JP2011507276A - サーマルビアを有するセラミック基板 - Google Patents

Abstract

本発明は、外部に放熱するために基板を貫通するサーマルビアを有するセラミック基板であって、サーマルビアの開口を２つ以上の部分に分割する補強構造を有し、補強構造の高さがサーマルビアの高さよりも小さいセラミック基板に関する。

Description

本発明は、セラミック基板に提供されるサーマルビアの構造に関する。

近年、形成される回路がより複雑になるに伴い、基板からより良く放熱できる特性がますます求められている。

放熱特性を改善するために使用される一方法は、基板の成分材料などの熱伝導性を改善することである。例えば、国際公開第２００２／０４５４７０号パンフレットは、窒化アルミニウム成形体を焼結する前に内部の余剰の炭素を減少させることによって、高い熱伝導性を有する窒化アルミニウムを得るための一方法を開示する。

放熱特性を改善するために知られている別の方法は、サーマルビアを使用することである。チップおよび他の発熱体で発生した熱は、サーマルビアを通って基板の外部に伝達される。特開２００２−１５８３１８号公報が、サーマルビアの周縁部に高い熱伝導性の材料を配置することによって放熱を促進するための技法を開示する。

サーマルビアは、その放熱特性を改善するためにより大きくすることができるが、あまりに大きすぎると、サーマルビアの充填剤とサーマルビアの側面との接着性が不十分になり、外圧がかかった場合に充填剤が抜け落ちることがある。

大きな開口を有するサーマルビアにおいて、サーマルビアの充填剤とサーマルビアの側面との接着性を保証するための方法を提供することが望ましい。

本発明は、基板の外部に放熱するために基板を貫通するサーマルビアを有するセラミック基板であって、サーマルビアの開口を２つ以上に分割する補強構造を有し、補強構造の高さがサーマルビアの高さよりも小さいセラミック基板である。

また、本発明は、このセラミック基板を製造するための方法、およびこのセラミック基板を備える電子コンポーネントを対象とする。

セラミック基板のサーマルビアホールの内部に、特定の条件を満たす補強構造を提供することによって、セラミック基板とサーマルビア内部の充填剤との接合強度を高め、それにより、外圧による充填剤の抜け落ちを防止することができる。

本発明の一実施形態によるセラミック基板の構造の上面図である。 本発明の一実施形態によるセラミック基板の構造の断面図である。 本発明によるセラミック基板におけるサーマルビアと補強構造の関係を説明する、本発明の一実施形態の上面図である。 本発明によるセラミック基板におけるサーマルビアと補強構造の関係を説明する、本発明の一実施形態の断面図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 本発明によるセラミック基板におけるサーマルビアと補強構造の関係を説明する、本発明の一実施形態の上面図である。 本発明によるセラミック基板におけるサーマルビアと補強構造の関係を説明する、本発明の一実施形態の断面図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 本発明によるセラミック基板におけるサーマルビアと補強構造の関係を説明する、本発明の一実施形態を示す図である。 本発明によるセラミック基板におけるサーマルビアと補強構造の関係を説明する、本発明の一実施形態を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 本発明によるセラミック基板におけるサーマルビアと補強構造の関係を説明する、本発明の一実施形態を示す図である。 本発明によるセラミック基板におけるサーマルビアと補強構造の関係を説明する、本発明の一実施形態を示す図である。 本発明によるセラミック基板におけるサーマルビアと補強構造の関係を説明する、本発明の一実施形態を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 本発明によるセラミック基板製造法を説明する図である。 本発明によるセラミック基板製造法を説明する図である。 本発明によるセラミック基板製造法を説明する図である。 本発明によるセラミック基板製造法を説明する図である。 本発明による別のセラミック基板製造法を説明する図である。 本発明による別のセラミック基板製造法を説明する図である。 本発明による別のセラミック基板製造法を説明する図である。 本発明による別のセラミック基板製造法を説明する図である。 本発明によるセラミック基板のビアホールなどに充填剤組成物を充填するための処置を説明する図である。 本発明によるセラミック基板のビアホールなどに充填剤組成物を充填するための処置を説明する図である。 本発明によるセラミック基板のビアホールなどに充填剤組成物を充填するための処置を説明する図である。 本発明によるセラミック基板のビアホールなどに充填剤組成物を充填するための処置を説明する図である。 本発明によるセラミック基板のビアホールなどに充填剤組成物を充填するための処置を説明する図である。 本発明によるセラミック基板のビアホールなどに充填剤組成物を充填するための処置を説明する図である。 本発明によるセラミック基板のビアホールなどに充填剤組成物を充填するための処置を説明する図である。 本発明によるセラミック基板のビアホールなどに充填剤組成物を充填するための処置を説明する図である。 本発明によるセラミック基板のビアホールなどに充填剤組成物を充填するための処置を説明する図である。 本発明によるセラミック基板のビアホールなどに充填剤組成物を充填するための処置を説明する図である。 本発明による電子コンポーネントの一例を示す図である。 本発明の実施例で提供されたセラミック基板の形状などを示す図である。

本発明は、外部に放熱するために基板を貫通するサーマルビアを有するセラミック基板の構造に関する。特に、本発明のセラミック基板において、サーマルビアは、ビアの開口を２つ以上に分割する補強構造を有し、この補強構造の高さはサーマルビアの高さよりも小さい。

本発明のセラミック基板として、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、または既知のシリカ、ガラス、または他の基板を使用することができる。

サーマルビア内に含まれる補強構造の材料は、サーマルビアを充填する充填剤の抜け落ちを防止することができる限り特に限定されないが、セラミック基板と同じ材料であることが好ましい。

本発明のサーマルビア内の補強構造は、サーマルビアの開口を２つ以上に分割する限り、かつ補強構造の高さがサーマルビアの高さよりも小さい限り、いかなる構造を有していてもよい。

補強構造を含むサーマルビアを有する本発明のセラミック基板の一実施形態は、例えば図１に示される構造を有する。図１Ａは上面図を示し、図１Ｂはａ−ａ’線断面図を示す。

この実施形態では、図１Ａに示されるように、セラミック基板１００が基板本体１０２とサーマルビア１０４とを有し、サーマルビア１０４は、補強構造１０６（本明細書では、補強構造１０６ａ（図では垂直）と補強構造１０６ｂ（図では水平）をまとめて１０６と呼ぶ）によって均等に４つに分割されている。図１Ｂの断面図に示されるように、補強構造１０６は、サーマルビアの一端（底部）での開口１１０から他端（上部）での開口１０８に向けて垂直に形成され、その高さａは、サーマルビアの高さよりも小さい（補強構造の高さａおよびサーマルビアの高さｈは、以下に定義する）。図１では、補強構造およびサーマルビアは、それぞれ、セラミック基板の厚さに垂直な長方形状（本発明で好ましい形状）として形成されて図示されているが、本発明はこの構造に限定されず、例えば、補強構造およびサーマルビアは、上部開口１０８が底部開口１１０よりも大きい台形断面を有していてもよい。

本明細書で使用するとき、用語「上部開口」および「底部開口」は、セラミック基板が電子コンポーネントとして使用されるときに、熱を放射しうるコンポーネント（ＬＥＤチップなど）を実装する側、およびそのようなコンポーネントを実装しない側をそれぞれ示す。本明細書での上面図は、上部開口の側から見た図である。

この実施形態に示されるように、本発明の補強構造１０６を有するサーマルビアは、補強構造によって２つ以上に分割される。上記の例ではサーマルビアが４つに分割されているが、例えば、図１での補強構造１０６ａ（図では垂直）または補強構造１０６ｂ（図では水平）によって２つのみに分割することもでき、あるいはサーマルビアを３つ以上に分割するように補強構造を構成することもできる。サーマルビア内での補強構造の位置も、特に限定されない。すなわち、本発明の一実施形態では、図１に示されるようにサーマルビア１０４のスルーホールが均一に分割されたが、本発明において補強構造を必ずしもこのように設計する必要はない。セラミック基板の垂直方向（厚さ）におけるサーマルビア内での補強構造の位置も特に限定されず、ビアホールを充填する充填剤の抜け落ちを防止する範囲内で適切に位置を選択することができる。本発明では、図１Ｂに示されるように、補強構造が、サーマルビアの底部開口１１０から上部開口１０８に向けて垂直に延在する長方形として形成されることが好ましい。

上述したように、補強構造は、本発明の基板本体１０２のサーマルビア内に提供される。上記の仕様に加えて、この補強体が以下の条件（ｉ）〜（ｉｉｉ）全てを満たすことが望ましい。
（ｉ）補強構造の高さａとサーマルビアの高さｈに関して、ａ／ｈが０．１〜０．８の範囲内である。
（ｉｉ）補強構造の上部面積ｂとサーマルビアの開口面積ｓに関して、ｂ／ｓが０．１０〜０．８０の範囲内である。
（ｉｉｉ）サーマルビアの開口面積ｓとサーマルビアの側面積ｔに関して、ｔ／ｓが４．０以下である。

上記の仕様（ｉ）〜（ｉｉｉ）に関するパラメータを、図面を参照して以下に説明する。

（仕様（ｉ））
仕様（ｉ）において、「補強構造の高さａ」は、セラミック基板の垂直方向（厚さ方向）でのサーマルビア内の補強構造の高さである。仕様（ｉ）における「サーマルビアの高さｈ」は、垂直方向（厚さ方向）でのセラミック基板のサーマルビア（スルーホール）の高さである。「補強構造の高さａ」および「サーマルビアの高さｈ」を、図２Ａ〜図２Ｈを参照して具体的に説明する。しかし、図２は例にすぎず、本発明はそれに限定されない。図２Ａおよび図２Ｂは、本発明で望ましい上述した図１におけるものと同じ補強構造を有するサーマルビアを示し、図２Ｃおよび図２Ｄは、補強構造を有さないサーマルビアを示し、図２Ｅおよび図２Ｆは、サーマルビアの側面にステップ２０２（これは補強構造でない）を有する一例を示し、図２Ｇおよび図２Ｈは、補強構造を有する一例であって、補強構造が、サーマルビアを複数の穴に分割し、サーマルビアの高さｈと同じ高さである一例を示す。図２Ｂ、図２Ｄ、図２Ｆ、および図２Ｇで、断面は、それぞれ上面図でのａ−ａ’線断面およびｄ−ｄ’線断面である。

図２Ａ〜図２Ｇに示されるように、「補強構造の高さａ」は、セラミック基板の厚さ方向（垂直方向）でのサーマルビア１０４内の補強構造１０６の高さ（符号ａで示す）を表す。「サーマルビアの高さｈ」は、補強構造１０６の有無に関係なく、一方の開口（上部開口）１０８から他方の開口（底部開口）１１０に延在するセラミック基板の厚さ方向（垂直方向）での高さ（符号ｈで示す）を表す。

（仕様（ｉｉ））
仕様（ｉｉ）における「補強構造の上部面積ｂ」は、サーマルビアの上部開口の側を向いた補強構造の上部の面積を表す。仕様（ｉｉ）における「サーマルビアの開口面積ｓ」は、セラミック基板のサーマルビアの上部開口の面積を表す。「補強構造の上部面積ｂ」を、図３Ａ〜図３Ｄを参照して具体的に説明し、「サーマルビアの開口面積ｓ」を、図４Ａ〜図４Ｈを参照して具体的に説明する。しかし、図３および図４は例にすぎず、本発明はそれらに限定されない。図３Ａおよび図４Ａは、本発明で望ましい上述した図１におけるものと同じ補強構造を有するサーマルビアを示し、図４Ｃは、補強構造を有さないサーマルビアの一例を示し、図４Ｅは、サーマルビアの側面にステップ２０２（これは補強構造でない）を有する一例を示し、図３Ｃおよび図４Ｇは、補強構造を有する例であって、補強構造が、サーマルビアを複数の穴に分割し、サーマルビアの高さｈと同じ高さである例を示す。図３Ａおよび図３Ｃでは、断面は、それぞれ上面図のａ−ａ’線断面およびｂ−ｂ’線断面であり、図４Ａおよび図４Ｇでは、断面は、それぞれ上面図のａ−ａ’線断面およびｄ−ｄ’線断面である。

図３に示されるように、「補強構造の上部面積ｂ」は、上部開口１０８の側を向いたサーマルビア１０４内の補強構造１０６の上側平面の面積を表す（図３Ａおよび図３Ｃの上面図におけるドット模様の十字形部分であって、（以後同様に）全体をｂで示される部分。また、図３Ａおよび図３Ｃの断面においては太線で示される部分であって、（以後同様に）全体をｂで示される部分）。「サーマルビアの上部面積ｓ」は、補強構造１０６の有無に関係なく、上部開口１０８の面積を表す。より具体的には、図４Ａに示されるように、補強構造の高さａがサーマルビアの高さｈよりも小さいとき、上部開口の面積は、補強構造の上部面積（図３Ａの上面図における部分ｂ）を含めた全体としての上部開口の面積ｓである（図４Ａの上面図におけるドット模様の部分であって、（以後同様に）全体をｓで示される部分。また、図４Ａの断面においては実線で示される部分（（以後同様に）全体をｓで示される部分））。図４Ｃに示されるように、補強構造がないとき、これは、サーマルビアの上部開口の面積ｓである。図４Ｅに示されるように、サーマルビアが、サーマルビアホールの縁部にステップを設けて形成されるとき、これは、ステップを含めた全体としての上部開口の面積ｓである。最後に、図４Ｇに示されるように、補強構造の高さａがサーマルビアの高さｈと同じであるとき、これは、サーマルビアホールを２つ以上に分割することによって得られる穴の１つの上部開口の面積である（図４Ｇの上面図においてドット模様を付され、（以後同様に）全体をｓで示される部分。また、図４Ｈの断面においては実線で示され、やはり図４Ｇにおいてｓで示される部分（以後同様）である）。

（仕様（ｉｉｉ））
仕様（ｉｉｉ）における「サーマルビアの開口面積ｓ」は、上の仕様（ｉｉ）について説明したのと同様である。仕様（ｉｉｉ）における「サーマルビアの側面積ｔ」は、サーマルビアの全体の側面と、補強構造があればその側面とを含む面積である。「サーマルビアの側面積ｔ」を、図５Ａ〜図５Ｅを参照してより詳細に説明する。しかし、図５は一例にすぎず、本発明はそれに限定されない。図５Ａは、図１におけるものと同様の本発明で望ましい補強構造を有するサーマルビアの一例を示し、図５Ｄは、補強構造を有さないサーマルビアの一例を示し、図５Ｆは、サーマルビアの側面にステップ２０２（これは補強構造でない）を有する一例を示し、図５Ｈは、補強構造を有する一例であって、補強構造が、サーマルビアを複数の穴に分割し、サーマルビアの高さｈと同じ高さである一例を示す。図５Ａでは、断面（５Ｂ）および（５Ｃ）は、それぞれ上面図でのａ１−ａ１’線断面図およびａ２−ａ２’線断面図であり、図５Ｈでは、断面は、上面図でのｄ−ｄ’線断面図である。

図５Ａに示されるように、補強構造の高さａがサーマルビアの高さｈよりも小さいとき、「サーマルビアの側面積ｔ」は、サーマルビア自体の側面５０２と、補強構造の側部領域５０４とを含む面積である。図５Ｄに示されるように補強構造がないとき、これは、垂直方向（厚さ方向）でのサーマルビアの面積５０２である。図５Ｆにおけるようにサーマルビアホールの側面がステップを有するとき、これは、垂直方向（厚さ方向）でのサーマルビアの面積５０２と、ステップ部分の面積５０２とを含めた側面積ｔである。図５Ｄに示されるように、補強構造の高さａがサーマルビアの高さｈと同じであるとき、これは、サーマルビアホールの側面全体の面積５０２と、補強構造の側面全体の面積５０４との組合せである。

図面が複雑になりすぎないように、関連の符号は、図１〜図５において対応する全ての部分に付してあるわけではないことを指摘しておく。

次に、熱伝導性を高めるために、本発明のセラミック基板のサーマルビアに充填剤を充填することができる。この充填剤は、良好な熱伝導性を有する材料を含む充填剤組成物からなる。

本発明では、充填剤組成物は、金属およびビヒクルを含み、任意選択で金属以外の熱伝導性材料を含むこともある。

充填剤組成物の成分を以下に説明する。

１．金属
金属は、特に限定されないが、銀、パラジウム、金、白金、銅、アルミニウム、およびニッケルからなる群から選択される１つまたは複数の金属を含む材料であることが好ましい。これらの金属は、球やフレークなどを含めた様々な形状で使用されることがある。金属の平均粒径は、特に限定されないが、好ましくは０．５〜８μｍであり、より好ましくは１〜６μｍである。

２．熱伝導性材料
上述した金属に加えて、充填剤組成物は、熱伝導性材料を含むことがある。金属以外の熱伝導性材料は、特に限定されないが、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ダイヤモンド、およびグラファイトからなる群から選択されることが好ましい。

２．ビヒクル
ビヒクルのタイプは特に限定されない。例えば、バインダ樹脂（エチルセルロース樹脂、アクリル樹脂、ロジン変性樹脂、ポリビニルブチラール樹脂など）と有機溶媒（ブチルカルビトールアセテート（ＢＣＡ）、テルピネオール、エステルアルコール、ＢＣ、ＴＰＯなど）との有機混合物をビヒクルとして使用することができる。

充填剤組成物中の金属、ビヒクル、および熱伝導性材料の含有率は、組成物の総重量に基づいて、金属７０〜９６ｗｔ％、好ましくは８０〜９４ｗｔ％、ビヒクル４〜４０ｗｔ％、好ましくは６〜２０ｗｔ％、および熱伝導性材料０〜１０ｗｔ％、好ましくは０．２〜５ｗｔ％である。

また、本発明の充填剤組成物は、追加の成分として、ガラス粉末などを含むこともある。ガラス粉末は、焼成セラミックと焼結組成物との接着力を高めるために混入される。ガラス粉末の含有量は、組成物の総重量に基づいて、好ましくは０．１〜１０ｗｔ％、より好ましくは０．２〜５ｗｔ％である。ガラス粉末の平均粒径は、好ましくは０．１μｍ〜５μｍ、またはより好ましくは０．３μｍ〜３μｍである。

上記の成分を３本ロールミルなどを用いて混合して、本発明の充填剤組成物を適切に生成することができる。

次に、本発明のセラミック基板を製造するための方法を説明する。

第１の実施形態として、ビアホールがサンドブラストまたはレーザによって形成されるセラミック基板製造法を、図６を参照して説明する。

第１の実施形態のセラミック基板製造法は、外部に放熱するために基板を貫通するサーマルビアを有するセラミック基板を製造するための方法である。具体的には、この方法は、（１）セラミック基板を提供するステップと、（２）サンドブラスタまたはレーザを用いて切断することによって、セラミック基板に、補強構造を有するサーマルビアを形成するステップとを含み、このステップは、サーマルビアを形成するステップであって、サーマルビアの補強構造がサーマルビアの開口を２つ以上に分割し、補強構造の高さがサーマルビアの高さよりも小さいステップである。

この実施形態の製造法のステップ１（図６参照）を説明する。ステップ１（図６Ａ）で、セラミック基板本体６０２が準備される（この基板は、Ｔｏｋｕｙａｍａ， Ａｓａｈｉ ＴｅｃｈｎｏｇｌａｓｓのＡｌＮ基板、ＫｙｏｃｅｒａのＡｌ₂Ｏ₃基板など、市販のセラミック基板である）。また、必要に応じて、適切な材料からなる未加工シートを焼成することによって、目的のセラミック基板本体を準備することもできる。焼成は、未加工シートのタイプに応じて、適切な条件下で適切な処置によって行うことができる。

次に、ステップ２（図６Ｂ）で、補強構造１０６を有するビアホールがセラミック基板本体６０２に形成される。

補強構造１０６を有するビアホール１０４をセラミック基板本体６０２に形成するために、サンドブラスト・プロセス、レーザ・プロセス、電子ビーム・プロセスなどを採用することができる。これらの方法によって、補強構造１０６を有するスルーホールがセラミック基板本体に形成されて、サーマルビアを成す。具体的には、サンドブラスト・プロセスでは、微細な砂６０６が、補強構造１０６の形状を有するマスク６０４を通して吹き付けられ、それにより、サンドブラストによって特定の構造（例えば上述した図６Ｂにおけるような補強構造６０８）を形成する。また、電子コンポーネント用に使用されるセラミック基板は、サーマルビアに加えて、導電用の小さな直径の回路ビアホールを有する。図６の構成では、大きな直径のビアホール１０４が、実装されたコンポーネントの熱を放射するための（補強構造１０６を含む）サーマルビアを構成し、小さな直径のビアホール６１０が回路ビアホールである。

スルーホールが形成された後、補強構造６０６の高さをビアホールの高さよりも小さくするために、補強構造１０６が指定の高さに達するまで、マスク６１２（補強構造の形状を空けられている）を通してサンドブラスト・プロセスを施すことができる。レーザ処理または電子ビーム処理の場合、補強構造１０６が指定の高さに達するまで、レーザまたは電子ビームを走査してセラミック基板本体６０２を切り取ることができる。レーザまたは電子ビーム処理のための条件は、切り取られるセラミック基板本体に応じて異なる。セラミック基板本体を曝露するための条件は、従来技術から適切に選択することができる。

サーマルビア（スルーホール）のサイズは、特に限定されないが、基板の表面に平行な平面上でのスルーホールの面積が４ｍｍ²以上であることが好ましい。より具体的には、サーマルビアが円形である場合、２．５ｍｍ以上の比較的大きな直径を有することが好ましい。

次に、第２の実施形態として、未加工シートを使用してセラミック基板を製造するための方法を、図７を参照して説明する。

この方法は、外部に放熱するために基板を貫通するサーマルビアを有するセラミック基板を製造するために未加工シートを使用する方法であって、また、サーマルビアが補強構造を有する方法である。具体的には、この方法は、（１）サーマルビアの開口を２つ以上に分割する補強構造を設けずに形成されたサーマルビアを有するセラミック未加工シート（７ａ）と、サーマルビアの開口を２つ以上に分割する補強構造を設けて形成されたセラミック未加工シート（７ｂ）とを準備するステップ（図７Ａ）と、（２）これらのセラミック未加工シートを一体に積層して、サーマルビアの開口を２つ以上に分割し、サーマルビアの高さよりも小さい高さの補強構造を有する積層未加工シートを形成するステップ（図７Ｂ）と、（３）この積層未加工シートを焼成するステップ（図７Ｃ）とを含む。

ステップ１は、上記の（ａ）および（ｂ）の未加工シートを準備するステップである。

まず、スルーホールを有さない未加工シート７０２および７０４（図７Ａ）が、これらの未加工シートのための原材料として準備される。

例えば低温焼成セラミックの場合、未加工シートは、５０〜６５ｗｔ％のＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃ガラスと５０〜３５ｗｔ％のアルミナの混合物からなることがある。さらに、例えば、ＭｇＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃ガラスとアルミナの混合物、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃ガラスとアルミナの混合物、ＰｂＯ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃ガラスとアルミナの混合物、またはコージエライト結晶化ガラス、または８００〜１０００℃で焼成される別の低温焼成セラミック材料を使用することができる。

次に、ビアホールとしてのスルーホール７０６、７０８、および７１０が、（ａ）に対応する未加工シート７０２、および（ｂ）に対応する未加工シート７０４の特定の位置に設けられる（図７Ｂ参照）。スルーホール７０８は、補強構造となる部分７１２を残して、（ｂ）に対応する未加工シートに形成される。スルーホール７０６は、サーマルビア１０４内で補強構造１０６がない開口の部分を形成し、スルーホール７０８は、サーマルビア１０４内で補強構造１０６がある開口の部分を形成する。スルーホール７１０は、回路ビアホールである。全てのスルーホールを、打抜きプロセスによって形成することができる。

ビアホール用のスルーホールを形成する１つの手段は、上述したように、未加工シートを打ち抜きすることによって特定のサイズのスルーホールを形成する方法であるが、第１の実施形態で説明したように、他の方法は、サンドブラストまたはレーザもしくは電子ビーム処理によってスルーホールを形成するものである。

本発明では、所望の厚さの未加工シートを得るために、複数の未加工シート（ａ）および（ｂ）を準備して、積層することができる。

次に、ステップ２を説明する。ステップ２は、（ａ）および（ｂ）の未加工シートを積層して、補強構造を有する未加工シートを形成するステップである（図７Ｃ）。

まず、ステップ１の完了後、得られた未加工シートが積層されて、押し合わされて結合される（図７Ｃ）。複数の未加工シート（ａ）および未加工シート（ｂ）があるとき、これらの未加工シートが積層されて、所望の補強構造を有する積層体を形成する。

具体的には、ステップ１によって得られた未加工シートは、例えば６０〜１５０℃、０．１〜３０ＭＰａ（好ましくは１〜１０ＭＰａ）の条件下で加熱され、押し合わされて結合されて、ユニットを形成する。

ステップ３は、ステップ２で得られた未加工シート積層体を焼成するステップである（図７Ｄ）。

ステップ２で得られた積層体が焼成される。具体的には、未加工シート積層体は、例えば、８００〜１０００℃（好ましくは９００℃）で２０分間保つという条件下で焼成することができる。

第１の実施形態の製造法に関して説明したように、電子コンポーネント用に使用されるセラミック基板は、サーマルビアに加えて、導電用の小さな直径の回路ビアホールを有する。図７の構成では、大きな直径のビアホール１０４が、補強構造１０６を有し、実装されたコンポーネントから放熱するためのサーマルビアを構成するスルーホールであり、小さな直径のビアホール６１０が回路ビアホールである。

本発明のセラミック基板では、ビアホールに充填剤を充填することができる。この充填剤によって、より効率の良い熱拡散および回路に関する導電を実現することができる。

この充填剤で充填するための処置を、図８を参照して以下に説明する。本発明のセラミック基板製造法では、第１の実施形態ではステップ２の後に、第２の実施形態ではステップ２とステップ３の間に、ビアホールに充填剤組成物を充填することができる。具体的には、これは以下のように行われる。図８Ａ〜図８Ｈは、第１の実施形態の充填処置を示し、図８Ａ’〜図８Ｈ’は、第２の実施形態の充填処置を示す。

まず、セラミック基板本体１０２に形成されたスルーホール１０４および６１０、または未加工シート７０２および７０３の積層体のスルーホール１０４、６１０および７０８に充填剤組成物が充填される。充填剤組成物は、上述したものであってよい。通常、充填は、印刷プロセスによって実現される。第１の実施形態では、スルーホール１０４が補強構造１０６を含み、第２の実施形態では、スルーホール７０８が、補強構造となる部分７１２を含む。

製造コストを低減するために、セラミック基板１０２または未加工シート７０２および７０４のスルーホール１０４、６１０、および７０８は、配線パターンが印刷されるのと同時に充填することができる。そのような場合、上述した充填剤組成物を配線パターン用に使用することもできる。

同時印刷ステップでは、スルーホール１０４、６１０、および７０８を充填するため、および配線パターン８０２となる部分を印刷するための印刷パターンを施されたスクリーン・マスク８０４が、セラミック基板本体１０２または未加工シート７０２の上に置かれ、充填剤組成物８０６がこのスクリーン・マスクの上に供給され、スキージ８０８がこのスクリーン・マスクの上面に沿って摺動されて、スルーホールを充填すると同時に配線パターンを印刷する（図８Ａおよび図８Ａ’〜図８Ｂおよび図８Ｂ’）。また、同時に、コンポーネント実装ランド８１２などに対応する配線パターン以外の導体パターンを、サーマルビア１０４に対応する部分の開口の上面に印刷することによって形成することも望ましい。未加工シートを使用するときには、表面層配線パターン８０２やコンポーネント実装ランド８１２などに対応する部分は、未加工シートが焼成された後に印刷することもできる。

上述した印刷の後、裏面配線パターン８１０となる部分が、ビアホール開口の下面で、セラミック基板本体１０２および未加工シート７０４の上に印刷される（図８Ｅおよび図８Ｆ’〜図８Ｇおよび図８Ｈ’）。裏面配線パターン８１０に対応する部分を印刷するための印刷パターンを施されたスクリーン・マスク８１４がセラミック基板本体１０２または未加工シート７０４の底部に置かれ、充填剤組成物８０６がスクリーン・マスクの上に供給され、スキージ８０８がスクリーン・マスクの上面に沿って摺動される。

これらのステップによって、本発明の充填剤組成物を、表面層配線パターン８０２、裏面配線パターン８１０、および実装ランド８１２に対応する部分に塗布し、かつスルーホール１０４、６１０、および７０８内に充填することができる（図８Ｇおよび図８Ｈ’）。

次に、充填剤組成物、または充填剤組成物と未加工シートが焼成される（図８Ｉおよび図８Ｊ’）。本発明における充填剤組成物を乾燥および焼成するための条件は、必要に応じて公知のものを使用することによって、基板および用途に適したものとなるように決定することができる。例えば、セラミックまたはガラス基板を電子回路基板として使用するとき、まず、印刷プロセスによって組成物を充填および印刷し、７０℃〜２００℃の範囲の温度で５〜６０分間乾燥させ、次いで、ベルトオーブンやボックスオーブンなどの中で総焼成時間２０〜１２０分で焼成し、４５０℃〜９００℃の範囲内の最高温度で５〜３０分間維持することができる。

本発明の電子コンポーネントを以下に説明する。

本発明の電子コンポーネントの一例を図９に示す。図９は、本発明の一実施形態のセラミック基板を使用する一例のモデル図を示す垂直断面図である。しかし、本発明は、図９に示される実施形態に限定されず、ビアホールを有する様々なタイプの電子コンポーネントに適用することができる。

図９に示されるように、この電子コンポーネントは、特定の寸法を有する基板１０２と、基板１０２の特定の位置にあるビアホール１０４および６１０とを有する。抵抗器や様々な他の回路コンポーネント（図示せず）および配線パターン８０２、８１０などが基板の片面または両面に形成され、実装コンポーネント９０２（例えばＬＥＤチップなど）が、実装ランド８１２に実装される。ビアホール１０４およびビアホール６１０に、上述した充填剤組成物から形成された充填剤９０４が充填される。図９の構成では、大きな直径のビアホール１０４が、実装コンポーネント９０２から放熱するためのサーマルビアであり、小さな直径のビアホール６１０が回路ビアホールである。

上述したセラミック基板製造法および充填剤組成物充填処置に加えて、従来の方法を使用して、図９に示されるものなど電子コンポーネントを製造して様々な回路コンポーネントを形成し、電子回路基板を得ることができ、次いで、その上に、必要に応じて実装コンポーネントを実装することができる。しかし、これらの仕様では、電子回路基板は、上述した処置によって形成された様々な回路および充填された充填剤を有するが、実装コンポーネントを有さないセラミック基板である。

本発明の電子コンポーネントおよび電子回路基板は、上述したものなど単層基板を備えることがあり、または、各基板上の特定の位置に様々な回路コンポーネントおよびビアホールを設けて一体に積層された特定の寸法の複数の基板を有することもある。そのような多層基板の場合、導電ビアホールは、各基板で同じ位置にある必要はなく、異なる位置に形成することができる。しかし、サーマルビアは、基板の裏面に熱を効率良く伝達するために、各基板の同じ位置に形成されることが好ましい。

本発明のセラミック基板を使用することによって、電子コンポーネントにおいて、大きな直径のサーマルビアを充填する充填剤の抜け落ちを防止し、それによりビアホールの良好な導電性および熱伝導性を維持することができる。

本発明のセラミック基板を使用して製造される電子コンポーネントは、様々な用途に使用することができる。例えば、これは、移動電話の高周波回路やＬＥＤのヒートシンク回路などに使用することができる。

本発明を、いくつかの実施例を使用して以下に詳細に説明するが、これらの実施例は例にすぎず、本発明を限定しない。

これらの実施例では、基板材料、充填剤材料、基板、基板上への印刷、乾燥、および焼成、ならびに評価の条件は、以下の通りである。

（１）基板
２インチの正方形であり、厚さ０．６３５ｍｍのＡｌＮ基板（Ａｓａｈｉ Ｔｅｃｈｎｏｇｌａｓｓ基板２３０Ｗ／ｍ・Ｋ）を使用した。

（２）ビアホール形成
図１０に示される形状および寸法の４つのビアホールを、各ＡｌＮ基板上にサンドブラストによって形成した。

（３）ビアホールの充填
銀：パラジウム＝９５：５の組成比を有する金属９２ｗｔ％と、ビヒクル（セルロースビヒクル）８ｗｔ％とを計量し、ミキサーで完全に撹拌し、次いで３本ロールミルを用いて分散させることによって充填剤組成物を調製した。この充填剤組成物を、印刷によってビアホール内に充填し、乾燥させ、焼成して、充填剤を提供した。

（４）印刷、乾燥、焼成
以下の条件下で、上述した充填剤組成物を基板のビアホール内に充填し、乾燥させ、焼成した。
印刷：厚さ１５０μｍのステンレス鋼金属マスク、Ｎｅｗｌｏｎｇ自動プリンタ、平坦ウレタンスキージ（硬度７０）を使用した。
乾燥：ボックス型空気オーブン内で１００℃で２０分
焼成：１０分、ピーク温度５５０℃、ベルトオーブン

（５）基板評価法
ビアホールが充填された得られた基板を表面研磨した。研磨プロセスは、４つのステップ、すなわち、基板表面の薄層を除去するための平面研削、ラップ仕上げ、研磨、および超音波洗浄からなるものであった。ラップ仕上げは、粗い自由研磨粉を使用する研磨プロセスである。研磨は、微細な自由研磨粉を使用する研磨プロセスである。超音波洗浄は、表面から余剰な微細粒子を除去するために行う。超音波洗浄後、表面研磨後に充填剤が残っていた場所の数を数えた。

表に示されるように、本発明の補強構造を有するサーマルビアは、本発明の範囲外のサーマルビアよりもはるかに高い充填剤保持率を有していた。

Claims (8)

1. 外部に放熱するために基板を貫通するサーマルビアを有するセラミック基板であって、
   前記セラミック基板が、前記サーマルビアの開口を２つ以上の区域に分割する補強構造を有し、前記補強構造の高さが前記サーマルビアの高さよりも小さい
   セラミック基板。
2. 前記補強構造の高さを「ａ」、前記サーマルビアの高さを「ｈ」として、ａ／ｈが０．１〜０．８であり、前記補強構造の上部面積を「ｂ」、前記サーマルビアの開口面積を「ｓ」として、ｂ／ｓが０．１０〜０．８０であり、前記サーマルビアの開口面積を「ｓ」、サーマルビアの側面積を「ｔ」として、ｔ／ｓが４．０以下である請求項１に記載のセラミック基板。
3. 前記セラミック基板が、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化ジルコニア、およびガラスからなる群から選択される無機化合物から形成される請求項１に記載のセラミック基板。
4. 銀、パラジウム、金、白金、銅、アルミニウム、およびニッケルからなる群から選択される１つまたは複数の金属を含む材料が前記サーマルビアに充填される請求項１に記載のセラミック基板。
5. 良好な熱伝導性を有し、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ダイヤモンド、およびグラファイトからなる群から選択される材料も前記サーマルビアに充填される請求項４に記載のセラミック基板。
6. 外部に放熱するために基板を貫通するサーマルビアを有するセラミック基板を製造するための方法であって、
   （１）セラミック基板を提供するステップと、
   （２）サンドブラストまたはレーザもしくは電子ビーム切断によって、前記セラミック基板に、補強構造を有するサーマルビアを形成するステップとを含み、前記補強構造が、前記サーマルビアの開口を２つ以上に分割し、前記補強構造の高さが前記サーマルビアの高さよりも小さい
   方法。
7. 外部に放熱するために基板を貫通するサーマルビアを有するセラミック基板を製造するための方法であって、前記サーマルビアが補強構造を有し、
   （１）サーマルビアの開口を２つ以上に分割する補強構造を設けずに形成されたサーマルビアを有するセラミック未加工シート（ａ）と、サーマルビアの開口を２つ以上に分割する補強構造を設けて形成されたセラミック未加工シート（ｂ）とを準備するステップと、
   （２）前記セラミック未加工シートを一体に積層し、それにより、前記サーマルビアの開口を２つ以上に分割し、前記サーマルビアの高さよりも小さい高さの補強構造を有する積層未加工シートを形成するステップと、
   （３）前記積層未加工シートを焼成するステップと
   を含む方法。
8. 請求項１に記載のセラミック基板を備える電子コンポーネント。

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