JPH0582760B2

JPH0582760B2 -

Info

Publication number: JPH0582760B2
Application number: JP60166185A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Sato; Shinji Saito; Hidetoshi Yamauchi
Original assignee: Ibiden Co Ltd; Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd; Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1985-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1993-11-22
Also published as: JPS6226886A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、軽量化あるいは高集積化に適した電
子回路用基板に関し、特に機械加工性および寸法
精度に優れた電子回路用基板に関する。（従来の技術）近年、電子回路用基板としては種々のものが知
られかつ実用化されてきており、例えばガラス・
エポキシ複合体、アルミナ質焼結体及びムライト
質焼結体等が使用されている。そして、高集積化
を促進する一つの方法としてシリコン集積回路な
どを直接基板に載置する実装方法が検討されてい
る。しかしながら、ガラス・エポキシ複合体は熱膨
張率が、例えばシリコン集積回路のそれと大きく
異なるため、当該ガラス・エポキシ複合体からな
る基板に直接載置するとのできるシリコン集積回
路が極めて小さいものに限られているばかりでな
く、ガラス・エポキシ複合体よりなる基板は回路
形成工程において寸法が変化し易いため、特に微
細で精密な回路が要求される基板に対しては適用
することが困難である。また、従来使用されている緻密質のアルミナ質
焼結体やムライト質焼結体は硬度が高く機械加工
性に著しく劣るため、例えばスルーホール等を設
けるような機械加工が必要な場合には、生成形体
の段階で加工した後焼成する方法が行なわれてい
るが焼成時の収縮を均一に生じさせることが困難
であり、特に高い寸法精度が要求されるものや寸
法の大きなものを製造することは困難であつた。ここで、上述のことを踏まえて、従来の技術に
よる電子回路用基板の欠点を、近年に至つて要求
されてきていることと併せて列記して見ると次の
通りである。まず、従来使用されているアルミナ質焼結体
及びムライト質焼結体等の焼結体は、緻密状態
で使用されているものであり、一旦焼結してし
まつた後ではその長所である高い硬度が災いし
て、焼結後に機械加工によつてスルーホールを
形成することが非常に困難である。アルミナ質焼結体及びムライト質焼結体等の
緻密質焼結体においては、その生成形体の状態
で機械加工を施せば上記の欠点は解決される
が、焼成収縮による寸法変化を考慮に入れた機
械加工を予じめ施した後に焼成しなければなら
ないから、基板として大きなものが要求される
場合には対処し切れない。なお、アルミナ質の緻密な焼結体の場合はそ
の比重が比較的大きく、例えばビデオカメラの
ような軽量化が望まれている製品部品の電子回
路用基板としては不向きである。以上のような緻密質の焼結体に対して、ガラ
ス・エポキシ複合体による電子回路用基板は機
械加工性、大型化及び軽量化の問題に対処する
ことが可能ではある。しかしながら、このガラ
ス・エポキシ複合体は熱伝導性に劣るだけでな
く、湿度があると膨潤するという決定的な問題
がある。一般に、電子部品は基板に対して固定
し、基板上の配線に対して結線する必要がある
が、このようにした後に基板が膨潤するような
ことがあると、電子部品が基板から離れたり、
その結線が切れたりすることがあるのである。また、その基板上に抵抗を印刷したような電
子回路用基板にあつては、基板の膨潤に伴なつ
て抵抗も膨張し、その抵抗値が初期の設定値か
ら大きくズレてしまうことがある。また、電子回路用基板は、各電子部品への電
気的信号に対しての応答性を良好にするために
誘電損失が少ない方がよい。この誘電損失はこ
れをできる限りゼロに近付けられれば理想的で
ある。上記の事を総合解決したものは皆無である。（発明が解決しようとする問題点）本発明は以上のような実状に鑑みてなされたも
ので、その解決しようとする問題点は、電子回路
用基板を構成している材料の各短所である。そして、本発明の目的とするところは、軽量化
あるいは高集積化に適した電子回路用基板であつ
て、機械加工を容易に行なうことができ、しかも
寸法精度に優れた電子回路用基板を提供すること
にある。本発明のさらに詳しい目的は、良好な機械加工
性及び寸法精度に優れていることは勿論、この種
の電子回路用基板に要求される種々な特性、すな
わち、誘電損失が少ないこと、高い強度を有して
いること、例えばチツプオンボードタイプにあつ
ては集積回路の熱膨張率と略等しい熱膨張率を有
して直接実装可能なこと、或いは熱伝導性に優れ
て集積回路からの熱を良好に発散させることがで
きる等の諸特性を自由に選択することが可能な電
子回路用基板を提供することにある。（問題点を解決するための手段）以上の問題点を解決するために本発明が採つた
手段は、結晶構造が三次元網目状であつて開放気孔を有
する多孔質セラミツクス質焼結体の前記開放気孔
中に樹脂を充填したことを特徴とするセラミツク
ス質複合体からなる電子回路用基板であつて、前記多孔質セラミツクス質焼結体が、平均結晶
粒径が10μm以下の結晶粒のセラミツクス材料か
ら構成されていることを特徴とする電子回路用基
板である。以下に、本発明に係る電子回路用基板を更に詳
細に説明する。本発明の電子回路用基板は、結晶構造が三次元
網目状であつて開放気孔を有する多孔質セラミツ
クス質焼結体の開放気孔中に樹脂を充填したこと
が必要である。その理由は、従来電子回路用基板として使用さ
れている例えばアルミナ質焼結体等は、緻密質焼
結体であるため硬度が高く機械加工性に極めて劣
るものであるが、本発明の如き多孔質体は焼結後
の機械加工性が著しく良好であるからである。し
かも、上記のようにセラミツクス質焼結体の結晶
が三次元網目構造となつていることによつて、セ
ラミツクス本来の特性である熱伝導性及び硬度を
それ程損なうことがなく、また上記セラミツクス
質焼結体の開放気孔中に樹脂が充填されているた
め、電子回路用基板として不可欠な気体不透過性
を兼ね備えさせることができるからである。本発
明に係る電子回路用基板の多孔質体を構成する材
料としては、Al₂O₃、SiO₂、ZnO、ZrO₂、MgO、
PbO、B₂O₃、Si₃N₄、BN、AlN、あるいはこれ
らの化合物から選択されるいずれか１種または２
種以上を主として含有することが好適である。また、前記セラミツクス質多孔質体は、平均粒
径が10μm以下の結晶粒から構成されて、三次元
網目状に結合していることが必要である。その理
由は、このような多孔質体は、機械加工性、その
中でも特にドリル削孔性が極めて良好で、しかも
精密な加工を施すことができるからである。つま
り、このように形成した多孔質体の開放気孔内に
樹脂を充填したセラミツクス質複合体は、主とし
てスルーホール等を有する電子回路用基板材料と
しての使用に適するものであり、ドリル削孔性に
優れることにより、任意の個所にスルーホールを
容易に形成することができるからである。本発明に係る多孔質体は、その開放気孔率が10
〜70容積％の範囲内であることが好適である。そ
の理由は、開放気孔率が10容積％より少ないと機
械加工性が著しく劣化するからであり、一方70容
積％より大きいと実質的な強度が殆どなくなり取
扱い中にこわれ易くなるばかりでなく、セラミツ
クス本来の特性を発揮させることが困難になるか
らである。なお、以上のように構成した多孔質セラミツク
ス質焼結体を使用して構成される電子回路用基板
に、良好な機械加工性及び寸法精度に加えて、電
子回路に適した熱膨張性、熱伝導率、少ない誘電
損失が要求される場合には次のようにするのが好
適である。すなわち、例えば当該電子回路用基板
にシリコン集積回路を直接載置できるようにする
ための熱膨張性が要求される場合には、本発明に
係る多孔質体の結晶組織を、シリマナイト、アン
ダリユサイト、カイヤナイト、コージエライトあ
るいはムライトのいずれか少なくとも１種とする
ことが有利である。その理由は、多孔質体がこの
ような結晶組織であると、いずれもその熱膨張率
をシリコン集積回路の熱膨張率に近づけることが
容易だからである。なお、上記のような結晶組織
に代えて、熱膨張率の高い材料と低い材料とを適
宜混合することによつても、電子回路に必要とさ
れる熱膨張率を有した電子回路用基板を提供する
ことができる。また、本発明に係る電子回路用基板に、良好な
機械加工性及び寸法精度に加えて、特に強度及び
高い熱伝導性が要求される場合には、その多孔質
体を構成する材料としては、アルミナ、窒化アル
ミニウム、窒化ホウ素あるいはこれらの化合物か
ら選択されるいずれか１種または２種以上を主と
して含有するものであることが有利である。さらに、本発明に係る電子回路用基板に、良好
な機械加工性及び寸法精度に加えて、特に誘電損
失の少ないものが要求される場合には、ステアタ
イト、フオルステライト、コージエライト、アル
ミナあるいはこれらの混合物から選択されるいず
れか１種または２種以上を主として含有するもの
であることが有利である。以上のように構成した多孔質セラミツクス質焼
結体の開放気孔内に充填する樹脂としては、エポ
キシ樹脂、ポリイミド樹脂、トリマジン樹脂、ポ
リパラバン酸樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリ
コン樹脂、エポキシシリコン樹脂、アクリル酸樹
脂、メタクリル酸樹脂、アニリン酸樹脂、フエノ
ール樹脂、ウレタン系樹脂、フラン系樹脂、フツ
素樹脂から選択される樹脂を単独あるいは混合し
て使用することができる。また、上記の三次元網目状多孔質体の開放気孔
内に樹脂を充填した本発明に係るセラミツクス質
複合体は、その気孔率が10容積％以下であること
が好ましい。その理由は、この開放気孔率が10容
積％より大きいと電子回路用基板として不可欠な
気体不透過性を付与することが困難だからであ
り、なかでも５容積％以下であることが有利であ
る。さらに、本発明の電子回路用基板は、特に高い
強度が要求される場合には、前記基板の少なくと
もいずれかの面に樹脂が含浸された無機繊維クロ
スを積層するか、あるいは前記基板の少なくとも
いずれかの面に樹脂と無機繊維との混合物を塗布
することが好ましい。この場合の樹脂としては、
先に記載した多孔質体に充填する樹脂と同様の樹
脂を使用することができる。一方、無機繊維とし
ては、ガラス繊維、アスベスト、セラミツクフア
イバー等を使用することが有利である。次に、本発明に係る電子回路用基板の製造方法
について説明する。本発明に係る電子回路用基板は、セラミツクス
微粉末を主体とする出発原料を、加圧成形法ある
いはドクターブレード法等の成形方法によつて生
成形体に形成した後、この生成形体が焼成時に液
相を生成する組成よりなつているものについて
は、その液相の生成量が５重量％以下である温度
域で焼成するか、あるいはこの生成形体が焼成時
に揮散を伴なう組成よりなつているものについて
は揮散量を５重量％以下に制御して焼成すること
によりセラミツクス質多孔質体となし、次いでこ
の多孔質体の開放気孔中へ樹脂を充填することに
より製造することができる。この場合、前記セラミツクス材料を例えば板状
の生成形体に形成し、この生成形体中に存在する
気孔を閉塞させることなく結合させる方法として
は種々の方法が適用できるが、例えばセラミツク
ス粉末を常圧焼結あるいは加圧焼結して自己結合
させる方法、セラミツクス粉末に反応によつてセ
ラミツクを生成する物質を添加して反応焼結して
結合させる方法、セラミツクス粉末にガラスセメ
ント等の結合材を配合して常圧焼結あるいは加圧
焼結して結合させる方法等の方法を適用すること
ができる。なお、前記樹脂を多孔質体の開放気孔中へ充填
する方法としては、樹脂を加熱して溶融させて含
浸する方法、樹脂を溶剤に溶解させて含浸する方
法、樹脂をモノマー状態で含浸した後ポリマーに
転化する方法、あるいは微粒化した樹脂を分散媒
液に分散し、この分散液を含浸して乾燥した後、
樹脂の溶融温度で樹脂を焼き付ける方法が適用で
きる。また、本発明に係るセラミツクス質複合体に樹
脂が含浸された無機繊維クロスを積層する方法と
しては、樹脂が充填された多孔質体と樹脂が含浸
された無機繊維クロスを重ねて加熱プレスするこ
とにより積層する方法が有利である。また、当該セラミツクス質複合体に樹脂と無機
繊維との混合物を塗布する方法としては、スプレ
ー、ハケ塗り等種々な方法が使用でき、より強固
に一体化させることができる。なお、前記セラミツクス質多孔質体を製造する
ための出発原料としては、より高強度でしかも機
械加工性の良好な多孔質体を得る上で、平均粒径
が10μm以下の微粉末を使用することが有利であ
る。その理由は、平均粒径が10μm以上の微粉末
を使用すると、粒と粒との結合個所が少なくなる
ため、高強度の多孔質体を製造することが困難に
なるからである。（実施例）次に、本発明を実施例及び比較例によつて説明
する。実施例１この実施例にあつては、第１表及び第２表に示
すように、これをさらに１−１〜１−３の３種類
に分けたが、以下の説明にあつては主として実施
例１−１について具体的に説明する。１−２〜１
−３の各実施例については、第１表及び第２表に
各具体的数値を示してその説明を省略する。平均粒径が3.7μmで、不純物含有量が第１表に
示した如きシリマナイト粉末100重量部に対し、
ポリビニールアルコール２重量部、ポリエチレン
グリコール１重量部、ステアリン酸0.5重量部お
よび水100重量部を配合し、ボールミル中で３時
間混合した後噴霧乾燥した。この噴霧乾燥物を適量採取し、金属製押し型を
用いて1.5t／cm²の圧力で成型し、直径40mm、厚さ
１mm、密度1.99ｇ／cm³（51容積％）の生成形体を
得た。この生成形体をアルミナ製ルツボに挿入し、大
気圧下の空気中で1100℃の温度で１時間焼結し
た。得られた焼結体の密度は2.00ｇ／cm³、焼結体
の開放気孔率は37容積％であり、また、この焼結
体の平均曲げ強度は1.5Kg／mm²であつた。次いで、この焼結体を二液性タイプのエポキシ
樹脂に真空下で浸漬し含浸させた後、約150℃の
温度で硬化させ、複合体を得た。この複合体中に
充填されたエポキシ樹脂の含有量は19.4重量％で
あり、焼結体の空隙に占めるエポキシ樹脂の割合
はほぼ94.1容積％であつた。

【表】

【表】この複合体に超硬ドリル（WC−Co）で直径
0.8mmのスルーホールを穿孔したところ、同一ド
リル刃でもつて2000穴以上カケや割れなどを生じ
させることなく迅速に加工することができ、機械
加工性に優れていることが認められた。また、この複合体の熱膨張率（０〜150℃）は
4.0×10^-6／℃でシリコン集積回路のそれとほぼ
近似した値を有しており、比電気抵抗は10¹⁴Ωcm
以上、比誘電率は6.2（1MHz）であり、電子回路
用基板として優れた特性を示した。要するに、この実施例の電子回路用基板にあつ
ては、焼結後のスルーホール形成に際しての機械
加工性に優れ、また焼成収縮が少なく製品となつ
た場合の熱膨張率も低いことから、寸法精度に優
れているのである。さらに、このシリマナイト
（他の鉱物にあつても同様であるが）を材料とし
て形成した電子回路用基板にあつては、熱膨張率
がシリコン集積回路のそれと近似した値を有した
ものとすることができるので、特にチツプオンボ
ードタイプの基板として好適なものとすることが
できるのである。実施例２この実施例においても、上記の実施例１と同様
に、第３表及び第２表に示すように、これをさら
に２−１〜２−４の４種類に分けたが、以下の説
明にあつては主として実施例２−１について具体
的に説明する。２−２〜２−４の各実施例につい
ては、第３表及び第２表に各具体的数値を示して
その説明を省略する。実施例１と同様であるが、第３表に示した如き
平均粒径及び化学組成のアルミナ粉末を使用して
得た結晶体を使用して複合体を得た。得られた焼
結体の密度は2.12ｇ／cm³、生成形体に対する線収
縮率はいずれの方向に対しても0.5±0.1％の範囲
内であり、焼結体の寸法精度は±5μm以内であつ
た。すなわち、この焼結体にあつては、その寸法
精度が極めて高いのである。また、得られた焼結
体及び複合体の物性は第２表に示した。これにより、このようにして得られた電子回路
用基板にあつては、焼結後のスルーホール形成に
際しての機械加工性に優れ、また焼成収縮が少な
く製品となつた場合の熱膨張率も低いことから、
寸法精度に優れているのである。さらに、この
Al₂O₃を材料として形成した電子回路用基板にあ
つては熱伝導率が第２表に示したように大きく、
熱を良好に伝導することによつて電子回路が発散
する熱を短時間内に放散させることができるので
ある。実施例３平均粒径が0.8μmで純度が97重量％の窒化アル
ミニウム粉末100重量部に対し、ワツクス２重量
部、ポリエチレングリコール１重量部、ステアリ
ン酸0.5重量部およびベンゼン100重量部を配合
し、ボールミル中で５時間混合した後噴霧乾燥し
た。なお、前記窒化アルミニウム粉末は炭素を
0.16重量％、珪素を0.1重量％、鉄を0.1重量％、
マグネシウムを0.07重量％、酸化イツトリウムを
5.6重量％含有していた。この噴霧乾燥物を適量採取し、金属製押し型を
用いて1.0t／cm²の圧力で成形し、直径40mm、厚さ
１mmの生成形体を得た。この生成形体を黒鉛製ルツボに装入し、大気圧
下の窒素ガス雰囲気中で1600℃の温度で１時間焼
成した。得られた焼結体は、結晶が三次元網目構
造で結合しており、その密度は1.79ｇ／cm³、平均
曲げ強度は8.8Kgｆ／mm²であつた。次いで、この焼結体に実施例１と同様の方法で
エポキシ樹脂を含浸させて複合体を得た。得られた複合体の特性は第２表に示した。実施例４平均粒径が2.1μm、Al₂O₃が60重量％、SiO₂が
５重量％、PbOが22重量％、B₂O₃が13重量％の
割合で配合されたガラスセラミツク粉末100重量
部に対し、ポリアクリル酸エステル12重量部、ポ
リエチレングリコール１重量部、解膠剤0.3重量
部及び水70重量部を配合し、ボールミル中で３時
間混合した後、ドクターブレード法で厚さ１mmの
シート状に形成し、24時間自然乾燥して密度が
2.0ｇ／cm³のグリーンシートを得た。このグリーンシートを、実施例１と同様である
が、焼成温度を800℃に変えて焼結体を得た。得られた焼結体の密度は、2.4ｇ／cm³、結晶体
の開放気孔率は35容積％であつた。次いで、この焼結体に実施例１と同様の方法で
エポキシ樹脂を充填し、平均曲げ強度が20Kgｆ／
mm²の複合体を得た。この複合体は、熱膨張率（０〜150℃）が5.2×
10^-6／℃で、比電気抵抗が×10¹⁴Ωcm以上、比誘
電率が9.6（1MHz）であり、電子回路用基板とし
て優れた特性を有しており、またドリル穿孔性に
も極めて優れていることが認められた。実施例５実施例１で得られた複合体の片面にＢステージ
のエポキシ樹脂が含浸されたガラスクロスを重ね
て約170℃の温度で加熱プレスしてエポキシ含浸
ガラスクロスを積層した。実施例６実施例１で得られた複合体の片面に約3μm、長
さが約１mmのチヨツプ状ガラスフアイバーとエポ
キシ樹脂の混合物を約0.2mmの厚さで塗布し、Ｂ
ステージまで硬化させた後約170℃の温度で加熱
プレスして複合体を得た。実施例５及び６で得られた複合体は、いずれも
強度が著しく向上した。また、電子回路用基板と
しての特性及び機械加工性については、実施例２
で得られたものとほぼ同等であり、電子回路用基
板として極めて優れていた。（発明の効果）以上説明した通り、本発明に係るセラミツクス
質複合体からなる電子回路用基板にあつては、上
記の各実施例によつて明らかなように、結晶構造
が三次元網目状となつて開放気孔を有する多孔質
セラミツクス質焼結体の開放気孔中に樹脂を充填
するとともに、多孔質セラミツクス質焼結体を平
均結晶粒径が10μm以下の結晶粒のセラミツク材
料から構成したことにその特徴があり、これによ
り軽量化あるいは高集積化に適していることは勿
論のこと、機械加工を容易に行なうことができ、
しかも寸法精度に優れるという従来の問題点の総
合解決を果した電子回路用基板を提供することが
できるのである。また、本発明に係る電子回路用基板は、その材
料、結晶構造を適宜選択することによつて、この
種の基板に要求される種々な特性を備えたものと
して提供することができる。すなわち、セラミツ
クス質焼結体の結晶構造が、シリマナイト、アン
ダリユサイト、カイヤナイト、コージエライトあ
るいはムライトのいずれか１種であれば、例えば
シリコン集積回路の熱膨張率と略等しい熱膨張率
として当該シリコン集積回路の直接実装が可能と
なり、材料としてアルミナ、窒化アルミニウム、
窒化ホウ素あるいはこれらの化合物から選択され
るいずれか１種または２種以上を主として含有す
るものとすれば、強度及び高い熱伝導性に優れた
ものとして当該集積回路からの熱を良好に発散さ
せることができ、さらに材料として、ステアタイ
ト、フオルステライト、コージエライト、アルミ
ナ等を使用すれば誘電損失の少ない電子回路用基
板を提供することができるのである。

Claims

【特許請求の範囲】１結晶構造が三次元網目状であつて開放気孔を
有する多孔質セラミツクス質焼結体の前記開放気
孔中に樹脂を充填したことを特徴とするセラミツ
クス質複合体からなる電子回路用基板であつて、前記多孔質セラミツクス質焼結体が、平均結晶
粒径が10μm以下の結晶粒のセラミツクス材料か
ら構成されていることを特徴とする電子回路用基
板。２前記多孔質セラミツクス質焼結体は、Al₂
O₃、SiO₂、ZnO、ZrO₂、MgO、PbO、B₂O₃、
Si₃N₄、BN、AlNあるいはこれらの化合物から
選択されるいずれか１種または２種以上を主とし
て含有する特許請求の範囲第１項に記載のサラミ
ツクス質複合体からなる電子回路用基板。３前記セラミツクス質焼結体は、その開放気孔
が10〜70容積％の範囲内であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項または第２項に記載のセラ
ミツクス質複合体からなる電子回路用基板。４前記多孔質セラミツクス質複合体の気孔率は
10容積％以下であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の電子回路
用基板。５前記開放気孔中に充填される樹脂は、エポキ
シ樹脂、ポリイミド樹脂、トリマジン樹脂、ポリ
パラバン酸樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコ
ン樹脂、エポキシシリコン樹脂、アクリル酸樹
脂、メタクリル酸樹脂、アニリン酸樹脂、フエノ
ール樹脂、ウレタン樹脂、フラン系樹脂、フツ素
樹脂から選択される樹脂を単独あるいは混合した
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項〜第４項のいずれかに記載の電子回路用基板。６前記電子回路用基板は少なくともいずれかの
面に樹脂を含有した無機繊維クロスが積層されて
なる特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに
記載の電子回路用基板。７前記電子回路用基板は少なくともいずれかの
面に樹脂と無機繊維との混合物が塗布されてなる
特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載
の電子回路用基板。