JPH0529499A - セラミツクス多層基板 - Google Patents

セラミツクス多層基板

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JPH0529499A
JPH0529499A JP3178149A JP17814991A JPH0529499A JP H0529499 A JPH0529499 A JP H0529499A JP 3178149 A JP3178149 A JP 3178149A JP 17814991 A JP17814991 A JP 17814991A JP H0529499 A JPH0529499 A JP H0529499A
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JP
Japan
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multilayer substrate
ceramic
substrate
ceramic multilayer
main body
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Application number
JP3178149A
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English (en)
Inventor
Keiichi Yano
圭一 矢野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0529499A publication Critical patent/JPH0529499A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/153Connection portion
    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15312Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a pin array, e.g. PGA
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161Cap
    • H01L2924/1615Shape
    • H01L2924/16195Flat cap [not enclosing an internal cavity]

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、熱抵抗が少なく放熱特性に優
れており、放熱フィンを装着した多層基板より小型に形
成することができ、さらに、割れや剥離等が少なく、信
頼性が高いセラミックス多層基板を提供することにあ
る。 【構成】本発明に係るセラミックス多層基板S1 は、セ
ラミックス多層基板本体表面にセラミックス材料で形成
した突起P1 を一体に配置して基板本体表面部を凹凸に
形成したことを特徴とする。また多層基板本体および突
起P1 を同一種類のセラミックス材料で形成するとよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス多層基板に
係り、特に放熱特性が優れるため、高動作速度で、かつ
集積度が高い半導体集積回路用として好適なセラミック
ス多層基板に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体用セラミックス多層基板
は、下記のような工程を経て製造される。すなわち、ア
ルミナ(Al2 3 )等のセラミックス成形体であるグ
リーンシート上に所望の回路パターンや電極パッド、ボ
ンディングパッド等を印刷し、必要に応じて異なる回路
パターンを印刷した複数のセラミックスグリーンシート
を積層して一体化し、次に一体化したワークを焼成して
焼結体とした後に、さらに焼結体外表面にめっき処理を
施して製造される。
【0003】図5は従来のセラミックス多層基板1の典
型例を示している。図においてセラミックス多層基板の
上面側は平坦に形成される一方、下面側には多数の電極
パッド(I/Oパッド)2が形成され、この各電極パッ
ド2に接続ピン3が接合されている。またセラミックス
多層基板1の下面中央部には、半導体ICチップ4等を
収容するための凹陥部5が形成され、この凹陥部5はリ
ッド6によって密閉されており、半導体ICチップ4を
湿気等から防護している。半導体ICチップ4の各端子
(リード)は、多層基板1に形成されたボンディングパ
ッド(図示せず)とワイヤでボンディングされ、多層基
板1内の各配線パターンは、各接続ピン3から外部に引
き出される。
【0004】近年、電子機器の高速化および高密度実装
化がより希求され、例えば動作速度が50〜100ns
程度の高速用(ECL)セラミックス多層基板が主流と
なりつつある。この高速用セラミックス多層基板におい
ては、必然的に発熱量が大きくなり、その放熱特性をよ
り改善する方策が研究されている。
【0005】例えば、セラミックス多層基板1を構成す
るセラミックス材料として、従来のアルミナ(Al2
3 )より熱伝導率が数倍大きい窒化アルミニウム(Al
N)や炭化けい素(SiC)を使用して、伝熱特性を改
善したり、また図6に示すように多層基板1aの上面側
に、アルミニウム等の金属材で形成した放熱フィン7を
装着して、放熱面積の増大化を図ったり、多層基板表面
に強制的に冷却用空気を送給する小型送風機(ファン)
を装備して放熱特性の改善を図っている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ックス多層基板を構成するセラミックス材料を熱伝導率
が高いものへ転換しても多層基板の表面が、図5に示す
ように、平坦で放熱面積が小さい場合には、放熱量の大
きな増加は望めない問題点があった。
【0007】また図6に示すように、金属製の放熱フィ
ンを焼結した基板表面に接合した多層基板においては、
放熱フィンが基板表面から突出する高さhが高く、その
空間占有率が大きくなり、高密度化および機器を小型化
する際のレイアウト設計が困難になる。また放熱フィン
と多層基板との接着面における熱抵抗が高くなり、熱伝
導が阻害され易い欠点がある。さらに、放熱フィンは通
常、金属で形成されているため、基板材料との熱膨張係
数の差が大きく、両者の接着部における剥離や熱応力に
よるセラミックス多層基板の割れ等が発生し易く、動作
の信頼性が低下し易い問題点もあった。
【0008】さらに小型の送風機を多層基板の近傍に配
設して、冷却用空気を強制的に供給する方式では、多層
基板の各領域に均一に冷却用空気を送給することが困難
であったり、送風機自体を配置し得る充分なスペースを
確保することが困難になるなどの問題点があった。
【0009】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、熱抵抗が少なく放熱特性に優れてお
り、放熱フィンを装着した多層基板より小型に形成する
ことができ、さらに、割れや剥離等が少なく、信頼性が
高いセラミックス多層基板を提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るセラミックス多層基板は、セラミック
ス多層基板本体表面にセラミックス材料で形成した突起
を一体に配置して基板本体表面部を凹凸に形成したこと
を特徴とする。
【0011】また多層基板本体および突起を同一種類の
セラミックス材料で形成するとよい。
【0012】さらに上記多層基板本体および突起を構成
するセラミックス材料としては、特に従来材のアルミナ
(Al2 3 )と比較して熱伝導率が高い窒化アルミニ
ウム(AlN)、炭化けい素(SiC)、ベリリア(B
eO)が、単独でまたは2種以上混合して使用される。
上記セラミックス材料によれば、熱伝導率が高いため優
れた放熱特性を得ることができる。
【0013】また上記セラミックス多層基板本体表面に
形成する突起は、グリーンシートを積層した積層体表面
に、さらに部分的に所定高さまでグリーンシートを順次
積層して形成した後に、基板本体とともに焼結して製造
してもよいが、予め焼結したセラミックス基板表面に、
同じく焼成して形成した突起材を一体に接合して形成す
ることも可能である。この接合法としては、例えばセラ
ミックス基板表面と突起材との接合界面にTi−Ag−
Cu箔等の活性金属ろう材を介装した状態で加熱し、両
部材の構成金属原子およびTi原子の相互拡散移動を利
用して接合する活性化金属法、またはシリコーンコンパ
ウンドなどの高熱伝導性接着剤等によって突起材を基板
本体表面に接着する接着法などがある。
【0014】また多層基板本体および突起を同一種類の
セラミックス材料で形成することにより、両者の熱膨張
量の差を解消することができ、熱膨張差に起因する基板
の割れ等を効果的に防止することができる。
【0015】また突起の形状、寸法、配置数、形成位置
等は特に規定されず、多層基板の寸法、形状、熱抵抗値
等の要素を勘案して決定される。すなわち突起の形状
は、円柱、角柱、三角錐、不定形等いずれも採用するこ
とができ、形成位置についても多層基板本体の上面、底
面、側面のいずれでも構わない。
【0016】
【作用】上記構成に係るセラミックス多層基板によれ
ば、セラミックス多層基板本体表面に突起を形成してい
るため、基板本体表面の放熱面積が増加する。したがっ
て、多層基板の放熱特性が優れており、より発熱量が大
きな高速用電子機器に最適である。
【0017】また多層基板と突起とが一体に配置され、
両者間における熱膨張差も少ないため、両者の接着部に
おける剥離や割れ等も起こりにくく、放熱フィンを装備
する場合と比較して、信頼性が高い多層基板を小型に形
成することができ、電子機器内の狭隘なスペースにも設
置可能となる。
【0018】
【実施例】次に本発明の一実施例について添付図面を参
照して説明する。図1〜図4は、本発明に係るセラミッ
クス多層基板の実施例1〜4をそれぞれ示す平面図およ
び側断面図である。
【0019】実施例1〜4のセラミックス多層基板S1
〜S4 は、いずれもセラミックス材料として窒化アルミ
ニウム(AlN)が使用され、以下の工程で製造され
た。
【0020】すなわちAlN原料粉と常圧焼結助剤酸化
イットリウム(Y23 )3重量%とを含有する粉体を
泥漿化し、スラリーを得た。次に得られたスラリーをド
クターブレード法によって厚さ0.7mmのグリーンシー
ト(GS)に成形後、1辺が130mmで正方形状となる
ようにブランク型で多数打ち抜き、さらに配線パターン
を印刷するとともにタングステン(W)を主体とする導
体ペーストで、電極パッド、ワイヤボンディングパッド
などの配線部を印刷した。
【0021】そして複数のグリーンシートを熱圧着法で
一体に積層して厚さ3mmの積層体とした後に、周辺を切
断、脱脂後、N2 ガス雰囲気で温度1800℃で6時間
加熱して焼結を行ない、1辺が42mmの正方形状で厚さ
が2mmの焼結体とした。さらに電極パッドおよびワイヤ
ボンディングパッドに無電解Niめっき法によって厚さ
2μmのNiめっき層を形成した。そして実施例1〜3
に係るセラミックス多層基板S1 〜S3 については、各
電極パッド2に接続ピン3をろう付け接合し、続いて各
接続ピンに対して再びNiめっき後、厚さ2μmの金
(Au)めっき層を形成し、PGA(Pin Grid Array)
型のセラミックス多層基板を形成した。
【0022】一方、実施例4に係るセラミックス多層基
板S4 においては、図4(B)に示すように、下面に接
続ピンの代りに半田バンプ8を形成して、フリップチッ
プ型のパッケージとしている。この半田バンプ8は、セ
ラミックス多層基板S4 が図示しない電子機器のパネル
上に載置されたときに融解され、多層基板S4 を上記パ
ネルに一体に接合するものである。
【0023】次に各セラミックス多層基板のS1 〜S4
の表面部に形成する突起P1 〜P4 について説明する。
【0024】図1(A),(B)に示すように実施例1
に係るセラミックス多層基板S1 の本体表面には高さh
が5mmの角柱状の突起P1を16個配設した。この突起
1 は、多層基板本体を構成するグリーンシートを積層
する工程において、さらにグリーンシートを部分的に多
段に積層して突起積層体(高さ6.3mm)とした後に焼
成して形成した。
【0025】図4(A),(B)に示す実施例4に係る
セラミックス多層基板S4 の本体表面には、梁状の4本
の突起P4 がそれぞれ基板本体表面に一体に配設され
る。この突起P4 も実施例1の突起と同様に長方形のグ
リーンシートを所定高さまで積層後、焼成して形成され
る。
【0026】図2(A),(B)に示す実施例2に係る
セラミックス多層基板S2 の本体表面には、高さhが5
mmの円柱状の突起P2 を25個配設した。この各突起P
2 は予め焼結体として用意されていたものを、焼成した
セラミックス多層基板S2 本体表面にシリコーンコンパ
ウンドによって一体に接着して形成した。
【0027】また図3(A),(B)に示す実施例3に
係るセラミックス多層基板S3 の本体表面は半球状の突
起P3 が25個配設される。この各突起P3 も、実施例
2の突起P2 と同様に予め半球状に形成された焼結体を
シリコーンコンパウンドによって接着して形成した。
【0028】一方、比較例1として、図5に示すよう
に、多層基板本体表面に何ら突起を形成せずに平坦にし
た以外は実施例1と全く同一の材料を同一の条件で処理
して、従来のセラミックス多層基板1を製造した。
【0029】また比較例2として、図6に示すように、
Alで形成した放熱フィン7をエポキシ系接着剤を使用
して多層基板に接着した以外は実施例1と全く同様にし
て、従来のセラミックス多層基板1aを製造した。
【0030】こうして得られた実施例1〜4および比較
例1〜2に係る各セラミックス多層基板S1 〜S4 およ
び1〜1aの放熱特性を評価するために、熱抵抗
(Rth)の測定試験を実施するとともに、放熱面積の測
定を行なった。
【0031】熱抵抗測定試験は、各セラミックス多層基
板内に内蔵させたトランジスタのベースとエミッタとの
間の順方向の電圧降下VBEの温度依存性を利用して測定
し、熱抵抗Rth(℃/W)として算出する方法を採用し
た。
【0032】測定算出結果を下記表1に示す。
【0033】
【表1】
【0034】表1に示す結果から明らかなように、実施
例1〜4に係るセラミックス多層基板によれば比較例の
セラミックス多層基板と比較して、熱抵抗値Rthが小さ
く、放熱特性に優れた小型で高信頼性を有する多層基板
が得られる。
【0035】一方、比較例2の放熱フィンを設けた多層
基板においては、基板表面積が大きくなり、熱抵抗値も
低下するが、突起高さhが大きく配置設計上難点が多
い。
【0036】
【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係るセラミッ
クス多層基板によれば、セラミックス多層基板本体表面
に突起を形成しているため、基板本体表面の放熱面積が
増加する。したがって、多層基板の放熱特性が優れてお
り、より発熱量が大きな高速用電子機器に最適である。
【0037】また多層基板と突起とが一体に配置され、
両者間における熱膨張差も少ないため、両者の接着部に
おける剥離や割れ等も起こりにくく、放熱フィンを装備
する場合と比較して、信頼性が高い多層基板を小型に形
成することができ、電子機器内の狭隘なスペースにも設
置可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A),(B)はそれぞれ本発明に係るセラミ
ックス多層基板の第1実施例を示す平面図および側断面
図。
【図2】(A),(B)はそれぞれ本発明の第2実施例
を示す平面図および側断面図。
【図3】(A),(B)はそれぞれ本発明の第3実施例
を示す平面図および側断面図。
【図4】(A),(B)はそれぞれ本発明の第4実施例
を示す平面図および側断面図。
【図5】従来のセラミックス多層基板の構造例を示す側
断面図。
【図6】放熱フィンを装着した従来のセラミックス多層
基板の構造例を示す側断面図。
【符号の説明】
1,1a,S1 〜S4 セラミックス多層基板 2 電極パッド(I/Oパッド) 3 接続ピン 4 半導体ICチップ 5 凹陥部 6 リッド 7 放熱フィン 8 半田バンプ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックス多層基板本体表面にセラミ
    ックス材料で形成した突起を一体に配置して基板本体表
    面部を凹凸に形成したことを特徴とするセラミックス多
    層基板。
  2. 【請求項2】 多層基板本体および突起を同一種類のセ
    ラミックス材料で形成したことを特徴とする請求項1記
    載のセラミックス多層基板。
  3. 【請求項3】 多層基板本体および突起は窒化アルミニ
    ウム(AlN)および炭化けい素(SiC)の少なくと
    も一方から成ることを特徴とする請求項1記載のセラミ
    ックス多層基板。
JP3178149A 1991-07-18 1991-07-18 セラミツクス多層基板 Pending JPH0529499A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0569954U (ja) * 1992-02-28 1993-09-21 京セラ株式会社 半導体パッケージ
EP1406303A1 (en) * 2001-07-09 2004-04-07 Daikin Industries, Ltd. Power module and air conditioner
JP2008187146A (ja) * 2007-01-31 2008-08-14 Sanyo Electric Co Ltd 回路装置

Cited By (4)

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