JPH0888450A

JPH0888450A - 回路基板

Info

Publication number: JPH0888450A
Application number: JP22122694A
Authority: JP
Inventors: Fumio Ueno; 文雄上野; Mitsuo Kasori; 光男加曽利; Katsuyoshi Oishi; 克嘉大石; Hiroyasu Sumino; 裕康角野; Akihiro Horiguchi; 昭宏堀口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】高熱伝導性、低誘電率かつ高強度の回路基板
を提供する。【構成】ダイアモンド、窒化ほう素、炭化ケイ素、窒
化アルミニウム、及び窒化ケイ素からなる群から選択さ
れる少なくとも１種の無機質粉末の成形体、及び該成形
体表面の隙間に埋められた、ほう素、アルミニウム、及
びケイ素の窒化物、炭化物、酸窒化物及び酸炭化物、ダ
イアモンド及びダイアモンド類似物質からなる群から選
択される少なくとも１種の充填物質を含か、あるいは窒
化アルミニウムあるいは窒化ケイ素を主成分として含む
厚さ１０μｍないし１ｍｍのセラミックハニカムシート
を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体回路素子用の放熱
基板に関し、高速演算素子用の回路基板の技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子回路は主にＩＣなどの素子、基板、
配線などで構成される。近年、電子回路の高速化、小型
化そして大出力化が進み、素子の発熱量が無視できない
大きな値となってきた。それに対応して、低誘電率を特
徴としたガラスセラミックスや窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）等に代表される光熱伝導性セラミックスからなる回
路基板が開発されてきている。回路基板として要求され
る特性は多岐にわたるが、特に重要なものは信号遅延時
間を小さくするための低誘電率、素子から発生する熱を
効率よく放散するために高熱伝導性、低電気抵抗の配線
材料である。高熱導電性セラミックスからなる回路基板
は比誘電率高いことと、焼結温度が高いために配線導体
の種類が限られるということが問題となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高熱伝導性基板の低誘
電率化の手段として樹脂またはガラスなどの低誘電率材
料に高熱伝導性セラミック粒子を分散させて、高熱伝導
かつ低誘電性を実現させようとの試みがある。例えば特
開昭６１−２８１０８８や特開平３−３０３９２号公報
ではポーラスなＡｌＮ焼結体と樹脂またはガラスからな
る低誘電率、高熱伝導率の回路基板が提案されている。
しかしながら、この方法では比誘電率は低下するもの
の、ＡｌＮ粒子間の接触だけでは熱の伝搬が不充分なた
め熱伝導率は大きく低下してしまう。また、通常の焼結
方法によってＡｌＮ結晶粒のコンタクトを充分にすると
気孔率が小さくなるため低誘電率化が実現できないなど
の問題がある。その結果、誘電率も熱伝導率も不充分な
材料となっているのが実情である。本発明は上記事情に
鑑みてなされたもので、高熱伝導率、低誘電率であり、
かつ安価な、高速、高集積の回路基板を提供することを
目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様にか
かる回路基板は、絶縁層として、ダイアモンド、窒化ほ
う素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、及び窒化ケイ素
からなる群から選択される少なくとも１種の無機質粉末
の成形体と、該成形体表面の隙間に充填された、ほう
素、アルミニウム、及びケイ素の窒化物、炭化物、酸窒
化物及び酸炭化物からなる群から選択される少なくとも
１種の充填物質とを含むことを特徴とする。

【０００５】本発明の第２の態様にかかる回路基板は、
絶縁層として、ダイアモンド、窒化ほう素、炭化ケイ
素、窒化アルミニウム、及び窒化ケイ素からなる群から
選択される少なくとも１種の無機質粉末の成形体と、該
成形体表面の隙間に充填された、ダイアモンドもしくは
ダイアモンド類似物質とを含むことを特徴とする回路基
板。

【０００６】本発明の第３の態様にかかる回路基板は、
ダイアモンド、窒化ほう素、炭化ケイ素、窒化アルミニ
ウム、及び窒化ケイ素からなる群から選択される少なく
とも１種の無機質粉末の成形体、及び該成形体表面の隙
間に充填された、ほう素、アルミニウム、及びケイ素の
窒化物、炭化物、酸窒化物及び酸炭化物、ダイアモンド
及びダイアモンド類似物質からなる群から選択される少
なくとも１種の充填物質を含む絶縁層と、銅、銀、金、
アルミニウム、ニッケル、白金、パラジウム、タングス
テン、モリブデン、チタンからなる群から選択された少
なくとも１種の金属を組成とする導体層とを具備する。

【０００７】本発明の第４の態様にかかる回路基板は、
主成分として、窒化アルミニウムあるいは窒化ケイ素を
含有する厚さ１０μｍないし１ｍｍのセラミックハニカ
ム状シートを含むことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の第１ないし第３の態様にかかる回路基
板は、以下に述べる製法によって具体化される。始め
に、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ダイ
アモンド、立方晶もしくは六方晶窒化ほう素の中から選
ばれた一種類以上の高熱伝導性無機質粉末をドクターブ
レードを用いたテープ成形、プレス成形、押し出し成
形、スリップキャスティング、グラビア印刷法、スクリ
ーン印刷法、転写法等により膜状、シート状もしくはバ
ルク体として成形したものに、ＣＤＶ、ケミカルベーパ
ーインフィルタレーション、化学輸送法、ＰＶＤ法、湿
式成膜法などにより隙間をほう素、アルミニウムもしく
はケイ素の窒化物、炭化物、酸窒化物もしくは酸炭化物
もしくはダイアモンドもしくはダイアモンド類似物質で
埋める。この際、隙間を埋める無機物質は粉末成形体の
粉末同士の接触部分から隙間を埋めて行き、次第に充填
物質もしくはその前駆体もしくはその構成元素が内部ま
で行き渡らなくなる。このため、内部に閉気孔が残存し
た状態で、少なくとも表面が緻密な材料が出来る。表面
に開気孔が残存した状態で隙間を埋める工程を終了して
開気孔を樹脂等の低誘電率物質で埋めても良い。最終的
に気孔率が好ましくは２％以上で表面が緻密である高熱
伝導性の比較的誘電率が低い複合材料が本方法により安
価に得られる。

【０００９】本発明に第１ないし第３の態様にかかるか
かる回路基板に使用される絶縁層の一例の断面を模式的
に表す図を図２に示す。図２に示すように、本発明にか
かる絶縁層１は、その無機質粉末２からなる成形体表面
が充填物質４により充填されてその表面は密になってお
り、基板内部は、充填物質４が部分的充填されているだ
けで十分にいきわたらないため、閉気孔が存在し、粗に
なっている。

【００１０】本発明の第１ないし第３の態様にかかる回
路基板は、図２に示すような構造を有することにより、
誘電率が低くかつ熱伝導性の良好となる。本発明の第１
ないし第３の態様にかかる回路基板に導体回路を形成す
るためには、成形体に印刷法、メッキ法、蒸着法、スパ
ッタ法等により導体回路を形成して、また該成形体にパ
ンチングもしくはドリリング等により穴を形成し印刷法
などにより穴に導体を充填する。このようにして形成し
た導体回路付き成形体を単独でもしくは積層してからＣ
ＶＤ、ケミカルバーパーインフィルタレーション、化学
輸送法、湿式成膜法などにより隙間をほう素、アルミニ
ウムもしくはケイ素の窒化物、炭化物、酸窒化物もしく
は酸炭化物もしくはダイアモンドもしくはダイアモンド
類似物質で埋めることにより回路基板を作成する事が出
来る。

【００１１】本発明の第１ないし第３の態様にかかる回
路基板は気孔率が好ましくは２％以上であるが、誘電率
と製造コストの点からは１０％ないし６０％が望まし
く、更に望ましくは２０％以上４０％以下である。この
ようにして作成された、回路基板の熱伝導率は約７０Ｗ
／ｍＫないし２０００Ｗ／ｍＫである。また、比誘電率
は約４ないし５以下である。

【００１２】以上のように、本発明の第１ないし第３の
態様においては、無機質粉末の成形体、好ましくは、低
温で焼成され、２％以上の気孔率を有する、比較的多孔
質の成形体が用いられる。成形体の誘電率は、その体積
率に比例するもので、この成形体は比較的多孔質である
ためにその誘電率は低い。一方、成形体の熱電導率は、
体積率が高くなるほど良好になるが、実質的には体積率
が低くても無機粉末同志の接触があれば良い。ここで
は、基板表面の隙間を、ほう素、アルミニウム、及びケ
イ素の窒化物、炭化物、酸窒化物及び酸炭化物からなる
群から選択される少なくとも１種の充填物質で埋めてい
るので、熱電導性は良好となる。

【００１３】本発明の第４の態様にかかる回路基板は、
窒化アルミニウムもしくは窒化ケイ素を主成分とし、必
要に応じて焼結助剤を添加したセラミックハニカム成形
体シートを単独で、もしくは積層して、脱脂・焼成した
回路基板であり、このハニカム開口部は、樹脂やガラス
等の窒化アルミニウムや窒化ケイ素よりも低誘電率の物
質で封止もしくは充填することができる。

【００１４】図３に、本発明の第４の態様にかかる回路
基板に使用される絶縁層の一例の概略を表す図、図４に
そのＡ−Ａ´線における断面図を示す。図示するよう
に、この絶縁層１は、ハニカム層８の積層焼結体の上下
に封止フィルムを積層圧着し、ＬＳＩ６を実装した状態
になっている。ハニカムの穴１３は、一部は導体１１で
充填され、ビアホール配線の役割をしており、他は、低
誘電率の樹脂で充填されている。

【００１５】また、上述のセラミックハニカムシート、
もしくは上述のセラミックハニカムシートのハニカムの
開口部の少なくとも一部は、多層配線基板のビアホール
とする目的で、銅、銀、金、ニッケル、白金、パラジウ
ム、モリブデン、タングステンの中から選ばれた一種以
上の金属を主成分とする導体で充填することができる。
あるいは、これらのシートの開口部を、脱脂性の良いバ
インダーや樹脂で充填もしくはラミネートしたものに、
銅、銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、モリブデ
ン、タングステンの中から選ばれた一種以上の金属を主
成分とする導体回路を、印刷法や蒸着法などにより形成
することができる。回路基板、もしくは多層配線基板
は、このようにして得られた単独シート、もしくはこれ
らの積層シートを脱脂・焼成することにより得られる。

【００１６】より具体的には、ハニカムシートを得るに
は、まず窒化アルミニウムもしくは窒化ケイ素を主成分
とし、必要に応じて焼結助剤を添加し、シート形成用の
バインダーを加えて水もしくは非水溶媒中で解砕・混合
することによりスラリーを形成する。次に、このスラリ
ーを用いて例えばドクターブレード法、押し出し成形
法、グラビア印刷法、グラビア印刷法、及びコールドプ
レス法等によりシートを形抜する。また、このシート
は、窒化アルミニウムもしくは窒化ケイ素を主成分とし
て、必要に応じて焼結助剤を添加し、成形用のバインダ
ーを加えて水もしくは非水溶媒中で解砕・混合して得ら
れたスラリーを、例えば射出成形、押し出し成形、スリ
ップキャスティング及び圧力鋳込み法等により成形する
こともできる。その他、このシートは、ＬＩＧＡプロセ
ス等により成形することもできる。

【００１７】ハニカム開口部への導体の充填は通常のス
クリーン印刷法あるいはグラビア印刷法等が用いられ
る。規則正しいハニカム孔が開いているシートを用いる
ため、ビアホールの位置精度、寸法精度は極めて良好で
１００μｍ以下、例えば２０μｍ程度のビア径まで容易
に実現できる。

【００１８】成形体の脱脂は通常の窒化物セラミックの
ように大気中もしくは窒素中もしくはウエットフォーミ
ングガス中で行なわれる。焼成は１３００℃ないし９０
０℃の窒素中で行なわれる。

【００１９】このようにして作成されたセラミックハニ
カムの開口部は大気もしくは窒素もしくは不活性ガスが
充填されていても良く、低誘電率物質をがん浸もしくは
フィルムラミネーション等の方法で充填もしくはラミネ
ートすることもできる。また、ハニカム成形体を積層す
る際に表層のみはビアホール部以外には小さな開口面積
しかないセラミック成形体シートを積層して脱脂焼成す
る事もできる。尚、ハニカム成形体シートの積層は、シ
ート間にバインダーなどの接着効果のある脱脂性の良い
有機組成物を塗布もしくはラミネートして軽く熱圧着す
る事により達成される。

【００２０】このようにして得られる本発明の第４の態
様にかかる回路基板は、ハニカム開口部の体積率が好ま
しくは２％以上である。誘電率と製造コストの点から
は、体積率は２０％ないし７０％が望ましく、更に望ま
しくは３０％ないし６０％である。このようにして作成
された、回路基板の熱伝導性は、約３０Ｗ／ｍＫないし
２００Ｗ／ｍＫ以下である。また、比誘電率は約４ない
し８である。

【００２１】積層に供するハニカムシートの厚さは１０
μｍないし１ｍｍである。これ以上薄くても厚くてもハ
ンドリングが難しい。また望ましくは、２０μｍないし
０．４ｍｍ、更に望ましくは１００μｍないし０．３ｍ
ｍである。ハニカム成形体を積層する際には、開口部の
位置関係を上下で合わせても良いし、そうでなくともよ
い。上下で合わせると、熱伝導率は高くなるが強度は低
下する。逆に上下で合わせないと、熱伝導率は低下する
が強度は向上するので、目的の仕様により決定する必要
がある。

【００２２】ハニカム開口部の直径は特に制約はないが
通常１０μｍないし１ｍｍが好ましく、おおむねハニカ
ム成形体の厚さの１／５から１／００程度が望ましい。
また、ハニカムの開口率は好ましくは１０％以上である
が、さらに望ましくは２０％以上、さらにまた望ましく
は３０％ないし６０％である。また、ハニカム開口部の
穴の形状は通常正６角形であるが円や楕円６角以外の多
角形もしくはそれ以外の形状もしくはそれらの組み合わ
せでも良い。またハニカム部の側壁の厚さ（開口部の間
隔）と高さ（成形体厚さ）の比（アスペクト比）は好ま
しくは１／１０００ないし１であるが、望ましくは１／
１００ないし０．５である。またハニカムシートの積層
数には特に制約はないが、成形条件の容易さから５０層
以下が望ましい。

【００２３】また、本発明の第４の態様にかかる回路基
板に使用される導体組成は、銅、銀、金、ニッケル、白
金、パラジウム、モリブデン、タングステンの中から選
ばれた一種以上の金属を主成分とする導体インクが好ま
しく用いられる。このインクには、３０体積％以下の共
生地セラミックス（窒化アルミニウムもしくは窒化ケイ
素）もしくはハニカムシートに含まれている焼結助剤を
含んでいても良い。さらに、ハニカム成形体もしくは焼
結体の無機物組成としては窒化アルミニウムもしくは窒
化ケイ素を８０％以上含むこれに希土類および／または
アルカリ土類化合物、酸化アルミニウム、ハロゲン、ほ
う素、マンガン、酸化ケイ素の中の１種類以上の混合物
もしくは固溶体を含んでいても良い。

【００２４】このように本発明の第４の態様によれば、
ハニカム構造により、熱伝導性優れ、高い放熱効果を有
する回路基板が得られる。また、気孔率を２％以上に設
定することにより、さらに低誘電率が得られ、さらに、
低誘電率物質をその表面に設けることによりより低い誘
電率が得られる。

【００２５】以上説明したように、本発明の第１に態様
ないし第４の態様によれば、多孔質であり、かつ高熱伝
導率のセラミック焼結体を熱拡散の経路とし、静電的に
は低誘電率の複合体からなる回路基板を安価に提供する
ことができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本発明に
かかる回路基板は、以下のような構造を有する。図１に
本発明にかかる回路基板の一例を説明するための図を示
す。図１に示すように、この回路基板１は、焼結体から
なる絶縁層４が積層された構造を有する。各絶縁層４の
表面には所定のパターンの導体層２が形成されている。
また各絶縁層４の所定の位置にはビアホール３が設けら
れ、このビアホール内に導体物質が充填され、導体層２
間が接続されている。この積層構造の最上層の表面及び
最下層の表面には、ビアホールに充填された導体物質６
が露出している。

【００２７】本発明は、特にこの絶縁層４の構成によ
り、４つの態様に大別される。以下これらの態様に関す
る実施例について説明する。実施例１不純物酸素量０．９８重量％、平均一次粒子径０．６μ
ｍで格子定数がｃ軸４９８．０５ｐｍ、ａ軸が３１１．
３４ｐｍのＡｌＮ粉にアクリル系バインダーを５重量％
添加してボールミルを用いて解砕、混合して原料粉を調
製した。得られた原料粉を、スプレードライヤーを用い
て造粒した後、この造粒粉を５０ＭＰａの一軸加圧下で
成形して圧粉体とした。この圧粉体を窒素ガス雰囲気中
で７００℃まで加熱してアクリル系バインダーを除去、
脱脂した。得られた脱脂体のグリーン密度は１．８８ｇ
／ｃｍ³ であった。この脱脂体を石英管中に保持し、Ｈ
ｅガス気流中で、誘導加熱により、８２０℃に３０分保
持した。その後、アンモニアと塩化アルミニウムとヘリ
ウムの混合ガス（塩化アルミニウム３体積％、アンモニ
ア２５体積％）を３時間流した後、雰囲気をＨｅに置換
してから室温まで冷却して取り出し、本発明の第１の態
様にかかる回路基板を得た。得られた基板は白色を呈
し、表面はほぼ緻密であり、ワックスを塗布した後に密
度をアルキメデス法で測定したところ２．６２ｇｃｍ^-3
であった。この基板から、直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの
円板を切り出し、２０±２℃の室温下でＪＩＳ−Ｒ１６
１１に従ってレーザ−フラッシュ法で熱伝導率を測定し
たところ２００Ｗ／ｍＫであった。焼結体の一片を粉砕
した後、Ｘ線回折により構成相を評価したところ、Ａｌ
Ｎ以外の回折ピークは見られなかった。この放熱基板の
ＡｌＮ格子定数はｃ軸は４９８．０６ｐｍ、ａ軸が３１
１．１５ｐｍと原料ＡｌＮ粉と比べて殆ど変化していな
かった。またＪＩＳ−Ｃ２１４１に従って誘電率（室
温、１０ＭＨｚ）を測定したところ７．２であった。

【００２８】実施例２平均次粒子径２０μｍのダイアモンド粉にＰＶＡを０．
５重量％添加し、篩いを用いて造粒した後、この造粒粉
を５０ＭＰａの一軸加圧下で成形して圧粉体とした。こ
の成形体を石英管中に保持し、Ａｒガス気流中で６００
℃に３０分間保持した。その後、成形体の温度を９６０
℃に上げ、成形体を囲むように配置したタングステンフ
ィラメントを２０００℃に加熱して、メタンと水素の混
合ガス（メタンが２体積％）を流しながら、石英管の外
部に設置したコイルに、１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの
高周波を印加し、プラズマ法により、ダイアモンド状物
質で成形体の間隙を埋めた。堆積時間は１０時間であっ
た。雰囲気をＡｒに置換してから室温まで冷却して取り
だし、本発明の第２の態様にかかる回路基板を得た。得
られた基板は半透明白色を呈し、表面はほぼ緻密であ
り、ワックスを塗布した後に密度をアルキメデス法で測
定したところ２．５２ｇｃｍ^-3であった。この基板か
ら、直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板を切り出し、２０
±２℃の室温下でＪＩＳ−Ｒ１６１１に従って、レーザ
−フラッシュ法で熱伝導率を測定したところ、１２００
Ｗ／ｍＫであった。焼結体の一片を粉砕した後、Ｘ線回
折により構成相を評価したところ、ダイアモンド以外の
回折ピークは見られなかった。また、ＪＩＳ−Ｃ２１４
１に従って誘電率（室温、１０ＭＨｚ）を測定したとこ
ろ４．８であった。

【００２９】実施例３平均次粒子径１．２μｍのＳｉＣ粉にＰＶＢ系バインダ
ーを１５重量％添加してスラリーを作り、ドクターブレ
ード法により厚さ０．４ｍｍのシートを成形した。この
シートにパンチングによりスルーホールを形成し、タン
グステン導体ペーストを印刷法によりスルーホールに充
填した。その後、このシート上に線幅幅１０μｍ、ピッ
チ２００μｍの導体回路をスクリーン印刷法により形成
した。このシートを熱圧着法により６層積層した後、石
英管中に保持しＨｅガス気流中で誘導加熱により６００
℃に３０分保持した。その後、７８０℃に昇温して四塩
化ケイ素とメタンとヘリウムの混合ガス（四塩化ケイ素
１０体積％メタン１５体積％、全圧１０Ｔｏｒｒ）を流
しながら、石英管の外部に設置したコイルに１３．５６
ＭＨｚ、１００Ｗの高周波を印加して堆積するＳｉＣ
で、成形体の間隙を埋めた。堆積時間は１２時間。その
後、雰囲気をＨｅに置換してから室温まで冷却して取り
だし、本発明の第３の態様にかかる回路基板を得た。得
られた基板は半透明白色を呈し、表面はほぼ緻密であ
り、ワックスを塗布した後に密度をアルキメデス法で測
定したところ３．０５ｇｃｍ^-3であった。この基板か
ら、直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板を切り出し、２０
±２℃の室温下でＪＩＳ−Ｒ１６１１に従って、レーザ
−フラッシュ法で熱伝導率を測定したところ、２４５Ｗ
／ｍＫであった。焼結体の一片を粉砕した後、Ｘ線回折
により構成相を評価したところ、ＳｉＣの回折ピークの
みが見られた。また、ＪＩＳ−Ｃ２１４１に従って誘電
率（室温、１０ＭＨｚ）を測定したところ１２．８であ
った。

【００３０】実施例４平均次粒子径２．１μｍのダイアモンド粉にＰＶＢ系バ
インダーを１５重量％添加しスラリーを作りドクターブ
レード法により厚さ０．４ｍｍのシートを成形した。こ
のシートにパンチングによりスルーホールを形成し銀導
体ペーストを印刷法によりスルーホールに充填した。そ
の後、このシート上に線幅幅１００μｍ、ピッチ２００
μｍの導体回路をスクリーン印刷法により形成した。こ
のシートを熱圧着法により６層積層した後、石英管中に
保持しＨｅガス気流中で誘導加熱により６００℃に３０
分保持した。その後、成形体を８００℃に昇温してアン
モニアと塩化アルミニウムとヘリウムの混合ガス（塩化
アルミニウム３体積％、アンモニア２５体積％）を３時
間流した後、雰囲気をＨｅに置換してから室温まで冷却
して取りだし、本発明の第３の態様にかかる多層配線基
板を得た。得られた基板は半透明白色を呈し、表面はほ
ぼ緻密であり、ワックスを塗布した後に密度をアルキメ
デス法で測定したところ２．６０ｇｃｍ^-3であった。こ
の基板から、直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板を切り出
し、２０±２℃の室温下でＪＩＳ−Ｒ１６１１に従って
レーザ−フラッシュ法で熱伝導率を測定したところ、４
３０Ｗ／ｍＫであった。焼結体の一片を粉砕した後、Ｘ
線回折により構成相を評価したところ、ダイアモンドと
ＡｌＮとＡ１２０Ｃの回折ピークが見られた。また、Ｊ
ＩＳ−Ｃ２１４１に従って誘電率（室温、１０ＭＨｚ）
を測定したところ７．５であった。

【００３１】実施例５平均次粒子径２．１μｍのダイアモンド粉にＰＶＢ系バ
インダーを１５重量％添加してスラリーを作り、ドクタ
ーブレード法により厚さ０．４ｍｍのシートを成形し
た。このシートにパンチングによりスルーホールを形成
し、銀導体ペーストを印刷法によりスルーホールに充填
した。その後、このシート上に線幅幅１００μｍ、ピッ
チ２００μｍの導体回路をスクリーン印刷法により形成
した。このシートを熱圧着法により６層積層した後、石
英管中に保持しＨｅガス気流中で誘導加熱により６００
℃に３０分保持した。その後、成形体を７８０℃に昇温
してアンモニアと四塩化ケイ素とヘリウムの混合ガス
（四塩化ケイ素１０体積％、メタン１５体積％、全圧２
０Ｔｏｒｒ）を２０時間流した後、雰囲気をＨｅに置換
してから室温まで冷却して取りだし、本発明の第３の態
様にかかる多層配線基板を得た。得られた基板は半透明
黄白色を呈し、表面はほぼ緻密であり、ワックスを塗布
した後に密度をアルキメデス法で測定したところ２．８
５ｇｃｍ^-3であった。この基板から、直径１０ｍｍ、厚
さ３ｍｍの円板を切り出し、２０±２℃の室温下でＪＩ
Ｓ−Ｒ１６１１に従ってレーザ−フラッシュ法で熱伝導
率を測定したところ、１３４Ｗ／ｍＫであった。焼結体
の一片を粉砕した後、Ｘ線回折により構成相を評価した
ところ、α−Ｓｉ₃ Ｎ₄ の回折ピークのみが見られた。
また、ＪＩＳ−Ｃ２１４１に従って誘電率（室温、１０
ＭＨｚ）を測定したところ６．５であった。

【００３２】実施例６平均次粒子径１５μｍのＢＮ粉にＰＶＡを０．５重量％
添加して篩いを用いて造粒した後、この造粒粉を５０Ｍ
Ｐａの一軸加圧下で成形して圧粉体とした。この成形体
を石英管中に保持しＡｒガス気流中で６００℃に３０分
保持した。その後、成形体の温度を９６０℃に上げ、成
形体を囲むように配置したタングステンフィラメントを
２０００℃に加熱して、ジボランとアンモニアとアルゴ
ンの混合ガス（ジボランが０．１ａｔｍ、アンモニアが
０．２ａｔｍ、全圧０．５ａｔｍ）を流しながら石英管
の外部に設置したコイルに１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ
の高周波を印加して高周波プラズマ法によりダイアモン
ド状物質で成形体の間隙を埋めた。堆積時間は１０時間
であった。雰囲気をＡｒに置換してから室温まで冷却し
て取りだし、本発明の第２の態様にかかる回路基板を得
た。得られた基板は半透明白色を呈し、表面はほぼ緻密
であり、ワックスを塗布した後に密度をアルキメデス法
で測定したところ２．２ｇｃｍ^-3であった。この基板か
ら、直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板を切り出し、２０
±２℃の室温下でＪＩＳ−Ｒ１６１１に従ってレーザ−
フラッシュ法で熱伝導率を測定したところ、３５０Ｗ／
ｍＫであった。焼結体の一片を粉砕した後、Ｘ線回折に
より構成相を評価したところ、ｃ−ＢＮとｈ−ＢＣ以外
の回折ピークは見られなかった。また、ＪＩＳ−Ｃ２１
４１に従って誘電率（室温、１０ＭＨｚ）を測定したと
ころ７．２であった。

【００３３】実施例７平均次粒子径２．１μｍのダイアモンド粉にＰＶＢ系バ
インダーを１５重量％添加してスラリーを作り、ドクタ
ーブレード法により厚さ０．４ｍｍのシートを成形し
た。このシートにパンチングによりスルーホールを形成
し、銀導体ペーストを印刷法によりスルーホールに充填
した。その後、このシート上に線幅幅１００μｍ、ピッ
チ２００μｍの導体回路をスクリーン印刷法により形成
した。このシートを熱圧着法により６層積層した後、石
英管中に保持しＨｅガス気流中で６００℃に３０分保持
した。その後、７８０℃に昇温してアンモニアと四塩化
ケイ素とヘリウムの混合ガス（四塩化ケイ素１０体積％
メタン１５体積％、全圧２０Ｔｏｒｒ）を２０時間流し
た後、雰囲気をＨｅに置換してから室温まで冷却して取
りだし、本発明の第３の態様にかかる回路基板を得た。
得られた基板は半透明黄白色を呈し、表面はほぼ緻密で
あり、ワックスを塗布した後に密度をアルキメデス法で
測定したところ、２．５２ｇｃｍ^-3であった。この基板
から、直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板を切り出し、２
０±２℃の室温下でＪＩＳ−Ｒ１６１１に従ってレーザ
−フラッシュ法で熱伝導率を測定したところ、６５４Ｗ
／ｍＫであった。焼結体の一片を粉砕した後、Ｘ線回折
により構成相を評価したところ、α−Ｓｉ₃ Ｎ₄ の回折
ピークのみが見られた。また、ＪＩＳ−Ｃ２１４１に従
って誘電率（室温、１０ＭＨｚ）を測定したところ、
６．９５であった。石英管中に保持し、Ｈｅガス気流中
で６００℃に３０分保持した。この基板から、直径１０
ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板を切り出し、２０±２℃の室温
下でＪＩＳ−Ｒ１６１１に従ってレーザ−フラッシュ法
で熱伝導率を測定したところ、９３０Ｗ／ｍＫであっ
た。焼結体の一片を粉砕した後、Ｘ線回折により構成相
を評価したところ、ダイアモンドとＳｉ₃ Ｎ₄ の回折ピ
ークが見られた。また、ＪＩＳ−Ｃ２１４１に従って誘
電率（室温、１０ＭＨｚ）を測定したところ７．１であ
った。

【００３４】実施例８不純物酸素量１．０重量％、平均一次粒子径０．６μｍ
のＡｌＮ粉に、添加物として平均粒径０．２μｍ、純度
９９．９重量％のＹＦ₃ 粉３重量％を加え、高分子バイ
ンダーを有機溶剤と共に加え、混合、脱泡し、テープキ
ャスティング法を用いて厚さ０．６ｍｍのシート状に成
形した。続いて、このシートに形抜き器で直径０．０５
ｍｍ、間隔０．０２ｍｍのハニカム状の孔を一面に開
け、切断後、高分子バインダーの溶液をスプレーして２
枚のシートを積層し、熱圧着させて、１００×１００×
１．６ｍｍの成形体とした。この成形体を大気中で６０
０℃まで加熱してバインダーを除去した。次いで、この
成形体を窒素ガス０．８気圧の雰囲気下で１５００℃で
１２時間焼成してＡｌＮ基板を焼結体を製造した。

【００３５】焼結体の密度はアルキメデス法で測定し
た。各焼結体を、真空理工のレーザーフラッシュ法熱伝
導率測定装置で熱拡散率を求めた。測定は２１±２℃の
室温下で行なった。焼結体の比熱をセイコー電子製のＤ
ＳＣで測定し、密度と熱拡散率と比熱を掛け合わせて熱
伝導率を求めた。熱伝導率は１５０Ｗ／ｍＫであった。
また、焼結体を４０×４×１．２ｍｍに切断研削加工を
行い、ＪＩＳに従って、４点曲げ強度を求めた。４０本
の試験片の強度の平均値として２３ｋｇ／ｍｍ²の強度
があった。その際のワイプル係数は２４であった。各焼
結体の破面をＳＥＭ観察し、インターセプト法により平
均粒径を求めた。すなわち、ＳＥＭ写真上に直線を引
き、その直線の長さを、その直線を横切るＡｌＮ粒子の
数で除して３／２倍する事で平均粒径とした。その際、
直線を横切るＡｌＮ粒子の数が５０以上になるようにし
て統計誤差が５０以上になるようにして統計誤差が小さ
くなるようにした。このようにして求めた平均粒径は
１．５μｍであった。またＪＩＳ−Ｃ２１４１に従って
誘電率（室温、１０ＭＨｚ）を測定したところ６．５で
あった。

【００３６】実施例９ＳＮ、混合フッ化物、ほう素、ＳｉＯ2 、形抜き、タン
グステン不純物酸素量１．０重量％、平均一次粒子径０．４μｍ
のＳｉ₃ Ｎ₄ 粉に添加物としてＹＦ₃ 粉１重量％、Ａｌ
₂ Ｏ₃ ２重量％、Ｂ₂ Ｏ₃ ５重量％、ＳｉＯ₂０．２重
量％、ＭｎＯ₂ ０．１重量％を加え、高分子バインダー
を有機溶剤と共に加え、混合、脱泡して流動性の良いス
ラリーとした。これをＬＩＧＡプロセスにより作成した
ハニカム鋳型に流し込み、離型することで厚さ１００μ
ｍハニカム開口系５μｍのハニカム成形体を得た。続い
て、このシートに銅９５％セラミック生地組成物５％の
無機組成の印刷ペーストをスクリーン印刷法により開口
部に充填してビアホールを形成した、その後ビアホール
以外のハニカム開口部には高分子バインダーを含浸さ
せ、シート表面にスクリーン印刷法により銅導体回路を
形成した。この印刷シートを１５枚熱圧着させて、１０
０×１００×１．４５ｍｍの成形体とした。この成形体
をウェットフォーミングガス中で９００度まで加熱して
バインダーを除去した。次いで、この成形体を、窒素ガ
ス１気圧の雰囲気下で１３００℃で１２時間焼成して、
本発明の第３の態様にかかるＳｉ₃ Ｎ₄多層配線回路基
板を製造した。またＪＩＳ−Ｃ２１４１に従って誘電率
（室温、１９ＭＨｚ）を測定したところ５．１であっ
た。

【００３７】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の回路基板は、
高熱伝導性、低誘電率かつ安価であり、高速、高集積の
回路基板として優れた特性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回路基板の一例を示す図

【図２】本発明に用いられる絶縁層の一例を示す正面図

【図３】本発明に用いられる絶縁層の他の例を示す正面
図

【図４】図３のＡ−Ａ´線における断面図

【符号の説明】

１…絶縁層２…無機質粉末３…気孔４…充填物質５…絶縁層６…ＬＳＩ７…封止フィルム８…ハニカム層９…内部配線１０…ハンダバンプ１１…ビアホール１２…ハニカムセラミック部分１３…ハニカム孔部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者角野裕康神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者堀口昭宏神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁層として、ダイアモンド、窒化ほう
素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、及び窒化ケイ素か
らなる群から選択される少なくとも１種の無機質粉末の
成形体と、該成形体表面の隙間に充填された、ほう素、
アルミニウム、及びケイ素の窒化物、炭化物、酸窒化物
及び酸炭化物からなる群から選択される少なくとも１種
の充填物質とを含むことを特徴とする回路基板。
【請求項２】絶縁層として、ダイアモンド、窒化ほう
素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、及び窒化ケイ素か
らなる群から選択される少なくとも１種の無機質粉末の
成形体と、該成形体表面の隙間に充填された、ダイアモ
ンドもしくはダイアモンド類似物質とを含むことを特徴
とする回路基板。
【請求項３】ダイアモンド、窒化ほう素、炭化ケイ
素、窒化アルミニウム、及び窒化ケイ素からなる群から
選択される少なくとも１種の無機質粉末の成形体、及び
該成形体表面の隙間に充填された、ほう素、アルミニウ
ム、及びケイ素の窒化物、炭化物、酸窒化物及び酸炭化
物、ダイアモンド及びダイアモンド類似物質からなる群
から選択される少なくとも１種の充填物質を含む絶縁層
と、銅、銀、金、アルミニウム、ニッケル、白金、パラ
ジウム、タングステン、モリブデン、チタンからなる群
から選択された少なくとも１種の金属を組成とする導体
層とを具備する回路基板。
【請求項４】主成分として、窒化アルミニウムあるいは
窒化ケイ素を含有する厚さ１０μｍないし１ｍｍのセラ
ミックハニカム状シートを含むことを特徴とする回路基
板。