JPH01181550A

JPH01181550A - 多層電子回路

Info

Publication number: JPH01181550A
Application number: JP408988A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yasujima; 安島　廣行; Mika Nishitani; 西谷　美香
Original assignee: Research Development Corp of Japan; Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; Toppan Inc
Priority date: 1988-01-12
Filing date: 1988-01-12
Publication date: 1989-07-19

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、放熱用ヒートシンク薄膜を設けた電子回路に
関するもので、特に多層回路において優れた放熱効果を
有する伝熱用薄膜を設けたものに関する。

（従来技術とその問題点）電子デバイス、特にＬＳＩは、その機能向上を目的に素
子の高密度化が現在進められている。そして、この素子
や回路の集積度を増すためにこれらの寸法微細化の技術
と同時に、積層数増加の技術開発がなされており、これ
らの技術に欠かせないものに素子から発生する熱に対し
ての放熱冷却手段を−じることがある。

現在、放熱用基板として使用されている材料は、比較的
伝熱性の良いアルミニウムや金などの金属や、高い熱伝
導特性を存するサファイアやダイヤモンドの基板である
。そして、最近では、メタンなどの炭化水素を原料にし
たプラズマＣＶＤ法などの気相成長法により得られるニ
ューダイヤモンドと称される薄膜材料の開発研究も進め
られている。しかしまた、多層配線基板における冷却技
術はさらに困難である。実際の多層配線板の積層技術に
ついての記述は、例えばそれは、基板内部の眉間に金属
板を入れて放熱を良好にする工夫に留まっている。しか
しながら、上記に述べたヒートシンク材料は熱伝導特性
が等方性な材料であるため、多層構造の電子回路基板の
場合には、熱発生源の伝熱冷却と同時に隣接する層への
伝熱も避けられない、従って、隣接する回路への熱伝導
による加熱で回路誤動作を引き起こすことがある。この
ため、回路の動作偉績性を考慮すると、眉間にさらに熱
バリヤー層を設ける必要もある。そして更に金属層を使
用する場合には、その絶縁特性をも考慮しなくてはなら
ないという欠点がある。

（発明の目的）すなわち本発明は、多層構造の電子回路基板の場合に発
生しやすい過熱による回路誤動作を防ぐために、基板外
部に選択的に放熱する特性を有する構成を工夫し、熱キ
ャリヤーと熱バリヤーの特性を合わせ持つヒートシンク
層をこの熱伝導異方特性を有したグラファイト構造炭素
薄膜とすることにより実現し、より大きなヒートシンク
効果を得ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段）すなわち、本発明は、異方性伝熱膜にグラフディト層を
含む炭素薄膜を設けたことを特徴とする多層電子回路で
あり、必要に応じて、炭素薄膜が、ダイヤモンド状炭素
膜を有するグラファイト層でありうる多層電子回路であ
る。

２二でいう多層電子回路とは、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
集積回路を多層構造にしたもの、印刷回路板を多層構造
にしたものを意味し、加えて、これらを複合した混成回
路板を多層にしたものも含むものである。

第１図は、伝熱膜を用いた多層回路基板のヒートシンク
方法の説明図である。

ヒートシンク層（２）をはさんで回路板（３）と回路板
（１）の多層基板構造を有している。第１図（イ）、（
ロ）および（ハ）に示すヒートシンク層（２）　は、そ
れぞれ第１図（イ）が等方性伝熱特性を持ち、第１図（
ロ）および第１図（ハ）が本発明の異方性伝熱特性を有
するものである。

第１図（イ）において、回路板（３）　の発熱部（４）
から発生した熱はヒートシンク層（２）に拡散していき
、高い伝熱特性を有したヒートシンク材料を用いること
により効率よく放熱される。従来はこの方法が多く使用
されているが、ヒートシンク層（２）の膜厚や比熱が小
さく熱容量が小さい場合には、積層する回路板（１）へ
伝わる熱量も無視できなくなってくる。即ち、ヒートシ
ンク層（２）が回路板（３）の冷却効果と同時に回路板
（１）の加熱効果を持つことになり、回路板（１）に設
けた回路に悪影響、を与える。

第１図（ロ）においては、ヒートシンク層（２）として
、その膜面方向への熱拡散は大きいが膜厚方向への熱拡
散が小さい異方性のある材料を設けたものである。この
場合、回路板（３）　の発熱部（４）の熱が隣接のヒー
トシンク層（２）へと伝導されると膜面方向へ効率よく
拡散放熱される。しかし、膜厚方向の拡散は低く、回路
板（１）への加熱が抑えられ゛る。

ところで、グラフディト構造炭素薄膜の熱伝導特性は、
膜面方向には高く約１０Ｗ／ｃｍ’ｃであるが、膜厚方
向には低く約０．ＯＩＷ／ｃｍ”ｃという異方性に優れ
る特性を有しており、膜面方向への熱伝導特性が良いた
め、外部放熱効果の大きい熱バイパスとなると同時に、
他の層への熱流入の少ない熱バリヤーになる特性を有す
る材料である０本発明で使用するヒートシンク層は、基
本的にこのグラファイト構造を含む炭素薄膜を使用する
。このグラファイト構造を含む炭素薄膜は、ポリオキサ
ジアゾールなどの熱分解高分子から得られるパイログラ
ファイト膜あるいは化学的気相蒸着（ＣＶＤ）や、真空
蒸着、スパッター蒸着、イオンブレーティングなどの物
理的気相蒸着（ＰｖＤ）による気相成長法により得られ
る。

これらの薄膜は、膜面方向の熱伝導度が１０〜２０　Ｗ
　／　ｃ　ｍ　”（と大きい値を示すが、また膜厚方向
へは、０．０１〜０．０５Ｗ／ｃｍ”ｃと小さい値を示
す特性を持ち、異方性の大きな伝熱膜である。ただし現
在のＣＶＤによる成膜法は基板を高温度に加熱すること
が必要であり、また成膜時にあらかじめマスクをかけて
パターン化をすることが困難であるため実際上は不適当
であることが多い、しかし、ＰＶＤにより得られる炭素
膜はマスクを用いることにより容易にパターン化ができ
る。

実施例を説明する第４図において回路基板（１９）の回
路部（２２）に、より接近させてヒートシンク膜（２３
）が成膜できる有利性があるため、優れた伝熱効果を得
ることができる。

第１図（ハ）においては、上記の第１図（ロ）の場合に
用いた炭素材料について、その外部に高い熱伝導度を示
すダイヤモンド状炭素を合わせた構造の炭素膜をヒート
シンク層に用いている。イオンビームアシスト法を用い
たスパッタリング方法や蒸着において、アシストイオン
ビームの照射条件を変えることにより膜の構造を変える
ことができる。特に炭素材料では異方性熱伝導特性を持
つグラファイト構造のほか等方性熱伝導特性を持つダイ
ヤモンド構造あるいはアモルファス構造の膜が得られる
。この手法を応用することにより第１図（ハ）に示した
構造にするご七ができる。第１図（ハ）においては、発
熱部（４）に高熱伝導度材料であるダイヤモンド層（２
ｂ）が直接弁することになるためヒートシンク層（２ａ
）への熱拡散効率が良くなり第１図（ロ）で述べたヒー
トシンク効果をよりいっそう高めることができる。

第２図から第４図までは、本発明のヒートシンク１ｌＩ
Ｉ！を用いた多層電子回路の実施例を示す説明図である
。第２図は、内層回路板（１５）をはさんで本発明のヒ
ートシンク層（１３）を設けた構造を示し、上部積層基
板（１１）および下部積層基板（１７）の間にプレプレ
グ（１２）　（１４）　（１６）を介して前述の内層回
路板（１５）とヒートシンク層（１３）が配置積層した
ものである。第３図は、基板（１９）上の回路層（２１
）の上に、絶縁膜（１８）を介してヒートシンク膜（２
０）を積層したものである。また、第４図は同一基板（
１９）上に回路部（２２）とヒートシンク膜（２３）を
互いに接触しない状態で設けた構造をしめす。

（作用）上記に述べたように、多層回路基板において熱伝導特性
に大きな異方性を有する炭素膜を用いたヒートシンク層
を使用することにより、回路内で発生した熱を膜面方向
に選択的に放熱し、冷却性の優れた多層回路基板を得る
ことができる。また、ＰＶＤを用いた炭素膜は容易にパ
ターン化が可能であり、発熱素子に接近させて成膜がで
きるため、より放熱効果を発揮することが出来る。さら
にイオンアシスト効果を利用した場合、炭素膜構造の制
御ができて第１図（ハ）に示した効率よいヒートシンク
膜を持った多層回路基板が実現できる。

（実施例）以下この発明の実施例を示す。

実施例１第２図は、実施例１の多層回路基板を示す説明図である
。ポリオキサジアゾールの０．０５ｍｍフィルムを真空
中で２０００度、１時間の加熱処理することによりグラ
ファイト構造の発達した炭素フィルムを作製した。この
炭素膜をヒートシンク膜（１３）として内層回路基板（
１５）を接着層のプレプリグ（１４）　（１６）を介し
てはさみ６層の回路を積層して貼り合わせた多層回路基
板を作製し、た、そして、この多層回路を動作した結果
、発熱による高温度部が存在せず基板全体としてほぼ均
一に保たれており大きな温度上昇も発生しなかった。

実施例２第３図は、集積回路型の多層電子回路を示す説明図であ
る。上層にｓｔｏｗの絶縁膜（１８）を設けた集積回路
（１９）にイオンビームスパッタ装置によりグラファイ
ト薄膜（２０）を成膜した。スパッタ条件としてはＲＦ
プラズマイオン源から引き出したＡｒイオンビームを加
速電圧２ｏｏｖでビーム量５０ｕＡ／ｃ４でグラファイ
トターゲットに衝突させ、５　Ｘｌ０−’Ｐａ圧力中で
ターゲットより１０ｃ園離した集積回路（１９）基板に
スパッタし、炭素粒子を１時間堆積させた。この膜は、
ラマンスペクトルで１５８０ｃｓ＋−’にピークを示し
、グラファイト構造を含む炭素膜であった。この炭素膜
をコートした集積回路基板（１９）を三層積層して回路
動作を行った結果、局部的な熱発生がみられなかった。

実施例３第４図は、集積回路型の多層電子回路の他の例を示す説
明図である。実施例２と同様のグラファイトのスパッタ
法により炭素１１１０．０５ｍｍを、回路部（２２）の
回路形状に合わせパターン化し、ヒートシンク膜（２３
）として形成した多層回路基板を作製した。実施例２と
同様、放熱効果の優れた多層回路基板を得ることができ
た。

実施例４デュアルイオンビームスパッタ装置により作製した炭素
薄膜を使用して、実施例２と同様の構成を持つ多層集積
回路基板を作製した。デュアルイオンビームスパッタ装
置は、スパッタ用のイオンビームの他に別にもう一基の
イオン源を有するもので、スパッタ膜を堆積させると同
時に基板表面にイオンビームを照射していわゆるイオン
アシスト効果を得ることが出来る装置である。炭素膜は
、グラファイトターゲットを使用し、成膜時に同時照射
するアルゴンイオンビームのエネルギーをそれぞれ１０
０ｅＶおよび６００ｅＶの二水準に変化させることによ
り、グラファイト構造を多く含む炭素膜およびダイヤモ
ンド状炭素膜という二種類のそれぞれ膜構造の異なるヒ
ートシンク層が得られる。この手法によりグラフディト
構造膜を中間層に含むダイヤモンド構造膜を連続的に形
成することができ□る。

（発明の効果）本発明は、グラファイトという熱伝導性かつ異方性に優
れる炭素膜を用いることにより、上記のように極めて簡
単な構成によって、多層基板の回路の発熱を有効に排熱
することを可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）〜（ハ）は、伝熱膜を用いた多層電子回路
のヒートシンク薄膜の働きを示す説明図である。第２図は、本発明の多層電子回路の一実施例を示す説明
図である。第３図は、本発明の多層電子回路の他の実施例を示す説
明図である。第４図は、本発明の多層電子回路のその他の実施例を示
す説明図である。特　　許　　出　　願　　人凸版印刷株式会社代表者　鈴木和夫第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）異方性伝熱膜にグラファイト層を含む炭素薄膜を
設けたことを特徴とする多層電子回路。
（２）炭素薄膜が、ダイヤモンド状炭素膜を有するグラ
ファイト層である特許請求範囲第１項記載の多層電子回
路。