JPH0636474B2 - 多層セラミック配線基板の製造方法 - Google Patents

多層セラミック配線基板の製造方法

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JPH0636474B2
JPH0636474B2 JP60215360A JP21536085A JPH0636474B2 JP H0636474 B2 JPH0636474 B2 JP H0636474B2 JP 60215360 A JP60215360 A JP 60215360A JP 21536085 A JP21536085 A JP 21536085A JP H0636474 B2 JPH0636474 B2 JP H0636474B2
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勇三 嶋田
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、高熱伝導多層セラミック配線基板に関するも
のである。
(従来技術とその問題点) 半導体技術の飛躍的な進展によって、IC,LSIが産
業用,民需用に幅広く使用されるようになってきてい
る。
特に集積密度の高い、高速作動のLSIの実装用基板と
して多層セラミック基板が注目されている。この多層セ
ラミック基板は直接LSIを実装することができ微細多
層配線が可能である。
一般にセラミッ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っている。一方LSI
においては、高速作動を行なうに従いチップから発生す
る熱が多量になってくる傾向にある。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ってきた。
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ッ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
に半導体に属し、比抵抗が1〜10Ωcm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ッ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1010Ω・
cm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ック基板を作成するこ
とは可能であるが有毒性で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ッ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ック
基板においては、従来のグリーンシート法を用いたアル
ミナ多層セラミッ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ック基板技術と
は次に示す技術である。まずセラミック粉末を有機ビヒ
クルとともに混合し、スラリー化する。このスラリーを
キャスティング製膜法により10μm〜400μm程度
の厚みを有するシートを有機フィルム上に形成する。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
を形成したセラミッ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
係数がシリコンチップ等のそれに近いこと、(5)表面平
滑性が優れていること、および(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ック基板は
決して十分なものであるとはいえない。
一方、高熱伝導性基板の材料として窒化アルミニウムが
開発されている(特開昭59−50077号公報な
ど)。しかしながらこの材料も高温で焼結しなければな
らず、ホットプレス法による作製方法が主流となってい
る。また、窒化アルミニウムを用いた多層配線基板は例
えば特開昭60−178687号公報、特開昭60−1
78688号公報等に開示されている。これらは導体と
して導電ペーストを用い、特にその材料としては酸化銅
を含有したものや銀系の厚膜ペースト等を使用してい
る。
(発明の目的) 本発明は前述した従来のセラミック配線基板の欠点を除
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ック基板の製造方法を提供する
ことにある。
(発明の構成) 本発明によれば、セラミックス構造体が窒化アルミニウ
ムを主成分とする多結晶体で構成され、導体層の主成分
がチタン金属又はチタン金属と窒化チタンの混合物から
なることを特徴とする高熱伝導多層セラミック配線基板
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、多層セラミック基板を構成する絶縁セラミックス
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
ているセラミックス層に複数の電源層、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
体層をセラミックス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。又、導体材料としてはチタン金
属単体あるいは、チタン金属と窒化チタンの混合物を主
成分とする材料を用いる。窒化アルミニウムとチタン金
属は同時焼結する際、界面において窒化アルミニウムと
チタンとの化学反応がおこり、化合物が生成される。こ
の化合物は窒化アルミニウムとのチタン金属との密着性
を高め、その結果内層導体であるチタン金属もしくはチ
タン金属と窒化チタン混合物のセラミックスへの密着性
が向上される。
又、一般に多層配線基板の導体として用いられているア
ルミニウムや、先に述べた特開昭60−178688号
公報等で用いらている銀系ペースト等は、窒化アルミニ
ウムを焼結させるのに必要な温度(1800度〜200
0度)に比較して非常に低い融点を有しているため、同
時焼結できない欠点を有している。しかし、チタンは高
融点金属であるために窒化アルミニウムと同時焼結する
ことが可能である。
さらに、チタンは他の高融点金属(タングステン、モリ
ブデン等)と比較すると比重が半分以下であるため、小
型軽量化にも有益であるという特徴がある。
したがって、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果的に外部
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ック基板の実
施例を示す説明図である。1は絶縁セラミックス層であ
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、チ
タン金属又はチタン金属と窒化チタンの混合物を主成分
として形成されており、絶縁セラミックス層に形成され
たビアホール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ック基板上に
はLSIチップがマウント出来るようにダイパッド4お
よびボンディングパッド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
の入出力用パッド6が基板裏面に形成されている。基板
上にマウントされたLSIチップから発生する熱をダイ
パッド4を介してセラミック基板内へ拡散させる。セラ
ミッ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チップの発熱による高
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ックス材料としては、
窒化アルミニウムの焼結性を高めるため添加物としてCa
C2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
混合を48時間行なった。
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中性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3000〜70
00cpの範囲の泥漿を作成する。該泥漿をキャスティン
グ製膜法により10μm〜200μm程度の均一な厚み
になるように、有機フィ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ィ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
法によっ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、チタン金
属又はチタン金属と窒化チタンの混合物となる化合物を
主成分とした導体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ッターを用い
て切断し、1400℃〜2000℃の温度で非酸化性雰
囲気中で焼成する。焼成の際、その昇温過程で400℃
〜600℃の温度で脱バインダーを充分に行なった。作
製した基板の特性を表に示す。
導体ペースト材料としてTi金属、TiH2およびTiNを用い
た。ここに示した添加物(CaC2)の量は窒化アルミニウ
ムを100としたときの値である。またフリット量は導
体材料とフリッ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1
10Ω・cm以上であり、誘電率は8.7(1MHz),誘電損
失は1×10-3以下(1MHz)であった。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。
一方添加物としてCaO,BeO,Y2O3,CuO,AgO,BaO2,Sr
C2,Na2C2,K2C2,CuC2,MgC2,Ag2C2,ZrC2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ック配線基板が得られる。
従来用いられているアルミナ基板の熱伝導率は17W/
mK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、よりシリコンチップの熱膨張係数に
近い値になっており有利である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す高熱伝導多層セラミッ
ク配線基板の概略図である。1……絶縁セラミック層、
2……導体層、3……ビアホール、4……ダイパッド、
5……ボンディングパッド、6……入出力用パッド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−180006(JP,A) 特開 昭60−173900(JP,A) 特開 昭60−77186(JP,A) 特開 昭55−27841(JP,A) 特開 昭60−178687(JP,A) 特開 昭60−178688(JP,A) 特開 昭60−180954(JP,A) 特開 昭59−207691(JP,A) 特開 昭50−80477(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミック層を介して3次元的に、導体が
    多層に配線形成された多層セラミック配線基板におい
    て、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック層上に
    チタン金属単体あるいは、チタン金属と窒化チタンの混
    合物を主成分とする導体を形成し、セラミック層と同時
    焼結することを特徴とする多層セラミック配線基板の製
    造方法。
JP60215360A 1985-09-27 1985-09-27 多層セラミック配線基板の製造方法 Expired - Lifetime JPH0636474B2 (ja)

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