JPH0888453A - Ceramic circuit board and its manufacture - Google Patents

Ceramic circuit board and its manufacture

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Publication number
JPH0888453A
JPH0888453A JP6221223A JP22122394A JPH0888453A JP H0888453 A JPH0888453 A JP H0888453A JP 6221223 A JP6221223 A JP 6221223A JP 22122394 A JP22122394 A JP 22122394A JP H0888453 A JPH0888453 A JP H0888453A
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JP
Japan
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main component
conductor
circuit board
weight
ceramic circuit
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Application number
JP6221223A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyasu Sumino
裕康 角野
Akihiro Horiguchi
昭宏 堀口
Mitsuo Kasori
光男 加曽利
Katsuyoshi Oishi
克嘉 大石
Fumio Ueno
文雄 上野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To prevent the breaking of a conductor layer by forming an insulation layer contg. aluminium nitride having a specific relative density as a main component and conductor layer contg. Au or Cu as a main component and an inorganic compd. of specified vol. and active metal of specified weight e.g. Ti as a filler. CONSTITUTION: A multilayer ceramic circuit board 1 has many laminated insulation layers 2 and conductor layers 3 are formed on the surfaces of the layers 2 in specified patterns. Via-holes 4 are formed at specified places on the layers 2 and filled with a conductor metal to connect the conductor layers 3. Each layer 2 contains aluminium nitride at a relative density of 98% or more as a main component. Each layer 3 contains Au and/or Cu as a main component and an inorganic compd. of 0.01-50vol.% and/or, at least, one active metal of 0.01-15wt.% selected among Ti, Ni and Al as a filler. Thus, the shrinkage ratios of both layers 3 and 2 can be approximated to avoid breaking the conductor layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック回路基板お
よびセラミック回路基板の製造方法に関し、特に高熱伝
導性を有するセラミック回路基板およびセラミック回路
基板の製造方法に係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic circuit board and a method for manufacturing the ceramic circuit board, and more particularly to a ceramic circuit board having high thermal conductivity and a method for manufacturing the ceramic circuit board.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、IC、LSIのような半導体素子
の高速化、高集積化等に伴いセラミック回路基板や半導
体パッケージに対して要求される性能も厳しくなりつつ
ある。例えば、半導体素子から発生する熱を効率良く放
熱するために高い熱伝導性が要求され、また半導体素子
の熱的応力による破壊などの危険性をできるだけ小さく
するために熱膨張係数が半導体素子のそれと近いことが
要求される。さらに近年の半導体素子の高速駆動の傾向
を反映して配線長を短くすること、配線材料として可能
な限り電気抵抗の低いものを用いること、配線部分周辺
の絶縁材料として可能な限り誘導率の低いものを用いる
ことなどが求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor elements such as ICs and LSIs have become faster and more highly integrated, the performance required for ceramic circuit boards and semiconductor packages has become stricter. For example, high thermal conductivity is required to efficiently dissipate the heat generated from the semiconductor element, and the thermal expansion coefficient is the same as that of the semiconductor element in order to minimize the risk of destruction due to thermal stress of the semiconductor element. It is required to be close. In addition, the wiring length should be shortened to reflect the recent trend of high-speed driving of semiconductor elements, the wiring material should be as low as possible in electric resistance, and the insulating material around the wiring portion should be as low in inductivity as possible. It is required to use things.

【0003】ところで、回路基板またはパッケージの絶
縁材料として用いられるセラミック材料のうちで、アル
ミナ(Al23 )セラミックスはこれまで最も一般的
に用いられている。しかしながら、前記アルミナセラミ
ックスは従来のプラスチック材料やガラス材料に比べて
熱伝導率がやや高いものの、熱伝導率が20W/m・K
程度と低く、また熱膨張係数が7×10-1/℃で、シリ
コンの熱膨張係数4.5×10-6/℃の約2倍であるた
め、今後の半導体素子の高集積化、高速化に対応するに
十分な特性を有しているとはいえない。
Among the ceramic materials used as insulating materials for circuit boards or packages, alumina (Al 2 O 3 ) ceramics have been most commonly used so far. However, although the alumina ceramics have a slightly higher thermal conductivity than conventional plastic materials and glass materials, they have a thermal conductivity of 20 W / m · K.
The thermal expansion coefficient is as low as 7 × 10 -1 / ° C, which is about twice the thermal expansion coefficient of silicon, 4.5 × 10 -6 / ° C. It cannot be said that it has sufficient characteristics to cope with the increasing demand.

【0004】このようなことから、前記アルミナセラミ
ックスに代わって窒化アルミニウム(AlN)焼結体が
注目され、多層回路基板の絶縁材料としての応用につい
て多方面から研究されている。AlN焼結体は、熱膨張
係数が4.0×10-6/℃で、シリコンの熱膨張係数に
ほぼ等しく、その上、半導体素子の熱的応力を十分小さ
くできるという特徴を有する。さらに、熱伝導率が10
0W/m・Kを越えるものも得られているため、半導体
素子の高集積化、高速化にともなう発熱量の増大にも十
分対応できるものである。
Under these circumstances, an aluminum nitride (AlN) sintered body has attracted attention in place of the alumina ceramics, and its application as an insulating material for a multilayer circuit board has been studied in various fields. The AlN sintered body has a coefficient of thermal expansion of 4.0 × 10 −6 / ° C., is almost equal to the coefficient of thermal expansion of silicon, and has a characteristic that the thermal stress of the semiconductor element can be sufficiently reduced. Furthermore, the thermal conductivity is 10
Since more than 0 W / m · K has been obtained, it is possible to sufficiently cope with an increase in the amount of heat generated due to higher integration and higher speed of semiconductor elements.

【0005】しかしながら、窒化アルミニウム焼結体は
その焼結温度が通常1700℃以上と高いため、同時焼
成可能な配線材料としては例えばタングステンまたはモ
リブデンのような高融点金属を使用せざるを得ないとい
う問題点がある。すなわち、一般的に用いられる配線材
料としては金、銀、銅およびアルミニウムなどの電気抵
抗が低い材料が挙げられるが、いずれの金属材料も融点
が1000℃前後(金;1064℃、銀;961.9
℃、銅;1085℃、アルミニウム;660.4℃)で
ある。その結果、緻密化のためには焼結温度を1000
℃以上にする必要があるAlN焼結体を絶縁層とする回
路基板において、同時焼結技術に前記配線材料を適用す
ることができない。
However, since the sintering temperature of an aluminum nitride sintered body is usually as high as 1700 ° C. or higher, a refractory metal such as tungsten or molybdenum must be used as a wiring material capable of simultaneous firing. There is a problem. That is, generally used wiring materials include materials having low electric resistance, such as gold, silver, copper and aluminum, and any metal material has a melting point of around 1000 ° C. (gold; 1064 ° C., silver; 961. 9
C., copper; 1085 ° C., aluminum; 660.4 ° C.). As a result, the sintering temperature should be set to 1000 for densification.
In a circuit board using an AlN sintered body as an insulating layer, which needs to be at least ℃, the wiring material cannot be applied to the simultaneous sintering technique.

【0006】配線材料の電気抵抗は、信号伝達速度の遅
延とパワー損失に影響を与える。すなわち、配線材料の
電気抵抗が高いと信号を伝える矩形波がなまり、閾値電
圧に到達する時間が遅れ、結果として信号伝達速度が遅
くなってしまう。金、銀、銅およびアルミニウムなど
は、抵抗率が約2〜3×10-6Ω・cmと低いのに対
し、AlN焼結体からなる絶縁層表面に形成可能な導体
層として使用されているWやMoは5〜6×10-6Ω・
cmと抵抗率が高い。したがって、AlN焼結体を基材
として使用する回路基板は今後の半導体デバイスの高速
化に供するには難点を抱えているのが現状であった。
The electrical resistance of the wiring material affects the delay of the signal transmission speed and the power loss. That is, if the electric resistance of the wiring material is high, a rectangular wave for transmitting a signal is blunted, the time required to reach the threshold voltage is delayed, and as a result, the signal transmission speed becomes slow. Gold, silver, copper, aluminum and the like have a low resistivity of about 2 to 3 × 10 −6 Ω · cm, but are used as a conductor layer that can be formed on the surface of an insulating layer made of an AlN sintered body. W and Mo are 5-6 × 10 -6 Ω ・
cm and high resistivity. Therefore, the circuit board using the AlN sintered body as a base material has a difficulty in providing a high speed semiconductor device in the future.

【0007】そこで、前記金のような電気抵抗が低く、
かつ融点の低い金属材料を熱伝導性の良好なAlNを主
成分とする絶縁層を有するセラミック回路基板に使用す
る試みもこれまでに幾つかなされている。このような場
合の解決方法は、セラミック材料の焼結温度を低下させ
る方法である。例えば、特開平1−219066号、特
開平2−196066号および特開平2−221162
号には熱伝導性の良好なAlN粉末にガラス粉末や無機
材料粉末を混合して、焼結温度を800℃〜1000℃
程度まで低下させることが開示されている。これらの方
法によれば、前記金のような配線材料の使用が可能にな
る。しかしながら、このような方法により製造された回
路基板においてAlNを主成分とする絶縁層は、熱伝導
率が10〜20W/m・K程度で、本来AlNが持つ1
00W/m・K以上の熱伝導率に比べて大幅に低下する
結果となる。
Therefore, the electric resistance of gold is low,
Some attempts have been made so far to use a metal material having a low melting point for a ceramic circuit board having an insulating layer containing AlN as a main component, which has good thermal conductivity. The solution in such cases is to reduce the sintering temperature of the ceramic material. For example, JP-A 1-219066, JP-A-2-196066 and JP-A-2-221162.
The glass powder and the inorganic material powder are mixed with AlN powder having good thermal conductivity, and the sintering temperature is 800 ° C to 1000 ° C.
It is disclosed to reduce to a certain degree. These methods allow the use of wiring materials such as gold. However, in the circuit board manufactured by such a method, the insulating layer containing AlN as a main component has a thermal conductivity of about 10 to 20 W / m · K, and has a natural conductivity of 1%.
As a result, the thermal conductivity is significantly reduced as compared with the thermal conductivity of 00 W / m · K or more.

【0008】一方、特開平2−197189号には前記
配線材料がAlNとの濡れ性が低いことに注目し、Al
Nを主成分とする絶縁層の間に金、銀および銅いずれか
を内部配線として形成した多層回路基板の製造方法が開
示されている。しかしながら、この方法はAlNを主成
分とする成形体を1700℃以上の高温で焼結している
ため、前記成形体中の成分、特に焼結助剤が配線材料に
混入し、結果として配線材料の電気抵抗が高くなるとい
う問題点を生じる。とりわけ、配線材料として金を用い
た場合には、前記電気抵抗の上昇が顕著になる。
On the other hand, in JP-A-2-197189, attention is paid to the fact that the wiring material has low wettability with AlN.
A method of manufacturing a multilayer circuit board in which any of gold, silver, and copper is formed as an internal wiring between insulating layers containing N as a main component is disclosed. However, according to this method, since the molded body containing AlN as a main component is sintered at a high temperature of 1700 ° C. or higher, the components in the molded body, particularly the sintering aid, are mixed into the wiring material, resulting in the wiring material. Causes a problem that the electric resistance of the device becomes high. Particularly, when gold is used as the wiring material, the increase in the electric resistance becomes remarkable.

【0009】さらに、小型化、高集積化のためには、今
後、前記導体層(回路パターン)の線幅をできるだけ微
細にすることが望まれる。回路パターンの線幅を微細に
した場合、導体金属の改良を行わずに前述した特開平2
−197189号に開示されているような高温で導体材
料と絶縁材料を同時焼結すると、導体金属が融液となっ
た場合に表面エネルギーを小さくするために球状になり
やすく、結果として導体層の断線につながる恐れがあ
り、多層セラミック回路基板として応用する場合には信
頼性の低下につながり致命的である。
Further, in order to reduce the size and increase the degree of integration, it is desired in the future to make the line width of the conductor layer (circuit pattern) as small as possible. When the line width of the circuit pattern is made fine, the conductor metal is not improved and the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI-2 is used.
When a conductor material and an insulating material are co-sintered at a high temperature as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 197189, when the conductor metal becomes a melt, the conductor metal is likely to be spherical so as to reduce the surface energy. It may lead to disconnection, and when applied as a multilayer ceramic circuit board, it leads to a decrease in reliability and is fatal.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高い
熱伝導性を持つAlNを主成分とする絶縁層と、電気抵
抗が低く、低融点の金、銅のような金属を主成分とする
導体層(回路パターン)とを備え、前記導体層の断線や
剥離、酸化等の欠陥がない良好な特性を有するセラミッ
ク回路基板および低温での同時焼結により前述した優れ
た特性を有するセラミック回路基板の製造方法を提供し
ようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to make an insulating layer containing AlN as a main component having high thermal conductivity and a metal having a low electric resistance and a low melting point, such as gold or copper, as a main component. And a ceramic circuit board having good characteristics without defects such as disconnection, peeling, and oxidation of the conductor layer, and a ceramic circuit having excellent characteristics described above by simultaneous sintering at low temperature. It is intended to provide a method for manufacturing a substrate.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係わ
るセラミック回路基板は、相対密度が98%以上でAl
Nを主成分とする絶縁層と、金および/または銅を主成
分とし、0.01〜50体積%の無機化合物および/ま
たは0.01〜15重量%のチタン、ニッケル、アルミ
ニウムのうち少なくとも1種の活性金属をフィラーとし
て含む導体層とを具備したことを特徴とするものであ
る。
The ceramic circuit board according to the present invention has a relative density of 98% or more and is made of Al.
At least one of an insulating layer containing N as a main component, gold and / or copper as a main component, and 0.01 to 50% by volume of an inorganic compound and / or 0.01 to 15% by weight of titanium, nickel, and aluminum. And a conductor layer containing a kind of active metal as a filler.

【0012】前記フィラーである無機化合物としては、
焼成温度まで安定なセラミック粉末、例えばAlN、S
34 、ZrO2 、MgO、Al23 等を挙げるこ
とができる。特に、AlNを主成分とする絶縁層と同様
な成分(AlN粉末、焼結助剤等)を無機化合物として
用いることが好ましい。このような無機化合物フィラー
を用いることにより、導体層と前記絶縁層の収縮率を近
似させることができ、導体層の剥離、断線や絶縁層のク
ラック、反り等の発生を効果的に防止できる。
As the inorganic compound as the filler,
Ceramic powder stable up to firing temperature, eg AlN, S
Examples thereof include i 3 N 4 , ZrO 2 , MgO, Al 2 O 3 and the like. In particular, it is preferable to use, as the inorganic compound, the same components (AlN powder, sintering aid, etc.) as the insulating layer containing AlN as the main component. By using such an inorganic compound filler, the contraction rates of the conductor layer and the insulating layer can be approximated, and peeling of the conductor layer, disconnection, cracking of the insulating layer, warpage, etc. can be effectively prevented.

【0013】前記無機化合物の配合量を規定したのは、
次のような理由によるものである。前記フィラーの配合
量を0.01体積%未満にすると、その配合効果を十分
に達成されず、導体層の断線等を防ぐことができなくな
る。一方、前記フィラーの配合量が50体積%を越える
と、導体層の抵抗率が急激に高くなって信号遅延につな
がる。より好ましい前記無機化合物の配合量は、0.0
5〜40体積%である。
The amount of the inorganic compound to be added is defined as follows.
The reason is as follows. If the blending amount of the filler is less than 0.01% by volume, the blending effect cannot be sufficiently achieved, and it becomes impossible to prevent the conductor layer from breaking. On the other hand, when the content of the filler exceeds 50% by volume, the resistivity of the conductor layer increases rapidly, which leads to signal delay. A more preferable blending amount of the inorganic compound is 0.0
It is 5 to 40% by volume.

【0014】前記フィラーとしてのチタン(Ti)、ニ
ッケル(Ni)、アルミニウム(Al)から選ばれる少
なくとも1種の活性金属は、前記絶縁層の主成分である
AlNと強固に結合し、前記無機化合物フィラーと同様
に溶融した導体金属の球状化もしくは流出を防ぐ作用を
有する。このような活性金属の配合量を規定したのは次
のような理由によるものである。前記活性金属の配合量
を0.01重量%未満にすると、前記効果が著しく低下
し、導体層の断線などを引き起こす。一方、前記活性金
属の配合量が15重量%を越えると活性金属の種類(A
lやTi)によっては導体金属(金、銅)の融点を急激
に低下させて流出させるという問題を生じる。より好ま
しい前記活性金属の配合量は、0.05〜12重量%で
ある。
At least one active metal selected from titanium (Ti), nickel (Ni), and aluminum (Al) as the filler is firmly bound to AlN, which is the main component of the insulating layer, to form the inorganic compound. Similar to the filler, it has a function of preventing the molten conductor metal from spheroidizing or flowing out. The reason for defining the compounding amount of such an active metal is as follows. If the amount of the active metal compounded is less than 0.01% by weight, the above-mentioned effect is remarkably deteriorated and the conductor layer is broken. On the other hand, if the content of the active metal exceeds 15% by weight, the type of active metal (A
There is a problem that the melting point of the conductor metal (gold, copper) is drastically lowered depending on the content of l or Ti) to flow out. A more preferable blending amount of the active metal is 0.05 to 12% by weight.

【0015】前記導体層中には、前記金、銅以外にタン
グステンやモリブデンを20体積%以下の範囲で配合さ
れることを許容する。このような高融点金属の配合量
が、20体積%を越えると抵抗率が高くなり信号遅延の
原因となる恐れがある。
In addition to gold and copper, tungsten and molybdenum may be mixed in the conductor layer in an amount of 20% by volume or less. If the content of such a high melting point metal exceeds 20% by volume, the resistivity becomes high, which may cause a signal delay.

【0016】本発明に係わるセラミック回路基板(多層
セラミック回路基板)は、例えば図1に示す構造の有す
る。多層セラミック回路基板1は、AlNを主成分とす
る絶縁層2が複数積層されてなる。これら絶縁層2の表
面には、金および銅から選ばれる少なくとも1種を主成
分とする所定パターンの導体層3が形成されている。ま
た、前記絶縁層2の所定位置にはビアホール4が形成さ
れており、前記ビアホール4内部に充填された導体金属
によって前記絶縁層2の各表面に形成された導体層3が
電気的に接続されている。
The ceramic circuit board (multilayer ceramic circuit board) according to the present invention has, for example, the structure shown in FIG. The multilayer ceramic circuit board 1 is formed by laminating a plurality of insulating layers 2 containing AlN as a main component. On the surface of these insulating layers 2, a conductor layer 3 of a predetermined pattern containing at least one selected from gold and copper as a main component is formed. Further, a via hole 4 is formed at a predetermined position of the insulating layer 2, and the conductive metal filled in the via hole 4 electrically connects the conductive layer 3 formed on each surface of the insulating layer 2. ing.

【0017】このような本発明によれば、高い熱伝導性
を有するAlNを主成分とする絶縁層と、銅や金のよう
な低抵抗の金属を主成分とする導体層を備え、かつ前記
導体層の断線や剥離、酸化等の欠陥のない良好な特性を
有するセラミック回路基板を提供できる。
According to the present invention as described above, an insulating layer containing AlN having a high thermal conductivity as a main component and a conductor layer containing a low resistance metal such as copper or gold as a main component are provided, and It is possible to provide a ceramic circuit board having good characteristics without defects such as disconnection, peeling and oxidation of the conductor layer.

【0018】以上のような本発明に係わるセラミック回
路基板、例えば多層セラミック回路基板は、次のような
方法により製造される。 (第1工程)AlN粉末に焼結助剤を添加して十分に混
合した後、この混合粉体にバインダを添加して所定の溶
媒中で混練して分散させ、所定の粘度に調製して造粒、
整粒を行う。つづいて、得られた懸濁液を例えばドクタ
ーブレード法によりシート化し、例えば温度200℃前
後で乾燥してグリーンシートを形成する。この時、焼結
工程で導体金属がAlNを主成分とする絶縁層にしみ込
むのを最小限に抑えるために、高密度に成形することが
望ましい。ひきつづき、前記グリーンシートの所定位置
に複数の層間接続用のビアホールを形成する。
The ceramic circuit board according to the present invention, for example, the multilayer ceramic circuit board as described above, is manufactured by the following method. (First step) After adding a sintering aid to AlN powder and thoroughly mixing it, a binder is added to this mixed powder and kneaded and dispersed in a predetermined solvent to prepare a predetermined viscosity. Granulation,
Perform sizing. Subsequently, the obtained suspension is formed into a sheet by, for example, a doctor blade method, and dried at a temperature of about 200 ° C. to form a green sheet. At this time, it is desirable that the conductor metal is formed at a high density in order to minimize the penetration of the conductor metal into the insulating layer containing AlN as a main component in the sintering step. Subsequently, a plurality of via holes for interlayer connection are formed at predetermined positions on the green sheet.

【0019】前記AlN粉末は、実質上入手可能なあら
ゆる粉末を用いることができるが、焼結性および熱伝導
率のために平均一次粒径が0.03〜3.5μm、不純
物酸素量が0.2〜3.5重量%、より好ましくは平均
一次粒径が0.05〜1.5μm、不純物酸素量が0.
3〜3重量%の粉末を用いることが望ましい。前記Al
N粉末の平均一次粒径を0.03μm未満にすると、シ
ート化が非常に困難であり、また最終的に得られるAl
Nを主成分とする絶縁層において不純物酸素量が多くな
り、高い熱伝導率を得ることができなくなる恐れがあ
る。また、成形時のシート密度が低下するために焼結時
の収縮率が大きくなり、シート表面における導体層の位
置制御が困難になる傾向にある。さらに、導体層との収
縮率をマッチングさせることが困難となり、導体層とA
lNを主成分とする絶縁層との間に空隙ができるなどの
問題が発生する。一方、前記AlN粉末の平均粒径が
3.5μmを越えると焼結性が著しく低下し、十分に緻
密な焼結体からなる絶縁層を形成することが困難にな
る。また不純物酸素量を0.2重量%未満にすると、焼
結性が低下し、十分に緻密なAlNを主成分とする絶縁
層を形成できなくなる恐れがある。
As the AlN powder, virtually any available powder can be used, but the average primary particle diameter is 0.03 to 3.5 μm and the amount of oxygen impurities is 0 due to sinterability and thermal conductivity. 2 to 3.5% by weight, more preferably, the average primary particle diameter is 0.05 to 1.5 μm, and the amount of impurity oxygen is 0.
It is desirable to use 3 to 3% by weight of powder. The Al
When the average primary particle size of N powder is less than 0.03 μm, it is very difficult to form a sheet, and the finally obtained Al
In the insulating layer containing N as a main component, the amount of impurity oxygen increases, which may make it impossible to obtain high thermal conductivity. Further, since the sheet density at the time of molding decreases, the shrinkage rate at the time of sintering becomes large, and it tends to be difficult to control the position of the conductor layer on the sheet surface. Furthermore, it becomes difficult to match the contraction rate with the conductor layer, and
There arises a problem that a gap is formed between the insulating layer containing 1N as a main component. On the other hand, when the average particle diameter of the AlN powder exceeds 3.5 μm, the sinterability is remarkably reduced, and it becomes difficult to form an insulating layer made of a sufficiently dense sintered body. On the other hand, if the amount of impurity oxygen is less than 0.2% by weight, the sinterability is deteriorated and there is a possibility that a sufficiently dense insulating layer containing AlN as a main component cannot be formed.

【0020】前記焼結助剤としては、希土類酸化物、ア
ルカリ土類酸化物あるいは焼結工程で希土類酸化物、ア
ルカリ土類酸化物となる化合物のうちから少なくとも1
種を用いることができる。焼結工程で酸化物となる化合
物としては、例えば炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、アル
コキシド等がある。また、前記焼結助剤の添加量は全焼
結助剤の合計量で0.05〜15重量%にすることが好
ましい。前記焼結助剤の添加量を0.05重量%未満に
すると、AlNの焼結に有効に作用しない恐れがあり、
また高い熱伝導率を有するAlNを主成分とする絶縁層
の形成が困難になる。一方、前記焼結助剤の添加量が1
5重量%を越えても同様に高い熱伝導率を有するAlN
を主成分とする絶縁層の形成が困難になる。より好まし
い前記焼結助剤の添加量は、0.2〜10重量%であ
る。
The sintering aid is at least one selected from the group consisting of rare earth oxides, alkaline earth oxides, and compounds which become rare earth oxides or alkaline earth oxides in the sintering process.
Seeds can be used. Examples of the compound that becomes an oxide in the sintering process include carbonate, oxalate, nitrate, and alkoxide. Further, the addition amount of the sintering aid is preferably 0.05 to 15% by weight as the total amount of all the sintering aids. If the addition amount of the sintering aid is less than 0.05% by weight, it may not effectively act on the sintering of AlN,
Further, it becomes difficult to form an insulating layer containing AlN having a high thermal conductivity as a main component. On the other hand, the addition amount of the sintering aid is 1
AlN having a similar high thermal conductivity even if it exceeds 5% by weight
It becomes difficult to form an insulating layer containing as a main component. A more preferable amount of the sintering aid added is 0.2 to 10% by weight.

【0021】なお、前記混合粉体中には前記焼結助剤以
外にAlNの焼結性を向上させる目的でアルミナ(Al
23 )、AlF3 などのアルミニウム化合物、酸化ホ
ウ素(B23 )、表面改善のためのリンの化合物、機
械的強度を増すために有効な酸化珪素(SiO2 )、窒
化珪素(Si34 )などをAlN粉末に対して1重量
%以下の範囲で配合することを許容する。さらに、着色
化、高強度化のために、Ti、W、Mo、Ta、Nb、
Mn等の遷移金属の酸化物、炭化物、フッ化物、炭酸
塩、シュウ酸塩、硝酸塩を前記混合粉体中に遷移金属換
算で0.05〜1重量%の範囲で含有させてもよい。
In addition to the sintering aid, alumina (Al) is added to the mixed powder for the purpose of improving the sinterability of AlN.
2 O 3 ), aluminum compounds such as AlF 3 , boron oxide (B 2 O 3 ), phosphorus compounds for surface improvement, silicon oxide (SiO 2 ) effective for increasing mechanical strength, silicon nitride (Si 3 N 4 ) or the like is allowed to be blended in the range of 1% by weight or less based on the AlN powder. Furthermore, for coloring and strengthening, Ti, W, Mo, Ta, Nb,
Oxides, carbides, fluorides, carbonates, oxalates, and nitrates of transition metals such as Mn may be contained in the mixed powder in the range of 0.05 to 1% by weight in terms of transition metal.

【0022】前記混合粉体に添加するバインダとして
は、例えばアクリル系バインダやPVB系バインダ等を
使用することができる。前記混合粉体およびバインダを
分散させる溶媒としては、例えばn−ブタノールなどの
アルコール系、メチルイソブチル、トルエン、キシレン
等を使用することができる。
As the binder added to the mixed powder, for example, an acrylic binder or a PVB binder can be used. As the solvent in which the mixed powder and the binder are dispersed, for example, alcohols such as n-butanol, methyl isobutyl, toluene, xylene and the like can be used.

【0023】前記ビアホールの形成方法としては、例え
ばポンチ、ダイ、パンチングマシーンなどを用いる機械
的方法、レーザ加工法などを採用することができる。 (第2工程)銅および金から選ばれる少なくとも1種の
導電金属粉末に0.01〜50体積%の無機化合物およ
び/または0.01〜15重量%のチタン、ニッケル、
アルミニウムのうち少なくとも1種の活性金属をフィラ
ーとして添加し、さらにバインダおよび溶媒を加え混練
することによって導体ペーストを調製する。つづいて、
この導体ペーストを前記第1工程で作製したAlNグリ
ーンシートの表面にスクリーン印刷法などによって印刷
すると共に前記ビアホール内に前記導体ペーストを充填
する。ひきつづき、これらグリーンシートを前記ビアホ
ールで位置合わせして重ね、熱圧着することにより積層
体を作製する。
As a method of forming the via hole, for example, a mechanical method using a punch, a die, a punching machine, a laser processing method or the like can be adopted. (Second step) 0.01 to 50% by volume of an inorganic compound and / or 0.01 to 15% by weight of titanium and nickel in at least one conductive metal powder selected from copper and gold.
At least one active metal of aluminum is added as a filler, and a binder and a solvent are further added and kneaded to prepare a conductor paste. Continuing,
This conductor paste is printed on the surface of the AlN green sheet produced in the first step by a screen printing method or the like, and the conductor paste is filled in the via holes. Subsequently, these green sheets are aligned with each other at the via holes and stacked by thermocompression bonding to produce a laminate.

【0024】前記導電金属粉末は、平均粒径が0.1〜
3.0μmを有することが好ましい。前記導電金属粉末
の平均粒径を0.1μm未満にすると、取扱いが容易で
なく、ペースト化が困難になって得られた導体ペースト
を前記グリーシートに印刷することができなくなる恐れ
がある。一方、前記導電金属粉末の平均粒径が3.0μ
mを越えると溶媒中での分散性が悪化する。
The conductive metal powder has an average particle size of 0.1 to 0.1.
It is preferable to have 3.0 μm. When the average particle diameter of the conductive metal powder is less than 0.1 μm, handling is not easy and it becomes difficult to form a paste, and the obtained conductor paste may not be printed on the green sheet. On the other hand, the average particle diameter of the conductive metal powder is 3.0 μm.
If it exceeds m, the dispersibility in the solvent deteriorates.

【0025】前記フィラーとして無機化合物としては、
前述した材料のものが選択される。このような無機化合
物を添加することによって、高温での焼結時に溶融した
導体金属の表面エネルギーを低下して球状になったり、
粘性が低下して容易に移動したりするのを防止すること
ができ、結果として導体層(回路パターン)の断線、導
体金属の流出などを防止することができる。
As the inorganic compound as the filler,
The materials mentioned above are selected. By adding such an inorganic compound, the surface energy of the conductor metal melted at the time of sintering at a high temperature is reduced to be spherical,
It is possible to prevent the viscosity from decreasing and easily move, and as a result, it is possible to prevent the conductor layer (circuit pattern) from breaking, the conductor metal from flowing out, and the like.

【0026】(第3工程)前記導体ペースト層が形成さ
れたグリーンシートを、例えばAlN製セッター内にセ
ットし、窒素などの非酸化性雰囲気で脱脂した後、非酸
化性雰囲気中より好ましくは1気圧以上の非酸化性雰囲
気中、1800℃以下の温度で焼結する。つづいて、必
要に応じて表面の研削、研磨、薄膜回路形成、メッキ、
ピン形成などを行なうことによって、AlNを主成分と
する絶縁層と、銅および/または金を主成分とする導体
層とを備えた多層セラミック回路基板を製造する。
(Third Step) The green sheet on which the conductor paste layer is formed is set in, for example, an AlN setter, degreased in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen, and then preferably in a non-oxidizing atmosphere, more preferably 1 Sintering is performed at a temperature of 1800 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere at atmospheric pressure or higher. Then, if necessary, surface grinding, polishing, thin film circuit formation, plating,
By performing pin formation or the like, a multilayer ceramic circuit board including an insulating layer containing AlN as a main component and a conductor layer containing copper and / or gold as a main component is manufactured.

【0027】本発明に係わる別のセラミック回路基板
は、平均粒径5μm以下の窒化アルミニウム粒子を有
し、副相として希土類化合物および/またはアルカリ土
類化合物をそれぞれ酸化物換算で0.05〜15重量%
含有し、さらに前記副相にハロゲン、ホウ素およびマン
ガンから選ばれる少なくとも1種の成分(ただし、ハロ
ゲンおよびホウ素の混合物は除く)が含有される窒化ア
ルミニウム焼結体からなるセラミック絶縁層と、金およ
び/または銅を主成分とする導体層とを具備したことを
特徴とするものである。
Another ceramic circuit board according to the present invention has aluminum nitride particles having an average particle size of 5 μm or less, and contains a rare earth compound and / or an alkaline earth compound as an auxiliary phase in an amount of 0.05 to 15 in terms of oxide. weight%
And a ceramic insulating layer made of an aluminum nitride sintered body containing at least one component selected from halogen, boron and manganese (excluding a mixture of halogen and boron), and gold and And / or a conductor layer containing copper as a main component.

【0028】このような本発明によれば、熱伝導性が高
く緻密で機械的強度の高いAlNを主成分とする絶縁層
と、銅や金のような低抵抗の導体層を備え、さらに前記
導体層の断線や剥離、酸化等の欠陥のない良好な特性を
有するセラミック回路基板を提供できる。
According to the present invention as described above, an insulating layer containing AlN as a main component, which has a high thermal conductivity, a high density and a high mechanical strength, and a low resistance conductor layer such as copper or gold are further provided. It is possible to provide a ceramic circuit board having good characteristics without defects such as disconnection, peeling and oxidation of the conductor layer.

【0029】以上のような本発明に係わる別のセラミッ
ク回路基板、例えば多層セラミック回路基板は、次のよ
うな方法により製造される。 (第1工程)AlN粉末に焼結助剤を添加して十分に混
合した後、この混合粉体にバインダを添加して所定の溶
媒中で混練して分散させ、所定の粘度に調製して造粒、
整粒を行う。つづいて、得られた懸濁液を例えばドクタ
ーブレード法によりシート化し、例えば温度200℃前
後で乾燥してグリーンシートを形成する。この時、焼成
時の導体金属のAlN絶縁層へのしみ込みなどを最小限
に押さえるために、高密度に成形することが望ましい。
ひきつづき、前記グリーンシートの所定位置に複数の層
間接続用のビアホールを形成する。
Another ceramic circuit board according to the present invention, such as a multilayer ceramic circuit board as described above, is manufactured by the following method. (First step) After adding a sintering aid to AlN powder and thoroughly mixing it, a binder is added to this mixed powder and kneaded and dispersed in a predetermined solvent to prepare a predetermined viscosity. Granulation,
Perform sizing. Subsequently, the obtained suspension is formed into a sheet by, for example, a doctor blade method, and dried at a temperature of about 200 ° C. to form a green sheet. At this time, in order to suppress the penetration of the conductive metal into the AlN insulating layer at the time of firing to the minimum, it is desirable to perform high density molding.
Subsequently, a plurality of via holes for interlayer connection are formed at predetermined positions on the green sheet.

【0030】前記AlN粉末は、前述した回路基板の製
造方法で説明したのと同様なものが用いられる。特に同
時焼結工程の温度を低減するために平均一次粒径が0.
03〜0.5μm、不純物酸素量が1.0〜3.5重量
%のAlN粉末を用いることが好ましい。
As the AlN powder, the same powder as that described in the method for manufacturing a circuit board described above is used. Especially in order to reduce the temperature of the co-sintering process, the average primary particle size is set to 0.
It is preferable to use AlN powder having a particle size of 03 to 0.5 μm and an impurity oxygen amount of 1.0 to 3.5% by weight.

【0031】前記焼結助剤としては、以下の材料が用い
られる。 (a)酸化物換算で0.05〜15重量%の希土類酸化
物、アルカリ土類酸化物および焼結により酸化物となる
化合物から選ばれる少なくとも1種と0.05〜5重量
%のホウ素単体またはホウ素化合物および/または0.
05〜5重量%のマンガン(Mn)単独またはマンガン
化合物からなる焼結助剤。
The following materials are used as the sintering aid. (A) At least one selected from the group consisting of 0.05 to 15% by weight of oxides of rare earth oxides, alkaline earth oxides, and compounds that become oxides by sintering, and 0.05 to 5% by weight of boron simple substance. Or a boron compound and / or 0.
A sintering aid consisting of 05 to 5% by weight of manganese (Mn) alone or a manganese compound.

【0032】(b)焼結助剤の合計量が0.1〜15重
量%の範囲で配合される希土類元素(Y、Sc、La、
Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、H
o、Er、Tm、Yb、Lu等)のハロゲン(F、C
l、Br、I等)化物、酸ハロゲン化物、アルカリ土類
金属(Ca、Sr、Ba等)のハロゲン化物から選ばれ
る少なくとも1種からなる焼結助剤。
(B) The rare earth elements (Y, Sc, La, etc.) mixed in a total amount of 0.1 to 15% by weight of the sintering aid.
Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Tm, Yb, Lu, etc. halogen (F, C
Sintering aid comprising at least one selected from the group consisting of (1, l, Br, I, etc.), acid halides, and halides of alkaline earth metals (Ca, Sr, Ba, etc.).

【0033】前記(b)の焼結助剤中には、表面の清浄
性をを向上させるためにハロゲン化物、酸ハロゲン化物
の一部を前記希土類元素、アルカリ土類金属の酸化物、
あるいは焼結によりこれらの酸化物となる化合物で置換
する、例えばYF3 の添加量の一部をY23 で、ある
いはCaF2 の一部をCaOで置換することも許容され
る。
In the sintering aid (b), in order to improve the cleanliness of the surface, part of the halide or acid halide is an oxide of the rare earth element or alkaline earth metal,
Alternatively, it is permissible to replace with a compound that becomes these oxides by sintering, for example, to replace a part of the added amount of YF 3 with Y 2 O 3 or a part of CaF 2 with CaO.

【0034】前記(b)の焼結助剤中には、前記(a)
の焼結助剤と同様に低温での焼結に有効なマンガンまた
はマンガン化合物を0.05〜5重量%の範囲で配合さ
れることを許容する。
In the sintering aid of the above (b), the above (a)
The manganese or manganese compound effective for sintering at a low temperature is allowed to be blended in the range of 0.05 to 5% by weight, like the above-mentioned sintering aid.

【0035】前記(a)、(b)の焼成助剤は、低温焼
結を図る目的から粒径ができるだけ微細、例えば0.3
μm以下であることが好ましい。前記(a)、(b)の
いずれの焼結助剤を用いた場合においても、後述する第
3工程での焼結温度を1700℃以下、より好ましくは
1600℃以下に低下させることが可能となる。このよ
うな低温焼結において、緻密なAlNを主成分とする絶
縁層を形成することが可能である。
The firing aids (a) and (b) have a particle size as fine as possible, for example 0.3, for the purpose of low temperature sintering.
It is preferably μm or less. With any of the sintering aids (a) and (b), it is possible to reduce the sintering temperature in the third step described below to 1700 ° C. or lower, more preferably 1600 ° C. or lower. Become. In such low temperature sintering, it is possible to form a dense insulating layer containing AlN as a main component.

【0036】なお、前記混合粉体中には前記焼結助剤以
外にAlNの焼結性を向上させる目的でアルミナ(Al
23 )、AlF3 などのアルミニウム化合物、表面改
善のためのリンの化合物、機械的強度を増すために有効
な酸化珪素(SiO2 )、窒化珪素(Si34 )など
を1重量%以下の範囲で含有することを許容する。さら
に、着色化、高強度化のために、Ti、W、Mo、T
a、Nb、Mn等の遷移金属の酸化物、炭化物、フッ化
物、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩を前記混合粉体中に遷
移金属換算で0.05〜1重量%の範囲で含有させても
よい。
In addition to the sintering aid, alumina (Al) is added to the mixed powder for the purpose of improving the sinterability of AlN.
1% by weight of 2 O 3 ), aluminum compounds such as AlF 3 , phosphorus compounds for surface improvement, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ) effective for increasing mechanical strength, etc. It is allowed to contain within the following range. Furthermore, for coloring and strengthening, Ti, W, Mo, T
a, Nb, Mn and other transition metal oxides, carbides, fluorides, carbonates, oxalates, and nitrates are contained in the mixed powder in the range of 0.05 to 1% by weight in terms of transition metal. Good.

【0037】前記成形工程により得られた成形体の密度
は、低温での焼結を考慮して、バインダの添加量、種類
などを改良してできるだけ高くすることが望ましく、よ
り好ましくは理論密度に対する相対密度で55%以上で
ある。
The density of the molded body obtained by the above-mentioned molding step is desirably made as high as possible by improving the addition amount and type of the binder in consideration of the sintering at low temperature, and more preferably with respect to the theoretical density. The relative density is 55% or more.

【0038】(第2工程)銅および金から選ばれる少な
くとも1種の導電金属粉末にバインダおよび溶媒を加え
混練することによって導体ペーストを調製する。つづい
て、この導体ペーストを前記第1工程で作製したAlN
グリーンシートの表面にスクリーン印刷法などによって
印刷すると共に前記ビアホール内に前記導体ペーストを
充填する。ひきつづき、これらグリーンシートを前記ビ
アホールで位置合わせして重ね、熱圧着することにより
積層体を作製する。
(Second Step) A conductive paste is prepared by adding a binder and a solvent to at least one conductive metal powder selected from copper and gold and kneading. Next, this conductor paste was used for the AlN produced in the first step.
The surface of the green sheet is printed by a screen printing method or the like, and the via holes are filled with the conductor paste. Subsequently, these green sheets are aligned with each other at the via holes and stacked by thermocompression bonding to produce a laminate.

【0039】前記導体ペースト中には、前述したフィラ
ーとしての無機化合物0.01〜50体積%、活性金属
0.01〜15重量%の範囲で含むことを許容する。前
記導体ペースト中には、銅および金以外にタングステン
やモリブデンを20体積%までの範囲で添加することも
許容される。20体積%を越えると抵抗率が高くなり信
号遅延の原因となる恐れがある。
The conductive paste may contain 0.01 to 50% by volume of the inorganic compound as the above-mentioned filler and 0.01 to 15% by weight of the active metal. In addition to copper and gold, tungsten or molybdenum may be added to the conductor paste in a range of up to 20% by volume. If it exceeds 20% by volume, the resistivity becomes high, which may cause a signal delay.

【0040】(第3工程)前記導体ペースト層が形成さ
れたグリーンシートを、例えばAlN製セッター内にセ
ットし、窒素などの非酸化性雰囲気で脱脂した後、非酸
化性雰囲気中より好ましくは1気圧以上の非酸化性雰囲
気中、1700℃以下、より好ましくは1300〜16
00℃の範囲で焼結する。つづいて、必要に応じて表面
の研削、研磨、薄膜回路形成、メッキ、ピン形成などを
行なうことによって、AlNを主成分とする絶縁層と、
銅および/または金を主成分とする導体層とを備えた多
層セラミック回路基板を製造する。
(Third step) The green sheet on which the conductor paste layer is formed is set in, for example, an AlN setter, degreased in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen, and then preferably in a non-oxidizing atmosphere, more preferably 1 In a non-oxidizing atmosphere at atmospheric pressure or higher, 1700 ° C. or lower, more preferably 1300 to 16
Sinter in the range of 00 ° C. Subsequently, if necessary, grinding, polishing, thin film circuit formation, plating, pin formation, etc. on the surface are performed to form an insulating layer containing AlN as a main component,
A multilayer ceramic circuit board having a conductor layer containing copper and / or gold as a main component is manufactured.

【0041】前記焼結温度を規定したのは、次のような
理由によるものである。焼結温度を1300℃未満にす
ると、前記グリーンシートから形成される絶縁層を十分
に緻密化するのに必要な時間が長くなる。一方、焼結温
度が1700℃を越えると導体ペースト中に無機化合物
や活性金属のようなフィラーが添加されていない場合に
は形成された導体層が断線する恐れがある。また、焼結
助剤として前記(b)のハロゲン化物を含むものを用い
た場合には、AlNを主成分とする絶縁層表面への粒界
相の移行が激しくなり、表面の平滑性、浄化性が損なわ
れる。
The sintering temperature is defined for the following reason. When the sintering temperature is lower than 1300 ° C., the time required to sufficiently densify the insulating layer formed from the green sheet becomes long. On the other hand, if the sintering temperature exceeds 1700 ° C., the formed conductor layer may be broken if a filler such as an inorganic compound or an active metal is not added to the conductor paste. Further, when the above-mentioned (b) containing a halide is used as the sintering aid, the migration of the grain boundary phase to the surface of the insulating layer containing AlN as a main component becomes vigorous, resulting in smoothness and purification of the surface. Sex is impaired.

【0042】このような1700℃以下の温度で焼結を
行うことによって、得られたAlNを主成分とする絶縁
層の粒径が5μm以下と小さくなるために、高温で焼結
することにより得られたAlNを主成分とする絶縁層に
比べて機械的強度が向上される。
By performing the sintering at such a temperature of 1700 ° C. or less, the grain size of the obtained insulating layer containing AlN as a main component becomes as small as 5 μm or less. Mechanical strength is improved as compared with the insulating layer containing AlN as a main component.

【0043】また、本発明に係わるセラミック回路基板
の製造方法はAlN粉末および焼結助剤を含む混合粉体
から成形体を作製する工程と、前記成形体の少なくとも
表面に金、銀および銅から選ばれる少なくとも1種を含
む導体ペーストをパターン状に塗布して導体ペースト層
を形成する工程と、前記成形体を非酸化性雰囲気中、1
100℃以下にて10MPa以上のホットプレス焼結を
行って窒化アルミニウムを主成分とする絶縁層にAu、
Ag、Cuから選ばれた少なくとも1種を主成分とする
パターン状の導体層を形成する工程とを具備したことを
特徴とするものである。
Further, the method for producing a ceramic circuit board according to the present invention comprises a step of producing a compact from a powder mixture containing AlN powder and a sintering aid, and at least the surface of the compact from gold, silver and copper. A step of forming a conductor paste layer by applying a conductor paste containing at least one selected from the above in a pattern, and the molded body in a non-oxidizing atmosphere.
Hot-press sintering at 10 MPa or more at 100 ° C. or less is performed on the insulating layer containing aluminum nitride as a main component to form Au,
And a step of forming a patterned conductor layer containing at least one selected from Ag and Cu as a main component.

【0044】以下、本発明に係わるセラミック回路基板
の製造方法を詳細に説明する。まず、AlN粉末および
焼結助剤を含む混合粉体をバインダと共に有機溶媒に充
分に混練して、粉体の解砕、分散を行い、所定の粘度の
スラリーを調製する。つづいて、このスラリーをドクタ
ーブレード法でシート化した後、加熱乾燥して溶媒を除
去しグリーンシートとする。ひきつづき、前記グリーン
シートの少なくとも表面にAu、Ag、Cuから選ばれ
た少なくとも1種を主成分として含む導電ペーストを例
えばスクリーン印刷によりパターン状の導体ペースト層
を形成する。次いで、前記導体ペースト層が形成された
グリーンシートを非酸化雰囲気中で加熱して導電ペース
ト中のバインダを除去した後、非酸化性雰囲気中で11
00℃以下、10MPa以上の圧力下でホットプレス焼
結することによりセラミック回路基板を製造する。な
お、焼結後は必要に応じてトリミングや薄膜や厚膜の回
路形成や、外部電極を形成することが可能である。
The method of manufacturing the ceramic circuit board according to the present invention will be described in detail below. First, a mixed powder containing an AlN powder and a sintering aid is sufficiently kneaded with an organic solvent together with a binder to crush and disperse the powder to prepare a slurry having a predetermined viscosity. Subsequently, the slurry is formed into a sheet by the doctor blade method, and then dried by heating to remove the solvent to obtain a green sheet. Subsequently, a conductive paste layer containing at least one selected from Au, Ag, and Cu as a main component is formed on at least the surface of the green sheet by, for example, screen printing to form a patterned conductive paste layer. Then, the green sheet on which the conductor paste layer is formed is heated in a non-oxidizing atmosphere to remove the binder in the conductive paste, and then in a non-oxidizing atmosphere.
A ceramic circuit board is manufactured by hot press sintering under a pressure of 00 ° C. or lower and 10 MPa or higher. After sintering, trimming, thin-film or thick-film circuit formation, and external electrodes can be formed as necessary.

【0045】前記AlN粉末は、平均一次粒子径が0.
02〜0.1μm、より好ましくは0.04〜0.09
μm、不純物酸素量が1.0〜5.0重量%であること
が好ましい。前記AlN粉末の平均一次粒子径を0.0
2μm未満にすると添加物である焼結助剤を含む混合粉
体の成形が困難になる恐れがある。一方、前記AlN粉
末の平均一次粒子径が0.1μmを越えると、焼結性が
低下する恐れがある。また、不純物酸素量が1.0重量
%未満にすると焼結前の混合や成形の取扱い段階でAl
Nが変質するか、または充分に焼結が進まない恐れがあ
る。一方、不純物酸素量が5.0重量%を越えると、A
lNを主成分とする絶縁層の熱伝導率が低下する恐れが
ある。
The AlN powder has an average primary particle size of 0.
02-0.1 μm, more preferably 0.04-0.09
It is preferable that μm and the amount of impurity oxygen are 1.0 to 5.0% by weight. The average primary particle diameter of the AlN powder is 0.0
If it is less than 2 μm, it may be difficult to mold the mixed powder containing the sintering aid as an additive. On the other hand, if the average primary particle diameter of the AlN powder exceeds 0.1 μm, the sinterability may decrease. Also, if the amount of impurity oxygen is less than 1.0% by weight, Al may be added during the handling stage of mixing and molding before sintering.
There is a possibility that N may deteriorate or sintering may not proceed sufficiently. On the other hand, when the amount of impurity oxygen exceeds 5.0% by weight, A
There is a possibility that the thermal conductivity of the insulating layer containing 1N as a main component may decrease.

【0046】前記焼結助剤は、アルカリ土類金属と希土
類元素とアルカリ金属、燐、ホウ素およびアルミニウム
などの化合物から選ばれる少なくとも1種を含む組成を
有する。
The sintering aid has a composition containing an alkaline earth metal, a rare earth element and at least one selected from compounds such as alkali metals, phosphorus, boron and aluminum.

【0047】前記アルカリ土類金属、希土類元素の化合
物は、粉末または液体として添加される。これらの化合
物は、例えば酸化物、炭化物、フッ化物、酸フッ化物、
炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、アルコキシドの形態で用
いられる。また、前記アルカリ土類金属、希土類元素の
化合物を添加した後、希土類の硝酸塩をアルコールに溶
解した後添加するなど、種々の組合せが可能である。粉
体で添加する場合は、その平均粒径が1.0μm以下、
より好ましくは0.6μm以下であることが望ましい。
アルカリ土類金属は、Ca、Ba、Sr、希土類元素は
Sc、Yとランタン系列の元素から選ばれる。前記アル
カリ土類金属、希土類元素の化合物は、前記混合粉体中
に3〜17重量%含有することが望ましい。
The alkaline earth metal or rare earth element compound is added as a powder or a liquid. These compounds are, for example, oxides, carbides, fluorides, oxyfluorides,
Used in the form of carbonates, oxalates, nitrates, alkoxides. Further, various combinations are possible, such as adding the compound of the alkaline earth metal or the rare earth element and then adding the nitrate of the rare earth after dissolving it in alcohol. When added as a powder, the average particle size is 1.0 μm or less,
More preferably, the thickness is 0.6 μm or less.
The alkaline earth metal is selected from Ca, Ba and Sr, and the rare earth element is selected from Sc, Y and lanthanum series elements. It is desirable that the compound of the alkaline earth metal or the rare earth element is contained in the mixed powder in an amount of 3 to 17% by weight.

【0048】前記アルカリ金属化合物としては、例えば
Na2 CO3 、NaF、NaClなどのアルカリ金属の
酸化物やハロゲン化物もしくは焼成途中にこれらの化合
物に変化する化合物を挙げることができる。前記アルカ
リ金属化合物は、前記混合粉体中に0.01〜2.0重
量%含有することが望ましい。
Examples of the alkali metal compound include oxides and halides of alkali metals such as Na 2 CO 3 , NaF and NaCl, or compounds that change into these compounds during firing. The alkali metal compound is preferably contained in the mixed powder in an amount of 0.01 to 2.0% by weight.

【0049】ホウ素化合物としては、例えばB23
しくは焼成途中でB23 に変化する化合物等を挙げる
ことができる。さらに、Na247 などのアルカリ
金属のホウ酸塩なども使用される。前記ホウ素化合物
は、前記混合粉体中に0.01〜2.0重量%含有する
ことが望ましい。
[0049] As the boron compound include compounds that change, for example, B 2 O 3 or firing middle B 2 O 3. Further, borate of alkali metal such as Na 2 B 4 O 7 is also used. The boron compound is preferably contained in the mixed powder in an amount of 0.01 to 2.0% by weight.

【0050】前記燐化合物としては、燐化物、燐酸塩お
よび燐酸水素塩等を用いることができる。前記燐化物と
しては、Ca32 、AlPなどが挙げられる。前記燐
酸塩としては、例えばCa(PO42 、Ba(PO
42 、Sr(PO42 ;YPO4 、LaPO4 、C
ePO4 、GdPO4 、YbPO4 ;Li3 PO4 、N
3 PO4 、K3 PO4 等が挙げられる。燐酸水素塩と
しては、例えばCa(H2 PO42 、CaHPO4
Ba(H2 PO42 、BaHPO4 、Sr(H2 PO
42 、SrHPO4 ;LiH2 PO4 、Li2 HPO
4 、NaH2 PO4 、Na2 HPO4 、KH2 PO4
2 HPO4 ;Y3 (PO44 、La3(PO4
4 、Ce3 (PO44 、Gd3 (PO44 等が挙げ
られる。酸化燐としては、例えばP25 などが、その
他の燐酸塩としては燐酸アルミニウム(AlPO4 また
はAl(PO33 )、燐酸水素アルミニウム(Al2
(HPO43 )などが挙げられる。これらの燐化合物
は、前記混合粉体中に無水物換算で0.01〜2.0重
量%含有することが望ましい。
As the phosphorus compound, phosphides, phosphates, hydrogen phosphates and the like can be used. Examples of the phosphide include Ca 3 P 2 and AlP. Examples of the phosphate include Ca (PO 4 ) 2 and Ba (PO
4 ) 2 , Sr (PO 4 ) 2 ; YPO 4 , LaPO 4 , C
ePO 4 , GdPO 4 , YbPO 4 ; Li 3 PO 4 , N
a 3 PO 4, K 3 PO 4 and the like. Examples of the hydrogen phosphate include Ca (H 2 PO 4 ) 2 , CaHPO 4 ,
Ba (H 2 PO 4 ) 2 , BaHPO 4 , Sr (H 2 PO
4 ) 2 , SrHPO 4, LiH 2 PO 4 , Li 2 HPO
4 , NaH 2 PO 4 , Na 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 ,
K 2 HPO 4 ; Y 3 (PO 4 ) 4 , La 3 (PO 4 )
4 , Ce 3 (PO 4 ) 4 , Gd 3 (PO 4 ) 4 and the like. As the phosphorus oxide, for example, P 2 O 5 and the like, and as the other phosphates, aluminum phosphate (AlPO 4 or Al (PO 3 ) 3 ) and aluminum hydrogen phosphate (Al 2
(HPO 4 ) 3 ) and the like. These phosphorus compounds are preferably contained in the mixed powder in an amount of 0.01 to 2.0% by weight in terms of anhydride.

【0051】前記混合粉体中には、前記各種添加物の他
に、SiO2 、Si34 、SiCやGeO2 などのIV
b族元素の酸化物もしくは窒化物、炭化物や、Al2
3 、AlF3 やGaF3 などの IIIb族元素の酸化物や
ハロゲン化物をそれぞれ1重量%以下含有されることを
許容する。さらに、主に着色化もしくは黒色化のために
遷移金属化合物を前記混合粉体中に含有することを許容
する。遷移金属化合物としては、例えばTi、Nb、Z
r、Ta、W、Mo、Cr、Fe、Co、Niの酸化
物、窒化物、炭化物、酸炭化物、酸窒化物などで添加す
ることができる。特に、焼結体中では導電性を有するこ
とが望ましい。かかる導電性を有する遷移金属化合物と
しては、例えばWやMoのメタル、Zr、Ti、Nb、
Taから選ばれる元素の窒化物または炭化物を挙げるこ
とができる。これらの添加量は、1.5重量%以下にす
ることが好ましい。
In the mixed powder, in addition to the various additives described above, IV such as SiO 2 , Si 3 N 4 , SiC or GeO 2 is added.
B-group element oxides or nitrides, carbides, Al 2 O
It is permissible to contain oxides or halides of IIIb group elements such as 3 , AlF 3 and GaF 3 in an amount of 1% by weight or less. Further, it is allowed to contain a transition metal compound in the mixed powder mainly for coloring or blackening. Examples of the transition metal compound include Ti, Nb, Z
R, Ta, W, Mo, Cr, Fe, Co, Ni oxides, nitrides, carbides, oxycarbides, oxynitrides and the like can be added. In particular, it is desirable that the sintered body has conductivity. Examples of such transition metal compounds having conductivity include metals such as W and Mo, Zr, Ti, Nb,
A nitride or a carbide of an element selected from Ta can be mentioned. The addition amount of these is preferably 1.5% by weight or less.

【0052】前記スラリーを調製する際に添加されるバ
インダとしては、例えばアクリル系、メタクリル系、P
VB系などが挙げられる。これらバインダの添加量は、
使用するAlN粉末の粒度によっても異なるが、前記混
合粉体に対して2〜12重量%、より好ましくは4〜1
0重量%である。前記バインダを分散させる溶媒として
は、例えばn−ブタノールなどのアルコール系、メチル
イソブチル、トルエン、キシレンなどが使用される。
The binder added when preparing the slurry is, for example, acrylic, methacrylic, P
Examples include VB type. The amount of these binders added is
It depends on the particle size of the AlN powder used, but is 2 to 12% by weight, more preferably 4 to 1% by weight based on the mixed powder.
0% by weight. Examples of the solvent in which the binder is dispersed include alcohols such as n-butanol, methyl isobutyl, toluene and xylene.

【0053】前記導体ペースト用のバインダとしては、
前記成形体に用いられたバインダの他に、エチルセルロ
ースやニトロセルロースなどのセルロース系バインダ、
ジオクチルフタレートなどの可塑剤やα−またはγ−テ
レピネオール、MIBK(メチルイソブチルケトン)、
MEK(メチルエチルケトン)やカルベノールなどの溶
剤が適時添加される。バインダの添加量は2〜7重量%
が望ましい。
As the binder for the conductor paste,
In addition to the binder used in the molded body, a cellulose-based binder such as ethyl cellulose or nitrocellulose,
Plasticizer such as dioctyl phthalate, α- or γ-terpineol, MIBK (methyl isobutyl ketone),
Solvents such as MEK (methyl ethyl ketone) and carbenol are added at appropriate times. The amount of binder added is 2 to 7% by weight
Is desirable.

【0054】前記導体ペースト中には、成分の気散や成
分の絶縁層への滲みを防止し、かつ導体層と絶縁層の収
縮率を合わせるなどの目的で、AlN粉末もしくはAl
N粉末と前記焼結助剤の混合物を0.01〜50体積
%、より好ましくは0.05〜40体積%の範囲で添加
されることが好適である。
In the conductor paste, AlN powder or AlN powder is used for the purpose of preventing vaporization of components and bleeding of components into the insulating layer, and matching shrinkage rates of the conductor layer and the insulating layer.
It is preferable to add the mixture of N powder and the sintering aid in the range of 0.01 to 50% by volume, and more preferably 0.05 to 40% by volume.

【0055】前記導体ペースト中には、Au、Ag、C
u以外にタングステンやモリブデンを20体積%までの
範囲で添加することも許容される。20体積%を越える
と抵抗率が高くなり信号遅延の原因となる恐れがある。
In the conductor paste, Au, Ag, C
In addition to u, addition of tungsten or molybdenum in a range of up to 20% by volume is allowed. If it exceeds 20% by volume, the resistivity becomes high, which may cause a signal delay.

【0056】前記導体ペーストが塗布された成形体の脱
バインダ処理は、非酸化性雰囲気中で最高温度1000
℃以下の温度で行うことが好ましい。ここで、非酸化性
雰囲気とは窒素および/またはアルゴンや、これらに一
部が水素、炭素ガスなどを含むことを意味する。なお、
前記導体ペースト中にタングステンやモリブデンなどの
導体金属が含まれていない場合は、酸素を含む雰囲気中
で加熱して脱バインダすることも可能である。この場
合、加熱最高温度は500℃までとすることが望まし
い。
For removing the binder from the molded body coated with the conductor paste, the maximum temperature is 1000 in a non-oxidizing atmosphere.
It is preferable to carry out at a temperature of ℃ or less. Here, the non-oxidizing atmosphere means that nitrogen and / or argon, or a part of these contains hydrogen, carbon gas, or the like. In addition,
When the conductor paste does not contain a conductor metal such as tungsten or molybdenum, it is possible to remove the binder by heating in an atmosphere containing oxygen. In this case, it is desirable that the maximum heating temperature be up to 500 ° C.

【0057】前記脱バインダ後の成形体のホットプレス
焼結は、窒素および/またはアルゴンや、これらに一部
が水素、炭酸ガスなどである混合ガスからなる非酸化性
雰囲気、AlN、BN、カーボンから選ばれた焼結容器
中で、カーボン、タングステン、モリブデンなどから選
ばれたヒーターを具備する焼結炉中で行うことが好まし
い。雰囲気中の酸素量は、100ppm以内であれば許
容される。焼結スケジュールは最高温度まで、単調に昇
温することもできるが、必要に応じて最高温度まで段階
的に昇温することもできる。
The hot-press sintering of the molded body after the binder removal is carried out by non-oxidizing atmosphere consisting of nitrogen and / or argon and a mixed gas of which hydrogen and carbon dioxide are partially contained, AlN, BN and carbon. It is preferable to carry out in a sintering container selected from the following in a sintering furnace equipped with a heater selected from carbon, tungsten, molybdenum and the like. The amount of oxygen in the atmosphere is acceptable if it is within 100 ppm. In the sintering schedule, the temperature can be raised monotonically to the maximum temperature, but the temperature can also be raised stepwise to the maximum temperature if necessary.

【0058】なお、多層セラミック回路基板は層間の電
気的接続を得るために前記グリーンシートに予めビアホ
ールを開け、このビアホールに前記導電ペーストを例え
ば圧入法で充填した後、前記グリーンシートを積層して
積層体とし、これを脱バインダ処理、ホットプレス焼結
を行うことにより製造される。
In the multilayer ceramic circuit board, via holes are previously formed in the green sheets in order to obtain electrical connection between layers, the conductive paste is filled in the via holes by, for example, a press-fitting method, and then the green sheets are laminated. The laminate is manufactured by subjecting it to binder removal processing and hot press sintering.

【0059】このような本発明によれば、1100℃以
下の低温同時ホットプレス焼結により緻密で熱伝導性が
高く、機械的強度の高いAlNを主成分とする絶縁層
と、Au、Ag、Cuのような低抵抗の導体層を備え、
かつ前記導体層の断線や剥離、酸化等の欠陥のない良好
な特性を有するセラミック回路基板を製造することがで
きる。
According to the present invention as described above, an insulating layer containing AlN as a main component, which is dense and has high thermal conductivity and high mechanical strength, is formed by simultaneous low-temperature hot press sintering at 1100 ° C. or lower, Au, Ag, and Equipped with a low resistance conductor layer such as Cu,
Moreover, it is possible to manufacture a ceramic circuit board having good characteristics without defects such as disconnection, peeling, and oxidation of the conductor layer.

【0060】[0060]

【実施例】以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細に
説明する。なお、これら実施例は本発明の理解を容易に
する目的で記載されるものであり、本発明を限定するも
のではない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. Note that these examples are described for the purpose of facilitating the understanding of the present invention and do not limit the present invention.

【0061】(実施例1)平均一次粒径0.6μm、不
純物酸素量1.0重量%のAlN粉末に焼結助剤として
23 を3重量%と着色化のためのWO3 をW換算で
0.3重量%それぞれ添加し、ボールミルを用いてn−
ブタノール中において湿式混合した。この混合粉末を有
機バインダとともに有機溶媒中に分散し、得られたスラ
リーをドクターブレード法によってシート化し、複数の
グリーンシートを作製した。つづいて、得られたグリー
ンシートの所定の位置に層間接続用の複数のビアホール
をパンチングマシーンを用いて形成した。
(Example 1) AlN powder having an average primary particle size of 0.6 μm and an impurity oxygen content of 1.0% by weight was mixed with 3% by weight of Y 2 O 3 as a sintering aid and WO 3 for coloring. Add 0.3 wt% of each in terms of W and use a ball mill to n-
Wet mixed in butanol. This mixed powder was dispersed in an organic solvent together with an organic binder, and the obtained slurry was formed into a sheet by a doctor blade method to prepare a plurality of green sheets. Subsequently, a plurality of via holes for interlayer connection were formed at predetermined positions of the obtained green sheet by using a punching machine.

【0062】一方、平均粒径0.5μmの銅粉末80体
積%と、平均粒径0.6μmのAlN粉末97重量%お
よびY23 粉末3重量%からなるフィラー用混合粉末
20体積%とを有機バインダとともに有機溶剤中に分散
して、導体ペーストを調製した。
On the other hand, 80% by volume of copper powder having an average particle size of 0.5 μm and 20% by volume of a filler mixed powder consisting of 97% by weight of AlN powder and 3 % by weight of Y 2 O 3 powder having an average particle size of 0.6 μm. Was dispersed in an organic solvent together with an organic binder to prepare a conductor paste.

【0063】次いで、前記導体ペーストを前記グリーン
シートにスクリーン印刷法により印刷して前記シート表
面に導体ペースト層を形成するとともに前記ビアホール
内に前記導電ペーストを充填した。つづいて、導体ペー
ト層が形成された複数のグリーンシートをビアホールで
位置合わせして重ね、加熱プレスすることにより積層体
を作製した。ひきつづき、前記積層体を窒素雰囲気中、
700℃で脱脂後、1気圧の窒素雰囲気中、1750℃
で3時間焼結することにより前述した図1に示す構造を
有する多層セラミック回路基板を製造した。
Next, the conductor paste was printed on the green sheet by a screen printing method to form a conductor paste layer on the surface of the sheet, and the via holes were filled with the conductor paste. Subsequently, a plurality of green sheets on which the conductor pate layer was formed were aligned by the via holes, overlapped with each other, and heated and pressed to produce a laminate. Continuing, the laminated body in a nitrogen atmosphere,
After degreasing at 700 ℃, 1750 ℃ in nitrogen atmosphere of 1 atm
By sintering for 3 hours, a multilayer ceramic circuit board having the structure shown in FIG. 1 was manufactured.

【0064】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微細構造を観察した。その結果、AlNを主成分と
する絶縁層は十分緻密化しておりポアは見られず、かつ
導体層においても空隙などの欠陥は認められなかった。
また、前記回路基板は外観的に特に反りや変形は認めら
れなかった。
The obtained circuit board was cut in the thickness direction and the internal fine structure was observed. As a result, the insulating layer containing AlN as a main component was sufficiently densified, no pores were observed, and no defects such as voids were observed in the conductor layer.
In addition, no particular warpage or deformation was observed in the appearance of the circuit board.

【0065】また、前記多層セラミック回路基板を構成
するAlNを主成分とする絶縁層は抵抗率が1011Ω・
cm以上、比誘電率が8.7、誘電損失が10-3以下
(ともに1MHzの条件下)であり、さらに熱伝導率か
170W・m-1・K-1であった。同回路基板を構成する
導体層は、抵抗率が6.5×10-6Ω・cmと極めて低
い値であった。
Further, the insulating layer containing AlN as a main component constituting the multilayer ceramic circuit board has a resistivity of 10 11 Ω.
cm or more, the relative dielectric constant was 8.7, the dielectric loss was 10 −3 or less (both under the condition of 1 MHz), and the thermal conductivity was 170 W · m −1 · K −1 . The conductor layer forming the circuit board had an extremely low resistivity of 6.5 × 10 −6 Ω · cm.

【0066】(比較例1)実施例1と同様な組成のAl
Nグリーンシートを作製し、さらにフィラーを含まない
銅、バインダおよび有機溶剤からなる導体ペーストを作
製した。つづいて前記導体ペーストを前記グリーンシー
トにスクリーン印刷を施して導体ペースト層を有するグ
リーシートを作製した後、実施例1と同様な方法により
脱バインダ処理、焼結を行って多層セラミック回路基板
を製造した。
(Comparative Example 1) Al having the same composition as in Example 1
An N green sheet was produced, and a conductor paste containing copper containing no filler, a binder, and an organic solvent was further produced. Subsequently, the conductor paste is screen-printed on the green sheet to produce a green sheet having a conductor paste layer, and then binder removal processing and sintering are performed in the same manner as in Example 1 to manufacture a multilayer ceramic circuit board. did.

【0067】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微細構造を観察した。その結果、AlNを主成分と
する絶縁層は十分緻密化しておりポアは見られなかっ
た。しかしながら、導体層の一部、特に50μm以下の
幅を有する導体層は内部のところどころに空隙が認めら
れ、断線していることが認められた。
The obtained circuit board was cut in the thickness direction and the internal fine structure was observed. As a result, the insulating layer containing AlN as a main component was sufficiently densified and no pores were observed. However, some of the conductor layers, particularly the conductor layer having a width of 50 μm or less, were found to have voids in some places, and it was recognized that the conductor layers were broken.

【0068】(実施例2)平均一次粒径0.3μm、不
純物酸素量1.5重量%のAlN粉末にCaOを1.0
重量%添加し、ボールミルを用いてn−ブタノール中に
おいて湿式混合した。この混合粉末を有機バインダとと
もに有機溶媒中に分散し、得られたスラリーをドクター
ブレード法によってシート化し、複数のグリーンシート
を作製した。つづいて、前記グリーンシートの所定位置
に層間接続用の複数のビアホールをパンチングマシーン
を用いて形成した。
Example 2 CaO was added to AlN powder having an average primary particle size of 0.3 μm and an impurity oxygen content of 1.5% by weight with CaO.
Wt% was added and wet mixed in n-butanol using a ball mill. This mixed powder was dispersed in an organic solvent together with an organic binder, and the obtained slurry was formed into a sheet by a doctor blade method to prepare a plurality of green sheets. Subsequently, a plurality of via holes for interlayer connection were formed at predetermined positions of the green sheet by using a punching machine.

【0069】一方、平均粒径1.0μmの金粉末95重
量%および平均粒径0.6μmのTi粉末5重量%を有
機バインダとともに有機溶剤中に分散して、導体ペース
トを調製した。
On the other hand, 95% by weight of gold powder having an average particle size of 1.0 μm and 5% by weight of Ti powder having an average particle size of 0.6 μm were dispersed in an organic solvent together with an organic binder to prepare a conductor paste.

【0070】次いで、前記導体ペーストを前記グリーン
シートにスクリーン印刷法により印刷して前記シート表
面に導体ペースト層を形成するとともに前記ビアホール
内に前記導電ペーストを充填した。つづいて、前記導体
ペースト層が形成された複数のグリーンシートを前記ビ
アホールで位置合わせして重ね、加熱プレスすることに
より積層体を作製した。ひきつづき、前記積層体を窒素
雰囲気中、700℃で脱脂後、1気圧の窒素雰囲気中、
1700℃で6時間焼結することにより前述した図1に
示す構造を有する多層セラミック回路基板を製造した。
Next, the conductor paste was printed on the green sheet by a screen printing method to form a conductor paste layer on the surface of the sheet, and the via holes were filled with the conductor paste. Subsequently, a plurality of green sheets on which the conductor paste layer was formed were aligned with each other in the via holes and overlapped with each other, and hot pressed to produce a laminate. Continuously, after degreasing the laminated body at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere, in a nitrogen atmosphere of 1 atm,
A multilayer ceramic circuit board having the structure shown in FIG. 1 was manufactured by sintering at 1700 ° C. for 6 hours.

【0071】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微構造を観察した。その結果、AlNを主成分とす
る絶縁層は十分緻密化しておりポアは見られず、かつ導
体層においても空隙などの欠陥は認められなかった。ま
た、前記回路基板は外観的に特に反りや変形は認められ
なかった。
The obtained circuit board was cut in the thickness direction and the internal microstructure was observed. As a result, the insulating layer containing AlN as a main component was sufficiently densified, no pores were observed, and no defects such as voids were observed in the conductor layer. In addition, no particular warpage or deformation was observed in the appearance of the circuit board.

【0072】また、前記多層セラミック回路基板を構成
するAlNを主成分とする絶縁層は抵抗率が1011Ω・
cm以上、比誘電率が9.0、誘電損失が10-3以下
(ともに1MHzの条件下)であり、さらに熱伝導率か
160W・m-1・K-1であった。同回路基板を構成する
導体層は、抵抗率が5.6×10-6Ω・cmと極めて低
い値であった。
Further, the insulating layer containing AlN as a main component which constitutes the multilayer ceramic circuit board has a resistivity of 10 11 Ω.
cm, the relative dielectric constant was 9.0, the dielectric loss was 10 −3 or less (both under the condition of 1 MHz), and the thermal conductivity was 160 W · m −1 · K −1 . The conductor layer forming the circuit board had an extremely low resistivity of 5.6 × 10 −6 Ω · cm.

【0073】(比較例2)実施例2と同様な組成のAl
Nグリーンシートを作製し、さらにTiを含まない金、
バインダおよび有機溶剤からなる導体ペーストを作製し
た。つづいて前記導体ペーストを前記グリーンシートに
スクリーン印刷を施して導体ペースト層を有するグリー
シートを作製した後、実施例2と同様な方法により脱バ
インダ処理、焼結を行って多層セラミック回路基板を製
造した。
Comparative Example 2 Al having the same composition as in Example 2
N green sheet is made and gold containing no Ti,
A conductor paste made of a binder and an organic solvent was prepared. Subsequently, the conductor paste was screen-printed on the green sheet to prepare a green sheet having a conductor paste layer, and then the binder removal treatment and the sintering were performed in the same manner as in Example 2 to manufacture a multilayer ceramic circuit board. did.

【0074】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微細構造を観察した。その結果、AlNを主成分と
する絶縁層は十分緻密化しておりポアは見られなかっ
た。しかしながら、導体層の一部、特に50μm以下の
幅を有する導体層は内部のところどころに空隙が認めら
れ、断線していることが認められた。
The obtained circuit board was cut in the thickness direction and the internal fine structure was observed. As a result, the insulating layer containing AlN as a main component was sufficiently densified and no pores were observed. However, some of the conductor layers, particularly the conductor layer having a width of 50 μm or less, were found to have voids in some places, and it was recognized that the conductor layers were broken.

【0075】(実施例3〜8)下記表1に示す組成を有
する絶縁層用混合粉体および導電ペーストを用い、同表
1に示す条件で焼結を行った以外、実施例1と同様の方
法により6種の多層セラミック回路基板を製造した。得
られた各回路基板における絶縁層の密度および熱伝導
率、導体層の抵抗率、並びに外観性を調べた。その結果
を下記表2に示す。
(Examples 3 to 8) The same as Example 1 except that the mixed powder for the insulating layer and the conductive paste having the compositions shown in Table 1 below were used and sintered under the conditions shown in Table 1 below. Six types of multilayer ceramic circuit boards were manufactured by the method. The density and thermal conductivity of the insulating layer, the resistivity of the conductive layer, and the appearance of each of the obtained circuit boards were examined. The results are shown in Table 2 below.

【0076】[0076]

【表1】 [Table 1]

【0077】[0077]

【表2】 [Table 2]

【0078】前記表2から明らかなように実施例3〜8
の多層セラミック回路基板は、いずれも優れた特性と良
好な外観性を有することがわかる。 (実施例9)平均粒径0.6μm、不純物酸素量1.3
重量%のAlN粉末97重量%に、焼結助剤としてYF
3 粉末を3重量%添加し、ボールミルを用いてn−ブタ
ノール中において湿式混合した。この混合粉末を、有機
バインダとともに有機溶媒中に分散し、得られたスラリ
ーをドクターブレード法によってシート化し、複数のグ
リーンシートを作製した。つづいて、得られたグリーン
シートの所定の位置に層間接続用の複数のビアホールを
パンチングマシーンにより形成した。
As is clear from Table 2, Examples 3 to 8
It can be seen that each of the multilayer ceramic circuit boards of 1) has excellent characteristics and good appearance. (Example 9) Average particle size 0.6 μm, impurity oxygen amount 1.3
97% by weight of AlN powder, and YF as a sintering aid
3 % by weight of 3 powders were added and wet mixed in n-butanol using a ball mill. This mixed powder was dispersed in an organic solvent together with an organic binder, and the obtained slurry was formed into a sheet by a doctor blade method to prepare a plurality of green sheets. Subsequently, a plurality of via holes for interlayer connection were formed at predetermined positions of the obtained green sheet by a punching machine.

【0079】一方、平均粒径0.7μmの金粉末を有機
バインダとともに有機溶剤中に分散して、導体ペースト
を調製した。次いで、前記導体ペーストを前記グリーン
シートにスクリーン印刷法により印刷して前記シート表
面に導体ペースト層を形成するとともに前記ビアホール
内に前記導電ペーストを充填した。つづいて、導体ペー
スト層が形成された複数のグリーンシートをビアホール
で位置合わせして重ね、加熱プレスすることにより積層
体を作製した。ひきつづき、前記積層体を窒素雰囲気
中、700℃で脱脂後、1.2気圧の窒素雰囲気中、1
540℃で6時間焼結することにより前述した図1に示
す構造を有する多層セラミック回路基板を製造した。
On the other hand, gold powder having an average particle diameter of 0.7 μm was dispersed in an organic solvent together with an organic binder to prepare a conductor paste. Then, the conductor paste was printed on the green sheet by a screen printing method to form a conductor paste layer on the surface of the sheet, and the via holes were filled with the conductor paste. Subsequently, a plurality of green sheets on which the conductor paste layer was formed were aligned and overlapped with each other by via holes, and heated and pressed to produce a laminate. Continuously, after degreasing the laminated body at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere, in a nitrogen atmosphere of 1.2 atm, 1
A multilayer ceramic circuit board having the structure shown in FIG. 1 was manufactured by sintering at 540 ° C. for 6 hours.

【0080】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微細構造を観察した。その結果、AlNを主成分と
する絶縁層は十分緻密化しておりポアは見られず、かつ
導体層においても内部ポアが認められず、断線などの欠
陥は発生していなかった。
The obtained circuit board was cut in the thickness direction and the internal fine structure was observed. As a result, the insulating layer containing AlN as a main component was sufficiently densified, no pores were observed, no internal pores were observed in the conductor layer, and defects such as disconnection did not occur.

【0081】また、前記多層セラミック回路基板を構成
するAlNを主成分とする絶縁層は抵抗率が1011Ω・
cm以上、比誘電率が8.3、誘電損失が10-3以下
(ともに1MHzの条件下)であり、さらに熱伝導率が
138W・m-1・K-1であった。同回路基板を構成する
導体層は、抵抗率が4.8×10-6Ω・cmと極めて低
い値であった。
Further, the insulating layer containing AlN as a main component which constitutes the multilayer ceramic circuit board has a resistivity of 10 11 Ω.
cm or more, the relative dielectric constant was 8.3, the dielectric loss was 10 −3 or less (both under the condition of 1 MHz), and the thermal conductivity was 138 W · m −1 · K −1 . The conductor layer forming the same circuit board had a resistivity as low as 4.8 × 10 −6 Ω · cm.

【0082】(実施例10)平均一次粒径が0.08μ
m、不純物酸素量が2.5重量%のAlN粉末に平均粒
径が0.1μmのYb23 3.0重量%、平均粒径
0.09μmのSrO1重量%をそれぞれ添加するとと
もに、さらに平均粒径が0.1μmのYbCl3 0.7
重量%および平均粒径0.1μmのMnO2 0.5重量
%をそれぞれ添加し、さらに着色化のためにTiO2
Ti換算で0.3重量%添加してボールミルを用いてn
−ブタノール中において湿式混合した。この混合粉末を
有機バインダとともに有機溶媒中に分散し、得られたス
ラリーをドクターブレード法によりシート化し、複数の
グリーンシートを作製した。有機バインダの種類を適宜
選択することで、このシートの成形密度は相対密度で6
2%が達成された。つづいて、得られたグリーンシート
の所定の位置に層間接続用の複数のビアホールをパンチ
ングマシーンにより形成した。
(Embodiment 10) The average primary particle diameter is 0.08μ.
m, AlN powder having an impurity oxygen content of 2.5% by weight, 3.0% by weight of Yb 2 O 3 having an average particle size of 0.1 μm, and 1% by weight of SrO having an average particle size of 0.09 μm, respectively. YbCl 3 0.7 with an average particle size of 0.1 μm
% By weight and 0.5% by weight of MnO 2 having an average particle diameter of 0.1 μm, respectively, and further 0.3% by weight of TiO 2 in terms of Ti for coloring, and using a ball mill,
Wet mixed in butanol. This mixed powder was dispersed in an organic solvent together with an organic binder, and the obtained slurry was formed into a sheet by a doctor blade method to prepare a plurality of green sheets. By appropriately selecting the type of organic binder, the molding density of this sheet is 6 in terms of relative density.
2% was achieved. Subsequently, a plurality of via holes for interlayer connection were formed at predetermined positions of the obtained green sheet by a punching machine.

【0083】一方、平均粒径1.5μmの銅粉末と平均
粒径1.0μmの金粉末を体積比3:1の割合で混合し
て有機バインダと共に有機溶媒中に分散し、導体ペース
トを調製した。
On the other hand, a copper powder having an average particle diameter of 1.5 μm and a gold powder having an average particle diameter of 1.0 μm are mixed at a volume ratio of 3: 1 and dispersed in an organic solvent together with an organic binder to prepare a conductor paste. did.

【0084】次いで、前記導体ペーストを前記グリーン
シートにスクリーン印刷法により印刷して前記シート表
面に導体ペースト層を形成するとともに前記ビアホール
内に前記導電ペーストを充填した。つづいて、導体ペー
ト層が形成された複数のグリーンシートをビアホールで
位置合わせして重ね、加熱プレスすることにより積層体
を作製した。ひきつづき、前記積層体を窒素雰囲気中、
700℃で脱脂後、1気圧の窒素雰囲気中、1350℃
で18時間焼結することにより前述した図1に示す構造
を有する多層セラミック回路基板を製造した。
Next, the conductor paste was printed on the green sheet by a screen printing method to form a conductor paste layer on the surface of the sheet, and the via holes were filled with the conductor paste. Subsequently, a plurality of green sheets on which the conductor pate layer was formed were aligned by the via holes, overlapped with each other, and heated and pressed to produce a laminate. Continuing, the laminated body in a nitrogen atmosphere,
After degreasing at 700 ° C, in a nitrogen atmosphere at 1 atm, 1350 ° C
By sintering for 18 hours, the multilayer ceramic circuit board having the structure shown in FIG. 1 was manufactured.

【0085】得られた回路基板を厚さ方向に切断して内
部の微細構造を観察した。その結果、AlNを主成分と
する絶縁層は十分緻密化しておりポアは見られず、かつ
導体層においても内部ポアが認められず、断線などの欠
陥は発生していなかった。
The obtained circuit board was cut in the thickness direction and the internal fine structure was observed. As a result, the insulating layer containing AlN as a main component was sufficiently densified, no pores were observed, no internal pores were observed in the conductor layer, and defects such as disconnection did not occur.

【0086】また、前記多層セラミック回路基板を構成
するAlNを主成分とする絶縁層は抵抗率が1011Ω・
cm以上、比誘電率が8.4、誘電損失が10-3以下
(ともに1MHzの条件下)であり、さらに熱伝導率か
112W・m-1・K-1であった。同回路基板を構成する
導体層は、抵抗率が5.4×10-6Ω・cmと極めて低
い値であった。 (実施例11〜16)下記表3に示す組成を有する絶縁
層用混合粉体および導電ペーストを用い、同表3に示す
条件で焼結を行った以外、実施例9と同様の方法により
6種の多層セラミック回路基板を製造した。得られた各
回路基板における絶縁層の密度および熱伝導率、導体層
の抵抗率、並びに外観性を調べた。その結果を下記表4
に示す。
Further, the insulating layer containing AlN as a main component which constitutes the multilayer ceramic circuit board has a resistivity of 10 11 Ω.
cm or more, the relative dielectric constant was 8.4, the dielectric loss was 10 −3 or less (both under the condition of 1 MHz), and the thermal conductivity was 112 W · m −1 · K −1 . The conductor layer forming the circuit board had an extremely low resistivity of 5.4 × 10 −6 Ω · cm. (Examples 11 to 16) 6 was performed in the same manner as in Example 9 except that the mixed powder for the insulating layer having the composition shown in Table 3 below and the conductive paste were used and sintered under the conditions shown in Table 3 below. A variety of multilayer ceramic circuit boards were manufactured. The density and thermal conductivity of the insulating layer, the resistivity of the conductive layer, and the appearance of each of the obtained circuit boards were examined. The results are shown in Table 4 below.
Shown in

【0087】[0087]

【表3】 [Table 3]

【0088】[0088]

【表4】 [Table 4]

【0089】前記表4から明らかなように実施例11〜
16の多層セラミック回路基板は、いずれも優れた特性
と良好な外観性を有することがわかる。 (実施例17)不純物酸素量2.15重量%、平均一次
粒子径0.07μmで比表面積27.6m2 /gのAl
N粉末95.0重量%、平均粒径0.1μm、純度9
9.9%のYF3 3.5重量%、平均粒径0.5μmで
純度99.9%のCaF2 1.0重量%、平均粒径0.
2μmで純度99.9%のNaF0.5重量%からなる
混合粉体に、n−ブタノールを加え、湿式ボールミルに
より解砕、混合した。この混合粉体を用いて実施例9と
同様な方法によりグリーンシートを作製し、さらに層間
の電気的接続を得るためのビアホールを形成した。前記
ビアホールに平均粒径0.8μmのCu粉70体積%お
よび前記グリーンシートに用いたのと同様なAlN粉末
を主成分とする混合粉末30体積%からなる導体ペース
トを圧入して充填した。さらに、前記ビアホールが形成
されたグリーンシート上に前記導電ペーストをスクリー
ン印刷して、導体層となる所望パターンの導体ペースト
層を形成した。
As is clear from Table 4 above, Examples 11 to 11
It can be seen that each of the 16 multilayer ceramic circuit boards has excellent characteristics and good appearance. (Example 17) Al having an impurity oxygen amount of 2.15% by weight, an average primary particle diameter of 0.07 μm and a specific surface area of 27.6 m 2 / g.
N powder 95.0% by weight, average particle size 0.1 μm, purity 9
9.9% YF 3 3.5% by weight, average particle size 0.5 μm, purity 99.9% CaF 2 1.0% by weight, average particle size 0.
N-Butanol was added to a mixed powder consisting of 0.5% by weight of NaF having a purity of 99.9% at 2 μm, and the mixture was crushed and mixed by a wet ball mill. Using this mixed powder, a green sheet was prepared in the same manner as in Example 9, and a via hole for obtaining an electrical connection between layers was formed. A conductor paste consisting of 70% by volume of Cu powder having an average particle size of 0.8 μm and 30% by volume of a mixed powder containing AlN powder similar to that used for the green sheet as a main component was press-fitted and filled into the via hole. Further, the conductive paste was screen-printed on the green sheet in which the via holes were formed to form a conductive paste layer having a desired pattern to be a conductive layer.

【0090】次いで、前記グリーンシートを所望数積層
し、熱間プレスにより一体化して積層体を作製した。そ
の後、前記積層体に外形加工を施し、窒素雰囲気中で最
高温度700℃まで加熱してバインダを除去した。脱バ
インダ後の積層体をグラファイト容器中に入れ、積層体
と容器の間にh−BN(六方晶窒化ホウ素)を介在させ
た後、カーボン製ヒータを有する焼結炉で窒素雰囲気
中、1070℃、8時間、50MPaの圧力下でホット
プレス焼結を行ってパッケージを製造した。
Next, a desired number of the green sheets were laminated and integrated by hot pressing to produce a laminate. Then, the laminate was subjected to external shape processing and heated to a maximum temperature of 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to remove the binder. The laminated body after binder removal was put in a graphite container, and after h-BN (hexagonal boron nitride) was interposed between the laminated body and the container, it was heated in a nitrogen atmosphere in a sintering furnace having a carbon heater at 1070 ° C. The package was manufactured by performing hot press sintering under a pressure of 50 MPa for 8 hours.

【0091】得られたパッケージは、外観および内部に
おいてもフクレ、断線などがなく良好な導体層(回路パ
ターン)が形成されていた。また、導体層は比抵抗が
7.3×10-6Ω・cmと充分に低抵抗であった。
The obtained package had a good conductor layer (circuit pattern) formed without any blistering or disconnection in appearance and inside. The specific resistance of the conductor layer was 7.3 × 10 −6 Ω · cm, which was a sufficiently low resistance.

【0092】(比較例3)不純物酸素量1.10重量
%、平均一次粒子径0.7μmのAlN粉95.7重量
%、平均粒径0.1μm、純度99.9%のY23
3.0重量%、平均粒径0.5μmで純度99.9%の
CaF2 0.5重量%、平均粒径0.1μmで純度9
9.9%のTiO2 をTi換算で0.3重量%、さらに
純度99.9%のP25 0.5重量%からなる混合粉
体を用いて、実施例9と同様な方法によりグリーシート
を作製した。つづいて、実施例17と同様な方法により
ビアホールの形成、導体ペーストの前記ビアホールへの
圧入、導体ペーストの塗布による導体ペースト層の形
成、脱バインダ処理を施した。脱バインダ後の積層体を
AlNを主成分とする焼結容器中にセットし、グラファ
イト製ヒータ炉内で1気圧の窒素ガス雰囲気下、110
0℃で8時間焼結を行ってパッケージを製造した。
Comparative Example 3 Y 2 O 3 having an impurity oxygen content of 1.10% by weight, an AlN powder having an average primary particle diameter of 0.7 μm 95.7% by weight, an average particle diameter of 0.1 μm and a purity of 99.9%.
3.0% by weight, 0.5% by weight of CaF 2 with an average particle size of 0.5 μm and a purity of 99.9%, and a purity of 9 with an average particle size of 0.1 μm
Using a mixed powder of 9.9% TiO 2 in an amount of 0.3% by weight in terms of Ti and 0.5% by weight of P 2 O 5 in a purity of 99.9%, the same method as in Example 9 was performed. A glee sheet was produced. Subsequently, a via hole was formed, a conductor paste was pressed into the via hole, a conductor paste layer was formed by applying a conductor paste, and a binder removal treatment was performed in the same manner as in Example 17. The laminated body after binder removal was set in a sintering container containing AlN as a main component, and was placed in a graphite heater furnace under a nitrogen gas atmosphere of 1 atm for 110
A package was manufactured by performing sintering at 0 ° C. for 8 hours.

【0093】得られたパッケージは、AlNを主成分と
する絶縁層が完全には緻密化しておらず、パッケージと
して実用に供することができるものではなかった。 (実施例18)不純物酸素量3.2重量%、平均一次粒
子径0.06μmで比表面積32.3m2 /gのAlN
粉末89.0重量%、平均粒径0.1μm、純度99.
9%のYF3 6.5重量%、平均粒径0.5μmで純度
99.9%のCaCO3 をCaO換算で2.0重量%、
平均粒径0.2μmで純度99.9%のNaF1.0重
量%、純度99.9%のNaH2 PO4 1.0重量%、
平均粒径0.1μmで純度99.9%のW0.5重量%
からなる混合粉体に、n−ブタノールを加え、湿式ボー
ルミルにより解砕、混合した。この混合粉体を用いて実
施例9と同様な方法によりグリーンシートを作製し、さ
らに層間の電気的接続を得るためのビアホールを形成し
た。前記ビアホールに平均粒径0.8μmのAu粉70
体積%および前記グリーンシートに用いたのと同様なA
lNを主成分とする混合粉末30体積%からなる導体ペ
ーストを圧入して充填した。この後、前記ビアホールが
形成されたグリーンシート上に前記導電ペーストをスク
リーン印刷して、導体層となる所望パターンの導体ペー
スト層を形成した。次いで、このグリーシートを実施例
9と同様な方法により積層し、脱バインダ処理を施した
後、ホットプレス焼結を行ってパッケージを製造した。
ただし、前記ホットプレス焼結は1050℃、8時間、
50MPaの圧力下で行った。
In the obtained package, the insulating layer containing AlN as a main component was not completely densified, and it could not be put to practical use as a package. Example 18 AlN having an impurity oxygen content of 3.2% by weight, an average primary particle diameter of 0.06 μm and a specific surface area of 32.3 m 2 / g.
Powder 89.0% by weight, average particle size 0.1 μm, purity 99.
6.5% by weight of 9% YF 3 , 2.0% by weight of CaCO 3 having an average particle size of 0.5 μm and a purity of 99.9% in terms of CaO,
1.0% by weight of NaF having an average particle size of 0.2 μm and a purity of 99.9%, 1.0% by weight of NaH 2 PO 4 having a purity of 99.9%,
0.5 wt% W with an average particle size of 0.1 μm and a purity of 99.9%
N-Butanol was added to the mixed powder consisting of, and the mixture was crushed and mixed by a wet ball mill. Using this mixed powder, a green sheet was prepared in the same manner as in Example 9, and a via hole for obtaining an electrical connection between layers was formed. 70 μm Au powder with an average particle size of 0.8 μm
% By volume and A similar to that used for the green sheet
A conductor paste consisting of 30% by volume of a mixed powder containing 1N as a main component was pressed and filled. Then, the conductive paste was screen-printed on the green sheet in which the via holes were formed to form a conductive paste layer having a desired pattern to be a conductive layer. Next, the green sheets were laminated in the same manner as in Example 9, subjected to binder removal treatment, and then hot press sintered to manufacture a package.
However, the hot press sintering is performed at 1050 ° C. for 8 hours,
It was carried out under a pressure of 50 MPa.

【0094】得られたパッケージは外観および内部にお
いてもフクレ、断線などがなく良好な導体層(回路パタ
ーン)が形成されていた。また、導体層は比抵抗が8.
5×10-6Ω・cmと充分に低抵抗であった。
The obtained package had a good conductor layer (circuit pattern) without blistering or disconnection in the appearance and inside. Further, the conductor layer has a specific resistance of 8.
The resistance was sufficiently low as 5 × 10 −6 Ω · cm.

【0095】(実施例19)導体ペーストとして平均粒
径0.8μm、純度99.99%のCu粉70重量%と
平均粒径0.3μm、純度99.9%のCu粉30重量
%からなるものを用いた以外、実施例17と同様な方法
によりパッケージを製造した。
(Example 19) As a conductor paste, 70 wt% of Cu powder having an average particle size of 0.8 μm and a purity of 99.99% and 30 wt% of Cu powder having an average particle size of 0.3 μm and a purity of 99.9% were used. A package was manufactured in the same manner as in Example 17, except that the one used was used.

【0096】得られたパケージは、外観および内部にお
いてもフクレ、断線などがなく良好な導体層(回路パタ
ーン)が形成されていた。また、前記導体層は比抵抗が
6.1×10-6Ω・cmと充分に低抵抗であった。
The obtained package had a good conductor layer (circuit pattern) without blistering or disconnection in appearance and inside. The specific resistance of the conductor layer was 6.1 × 10 −6 Ω · cm, which was sufficiently low.

【0097】(実施例20)不純物酸素量3.72重量
%、平均一次粒子径0.055μmで比表面積38.5
2 /gのAlN粉末91.0重量%、平均粒径0.1
μm、純度99.9%のYF3 4.5重量%、平均粒径
0.5μm、純度99.9%のCaCO3 をCaO換算
で1.0重量%、平均粒径0.3μm、純度99.9%
のCaF2 1.0重量%、平均粒径0.2μm、純度9
9.9%のNaF1.0重量%、純度99.9%のNa
2 PO4 1.0重量%、および平均粒径0.1μmで
純度99.9%のW0.5重量%からなる混合粉体に、
n−ブタノールを加え、湿式ボールミルにより解砕、混
合した。この混合粉体を用いて実施例9と同様な方法に
よりグリーンシートを作製し、さらに層間の電気的接続
を得るためのビアホールを形成した。前記ビアホールに
平均粒径0.8μmのAg粉70体積%および前記グリ
ーンシートに用いたのと同様なAlNを主成分とする混
合粉末30体積%からなる導体ペーストを圧入して充填
した。この後、前記ビアホールが形成されたグリーンシ
ート上に前記導電ペーストをスクリーン印刷して、導体
層となる所望パターンの導体ペースト層を形成した。次
いで、このグリーシートを実施例9と同様な方法により
積層し、脱バインダ処理を施した後、ホットプレス焼結
を行ってパッケージを製造した。ただし、前記ホットプ
レス焼結は950℃、12時間、100MPaの圧力下
で行った。
Example 20 Impurity oxygen content 3.72% by weight, average primary particle diameter 0.055 μm, specific surface area 38.5
m 2 / g AlN powder 91.0 wt% of an average particle size of 0.1
4.5% by weight of YF 3 having a purity of 99.9%, an average particle size of 0.5 μm, and CaCO 3 having a purity of 99.9% of 1.0% by weight in terms of CaO, an average particle size of 0.3 μm and a purity of 99. .9%
CaF 2 1.0% by weight, average particle size 0.2 μm, purity 9
9.9% NaF 1.0% by weight, purity 99.9% Na
A mixed powder composed of 1.0% by weight of H 2 PO 4 and 0.5% by weight of W having an average particle size of 0.1 μm and a purity of 99.9%,
n-Butanol was added, and the mixture was crushed and mixed by a wet ball mill. Using this mixed powder, a green sheet was prepared in the same manner as in Example 9, and via holes for obtaining electrical connection between layers were formed. A conductor paste consisting of 70% by volume of Ag powder having an average particle diameter of 0.8 μm and 30% by volume of a mixed powder containing AlN as a main component similar to that used in the green sheet was press-fitted and filled into the via hole. Then, the conductive paste was screen-printed on the green sheet in which the via holes were formed to form a conductive paste layer having a desired pattern to be a conductive layer. Next, the green sheets were laminated in the same manner as in Example 9, subjected to binder removal treatment, and then hot press sintered to manufacture a package. However, the hot press sintering was performed at 950 ° C. for 12 hours under a pressure of 100 MPa.

【0098】得られたパッケージは、外観および内部に
おいてもフクレ、断線などがなくAlNを主成分とする
絶縁層と銀を主成分とする導体層が共に充分緻密化して
おり、かつ導体層は良好な形状を有していた。前記導体
層は、比抵抗が6.3×10-6Ω・cmと充分に低抵抗
であった。
The obtained package was free from blistering and disconnection in appearance and inside, and both the insulating layer containing AlN as a main component and the conductor layer containing silver as a main component were sufficiently densified, and the conductor layer was good. It had a unique shape. The specific resistance of the conductor layer was 6.3 × 10 −6 Ω · cm, which was sufficiently low.

【0099】(実施例21)実施例17で作製されたグ
リーンシートを3枚重ねて熱間プレスを行うことにより
40×40×0.8mmの板状積層体とし、窒素雰囲気
中で最高温度700℃で加熱してバインダを除去した。
つづいて、この積層体層上下面に、実施例17と同様な
導体ペーストをスクリーン印刷し、さらに脱バインダ処
理を施した後、実施例17と同様な方法によりホットプ
レス焼結を行った。得られた表面メタライズ回路基板
は、外観上、捲れ剥れがなく、AlNを主成分とする絶
縁層と導体層の界面を観察しても強固な接合形態となっ
ていた。
Example 21 By stacking the three green sheets produced in Example 17 and performing hot pressing, a plate-like laminate having a size of 40 × 40 × 0.8 mm was prepared. The maximum temperature was 700 in a nitrogen atmosphere. The binder was removed by heating at ℃.
Subsequently, a conductor paste similar to that used in Example 17 was screen-printed on the upper and lower surfaces of this laminated body layer, further subjected to binder removal treatment, and then hot press sintered in the same manner as in Example 17. The obtained surface metallized circuit board had no external appearance and was not peeled off. The surface of the metallized circuit board had a strong joint even when the interface between the insulating layer containing AlN as a main component and the conductor layer was observed.

【0100】[0100]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば1
00W/m・Kを越える高熱伝導性のAlNを主成分と
する絶縁層を有し、半導体素子の高集積化、高速化に伴
う多大な発熱を十分放熱することが可能で、かつ半導体
層として断線などの欠陥がなく、前記絶縁層に良好に密
着された抵抗率の低い導体層を備え、半導体素子等の搭
載において信号伝達を高速に行うことが可能となセラミ
ック回路基板およびかかる回路基板を低温同時焼結する
ことが可能な製造方法を提供できる。
As described above in detail, according to the present invention, 1
It has an insulating layer containing AlN having a high thermal conductivity of more than 00 W / m · K as a main component, and can sufficiently dissipate a large amount of heat generated by high integration and speedup of semiconductor elements, and as a semiconductor layer. A ceramic circuit board and a circuit board which are free from defects such as disconnection and have a low-resistivity conductor layer that is well adhered to the insulating layer and that can perform high-speed signal transmission when mounting a semiconductor element or the like. A manufacturing method capable of low-temperature co-sintering can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる多層セラミック回路基板を示す
部分切欠斜視図。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a multilayer ceramic circuit board according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…多層セラミック回路基板、2…絶縁層、3…導体
層、4…ビアホール。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Multilayer ceramic circuit board, 2 ... Insulating layer, 3 ... Conductor layer, 4 ... Via hole.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 克嘉 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 上野 文雄 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Katsuyoshi Oishi 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Research & Development Center (72) Inventor Fumio Ueno Komukai, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Town No. 1 Inside Toshiba Research and Development Center

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相対密度が98%以上で窒化アルミニウ
ムを主成分とする絶縁層と、 金および/または銅を主成分とし、0.01〜50体積
%の無機化合物および/または0.01〜15重量%の
チタン、ニッケル、アルミニウムのうち少なくとも1種
の活性金属をフィラーとして含む導体層とを具備したこ
とを特徴とするセラミック回路基板。
1. An insulating layer having a relative density of 98% or more and containing aluminum nitride as a main component, gold and / or copper as a main component, and 0.01 to 50% by volume of an inorganic compound and / or 0.01 to A ceramic circuit board comprising: a conductor layer containing 15% by weight of at least one active metal selected from titanium, nickel, and aluminum as a filler.
【請求項2】 平均粒径5μm以下の窒化アルミニウム
粒子を有し、副相として希土類元素化合物および/また
はアルカリ土類金属化合物をそれぞれ酸化物換算で0.
05〜15重量%含有し、さらに前記副相にハロゲン、
ホウ素およびマンガンから選ばれる少なくとも1種の成
分(ただし、ハロゲンおよびホウ素の混合物は除く)が
含有される窒化アルミニウムを主成分とする絶縁層と、 金および/または銅を主成分とする導体層とを具備した
ことを特徴とするセラミック回路基板。
2. An aluminum nitride particle having an average particle size of 5 μm or less, and a rare earth element compound and / or an alkaline earth metal compound as a subphase, respectively, in terms of oxides of 0.
0.05 to 15% by weight, and halogen in the sub-phase,
An insulating layer containing aluminum nitride as a main component, containing at least one component selected from boron and manganese (excluding a mixture of halogen and boron), and a conductor layer containing gold and / or copper as a main component. A ceramic circuit board comprising:
【請求項3】 前記導体層には、0.01〜50体積%
の無機化合物および/または0.01〜15重量%のチ
タン、ニッケル、アルミニウムのうちから選ばれる少な
くとも1種の活性金属をフィラーとして含むことを特徴
とする請求項2記載のセラミック回路基板。
3. The conductive layer contains 0.01 to 50% by volume.
3. The ceramic circuit board according to claim 2, wherein the inorganic compound and / or 0.01 to 15% by weight of at least one active metal selected from titanium, nickel, and aluminum is contained as a filler.
【請求項4】 窒化アルミニウム粉末および焼結助剤を
含む混合粉体から成形体を作製する工程と、 前記成形体の少なくとも表面に金、銀および銅から選ば
れる少なくとも1種を含む導体ペーストをパターン状に
塗布して導体ペースト層を形成する工程と、 前記成形体を非酸化性雰囲気中、1100℃以下にて1
0MPa以上のホットプレス焼結を行って窒化アルミニ
ウムを主成分とする絶縁層にAu、Ag、Cuから選ば
れた少なくとも1種を主成分とするパターン状の導体層
を形成する工程とを具備したことを特徴とするセラミッ
ク回路基板の製造方法。
4. A step of producing a compact from a mixed powder containing aluminum nitride powder and a sintering aid, and a conductor paste containing at least one selected from gold, silver and copper on at least the surface of the compact. A step of applying in a pattern to form a conductor paste layer, and the molded body at 1100 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere.
Hot-press sintering at 0 MPa or more to form a patterned conductor layer containing at least one selected from Au, Ag, and Cu as the main component in the insulating layer containing aluminum nitride as the main component. A method of manufacturing a ceramic circuit board, comprising:
JP6221223A 1994-09-16 1994-09-16 Ceramic circuit board and its manufacture Pending JPH0888453A (en)

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