JPH06196590A - 窒化アルミニウム配線基板 - Google Patents
窒化アルミニウム配線基板Info
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- JPH06196590A JPH06196590A JP34298692A JP34298692A JPH06196590A JP H06196590 A JPH06196590 A JP H06196590A JP 34298692 A JP34298692 A JP 34298692A JP 34298692 A JP34298692 A JP 34298692A JP H06196590 A JPH06196590 A JP H06196590A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】窒化アルミニウム結晶の平均粒径が０．５〜４
０μｍの窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁体の内
部あるいは表面に配線層が形成され、該配線層に伝送さ
れる電気信号の周波数が１００ＭＧＨｚ以上である窒化
アルミニウム配線基板であって、前記窒化アルミニウム
質焼結体の平均結晶粒径をｄ（ｍ）、前記配線層に伝送
される電気信号の周波数をｆ（Ｈｚ）とした時、前記ｄ
と前記ｆとの積が３０００以下、または３００００以上
となるように制御する。 【効果】窒化アルミニウム焼結体からなる絶縁体の誘電
正接を常に低い値に制御することができ、伝送される信
号の減衰を防止し、常に安定した基板特性を維持し、配
線基板としての長期信頼性を付与することができる。
０μｍの窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁体の内
部あるいは表面に配線層が形成され、該配線層に伝送さ
れる電気信号の周波数が１００ＭＧＨｚ以上である窒化
アルミニウム配線基板であって、前記窒化アルミニウム
質焼結体の平均結晶粒径をｄ（ｍ）、前記配線層に伝送
される電気信号の周波数をｆ（Ｈｚ）とした時、前記ｄ
と前記ｆとの積が３０００以下、または３００００以上
となるように制御する。 【効果】窒化アルミニウム焼結体からなる絶縁体の誘電
正接を常に低い値に制御することができ、伝送される信
号の減衰を防止し、常に安定した基板特性を維持し、配
線基板としての長期信頼性を付与することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高熱伝導性の窒化アル
ミニウム質焼結体を絶縁体として用い、且つ高周波領域
で使用される多層基板や半導体パッケージなどの半導体
素子搭載用基板に好適な窒化アルミニウム配線基板に関
する。
ミニウム質焼結体を絶縁体として用い、且つ高周波領域
で使用される多層基板や半導体パッケージなどの半導体
素子搭載用基板に好適な窒化アルミニウム配線基板に関
する。
【０００２】
【従来技術】従来、半導体素子を搭載するセラミック基
板や多層配線用セラミック基板におけるセラミック絶縁
体としては、アルミナセラミックなどの高電気絶縁性の
材料から構成されていたが、その内部や表面に形成され
る配線層やそれに搭載される半導体素子の高集積化に伴
い、それらからの発熱をいかに効率的に外部に放散する
かが大きな問題となっているが、従来のアルミナセラミ
ックスはその熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・ｋ程度と非常に低
く、これらの要求に応えることができないのであった。
また、多層配線基板や半導体素子搭載用基板は、情報量
の増大、処理の高速化の要求に伴い、配線層中に伝送さ
れる電気信号の周波数も高周波化する傾向にある。
板や多層配線用セラミック基板におけるセラミック絶縁
体としては、アルミナセラミックなどの高電気絶縁性の
材料から構成されていたが、その内部や表面に形成され
る配線層やそれに搭載される半導体素子の高集積化に伴
い、それらからの発熱をいかに効率的に外部に放散する
かが大きな問題となっているが、従来のアルミナセラミ
ックスはその熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・ｋ程度と非常に低
く、これらの要求に応えることができないのであった。
また、多層配線基板や半導体素子搭載用基板は、情報量
の増大、処理の高速化の要求に伴い、配線層中に伝送さ
れる電気信号の周波数も高周波化する傾向にある。
【０００３】最近に至り、非酸化性セラミックスの１種
である窒化アルミニウム焼結体が高電気絶縁性を有し、
しかも１００Ｗ／ｍ・ｋ以上の高熱伝導性を有すること
から従来のアルミナセラミックスに代わり、窒化アルミ
ニウム焼結体を絶縁体とする基板の開発が進められてい
る。
である窒化アルミニウム焼結体が高電気絶縁性を有し、
しかも１００Ｗ／ｍ・ｋ以上の高熱伝導性を有すること
から従来のアルミナセラミックスに代わり、窒化アルミ
ニウム焼結体を絶縁体とする基板の開発が進められてい
る。
【０００４】通常、窒化アルミニウム焼結体は、窒化ア
ルミニウム粉末に周期律表第３ａ族元素や周期律表第２
ａ族元素の酸化物、窒化物などからなる焼結助剤を添加
し、これを成形して窒素などの非酸化性雰囲気中で１６
００乃至２０００℃の温度で焼成することに得られ、か
かる方法によれば、結晶粒子径が１〜２０μｍの焼結体
が得られる。
ルミニウム粉末に周期律表第３ａ族元素や周期律表第２
ａ族元素の酸化物、窒化物などからなる焼結助剤を添加
し、これを成形して窒素などの非酸化性雰囲気中で１６
００乃至２０００℃の温度で焼成することに得られ、か
かる方法によれば、結晶粒子径が１〜２０μｍの焼結体
が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】そこで、本発明者等
は窒化アルミニウム焼結体の高周波領域に用いられる多
層配線基板や半導体素子搭載用基板への応用を検討して
いたところ、窒化アルミニウム焼結体の誘電正接が特定
の周波数で高い値を示し、これにより配線層を伝送する
信号が減衰するという問題が生じることがわかった。
は窒化アルミニウム焼結体の高周波領域に用いられる多
層配線基板や半導体素子搭載用基板への応用を検討して
いたところ、窒化アルミニウム焼結体の誘電正接が特定
の周波数で高い値を示し、これにより配線層を伝送する
信号が減衰するという問題が生じることがわかった。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、前記挙
動について研究を進めた結果、配線層に伝送される信号
の周波数によって、焼結体の誘電正接が変動し、特定の
周波数域で誘電正接が極大値を有すること、誘電正接が
極大値を呈する周波数が窒化アルミニウム焼結体の結晶
粒径により変動することを見出した。そこで、使用する
電気信号の周波数に応じて基板を構成する焼結体の結晶
粒径を特定の条件を満足するように選択することによ
り、伝送される電気信号の周波数に係わらず、常に低い
誘電正接に維持することができる基板を提供できること
を知見し、本発明に至った。
動について研究を進めた結果、配線層に伝送される信号
の周波数によって、焼結体の誘電正接が変動し、特定の
周波数域で誘電正接が極大値を有すること、誘電正接が
極大値を呈する周波数が窒化アルミニウム焼結体の結晶
粒径により変動することを見出した。そこで、使用する
電気信号の周波数に応じて基板を構成する焼結体の結晶
粒径を特定の条件を満足するように選択することによ
り、伝送される電気信号の周波数に係わらず、常に低い
誘電正接に維持することができる基板を提供できること
を知見し、本発明に至った。
【０００７】即ち、本発明の窒化アルミニウム配線基板
によれば、窒化アルミニウム結晶の平均粒径が０．５〜
４０μｍの窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁体の
内部あるいは表面に配線層が形成され、該配線層に伝送
される電気信号の周波数が１００ＭＨｚ以上である窒化
アルミニウム配線基板であって、前記窒化アルミニウム
質焼結体の平均結晶粒径をｄ（ｍ）、前記配線層に伝送
される電気信号の周波数をｆ（Ｈｚ）とした時、前記ｄ
と前記ｆとの積が３０００以下、または３００００以上
であることを特徴とするものである。
によれば、窒化アルミニウム結晶の平均粒径が０．５〜
４０μｍの窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁体の
内部あるいは表面に配線層が形成され、該配線層に伝送
される電気信号の周波数が１００ＭＨｚ以上である窒化
アルミニウム配線基板であって、前記窒化アルミニウム
質焼結体の平均結晶粒径をｄ（ｍ）、前記配線層に伝送
される電気信号の周波数をｆ（Ｈｚ）とした時、前記ｄ
と前記ｆとの積が３０００以下、または３００００以上
であることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】本発明によれば、配線基板に形成された配線層
に伝送される電気信号の周波数ｆ（Ｈｚ）に対して、基
板の絶縁体を形成する窒化アルミニウム焼結体の平均結
晶粒径ｄ（ｍ）をｄ×ｆ値が３０００以下、または３０
０００以上となる関係を満足するように電気信号の周波
数と基板を構成する焼結体を選択することにより、常に
０．０１以下の低い値に制御することができる。これに
より、誘電正接の増大による伝送される信号が減衰する
ことがなく、常に安定した状態を維持することができ、
配線基板としての長期信頼性を付与することができる。
に伝送される電気信号の周波数ｆ（Ｈｚ）に対して、基
板の絶縁体を形成する窒化アルミニウム焼結体の平均結
晶粒径ｄ（ｍ）をｄ×ｆ値が３０００以下、または３０
０００以上となる関係を満足するように電気信号の周波
数と基板を構成する焼結体を選択することにより、常に
０．０１以下の低い値に制御することができる。これに
より、誘電正接の増大による伝送される信号が減衰する
ことがなく、常に安定した状態を維持することができ、
配線基板としての長期信頼性を付与することができる。
【０００９】
【実施例】本発明において用いられる窒化アルミニウム
焼結体は、周知の方法により作製することができる。即
ち、平均粒径が０．３〜２．５μｍの窒化アルミニウム
粉末と、周期律表第３ａ族や第２ａ族元素の酸化物、窒
化物などからなる焼結助剤を０．０１〜２０重量％の割
合で添加し、これを周知の方法により成形後、１６００
〜２０００℃の窒素などの非酸化性雰囲気中で焼成する
ことにより得ることができる。なお、焼結体中の結晶粒
径は、窒化アルミニウム原料粉末の粒径が大きいほど大
きくなり、焼成時間が長いほど粒成長を起こし大きくな
る傾向にあるため、平均粒径は、原料粉末粒径、焼成温
度、焼成時間などを調整することによりを適宜制御する
ことができる。
焼結体は、周知の方法により作製することができる。即
ち、平均粒径が０．３〜２．５μｍの窒化アルミニウム
粉末と、周期律表第３ａ族や第２ａ族元素の酸化物、窒
化物などからなる焼結助剤を０．０１〜２０重量％の割
合で添加し、これを周知の方法により成形後、１６００
〜２０００℃の窒素などの非酸化性雰囲気中で焼成する
ことにより得ることができる。なお、焼結体中の結晶粒
径は、窒化アルミニウム原料粉末の粒径が大きいほど大
きくなり、焼成時間が長いほど粒成長を起こし大きくな
る傾向にあるため、平均粒径は、原料粉末粒径、焼成温
度、焼成時間などを調整することによりを適宜制御する
ことができる。
【００１０】かかる焼結体表面に配線層を形成するに
は、例えば、銅などの金属を含む導体ペーストを焼結体
表面に塗布し、７００〜９００℃で焼成することにより
形成することができるが、かかる場合、導体層と焼結体
との密着性を高めるために、焼結体表面を酸化処理して
Ａｌ2 Ｏ3 膜を介在させたり、導体層中に窒化アルミニ
ウム粉末を添加することもできる。
は、例えば、銅などの金属を含む導体ペーストを焼結体
表面に塗布し、７００〜９００℃で焼成することにより
形成することができるが、かかる場合、導体層と焼結体
との密着性を高めるために、焼結体表面を酸化処理して
Ａｌ2 Ｏ3 膜を介在させたり、導体層中に窒化アルミニ
ウム粉末を添加することもできる。
【００１１】また、多層配線基板を作製する場合には、
例えば上記の方法によりグリーンシート成形体を作製
し、かかるシート表面にタングステン、モリブデンなど
の高融点金属、所望により窒化アルミニウム粉末などの
基板の成分を添加した導体ペーストを塗布し、これらを
積層圧着した後、１６００〜２０００℃の窒素などの非
酸化性雰囲気中で成形体と導体を同時に焼成して得るこ
とができる。
例えば上記の方法によりグリーンシート成形体を作製
し、かかるシート表面にタングステン、モリブデンなど
の高融点金属、所望により窒化アルミニウム粉末などの
基板の成分を添加した導体ペーストを塗布し、これらを
積層圧着した後、１６００〜２０００℃の窒素などの非
酸化性雰囲気中で成形体と導体を同時に焼成して得るこ
とができる。
【００１２】上記のようにして得られた基板の表面に
は、適宜受動部品や半導体素子などが搭載され、電気回
路が形成される。
は、適宜受動部品や半導体素子などが搭載され、電気回
路が形成される。
【００１３】そこで、まず、上記の方法に基づき窒化ア
ルミニウムの平均結晶粒径が異なる複数の基板を作製し
た。得られた焼結体の平均結晶粒径は電子顕微鏡写真に
おいて直線を引いて線上の結晶の粒径を測定し、その結
晶粒子の個数で割った値を２０点取り、その平均値を２
次粒子径とし補正係数を用いて３次元平均粒子径として
得た。
ルミニウムの平均結晶粒径が異なる複数の基板を作製し
た。得られた焼結体の平均結晶粒径は電子顕微鏡写真に
おいて直線を引いて線上の結晶の粒径を測定し、その結
晶粒子の個数で割った値を２０点取り、その平均値を２
次粒子径とし補正係数を用いて３次元平均粒子径として
得た。
【００１４】そして、導体層に１００ＭＨｚ〜３０ＧＨ
ｚの周波数、出力１ｍＷの電気信号を伝送し、この時の
絶縁体の誘電正接を測定した。誘電正接の測定は、１０
０ＭＨｚ〜１ＧＨｚでは反射波法に基づき、５ＧＨｚ〜
３０ＧＨｚ帯域では空洞共振器法に基づいてそれぞれ測
定した。図１に平均粒径が１１μｍの窒化アルミニウム
焼結体を用いた基板における周波数と誘電正接との関係
を示した。図１から明らかなように、１００ＭＨｚ以上
の周波数に対して窒化アルミニウム焼結体は、ある特定
の周波数帯域において誘電正接が極大値を有することが
理解される。
ｚの周波数、出力１ｍＷの電気信号を伝送し、この時の
絶縁体の誘電正接を測定した。誘電正接の測定は、１０
０ＭＨｚ〜１ＧＨｚでは反射波法に基づき、５ＧＨｚ〜
３０ＧＨｚ帯域では空洞共振器法に基づいてそれぞれ測
定した。図１に平均粒径が１１μｍの窒化アルミニウム
焼結体を用いた基板における周波数と誘電正接との関係
を示した。図１から明らかなように、１００ＭＨｚ以上
の周波数に対して窒化アルミニウム焼結体は、ある特定
の周波数帯域において誘電正接が極大値を有することが
理解される。
【００１５】次に、図１の性質に基づき、平均粒径が異
なる焼結体において、それぞれ誘電正接を測定し、横軸
に周波数ｆｏを、縦軸に平均粒径ｄをとり図２に周波数
と平均粒径との関係を図２に示した。そして、各座標点
における誘電正接の値を、２５×１０-4以下を○、２５
〜７５×１０-4を△、７５〜１２５を×１０-4を□、１
２５×１０-4以上を◇として表示した。図２によれば、
各焼結体における誘電正接の極大値を示す周波数は粒径
が小さくなるにつれて大きくなる傾向にあることがわか
った。
なる焼結体において、それぞれ誘電正接を測定し、横軸
に周波数ｆｏを、縦軸に平均粒径ｄをとり図２に周波数
と平均粒径との関係を図２に示した。そして、各座標点
における誘電正接の値を、２５×１０-4以下を○、２５
〜７５×１０-4を△、７５〜１２５を×１０-4を□、１
２５×１０-4以上を◇として表示した。図２によれば、
各焼結体における誘電正接の極大値を示す周波数は粒径
が小さくなるにつれて大きくなる傾向にあることがわか
った。
【００１６】図２において線Ｘは、ｄ×ｆ＝３０００の
ライン、線Ｙはｄ×ｆ＝３００００のラインである。図
中、線Ｘと線Ｙにはさまれた領域Ｂは誘電正接が０．０
１を越える領域であり、線Ｘと線Ｙの外側の領域Ａは誘
電正接が０．０１以下の領域である。
ライン、線Ｙはｄ×ｆ＝３００００のラインである。図
中、線Ｘと線Ｙにはさまれた領域Ｂは誘電正接が０．０
１を越える領域であり、線Ｘと線Ｙの外側の領域Ａは誘
電正接が０．０１以下の領域である。
【００１７】よって、基板の絶縁体の誘電正接を常に
０．０１以下に維持するためには、焼結体の平均結晶粒
径ｄ（ｍ）と使用周波数（Ｈｚ）との関係が図２の領域
Ａにあることが必要となる。即ち、本発明によれば、ｄ
×ｆが３０００以下、または３００００以上であること
が必要となる。
０．０１以下に維持するためには、焼結体の平均結晶粒
径ｄ（ｍ）と使用周波数（Ｈｚ）との関係が図２の領域
Ａにあることが必要となる。即ち、本発明によれば、ｄ
×ｆが３０００以下、または３００００以上であること
が必要となる。
【００１８】また、本発明の配線層が形成された窒化ア
ルミニウム基板は、パルス伝送基板としても利用される
ものであるが、その場合には、パルスの立ち上がり時間
Ｔｒ（ｓｅｃ）についてｆｍａｘ＝０．３５／Ｔｒで規
定される最大周波数成分ｆｍａｘと基板を構成する結晶
の平均粒径ｄ（ｍ）との積が３０００以下、または３０
０００以上であることが必要である。
ルミニウム基板は、パルス伝送基板としても利用される
ものであるが、その場合には、パルスの立ち上がり時間
Ｔｒ（ｓｅｃ）についてｆｍａｘ＝０．３５／Ｔｒで規
定される最大周波数成分ｆｍａｘと基板を構成する結晶
の平均粒径ｄ（ｍ）との積が３０００以下、または３０
０００以上であることが必要である。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、配
線基板に形成された配線層に伝送される電気信号の周波
数ｆ（Ｈｚ）に対して、基板の絶縁体を形成する窒化ア
ルミニウム焼結体の平均結晶粒径ｄ（ｍ）を特定の条件
を満足するように制御することにより、窒化アルミニウ
ム焼結体からなる絶縁体の誘電正接を常に低い値に制御
することができ、伝送される信号の減衰を防止し、常に
安定した基板特性を維持し、配線基板としての長期信頼
性を付与することができる。
線基板に形成された配線層に伝送される電気信号の周波
数ｆ（Ｈｚ）に対して、基板の絶縁体を形成する窒化ア
ルミニウム焼結体の平均結晶粒径ｄ（ｍ）を特定の条件
を満足するように制御することにより、窒化アルミニウ
ム焼結体からなる絶縁体の誘電正接を常に低い値に制御
することができ、伝送される信号の減衰を防止し、常に
安定した基板特性を維持し、配線基板としての長期信頼
性を付与することができる。
【図１】平均粒径が１１μｍの窒化アルミニウム焼結体
からなる基板における周波数と誘電正接との関係を示し
た図である。
からなる基板における周波数と誘電正接との関係を示し
た図である。
【図２】窒化アルミニウム焼結体の平均結晶粒径ｄ
（ｍ）と周波数（Ｈｚ）とを座標軸として、各座標点に
おける誘電正接の値を示した図である。
（ｍ）と周波数（Ｈｚ）とを座標軸として、各座標点に
おける誘電正接の値を示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮内 正彦 鹿児島県国分市山下町１番１号 京セラ株 式会社鹿児島国分工場内
Claims (1)
- 【請求項１】窒化アルミニウム結晶の平均粒径が０．５
〜４０μｍの窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁体
の内部あるいは表面に配線層が形成され、該配線層に伝
送される電気信号の周波数が１００ＭＨｚ以上である窒
化アルミニウム配線基板であって、前記窒化アルミニウ
ム質焼結体の平均結晶粒径をｄ（ｍ）、前記配線層に伝
送される電気信号の周波数をｆ（Ｈｚ）とした時、前記
ｄと前記ｆとの積が３０００以下、または３００００以
上であることを特徴とする窒化アルミニウム配線基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04342986A JP3078415B2 (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 窒化アルミニウム配線基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04342986A JP3078415B2 (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 窒化アルミニウム配線基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196590A true JPH06196590A (ja) | 1994-07-15 |
| JP3078415B2 JP3078415B2 (ja) | 2000-08-21 |
Family
ID=18358054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04342986A Expired - Lifetime JP3078415B2 (ja) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | 窒化アルミニウム配線基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3078415B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10275524A (ja) * | 1997-03-31 | 1998-10-13 | Kyocera Corp | 耐プラズマ部材 |
| JP2016092122A (ja) * | 2014-10-31 | 2016-05-23 | 三井造船株式会社 | 炭化珪素基板 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01189191A (ja) * | 1988-01-25 | 1989-07-28 | Toshiba Corp | 回路基板 |
-
1992
- 1992-12-24 JP JP04342986A patent/JP3078415B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01189191A (ja) * | 1988-01-25 | 1989-07-28 | Toshiba Corp | 回路基板 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10275524A (ja) * | 1997-03-31 | 1998-10-13 | Kyocera Corp | 耐プラズマ部材 |
| JP2016092122A (ja) * | 2014-10-31 | 2016-05-23 | 三井造船株式会社 | 炭化珪素基板 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3078415B2 (ja) | 2000-08-21 |
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