JP2685806B2 - 多層配線回路基板 - Google Patents

多層配線回路基板

Info

Publication number
JP2685806B2
JP2685806B2 JP63130386A JP13038688A JP2685806B2 JP 2685806 B2 JP2685806 B2 JP 2685806B2 JP 63130386 A JP63130386 A JP 63130386A JP 13038688 A JP13038688 A JP 13038688A JP 2685806 B2 JP2685806 B2 JP 2685806B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aln
conductor
circuit board
powder
sintering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP63130386A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH01300584A (ja
Inventor
昭宏 堀口
佳子 佐藤
文雄 上野
光男 加曽利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP63130386A priority Critical patent/JP2685806B2/ja
Publication of JPH01300584A publication Critical patent/JPH01300584A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2685806B2 publication Critical patent/JP2685806B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は窒化アルミニウム焼結体を絶縁体層として用
いた回路基板に係り、特に導体層が一体焼結されてなる
多層配線を有する回路基板に関する。
(従来の技術) 電子機器の小型化に伴い、回路基板に実装される半導
体素子からの発熱をいかに効率良く放熱するかが重要な
問題となってくる。また電力用半導体素子の実装の場合
も放熱は重要な問題である。
従来、回路基板用の絶縁材料としてはAl2O3セラミッ
クスが広く用いられている。しかしながら、Al2O3は熱
伝導性が低いため、放熱性に問題があり、電気絶縁性等
の絶縁体としての電気的諸特性に優れ、かつ熱伝導性に
優れたAlNセラミックスの回路基板への応用が検討され
ている(特開昭60−178688号)。
ところで電子機器の小型化、高密度化を考慮すると回
路基板の配線にも高密度化が要求され、多層化は必須の
技術となり、AlNセラミックスの多層基板も検討されて
いる(特開昭60−253295号、特開昭60−253294号)。Al
2O3セラミックスではグリーンシート積層の一体焼結の
技術が確立されているが、この技術をそのままAlNセラ
ミックスに応用することはAlNとAl2O3の基本的物性の違
いから、困難である。
(発明が解決しようとする課題) このようにAlNセラミックスを用いた多層配線基板へ
の要求は高まっているが、同時焼成時、AlNセラミック
ス部と導体部との収縮率のミスマッチに起因するAlNセ
ラミックス部のクラックの発生と、基板のそりおよびう
ねり、導体路の断線、剥離等が生じ、実用化には至って
いないのが現状である。
本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、焼成
過程の各温度域で導体部と絶縁体部の収縮率をマッチン
グすることにより、AlNセラミックス内部に発生するク
ラックをなくし、導体層と絶縁体層との密着性が強固
で、そり,うねり,断線の生じ難いAlNセラミックスを
用いた回路基板、特に同時焼結による多層配線を有する
回路基板を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段および作用) 本発明は、AlNを主成分とし、必要に応じ希土類元素
及び/又はアルカリ土類元素の少なくとも一種を含有す
る焼成体からなる絶縁体層と、AlNセラミックスを含有
する導電体層または、AlNおよび希土類元素及び/又は
アルカリ土類元素の少なくとも一種の化合物を含有する
導電体層を多層形成したことを特徴とする回路基板であ
る。
そして、このような回路基板は、AlNグリーンシート
に、AlNが24〜70vol%含有(有機バインダーおよび有機
溶剤分は除く)されている導体ペースト、またはAlNが2
4〜70vol%含有(有機バインダーおよび有機溶剤分は除
く)されており、さらに希土類および/またはアルカリ
土類元素の少なくとも一種からなる化合物も含有されて
いる導体ペーストで、AlNグリーンシートの少なくとも
一部分(好ましくはスルーホール部分)に回路を形成
し、同時焼成することにより得ることができる。
本発明においては、導電体層にAlNを含有せしめるこ
とにより、導電体層と基板母体部であるAlN絶縁体層の
焼成時の収縮率のミスマッチをきわめて少なくし、AlN
中でのクラックをなくし、基板のそり,導体層の剥離,
断線等を改善する。この導体部中の導電体は特に限定さ
れているものではなく、AlNセラミックスの焼結温度に
耐え得るものであればよいが、W,Mo,TiN,ZrN等が挙げら
れ、特に好ましくは、Wである。
これらの導電体は焼成時において、いずれも特有のAl
Nと異なる収縮挙動を示すが、AlNまたは上述した化合物
を含むAlNの適正な添加により、ほぼAlNと同様な収縮挙
動を持つことができる。すなわち、これらの導電体はAl
Nの焼結を阻害することなく、また、AlNもこれらの導電
体の焼結を阻害することがない。場合によっては組み合
せにより焼結性を高めあうことも生じる。そのためこれ
らを適正に組み合せることにより、絶縁体層としてのAl
N焼結体とほぼ同じ収縮挙動を示す導体層を得ることが
できる。もちろん、使用するAlN粉体の性状、添加する
化合物の組成と量そして成形方法などによAlNの焼結性
は大きく変化するので、導体部に混入させるAlN粉そし
て添加する化合物の組成と量もそれに合せて吟味する必
要がある。
本発明者らの研究結果によれば導電体層に混入させる
AlN粉体の量は24〜70vol%が好ましく、これ未満では収
縮率合せが困難であり、この範囲を超えると、導体部の
電気抵抗上昇または断線などにより、実用的でなくな
る。さらには30vol%以上が好ましく、最も効果的なの
は40vol%以上添加のときである。
本発明において、絶縁体層そして導体部へ混入するAl
N粉末は、遠心沈降法による平均粒径が0.5〜3.0μm、
より好ましくは0.8〜2.5μmBET比表面積が0.5〜50m2/g
より好ましくは1〜30m2/g、不純物酸素量が0.1〜3重
量%、より好ましくは0.3〜1.5重量%の各範囲にあるも
のが使用できる。
また、AlNの焼結助剤としてはSc,Yそしてランタニド
系列の各元素、そしてCa,Sr,Baが挙げられ、特にY,La,C
e,Caが好ましく、これらの酸化物,フッ化物,窒化物,,
炭化物が使用できる。これらの焼結助剤はいずれもAlN
粉中の不純物酸素と反応して液相を生成し、焼結終了
後、Ln3Al5O12,LnAlO3,Ln2Al4O9,RAl4O7,RAl2O4,R3Al2O
6,R12Al14O33,RLnAlO4そしてRLnAl3O7(ここでRはアル
カリ土類元素、Lnは希土類元素を表わす)などの化合物
として焼結体中に残存する。
これらの焼結助剤の選択そして添加量は収縮率合せの
点から、絶縁体層の焼結に用いたものを、導体部へも添
加するのが好都合である。もちろん、回路に応じて変更
して用いることもできる。また、焼結助剤として、上述
した焼結体の残存する化合物を別途合成しておいて、こ
れを添加物として用いることもできる。
次いで本発明のAlN製多層配線回路基板の製造方法の
概略を以下に述べる。
まず、AlN粉そして、希土類および/またはアルカリ
土類金属などから成る粉末を、例えばボールミルなどの
手段で充分に混合・解砕する。この混合粉に成形方法に
応じた有機バインダーおよび有機溶剤を加えて充分に混
練する。
次に、例えばドクターブレード法などにより必要な応
じたサイズの成形体とし、これに焼成後に導体部となる
導電ペーストその他を印刷などの手段で形成させる。
これらの、導電体を一部形成されたAlN成形体を、回
路に応じて加熱,圧着して積層し、一端型の成形体を得
る。
これを、例えばN2中などの非酸化性もしくは還元性雰
囲気中で約700℃まで加熱することで有機バインダーそ
して有機溶剤などを除去する。
焼結も同じく非酸化性もしくは還元性雰囲気で行な
い、焼結温度は1600〜2000℃である。
焼結後、必要に応じて、メッキ,ピン立てなどを応な
い、AlN製回路基板を得る。
この様な焼結助剤の添加量は実用的にはAlNと添加物
の合計量を100重量部として0.1〜20重量%とするのが望
ましく、より好ましくは0.2〜10重量%である。
この時、焼結助剤添加量の計算は、焼成途中に組成変
化を伴う化合物については変化後の組成で算出する。
例えば、CaCO3はCaOに変化するのでCaOとして算出す
る。その他硝酸塩、シュウ酸塩などについても同様であ
る。また、既述したアルカリ土類金属そして希土類元素
の他にアルミニウム酸化物の添加も焼結性の改善に効果
がある。アルミニウム酸化物の添加は、特に不純物酸素
量が少ないAlN粉末又は、脱バインダーの後の成形体中
の残留カーボンが多い場合の焼結性改善が可能であっ
た。
アルミニウム酸化物はα−Al2O3,γ−Al2O3などが使
用可能であり焼成途中でこれらに変化する化合物が使用
されるが、過剰な添加は焼結体の熱伝導率の低下を招く
のでAl2O3として4重量%以内より好ましくは3重量%
以内にする必要がある。
(実施例) 実施例−1 平均粒径が6.5μmのW粉末に平均粒径が1.6μmで不
純物酸素量が0.9重量%、平均粒径が1.5μmのY2O33重
量%を含むAlN粉末を各24,40,60vol%添加した混合物を
n−ブタノールを分散媒としボールミルで充分に混合・
解砕した。
一方、同じAlN粉末に上記と同様なY2O3を3重量%添
加し、上記と同様な方法で混合・解砕した。
これらの混合粉末100重量部にバインダーとしてパラ
フィンを5重量%添加し、500kgcm-2の圧力下で、1軸
加圧し、10×10×50mm2の圧粉体とした。
上記各組成の圧粉体を脱バインダー後N2雰囲気、カー
ボンヒータ炉内で1000℃/時間で昇温し、1500,1600,17
00,1800℃まで昇温し、保持温度0分で降温した。焼成
後の収縮率を測定し、その結果を第1図に示した。
比較例−1 実施例−1で用いたW粉末を単味で実施例−1と同様
な方法で解砕・成形・焼成し、毎条件下での収縮率を測
定し、その結果を第1図に示した。
第1図で明らかのように、Y2O3添加AlN粉とW粉との
収縮挙動は大きく異なるが、W粉にAlN粉を添加するこ
とでその収縮挙動は大きく変化し、AlN60vol%では、ほ
ぼ一致する。
実施例−2 平均粒径が1.1μmのW粉末に実施例−1で用いたY2O
33重量%を含むAlN粉を実施例−1と同様に添加・混合
・解砕し、そして焼成した。焼成後、各条件下での収縮
率を測定しその結果を第2図に示した。
第2図には第1図の場合と同様にW単味の場合そして
Y2O33重量%添加AlN粉の場合も合わせて示した。
第2図で明らかのようにW粉にAlN粉を添加すること
でその収縮挙動を大幅に変化させることが可能であり、
特にAlNの緻密化が充分に達する1800℃では、収縮率が
ほぼ一致する。
また、第2図−2で示したうちの1800℃焼成体の体積
抵抗率を測定した。その結果を第3図に示した。
第3図で明らかなようにAlN40vol%加えても抵抗率に
殆んど変化なく、また、60vol%でも約5×10-5Ω・cm
で充分に低抵抗である。
実施例−3〜15 導体成分、AlN粉そして焼結助剤添加物を種々に変化
させ実施例−1と同様に圧粉体を試作した。これらを実
施例−1と同様な方法で、但し最適温度1800℃、保持時
間2時間で焼成した。
得られた焼成体の収縮率そして体積抵抗率を測定し
て、それら結果を第1表に示した。
第1表で明らかなように本発明では各種条件を変化さ
せても、収縮率合わせが可能である。また、導電体の電
気抵抗も充分低いことがわかる。
実施例−16 絶縁体層として実施例−2で用いたAlN粉末に平均粒
径1.5μmのY2O35重量%、そして平均粒径1.0μmのα
−Al2O31重量%を加え、これにアクリル系バインダー10
重量%そして有機溶剤を加えて、充分に混練してペース
ト状とした。ドクターブレード法により、厚さ0.9mmの
シートに成形した。シートを切断、穴あけし、導体5
層、セラミックス4層の一体型回路基板を加熱圧着で積
層して成形した。この時、導体線幅は100μm、最小導
体間隔は115μmとした。導体ペーストは回路部分にW
を導体成分とし、前述のAlN粉を25vol%添加したものを
用い、バイアホール部分は50vol%添加したものを用い
て、スクリーン印刷した。この成形体を窒素雰囲気中で
700℃まで加熱して脱バインダーし、カーボンヒーター
炉内、窒素雰囲気中で500℃/時間で焼温し、1800℃、
2時間で焼結した。
焼結体の熱伝導率をレーザーフラッシュ法で評価した
ところ200W・m-1K-1(23℃)であった。この同時焼成回
路基板は搭載可能なチップ最大寸法15×15m、ピン数301
ピン(信号276,電源16,接地8,誤挿入防止1)のピング
リッドアレイであり、基板裏面に42アレイのピンをロ0
−付けで接合した。
この時ピンを立てる前処理として、基板のW露出部に
Niメッキし、更にAuメッキを施した。
電気抵抗は信号線0.7Ω,電源線0.2Ω,接地線0.2ΩR
F容量は信号線間で1.5pF,対電源線で1.1pF,対接地線で
1.6pFといずれも充分実用に供せられるものであった。
また、この回路基板の熱抵抗は14℃/Wと、全く同型でア
ルミナセラミックスで製作したものが30℃/Wであるのに
比べて格段に低く、高密度化、大パワー化に適してい
た。
[発明の効果] 以上述べた如く、本発明から成るAlN製回路基板は、
絶縁体層と導体層との収縮率不一致に起因する、AlNセ
ラミックス部のクラックの発生、そり、うねりなどの変
形,導体層の断線,剥離などの諸問題を克服したもので
あり、高信頼性で、熱放散性に優れた性質を有するもの
である。
電子回路の高密度化,小型化,そして大パワー化など
に対応でき、その工業的価値は極めて大きいものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は焼成温度に対する各種組成物の収縮
率を表わす特性図、第3図はWに対するAlN添加量に対
する体積抵抗率の変化を表わす特性図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加曽利 光男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式 会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−281089(JP,A) 特開 昭62−211985(JP,A) 特開 昭63−29991(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】AlNを主成分とする絶縁体部と、この絶縁
    体部上に形成された導体部とを備えた多層配線回路基板
    であって、前記導体部がW,Mo,TiN又はZrNからなる導電
    体の他に、AlNが24〜70Vol%、希土類元素及び/又はア
    ルカリ土類元素化合物が含まれていることを特徴とする
    多層配線回路基板。
  2. 【請求項2】導体部が導体ペーストで構成され、そのペ
    ーストに含有される導電体の粒径が0.4〜7.0μmである
    ことを特徴とする請求項1記載の多層配線回路基板。
JP63130386A 1988-05-30 1988-05-30 多層配線回路基板 Expired - Lifetime JP2685806B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63130386A JP2685806B2 (ja) 1988-05-30 1988-05-30 多層配線回路基板

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63130386A JP2685806B2 (ja) 1988-05-30 1988-05-30 多層配線回路基板

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01300584A JPH01300584A (ja) 1989-12-05
JP2685806B2 true JP2685806B2 (ja) 1997-12-03

Family

ID=15033084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63130386A Expired - Lifetime JP2685806B2 (ja) 1988-05-30 1988-05-30 多層配線回路基板

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2685806B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5804288A (en) * 1993-12-29 1998-09-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Aluminum nitride wiring substrate
JP7438743B2 (ja) * 2019-12-16 2024-02-27 株式会社東芝 窒化アルミニウム配線基板およびその製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61281089A (ja) * 1985-05-31 1986-12-11 日本特殊陶業株式会社 窒化アルミニウム製基材の表面構造
JPH0738491B2 (ja) * 1986-07-23 1995-04-26 株式会社東芝 回路基板の製造方法及び回路基板
JPH0770798B2 (ja) * 1986-03-13 1995-07-31 株式会社東芝 高熱伝導性回路基板

Also Published As

Publication number Publication date
JPH01300584A (ja) 1989-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6273799A (ja) 多層セラミツク配線基板
JPH0387091A (ja) アルミナ多層配線基板及びその製造方法
CA1241079A (en) Laminar electrical component with magnesium orthoborate
JP3517062B2 (ja) 銅メタライズ組成物及びそれを用いたガラスセラミック配線基板
EP0598399B1 (en) Aluminum nitride sintered body, method for manufacturing the same, and ceramic circuit board
JP2685806B2 (ja) 多層配線回路基板
JP4552260B2 (ja) ニッケル粉末、電極用ペーストおよび電子部品の製造方法
JP2634133B2 (ja) 高誘電体層を有する窒化アルミニウム多層配線基板及びその製造方法
JP2763478B2 (ja) コンデンサ材料及び多層アルミナ質配線基板並びに半導体素子収納用パッケージ
JP3537698B2 (ja) 配線基板およびその製造方法
JP3443436B2 (ja) 容量内蔵型多層回路基板
JPS60253295A (ja) 多層セラミツク基板の製造方法
JP2002232142A (ja) 多層配線基板およびその製造方法
JP2580439B2 (ja) 高誘電率アルミナ質焼結体およびその製造方法
JPH0738491B2 (ja) 回路基板の製造方法及び回路基板
JPH04285073A (ja) 窒化アルミニウム質回路基板
JPH1153940A (ja) 銅メタライズ組成物及びそれを用いたガラスセラミック配線基板
JP3171695B2 (ja) 窒化アルミニウム回路基板の製造方法
JPH11274725A (ja) 多層配線基板およびその製造方法
JPS6310594A (ja) 高熱伝導多層セラミツク配線基板
JPH09260544A (ja) セラミック回路基板およびその製造方法
JP3628146B2 (ja) 低温焼成磁器組成物および低温焼成磁器
JP3709062B2 (ja) 窒化アルミニウム質配線基板およびその製造方法
JP2754806B2 (ja) 窒化アルミニウム基板用導体ペースト
JPS61230399A (ja) 高熱伝導多層セラミツク配線基板の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070815

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080815

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080815

Year of fee payment: 11

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080815

Year of fee payment: 11

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term