JPS6276591A - 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、高熱伝導多層セラミック配線基板に関するも
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りて、ＩＣ。

Ｌ８Ｉが産業用、民需用に幅広く使用されるよりになっ
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ＬＳ１．を実装することができ微細
多層配線が可能である〇一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
、基板の単位面積当シの素子や回路要素の集積度が高く
なっている〇一方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。そのため、アルミナ基板よシも熱伝導率が大き
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・譚程度で電気絶
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０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９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　０
・譚以上となる。しかし％ＬＳＩ等の実装基板において
１喪な要因の１つである誘電率はｌ■ｈで４０とかなシ
高く、添加剤を加えた絶域性も電圧が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Ｏ 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
てぐる。

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、装置が大がかカ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と
は次に示す技術である０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ＩＯμｍ〜４００μｍ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だ
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０これらの各導体ノくター
ンを形成したセラミックグリーンシートを積層プレスし
、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に近いこと、（５
）表面平滑性が優れていること、および（６）Ｅｉ１＠
度化が容易であること等が必要であるりこれらの基板性
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〇一方、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り、まだ窒化アルミニウムを用い九
多層配線基板は実現されていない。

（発明の目的） 本発明は、前述した従来のセラミック配線基板の欠点を
除去せしめて熱伝導性の浸れた内部に導体を有する高密
度、高熱伝導多層セラミック配線基板を提供することに
ある〇 （発明の構成） 本発明によれば、セラミックス構造体が窒化アルミニウ
ムを主成分とする多結晶体で構成され、導体層の主成分
が炭化金属からなることを％徴とする高熱伝導多層セラ
ミック配線基板が得られる０（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０高熱伝導率を得るためには焼結体θ
〕含有酸索址が少々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０ 次に、導体ノ脅に関しては、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Ｏ 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図は本発明による高熱伝導多層セラミック配線基板
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０２は信号線および電源等の導体層であり
、炭化金属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
ラミック基板上にはＬＳＩチ、ブ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
拡散させる。セラミック基板０〕熱伝導率が高いことに
よ）熱拡散が効率的に行なわれることになり、Ｌ　Ｓ　
Ｉ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物としてＣ
ａＣ２を混入させている。まず窒化アルミニウム粉末と
Ｃａ自粉末とを秤量し、ボールミルにより有機溶媒中で
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
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。

次に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〇 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は還元雰囲気の下で焼
成した際、炭化金属となる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喧に所定０）
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
８１ｔ層し加熱プレスする。その後必要な形状になるよ
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〇焼成の際、その
昇温過程で４００℃〜６００℃Ｕ）温度で脱バインダー
を充分に行なった。作製した試料に用いた導体ペースト
の組成を第１表に、また試料の特性を第２表に示す。

導体ペースト材料としてＨｆＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ。

’！’ｉＣ，ＵＣ，ＶＣおよびＺｒＣ’ｊｉ−用’Ａ　
７ｔ　ｏここに示したηｘ７ＩＯ物（ＣａＣ２）の量は
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８測定した結果、比抵抗が１
００・口取上であり、誘電率は８．７（１％１Ｈｚ　）
、誘電損失はｌＸｌ０　　以Ｆ　ＣＩ　ＭＨｚ　）であ
りた、　Ｔｌ（気菌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ろることがわかる
。

一方チΣ加物としてＣａｂ、　Ｂｅｄ、　Ｙ、Ｏ，、Ｃ
ｕｂ、　Ａｇｏ。

ＢａＣ２，ＳｒＣ，、Ｎａ２Ｃ２，Ｋ２Ｃ２，ＣｕＣ，
、ＭｇＣ，、Ａｇ、Ｃ，。

ＺｒＣ２等を用いた場合においても窒化アルミニウム０
〕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、本発明により、容易に信
号線および電ぢ１層等を含めた導体を有する尚重度な回
路を形成することが出来、熱放散性に対し−Ｃも非常に
有効ｆＬ筒熱伝導多層セシ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であシ、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６５Ｘ１０　７℃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シ有利である。

【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
ク配線基板の概略図である。 １・・・絶縁セラミック層％２・・・導体層、３・・・
ビアホーｋ、４・・・ダイパッド、５・・−ポンディン
グパッド、６・・・入出力用パッド。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導体セラミックス構造体内部で三次元的に形成さ
   れた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、炭化金属を主成分と
   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。
2. （２）上記炭化金属として炭化ジルコニウム、炭化タン
   タル、炭化ニオブ、炭化バナジウム、炭化ウラン、炭化
   ハフニウム、および炭化チタンから選ばれた１種もしく
   は２種以上の混合物である特許請求の範囲第１項記載の
   多層セラミック配線基板。