JPH01155685A - 窒化アルミニウム多層基板の製造方法 - 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、半導体用基板、ＩＣ用基板等に使用される熱
伝導性が良好な窒化アルミニウム基板に関するものであ
り、特に高密度実装用基板として有用な窒化アルミニウ
ム多層配線基板の改良に関するものである。

「従来の技術」 従来、電子機器等における半導体素子の搭載用基板とし
ては、化学的に安定で信頼性が高いことからアルミナ基
板が広く使用されている。

しかし、近年、電子機器の小型化・半導体部品の高密度
化及び高出力化が進むにともない、半導体を実装する基
板の単位面積あたりの発熱量が増大し、その放熱が大き
な問題となっている。

このため、従来使用されているアルミナの熱伝導率（約
２０Ｗ／ｍＫ）に比べて極めて高い熱伝導率（約７０〜
２６０Ｗ／ｍＫ）を有するとともに、Ｓｉとほぼ同じ熱
膨張率（約４．６　Ｘ　１０−１０／℃）をもつ窒化ア
ルミニウムが半導体部品の基板材料として注目され使用
されはじめている。

しかしながら、窒化アルミニウムは焼成温度が１８００
℃以上と高く、これに耐えられる適当な配線材料がない
こと等の理由により多層配線は困難視され、高集積ＬＳ
Ｉの実装用基板等としては実用化されていなかった。

ｒ発明が解決しようとする問題点」 しかるに、最近、直接窒化による窒化アルミニウム粉末
を原料としたグリーンシートにタングステン系導電材料
を印刷し、四枚重ねて５層配線とし、１７００℃で１時
間、Ｎ２雰囲気中で同時焼成した多層基板が報告され（
日経ニューマテリアル、１９８７年６月１日号、１０〜
１１頁参照）、更に、高純度の窒化アルミニウム粉末に
焼結助剤としてＣａＣ２粉末を混合し、有機バインダー
を加え、ドクターブレード法によって有機フィルム上に
グリーンシートを作製し、これにＶＩＡホールを形成し
、タングステン導体を印刷した後、所望のシートを積層
し、その後、脱バインダーを行ってから焼成した窒化ア
ルミニウム多層配線基板も提案されるなど（第２回マイ
クロエレクトロニクスシンポジウム要旨集、１９８７年
７月、１８５〜１８８頁参照）、窒化アルミニウム多層
配線基板の実用化が急速に進展している。

ところで、上述したように、これまで知られている窒化
アルミニウム多層配線基板の製造方法は、アルミナ多層
配線基板等の製造と同様に、グリーンシートにタングス
テンペーストやモリブデンペーストで配線パターンを印
刷したものを積層し、脱バインダーを行った後窒素およ
び酸素の混合ガス雰囲気中で焼結するという工程を経て
いる。しかし、窒化アルミニウムは、高温では微量の酸
素や水蒸気により酸化され易く、アルミナ等に変化する
性質がある。このため９通常、５００℃〜１０００℃の
温度で、配線用金属が酸化しないように、窒素ガス雰囲
気または窒素と水素の混合ガス中で行われる脱バインダ
ー工程で、新たに、アルミナ等の酸化物不純物が生成し
、この生成物質が焼結に悪影響を及ぼし、焼結体に反り
や濁りを生じ、また窒化アルミニウムの特徴である高熱
伝導性が十分に得られないという問題点があった。

本発明の目的は、上述した問題点を解決し、反りや濁り
がなく、かつ、高熱伝導性の窒化アルミニウム多層配線
基板を実現するための製造方法を提供することにある。

ｒ問題点を解決するための手段」 上記問題点を解決するために１本発明は、窒化アルミニ
ウム粉末に焼結助剤を混合してなる粉末に、有機バイン
ダーを加え、ドクターブレード法によってグリーンシー
トを作製し、これにスルーホールを形成し、所望の配線
パターンとなるようにタングステン等の導体を印刷した
後、シートを積層し、脱バインダーを行ってから強還元
性の雰囲気中で焼結して窒化アルミニウム多層配線基板
を得ることを特徴とするものである。

本発明において、上記焼結工程における強還元性雰囲気
としては、例えば、カーボン蒸気を含む窒素ガスを大気
圧以上に加圧した雰囲気がある。

この雰囲気中で酸化物不純物を含む窒化アルミニウム多
層基板を焼結すると、酸化物不純物は還元されて、再び
窒化アルミニウムになるため、焼結に悪影響を与えるこ
とがなく、反りや濁りが少なく高熱伝導性の焼結体が得
られるものである。

第１図に、本発明における窒素ガス圧と熱伝導率の関係
を示す。ガス圧が高いほど還元力は強く、熱伝導率が高
いものが得られることがわかる。

尚５本発明における上記焼結工程の雰囲気としては、真
空中またはＣＨ，ガス雰囲気などであっても良い。焼結
温度としては１通常、約１７００〜１９００℃の範囲の
温度が選択される。

また、本発明においてシートを積層するに際しては、シ
ート同志をより良く接着させるために、例えば、１００
〜１３０℃の温度で加熱するとともに、５０Ｋｇ／ｃｄ
以上の圧力で５〜２０分程度加熱・加圧することが望ま
しい。尚、この条件は、使用する樹脂の種類等に合わせ
て適宜選択変更すべきである。

また、本発明において、上記脱バインダーは、通常、窒
素ガス（Ｎ２）と水素ガス（Ｎ２）の混合雰囲気中で５
００〜１０００℃まで昇温することにより行われる。混
合雰囲気とするのは、窒素のみの雰囲気では熱分解が生
ずるのみで脱バインダーが上手く行われないためであり
、また、Ｎ２とＮ２の混合割合は約３対１程度として行
われる。

［実施例］ 以下、本発明を実施例および比較例に基づいてより詳細
に説明する。

（実施例） 粒径が約０．５４の窒化アルミニウム粉末９７ｗｔ％に
焼結助剤として３ｗｔ％の酸化ディスプロシウムを加え
た微粉末セラミック粉末に、該セラミック粉末１００ｇ
に対し有機バインダーとしてブチラール樹脂７．５ｇお
よび可塑剤３．３ｇをそれぞれ添加し、さらに溶剤とし
てトリクロルエチレン、テトラクロルエチレン、ブタノ
ールからなるアゼオドロープをセラミック粉末１００ｇ
当り９６ｍ１加え合わせ、ボールミルにて十分混合し、
セラミック粉末が均一に分散したスラリーを作製した。

ついで、攪拌しながら低圧で脱気し、スラリー内の気泡
を除去したのち、ドクターブレード型キャスティング装
置を用いて薄板化し、厚さ０゜２５１１Ｉｌのグリーン
シートを作製した。次に、このグリーンシートを切断し
て１００ｍ角のシートを作成し、これに上下配線パター
ン間の導通をとるだめのスルーホールを形成した。なお
、スルーホールの形成は、超硬合金性ピンを有する打ち
抜き金型で行った。

次に、タングステンペーストを用い、スクリーン印刷法
により、前記グリーンシートに形成したスルーホールに
ペーストを充填すると共に、グリーンシート上に配線パ
ターンを印刷形成する。尚、配線材料となるタングステ
ンペーストは、平均粒径１．５μｓのタングステン粉末
８０ｇに対し、有機バインダーとしてエチルセルロース
３ｇ、有機溶剤としてジエチレングリコール１７ｇをそ
れぞれ加え合わせ、らいかい機および３本ロールで混練
した後、ブチルカルピトールアセテートを加え粘度調整
をして作製したものを使用した。

続いて、上記所定の配線パターンを印刷形成したグリー
ンシートを所定枚数積み重ね、１２０℃、６０ｋｇ／ｃ
ｄの条件でホットプレスし、積層した。

次に、積層工程を終えたグリーンシート積層体の脱バイ
ンダーを行った。脱バインダーは、モリブデンを発熱体
とする箱型電気炉を用い、窒素および水素の混合雰囲気
（Ｎ、：　Ｈ，＝３　：　１）中で１０００℃まで昇温
することにより行った。

脱バインダーの後、カーボンを発熱体とする電気炉を用
い、９気圧の窒素雰囲気中で１８００℃まで昇温し、１
時間保持して焼結した。

得られた焼結体の反りを面アラサ計を利用して測ってみ
ると、２０ｍｍの測長範囲光たり１５４以下の反りであ
り、濁りも認められなかった。また、熱伝導率は１８０
Ｗ／ｍＫであった。

（比較例） 一方、比較のために、脱バインダーまでの工程を上記実
施例と同じ工程で作製した試料を、モリブデンを発熱体
とする電気炉を用い、従来と同様に窒素と水素の混合雰
囲気中で１８００℃まで昇温し、１時間保持して焼結し
た。得られた焼結体の反りを測ってみると、２０ｍの測
長範囲光たり４■の反りがあり、全体が白く濁っていた
。また、熱伝導率は４０　Ｗ／　ｍ　Ｋであった。

「発明の効果」 以上説明したように１本発明によれば、反りや濁りの少
ない多層配線基板を得ることができ、窒化アルミニウム
の特徴を生かした高熱伝導性のセラミック多層配線基板
の製造に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における窒素ガス圧力と熱伝導率の関係
を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化アルミニウム粉末に焼結助剤および有機バイ
   ンダーを混合して、グリーンシートを作製し、これに所
   望の配線パターンとなるようにタングステン等の導体を
   印刷した後、シートを積層し、脱バインダーを行ってか
   ら強還元性の雰囲気中で焼結することを特徴とする窒化
   アルミニウム多層基板の製造方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の方法において、上記
   強還元性の雰囲気がカーボン蒸気を含む窒素ガスを大気
   圧以上に加圧した雰囲気中であることを特徴とする窒化
   アルミニウム多層基板の製造方法。