JPH0443439B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0443439B2 JPH0443439B2 JP60215355A JP21535585A JPH0443439B2 JP H0443439 B2 JPH0443439 B2 JP H0443439B2 JP 60215355 A JP60215355 A JP 60215355A JP 21535585 A JP21535585 A JP 21535585A JP H0443439 B2 JPH0443439 B2 JP H0443439B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbide
- substrate
- ceramic
- wiring board
- aluminum nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (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〜
10Ω・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為実用
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、
導体層の主成分が炭化金属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
方が好ましくその為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
配線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、炭化金属を主成分
として形成されており、絶縁セラミツク層に形成
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
るため添加物として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、炭化金属となる化合物
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、また試料の
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〜
10Ω・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為実用
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、
導体層の主成分が炭化金属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
方が好ましくその為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
配線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、炭化金属を主成分
として形成されており、絶縁セラミツク層に形成
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
るため添加物として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、炭化金属となる化合物
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、また試料の
特性を第２表に示す。
【表】
【表】
導体ペースト材料としてHfC，NbC，TaC，
TiC，UC，VCおよびZrC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。
TiC，UC，VCおよびZrC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 導体セラミツクス構造体内部で三次元的に形
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、炭
化金属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 上記炭化金属として炭化ジルコニウム、炭化
タンタル、炭化ニオブ、炭化バナジウム、炭化ウ
ラン、炭化ハフニウム、および炭化チタンから選
ばれた１種もしくは２種以上の混合物である特許
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 |
|---|---|---|---|
| JP21535585A JPS6276591A (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 |
|---|---|---|---|
| JP21535585A JPS6276591A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | 多層セラミツク配線基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6276591A JPS6276591A (ja) | 1987-04-08 |
| JPH0443439B2 true JPH0443439B2 (ja) | 1992-07-16 |
Family
ID=16670921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21535585A Granted JPS6276591A (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) | JPS6276591A (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57180006A (en) * | 1981-04-30 | 1982-11-05 | Hitachi Ltd | High thermally conductive electric insulator |
| 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 JP21535585A patent/JPS6276591A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6276591A (ja) | 1987-04-08 |
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