JPH03276797A - 窒化アルミニウム基板の製造方法 - Google Patents

窒化アルミニウム基板の製造方法

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JPH03276797A
JPH03276797A JP7795790A JP7795790A JPH03276797A JP H03276797 A JPH03276797 A JP H03276797A JP 7795790 A JP7795790 A JP 7795790A JP 7795790 A JP7795790 A JP 7795790A JP H03276797 A JPH03276797 A JP H03276797A
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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】 〔概要〕 窒化アルミニウム・ビア基板の製造方法に関し、抵抗率
が小で且つ基板との密着性に優れたビアを備えた窒化ア
ルミニウム基板を実用化することを目的とし、 窒化アルミニウム基板形成用のグリーンシートを穴開け
してビアホールを形成する工程と、該ビアホールに銅ボ
ール、銅粉末、銅ペースト、或いはこれを組合わせた銅
材料の充填を行う工程と、ビアホールを設けたグリーン
シートを積層して後、該積層体の上下をビアホールのな
いグリーンシートで覆い、加圧して一体化させる工程と
、不活性雰囲気中で加熱して窒化アルミニウムの焼結を
行う工程と、基板焼成後に該基板の表面層を切削研磨し
てビアを露出させる工程とを少なくとも含むことを特徴
として窒化アルミニウム基板の製造方法を構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は窒化アルミニウム基板の製造方法に関する。
大量の情報を高速に処理する必要から情報処理装置は小
形化と大容量化とが行われており、この装置の主体を占
める半導体集積回路は集積度が向上してLSIやVLS
Iが実用化されている。
そして、これらの集積回路はチップのま−で複数個をセ
ラミックスからなるチップ搭載用基板(ビア基板)に搭
載してLSIモジュールを作す、これを取替え単位とし
て印刷配線基板などに装着する実装形体がとられつ\あ
る。
このように半導体集積回路の集積度が増し、また高密度
実装が行われるに従って装置の発熱量も加速度的に増加
している。
すなわち、当初はIC−チップ当たりの発熱量は約3.
5W程度と少なかったが、現在LSI−チップ当たりの
発熱量は約10W程度に増加しており、これがマトリッ
クス状に多数個装着されている場合は発熱量は膨大であ
り、これは更に増加する傾向にある。
従来、LSI チップなどを搭載するチップ搭載用基板
には熱伝導度が高く、耐熱性が優れたアルミナ(AN2
03)が使用されてきた。
然し、アルミナの熱伝導度は優れているもの\20W/
mK程度であり、上記のチップ搭載用基板用材料として
は不充分である。
そこで、熱伝導度が320 W/mK (理論値)と大
きく、また熱膨張係数がシリコン(Si)に近いAl4 Nが着目され、この基板の実用化が進められている。
また、Anは熱伝導度が優れている以外に熱膨張係数は
4.4 Xl0−6/ ’CとLSIを構成するSiO
熱膨張係数(3,6x10−6/ ’c)に近いと云う
利点もある。
そこで、Anを用いてビア基板を構成することが望まし
く、この実用化が望まれている。
〔従来の技術〕
ビア基板の製造方法としては、まず、ArN基板を焼成
した後にレーザ光の照射を行うなどの方法でビアホール
を形成し、この穴に導体ペーストを充填して再焼成する
方法がある。
然し、この方法は工数が嵩み、コスト高になることから
量産方法としては適当でない。
一方、グリーンシートの段階でビアホールを形成し、こ
れに導体ペーストを充填した状態で一体焼成する方法が
あり、この方法は量産に適することから期待されてい名
然し、Anの融点は2200°C(但し、4気圧の蒸気
圧で)と高く、これ以上の温度では昇華すると云う特徴
があり、そのため、INの焼結には1500’C以上の
高温焼成が必要である。
一方、ビア形成材料としては、これに見合った高融点金
属が必要であり、従来よりアルミナ基板(A 1203
)に使用されているタングステン(W、融点3387’
C)が最も適した材料と見做されている。
然し、AnNグリンシートに設けたビアホールにWペー
ストを充填し、不活性雰囲気中で加熱すると、ビアにク
ラックが生じ、密着不良となる。
この理由は、Wの焼成において焼結による収縮は100
0”C付近から起こるのに対して、Anの焼成において
は焼結助剤■との反応が生ずる約1500°Cまでは全
く収縮が生じないためである。
この問題を解決する方法としては、IN粉末を添加した
WペースI−を使用すると良く、Wの収縮開始温度が向
上すること一1Al相互の親和力により密着力を向上す
ることができる。
然し、AINの添加量に反比例してビアの抵抗率が増加
してしまうために不適当である。
そこで、この改良が要望されていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
Al2N基板の製造において、Allグリーンシートに
導体ペーストを充填し、同時焼成する方法では、焼成に
際して八ρNと導体との収縮開始温度が異なるために基
板とビアとの界面にクラックが生ずると云う問題がある
そこで、ビアの抵抗率を上げることなく、またクランク
発生のないAffiN基板の製造方法を実用化すること
が課題である。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題は、AIN基板基板用成用リーンシートを穴
開けしてビアホールを形成する工程と、このビアホール
に銅ボール、銅粉末、銅ペースト。
或いはこれを組合わせた銅材料の充填を行う工程と、ビ
アホールを設けたグリーンシートを積層して後、この積
層体の上下をビアホールのないグリ− −ンシートで覆い、加圧して一体化させる工程と、不活
性雰囲気中で加熱してAI!、Nの焼結を行う工程と、
基板焼成後にこの基板の表面層を切削研磨してビアを露
出させる工程とを少なくとも含んでIN基板の製造方法
を構成することにより解決することができる。
〔作用〕
本発明は^fN基板の形成において、ビアホールに充填
する導体材料として銅(Cu)を使用するものである。
ニーで、Cuは融点が1084°C1沸点が2595°
Cであり、へI!、Nグリーンシートの焼成温度である
1800°C近傍では溶融状態にある。
本発明はビアホールに、Cuボール、Cu粉末、cuペ
ースト或いはこの混合物を充填した後、^j2Nの焼成
温度にまで高めて溶融させることにより、ビアホールに
面したAfNの粒界にまでCuを浸透させるもので、こ
れにより、八lNへの密着性を向上するものである。
第1図は本発明の製造方法を示す原理図であって、ビア
ホールを設けたグリーンシート1に予めスクリーン印刷
法などにより、Cuボール、Co粉やCuペーストなど
のCu材料2を充填しておき、このグリーンシート1を
積層した後、この積層体の上下をビアホールを開けてな
いグリーンシート3で覆い、金型を用いて加圧し、一体
化しておく、(以上同図A) このようにして一体化した積層体を脱脂処理した後、不
活性ガス雰囲、気中で^fiNの焼結開始温度以上(約
1800″C)にまで加熱すると、II!、Nの焼結が
進行すると共に、ビアホール中で溶融しているCu材料
2は、これが接触しているAfN粒子の粒界に浸透し、
また、上部には空隙4が生じ、また、Cuの蒸気圧も上
昇するが、これによりCuの浸透は促進される。
そして、常温にまで戻すとビアホールにCuが詰まった
AfNビア基板を得ることができる。
(以上同図B) 次に、上下のグリーンシート3相当分の厚さのARNを
切削研磨してビア5を露出させることによりINビア基
板6を得ることができる。
(以上同図C) なお、グリーンシートに設けるビアホールの径は100
〜200μ艶と小さく、そのため、グリーンシートを積
層する際のビアホールの位置合わせは容易ではなく、位
置ずれによる断線が生じ易い。
この対策として、本発明は第2図に示すようにCo材料
2を充填したビアホールを中心きしてCuペーストをス
クリーン印刷し、パッド7を作って導体部を拡げておく
そして、第1図に示した゛と全く同様にして積層したの
ち、上下にビアホールのないグリーンシート3を覆った
状態で加圧して一体化する。
(以上第2図A) 次に、焼成して^l・Nを焼結とCuの溶融浸透を行っ
て基板を作り、(以上同図B) 次に、両面を研磨してビア5を露出させることによりA
fNビア基板6を得ることができる。
(以上同図C) 0 なお、本発明の工程によると切削研磨工程が新たに増す
ように思われるが、そうではなく、従来でも行われてい
る。
すなわち、約1800°Cのような高温焼成によってA
IN基板の表面は荒れており、実用するためには表面の
研磨が必要である。
本発明はこの工程を利用してビアホール出しを行うもの
で、Cuをビアとして使用することにより低抵抗でまた
熱伝導性の優れたAnN基板を得ることができる。
〔実施例〕
実施例1 へ1N粉末          ・・・100重量部焼
結助剤〔炭酸カルシウム(CaC03)・・・5重量部
バインダ(ポリビニルブチラール、略称PVB)・・・
10重量部 可塑剤 (ジプチルフタレート、略称DBP)・・・1
0重量部 分散剤 (エチルアルコール) ・・・50重量部■ ■ をボールミルを用いて混練してスラリーを作り、ドクタ
ーブレード法で厚さが250 μm1密度が1゜708
 /cm3のグリーンシートを作った。
このグリーンシートを90mm角に打ち抜き、パンチで
径250 μmのビアホールを300個形成した。
そして、このビアホールに径250 μmのCuポルを
充填した。
このグリーンシートの6枚を1組として積層した後、こ
の上下面をビアホールのない無垢のグリーンシートで挟
み、60°Cで60MPaの圧力を加えて一体化した。
この積層体をN2気流中で1000°Cで5時間加熱し
て脱脂し、次にN2気流中で1800’C,30時間の
焼成を行ってAρN基板を得た。
次に、研磨機を用いて表面層を切削研磨してビアを露出
させた。
このビアにはクラックは認められず、また導体抵抗を測
定した結果、体積抵抗率は18μΩcmであった。
実施例2: 2 実施例1と全く同様にしてグリーンシートを作り、パン
チで径250 μmのビアホールを300個形成した。
そして、このビアホールにスキージを用いて粒径250
 μmのCa粉を充填した。
このグリーンシートの6枚を1組として積層した後、こ
の上下面をビアホールのない無垢のグリーンシートで挾
み、60°Cで60 M Paの圧力を加えて一体化し
た。
この積層体をN2気流中で1000°Cで5時間加熱し
て脱脂し、次にN2気流中で1800°C130時間の
焼成を行ってAll基板を得た。
次に、研磨機を用いて表面層を切削研磨してビアを露出
させた。
このビアにはクラックは認められず、また導体抵抗を測
定した結果、体積抵抗率は16μΩcmであった。
実施例3: 実施例1と全く同様にしてグリーンシートを作り、パン
チで径250 μmのビアホールを300個形個形 成した。
そして、このビアホールにスキージを用いて粘度300
0 pポイズのCuペーストを充填した。
乾燥の終わったグリーンシートの6枚を1組として積層
した後、この上下面をビアホールのない無垢のグリーン
シートで挟み、60°Cで60MPaの圧力を加えて一
体化した。
この積層体をN2気流中で1000°Cで5時間加熱し
て脱脂し、次にN2気流中で1800°C130時間の
焼成を行ってiN基板を得た。
次に、研磨機を用いて表面層を切削研磨してビアを露出
させた。
このビアにはクラックは認められず、また導体抵抗を測
定した結果、体積抵抗率は14μΩcmであった。
実施例4: 実施例1と全く同様にしてグリーンシートを作り、パン
チで径250 μmのビアホールを300個形成した。
そして、このビアホールに径250 μmのCuボ4 ルを充填した後、更にスキージを用いてCu粉を充填し
た。
このグリーンシートの6枚を1組として積層した後、こ
の上下面をビアホールのない無垢のグリーンシートで挾
み、60°Cで60 M Paの圧力を加えて一体化し
た。
この積層体をN2気流中で1000°Cで5時間加熱し
て脱脂し、次にN2気流中で1800°C130時間の
焼成を行ってAI!、N基板を得た。
次に、研磨機を用いて表面層を切削研磨してビアを露出
させた。
このビアにはクランクは認められず、また導体抵抗を測
定した結果、体積抵抗率は9μΩcmであった。
実施例5: 実施例1と全く同様にしてグリーンシートを作り、パン
チで径250μmのビアホールを300個形成した。
そして、このビアホールに径250 μmのCuボール
を充填した後、更にスキージを用いて粘度が305 00ポイズのCuペーストを充填した。
乾燥の終わったグリーンシートの6枚を1組として積層
した後、この上下面をビアホールのない無垢のグリーン
シートで挟み、60°Cで60 M Paの圧力を加え
て一体化した。
この積層体をN2気流中で1000°Cで5時間加熱し
て脱脂し、次にN2気流中で1800″c、30時間の
焼成を行ってAffiN基板を得た。
次に、研磨機を用いて表面層を切削研磨してビアを露出
させた。
このビアにはクラックは認められず、また導体抵抗を測
定した結果、体積抵抗率は9μΩcmであった。
実施例6: 実施例1と全く同様にしてグリーンシートを作り、パン
チで径250μmのビアホールを300個形成した。
そして、このビアホールに径250μmのCuボールを
充填した後、更にスキージを用いて粘度が3000ポイ
ズのCuペーストを充填すると共にビアホー6 ルの上面に径350 μmのパッドを印刷した。
乾燥の終わったグリーンシートの6枚を1組として積層
した後、この上下面をビアホールのない無垢のグリーン
シートで挟み、60°Cで60MPaの圧力を加えて一
体化した。
この積層体をN2気流中で1000°Cで5時間加熱し
て脱脂し、次にN2気流中で1800°C130時間の
焼成を行ってAffiN基板を得た。
次に、研磨機を用いて表面層を切削研磨してビアを露出
させた。
このビアにはクラックは認められず、また導体抵抗を測
定した結果、体積抵抗率は9μΩcmであった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、CuをAl2N基板のビアとして用い
ることができ、且つクランクが無く密着性のよいビア基
板を作ることができ、導体抵抗もWを使用した場合に較
べ、約1/6に減少することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造方法を示す原理図、第2図は本発
明の別の製造方法を示す原理図、である。 図において、 1.3はグリーンシート、2はCu材料、4は空隙、 
       5はビア、6はAI!、N基板、   
  7はパッド、である。 8 図面の浄書 t1藤唐 木年明の別の或猪乃法I示T片理図 手続補正書(其 平成年月日 2.7.13 1゜ 事件の表示 平成 2年特許願第 77957号 2゜ 発明の名称 3゜ 4゜ 窒化アルミニウム基板の製造方法 補正をする者 事件との関係  特許出願人 住所 神奈川県用崎市中原区上小田中1015番地(5
22)韻富士通株式会社

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)窒化アルミニウム基板形成用のグリーンシートを
    穴開けしてビアホールを形成する工程と、該ビアホール
    に銅材料の充填を行う工程と、ビアホールを設けたグリ
    ーンシートを積層して後、該積層体の上下をビアホール
    のないグリーンシートで覆い、加圧して一体化させる工
    程と、不活性雰囲気中で加熱して窒化アルミニウムの焼
    結を行う工程と、 基板焼成後に該基板の表面層を切削研磨してビアを露出
    させる工程と、 を少なくとも含むことを特徴とする窒化アルミニウム基
    板の製造方法。
  2. (2)請求項1記載の銅材料が、銅ボールであることを
    特徴とする窒化アルミニウム基板の製造方法。
  3. (3)請求項1記載の銅材料が、銅粉末であることを特
    徴とする窒化アルミニウム基板の製造方法。
  4. (4)請求項1記載の銅材料が、銅粉末ペーストである
    ことを特徴とする窒化アルミニウム基板の製造方法。
  5. (5)請求項1記載の銅材料が、銅ボールと銅粉末であ
    ることを特徴とする窒化アルミニウム基板の製造方法。
  6. (6)請求項1記載の銅材料が、銅ボールと銅ペースト
    であることを特徴とする窒化アルミニウム基板の製造方
    法。
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