JP3314133B2

JP3314133B2 - 配線基板

Info

Publication number: JP3314133B2
Application number: JP07784396A
Authority: JP
Inventors: 昭彦西本; 桂林; 幸洋平松; 理一笹森
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2002-08-12
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JPH09270482A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、多層配線
基板及び半導体素子収納用パッケージなどに適した高熱
伝導かつ耐薬品性に優れた、無機質フィラーと有機樹脂
との複合材料からなる絶縁基板を備えた配線基板に関す
るものである。

【０００２】

【従来技術】従来より、配線基板、例えば、半導体素子
を収納するパッケージに使用される配線基板として、比
較的高密度の配線が可能な多層セラミック配線基板が多
用されている。この多層セラミック配線基板は、アルミ
ナなどの絶縁基板と、その表面に形成されたＷやＭｏ等
の高融点金属からなる配線回路とから構成されるもの
で、この絶縁基板の一部に凹部が形成され、この凹部内
に半導体素子が収納され、蓋体によって凹部を気密に封
止されるものである。

【０００３】ところが、このような多層セラミック配線
基板を構成するセラミックスは、硬くて脆い性質を有す
ることから、製造工程または搬送工程において、セラミ
ックスの欠けや割れ等が発生しやすく、半導体素子の気
密封止性が損なわれることがあるために歩留りが低い等
の問題があった。

【０００４】また、多層セラミック配線基板において
は、焼結前のグリーンシートにメタライズインクを印刷
して、印刷後のシートを積層して焼結させて製造される
が、その製造工程において、高温での焼成により焼成収
縮が生じるために、得られる基板に反り等の変形や寸法
のばらつき等が発生しやすいという問題があり、回路基
板の超高密度化やフリップチップ等のような基板の平坦
度の厳しい要求に対して、十分に対応できないという問
題があった。

【０００５】そこで、最近では、有機樹脂を含む絶縁基
板の表面に銅箔を接着しエッチング法により微細な回路
を形成したり、回路パターンを印刷した後に積層して多
層化したプリント基板も提案されている。また、このよ
うなプリント基板においては、その強度を高めるため
に、絶縁基板を、有機樹脂に対して無機質フィラーを分
散させた複合材料により構成した基板も提案されてお
り、これらの複合材料からなる絶縁基板上に多数の半導
体素子を搭載したマルチチップモジュール（ＭＣＭ）等
への適用も検討されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、集積回
路の微細化が進むにつれ、半導体素子からの熱の発生も
多くなるため、このような有機樹脂を含む基板において
もその放熱性が重要な要素となっているが、これまでの
プリント基板の熱伝導率は、１Ｗ／ｍ・Ｋと低く、発熱
の大きいＩＣチップ用の基板としては用いることができ
ず、熱伝導性の改善が強く望まれている。

【０００７】熱伝導性を高める方法としては、絶縁基板
において高熱伝導性の材料を複合化させることが最も容
易な方法である。そこで、従来より高熱伝導性材料とし
て知られる窒化アルミニウムを無機質フィラーとして有
機樹脂と複合化させることが有効であると考えられる。

【０００８】ところが、無機質フィラーとして窒化アル
ミニウムを用いて有機樹脂と複合化させた配線基板を製
造する際、メッキ工程において酸やアルカリ等の薬品に
対して窒化アルミニウムが腐食して絶縁基板が劣化する
という問題があり、特にアルカリ性の薬品に対しては、
窒化アルミニウム自体が溶解するため劣化が著しいとい
う問題があった。

【０００９】

【問題を解決するための手段】本発明者等は、前記問題
に対して鋭意検討を重ねた結果、無機質フィラーとして
窒化アルミニウムを用いて有機樹脂と複合化させる場
合、窒化アルミニウムの表面に酸化アルミニウム層を形
成して複合化させると、基板の熱伝導率を高めるととも
にメッキ工程において酸やアルカリ等の薬品に対する劣
化を防止できることを見いだした。

【００１０】即ち、本発明の配線基板は、絶縁性基板
と、銅、アルミニウム、銀、金のうちの少なくとも１種
の低抵抗金属からなる配線回路を具備した配線基板であ
って、前記絶縁基板が、表面に１．２〜１０重量％の酸
化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム粉末を全量
中３０〜８０体積％含む無機フィラーと、有機樹脂との
複合材料からなることを特徴とするものである。また、
かかる構成において、前記窒化アルミニウム粉末は、窒
化アルミニウム粉末を酸化処理して作製されたものであ
ることを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の配線基板は、絶縁基板
と、その表面または内部に配設された配線回路とを具備
するものであり、特に絶縁基板は、無機質フィラーと有
機樹脂との複合材料から構成されるものである。

【００１２】本発明によれば、絶縁基板における無機質
フィラーとして、表面に酸化アルミニウム層を形成した
窒化アルミニウム粉末を用いることが重要である。窒化
アルミニウム粉末を用いることにより、それ自体が高熱
伝導性を有することから、絶縁基板全体の熱伝導性を高
める作用をなす。また、窒化アルミニウム単体では、酸
やアルカリに対して劣化する性質を有するが、その表面
に酸化アルミニウム層を形成することにより酸やアルカ
リ等の薬品に対する劣化が防止できる。

【００１３】ここで、無機質フィラーとして用いられる
窒化アルミニウム粉末は、還元窒化法、直接窒化法のい
ずれによるものを用いても構わない。また、粉末形状と
しては、アスペクト比（＝長径／短径）が１〜２の範囲
のものが良好に使用できる。

【００１４】アスペクト比が２を越えると、フィラーの
流動性がなくなるため樹脂との混合が難しく、フィラー
の配合量を増加できない。また、粉末の平均粒径は２０
μｍ以下、望ましくは１０μｍ以下、最適には７μｍ以
下のものが良好に使用できる。

【００１５】これは、平均粒径が２０μｍを越えると基
板を微細加工する際に適当でないためである。

【００１６】また、窒化アルミニウム粉末の表面には酸
化アルミニウム層が形成されるが、この酸化アルミニウ
ム量は、粉末中に含まれる酸素を酸化アルミニウム（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）換算した量で、１．２〜１０重量％で、望ま
しくは１．５〜８重量％の量であるのが良く、粉末表面
の酸化アルミニウム層の厚みは１〜５０ｎｍが適当であ
る。なお、前記酸化アルミニウム量が１．２重量％より
低くなると、酸化アルミニウム層の生成が十分でなく、
耐薬品性の向上が期待できず、１０重量％より高いと絶
縁基板の熱伝導率が低下するためである。

【００１７】窒化アルミニウム粉末への酸化アルミニウ
ム層の形成は、例えば、窒化アルミニウム粉末を酸化性
雰囲気中で加熱処理して窒化アルミニウムを酸化させる
ことが最も安易である。この酸化処理の温度は、粉末の
粒径あるいは処理時間によって若干異なるが、７００〜
１４００℃の温度範囲が適当で、雰囲気としては大気
中、水蒸気、炭酸ガス等の酸化性ガスであればいずれの
雰囲気でも良く、これらのガスを混合して使用しても良
い。

【００１８】一方、上記窒化アルミニウム粉末が分散さ
れる有機樹脂としては、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテ
ル樹脂）、ＢＴレジン（ビスマレイドトリアジン）、エ
ポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール
樹脂等の樹脂からなり、とりわけ原料として室温で液体
の熱硬化性樹脂であることが望ましいが、熱可塑性のも
のであっても使用でき、さらにはこれらのものを混合し
て用いることもできる。

【００１９】また、無機質フィラーとして上記窒化アル
ミニウム粉末は、全量中、３０〜８０体積％の割合で有
機樹脂と複合化させることが好適である。これは、窒化
アルミニウム粉末量が３０体積％より少ないと、絶縁基
板の熱膨張係数が大きく成りＩＣチップなどの半導体素
子の実装の信頼性が損なわれるとともに、高熱伝導化の
効果が小さく、また、８０体積％を越えると、無機質フ
ィラーと有機樹脂とを均一に混練することが難しく、樹
脂が不均一に存在してポーラスになるため絶縁基板とし
ての特性が発揮できないためである。

【００２０】さらに、本発明によれば、無機質フィラー
としての窒化アルミニウム粉末を他の無機質フィラーと
の組み合わせで用いることができる。組み合わせること
のできる無機質フィラーとしては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ
₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＳｉＣ、ＢａＴｉＯ₃、Ｓｒ
ＴｉＯ₃、ゼオライト、ＣａＴｉＯ₃、ほう酸アルミニ
ウム等の公知の材料が使用できる。これらフィラーの形
状は平均粒径が２０μｍ以下、特に１０μｍ以下、最適
には７μｍ以下の略球形状の粉末のものが好適である。
この時、窒化アルミニウム粉末量は３０体積％を下回る
ことなく、無機質フィラーの合計量が８０体積％を越え
ないように配合することが望ましい。

【００２１】具体的に、配線基板を作製するには、ま
ず、表面に酸化アルミニウム層が形成された窒化アルミ
ニウム粉末を含む無機質フィラーと有機樹脂とを前述し
た割合で秤量し、これに希釈溶剤、樹脂の硬化促進剤な
どを加えた後、混練機（ニーダ）、３本ロールなどの混
合手段により十分に混合してスラリーを調製する。

【００２２】そして、このスラリーを用いて、ドクター
ブレード法、圧延法、押し出し法などの手法によりシー
ト状に成形した後、望ましくは、このシートを半硬化さ
せる。半硬化には、有機樹脂は熱可塑性樹脂の場合に
は、加熱下で混合したものを冷却し、熱硬化性樹脂の場
合には、完全固化するに十分な温度よりもやや低い温度
に加熱すればよい。

【００２３】そして、このシートの表面に配線回路を形
成する。配線回路パターンを形成する金属としては、配
線基板の高精度および高集積化の適応するには、銅、ア
ルミニウム、金、銀のうちの少なくとも１種からなるこ
とが望ましい。配線回路の形成には、上記金属の金属箔
を絶縁層に接着剤で張りつけた後に、回路パターンのレ
ジストを形成して酸等によって不要な部分の金属をエッ
チング除去するか、予め打ち抜きした金属箔を張りつけ
る。また、他の方法としては、絶縁層の表面に導体ペー
ストを回路パターンにスクリーン印刷、グラビア印刷、
フォトレジスト法等によって形成して乾燥後、加圧して
絶縁層に密着させることで形成できる。

【００２４】さらに無電解メッキや蒸着法などの手法に
より形成することもできる。

【００２５】次に、このようにして配線回路パターンが
形成されたシートに対して、所望によりスルーホールや
ビアホールなどを打ち抜き法あるいはレーザー加工によ
り形成して金属ペーストを充填した後、上記のようにし
て配線回路が形成された複数の絶縁層を積層圧着した
後、１８０〜２５０℃の温度に加熱して絶縁基板を完全
に硬化させることにより、多層配線基板を作製すること
ができる。

【００２６】このように、本発明の配線基板は、無機フ
ィラーと樹脂とを均一に混合した複合材料よりなる基板
表面に、銅、アルミニウム、金、銀のうちの少なくとも
１種からなる配線回路を形成された基板であり、今後の
半導体の主要な実装形式と考えられているフリップチッ
プ方式の実装に適した高密度の配線基板を提供できると
ともに、無機フィラーとして、表面に酸化アルミニウム
層を形成した窒化アルミニウムを用いることにより、基
板の熱伝導性を高めるとともに、酸やアルカリ等の薬品
に対して劣化のない信頼性の高い基板を提供できる。

【００２７】

【実施例】本発明の配線基板を作製するにあたり、無機
質フィラーとして、平均粒径５μｍ、平均アスペクト比
１．１、酸素量１重量％の還元窒化法により得られた窒
化アルミニウム粉末と、平均粒径５μｍの溶融シリカ、
平均粒径５μｍのＡｌ₂Ｏ₃粉末、平均粒径５μｍのＺ
ｒＯ₂粉末、平均粒径５μｍのＴｉＯ₂粉末を、有機樹
脂としてＢＴレジン、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂を
準備した。また、試料Ｎo.２５については平均粒径（短
径）３．３μｍ、平均アスペクト比１．５の窒化アルミ
ニウム粉末、試料Ｎo.２６については平均粒径（短径）
２．５μｍ、平均アスペクト比２の窒化アルミニウム粉
末をそれぞれ用いた。

【００２８】そして、上記窒化アルミニウム粉末に対し
て、表１に示す温度条件で大気中、３０分酸化処理を行
った。処理後の窒化アルミニウム粉末表面の酸素量は、
ＬＥＣＯ社酸素窒素同時分析装置により測定し、その酸
素量を酸化アルミニウム換算した量を表１に示した。

【００２９】そして、これらの粉末を用いて、表１に示
す割合で調合した後、さらに希釈溶剤として、ＢＴレジ
ンの場合は酢酸ブチル、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂
の場合はメチルエチルケトンを用い、さらに硬化促進剤
を加え、混練機で混合し、スラリーを調製した。このス
ラリーをドクターブレード法により、厚み２００μｍの
シート状に成形した。このシートを５０ｍｍ□にカット
し、パンチング法によりビアホールを形成した。このシ
ートに銅を主成分とする導体ペーストをスクリーン印刷
法により回路を形成し、ビアホールにも導体ペーストを
埋め込んだ。このようにして得られたシートを８層積層
し、２００℃、３０分、大気中で樹脂を硬化し、多層配
線基板を得た。

【００３０】得られた多層配線基板に対して、レーザー
フラッシュ法（試料厚み３ｍｍ）によりの熱伝導率を測
定した。また、耐薬品性は、酸性薬品として３５％−Ｈ
Ｃｌ溶液を、アルカリ性薬品として４Ｎ−ＮａＯＨ溶液
を用いて、該溶液を２５℃に保持して１００時間浸漬し
た後、該浸漬前後の重量変化を測定すると共に外観を目
視及び顕微鏡により観察し、変化が認められないものを
○、製品の一部が溶出または変色したものを×で表示し
た。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１から明らかなように、酸化アルミニウ
ム量が１．２重量％未満の試料Ｎo.１、２は、高熱伝導
性を有するものの、耐薬品性が悪いものであった。ま
た、酸化アルミニウム量が１０重量％を越える試料Ｎo.
１２、１３は、熱伝導率が低下し、窒化アルミニウム配
合による効果が小さい。また、窒化アルミニウム量が３
０体積％より少ない試料Ｎo.１４、１５も熱伝導率が低
く、８０体積％を越える試料Ｎo.２７では熱伝導率が高
いものの、ポーラスな組織となり耐薬品性が低下した。

【００３３】これらの比較例以外の本発明品は、いずれ
も熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、耐薬品性においてはＨ
Ｃｌに対して１ｍｇ／ｃｍ²以下、ＮａＯＨに対して１
ｍｇ／ｃｍ²以下の重量減少を示すもので、高熱伝導性
および耐薬品性に優れるものであった。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の配線基板
は、絶縁基板が無機フィラーと樹脂との複合材料からな
るとともに、高熱伝導性を有し、且つ酸やアルカリ等の
薬品に対して劣化のない信頼性の高いものであり、ま
た、銅、アルミニウム等の低抵抗金属の配線回路を具備
することから、高集積化やフリップチップ方式などの実
装に適した高密度の配線基板を提供できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/13 H05K 1/03 610

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板と、銅、アルミニウム、銀、金
のうちの少なくとも１種の低抵抗金属からなる配線回路
を具備した配線基板において、前記絶縁基板が、表面に
１．２〜１０重量％の酸化アルミニウム層を有する窒化
アルミニウム粉末を全量中３０〜８０体積％の割合で含
む無機フィラーと、有機樹脂との複合材料からなること
を特徴とする配線基板。
【請求項２】前記窒化アルミニウム粉末は、窒化アルミ
ニウム粉末を酸化処理して作製されたものである請求項
１記載の配線基板。