高く、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、Ｂｅ（至）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ため実用上困難な面
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、装置が大がかシになるばかりでなく、基
板の形状も大面積化は困難であシ、表面平滑性に対して
も問題が多い。さらに炭化ケイ素系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１．づ、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。甘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〜４００Ｐｍ程
度の厚みを有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υ
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−／シートを積層ブレスし
、脱バ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主な性質としては、（
１）電気特性に対して誘電率が低く、誘電損失が小さく
、ま九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に近いこと、（５
）表面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（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製方法が主流となっておシ、
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、内部に導体を有する高密度、
高熱伝導多層セラミック基板を提供することＫ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
化タンタル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。

（構成の詳細な説明） 本発明は、上述の構成をとることによシ従来技術の問題
点を解決した。

まず、多Ｉ−セラミック基板金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微密
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ために添加物と
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
部に放散することが可能と々る。

（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図は本発明による高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。ｌは絶縁セラミックス層であ
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シ、窒
化タンタル全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。このように構成されている多層セ
ラミック基板上にはＬＳＩチップがマウント出来るよう
にダイパッド４およびポンディングパッド５が形成され
、該実装基板外に信号を取り出したり、基板内へ信号を
入れたりするための入出力用バッド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
発生する熱をダイパッド４を介してセラミック基板内へ
拡赦させる。セラミック基板の熱伝導率が高いことによ
り熱拡散が効率的圧室なわれることになり、ＬＳＩチッ
プの発熱による高温化を防止することができる。

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
＊Ｃ，を混入させている。１ず窒化アルミニウム粉末と
Ｃａｃ、粉末とを秤量し、ボールミルより有機溶媒中で
の湿式混合を４８時間行なった。

この混合粉末をポリカプ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有機
バインダーとともに溶媒中に分散し粘度３０００〜７０
００　ｅｐ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〜２００Ｐｒｎ程度の均一
な厚みＫなるように、有機フィルム上てグリーンシート
を作成する。

次にこのグリーンシートを１１機フィルムから剥離した
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、機械的にポンチ
およびグ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）上へ、窒；Ｘ雰
囲気あるいは他の中性雰囲気あるい（″ｉ還元雰囲気の
下で焼成した際、窒化タンタルになるタンタル化合物を
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
定の位置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。その後必要な杉状になるようにカッターを用い
て切断し、１４００℃〜２０００での１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４００ｔ
〜６００１：の温度で脱バインダーを充分に行なっ九。

作製した基板の特性を表に示す。

以、−ト　　示゛白 導体ペースト材料として、Ｔ　ａ　Ｎ　、　Ｔ　ａ　Ｈ
、Ｔ　ａ　ＣＩ　ｈ　。

およびＴａＢ　ｒ、　を使用した。

ここに示し九ＣａＣ，量は窒化アルミニウムを１００と
したときの値である。またフリット量は導体材料とフリ
ット材料を合せた重量に対しての値である。

作成した基板の電気的特性を測定した結果、比抵抗がｌ
Ｏ′ｘΩ・１以上であり、銹電率は１３．７（ＩＭＨｚ
　）　、’ｆａｉＫ損失はｌＸｌ０−”以下（ＩＭＨｚ
）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に対する添加物としてＣａＯ，Ｂ
ｏｏ、ＹＩＯ，、ＣｕＯ，Ａｇｏ、ＢａＣ１，５ｒＣ１
。

Ｎ　＊＠Ｃ＠　、　ＫｓＣ＠　、　Ｃｕｃ、　、　Ｍｇ
　Ｃ１、ｋｇ＠Ｃ＠　、　Ｚ　ｒｃ＠　　等を用いた場
合においても窒化アルミニウムの焼結性を向上させる効
果が得られた。

（発明の効果） 実施例からも明らかなように、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全台めた導体を
Ｅ肩−する高蜜庵二ケ回路を形成することが出来、熱放
牧性に対し−Ｃも非虜に・ｆ］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、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。オた熱＃張係数においては、アル
ミナ基板がＣ５５Ｘ　１　ｏ−’／でであるのく対して
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。ｌ・・・絶縁セラミック層、２
・・・導体層、３・・・ピアホール、４・・・グイパッ
ド、５・・・ボンデ、インク入−・−ド、６・・・入出
力用パッド。

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タンタルを主成分と
   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。