JPH06296084A - 高熱伝導体及びこれを備えた配線基板とこれらの製造方法 - Google Patents

高熱伝導体及びこれを備えた配線基板とこれらの製造方法

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JPH06296084A
JPH06296084A JP34766793A JP34766793A JPH06296084A JP H06296084 A JPH06296084 A JP H06296084A JP 34766793 A JP34766793 A JP 34766793A JP 34766793 A JP34766793 A JP 34766793A JP H06296084 A JPH06296084 A JP H06296084A
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high thermal
thermal conductor
ceramic
molybdenum
tungsten
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Koju Ogawa
幸樹 小川
Kozo Yamazaki
耕三 山崎
Naomiki Kato
直幹 加藤
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NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な組成を持ち安価に製造できる高熱伝導体
を放熱部材としての利用を図ること、簡単な構造で高熱
放散性を有する安価な配線基板を提供すること、及びこ
れらの製造方法提供すること。 【構成】モリブデン及びタングステンのうち少なくとも
１種を３０〜９９重量％並びにセラミックを１重量％以
上含む高熱伝導体。この高熱伝導体を備え、この高熱伝
導体の少なくとも一部に絶縁層が直接一体的に結合され
ている配線基板。シート状に形成して積層・焼成する事
により形成される高熱伝導体及びこれを備えた配線基板
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高熱放散性が簡便に得
られる高熱伝導体及びこれを備える信頼性の高い配線基
板とその製造方法に関する。本発明は、例えば集積回路
チップなどの回路素子の動作に伴い障害となる発熱を効
果的に放散する為に放熱部材として高熱伝導体を用いる
場合や配線基板内に高熱伝導体を備える場合等に好適に
利用される。
【０００２】
【従来の技術】集積回路チップからの発熱が少ない場
合、集積回路チップを搭載する配線基板は、絶縁層の層
間や表面に回路配線を形成しただけの配線基板が通常用
いられる。しかし、集積回路チップの大型化、高集積
化、高速化、パワーアップ化に伴い、動作時の発熱が大
きくなる傾向にある。この熱は集積回路の故障や信頼性
の低下をもたらすため、集積回路チップからの発熱をす
ばやく放散するために高熱放散性を有する配線基板が要
求されるようになってきた。
【０００３】更に、集積回路チップの材料と配線基板材
料の熱膨張係数が相違すると、集積回路の発熱にともな
って熱膨張差が生じる。かかる熱膨張差により、集積回
路チップにストレスがかかって破壊したり、集積回路チ
ップと配線基板との固着部分から集積回路チップが剥離
する等により電子機器の信頼性が低くなる場合がある。
そこで、発熱量が増しても電子機器の信頼性を確保でき
るように、集積回路チップ材料の熱膨張係数に近い熱膨
張係数を有する配線基板材料が要求されるようになっ
た。
【０００４】ここで、従来の高熱放散性を得る手段を示
すと、次のようなものが挙げられる。即ち第１の手段
は、図２２に示すように、配線基板１０３の底面に放熱
フィンＦを取り付けることである。第２の手段として
は、図２３及び図２４に示すように、配線基板１０３の
中央にＣｕ−Ｗ合金等の高熱伝導体よりなるヒートスプ
レッダーやヒートスラグといわれる放熱部材Ｓを取り付
けることである。第３の手段としては、基板材料として
通常用いられるアルミナに代えて、例えば窒化アルミニ
ウムのように高熱伝導性の材料で配線基板の絶縁層を作
成することである。
【０００５】一方、電子機器の信頼性を高めるため、集
積回路チップ材料の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有す
る配線基板材料としては、集積回路用半導体材料の代表
であるシリコンに近い熱膨張係数を持つ配線基板材料と
して、窒化アルミニウム、ムライト、ガラスセラミック
等を用いて配線基板の絶縁層とするものが提案されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
の技術には以下の問題点がある。即ち、第１に、ヒート
シンク、ヒートスラグなどの放熱部材の材料は配線基板
材料や集積回路材料と熱膨張係数が近似していないと接
合が困難であるので、熱伝導率は大きいが熱膨張係数も
大きい銅などの金属は使用できない。従ってアルミナ等
に熱膨張係数が近似しているＣｕ−Ｗ合金等を使用せざ
るをえない。しかし、このＣｕ−Ｗ合金等は、製造が難
しい溶浸法で製造されるため材料が高価である上、切削
等の加工が難しく、結果としてコストがかかる。
【０００７】第２に、金属である放熱フィンやヒートス
ラグ等を配線基板に取り付けるには、セラミックと金属
とのロウ付け接合技術が必要となるため面倒である。し
かも、セラミックと金属は直接ロウ付けができないの
で、配線基板にまずメタライズ層を形成し、その上にメ
ッキ層を形成してからロウ付けをする必要がある。とい
うのも、配線基板に使用するセラミック材料は絶縁性で
あり導電性がないため電解メッキ法によって直接基板の
表面にメッキ層を形成することは出来ないからである。
従って、まず金属ペーストを印刷・焼き付けしてメタラ
イズ層を形成し、その後に電解メッキを施す等の複雑な
工程が必要である。また、図２４に示すようなヒートス
ラグＳを固着する場合には、メタライズ層形成やロウ付
けの不具合により、ヒートスラグとセラミック基板の接
合部分１１０に亀裂が入ったり、密着不十分になること
があり、配線基板の気密性等の信頼性に問題が生ずる場
合がある。
【０００８】更に第３に、窒化アルミニウムは高熱伝導
性を有しアルミナに代わる材料として有望であるが、原
材料が安価に供給できない上に、基板としての製造技術
が未確立であるため、結果として高価となる上、材料自
体が水の弱い等不安定な面がある。また、放熱フィンや
集積回路その他の部材を接合するには、やはり金属ペー
ストによるメタライズ層の形成が不可欠であった。
【０００９】本発明はこれらの問題点を解決するために
なされたものであって、本発明の目的は、簡単な組成を
持ち安価に製造できる高熱伝導体を提供し、放熱部材と
しての利用を図るほか、簡単な構造で高熱放散性を有す
る安価な配線基板を提供することにある。さらに、他の
目的として、放熱フィンなどの放熱部材や集積回路その
他の部材を接合するためのメタライズ層（電解メッキ
層）を簡便に得られる配線基板を得ることを目的とす
る。また、他の目的として、高品質且つ高信頼性の放熱
部材や配線基板を得ることを目的とする。さらに、簡単
な方法により高熱放散性を有する高熱伝導体やこれを備
える配線基板を製造する方法を提供するをも目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】しかして、その手段は、
モリブデン及びタングステンのうち少なくとも１種を３
０〜９９重量％並びにセラミックを１重量％以上含むこ
とを特徴とする高熱伝導体である。ここで、高熱伝導体
中に１重量％以上含まれるセラミックとは、当技術分野
で最も広義に解されるものである。従って、多結晶のみ
ならず、結晶化ガラスや非晶質ガラスも含まれる。ただ
し、モリブデン等を含有することにより、熱伝導率が向
上するのはセラミックの熱伝導率がモリブデン等よりも
低い場合であり、例えば、アルミナ、ムライト、ガラス
セラミックなどを主成分とするセラミックが該当する。
特にアルミナやムライトは熱伝導率が低く、一方焼結温
度がモリブデン等に近似しているので好ましい。また、
この高熱伝導体は導電性を有するので、高熱伝導体の表
面の所望部分に直接に電解メッキ法により種々の電解皮
膜を形成し、ロー付け等により、放熱フィン等を直接取
り付けることができるので好ましい。
【００１１】この高熱伝導体中のモリブデン及びタング
ステンのうち少なくとも１種の含有量が６０〜９９重量
％で、高熱伝導体中のセラミックがアルミナを主成分と
するセラミックである場合には、熱伝導率が高い上に熱
膨張係数が低くなるので、例えばシリコンの熱膨張係数
に近くなり、シリコン系半導体と間に生ずる熱応力を緩
和できてより好ましい。一方、高熱伝導体中のモリブデ
ン及びタングステンのうち少なくとも１種の含有量が３
０〜６０重量％で、高熱伝導体中のセラミックがアルミ
ナを主成分とするセラミックである場合には、熱膨張係
数が比較的高くなるので、例えばガリウム砒素系半導体
の熱膨張係数に近くなり、ガリウム砒素系半導体と間に
生ずる熱応力を緩和できてより好ましい。
【００１２】また、高熱伝導体が、少なくとも２以上の
層を一体的に結合したものであり、各層の熱膨張係数が
この高熱伝導体の一方の面から他方の面に向かって単調
変化している場合には、熱膨張係数の異なるものの間に
介在させることにより両者の間の熱応力をより緩和出来
るので好ましい。ここで、この高熱伝導体を構成する２
以上の層のいずれもが、タングステンを含有することな
くモリブデンを含有し、該高熱伝導体の一方の面から他
方の面に向かって、該２以上の層のモリブデンの含有率
が単調に変化している場合には焼成時の割掛け率の変化
が緩やかなため、高熱伝導体の焼成時に生ずる応力が少
なく、高熱伝導体を構成する２以上の層の結合が強くな
り好ましい。なお、割掛け率とは、焼成時の成形体の収
縮の程度を表す数値であり、焼成前の成形体の寸法を焼
成体の寸法で割ることによって算出されるものである。
また、高熱伝導体を構成する２以上の層のいずれもが、
モリブデンを含有することなくタングステンを含有する
場合や、モリブデンとタングステンの含有率の比が略同
一である場合にも同様である。
【００１３】更に、この高熱伝導体の１主面から該１主
面の裏面に貫通して、モリブデンまたはタングステンを
主成分とする熱伝導体柱が形成されている場合には、１
主面からその裏面へ熱伝導体柱がよりすばやく熱を伝え
て放散できるので好ましい。
【００１４】しかして、これらの高熱伝導体を備え、こ
の高熱伝導体の少なくとも一部に絶縁層が直接一体的に
結合されている高熱伝導体を備えた配線基板は、絶縁層
からすばやく熱を放散できる高熱放散性を有しており、
高熱伝導体をロウ付け等により結合するよりも良好な気
密性が得られるなど、高品質かつ高信頼な配線基板を得
ることが出来る。
【００１５】特に、この絶縁層の主成分がアルミナであ
って、高熱伝導体中のセラミックも主成分がアルミナで
ある高熱伝導体を備えた配線基板にあっては、絶縁層と
高熱伝導体の結合がより強固であって、信頼性が向上し
て好ましい。更に、この絶縁層の主成分がアルミナであ
って、高熱伝導体中のセラミックにＳｉＯ2、ＭｇＯ、
ＣａＯのいずれかが含まれている場合には、これらガラ
ス成分により絶縁層と高熱伝導体の結合がさらに強固で
あって好ましい。また、絶縁層の主成分がアルミナであ
って、高熱伝導体がほぼ等量のモリブデン及びタングス
テンを含む場合には、絶縁層と高熱伝導体の焼成時の割
掛け率が急変せず両者がより一体化し易く好ましい。
【００１６】ここで、絶縁層が厚膜ガラスからなる高熱
伝導体を備えた配線基板は、絶縁層の厚みが薄く出来る
ので、薄型の配線基板を形成できる。また、絶縁層がポ
リイミドからなる場合には、薄い絶縁層とすることが出
来る上に、誘電率が低いので高速動作の集積回路等を搭
載するのにより好ましい。
【００１７】しかして、モリブデン、タングステン及び
これらの化合物のうち少なくとも１種を金属に換算して
３０〜９９重量％、並びにセラミックまたは焼成後にセ
ラミックとなる組成物を焼成後のセラミックに換算して
１重量％以上含む配合物をグリーンシートに成形し、こ
れを所望の形状に打ち抜いて高熱伝導体用打ち抜きシー
トを形成し、その後に焼成する高熱伝導体の製造方法に
おいては、従来、配線基板用のセラミックの製造方法と
同様な方法であり、極めて安価に高熱伝導体が製造でき
る。ここで、高熱伝導体用打ち抜きシートを複数枚積層
し、その後に焼成する場合には、高価なプレス金型等を
用いることなくシートを重ねることにより、高熱伝導体
を所望の形状に成形することが出来て好ましい。
【００１８】更に、絶縁セラミックまたは焼成後に絶縁
セラミックとなる組成物をグリーンシートに成形し、こ
の絶縁層用グリーンシートを所望の形状に打ち抜いた１
または複数枚の絶縁層用打ち抜きシートと、１または複
数枚の高熱伝導体用打ち抜きシートとを積層し、その後
に焼成する事を特徴とする高熱伝導体を備えた配線基板
の製造方法においては、高熱伝導体を備えた配線基板
を、従来の配線基板の製造工程を用いて製造できるの
で、極めて安価に高熱伝導体を備えた配線基板が提供で
きる。
【００１９】ここで、絶縁層用打ち抜きシート中の絶縁
セラミックまたは焼成後に絶縁セラミックとなる組成物
の主成分がアルミナであって、高熱伝導体用打ち抜きシ
ート中に含まれるセラミックまたは焼成後にセラミック
となる組成物の主成分がアルミナである場合には、絶縁
層と高熱伝導体の結合がより強固になり好ましい。更
に、絶縁層用打ち抜きシート中の絶縁セラミックまたは
焼成後に絶縁セラミックとなる組成物の主成分がアルミ
ナであって、前記高熱伝導体用打ち抜きシート中に含ま
れるセラミックまたは焼成後にセラミックとなる組成物
にＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＯのいずれかが含まれている
場合には、これらのガラス成分が絶縁層中へ拡散して結
合するので、絶縁層と高熱伝導体の結合が更に強固にな
る。また、絶縁層用打ち抜きシート中の絶縁セラミック
または焼成後に絶縁セラミックとなる組成物の主成分が
アルミナであって、高熱伝導体用打ち抜きシート中に金
属換算してほぼ等量のモリブデン及びタングステンを含
む場合には、絶縁層と高熱伝導体の割掛け率が近似する
ので、両者の結合がより強固になる。
【００２０】なお、上記の高熱伝導体やこれを備えた配
線基板は、目的、用途により種々の形状、大きさ等のも
のを選択して使用すればよい。また、これらの高熱伝導
体や配線基板は、目的、用途により種々の構成成分を合
わせ持つものであっても良い。
【００２１】
【作用】セラミックの多くは金属などに比較して熱伝導
率が低い。例えば最も一般的であるアルミナの熱伝導率
は１７Ｗ／ｍ・℃であり、ムライトは４Ｗ／ｍ・℃であ
る。これに対して、モリブデン及びタングステンの熱伝
導率は各々１６０Ｗ／ｍ・℃と１４０Ｗ／ｍ・℃であ
る。しかも、融点が高く、アルミナやムライト等を焼成
する温度とほぼ同程度の温度で焼結するため、アルミナ
等のセラミックとモリブデンやタングステンとを混合し
て、これを焼成して高熱伝導体とすることにより、高い
熱放散性有する放熱部材として使用することができ、更
に絶縁層と結合することで高熱放散性の配線基板とする
事が出来る。
【００２５】更に、熱膨張係数がアルミナ（６．７×１
０-6／℃）に比べて低いモリブデン（５．５×１０-6／
℃）やタングステン（４．４×１０-6／℃）の影響によ
り、モリブデン等の含有率が増すほど熱膨張係数が低下
する。即ち、モリブデンやタングステンを６０〜９９重
量％含有し、高熱伝導体中のセラミックがアルミナを主
成分とするセラミックである高熱伝導体は、特に熱伝導
率が高い為に熱放散性が良好である上、熱膨張係数が
６．０×１０-6／℃以下となるので、熱膨張係数が比較
的に低いもの、例えばシリコン（４．２×１０-6／℃）
に近似してくる。従って、図１に示すように高熱伝導体
１６を放熱部材として用いて、これにシリコン系半導体
からなる集積回路２を固着した場合等には、従来のアル
ミナセラミックやＣｕ−Ｗ合金を用いた場合に比較し
て、発生する熱応力が少なくなる。従って、シリコン系
集積回路などが応力を受けて誤動作したり剥離したりす
ることがなくなり、熱的に安定な信頼性のある配線基板
等を提供できる。
【００２６】一方、モリブデンやタングステンを３０〜
６０重量％含有し、高熱伝導体１６中のセラミックがア
ルミナを主成分とするセラミックである場合は、上記の
場合に比較して熱伝導率は低いが、熱膨張係数が６．０
×１０-6／℃以上となるので、熱膨張係数が比較的に高
いもの、例えばガリウム砒素系半導体（７．０×１０-6
／℃）に近似しているので、高熱伝導体にガリウム砒素
系半導体からなる集積回路２を固着した場合等には、発
生する熱応力が少なくしつつ熱放散性を高くできる。従
って、ガリウム砒素系半導体などが応力を受けて誤動作
したり剥離したりすることがなくなり、熱的に安定な信
頼性のある配線基板等を提供できる。
【００２７】更に高熱伝導体が、少なくとも２以上の層
を一体的に結合したものであり、各層の熱膨張係数が該
高熱伝導体の一方の面から他方の面に向かって単調変化
している場合には、熱膨張係数の異なる物の間にこの高
熱伝導体を介在させることで、両者の熱応力をより緩和
できる。即ち、絶縁層や集積回路チップ、放熱フィン等
の部材間の熱膨張差による応力を緩和し、例えば、高熱
伝導体と絶縁層を一体焼成やロウ付けにより結合した
り、高熱伝導体と集積回路チップ等の部材とをロウ付け
接合する場合に、これらの部材をより強固に結合できる
作用を有する。従って、一体焼成時や絶縁層またはチッ
プのロウ付け接合時などに、熱膨張差によって生ずる応
力が緩和されると共に、チップが駆動により発熱したと
きにも高熱伝導体との熱応力を緩和するので接合強度が
向上する上、良好な熱放散性を得ることができる。更
に、部材等の熱膨張係数が比較的大きい方の側には熱伝
導率の低い層を設けても、それに続けてモリブデンやタ
ングステンを多く含有する熱伝導率の高い層を高熱伝導
体中に作ることが出来るので、全体として熱放散性を高
くできる。
【００２８】ところで、上記２以上の層の間では、層間
の割掛け率の相違によっても焼成時に応力が発生する。
後述するように、モリブデンを含有する場合とタングス
テンを含有する場合では、高熱伝導体を焼成する場合の
割掛け率の変化の傾向が大きく異なる。隣接する層の割
掛け率が大きく異なる場合には、高熱伝導体の焼成時に
収縮量の違いに伴って層間に発生する応力が大きくなる
ことがある。この応力が大きい場合には層間の結合が弱
く、高熱伝導体としての強度や耐久性が低くなるので、
信頼性のある高熱伝導体とする事が出来ない。そこで、
高熱伝導体を構成する２以上の層のいずれもが、モリブ
デンのみを含有するか、タングステンのみを含有する
か、あるいはモリブデンとタングステンのを一定比率で
含有する場合には、割掛け率が各層間で急変せず、焼成
時に層間に発生する応力を少なくなる作用を有する。そ
の上、２以上の層を製作するのに、モリブデンまたはタ
ングステンのいずれか一方、もしくは、モリブデン及び
タングステンを一定の割合で混合した原料を使用すれば
よく、製造工程の管理も容易になる。
【００２９】図２に示すように、高熱伝導体１６の１主
面から該１主面の裏面に貫通して、モリブデンまたはタ
ングステンを主成分とする熱伝導体柱１７を形成する場
合には、高熱伝導体よりも熱伝導率の高いモリブデンや
タングステンを主成分とする熱伝導体柱がより効率よく
熱を放散し、いわゆるサーマルビアとしての作用を有す
る。尚、この熱伝導体柱は、高熱伝導体の製造工程にお
いて、高熱伝導体となる各種粉末をグリーンシートに成
形する成形工程とそのグリーンシートを積層する積層工
程との中間あるいは積層工程後に、打ち抜きによって貫
通穴を形成するパンチング工程、次いでこの貫通穴にモ
リブデンやタングステンのメタライズインクを充填する
充填工程を加えて製作する。かくして形成された熱伝導
体柱は、集積回路から発生する熱を短い経路でますます
効率よく放散することができるものである。尚、この熱
伝導体柱は、高熱伝導体を焼成した後に、前もって開け
ておいた貫通穴に銀や銅ペースト等を詰め込んで焼成す
る事でも簡便に製作できる。かかる場合には、熱伝導率
の良好な銀、銅により更に良好な高熱伝導体とすること
が出来る。
【００３０】上記高熱伝導体の少なくとも一部に絶縁層
が直接一体的に結合されていることを特徴とする高熱伝
導体を備えた配線基板にあっては、高熱伝導体と絶縁層
の間にロウ材や接着剤などが介在せず直接に結合してい
る。従って、集積回路等で発生し絶縁層に伝えられた熱
を、最短の経路ですばやく放散できる作用を有する。更
に、高熱伝導体と絶縁層が一体となっているので、両者
をロウ付け等により接合したものに比較して、集積回路
を固着する時や動作の時の熱によって高熱伝導体と絶縁
層間に発生する熱応力にも耐えることが出来る（図３、
４参照）。特に、図４に示すように、高熱伝導体１６を
ヒートスラグ形状として一体化すれば、図１や図２２の
ようにロウ付けによるものに生じていたロウ付け部分か
ら気密性が低下する不具合もなくなり、より信頼性のあ
る気密封止が可能となる。
【００３１】ここで、絶縁層の主成分がアルミナであっ
て、高熱伝導体中のセラミックも主成分がアルミナであ
る場合には、両者に含まれるアルミナが焼成時に結合し
て一体化するため、絶縁層と高熱伝導体の結合がより強
固となる作用を有する。従って、機械的、熱的強度が強
く、さらに信頼性の高い結合を有する配線基板が得られ
る。また、絶縁層の主成分がアルミナであって、高熱伝
導体中のセラミックにＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＯのいず
れかが含まれている場合には、これらガラス成分が絶縁
層に拡散して主成分のアルミナと結合して一体化するた
め、絶縁層と高熱伝導体の結合がより強固となる作用を
有する。従って、さらに機械的、熱的強度が強く、より
信頼性の高い結合を有する配線基板が得られる。
【００３２】その他、絶縁層の主成分がアルミナであっ
て、高熱伝導体がほぼ等量のモリブデン及びタングステ
ンを含む場合には、絶縁層の割掛け率と高熱伝導体の割
掛け率がほぼ等しいので、絶縁層と高熱伝導体間で焼結
時の割掛け率の相違による熱応力を低減でき、絶縁層と
高熱伝導体の結合がより強固になる作用を有する。従っ
て、機械的、熱的強度が強く、さらに信頼性の高い結合
を有する配線基板が得られる。
【００３３】ところで、配線基板を薄くすることによ
り、配線基板の実装密度を向上することなどが要求され
る場合がある。かかる場合に、絶縁層が厚膜ガラスから
なる場合には、グリーンシート法で絶縁層用のシートを
作成するよりも薄く絶縁層が形成できる。また、絶縁層
の薄い分だけ、絶縁層からの熱をより効率よく放散でき
る。これは、絶縁層としてポリイミドを用いる場合も同
様である。更に、ポリイミドを使用する場合には、絶縁
層の誘電率をアルミナセラミックより低くできるので、
集積回路等の動作周波数が高い場合には信号波形の歪が
減少し、誤動作を低減できる作用を有する。
【００３４】モリブデン、タングステン及びこれらの化
合物のうち少なくとも１種を金属に換算して３０〜９９
重量％、並びにセラミックまたは焼成後にセラミックと
なる組成物を焼成後のセラミックに換算して１重量％以
上含む配合物をグリーンシートに成形し、これを所望の
形状に打ち抜いて高熱伝導体用打ち抜きシートを形成
し、その後に焼成することを特徴とする高熱伝導体の製
造方法によれば、高熱伝導体は、通常のアルミナ等のセ
ラミック配線基板と同様の工程で製造できる。従って、
Ｃｕ−Ｗによる放熱部材を製作する場合に用いる溶浸法
のような難しい工程によって材料を製作する必要もな
く、また研削等をの面倒な工程がなくとも、シートの打
ち抜きという簡便な工程によって所望の形状の高熱伝導
体が極めて安価に製造できる。
【００３５】更に、厚みのある高熱伝導体を製造するに
は、高熱伝導体用打ち抜きシートを複数枚積層し、その
後に焼成すればよく、このような方法は、セラミック配
線基板の製造において通常に採用される工程であるの
で、やはり特別な装置等を必要とせず安価に高熱伝導体
を製造することが出来る。
【００３６】絶縁セラミックまたは焼成後に絶縁セラミ
ックとなる組成物をグリーンシートに成形し、この絶縁
層用グリーンシートを所望の形状に打ち抜いた１または
複数枚の絶縁層用打ち抜きシートと、１または複数枚の
高熱伝導体用打ち抜きシートとを積層し、その後に焼成
する事を特徴とする場合には、通常のセラミック配線基
板の製造と同様の工程でもって、絶縁層と高熱伝導体が
直接一体的に結合している高熱伝導体を備えた配線基板
を形成できる作用を有する。従って、従来のように、配
線基板に放熱部材をロウ付けするためのメタライズ層や
メッキ層を形成する工程や、ロウ付けを行う等の工程が
省略できる。即ち、従来の放熱部材と同等の熱伝導率を
有する高熱伝導体を備えながら、従来のセラミック配線
基板を形成する工程と同様な工程で足り、極めて安価な
高熱伝導体を備えた配線基板が提供できる。
【００３７】特に、絶縁層用打ち抜きシート中の絶縁セ
ラミックまたは焼成後に絶縁セラミックとなる組成物の
主成分がアルミナであって、前記高熱伝導体用打ち抜き
シート中に含まれるセラミックまたは焼成後にセラミッ
クとなる組成物の主成分がアルミナである場合には、絶
縁層中のアルミナと高熱伝導体中のアルミナが同時焼成
によって相互に結合するため両者が強固に結合する作用
を有する。ところで、モリブデンやタングステンとアル
ミナとの焼結温度が若干相違するため、焼成温度が変動
するとモリブデン等とアルミナとの結合状態が変動し、
絶縁層と高熱伝導体との結合の強度が変動する。かかる
場合に絶縁層及び高熱伝導体のアルミナが相互に結合す
ると、結合強度の変動が減少するため、工程中の焼成温
度の変動に対して両者の結合強度の変動が少なく、安定
した性能を持つ配線基板が製造できる。
【００３８】同様な作用が絶縁層用打ち抜きシート中の
絶縁セラミックまたは焼成後に絶縁セラミックとなる組
成物の主成分がアルミナであって、前記高熱伝導体用打
ち抜きシート中に含まれるセラミックまたは焼成後にセ
ラミックとなる組成物にＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＯのい
ずれかが含まれている場合にも得られる。即ち、ガラス
成分であるＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＯが、絶縁層中に拡
散して絶縁層中のアルミナと結合し、絶縁層と高熱伝導
体を一体化して両者を強固に結合させる。また、焼成温
度の変動に対しても上記と同様に結合強度の変動が少な
くなり、安定した性能を持つ配線基板が製造できる。
【００３９】更に、絶縁層用打ち抜きシート中の絶縁セ
ラミックまたは焼成後に絶縁セラミックとなる組成物の
主成分がアルミナであって、前記高熱伝導体用打ち抜き
シート中に金属換算してほぼ等量のモリブデン及びタン
グステンを含む場合には、割掛け率の違いによって絶縁
層と高熱伝導体の間に生ずる応力を低減できる作用を有
する。即ち、モリブデンはアルミナと混合して焼成する
と、割掛け率が増加する傾向を示す。一方、タングステ
ンはアルミナと混合して焼成すると、割掛け率が低下
し、モリブデンと逆の傾向を示す。従ってほぼ等量のモ
リブデン及びタングステンをアルミナと混合して焼成す
れば、割掛け率はモリブデン等を含まないアルミナを主
成分とする絶縁層の割掛け率とほぼ同等になり、両者の
割掛け率の相違による応力が低減され、絶縁層と高熱伝
導体の結合をより強固にできる。
【００４０】尚、高熱伝導体中のモリブデンおよびタン
グステンの含有量が合計しても３０重量％未満の場合
は、熱伝導率が十分に大きくならない上、上記のような
熱膨張係数や割掛け率に及ぼす影響も少ないので、本発
明の所望の作用を得ることができない。
【００４１】他方、高熱伝導体のモリブデン等の含有量
が９９重量％を越える場合は、アルミナなどのセラミッ
クの焼結温度とモリブデンやタングステンの焼結温度が
異なることに起因して、アルミナなどのセラミックと同
様な温度では十分に焼結出来ない。従って、セラミック
と同様な温度で焼結すると熱伝導率が低下して好ましく
ない。かかる場合に、セラミックと別の温度で高熱伝導
体を単体で焼結する場合には、セラミックの焼成工程を
利用することが出来ず面倒であり、別途焼成用の設備等
を用意する必要があるため結果としてコストアップとな
る。一方、セラミックと一体焼結する場合には、高熱伝
導体中のセラミック成分が少ないので、高熱伝導体中の
セラミック成分と絶縁層中のセラミック成分が結合した
り、高熱伝導体中のガラス成分が絶縁層中の拡散して結
合したり、絶縁層中のガラス成分が高熱伝導体のセラミ
ックに拡散でして結合したりする事が十分にできない。
その結果、高熱伝導体用打ち抜きシートを絶縁層用打ち
抜きシートと積層して焼成しても、両者を強固に一体化
することができない。また、焼成温度の変動によっても
両者の結合強度が大きく変動するため、安定な性能を持
つ高熱伝導体を備えた配線基板が出来ない。
【００４２】
【実施例】
−実施例１− アルミナ粉末を８０重量％とガラス成分となるＳｉ
Ｏ2、ＭｇＯ及びＣａＯの粉末を合計して２０重量％混
合してセラミック粉末とし、このセラミック粉末とモリ
ブデン粉末を混合し、ドクタブレード法により厚み０．
６ｍｍのグリーンシートに成形した後、所定のサイズに
打ち抜いて、これを４枚圧着・積層した後切断して約４
０×３０×２．４ｍｍの平板に成形し、還元雰囲気にて
約１５００℃で焼成することにより高熱伝導体サンプル
を作成した。これについて、熱伝導率、熱膨張係数、導
電率及び割掛け率を測定し、その結果を各々表１及び図
５〜８に示す。
【表１】 各表及び各図において、横軸のモリブデン混合量は、セ
ラミック粉末とモリブデン粉末との合計量に対するモリ
ブデン混合量の重量百分率を示している。これは、以
下、タングステン粉末の場合を含めて、表２〜４及び図
９〜図１２も同様である。尚、アルミナやＳｉＯ2等の
ガラス成分及びモリブデンやタングステンは高熱伝導体
の焼成の前後で重量が変化しないので、この重量百分率
はそのまま焼成後の高熱伝導体のモリブデン等の含有量
の重量百分率を示す。これらの結果によれば、モリブデ
ンの含有量が３０重量％以上となると、その含有量の増
加に伴って、熱伝導率が増加し、逆に熱膨張係数は減少
することが判る（図５、６参照）。従って、この高熱伝
導体を用いれば、熱伝導率が高く、熱膨張係数が小さい
放熱部材が、アルミナなどのセラミックと同様な工程で
製造できる。
【００４３】更に、モリブデンの含有量の増加に伴い、
高熱伝導体が導電性を示すようになる（図７参照）。上
記高熱伝導体サンプルについて更に電解メッキを行って
メッキ皮膜の形成が可能か否かを判定した。その結果を
表２に示す。
【表２】 上記表２より、モリブデンが３０重量％以上含まれてい
る場合には、電解メッキ法によってメッキ皮膜が被着で
きる程度の導電性を有することが判る。従って、かかる
高熱伝導体で放熱部材を構成すれば、Ｃｕ−Ｗ合金等の
放熱部材と同様に直接電解メッキによりメッキ層が被着
でき、ＡｌＮのように電解メッキの為に厚膜金属ペース
トを焼き付けてメタライズ層を形成する必要がない。
尚、モリブデンの混合量が９９重量％となると、熱伝導
率が若干下がり、逆に熱膨張係数が若干上がるなどの変
化が見られる。これは、アルミナとモリブデンの焼結温
度の相違するので、十分に焼結できないためと考えられ
る。以上より、モリブデンの含有量は３０〜９９重量％
が適当であり、モリブデンの含有量が９７重量％以下が
より好ましいことが判る。これは、３重量％程度含有す
るセラミック成分により結合が十分されるためと考えら
れる。
【００４４】尚、モリブデンの含有量が６０〜９９重量
％に場合は、熱伝導率も大きく、放熱部材として使用す
ればより良好な熱放散性が得られる。この場合、熱膨張
係数が低く、シリコン系半導体の熱膨張係数に近似する
ので、シリコン系半導体集積回路を固着すれば、高熱伝
導率が得られることと相俟って、シリコン系半導体にか
かる固着時や動作時の熱による応力が軽減でき、集積回
路の信頼性向上を図ることが出来る。一方、モリブデン
の含有量が３０〜６０重量％に場合は、熱伝導率は比較
的小さく、放熱部材としては熱放散性は比較的劣る。し
かし、熱膨張係数が比較的高いため、アルミナを主成分
とするセラミックなどと接合したり、熱膨張係数の高い
ガリウム砒素系半導体集積回路を固着する場合には、熱
応力の軽減して、配線基板や集積回路の信頼性向上を図
ることが出来る。また、それほど高い熱放散性を要求し
ない場合にも使用することが出来る。この場合、アルミ
ナ等に比べ高価なモリブデンの使用量が少なくなるの
で、安価に製造出来る
【００４５】なお、モリブデンの混合量が３０重量％未
満の場合には、熱伝導率が増加していない。これは、モ
リブデンの含有量が少ないと、モリブデンとモリブデン
の間にアルミナが介在するために熱伝導率がアルミナの
それに支配されることを示していると考えられ、高熱伝
導体としては適当でない。また、モリブデンの含有量が
３０重量％未満の場合には、熱膨張係数も低下しないた
め、集積回路等の部材との熱応力緩和にも効果がない。
また導電率においても２０から３０重量％の間で急激に
上昇しており、３０重量％以下では電解メッキも困難で
ある。一方、モリブデンの含有量が９９重量％を超える
場合には、アルミナを主成分とするセラミックの焼成温
度とモリブデンの焼結温度が異なるため、十分に焼結出
来ず、熱伝導率が低下するので、高熱伝導体として好ま
しくない。
【００４６】尚、上述した高熱伝導体の製造工程におい
て、所望の高熱伝導体の厚みが薄い場合には、打ち抜い
たグリーンシートを積層する事なく１枚のみを焼成して
高熱伝導体を形成すればよい。更に、グリーンシートを
打ち抜いた後に積層して焼成すれば、所望の形状の高熱
伝導体が形成できる。また、焼成前や焼成後に研削等に
よって更に形を整えることも容易である。従って、Ｃｕ
−Ｗ合金のように困難な切削等の加工をする工程を省略
することができ、セラミック配線基板の製造に使用する
工程が流用できるので、この高熱伝導体を放熱部材とし
て安価に提供できる。このことは、以下に説明する実施
例２〜６の場合においても同様である。ここで、グリー
ンシートの成形方法としてドクターブレード法を例に示
したが、所定形状に成形した後、配線や積層できる方法
であれば、この方法に限らず、プレス法、ペースト法等
の他の成形手段によってシートを成形してもよい。
【００４７】−実施例２− 上記実施例１のモリブデン粉末に替えてタングステン粉
末を用いて、実施例１と同様な工程により高熱伝導体サ
ンプルを作成した。これについて、熱伝導率、熱膨張係
数、導電率及び割掛け率を測定し、その結果を各々表３
及び図９〜１２に示した。
【表３】 これらの結果によれば、モリブデンの場合と同様にタン
グステンの含有量の増加に伴って熱伝導率が増加するこ
と、並びに熱膨張係数もタングステンの含有量の増加に
伴って減少することが判る。従って、モリブデンの場合
と同様に、この高熱伝導体を用いれば、熱伝導率が高
く、熱膨張係数が小さい放熱部材が、アルミナなどのセ
ラミックと同様な工程で製造できる。また、導電性に付
いても表４に示す通りモリブデンの場合と同様であり、
電解メッキによるメッキ層が直接形成できる。
【表４】
【００５２】−実施例３− 上記実施例１のモリブデン粉末に替えて酸化モリブデン
粉末を用いて、実施例１と同様な工程により高熱伝導体
サンプルを作成した。これについて、熱伝導率、及び熱
膨張係数を測定し、その結果を各々表５及び図１３、１
４に示した。
【表５】 これらの結果によれば、実施例１のモリブデン粉末の場
合と同様に、酸化モリブデン粉末の混合量の増加に伴っ
て、熱伝導率が増加すること、並びに熱膨張係数も、酸
化モリブデン粉末の混合量の増加に伴って減少すること
が判る。尚、酸化モリブデンは、還元雰囲気での焼成に
より還元されて高熱伝導体中では実質上、金属モリブデ
ンとして存在している。これは、粉末Ｘ線回折及びＥＰ
ＭＡ分析により確認している。そこで、図１３、１４に
は、モリブデンの含有量に換算した場合についても横軸
に数値を記載している。尚、酸化モリブデンとして三酸
化モリブデン（ＭｏＯ3）を使用したため、三酸化モリ
ブデンがすべてモリブデンに変わったとして換算した。
但し、上記の分析手段においては、数％程度（例えば３
％程度）以下の不純物（含有物質）は検出されないの
で、数％以下の未反応の酸化モリブデンが存在している
可能性があるが、本発明においては、この程度の未反応
酸化モリブデンは特性等に影響しないと思われる。以上
より、酸化モリブデン粉末を使用した場合も実施例１、
２と同様な効果が得られることが判る。従って、同様に
放熱部材として使用することが出来る。
【００５３】−実施例４− 上記実施例２のタングステン粉末に替えて酸化タングス
テン粉末を用いて、実施例１と同様な工程により高熱伝
導体サンプルを作成した。これについて、熱伝導率、及
び熱膨張係数を測定し、その結果を各々表６及び図１
５、１６に示した。
【表６】 これらの結果によれば、実施例２のタングステン粉末の
場合と同様に、酸化タングステン粉末の混合量の増加に
伴って、熱伝導率が増加すること、並びに熱膨張係数
も、酸化タングステン粉末の混合量の増加に伴って減少
することが判る。尚、酸化タングステンは、還元雰囲気
での焼成により還元されて高熱伝導体中では実質上、金
属タングステンとして存在している。これは、粉末Ｘ線
回折及びＥＰＭＡ分析により確認された。そこで、図１
５、１６には、タングステンの含有量に換算した場合に
ついても横軸に数値を記載している。尚酸化タングステ
ンとして三酸化タングステンを使用したため、三酸化タ
ングステンが全てタングステンに変わったとして換算し
た。但し、上記の分析手段においては、数％程度（例え
ば３％程度）以下の不純物（含有物質）は検出されない
ので、酸化モリブデンの場合と同様に、数％以下の未反
応の酸化タングステンが存在している可能性があるが、
本発明においては、この程度の未反応酸化タングステン
は特性等に影響しないと思われる。以上より、酸化タン
グステン粉末を使用した場合も実施例１、２と同様な効
果が得られることが判る。従って、同様に放熱部材とし
て使用することが出来る。
【００５４】更に、上記実施例１〜４の結果から、高熱
伝導体中にモリブデン及びタングステンのうち少なくと
も１種を３０〜９９重量％並びにセラミックを１重量％
以上含んでいれば、高い熱伝導率を持つ高熱伝導体が形
成できることは明らかである。また、モリブデン、タン
グステン及びこれらの化合物のうち少なくとも１種を金
属に換算して３０〜９９重量％、並びにセラミックまた
は焼成後にセラミックとなる組成物を焼成後のセラミッ
クに換算して１重量％以上含む配合物をグリーンシート
に成形し、これを所望の形状に打ち抜いて高熱伝導体用
打ち抜きシートを形成し、その後に焼成すれば、安価な
高熱伝導体が製造できることも明らかである。
【００５５】ここで、上記実施例１〜４ではセラミック
としてアルミナを使用したが、ムライトを使用しても同
様に熱伝導率を向上できることや導電性を付与できるこ
とは明らかである。ただし、ムライトの熱膨張係数は、
モリブデンやタングステンよりも小さい４．０×１０-6
／℃であるので、モリブデン等を混合すると、アルミナ
の場合とは逆に熱膨張係数が上昇する。従って、モリブ
デン等の含有量が比較的少ない領域（３０〜６０重量
％）でシリコン系半導体チップの熱膨張係数と近似し、
比較的含有量の多い領域（６０〜９９重量％）でガリウ
ム砒素系半導体チップの熱膨張係数に近似して、それぞ
れ熱応力を緩和できることになる。
【００５６】−実施例５− 実施例１で製作したモリブデン粉末の混合量を変化して
製作した高熱伝導体用シートを、モリブデンの含有量の
順に積層し、焼成して高熱伝導体サンプルを作る場合を
考える。かかる高熱伝導体は、表１および図６から判る
ように、各層の熱膨張係数が一方の面から他方の面に向
かって単調に変化しており、熱膨張係数の異なる２つの
部材、例えばアルミナを主成分とするセラミック基板と
シリコン系半導体集積回路の間に介在させれば、熱応力
の緩和を図ることが出来る。即ち、図１７の場合おい
て、モリブデンの含有量の少ない層１６ａの面に熱膨張
係数の高いセラミック基板３を銀ロウ１０で固着し、モ
リブデンの含有量の多い層１６ｂの面にシリコン系半導
体集積回路２を金系ロウ材１１で固着すれば、シリコン
系半導体集積回路２を直接アルミナセラミックに固着す
る場合に比較して、集積回路２を固着するときや、動作
時の発熱による熱応力が緩和され、熱放散が容易になる
ことも相俟って、集積回路２の剥離や誤動作、破壊等が
防止される。このことは、実施例２で製作したタングス
テン粉末の混合量を変化して製作した高熱伝導体用グリ
ーンシートを、タングステンの含有量の順に積層し、焼
成して高熱伝導体サンプルを作る場合でも同様である。
その他、実施例３、４に示したように、酸化モリブデン
や酸化タングステンを使用した場合も同様であることは
明らかである。
【００５７】ここで、高熱伝導体を２種類の層で構成し
た実施例について、１種類の層で構成した場合と比較す
る実験を行った。アルミナ粉末を２重量％、ＳｉＯ2、
ＭｇＯ及びＣａＯを合わせて２重量％及びモリブデン粉
末を９６重量％としてこれらを混合し、ドクタブレード
法によりグリーンシートを製作し、所定の寸法に打ち抜
いてシートＡを製作する、同様にアルミナ粉末を５１重
量％、ＳｉＯ2、ＭｇＯ及びＣａＯを合わせて４重量％
及びモリブデン粉末を４５重量％としてこれらを混合
し、同様な寸法のシートＢを製作する。シートＡとＢを
積層し３２×３２×１．０ｍｍに切断した後に焼成して
２層からなる高熱伝導体サンプルａを製作する。同様に
シートＡを２枚積層・切断して比較用サンプルｂを製作
した。
【００５６】ついで、サンプルａにおいてはシートＢ側
の面に、比較サンプルｂにおいてはいずれかの面に、５
５×５５×２．４ｍｍの８０％アルミナセラミック基板
を銀ロウで接合した。尚、接合に先立ち、サンプルａ及
びｂの接合面には電解メッキによりＮｉメッキ層が、ア
ルミナセラミック基板の接合面には厚膜タングステン層
を下地としてＮｉメッキ層が形成されている。接合され
たサンプルを熱衝撃試験(MIL-STD-803C,Cond.C)−６５
℃〜＋１５０℃の条件で、１００サイクル行い、蛍光探
傷法にてサンプルａ、ｂのアルミナセラミック基板との
接合面付近のクラックの有無を調査した。その結果、サ
ンプルａにはクラックは見られなかったが、比較サンプ
ルｂにはクラックが発見された。
【００５７】これは、サンプルａにおいては、モリブデ
ンの含有量が少ないので、比較的熱膨張係数がアルミナ
セラミック基板の熱膨張係数と近く、両者間に発生する
熱応力が小さかったためである。一方、比較サンプルｂ
においては、モリブデンの含有量が多いため、熱膨張係
数が小さくなってアルミナセラミック基板と間に発生す
るの熱応力が大きくなり、比較的強度の低いサンプルｂ
側にクラックが入ったものと考えられる。以上より、高
熱伝導体が、少なくとも２以上の層を一体的に結合した
ものであり、各層の熱膨張係数が該高熱伝導体の一方の
面から他方の面に向かって単調変化している場合には、
熱応力を緩和して、より信頼性の高い高熱伝導体が得ら
れることが判る。
【００５８】更に、上記実験においては、サンプルａに
使用したシートＡ、Ｂともタングステン粉末を含まずモ
リブデン粉末のみをセラミック粉末と混合して製作し
た。これは、表１、３および図８、１２から判るよう
に、割掛け率の変化の傾向がモリブデンとタングステン
では逆になっているからである。即ち、モリブデン粉末
を使用せずにタングステン粉末を使用したシート（以下
シートＣという。）とシートＡとを積層した場合には、
各層の熱膨張係数は単調に変化しても、割掛け率がシー
トＡとシートＣの２層によって大きく異なるため、焼結
時に層間に応力が発生して層間の結合（密着性）が低下
することが考えられる。したがって、各層間で割掛け率
の急変を防いで、高熱伝導体の信頼性を更に向上するた
めには、上記サンプルａのように高熱伝導体を構成する
２以上の層のいずれもが、タングステンを含有すること
なくモリブデンを含有し、この高熱伝導体の一方の面か
ら他方の面に向かって、これら２以上の層のモリブデン
の含有率が単調に変化していることが好ましい。同様な
ことは、モリブデンとタングステンを入れ換えた場合に
ついても当てはまることである。
【００５９】また、これらの場合には、原料としてモリ
ブデン粉末、タングステン粉末や酸化モリブデン等の化
合物のいずれか１つのみを用意しておけば足り、製造工
程においてもグリーンシートの管理等が簡単になるの
で、工程上も有利であり、結局高熱伝導体を安価に提供
できることとなる。そのほか、モリブデンとタングステ
ンの含有量の比を一定にしつつ、両者の含有率を単調に
変化しても割掛け率は各層間で急変せず同様な効果を得
ることが出来る。この場合、前もってモリブデン粉末と
タングステン粉末などを一定比率で混合したものを製造
しておき、これをセラミック粉末と混合するようにすれ
ば、原料や工程の管理が容易となる。
【００６０】−実施例６− 実施例１と同様に、高熱伝導体となる各種粉末をグリー
ンシートに成形しシートを打ち抜いた後に、シートに貫
通穴を形成するパンチング工程と、次いでこの熱伝導体
柱にモリブデンメタライズインクを充填する充填工程を
加えて、その後にシートを積層・切断し焼成して高熱伝
導体１６を製作した（図２参照）。尚、図２では、高熱
伝導体１６をセラミック配線基板３にロウづけした場合
を示している。ここで高熱伝導体１６のモリブデンの含
有量は６０重量％とし、熱伝導体柱１７は直径０．２ｍ
ｍ×長さ２ｍｍ、３０本／ｃｍ2とした。この高熱伝導
体の熱伝導体中の貫通している一方の面から他方の面へ
の熱伝導率を測定したところ、５６Ｗ／ｍ・℃と熱伝導
体中の無い場合（４３Ｗ／ｍ・℃）の約１．３倍となり
更に熱伝導率が向上したことが確認され、熱伝導体柱が
サーマルビアとして働き放熱部材として更に高い熱放散
性を得られることが判った。
【００６１】−実施例７− 図３に、本発明の高熱伝導体を多数層のからなる絶縁セ
ラミック層（多層配線基板）に直接一体的に結合したピ
ングリッドアレイ（ＰＧＡ）型セラミック配線基板の構
造例を示す。ＰＧＡ型セラミック配線基板１は、集積回
路チップ２を搭載するとともに主面上に縦横に多数配列
して形成されたパッド部を備えるセラミック配線基板３
と、このセラミック配線基板３のパッド部に接合された
多数のコバール等からなる入出力ピン等の外部金属端子
４と、その多層配線基板３の集積回路チップ搭載部（ダ
イアタッチ部）の周縁部上方に接合されたコバール等か
らなる封止用蓋体５で構成されている。そして、セラミ
ック配線基板１は、アルミナ等からなる板形状の複数枚
の絶縁セラミック層３及びこれの最上面の層と直接一体
的に結合した高熱伝導体１６を備えている。各絶縁セラ
ミック層３の間には、高融点金属にて各種配線パターン
３ｂが形成されて、ボンディングワイヤ６により集積回
路チップ２とビアホール３ｃにより外部金属端子４と接
続している。
【００６２】この多層配線基板３は、以下の方法で製作
される。即ち、実施例１に示した方法により、高熱伝導
体用のグリーンシートを形成し、所望の形状に打ち抜い
て高熱伝導体用打ち抜きシートを作っておく。一方、通
常のアルミナセラミック基板と同様に、アルミナ粉末を
８０重量％及びガラス成分としてＳｉＯ2、ＭｇＯ及び
ＣａＯを合計で２０重量％として、ドクタブレード法に
より同様にして絶縁セラミック層用グリーンシートを形
成し打ち抜いた後に、その上にモリブデンやタングステ
ンのペーストによって所望のメタライズ配線を印刷す
る。さらに、これらの打ち抜いたシートを積層し所望の
形状に切断して、還元雰囲気において一体焼成すること
により、高熱伝導体と絶縁セラミック層とを直接一体的
に結合せしめた多層の絶縁セラミック層３と高熱伝導体
１６を有する多層配線基板を製作した。
【００６３】以上のように絶縁セラミック層３及び高熱
伝導体１６は、いずれも通常のドクターブレード法で成
形され、積層後に還元雰囲気中で同時焼成されたもので
ある。従って、通常の絶縁セラミック層用グリーンシー
トのみを積層する多層配線基板と同様に、配線印刷や積
層をすることができ、しかも高熱伝導体によって高い熱
放散性を有する多層配線基板を簡便に製作できた。ここ
で、絶縁セラミック層用グリーンシートの成形方法とし
てドクターブレード法を例に示したが、高熱伝導体用グ
リーンシートと同様に、所定形状に成形した後、配線や
積層できる方法であれば、この方法に限らず、プレス
法、ペースト法等の他の成形手段によってシートを成形
してもよい。
【００６４】かくして製造されたセラミック配線基板１
は、図３のように絶縁セラミック層３及び高熱伝導体１
６が、例えばメッキ層やロウ材のような他の結合部品・
部材を介在させること無く直接一体的に結合したもので
あるから、絶縁セラミック層に伝えられた熱を短い経路
で効率よく放散することができるものであった。更に、
図４のように高熱伝導体１６に集積回路チップ２が絶縁
セラミック層３を介さずにロウ材により接合されている
場合には、セラミック配線基板１が従来のセラミック配
線基板と同様な手法により製作できるのに、従来の図２
４に示すヒートスラグ付きのセラミック配線基板のよう
に集積回路チップ２から発生する熱を効率よく放散でき
る。従って、高価な材料で製作されるヒートスラグを固
着する必要も、ヒートスラグを固着するためのメタライ
ズ層を形成する必要もない。しかも、高熱伝導体層１６
が絶縁セラミック層３に強固に結合しているため、従来
のロウづけ接合するタイプの配線基板より気密封止の信
頼性が向上する。
【００６５】高熱伝導体１６２は、導電性を有し、直接
メッキ層が被着できる。従って、図４、１８のように集
積回路チップ２や放熱フィンＦを接合する為のメッキ層
を設けるにあたっては、高熱導電体１６に直接電解メッ
キによりＮｉメッキ層、Ａｕメッキ層を形成することが
できるので、その上に集積回路チップ２や放熱フィンＦ
をロウ付け接合できる本実施例では、高熱伝導体とし
て、実施例１に示すモリブデン粉末を混合したグリーン
シートを用いた場合について示したが、実施例２〜４に
示した場合、あるいはセラミック粉末と、モリブデン粉
末、タングステン粉末及びこれらの化合物の粉末のうち
の１種類以上とを混合して高熱伝導体用グリーンシート
を成形した場合でも同様である。尚、本実施例はＰＧＡ
型のセラミック多層配線基板について示したが、その他
の形状、例えばボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型、サ
イドブレーズ型等であっても良いし、配線基板も多層で
ある必要はなく、単層の配線基板でも良い。また、集積
回路は複数であっても良く、また複数の高熱伝導体が絶
縁層と結合していても良い。更に、高熱伝導体の両面に
絶縁層が結合している場合であっても良い。
【００６６】−実施例８− 絶縁セラミック層と高熱伝導体との結合の強さについて
以下の調査を行った。まず、タングステン粉末９９重量
％、アルミナ粉末１．０重量％に有機バインダを添加し
て混合し、成形してグリーンシートとした後、打ち抜い
てシートＤを得た。その他タングステン粉末を９７重量
％、アルミナ粉末３重量％として、同様に製作したシー
トＥも製作した。一方、アルミナ粉末９２重量％と、焼
結助剤としてガラス成分のＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＯを
合計８重量％とを混合し、同様に成形し打ち抜いてシー
トＦを得た。次にシートＤ及びＥとシートＦとを積層し
切断してサンプルｃ、ｄを製作した後、還元雰囲気中で
温度１５００、１５５０、１６００℃の３段階で焼成
し、高熱伝導体側にＮｉ鍍金を施すことによって高熱伝
導体と絶縁セラミック層からなる積層基板３０を製造し
た。
【００６７】別途、先端に径大の鍔状部（面積０．１９
ｍｍ2）を有する金属ピン３４を準備し、その鍔状部端
面に予め所定量のＡｇ−Ｃｕ共晶ろうを付けておく。そ
して、前記積層基板のＮｉ鍍金された部分にピンをＡｇ
−Ｃｕ共晶ろうにて炉設定温度９００℃、窒素−水素混
合ガス中で接合した。
【００６８】接合後にピン３４の先端をクランプして、
図１９に示すように積層基板３４に対して４５°方向に
引っ張り、強度（以下ピール強度という。）を測定し
た。比較のために、アルミナ粉末を含まない他はシート
Ｄと同様に製作したシートＧを用いて上記積層基板と同
一条件により比較用積層基板（サンプルｅ）を製作し、
同様にそのピール強度を測定した。各々のピール強度測
定結果を表７及び図２０に示す。
【００６９】図２０で明らかなように、本実施例の配線
基板のピール強度は、焼成温度が１５００℃の場合には
差が無く、１５５０、１６００℃の時には、いずれの焼
成温度においてもサンプルｃ、ｄの方がサンプルｅのそ
れより高かった。すなわち、高熱伝導体と絶縁セラミッ
ク層との結合強度は、高熱伝導体がタングステン１００
％よりなる場合よりも、高熱伝導体が少量でもアルミナ
を主成分とするセラミックを含んでいる場合のほうが優
れていることが明らかとなった。これは、焼成時にシー
トＤ及びＥ中に含まれているアルミナとシートＦ中のア
ルミナが結合したため、焼成後に高熱導伝体層と絶縁セ
ラミック層が強固に結合しているためであると考えられ
る。従って、機械的、熱的に強度の高い配線基板とする
ことが出来る。また、サンプルｅの場合には焼成温度が
高くなるとピール強度が著しく低下する傾向が見られ
た。しかし、本実施例サンプルｃ、ｄ、特にサンプルｄ
はピール強度が比較的に安定しており、製造工程におい
て焼成温度が変動しても結合強度が変動せず、強度のば
らつきが少ない信頼性の高い配線基板とする事が出来
る。
【００７０】−実施例９− 更に、上記実施例８におけるシートＤ又はＥの代わり
に、タングステン９７重量％及びアルミナ１．０重量％
及びガラス成分のＳｉＯ2を１．０重量％、ＭｇＯ及び
ＣａＯを各々０．５重量％の合計２．０重量％としたシ
ートＨを用いて、同様に配線基板（サンプルｆ）を製作
した場合に付いても、ピール強度を測定した。その結果
を表７及び図２０に加えて表示する。これによれば、ガ
ラス成分を加えることにより、更に高熱伝導体と絶縁層
との結合が強固になっていることが判る。これは、焼成
中にシートＨ中のガラス成分が、絶縁セラミック層側に
拡散してアルミナやガラス成分と結合したため、焼成後
に高熱導伝体層と絶縁セラミック層が強固に結合してい
るためであり、機械的・熱的に強度の高い配線基板とす
ることが出来ることを示している。また、実施例８に比
して本実施例の場合には更に、積層基板はピール強度が
安定しており、製造工程において焼成温度が変動しても
結合強度が変動せず、強度特性のばらつきが少ない、信
頼性の高い配線基板とする事が出来る。
【００７１】−実施例１０− 前述した実施例１及び２による表１、２及び図８、１２
に示すように、モリブデンを含有する高熱伝導体とタン
グステンを含有する高熱伝導体とでは、割掛け率が逆の
傾向になることが判った。従って、モリブデンとタング
ステンとをほぼ等量含む高熱伝導体層は、モリブデンと
タングステンが互いに割掛け率に対する影響を打ち消し
合って、その焼成収縮量がアルミナを主成分とする絶縁
セラミック層のそれと同程度となることが明らかであ
る。
【００７２】これを確認するために、ほぼ等量のモリブ
デン粉末及びタングステン粉末と、アルミナ粉末及び上
述のガラス成分０．５〜８重量％を混合して、実施例１
と同様の手法にて高熱伝導体を製作し、その割掛け率を
測定してその結果を表８及び図２１に示した。この結果
から判るように、割掛け率において逆の傾向を示すモリ
ブデンとタングステンをほぼ等量混合することにより、
モリブデン等を混合しないアルミナ基板と同様の割掛け
率を得ることが出来る。したがって、アルミナを主成分
とする絶縁セラミック層とこのような高熱伝導体からな
る配線基板を同時焼成によって製作すれば、絶縁セラミ
ック層と高熱伝導体の間に、割掛け率の相違によって発
生する応力が低減でき、両者の結合が更に強固となり信
頼性のある配線基板とする事が出来る。
【００７３】尚、本発明において、絶縁層や高熱伝導体
に接合する部材は、半導体集積回路や放熱フィンに限定
されない。即ち、トランジスタ、ダイオード、サイリス
タ等の半導体素子や、ＳＡＷデバイス、光集積回路等の
電子部品、さらには、気密封止用蓋体、蓋体接合用封着
リングや入出力端子等が挙げられる。
【００７４】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明にかかる
高熱伝導体においては、アルミナ等やガラス成分からな
るセラミックとモリブデンやタングステンからなる簡単
な組成を持ち、従来のセラミック配線基板の工程をその
まま利用することが出来るため、極めて安価に製造でき
加工も容易である。本発明の高熱伝導体はモリブデン等
を多く含有するほど熱膨張係数が低くなる。従って、熱
膨張係数を適当な値に選べば、配線基板や集積回路など
との熱応力をも低減する事が出来る。更に、モリブデン
やタングステンの含有率を変化することで、熱伝導率や
熱膨張係数等の特性の異なる高熱伝導体層を組み合わせ
て用いることが出来る。しかもそれらを積層できるの
で、高熱伝導体層に接合する半導体チップや放熱フィン
などの部材の熱膨張係数などに応じて適宜所望の高熱伝
導体層を構成できる。更に、本発明の高熱伝導体は導電
性を有するため、直接電解メッキによりＮｉメッキ層や
Ａｕメッキ層を形成することが出来る。このため、従来
の絶縁性のセラミック基板では必要であった導電性付与
のためのメタライズ加工が不要となり、半導体チップや
放熱フィン等の部材を簡便に固着出来るので、更に安価
に放熱部材や配線基板を構成できる。
【００７５】また、高熱伝導体用打ち抜きシートと絶縁
層用打ち抜きシートとを積層して積層体に成形後、還元
雰囲気にて一体焼成し配線基板を形成できる。従って、
配線基板へメタライズ層の形成をしたりロウ付け接合す
る工程が必要なＣｕ−Ｗ等の放熱部材と異なり、従来の
セラミック配線基板の焼成工程を用いて一挙に高熱伝導
体を形成できる上、高熱伝導体層と絶縁層が直接一体的
に結合しているので、気密封止の信頼性も向上できる。
また、高熱伝導体にガラスやポリイミドなどを塗布やコ
ーティングすることによっても絶縁層を簡便に形成しさ
らには積層できる。また、モリブデンやタングステンの
含有率を調整することで、絶縁層と高熱伝導体層の割掛
け率とを近似させることができ、一体焼成時の熱応力を
減少し両者の結合をより強固にして、高い信頼性を有す
るセラミック配線基板とする事が出来る。原料が安価で
製造方法の安定しているアルミナセラミックや、ムライ
ト等を使用して、これらの製造工程を流用して本発明の
セラミック配線基板を構成できるので、熱伝導率は高い
が、原料が高価で製造工程が安定しない窒化アルミニウ
ム製のセラミック配線基板に比べて、安価なセラミック
配線基板を提供できる。これらの優れた特性を保有する
ことにより、本発明の高熱伝導体を、単体では放熱部材
として、あるいは絶縁層と組み合わせることでセラミッ
ク配線基板として、高品質で高信頼性を有し安価に提供
するすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる高熱伝導体を放熱部材としてセ
ラミック配線基板に接合した状態を示す断面図である。
【図２】熱伝導体柱を備えた高熱伝導体を放熱部材とし
てセラミック配線基板に接合した状態を示す断面図であ
る。
【図３】高熱伝導体と絶縁層とを直接一体的に結合し、
セラミック配線基板を構成した状態を示す断面図であ
る。
【図４】高熱伝導体をヒートスラグ形状として絶縁層と
直接一体的に結合し、セラミック配線基板を構成した状
態を示す断面図である。
【図５】実施例１に係り、高熱伝導体中のモリブデン混
合量と熱伝導率との関係を示すグラフである。
【図６】実施例１に係り、高熱伝導体中のモリブデン混
合量と熱膨張係数との関係を示すグラフである。
【図７】実施例１に係り、高熱伝導体中のモリブデン混
合量と導電率との関係を示すグラフである。
【図８】実施例１に係り、高熱伝導体中のモリブデン混
合量と割掛け率との関係を示すグラフである。
【図９】実施例２に係り、高熱伝導体中のタングステン
混合量と熱伝導率との関係を示すグラフである。
【図１０】実施例２に係り、高熱伝導体中のタングステ
ン混合量と熱膨張係数との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例２に係り、高熱伝導体中のタングステ
ン混合量と導電率との関係を示すグラフである。
【図１２】実施例２に係り、高熱伝導体中のタングステ
ン混合量と割掛け率との関係を示すグラフである。
【図１３】実施例３に係り、高熱伝導体中の酸化モリブ
デン混合量と熱伝導率との関係を示すグラフである。
【図１４】実施例３に係り、高熱伝導体中の酸化モリブ
デン混合量と熱膨張係数との関係を示すグラフである。
【図１５】実施例４に係り、高熱伝導体中の酸化タング
ステン混合量と熱伝導率との関係を示すグラフである。
【図１６】実施例４に係り、高熱伝導体中の酸化タング
ステン混合量と熱膨張係数との関係を示すグラフであ
る。
【図１７】２種類の組成を持つシートを積層して焼成し
た高熱伝導体を放熱部材としてセラミック配線基板に接
合した状態を示す断面図である。
【図１８】高熱伝導体を絶縁層と直接一体的に結合した
セラミック配線基板を構成し、放熱フィンを接合した状
態を示す断面図である。
【図１９】実施例９に係り、ピール強度を測定する状態
を示す概念図である。
【図２０】実施例９に係り、配線基板のピール強度の結
果を示すグラフである。
【図２１】モリブデンとタングステンをほぼ等量有する
高熱伝導体のモリブデン等の混合量に対する割掛け率の
変化を示すグラフである。
【図２２】放熱フィンを備えた従来のセラミック配線基
板の断面図である。
【図２３】ヒートスプレッダーを備えた従来のセラミッ
ク配線基板の断面図である。
【図２４】ヒートスラグを備えた従来のセラミック配線
基板の断面図である。
【符号の説明】
１、 セラミック配線基板 ２、 集積回路チップ ３、 絶縁セラミック層 ４、 入出力端子 ５、 封止用蓋体 １６、高熱伝導体 Ｆ、 放熱フィン Ｓ、ヒートスラグ
【表７】
【表８】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０１Ｇ 41/00 Ａ Ｃ０４Ｂ 35/00 Ｚ 8924−4Ｇ Ｈ０１Ｌ 23/12 23/15 23/14 Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｂ 8727−4Ｅ 8719−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｍ

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】モリブデン及びタングステンのうち少なく
    とも１種を３０〜９９重量％並びにセラミックを１重量
    ％以上含むことを特徴とする高熱伝導体。
  2. 【請求項２】前記高熱伝導体中のモリブデン及びタング
    ステンのうち少なくとも１種の含有量が６０〜９９重量
    ％で、前記セラミックがアルミナを主成分とするセラミ
    ックであることを特徴とする請求項１に記載の高熱伝導
    体。
  3. 【請求項３】前記高熱伝導体中のモリブデン及びタング
    ステンのうち少なくとも１種の含有量が３０〜６０重量
    ％で、前記セラミックがアルミナを主成分とするセラミ
    ックであることを特徴とする請求項１に記載の高熱伝導
    体。
  4. 【請求項４】前記高熱伝導体が、少なくとも２以上の層
    を一体的に結合したものであり、各層の熱膨張係数が該
    高熱伝導体の一方の面から他方の面に向かって単調変化
    していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
    載の高熱伝導体。
  5. 【請求項５】前記高熱伝導体を構成する２以上の層のい
    ずれもが、タングステンを含有することなくモリブデン
    を含有し、該高熱伝導体の一方の面から他方の面に向か
    って、該２以上の層のモリブデンの含有率が単調に変化
    していることを特徴とする請求項４に記載の高熱伝導
    体。
  6. 【請求項６】前記高熱伝導体を構成する２以上の層のい
    ずれもが、モリブデンを含有することなくタングステン
    を含有し、該高熱伝導体の一方の面から他方の面に向か
    って、該２以上の層のタングステンの含有率が単調に変
    化していることを特徴とする請求項４に記載の高熱伝導
    体。
  7. 【請求項７】前記高熱伝導体を構成する２以上の層のい
    ずれもが、モリブデンとタングステンの含有率の比が略
    同一であり、該高熱伝導体の一方の面から他方の面に向
    かって、該２以上の層のモリブデン及びタングステンの
    含有率が単調に変化していることを特徴とする請求項４
    に記載の高熱伝導体。
  8. 【請求項８】前記高熱伝導体の１主面から該１主面の裏
    面に貫通して、モリブデンまたはタングステンを主成分
    とする熱伝導体柱が形成されていることを特徴とする請
    求項１〜７に記載の高熱伝導体。
  9. 【請求項９】前記請求項１〜８に記載の高熱伝導体を備
    え、該高熱伝導体の少なくとも一部に絶縁層が直接一体
    的に結合されていることを特徴とする高熱伝導体を備え
    た配線基板。
  10. 【請求項１０】前記絶縁層の主成分がアルミナであっ
    て、前記高熱伝導体中のセラミックも主成分がアルミナ
    であることを特徴とする請求項９に記載の高熱伝導体を
    備えた配線基板。
  11. 【請求項１１】前記絶縁層の主成分がアルミナであっ
    て、前記高熱伝導体中のセラミックにＳｉＯ2、Ｍｇ
    Ｏ、ＣａＯのいずれかが含まれていることを特徴とする
    請求項９または１０に記載の高熱伝導体を備えた配線基
    板。
  12. 【請求項１２】前記絶縁層の主成分がアルミナであっ
    て、前記高熱伝導体がほぼ等量のモリブデン及びタング
    ステンを含むことを特徴とする請求項９〜１１のいずれ
    かに記載の高熱伝導体を備えた配線基板。
  13. 【請求項１３】前記絶縁層が、厚膜ガラスからなること
    を特徴とする請求項９に記載の高熱伝導体を備えた配線
    基板。
  14. 【請求項１４】前記絶縁層が、ポリイミドからなること
    を特徴とする請求項９に記載の高熱伝導体を備えた配線
    基板。
  15. 【請求項１５】モリブデン、タングステン及びこれらの
    化合物のうち少なくとも１種を金属に換算して３０〜９
    ９重量％、並びにセラミックまたは焼成後にセラミック
    となる組成物を焼成後のセラミックに換算して１重量％
    以上含む配合物をグリーンシートに成形し、これを所望
    の形状に打ち抜いて高熱伝導体用打ち抜きシートを形成
    し、その後に焼成することを特徴とする高熱伝導体の製
    造方法。
  16. 【請求項１６】前記高熱伝導体用打ち抜きシートを複数
    枚積層し、その後に焼成することを特徴とする請求項１
    ５に記載の高熱伝導体の製造方法。
  17. 【請求項１７】絶縁セラミックまたは焼成後に絶縁セラ
    ミックとなる組成物をグリーンシートに成形し、この絶
    縁層用グリーンシートを所望の形状に打ち抜いた１また
    は複数枚の絶縁層用打ち抜きシートと、１または複数枚
    の前記高熱伝導体用打ち抜きシートとを積層し、その後
    に焼成する事を特徴とする高熱伝導体を備えた配線基板
    の製造方法。
  18. 【請求項１８】前記絶縁層用打ち抜きシート中の絶縁セ
    ラミックまたは焼成後に絶縁セラミックとなる組成物の
    主成分がアルミナであって、前記高熱伝導体用打ち抜き
    シート中に含まれるセラミックまたは焼成後にセラミッ
    クとなる組成物の主成分がアルミナであることを特徴と
    する請求項１７に記載の高熱伝導体を備えた配線基板の
    製造方法。
  19. 【請求項１９】前記絶縁層用打ち抜きシート中の絶縁セ
    ラミックまたは焼成後に絶縁セラミックとなる組成物の
    主成分がアルミナであって、前記高熱伝導体用打ち抜き
    シート中に含まれるセラミックまたは焼成後にセラミッ
    クとなる組成物にＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＯのいずれか
    が含まれていることを特徴とする請求項１７または１８
    に記載の高熱伝導体を備えた配線基板の製造方法。
  20. 【請求項２０】前記絶縁層用打ち抜きシート中の絶縁セ
    ラミックまたは焼成後に絶縁セラミックとなる組成物の
    主成分がアルミナであって、前記高熱伝導体用打ち抜き
    シート中に金属換算してほぼ等量のモリブデン及びタン
    グステンを含むことを特徴とする請求項１７〜１９に記
    載の高熱伝導体を備えた配線基板の製造方法。
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