JP2965223B2 - 放熱用複合基板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放熱性に優れた放熱用
複合基板に関し、特に、ＩＣ等の高密度実装や高速信号
処理を可能にする放熱用複合基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、導体配線やコンデンサ等を内層化
した低温焼成のガラスセラミックス基板が実用化されつ
つある。このような基板は、従来のガラス−エポキシ基
板に比べて微細配線が可能であり、しかも、多層化が容
易であるため、基板全体を小型化できるというメリット
を有している。

【０００３】一方、ＩＣ等を高密度に実装したり、ま
た、高速でＩＣに信号処理させたりすると、ＩＣチップ
自身が発熱し、その性能が劣化することが知られてい
る。従って、基板をガラスセラミックス製にすることに
より微細配線を可能にしても、ＩＣの発する熱を逃さな
ければ、高密度実装はできないものである。

【０００４】上記問題点を解決するため、従来、ガラス
セラミックス基板と高熱伝導性の窒化アルミニウム基板
とを接合し、ＩＣの発する熱を速やかに取り去ることが
提案されている。例えば特開昭63−213948号公報には、
ガラスにより接合された窒化アルミニウム基板とガラス
セラミックス基板とからなる複合基板を提案している。
その他にも、銀ロウ等で部品実装面の裏面に窒化アルミ
ニウムや炭化けい素、金属板等の高熱伝導性放熱材料を
接合し、発生した熱を放熱する試みも提案されている。

【０００５】しかしながら、もともとガラスセラミック
スの熱伝導率が低いため、裏面に接合された放熱材料に
熱が達しにくく、結果として期待されたほどの放熱効果
の改善が見られなかった。

【０００６】そこで、これを改善すべく研究が行なわ
れ、ガラスセラミックス基板の発熱部品実装部分に熱伝
導性の高い物質を置換して熱輸送経路とし、直接この物
質を通して放熱材料まで熱を伝導する、という提案がな
されている。この場合、ガラスセラミックス基板に予め
大きな穴を開けておく必要があり、このため、製造上困
難を極め、コストが高くなってしまう欠点を有してい
る。

【０００７】この欠点を解消するため、更に改善された
提案がなされている。即ち、内部配線を層間で接続する
ためのヴァイアホ−ルをこの熱輸送経路として用いると
いうものである。この方法は、内部回路配線用のヴァイ
アホ−ルを穿孔するとき、同時に伝熱用ヴァイアホ−ル
も穿孔でき、更には、内部回路配線用ヴァイアホ−ルに
導体を充填するとき、同時に伝熱物質としての導体も充
填することができるため、特別な工程を必要とせず、実
際の製造工程を考えると、実に優れた提案であるという
ことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように優れた方法
であるけれども、この方法では、単位面積当りに形成で
きる伝熱用ヴァイアホ−ルの断面積は限られており、ま
た、伝熱用ヴァイアホ−ルの設置可能な部分は、発熱部
品の電極等の関係上ほぼ発熱部品の大きさ程度までであ
るため、伝達できる熱の量に限界があり、発熱部品が過
熱してしまうという問題点を有している。

【０００９】そこで、本発明者等は、上記問題点を解決
すべく検討を重ね、ガラスセラミックスの第２層以後は
発熱部品の電極形状等の制約がないという点に着目し、
この着想を基にして更に研究を重ねた結果、本発明を完
成したものである。即ち、本発明は、上記問題点を解決
する放熱用複合基板を提供することを目的とし、そし
て、ＩＣ等の高密度実装や高速信号処理を可能とする放
熱用複合基板を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そして、本発明は、上記
したとおり、ガラスセラミックスの第２層以後の層が発
熱部品の電極形状等の制約がないという事実に基づい
て、この第２層以後の伝熱用ヴァイアホ−ルの総断面積
を第１層の伝熱用ヴァイアホ−ルの総断面積より多くし
たことを特徴とし、これによって、上記目的を達成した
ものである。即ち、本発明は、発熱部品実装位置に複数
本の伝熱用ヴァイアホ−ルを設けたガラスセラミックス
多層基板と窒化アルミニウム基板とからなる放熱用複合
基板において、ガラスセラミックスの第２層以後の伝熱
用ヴァイアホ−ルの総断面積を第１層の伝熱用ヴァイア
ホ−ルの総断面積より多くし、かつ、各層間を熱導体に
よって接続してなることを特徴とする放熱用複合基板を
要旨とする。

【００１１】以下、本発明を詳細に説明すると、本発明
の構成材料であるガラスセラミックス基板としては、従
来公知のものを使用することができる。これを例示すれ
ば、本発明で特に限定するものではないが、アルミナ、
石英ガラス、ムライト、コ−ディエライト、亜鉛アルミ
ナスピネル等の結晶質粒子と非晶質ガラスマトリックス
とからなる基板であって、通常、1050℃以下の温度にて
焼成された基板であり、必要に応じて内層に銀や銅など
からなる配線が形成され、ヴァイアホ−ルと呼ばれる層
間配線をもったものを使用することができる。（以下、
混乱を避けるため、電気回路配線のためのヴァイアホ−
ルを「内部回路配線用ヴァイアホ−ル」と称し、伝熱の
ためのヴァイアホ−ルを「伝熱用ヴァイアホ−ル」と称
する。）

【００１２】また、本発明の構成材料である放熱用の窒
化アルミニウム基板としては、通常、市販されているも
のを用いることができ、熱伝導率が高いものほど好適に
使用することができる。

【００１３】本発明において、伝熱用ヴァイアホ−ルに
導体を充填する方法としては、周知・慣用手段により、
例えば、各層ごとにパンチングマシ−ンで穿孔した伝熱
用ヴァイアホ−ルに、印刷法により、導体ペ−ストを充
填することができる。そして、上記各層を積層し、プレ
スし、焼成することにより得られたガラスセラミックス
多層基板を使用することができる。

【００１４】また、上記の伝熱用ヴァイアホ−ルに対す
る導体充填方法として、前記した従来法により、即ち、
回路配線用ヴァイアホ−ルに充填する導体と同一導体を
使用し、そして、内部回路配線用ヴァイアホ−ルに導体
を充填するとき、同時にこの導体を伝熱用ヴァイアホ−
ルにも充填する手段を採用することができる。この手段
は、製造工程上、また、コスト的にみても有利であると
ころから、本発明で限定するものでないが、特に好まし
い。

【００１５】本発明の特徴とするところは、前記したと
おり、ガラスセラミックス多層基板の第２層以後の伝熱
用ヴァイアホ−ルの総断面積を第１層のその総断面積よ
り多くする点にあり、具体的には、第２層以後の伝熱用
ヴァイアホ−ルの総数（穿孔数）を第１層の伝熱用ヴァ
イアホ−ルの総数（穿孔数）より増加すること（換言す
れば、第２層以後の層に、第１層の伝熱用ヴァイアホ−
ルよりも多くの伝熱用ヴァイアホ−ルを設けること）に
より達成することができる。勿論、伝熱用ヴァイアホ−
ルの径を太くすることによっても達成することができ
る。この点を更に説明すると、前記したとおり、表面層
（第１層）の単位面積当りに設置できるヴァイアホ−ル
の断面積は、限られており、発熱部品の大きさで規制さ
れ、ほぼ定まってしまうけれども、第２層以後は、その
制約がないため、任意に設置でき、任意数又は任意径の
伝熱用ヴァイアホ−ルを穿孔することができる。

【００１６】そして、各層に内部回路を形成するための
導体を印刷する際、これと同じ導体を伝熱用ヴァイアホ
−ル上にもそれぞれがつながるように印刷することによ
り作ることができる。この場合、伝熱用ヴァイアホ−ル
間を線で接続するよりも、面状（ベタ）に接続する方
が、面内の熱抵抗がより低下するため、特に好ましい。

【００１７】

【作用】従来法による場合、第１層から最終層まで同じ
断面積であるため、１層当りの熱抵抗値は同一である。
これに対して、本発明では、第１層の熱抵抗値について
は、従来法によるものと同一であるけれども、第２層以
後は、総断面積を増加したことにより低い熱抵抗値とな
り、そのため、全体として熱抵抗が低減し、発熱部品の
発する熱を放熱用窒化アルミニウム基板まで効率よく伝
達する作用が生ずる。また、各層間が接続しているた
め、各層のヴァイアホ−ルの熱抵抗値が多少バラついて
も、効率よく熱を分配して伝達することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１に基づいて詳細
に説明する。 （実施例）図１は、本発明の実施例を示す放熱用複合基
板の模式図であって、以下に記載するとおり、伝熱用ヴ
ァイアホ−ル３、４を有する第１層〜第６層からなるガ
ラスセラミックス多層基板１と窒化アルミニウム基板２
とよりなる放熱用複合基板である。

【００１９】放熱用材料として、2インチ角、厚さ0.625
ｍｍの窒化アルミニウム基板２を用いた。また、ガラス
セラミックス多層基板１として、同じく2インチ角のＲ
Ｃ基板（日本セメント社製）を用いた（全６層で0.6ｍ
ｍ厚）。

【００２０】第１層〜第６層からなるガラスセラミック
ス多層基板１は、発熱部品実装位置に予めパンチングマ
シ−ンにて伝熱用ヴァイアホ−ル３、４を穿孔し、銀ペ
−ストをその中に充填した後、積層し、焼成して製造し
た。このうち、発熱部品を実装する第１層の伝熱用ヴァ
イアホ−ル３は、発熱部品（寸法：1.6ｍｍ×3.2ｍｍ、
電極間隔約1.5ｍｍの51オ−ムチップ抵抗）の電極用パ
ッド（図示せず）間に、直径0.25ｍｍの伝熱用ヴァイア
ホ−ル３を0.5ｍｍ間隔で、横に２列、縦に３列の計６
本穿孔した。その他の層（第２〜６層）には、第１層の
伝熱用ヴァイアホ−ル３の設置位置を中心にして、同一
直径及び同一間隔で、横に４列、縦に５列の計２０本の
伝熱用ヴァイアホ−ル４を穿孔した。

【００２１】それぞれの伝熱用ヴァイアホ−ル３、４
に、回路配線用ヴァイアホ−ルに用いるものと同じ銀導
体ペ−ストを充填し、更に、各層ごとに伝熱用ヴァイア
ホ−ル３、４の設置部分全体を内部配線用銀導体ペ−ス
トで覆うように印刷した（図示せず）。次に、第１層〜
第６層を積層し、熱圧着した後、焼成してガラスセラミ
ックス多層基板１（ＲＣ基板）とした。

【００２２】このガラスセラミックス多層基板１と窒化
アルミニウム基板２とを、二液性耐熱エポキシ樹脂を用
いて接着し、次に、1.6×3.2ｍｍの寸法の51オ−ムチッ
プ抵抗をクリ−ムはんだにて前述したパットにはんだ付
けし、更に、0.5ｍｍφの導線もはんだ付けした（図示
せず）。

【００２３】次に、焦点が2ｍｍφの放射温度計にてチ
ップ抵抗の温度を測定しながら、チップ抵抗に１ワ ッ
ト（0.14アンペア）の直流電流を流し、チップ抵抗の温
度が一定となったときの温度を測定したところ、52.3℃
であった。なお、この測定は、湿度60％、室温20℃にコ
ントロ−ルした室内で行ない、無風状態での数値であ
る。

【００２４】（比較例）第２層以後の伝熱用ヴァイアホ
−ルの本数を第１層と同じにした以外は、実施例と同様
に製造し、実施例と同一条件でチップ抵抗の温度を測定
したところ、68.9℃であった。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、ガラス
セラミックス多層基板の第２層以後の伝熱用ヴァイアホ
−ルの総断面積を第１層の伝熱用ヴァイアホ−ルの総断
面積より多くした構造の放熱用複合基板であり、その構
造が極めて簡単であって、容易に作製することができ、
しかも、放熱性に優れた基板を得ることができる効果を
有する。そして、本発明により、より高度な、例えばＩ
Ｃ等の高密度実装や高速信号処理をすることができる集
積回路用基板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す放熱用複合基板の模式図
である。

【符号の説明】

１ ガラスセラミックス多層基板 ２ 窒化アルミニウム基板 ３ 伝熱用ヴァイアホ−ル ４ 伝熱用ヴァイアホ−ル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−155973（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/12 H01L 23/15 H05K 3/46

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱部品実装位置に複数本の伝熱用ヴァ
   イアホ−ルを設けたガラスセラミックス多層基板と窒化
   アルミニウム基板とからなる放熱用複合基板において、
   ガラスセラミックスの第２層以後の伝熱用ヴァイアホ−
   ルの総断面積を第１層の伝熱用ヴァイアホ−ルの総断面
   積より多くし、かつ、各層間を熱導体によって接続して
   なることを特徴とする放熱用複合基板。
2. 【請求項２】 第２層以後の伝熱用ヴァイアホ−ルの穿
   孔数を第１層の穿孔数より多く設けてなる請求項１に記
   載の放熱用複合基板。