JPH0794625A - 多層回路基板及びその製造方法 - Google Patents

多層回路基板及びその製造方法

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JPH0794625A
JPH0794625A JP23761593A JP23761593A JPH0794625A JP H0794625 A JPH0794625 A JP H0794625A JP 23761593 A JP23761593 A JP 23761593A JP 23761593 A JP23761593 A JP 23761593A JP H0794625 A JPH0794625 A JP H0794625A
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JP
Japan
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circuit board
ceramic
radiator
multilayer circuit
package
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Application number
JP23761593A
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English (en)
Inventor
Michio Horiuchi
道夫 堀内
Fumio Miyagawa
文雄 宮川
Tsutomu Higuchi
努 樋口
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Shinko Electric Industries Co Ltd
Original Assignee
Shinko Electric Industries Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回路基板と放熱体をセラミックで一体焼成
し、放熱性および電気的特性に優れた多層回路基板を得
る。 【構成】 セラミックのグリーンシートに金属ぺースト
を用いて導体部を形成した後、前記グリーンシートを積
層して形成した回路基板部14と、セラミック粉末をプ
レス成形して形成した放熱体構造部10とを重ね合わ
せ、中子ゴム16を介して加熱・加圧して一体成形体を
形成し、この一体成形体を焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多層回路基板及びその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高速化、高集積
化等に伴い、放熱性のすぐれたパッケージが求められて
おり、パッケージに放熱構造をもたせる工夫がなされて
いる。これらのうちで、放熱効果が比較的良好なパッケ
ージとして放熱フィンを取り付けた構造のセラミックパ
ッケージがある。セラミックパッケージで放熱フィンを
取り付けた構造としては半導体チップが接合されるパッ
ケージ本体に別体で形成した放熱フィンを接着したもの
と、半導体チップを接合するステージ部を金属の放熱板
によって形成し、ステージ部を除いてセラミック製とし
たもの、前記ステージ部にさらに放熱フィンを付設した
ものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の放熱構造をもた
せたセラミックパッケージのうち、ステージ部を放熱板
としたものでは、放熱板として銅−タングステンの複合
材が多く用いられるが放熱板とパッケージ本体のセラミ
ックとの熱膨張係数をマッチングさせるためステージ上
にモリブデン等の緩衝層を設けるため、部品点数が多く
なり、工程が複雑になって高コストになるという問題点
があった。
【0004】これに対して、セラミックパッケージに接
着剤を介して放熱フィンを取り付けた製品の場合は高価
な銅−タングステン複合材やモリブデンを使用する必要
がなく、工程も単純で低コストであるという利点があ
る。しかしながら、この構造の製品の場合には放熱特性
が必ずしも良好でないという問題点がある。その原因と
して、放熱フィンとしては一般にアルミニウムが使用さ
れ、アルミニウムは不純物を含むものであってもアルミ
ナセラミックの5倍以上の熱伝導率を有するが、放熱フ
ィンをパッケージ本体に接着する接着剤が大きな熱抵抗
となることが考えられる。
【0005】上記の接着剤としてはパッケージ本体と放
熱フィンとの熱膨張係数の差に起因するストレスを考慮
して、なるべく熱伝導率の高いものが選ばれるが、一般
には熱流構造上無視できない熱抵抗を有している。この
ため、この放熱フィンとしてアルミニウムのかわりにパ
ッケージ本体と同じセラミック製とし放熱フィンをパッ
ケージ本体と一体形成したパッケージが検討されてい
る。たとえば、アルミナセラミックのパッケージ本体に
アルミナセラミックの放熱フィンを一体形成した場合に
は、アルミナ放熱フィンの方が熱伝導率が低いにもかか
わらず、アルミニウム製の放熱フィンを接着剤を介して
取り付けた場合よりも自然空冷時の熱抵抗が小さくなる
というデータが得られている。
【0006】このようにセラミック製のパッケージ本体
と放熱フィンを一体形成した製品は、製造工程が単純
で、製造コストを低減させることができるが、内部に導
体パターンを設けた多層回路基板を製造する従来の製造
方法では簡単に製造できないという問題点があった。す
なわち、多層回路基板を製造する場合には配線パターン
を設けたグリーンシートを積層した積層体を焼成して製
造するが、放熱フィンの構造をこのような方法で形成す
ることは工程上能率的でない。本発明はこのようにセラ
ミックのパッケージ本体に放熱フィンを一体形成してな
る多層回路基板およびこの多層回路基板を容易に得る製
造方法を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、導体パターンを
多層に形成したパッケージ本体であるセラミックの回路
基板に、該回路基板と同一主成分からなるセラミックの
放熱体部を一体形成した多層回路基板であって、前記回
路基板と前記放熱体部が同時焼成されて一体に形成され
たことを特徴とする。また、前記放熱体部が放熱フィン
構造に形成されたことを特徴とする。また、前記セラミ
ックが酸化アルミニウムあるいは窒化アルミニウムを主
成分とすることを特徴とする。また、多層回路基板の製
造方法において、セラミックのグリーンシートに金属ぺ
ーストを用いて導体部を形成した後、前記グリーンシー
トを積層して形成した回路基板部と、セラミック粉末を
プレス成形して形成した放熱体構造部とを重ね合わせ、
加熱・加圧して一体成形体を形成し、この一体成形体を
焼成することを特徴とする。また、前記回路基板部と放
熱体構造部とを加圧して一体にする際に、前記回路基板
部に形成されるキャビティ凹部の形状に合わせて形成し
た中子ゴムを前記キャビティ凹部に載置して加圧するこ
とを特徴とする。
【0008】
【発明の概要】本発明に係る多層回路基板の製造方法で
は回路基板の本体となる回路基板部についてはグリーン
シートを積層して形成するグリーンシート法によって形
成し、焼成して放熱体部となる放熱体構造部については
プレス成形法によって形成して、これら回路基板部と放
熱体構造部を加圧、加熱して一体にした後、同時焼成し
て多層回路基板とすることを特徴とする。
【0009】なお、本発明で使用するセラミック材料は
一定以上の熱伝導率と放熱体部にフィン形状を形成する
ため一定以上の機械的強度を有する必要があり、アルミ
ナあるいは窒化アルミニウムのいずれかを主成分とする
セラミックスが用いられる。具体的には90〜96重量
%程度の純度を有するアルミナ、93〜99.9重量%
程度の純度を有する窒化アルミニウムが好適に用いられ
る。
【0010】図1および図2は本発明方法をセラミック
パッケージの製造に適用する例を示す。図1はパッケー
ジの放熱体構造部をプレス成形によって形成する様子、
図2は放熱体構造部とグリーンシート法によって形成し
た回路基板部を加圧して一体にする様子を示す。グリー
ンシート法によって多層回路基板の本体となる回路基板
部を形成する方法は従来の多層回路基板の製造方法と同
様で、スクリーン印刷法によって平面配線部を形成し、
グリーンシートにスルーホールを形成して金属ぺースト
を充填することによってビアを形成する。半導体チップ
を搭載するキャビティ凹部が必要な場合にはグリーンシ
ートをキャビティ凹部部分で打ち抜いて積層し、40〜
70℃、50〜300kgf/cm2 程度の条件で加熱、
加圧して一体化する。
【0011】放熱体部となる放熱体構造部10を形成す
る場合は、図1に示すように成形用治具12a、12
b、12cを用いたドライプレス法による。成形用治具
12aはフィン形状を形成するため凹溝を設けたもので
ある。この放熱体構造部10を形成するセラミック材料
としては焼成時の物質移動に伴うストレスを避けるた
め、なるべくパッケージ本体の無機成分組成に近い組成
にするのがよい。ただし、プレス成形される混合物とパ
ッケージ本体を形成するグリーンシートの原料粉末は各
々異なるものでもよく、たとえば粒径分布や比表面積が
異なるものでもよいが、パッケージ本体と放熱体構造部
の焼成収縮率がマッチングするように決める必要があ
る。
【0012】プレス成形では単に無機粉末を混合したも
のを用いることもできるが、一般に原料混合粉末を造粒
して用いる。その際、有機バインダーを用いるのが好ま
しく、一般には水溶性のポリビニルアルコールあるいは
アクリルバインダーなどが用いられる。一方、回路基板
部を形成するグリーンシートにはポリビニルブチラール
あるいはアクリルバインダーが一般に使用される。造粒
粉中のバインダーとグリーンシート中のバインダーは、
脱バインダー工程及び初期焼結段階の均一脱有機成分及
び均一収縮を実現する上で同一成分であることが望まし
く、またそうすることが可能であるが、脱バインダー工
程の条件によっては必ずしも同一成分のバインダーを使
用する必要はなく、水溶性−非水溶性、ポリビニルブチ
ラール−ポリビニルアルコールを組み合わせて使用する
ことも可能である。造粒の方法は特に制限されないが、
スプレードライ法が好適に用いられる。造粒径は50〜
100μm程度に調整するのがよい。
【0013】上記のようにして作製したプレス成形用の
混合物を図1に示すように成形治具12a、12b、1
2cを用いてドライプレスする。プレス力は300〜1
000kgf/cm2 程度、好ましくは300〜500k
gf/cm2 である。ドライプレスによって放熱体構造部
10が得られる。放熱体構造部10をプレス成形した
後、図2に示すようにその上にパッケージ本体となる回
路基板部14をのせ、加圧して放熱体構造部10と回路
基板部14とを一体にする。
【0014】図示例では回路基板部14にはキャビティ
凹部を形成しているから、プレス装置の平型の成形治具
12bと回路基板部14との間にキャビティ凹部の形状
に合わせた段差形状を設けた中子ゴム16を挟んで平型
の成形治具12bで回路基板部14全体が押圧できるよ
うにしている。成形治具による加圧力は300〜100
0kgf/cm2 好ましくは700〜1000kgf/cm
2 である。図3はパッケージ本体となる回路基板部14
と放熱体構造部10とを加圧して一体化した一体成形体
を示す。
【0015】なお、上記のように回路基板部14と放熱
体構造部10とを加圧して一体化する場合には、回路基
板部14を構成するグリーンシートと放熱体構造部10
を構成する調合物の密度の差に注意する必要がある。こ
こでいう密度とは各々の成形体中の有機成分を含まない
密度であり無機成分の充填率をいう。グリーンシート法
とドライプレス法の各方法で得られる成形体の密度は、
一般にグリーンシート法によるものの方が高くなる傾向
があり、これによって焼成時に数パーセントの収縮率の
差が生じる。両者が一体化されている場合は収縮率の差
は各々別々に焼成した場合よりも小さくなる傾向がある
が、この収縮率の差は反りやデラミネーションの原因に
なる。
【0016】この反りやデラミネーション等を防止する
ためにはグリーンシートを積層して一体化する際の加熱
・加圧条件、放熱体構造部10をドライプレスする際の
条件及び両部を一体化するための加圧条件の3つの条件
を最適化する必要がある。一般には、グリーンシートを
積層して一体化する際の加圧力を他の2つの加圧条件よ
りも低く設定する場合に良好な結果が得られる。
【0017】次に、上記のようにして得られた一体成形
体を脱バインダーし、焼成して回路基板18aと放熱体
部18bが一体化された焼結体を得る。前記一体成形体
の脱バインダー条件および焼成条件は従来のグリーンシ
ート積層体を処理する場合と同様でよい。得られた焼結
体に外部リード20あるいは必要に応じてシールリング
をろう付けしパッケージを完成する。図4にこうして得
られたパッケージの構成例を示す。
【0018】本発明に係る多層回路基板はパッケージ本
体の回路基板18aと放熱体部18bが一体に形成さ
れ、回路基板部と放熱体部との間に熱抵抗となる境界部
分や介在物がないので低熱抵抗化を図ることができて放
熱性のすぐれたパッケージとして提供することが可能に
なる。また、従来の多層回路基板構造と同一の配線密度
を有し、配線パターンの高密度化も達成することができ
る。また、製造工程も単純で、アルミニウム等の放熱板
を別部品として設ける場合にくらべて製造コストの低減
を図ることが可能である。
【0019】
【実施例】以下、本発明に係る多層回路基板の製造方法
についての実施例について説明する。平均粒径1.2μ
mの窒化アルミニウム粉末に平均粒径約1μmのイット
リアを3重量%加え、トルエンを用い、ジブチルフタレ
ート及びアクリルバインダーを混合して得られたグリー
ンシートを所定形状に打ち抜いた後、直径240μmの
スルーホールを形成し、平均粒径約1μmのタングステ
ンを主成分とするぺーストを充填するとともに、所定の
平面配線をスクリーン印刷した。キャビティに対応する
孔をあけたのちこれらグリーンシートを積層し、中子ゴ
ムを介して60℃、150kgf/cm2 の条件で一体化
した後、個々の形状に切断した。
【0020】一方、平均粒径1.6μmの窒化アルミニ
ウム粉末に平均粒径約1μmのイットリアを3重量%加
え、ポリビニルアルコール、界面活性剤、蒸留水ととも
に混合した後、スプレードライ法により平均粒径約70
μmに造粒した。これを成形治具に充填し、500kg
f/cm2 の圧力でプレス成形した。次に、成形治具の上
型(平型)を外し、前記のグリーンシートの積層体をプ
レス成形体の上にのせ、キャビティ凹部に対応する中子
ゴムをセットして、900kgf/cm2 、10分間加圧
して一体化した。
【0021】得られた一体成形体を湿潤窒素ガス雰囲気
中で600℃の条件で焼成して有機成分を除いた後、タ
ングステン製セル内に入れ、1kgf/cm2 の窒素ガス
中で、1850℃、3時間の条件で焼成して焼結体を得
た。次に、露出するタングステンメタライズ部に無電解
ニッルめっきを施した後、約860℃の還元雰囲気下で
Ag−Cuろうでピン材をろう付けして放熱体部を一体
形成した半導体パッケージを得た。
【0022】
【発明の効果】本発明に係る多層回路基板及びその製造
方法によれば、上述したように、従来の多層回路基板構
造と同一の配線密度を有し、かつ放熱体部を一体形成し
た多層回路基板を容易に得ることができ、これによって
放熱性にすぐれた多層回路基板を得ることができる。ま
た、本製造方法によれば、製造工程も単純であり製造コ
ストの低減化を図ることができる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】放熱体構造部を形成する方法を示す説明図であ
る。
【図2】回路基板部と放熱体構造部を一体化する方法を
示す説明図である。
【図3】回路基板部と放熱体構造部を一体化した一体成
形体の説明図である。
【図4】一体成形体の焼結体に外部リードをろう付けし
て成る半導体パッケージを示す説明図である。
【符号の説明】
10 放熱体構造部 12a、12b、12c 成形治具 14 回路基板部 16 中子ゴム 18a 回路基板 18b 放熱体部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導体パターンを多層に形成したパッケー
    ジ本体であるセラミックの回路基板に、該回路基板と同
    一主成分からなるセラミックの放熱体部を一体形成した
    多層回路基板であって、 前記回路基板と前記放熱体部が同時焼成されて一体に形
    成されたことを特徴とする多層回路基板。
  2. 【請求項2】 放熱体部が放熱フィン構造に形成された
    ことを特徴とする請求項1記載の多層回路基板。
  3. 【請求項3】 セラミックが酸化アルミニウムあるいは
    窒化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求
    項1または2記載の多層回路基板。
  4. 【請求項4】 セラミックのグリーンシートに金属ぺー
    ストを用いて導体部を形成した後、前記グリーンシート
    を積層して形成した回路基板部と、セラミック粉末をプ
    レス成形して形成した放熱体構造部とを重ね合わせ、加
    熱・加圧して一体成形体を形成し、 この一体成形体を焼成することを特徴とする多層回路基
    板の製造方法。
  5. 【請求項5】 回路基板部と放熱体構造部とを加圧して
    一体にする際に、前記回路基板部に形成されるキャビテ
    ィ凹部の形状に合わせて形成した中子ゴムを前記キャビ
    ティ凹部に載置して加圧することを特徴とする請求項4
    記載の多層回路基板の製造方法
JP23761593A 1993-09-24 1993-09-24 多層回路基板及びその製造方法 Pending JPH0794625A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009531844A (ja) * 2006-03-23 2009-09-03 セラムテック アクチエンゲゼルシャフト コンポーネントまたは回路のための支持体ボディ
JP2017183649A (ja) * 2016-03-31 2017-10-05 大日本印刷株式会社 電子デバイス及びその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009531844A (ja) * 2006-03-23 2009-09-03 セラムテック アクチエンゲゼルシャフト コンポーネントまたは回路のための支持体ボディ
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