JPH0443440B2 - - Google Patents
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- JPH0443440B2 JPH0443440B2 JP60215361A JP21536185A JPH0443440B2 JP H0443440 B2 JPH0443440 B2 JP H0443440B2 JP 60215361 A JP60215361 A JP 60215361A JP 21536185 A JP21536185 A JP 21536185A JP H0443440 B2 JPH0443440 B2 JP H0443440B2
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Landscapes
- 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てしては、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リ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
体層の主成分が二種以上の窒化金属の混合物から
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を少ない方
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、二種以上の窒化金
属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。このような構
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バツド４およびボ
ンデイングバツド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
るための入出力用バツド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
発生する熱をダイバツド４を介してセラミツクス
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ブロラクトン系あるいは
ポリアク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
アホールを作成する。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、二種以上の窒化金属の
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。作成した試料に用いた導体ペーストの組成を
第１表に、また試料の特性値を第２表に示す。
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てしては、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リ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
体層の主成分が二種以上の窒化金属の混合物から
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を少ない方
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、二種以上の窒化金
属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。このような構
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バツド４およびボ
ンデイングバツド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
るための入出力用バツド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
発生する熱をダイバツド４を介してセラミツクス
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ブロラクトン系あるいは
ポリアク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
アホールを作成する。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、二種以上の窒化金属の
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。作成した試料に用いた導体ペーストの組成を
第１表に、また試料の特性値を第２表に示す。
【表】
【表】
導体ペースト材料としてNbN，TaN，VN，
ZrNおよびTiNを用いた。 ここに示した添加物（CsC2）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わせた重量
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，BaC2SrC2，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配
線基板が得られる。 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。
ZrNおよびTiNを用いた。 ここに示した添加物（CsC2）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わせた重量
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，BaC2SrC2，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配
線基板が得られる。 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、二種
以上の窒化金属の混合物を主成分として導体を備
えたことを特徴とする多層セラミツク配線基板。 ２ 上記窒化金属が、窒化チタン、窒化ジルコニ
ウム、窒化バナジウム、窒化タンタルおよび窒化
ニオブ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 |
|---|---|---|---|
| JP21536185A JPS6276597A (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 |
|---|---|---|---|
| JP21536185A JPS6276597A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | 多層セラミツク配線基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6276597A JPS6276597A (ja) | 1987-04-08 |
| JPH0443440B2 true JPH0443440B2 (ja) | 1992-07-16 |
Family
ID=16671016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21536185A Granted JPS6276597A (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) | JPS6276597A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0770798B2 (ja) * | 1986-03-13 | 1995-07-31 | 株式会社東芝 | 高熱伝導性回路基板 |
| JP2568689Y2 (ja) * | 1991-09-19 | 1998-04-15 | 日東紡績株式会社 | ロックウールポットカバー |
Citations (3)
| 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 |
| 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 JP21536185A patent/JPS6276597A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| 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 |
| 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 |
|---|---|
| JPS6276597A (ja) | 1987-04-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |