JPH0415640B2 - - Google Patents
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- JPH0415640B2 JPH0415640B2 JP60215354A JP21535485A JPH0415640B2 JP H0415640 B2 JPH0415640 B2 JP H0415640B2 JP 60215354 A JP60215354 A JP 60215354A JP 21535485 A JP21535485 A JP 21535485A JP H0415640 B2 JPH0415640 B2 JP H0415640B2
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Landscapes
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、高熱伝導多層セラミツク配線基板に
関するものである。 （従来技術とその問題点） 半導体技術の飛躍的な進展によつて、IC、LSI
が産業用、民需用に幅広く使用されるようになつ
てきている。 特に集積密度の高い、高速作動のLSIの実装用
基板として多層セラミツク基板が注目されてい
る。この多層セラミツク基板は直接LSIを実装す
ることができ微細多層配線が可能である。 一般にセラミツク基板の材料としては、主にア
ルミナが使用されているが、近年電気装置は一段
と小型化され、回路の高密度化が強く要求され、
基板の単位面積当りの素子や回路要素の集積度が
高くなつている。一方LSIにおいては、高速作動
を行なうに従いチツプから発生する熱が多量にな
つてくる傾向にある。この結果、基板の発熱が大
幅に増加し、アルミナ基板では、熱の放散性が十
分ではないという問題が生じている。そのため、
アルミナ基板よりも熱伝導率が大きく、熱の放散
性に優れた絶縁基板が必要になつてきた。 そこで熱放散性に対して優れた材料として炭化
ケイ素を主成分としたセラミツク基板が開発され
た（特開昭57−180006号公報）。炭化ケイ素はそ
れ自体電気的に半導体に属し、比抵抗が１〜10
Ω・cm程度で電気絶縁性がないため、絶縁基板と
しては用いることができない。また炭化ケイ素は
融点が高く非常に焼結しにくいので、通常焼結に
際しては少量の焼結助剤を添加し、高温で加圧す
るいわゆるホツトプレス法により作られる。この
焼結助剤として酸化ベリリウムや窒化ホウ素を用
いると、焼結助剤効果だけでなく、電気絶縁性に
対しても有効で炭化ケイ素主成分の焼結基板の比
抵抗が1010Ω・cm以上となる。しかし、LSI等の
実装基板において重要な要因の１つである誘電率
は1MHzで40とかなり高く、添加剤を加えた絶縁
性も電圧が5V程度になると粒子間の絶縁が急激
に低下するため耐電圧に対しても問題がある。 又、BeO粉末を用いて多層セラミツク基板を
作成することは可能であるが有毒性であるため実
用上困難な面がでてくる。 一方プロセス的観点からしてホツトプレス法を
適用しなければならず、装置が大がかりになるば
かりでなく、基板の形状も大面積化は困難であ
り、表面平滑性に対しても問題が多い。さらに炭
化ケイ素系を用いたセラミツク基板においては、
従来のグリーンシート法を用いたアルミナ多層セ
ラミツク基板技術を利用することはプロセス的に
極めて困難である。 ここでいうグリーンシート法多層セラミツク基
板技術とは次に示す技術である。まずセラミツク
粉末を有機ビヒクルとともに混合し、スラリー化
する。このスラリーをキヤステイング製膜法によ
り10μｍ〜400μｍ程度の厚みを有するシートを有
機フイルム上に形成する。該シートを所定の大き
さに切断し、各層間の導通を得るためのスルーホ
ールを形成したのち、厚膜印刷法により所定の導
体パターンを形成する。これらの各導体パターン
を形成したセラミツクグリーンシートを積層プレ
スし、脱バインダー工程を経て焼成する。 高密度実装基板として具備すべき主な性質とし
ては、(1)電気特性に対して誘電率が低く、誘電損
失が小さく、また電気絶縁性に優れていること、
(2)機械的強度が十分であること、(3)熱伝導性が高
いこと、(4)熱膨張係数がシリコンチツプ等のそれ
に近いこと、(5)表面平滑性が優れていること、お
よび(6)高密度化が容易であること等が必要であ
る。 これらの基板性質全般に対して前述のセラミツ
ク基板は決して十分なものであるとはいえない。
一方、高熱伝導性基板の材料として窒化アルミニ
ウムが開発されている（特開昭59−50077号公報
など）。しかしながらこの材料も高温で焼結しな
ければならず、ホツトプレス法による作製方法が
主流となつており、まだ窒化アルミニウムを用い
た多層配線基板は実現されていない。 （発明の目的） 本発明は、前述した従来のセラミツク配線基板
の欠点を除去せしめて熱伝導性の優れた、内部に
導体を有する高密度、高熱伝導多層セラミツク配
線基板を提供することにある。 （発明の構成） 本発明によれば、セラミツクス構造体が窒化ア
ルミニウムを主成分とする多結晶体で構成され、
導体層の主成分が窒化ジルコニウムとホウ化金属
との混合物からなることを特徴とする高熱伝導多
層セラミツク配線基板が得られる。 （構成の詳細な説明） 本発明は、上述の構成をとることにより従来技
術の問題点を解決した。 まず、多層セラミツク基板を構成する絶縁セラ
ミツクス材料として、熱伝導性の高い窒化アルミ
ニウムを用いた。この材料は焼成後、窒化アルミ
ニウム多結晶の緻密な構造体を形成する。高熱伝
導率を得るためには焼結体の含有酸素量が少ない
方が好ましくそのために添加物として還元効果の
ある還元剤を入れることが好ましい。 次に、導体層に関しては、窒化アルミニウムで
構成されているセラミツクス層に複数の電源層、
グランド層および微細な信号線等の導体層を形成
し、これらの複数の導体層をセラミツクス層中に
設けたビアホールを介して電気的に接続されてい
る。 したがつて、実装基板の配線密度が非常に高め
られるとともに、LSI等の素子から発生する熱
を、効率的に外部に放散することが可能となる。 （実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳
細に説明する。 第１図は本発明による高熱伝導多層セラミツク
基板の実施例を示す説明図である。１は絶縁セラ
ミツクス層であり、主成分として窒化アルミニウ
ムの多結晶体で構成されている。２は信号線およ
び電源等の導体層であり、窒化ジルコニウムとホ
ウ化金属との混合物を主成分として形成されてお
り、絶縁セラミツクス層に形成されたビアホール
３を介して各層間を電気的に接続している。この
ように構成されている多層セラミツク基板上には
LSIチツプがマウント出来るようにダイパツド４
およびボンデイングパツド５が形成され、該実装
基板外に信号を取り出したり、基板内へ信号を入
れたりするための入出力用パツド６が基板裏面に
形成されている基板上にマウントされたLSIチツ
プから発生する熱をダイパツド４を介してセラミ
ツク基板内へ拡散させる。セラミツク基板の熱伝
導率が高いことにより熱拡散が効率的に行なわれ
ることになり、LSIチツプの発熱による高温化を
防止することができる。 本実施例の配線基板の製造方法は次のとおりで
ある。本発明の基板を構成しているセラミツクス
材料としては、窒化アルミニウムの焼結性を高め
るため添加剤としてCaC2を混入させている。ま
ず窒化アルミニウム粉末とCaC2粉末とを秤量し、
ボールミルにより有機溶媒中での湿式混合を48時
間行なつた。 この混合粉末をポリカプロラクトン系あるいは
ポリアクリレート系樹脂等の中性雰囲気下で分解
されやすい有機バインダーとともに溶媒中に分散
し粘度3000〜7000cpの範囲の泥漿を作成する。
該泥漿をキヤステイング製膜法により10μｍ〜
200μｍ程度の均一な厚みになるように、有機フ
イルム上にグリーンシートを作成する。 次にこのグリーンシートを有機フイルムから剥
離したのち、各層間を電気的に接続するためのビ
アホールを形成する。ここで形成したビアホール
は、機械的にポンチおよびダイを用いて打抜いた
が、他にレーザー加工等の方法によつても開ける
ことが可能である。 ビアホールの形成されたグリーンシート上へ、
窒素雰囲気あるいは他の中性雰囲気あるいは還元
雰囲気の下で焼成した際、窒化ジルコニウムとホ
ウ化金属との混合物となる化合物を主成分とした
導体ペーストをスクリーン印刷法により所定の位
置に所定のパターンを印刷する。こうして導体を
印刷した各グリーンシートを所望の枚数積層し加
熱プレスする。その後必要な形状になるようにカ
ツターを用いて切断し、1400℃〜2000℃の温度で
非酸化性雰囲気中で焼成する。焼成の際、その昇
温過程で400℃〜600℃の温度で脱バインダーを充
分に行なつた。作製した試料に用いた導体ペース
トの組成を第１表に示し、試料の特性を第２表に
示す。
関するものである。 （従来技術とその問題点） 半導体技術の飛躍的な進展によつて、IC、LSI
が産業用、民需用に幅広く使用されるようになつ
てきている。 特に集積密度の高い、高速作動のLSIの実装用
基板として多層セラミツク基板が注目されてい
る。この多層セラミツク基板は直接LSIを実装す
ることができ微細多層配線が可能である。 一般にセラミツク基板の材料としては、主にア
ルミナが使用されているが、近年電気装置は一段
と小型化され、回路の高密度化が強く要求され、
基板の単位面積当りの素子や回路要素の集積度が
高くなつている。一方LSIにおいては、高速作動
を行なうに従いチツプから発生する熱が多量にな
つてくる傾向にある。この結果、基板の発熱が大
幅に増加し、アルミナ基板では、熱の放散性が十
分ではないという問題が生じている。そのため、
アルミナ基板よりも熱伝導率が大きく、熱の放散
性に優れた絶縁基板が必要になつてきた。 そこで熱放散性に対して優れた材料として炭化
ケイ素を主成分としたセラミツク基板が開発され
た（特開昭57−180006号公報）。炭化ケイ素はそ
れ自体電気的に半導体に属し、比抵抗が１〜10
Ω・cm程度で電気絶縁性がないため、絶縁基板と
しては用いることができない。また炭化ケイ素は
融点が高く非常に焼結しにくいので、通常焼結に
際しては少量の焼結助剤を添加し、高温で加圧す
るいわゆるホツトプレス法により作られる。この
焼結助剤として酸化ベリリウムや窒化ホウ素を用
いると、焼結助剤効果だけでなく、電気絶縁性に
対しても有効で炭化ケイ素主成分の焼結基板の比
抵抗が1010Ω・cm以上となる。しかし、LSI等の
実装基板において重要な要因の１つである誘電率
は1MHzで40とかなり高く、添加剤を加えた絶縁
性も電圧が5V程度になると粒子間の絶縁が急激
に低下するため耐電圧に対しても問題がある。 又、BeO粉末を用いて多層セラミツク基板を
作成することは可能であるが有毒性であるため実
用上困難な面がでてくる。 一方プロセス的観点からしてホツトプレス法を
適用しなければならず、装置が大がかりになるば
かりでなく、基板の形状も大面積化は困難であ
り、表面平滑性に対しても問題が多い。さらに炭
化ケイ素系を用いたセラミツク基板においては、
従来のグリーンシート法を用いたアルミナ多層セ
ラミツク基板技術を利用することはプロセス的に
極めて困難である。 ここでいうグリーンシート法多層セラミツク基
板技術とは次に示す技術である。まずセラミツク
粉末を有機ビヒクルとともに混合し、スラリー化
する。このスラリーをキヤステイング製膜法によ
り10μｍ〜400μｍ程度の厚みを有するシートを有
機フイルム上に形成する。該シートを所定の大き
さに切断し、各層間の導通を得るためのスルーホ
ールを形成したのち、厚膜印刷法により所定の導
体パターンを形成する。これらの各導体パターン
を形成したセラミツクグリーンシートを積層プレ
スし、脱バインダー工程を経て焼成する。 高密度実装基板として具備すべき主な性質とし
ては、(1)電気特性に対して誘電率が低く、誘電損
失が小さく、また電気絶縁性に優れていること、
(2)機械的強度が十分であること、(3)熱伝導性が高
いこと、(4)熱膨張係数がシリコンチツプ等のそれ
に近いこと、(5)表面平滑性が優れていること、お
よび(6)高密度化が容易であること等が必要であ
る。 これらの基板性質全般に対して前述のセラミツ
ク基板は決して十分なものであるとはいえない。
一方、高熱伝導性基板の材料として窒化アルミニ
ウムが開発されている（特開昭59−50077号公報
など）。しかしながらこの材料も高温で焼結しな
ければならず、ホツトプレス法による作製方法が
主流となつており、まだ窒化アルミニウムを用い
た多層配線基板は実現されていない。 （発明の目的） 本発明は、前述した従来のセラミツク配線基板
の欠点を除去せしめて熱伝導性の優れた、内部に
導体を有する高密度、高熱伝導多層セラミツク配
線基板を提供することにある。 （発明の構成） 本発明によれば、セラミツクス構造体が窒化ア
ルミニウムを主成分とする多結晶体で構成され、
導体層の主成分が窒化ジルコニウムとホウ化金属
との混合物からなることを特徴とする高熱伝導多
層セラミツク配線基板が得られる。 （構成の詳細な説明） 本発明は、上述の構成をとることにより従来技
術の問題点を解決した。 まず、多層セラミツク基板を構成する絶縁セラ
ミツクス材料として、熱伝導性の高い窒化アルミ
ニウムを用いた。この材料は焼成後、窒化アルミ
ニウム多結晶の緻密な構造体を形成する。高熱伝
導率を得るためには焼結体の含有酸素量が少ない
方が好ましくそのために添加物として還元効果の
ある還元剤を入れることが好ましい。 次に、導体層に関しては、窒化アルミニウムで
構成されているセラミツクス層に複数の電源層、
グランド層および微細な信号線等の導体層を形成
し、これらの複数の導体層をセラミツクス層中に
設けたビアホールを介して電気的に接続されてい
る。 したがつて、実装基板の配線密度が非常に高め
られるとともに、LSI等の素子から発生する熱
を、効率的に外部に放散することが可能となる。 （実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳
細に説明する。 第１図は本発明による高熱伝導多層セラミツク
基板の実施例を示す説明図である。１は絶縁セラ
ミツクス層であり、主成分として窒化アルミニウ
ムの多結晶体で構成されている。２は信号線およ
び電源等の導体層であり、窒化ジルコニウムとホ
ウ化金属との混合物を主成分として形成されてお
り、絶縁セラミツクス層に形成されたビアホール
３を介して各層間を電気的に接続している。この
ように構成されている多層セラミツク基板上には
LSIチツプがマウント出来るようにダイパツド４
およびボンデイングパツド５が形成され、該実装
基板外に信号を取り出したり、基板内へ信号を入
れたりするための入出力用パツド６が基板裏面に
形成されている基板上にマウントされたLSIチツ
プから発生する熱をダイパツド４を介してセラミ
ツク基板内へ拡散させる。セラミツク基板の熱伝
導率が高いことにより熱拡散が効率的に行なわれ
ることになり、LSIチツプの発熱による高温化を
防止することができる。 本実施例の配線基板の製造方法は次のとおりで
ある。本発明の基板を構成しているセラミツクス
材料としては、窒化アルミニウムの焼結性を高め
るため添加剤としてCaC2を混入させている。ま
ず窒化アルミニウム粉末とCaC2粉末とを秤量し、
ボールミルにより有機溶媒中での湿式混合を48時
間行なつた。 この混合粉末をポリカプロラクトン系あるいは
ポリアクリレート系樹脂等の中性雰囲気下で分解
されやすい有機バインダーとともに溶媒中に分散
し粘度3000〜7000cpの範囲の泥漿を作成する。
該泥漿をキヤステイング製膜法により10μｍ〜
200μｍ程度の均一な厚みになるように、有機フ
イルム上にグリーンシートを作成する。 次にこのグリーンシートを有機フイルムから剥
離したのち、各層間を電気的に接続するためのビ
アホールを形成する。ここで形成したビアホール
は、機械的にポンチおよびダイを用いて打抜いた
が、他にレーザー加工等の方法によつても開ける
ことが可能である。 ビアホールの形成されたグリーンシート上へ、
窒素雰囲気あるいは他の中性雰囲気あるいは還元
雰囲気の下で焼成した際、窒化ジルコニウムとホ
ウ化金属との混合物となる化合物を主成分とした
導体ペーストをスクリーン印刷法により所定の位
置に所定のパターンを印刷する。こうして導体を
印刷した各グリーンシートを所望の枚数積層し加
熱プレスする。その後必要な形状になるようにカ
ツターを用いて切断し、1400℃〜2000℃の温度で
非酸化性雰囲気中で焼成する。焼成の際、その昇
温過程で400℃〜600℃の温度で脱バインダーを充
分に行なつた。作製した試料に用いた導体ペース
トの組成を第１表に示し、試料の特性を第２表に
示す。
【表】
【表】
導体ペースト材料としてZrNとTiB2、TaB2、
ZrB、ZrB2、VB2、MoB、HfB2、NbBおよび
NbB2を用いた。 ここに示した添加物（CaC2）の量は窒化アル
ミニウムを100としたときの値である。またフリ
ツト量は導体材料とフリツト材料を合せた重量に
対しての値である。 作成した基板の電気的特性を測定した結果、比
抵抗が1011Ω・cm以上であり、誘電率は8.7（1M
Hz）、誘電損失は１×10-3以下（1MHz）であつ
た。電気的特性においても従来の基板に対して同
程度以上あり実装基板として十分であることがわ
かる。 一方添加物としてCaO、BeO、Y2O3、CuO、
AgO、BaC2、SrC2、Na2C2、K2C2、CuC2、
MgC2、Ag2C2、ZrC2等を用いた場合においても
窒化アルミニウムの焼結性を向上させる効果が得
られた。 （発明の効果） 実施例からも明らかなように、本発明の構造を
有することにより、容易に信号線および電源層等
を含めた導体を有する高密度な回路を形成するこ
とが出来、熱放散性に対しても非常に有効な高熱
伝導多層セラミツク基板が得られる。 従来用いられているアルミナ基板の熱伝導率は
17W／ｍＫであり、本発明基板の熱伝導率が非常
に高いレベルであることがわかる。また熱膨張係
数においては、アルミナ基板が65×10-7／℃であ
るのに対して本発明基板は小さな値をもち、より
シリコンチツプの熱膨張係数に近い値になつてお
り有利である。
ZrB、ZrB2、VB2、MoB、HfB2、NbBおよび
NbB2を用いた。 ここに示した添加物（CaC2）の量は窒化アル
ミニウムを100としたときの値である。またフリ
ツト量は導体材料とフリツト材料を合せた重量に
対しての値である。 作成した基板の電気的特性を測定した結果、比
抵抗が1011Ω・cm以上であり、誘電率は8.7（1M
Hz）、誘電損失は１×10-3以下（1MHz）であつ
た。電気的特性においても従来の基板に対して同
程度以上あり実装基板として十分であることがわ
かる。 一方添加物としてCaO、BeO、Y2O3、CuO、
AgO、BaC2、SrC2、Na2C2、K2C2、CuC2、
MgC2、Ag2C2、ZrC2等を用いた場合においても
窒化アルミニウムの焼結性を向上させる効果が得
られた。 （発明の効果） 実施例からも明らかなように、本発明の構造を
有することにより、容易に信号線および電源層等
を含めた導体を有する高密度な回路を形成するこ
とが出来、熱放散性に対しても非常に有効な高熱
伝導多層セラミツク基板が得られる。 従来用いられているアルミナ基板の熱伝導率は
17W／ｍＫであり、本発明基板の熱伝導率が非常
に高いレベルであることがわかる。また熱膨張係
数においては、アルミナ基板が65×10-7／℃であ
るのに対して本発明基板は小さな値をもち、より
シリコンチツプの熱膨張係数に近い値になつてお
り有利である。
第１図は本発明の一実施例を示す高熱伝導多層
セラミツク配線基板の概略図である。１……絶縁
セラミツク層、２……導体層、３……ビアホー
ル、４……ダイパツド、５……ボンデイングパツ
ド、６……入出力用パツド。
セラミツク配線基板の概略図である。１……絶縁
セラミツク層、２……導体層、３……ビアホー
ル、４……ダイパツド、５……ボンデイングパツ
ド、６……入出力用パツド。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミツクス層を介して三次元的に導体が形
成された多層セラミツク配線基板において、窒化
アルミニウムを主成分とするセラミツク層と、窒
化ジルコニウムとホウ化金属との混合物を主成分
とする導体とを備えたことを特徴とする多層セラ
ミツク配線基板。 ２ 上記ホウ化金属が、ホウ化チタン、ホウ化タ
ンタル、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ニオブ、ホ
ウ化バナジウム、ホウ化モリブデンおよびホウ化
ハフニウムから選ばれた１種以上の物質である特
許請求の範囲第１項記載の多層セラミツク配線基
板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21535485A JPS6276590A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | 多層セラミツク配線基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21535485A JPS6276590A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | 多層セラミツク配線基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6276590A JPS6276590A (ja) | 1987-04-08 |
| JPH0415640B2 true JPH0415640B2 (ja) | 1992-03-18 |
Family
ID=16670905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21535485A Granted JPS6276590A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | 多層セラミツク配線基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6276590A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57180006A (en) * | 1981-04-30 | 1982-11-05 | Hitachi Ltd | High thermally conductive electric insulator |
| JPS6077186A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-05-01 | 株式会社東芝 | 金属化表面を有するセラミツクス焼結体 |
| JPS6077177A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-05-01 | 株式会社東芝 | セラミツクス接合体 |
| JPS60173900A (ja) * | 1984-02-20 | 1985-09-07 | 株式会社東芝 | セラミツクス回路基板 |
-
1985
- 1985-09-27 JP JP21535485A patent/JPS6276590A/ja active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57180006A (en) * | 1981-04-30 | 1982-11-05 | Hitachi Ltd | High thermally conductive electric insulator |
| JPS6077186A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-05-01 | 株式会社東芝 | 金属化表面を有するセラミツクス焼結体 |
| JPS6077177A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-05-01 | 株式会社東芝 | セラミツクス接合体 |
| JPS60173900A (ja) * | 1984-02-20 | 1985-09-07 | 株式会社東芝 | セラミツクス回路基板 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6276590A (ja) | 1987-04-08 |
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