JPH0523077B2 - - Google Patents
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- JPH0523077B2 JPH0523077B2 JP60072165A JP7216585A JPH0523077B2 JP H0523077 B2 JPH0523077 B2 JP H0523077B2 JP 60072165 A JP60072165 A JP 60072165A JP 7216585 A JP7216585 A JP 7216585A JP H0523077 B2 JPH0523077 B2 JP H0523077B2
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- aluminum nitride
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- ceramic substrate
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
- H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
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- H05K3/4626—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials
- H05K3/4629—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards characterised by the insulating layers or materials laminating inorganic sheets comprising printed circuits, e.g. green ceramic sheets
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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- H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
- H05K3/4644—Manufacturing multilayer circuits by building the multilayer layer by layer, i.e. build-up multilayer circuits
- H05K3/4673—Application methods or materials of intermediate insulating layers not specially adapted to any one of the previous methods of adding a circuit layer
- H05K3/4676—Single layer compositions
Landscapes
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、多層セラミツク基板、特に窒化チタ
ンを導体として利用する高熱伝導多層セラミツク
基板に関するものである。 （従来技術とその問題点） 半導体工業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
れ自体電気的には半導体に属し、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1010Ωcm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がある為実用
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、および(5)表面平滑性が優れているこ
と、(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。 本発明者らは、これらの具備すべき基板性質を
留意しながら、特に高熱伝導性および多層高密度
化に着目して窒化アルミニウム多層セラミツク基
板の発明に至つた。 更に本発明者らは、窒化アルミニウムが高温で
焼結する必要があることを留意して、高融点で抵
抗値の低い導体材料として焼結後TiNとなる化
合物を利用した多層セラミツク配線基板の発明に
至つた。 （発明の目的） 本発明は、前述した従来の実装基板の欠点を除
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、セラミツク層が窒化アルミニ
ウムを主成分とする多結晶体で構成され、導電層
の主成分がTiN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、TiN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てい
るビアホール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Ｉ／Ｏ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てい
る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材料と
しては窒素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温合を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窒素雰囲気下で分解
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、
窒素雰囲気下で焼成した際TiNになるチタン金
属あるいはチタン化合物を主成分とした導体用ペ
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℃の温度で窒
素雰囲気中で焼成する。焼成の際、その昇温過程
で400℃〜600℃の非酸化性雰囲気下で保持して脱
バインダーを充分に行なつた。作製した基板の特
性を表に示す。
ンを導体として利用する高熱伝導多層セラミツク
基板に関するものである。 （従来技術とその問題点） 半導体工業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
れ自体電気的には半導体に属し、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1010Ωcm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がある為実用
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、および(5)表面平滑性が優れているこ
と、(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。 本発明者らは、これらの具備すべき基板性質を
留意しながら、特に高熱伝導性および多層高密度
化に着目して窒化アルミニウム多層セラミツク基
板の発明に至つた。 更に本発明者らは、窒化アルミニウムが高温で
焼結する必要があることを留意して、高融点で抵
抗値の低い導体材料として焼結後TiNとなる化
合物を利用した多層セラミツク配線基板の発明に
至つた。 （発明の目的） 本発明は、前述した従来の実装基板の欠点を除
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、セラミツク層が窒化アルミニ
ウムを主成分とする多結晶体で構成され、導電層
の主成分がTiN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、TiN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てい
るビアホール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Ｉ／Ｏ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てい
る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材料と
しては窒素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温合を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窒素雰囲気下で分解
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、
窒素雰囲気下で焼成した際TiNになるチタン金
属あるいはチタン化合物を主成分とした導体用ペ
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℃の温度で窒
素雰囲気中で焼成する。焼成の際、その昇温過程
で400℃〜600℃の非酸化性雰囲気下で保持して脱
バインダーを充分に行なつた。作製した基板の特
性を表に示す。
【表】
導体ペースト材料としてTiN，TiH2およびTi
金属を用いた。ここに示したCaC2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1011Ωcm以上であり、誘電率は8.7（1MHz）
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。 一方添加剤としてCaO，BeO，Y2O3，CuO，
AgO，BaC2，SrC2，Na2C2，K2C2，CuC2
MgC2，Ag2C2，ZnC2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／Km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。
金属を用いた。ここに示したCaC2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1011Ωcm以上であり、誘電率は8.7（1MHz）
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。 一方添加剤としてCaO，BeO，Y2O3，CuO，
AgO，BaC2，SrC2，Na2C2，K2C2，CuC2
MgC2，Ag2C2，ZnC2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／Km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……Ｉ／Ｏパツド。
セラミツク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……Ｉ／Ｏパツド。
Claims (1)
- １ セラミツク層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
チタン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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60072165A JPS61230397A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | 高熱伝導多層セラミツク配線基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60072165A JPS61230397A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | 高熱伝導多層セラミツク配線基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61230397A JPS61230397A (ja) | 1986-10-14 |
| JPH0523077B2 true JPH0523077B2 (ja) | 1993-03-31 |
Family
ID=13481356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60072165A Granted JPS61230397A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | 高熱伝導多層セラミツク配線基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61230397A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62275079A (ja) * | 1986-05-22 | 1987-11-30 | 日立金属株式会社 | 表面被覆ＡｌＮ系セラミツクス |
| DE3830174A1 (de) * | 1988-09-06 | 1990-03-15 | Geesthacht Gkss Forschung | Leitfaehige oberflaechenschicht |
-
1985
- 1985-04-05 JP JP60072165A patent/JPS61230397A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61230397A (ja) | 1986-10-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |