JPS6273799A - 多層セラミツク配線基板 - Google Patents

多層セラミツク配線基板

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JPS6273799A
JPS6273799A JP60215351A JP21535185A JPS6273799A JP S6273799 A JPS6273799 A JP S6273799A JP 60215351 A JP60215351 A JP 60215351A JP 21535185 A JP21535185 A JP 21535185A JP S6273799 A JPS6273799 A JP S6273799A
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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、特にタングステンを導
体として利用する高熱伝導多層セラミック基板ｌこ関す
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ｒ、ＩＣ，ＬＳＩが産
業用、民需用ｌこ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、高導作動の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ａ１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ｌこアルミ
ナが使用されでいるが、近年電気装置１１ｔｒｌ一段と
小型化さｎ１回路の高密度化が強く要求され。
基板の単位面）★当りの素子や回路要素の集積度が高く
なっている。一方ＬＳＩにおいては、Ｅ烏速作動を行な
う−こ従いチックから発生する熱が多量になってくる傾
向船こある、この結果、基板の発熱が大ｌ′ｌｉｉ％　
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ｊ、た絶縁基
鈑が必要になってきた。
そこで熱放散性（こ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５
７−１８０００６号公報）。炭化ケイ素はそｊ−自体電
気的に半導体ｆこ属し５比抵抗がｊ〜１０Ω・Ｃｒｎ程
度で′市気絶雌性がないｆ：め、絶縁茶板としては用い
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１
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咋られる。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♂
、焼結助剤効果だθ゛でなく＝を気絶縁性（こ対しても
有効で炭化ケイ素主戊分の焼結基板の比抵抗が１０　９
・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つである誘電率はｌ　Ｍ　Ｈｚ　で４０
とかなり高く添加剤を加えた絶縁性も電圧が５Ｖｉ度に
なると粒子間の絶縁が急激ζこ低−１するため耐電圧ζ
こ対しても問題がある。
又、ＢｃＯ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田りな面がで
てくる。
一方１０セス的観点からしても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はかりでなく、
基板の形状も大面噴化（１困難であり１表面平滑性ζこ
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々
に次ｆこ示す技術である。まずセラミック粉末を有機ビ
ヒクルとともζこ混合し、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１０μト４００μｍ程
度の厚みを有するシートを有機フィルム上ζこ形成する
。該シートを成力２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ｊ、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
フーレスし、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王な性質としては、（
１）を気特性Ｉこ対して誘電率が低く、誘電損失が小さ
く、また電気絶縁性（こ優ｊ、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）表面平滑法が優れていること、およ
び（６）高密度化が容易であること等が必要である。
こ九らの基板性質全般憂こ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けいえない。
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ｔｌ、ばな
らず、ホットプレス法による作製方法が玉流となってお
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、内部に導体を１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） 本発明によれは、セラミック層が窒化アルミニウムを主
成分とする多層結晶体で構成され、導体層のＨＥ酸成分
タングステンからなることを・′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り従来技術の問題
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
。この材料に焼成後、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
含有酸素置が少ない方が好ましくその為に添加物として
還元効果のある遣元剤を入１”Ｌにａ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Ｔ
３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１こついて図面を参照して詳細に説
明する。
第１図（１本発明ｌこよる高熱伝導多層セラミック蒸飯
の実施例を示す説明図である、１は絶縁セラミックス層
であり、主成分として窒化アルミニウムの多賠晶体で構
成されている。２はイハ号線および電源等の導体層であ
り、タングステン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。このように構成されている
多層セラミック基板上に１ＬｓＩ　　チッ１がマウント
出来るようＩこダイパッド４およびホンティングバッド
５が形成され、該実装基板外（こ信号を取り出したり、
基板外へ信号を入ｔ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ｎたＬ
ＳＩチップから発生する熱をタイバッド４を介してセラ
ミック基敏内へ拡散させる。
セラミ’／り基板の熱伝導率が高いこと（こより熱拡散
が効率的ｌこ行なわ九ることになり、Ｌ　Ｉ　Ｓ　ナツ
プの発熱（こよる高温化を防止−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汀、
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。、−１ず窒化−アルミニウム
粉末とＣａＣ２粉末とを秤赦し、ボールミールにより廟
機溶媒中での湿式混合を４８時［１ム１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
００ｃｐ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ｌこより１０μｉｎ〜２００μＩｎ程度の均
−ｌｊシみになるよう１こ、有機フィルム上にグリーン
シートラ作成する。
次（ここのグリーンシートを有機フィルムから剥離した
のち、各層間を電気的ｌこ接続するためのピアホールを
形成する。ここで形成したビアホ−−ルハ１機械的にポ
ンチおよびダイを用いて打抜いたが、他ｌこレーザー加
工等の方法ｌこよりても開けることが可能でおる。
ピアホールの形成されたグリーンシート上へ。
非酸化性雰囲気の下で焼成した際、低抵抗のタングステ
ン金属になるタングステン粉末を用いた導体ペーストを
スクリーン印刷法ｌこより所定の位置に所定のパターン
を印刷する。こうして導体を印した 刷７り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ζこカッターを用
いて切断し、１４００’Ｃ〜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４０
０℃〜６００℃　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。
以１下余白 導体ペースト材料としてタングステンの粉末を使用した
。
ここに示したＣ　ａ　Ｃ２ＮＬＨ窒化アルミニウムを１
００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１
０　　Ω・α以上であり、誘電率は８７（ＩＭＨｚ＞、
９電損失は１×）Ｏ以下＜　Ｉ　ＭＨｚ　）であった。
電気的特性（こおいても従来の基板ｌこ対して［ム」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Ｃａ　０１ＢｅＯ
−Ｙ２Ｏ３，ＣｕＯｌＡｇｅ、ＢａＣ２，５ｒＣ２，Ｎ
ａ２Ｃ２゜Ｋ、２Ｃ２，ＭｇＣ２，Ａｇ　２Ｃ２，Ｚｒ
Ｃ２等を用いた場合においても■化アルミニウムの焼結
性を向上させる効化が得られた〇 （発明の効果） 賽施例からも明らかなように、不発ｆｙｊの多層セラミ
ック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ｌ
こ対しても非常ｌこ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″Ｔ：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。また熱膨張係数とこおいては
、アルミナ基板が６５ＸＩＯ／℃であるのに対して本発
明基板は小さなイｌＩＬをもち。
よりシリコンチップの熱膨張係数をこ近い値になってン
リ有利である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す旨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、・り
屓、２・・・・・・導体層、３・・・・・・ヒブホール
。 ４・・・・・・ダイパッド、５・・・・・・ボンディン
グバッド。 ６・・　入出力用パッド。 代理人ス１田１士内原　　ひ　　−゛）゛・、　、、、
、ｌ

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タングステン金属を主成
    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。
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