JPH09153679A

JPH09153679A - 積層ガラスセラミック回路基板

Info

Publication number: JPH09153679A
Application number: JP7312538A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Oda; 勉小田; Kenji Miyanishi; 健次宮西
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-06-10

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、放熱性に優れ、且つ製造方法も安
定、即ち、グリーンシートの強度が維持できるヒートシ
ンク用ビアホール導体を有する積層ガラスセラミ積層回
路基板を提供する。【課題手段】ガラス成分及び無機物フィラーの絶縁層１
ａ〜１ｇとなるグリーンシートを複数積層し、焼成して
成る積層体基板１の厚み方向に、前記積層体基板１のＩ
Ｃチップ５の実装領域Ａに、該積層体基板１の厚みを貫
く、Ａｇ系、Ｃｕ系、Ａｕ系などから成るヒートシンク
用ビアホール導体８（８１、８２）を複数配置し、前記
積層体基板１の両主面に露出するヒートシンク用ビアホ
ール導体８上には、熱伝導用の表面導体４１、４２が形
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は低温焼成（約８５０
〜１０５０℃）可能で、表面にＩＣチップを実装した積
層ガラスセラミック基板である。

【０００２】

【従来の技術】従来、基板の表裏両面に貫通するヒーク
シンク用ビアホール導体を用いた回路基板として、実開
平３−３８６５３号、実開平３−９６０７５号、特開昭
６４−１３７７８号、特開昭５０−１５５９７３号など
に開示されている。

【０００３】特に、実開平３−９６０７５号、特開昭５
０−１５５９７３号は、回路基板の構造が積層体基板で
あり、ヒートシンク用ビアホール導体は、積層体基板を
構成する各絶縁層に形成されていた。即ち、積層回路基
板の表面に、ＩＣチップを実装するとともに、このＩＣ
チップの実装領域に、積層回路基板の厚みを貫く複数の
ヒートシンク用ビアホール導体が形成されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の実開平
３−９６０７５号、特開昭５０−１５５９７３号には、
単に断面構造が開示されているに過ぎず、実用上適した
ヒートシンク用ビアホール導体を有する積層回路基板で
はなかった。

【０００５】実開平３−９６０７５号には、ヒートシン
ク用ビアホール導体の平面構造や材料、また製造方法な
どは一切記載されていない。また、特開昭５０−１５５
９７３号は、高融点金属材料を用いてヒートシンク用ビ
アホール導体を形成することが記載されているに過ぎな
かった。

【０００６】このヒートシンク用ビアホール導体を有す
る積層回路基板において、要求される項目として、製
造工程が簡略化であり、所定回路網を構成する配線導体
用のビアホール導体と同時に形成され、また、ヒートシ
ンク用ビアホール導体となる貫通穴を形成するための金
型が容易に形成することができること、動作的には、
良熱伝導を示し、例えばＩＣチップ上に金属体ヒートシ
ンク部材を接合したものと同等、またはそれ以上の特性
を有すること、複数のヒートシンク用ビアホール導体
を形成しても、積層回路基板や製造工程中のグリーンシ
ートに破損しないことが維持できることなどである。

【０００７】このような、要求項目に対して、従来技術
は、積極的に答えたものではなく、実用的に適したもの
とは言えなかった。

【０００８】本発明は、上述の課題に鑑みて案出された
ものであり、その目的には、実用に適したヒートシンク
用ビアホール導体を有する積層回路基板を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ガラス
成分及び無機物フィラーの絶縁層となるグリーンシート
を複数積層し、焼成して成る積層体基板と、前記積層体
基板の内部に内層したＡｇ系、Ｃｕ系、Ａｕ系などから
成る内部配線導体、配線導体用ビアホール導体と、前記
積層体基板の表面に形成した表面配線導体と、前記積層
体基板の表面に実装したＩＣチップとから構成されて成
る積層ガラスセラミック回路基板において、前記積層体
基板のＩＣチップの実装領域に、該積層体基板の厚みを
貫く、Ａｇ系、Ｃｕ系、Ａｕ系などから成るヒートシン
ク用ビアホール導体を複数配置するとともに、前記積層
体の両主面に露出するビアホール導体上には、熱伝導用
の表面導体が形成されている積層ガラスセラミック回路
基板である。

【００１０】また、好ましくは、前記複数のヒートシン
ク用ビアホール導体の平面密度が、ＩＣチップの実装領
域に対して、９％〜１６％である積層ガラスセラミック
回路基板である。

【００１１】さらに、好ましくは、前記複数のヒートシ
ンク用ビアホール導体を、隣接ピッチを同一として千鳥
状に配置した積層ガラスセラミック回路基板。

【００１２】前記２つのヒートシンク用ビアホール導体
を結ぶ線どうしの交点が、６０°である積層ガラスセラ
ミック基板である。

【００１３】

【作用】本発明によれば、ヒートシンク用ビアホール導
体、配線導体用ビアホール導体が同一の工程で形成で
き、しかも、材料として、Ａｇ系（単体や合金を含
む）、Ｃｕ系、Ａｕ系などが用いられている。

【００１４】このようなビアホール導体材料を用いてい
るので、積層回路基板の回路網を高速に動作させること
ができる配線導体用ビアホール導体となり、且つＩＣチ
ップの動作によって発生する熱を外部に良好に放出でき
るビアホール導体となる。

【００１５】また、積層体基板の材料として、ガラスセ
ラミック材料を用いているので、上述のヒートシンク用
ビアホール導体、配線導体用ビアホール導体を一括的に
形成（焼成）することができるものとなる。尚、基板材
料の焼結温度は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕの融点を考慮して、
８５０〜１０５０℃となるように設定される。

【００１６】また、表面配線導体として、ＩＣチップの
実装領域部の一方側主面においては、ヒートシンク用ビ
アホール導体と接合し、ＩＣチップ搭載を容易にする載
置導体膜が、他方側主面においては、ヒートシンク用ビ
アホール導体と接合し、熱伝導を促進させる放熱導体膜
が設けられているため、ＩＣチップの実装が容易とな
り、しかも、放熱性が向上する。

【００１７】また、平面的な構成においては、ＩＣチッ
プの実装領域の面積に対して、複数のヒートシンク用ビ
アホール導体の平断面面積の合計の割合が９％以上とな
っている。

【００１８】これにより、ＩＣチップの動作によって発
生する熱をヒートシンク用ビアホール導体を介して、外
部に安定的に放熱することができる。

【００１９】また、ヒートシンク用ビアホール導体の平
断面面積の合計割合の高い方が、熱放出の観点からは有
利であるものの、逆に１６％未満としているため、ヒー
トシンク用ビアホール導体となる貫通穴をガラスセラミ
ックから成るグリーンシートに形成しても、グリーンシ
ートが破損したり、絶縁層とヒートシンク用ビアホール
導体との焼結挙動の差により、絶縁層に亀裂などが一切
発生してしまうことがなく、また、ヒートシンク用ビア
ホール導体となる貫通穴を形成するための金型が簡単に
形成することができる。

【００２０】これにより、ＩＣチップの動作によって発
生する熱を安定して外部に放出することができ、且つ、
積層体基板の強度の維持が可能となる。

【００２１】さらに、上述のヒートシンク用ビアホール
導体の配置構造として、隣接しあうヒートシンク用ビア
ホール導体のピッチを同一にして、千鳥状に配置したも
のであり、即ち、３つのヒートシンク用ビアホール導体
を結ぶ線によって正三角形が構成される。このため、各
ヒートシンク用ビアホール導体の同一のピッチ間隔に維
持できるため、ヒートシンク用ビアホール導体の導体密
度を配列的に高めることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の積層ガラスセラミ
ック回路基板を図面に基づいて説明する。図１は、本発
明に係る積層ガラスセラミック回路基板の断面図であ
る。

【００２３】図１において、１０は積層ガラスセラミッ
ク回路基板であり、積層ガラスセラミック回路基板１０
は、内部に内部配線導体２、配線導体用ビアホール導体
３が内装された積層体基板１と、その表面に形成された
表面配線導体４と、その表面に実装され、ワイヤボンデ
ィング細線５１によって接続されたＩＣチップ５とから
構成されている。尚、積層体基板１の表面には、ＩＣチ
ップ５以外の種々の電子部品６が表面配線導体４上に半
田などを介して接合されており、必要に応じて、厚膜抵
抗体膜、厚膜コンデンサ素子などが形成されている。

【００２４】積層体基板１は複数の絶縁層１ａ〜１ｇが
積層されて形成されている。この絶縁層１ａ〜１ｇは、
例えば８５０〜１０５０℃前後の比較的低い温度で焼成
可能にするためガラス成分及び無機物フィラーを含んで
構成されている。無機物フィラーは、コランダム（αア
ルミナ）、クリストバライト、石英、ムライト、コージ
ライトなどのセラミック材料が例示できる。また、ガラ
ス成分は、複数の金属酸化物を含む低融点結晶化ガラス
であり、例えば８５０〜１０５０℃前後の比較的低い温
度で焼成処理することによって、コージェライト、ムラ
イト、アノーサイト、セルジアン、スピネル、ガーナイ
ト、ウイレマイト、ドロマイト、ペタライトやその置換
誘導体の結晶相を少なくとも１種類を析出するものであ
る。

【００２５】このような、絶縁層１ａ〜１ｇの層間に
は、低抵抗金属材料、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの内
部配線導体２が内装されており、さらに、各絶縁層１ａ
〜１ｇには、その絶縁層１ａ〜１ｇの厚みを貫く、低抵
抗金属材料、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの配線導体用
ビアホール導体３が形成されている。

【００２６】尚、絶縁層１ａ〜１ｇの厚みは１００μｍ
以上であり、内部配線導体２の厚みは８〜１５μｍ程度
であり、配線導体用ビアホール導体３の直径は８０〜２
５０μｍである。

【００２７】このような積層体基板１の表面には、絶縁
層１ａから露出するビアホール導体３に接続するよう
に、また、単独にＡｇ系（Ａｇ単体、Ａｇ−Ｐｄなどの
Ａｇ合金）、Ｃｕ系（Ｃｕ単体、Ｃｕ合金）などの表面
配線導体４が形成されている。

【００２８】表面配線導体４は、所定回路を達成するた
めの回路配線あり、また、表面配線導体４と接続する電
子部品６の接続パッドである。尚、表面配線導体４と同
時に、積層体基板１の表面には、ＩＣチップ５を搭載す
るための表面導体である載置導体膜４１が、積層体基板
１の裏面には、表面導体である放熱用導体４２が形成さ
れている。

【００２９】この表面配線導体４の一部（接続パッド部
分）の表面には、各種電子部品６が半田などを介して接
合されている。尚、上述の電子部品６としては、チップ
抵抗器、チップコンデンサの受動部品であったり、トラ
ンジスタ、発振素子などの能動素子である。

【００３０】また、積層体基板１の表面の載置導体膜４
１にはＩＣチップ５が実装されている。ＩＣチップ５
は、載置導体膜４１にダイアタッチ接合や樹脂ペースト
を介して接合し、ＩＣチップ５の各電極と表面配線導体
４とがワイヤボンディング細線５１によって接続されて
いる。

【００３１】尚、このように実装されたＩＣチップ５
は、必要に応じて、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、ア
クリル樹脂などの樹脂保護膜によって被覆される。

【００３２】ここで、本発明の特徴的なことは、ＩＣチ
ップ５が実装された積層体基板１の表面部分（以下、実
装領域Ａ）には、積層体基板１の厚みを貫く複数のヒー
トシンク用ビアホール導体８（第１の配線ヒートシンク
用ビアホール導体８１と第２の配線ヒートシンク用ビア
ホール導体８２）が形成されている。

【００３３】このヒートシンク用ビアホール導体８は、
配線導体用ビアホール導体３と同一材料である、Ａｕ
系、Ａｇ系、Ｃｕ系材料と実質的に同一材料からなって
いる。

【００３４】また、ヒートシンク用ビアホール導体８
は、この一端が露出する一方主面でＩＣチップ５を搭載
する載置導体膜４１と接合し、ＩＣチップ５の動作によ
って発生する熱を、載置導体膜４１を介して効率よくヒ
ートシンク用ビアホール導体８に伝える。また、この他
端が露出する他方主面には、放熱導体膜４２と接合し、
ヒートシンク用ビアホール導体８を伝わってくる熱を効
率よく外部に放出する。

【００３５】ヒートシンク用ビアホール導体８は、配線
導体用ビアホール導体３と同一の材料で形成され、搭載
導体膜４１、放熱導体膜４２が回路配線用の表面導体配
線４と同一材料で形成されるため、その製造工程に異な
る工程が付加されることがない。

【００３６】また、材料的にはＡｇ、Ｃｕは、比較的安
価な材料であるとともに、低抵抗材料として、回路の高
速動作に寄与するとともに、同時に、これらの材料は、
熱伝導率も比較的高いため、ヒートシンク用ビアホール
導体として最適である。尚、Ａｕは、特性的には満足で
きるものの、コスト的に不利である。

【００３７】このように、ヒートシンク用ビアホール導
体８にＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ系材料を用いることができたの
は、積層体基板１（絶縁層１ａ〜１ｇ）の材料として、
ガラスセラミック材料という比較的低温で焼成可能な材
料を用ているためにはじめて達成できるものである。

【００３８】ここで、材料的に高熱伝導率が得られたと
しても、ヒートシンク用ビアホール導体８の形状、配置
位置が重要となる。

【００３９】複数のヒートシンク用ビアホール導体８全
体として、高い熱伝導性を得るためには、ヒートシンク
用ビアホール導体８のこ平断面面積の合計を大きくすれ
ばよい。しかし、ＩＣチップ５の実装領域（ＩＣチップ
の底面面積）Ａの下部に、ヒートシンク用ビアホール導
体８を形成する場合には、その直径は１１０μｍ〜１７
０μｍ程度に技術的に制約される。貫通穴の径が１１０
μｍ以下では、この貫通穴に安定して導電性ペーストを
充填することができず、また、貫通穴の径が１７０μｍ
を越えると、この貫通穴に導電性ペーストを充填して
も、貫通孔に充填した導体が積層処理前に抜けてしま
い、いずれの場合にも、結果として、貫通穴に空気の層
が介在されたものとなり、放熱性が極端に低下するから
である。

【００４０】このように、ヒートシンク用ビアホール導
体８の径が規制されているなかで、高い放熱性を得るた
めには、複数のヒートシンク用ビアホール導体８を所定
形状に配列させることが要求されるが、この時にも、グ
リーンシートの厚みや材料によっても異なるものの、ヒ
ートシンク用ビアホール導体用の貫通穴を高密度に形成
すると、グリーンシートの強度が維持できず、また、焼
成後にヒートシンク用ビアホール導体８間でクラックや
亀裂が発生したりする。また、製造方法上、一括的に貫
通穴を形成することが望ましいが、一括的に貫通穴を形
成するための金型を形成することが困難である。即ち、
貫通穴に対応するように複数のピンを整列される必要が
あるが、このピンの機械的に強度を維持するためには、
ピン間の間隔を所定値以上にし、この間隔にピン補強の
ために構造を施す必要があるからである。

【００４１】このような問題を種々検討した結果、ヒー
トシンク用ビアホール導体８は、最も近接するヒートシ
ンク用ビアホール導体８の間隔を、０．３０ｍｍ以上に
し、ヒートシンク用ビアホール導体８の導体径を１１０
μｍ〜１７０μｍにする必要がある。この安定してヒー
トシンク用ビアホール導体８を形成できる条件のもと
で、全ヒートシンク用ビアホール導体８の平断面積の合
計を高めて、放熱性を高める必要がある。

【００４２】本発明者が従来のＩＣチップ上にヒートシ
ンク用金属部材を接合した時の放熱性と比較した場合に
は、ヒートシンク用ビアホール導体８の合計の平断面面
積の合計をＩＣチップ５の実装領域（ＩＣチップの接合
面の面積）Ａの面積に対して、９％〜１６％にすること
が重要であることを知見した。

【００４３】９％未満では、従来のＩＣチップにヒート
シンク用金属部材を接合した構造の放熱作用に比較し
て、充分な効果が得られない。

【００４４】また、１６％を越えると、ヒートシンク用
ビアホール導体８の導体径が大きくなったり、隣接する
ヒートシンク用ビアホール導体８の間隔が狭くなりすぎ
て、緻密なヒートシンク用ビアホール導体８が得られな
かったり、積層体基板１の機械的な強度が得られなかっ
たりする。

【００４５】本実施例において、ヒートシンク用ビアホ
ール導体８の配列は、格子状に配列される場合と、格子
状の対角線の交点部分に別のヒートシンク用ビアホール
導体を配置した千鳥状に配列させる場合とがある。

【００４６】例えば、格子状配列、即ち、４つのヒート
シンク用ビアホール導体８を結ぶことによって平行四辺
形（長方形、正方形）が形成されるように配置されるも
のである。この角部に位置するヒートシンク用ビアホー
ル導体８を、特に第１の配列用ヒートシンク用ビアホー
ル導体８１という。

【００４７】格子千鳥状配列は、上記格子状を構成する
４つの第１の配列ヒートシンク用ビアホール導体８１の
対角線を結んでできる交点部分に、別のヒートシンク用
ビアホール導体８、即ち第２の配列ヒートシンク用ビア
ホール導体８２を配置したものである。

【００４８】従って、ヒートシンク用ビアホール導体８
の導体密度を、格子状配列によって向上させる場合に
は、格子を構成する第１の配列ヒートシンク用ビアホー
ル導体８１間の距離を短くすればよい。

【００４９】また、格子千鳥状配列によって向上させる
場合、理想的には、２つ、または１つの第１の配列ヒー
トシンク用ビアホール導体８１、８１と、１つ、または
２つの第２の配列ヒートシンク用ビアホール導体８２に
よって形成される三角形を「正三角形」とすることが望
ましい。これによって、各一辺が最小距離となる。

【００５０】尚、上述の図１において、各ヒートシンク
用ビアホール導体８は絶縁層１ａ〜１ｂの厚みを貫くよ
うに形成されているが、各絶縁層１ａ〜１ｇの層間に
は、複数のヒートシンク用ビアホール導体８を横切るよ
うに平面状の導体膜８３が配置されている。これは、Ｉ
Ｃチップ５の実装領域Ａの積層体基板１の厚み方向を含
めた体積部分での導体の存在率を高めて、ＩＣチップ５
から発生する熱を、迅速にＩＣチップ５から離すように
するためであり、また、放熱に寄与しないヒートシンク
用ビアホール導体８が発生しても、この平面状の導体膜
８３を介して熱を伝え、放熱作用を補うためのものであ
る。

【００５１】次に、積層ガラスセラミック回路基板１０
の製造方法を図２に基づいて説明する。

【００５２】まず、図２中のＡ工程として、ガラスセラ
ミックのグリーンシートを形成する。具体的には、ガラ
スセラミックのスラリーを形成し、ドクターブレード法
によってテープ化して、所定形状に切断してグリーンシ
ートを形成する。

【００５３】上述のガラスセラミックのスラリーは、上
述したように、ガラス成分、即ち、低融点結晶化ガラス
フリット、無機物フィラー、バインダ、溶剤を均質混練
して形成される。低融点結晶化ガラスフリットとは、８
５０〜１０５０℃前後の比較的低い温度で焼成処理する
ことによって、コージェライト、ムライト、アノーサイ
ト、セルジアン、スピネル、ガーナイト、ウイレマイ
ト、ドロマイト、ペタライトやその置換誘導体の結晶相
を少なくとも１種類を析出するガラス組成物からなる。
積層体基板１の、強度の高く、熱膨張率が低い積層体基
板を得るため、アノーサイトやコージェライトを同時に
析出させるガラス組成物として、例えば、Ｂ₂Ｏ₃、Ｓ
ｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、アルカリ土類金属酸化物
が有効である。

【００５４】無機物フィラーは、積層体基板の骨材とな
るものであり、コランダム（αアルミナ）、クリストバ
ライト、石英、ムライト、コージライトなどのセラミッ
クが例示できる。

【００５５】バインダは、固形成分（ガラスフリット、
無機物フィラー）との濡れ性があり、熱分解性の良好な
ものでなくてはならない。同時にスリップの粘性を決め
るものである為、アクリル酸もしくはメタクリル酸系重
合体のようなカルボキシル基、アルコール性水酸基を備
えたエチレン性不飽和化合物が好ましい。添加量として
は固形成分分に対して２５ｗｔ％以下が好ましい。

【００５６】溶剤として、有機系溶剤、水系溶剤を用い
ることができる。尚、水系溶剤の場合、バインダは、水
溶性である必要があり、バインダには、親水性の官能
基、例えばカルボキシル基が付加されている。その付加
量は酸価で表せば２〜３００あり、好ましくは５〜１０
０である。

【００５７】上述の無機物フィラーとガラス成分との構
成比率は、無機物フィラーが１０ｗｔ％〜５０ｗｔ％、
好ましくは２０ｗｔ％〜３５ｗｔであり、ガラス成分が
９０ｗｔ％〜５０ｗｔ％、好ましくは８０ｗｔ％〜６５
ｗｔである。

【００５８】このような、ガラス−セラミックのスラリ
ーを例えば、ドクターブレード法によってテープ成型を
行う。これにより、所定厚み、例えば１００μｍ以上の
テープとなる。テープを所定の大きさに裁断して、グリ
ーンシートとする。尚、本来このグリーンシートの大き
さは、複数の積層回路基板が抽出できる大きさで、積層
体に分割溝などを形成するが、以下の説明では、１つの
積層体回路基板の大きさのシートを前提に説明する。

【００５９】次に、図２中のＢ工程として、必要なグリ
ーンシートに配線導体用ビアホール導体３、各グリーン
シートにヒートシンク用ビアホール導体８（８１、８
２）を形成する。

【００６０】具体的には、所定グリーンシートに配線導
体用のビアホール導体３となる貫通穴及び又はヒートシ
ンク用ビアホール導体８となる貫通穴を孔開け加工を行
い、所定導電性ペーストの充填印刷し、乾燥して、配線
導体用ビアホール導体３となる導体、ヒートシンク用ビ
アホール導体８となる導体を形成する。

【００６１】尚、ヒートシンク用ビアホール導体８とな
る貫通孔は剣山状の金型を用いて、一括的に貫通孔の孔
開け加工する。

【００６２】また、導電性ペーストとは、低抵抗金属材
料、例えばＡｕ系（単体または合金）、Ａｇ系、Ｃｕ系
の金属粉末材料と、バインダ、溶剤、必要に応じて低融
点ガラスフリットを均質混練したものである。

【００６３】尚、配線導体用ビアホール導体３とヒート
シンク用ビアホール導体８の導体材料が若干相違する場
合に、導電性ペーストを分けて充填・印刷すればよく、
この場合に大きな製造工程の付加にはならない。

【００６４】この工程で重要なことは、グリーンシート
の強度が低いため、機械的強度が非常に弱い。このた
め、貫通穴の孔開け作業によって貫通穴間で亀裂が発生
しないように、その間隔を充分に考慮することである。

【００６５】Ｃ工程として、所定グリーンシート（最外
表に位置するグリーンシートを除く）上に、内部配線導
体２となる導体膜を形成する。具体的には、上述の導電
性ペーストを所定スクリーンを用いて印刷し、乾燥して
形成する。尚、この工程で、上述の導体８３となる膜を
形成することができる。

【００６６】尚、Ｂ、Ｃ工程で、ビアホール導体と内部
配線導体との導体材料が全く同じな場合には、Ｂ工程の
充填・印刷処理とＣ工程の印刷処理を一括的に処理して
も構わない。

【００６７】以上のＣ工程までで、ヒートシンク用ビア
ホール導体８となる導体、配線導体用ビアホール導体３
となる導体、内部配線導体２となる導体膜が形成された
各グリーンシートが形成されることになる。

【００６８】次にＤ工程として、上述の各グリーンシー
トを積層順序を考慮して、絶縁層１ａ〜１ｇとなるグリ
ーンシートを積層・熱圧着して、未焼成状態の積層体基
板を形成する。

【００６９】次にＥ工程として、上述の未焼成状態の積
層体基板を、所定焼成雰囲気で所定昇温プロフアイルに
基づいて焼成処理を行い、内部配線導体２、ヒートシン
ク用ビアホール導体８、配線導体用ビアホール導体３を
有する積層体基板１を形成する。

【００７０】焼成処理は、脱バインダ過程と焼結過程か
らなる。脱バインダ過程では、絶縁層１ａ〜１ｇとなる
グリーンシート、内部配線導体２となる導体膜、ビアホ
ール導体３となる導体、ヒートシンク用ビアホール導体
８となる導体に含まれる有機成分を焼失するためのもの
であり、例えば６００℃以下の温度領域で行われる。

【００７１】また、焼結過程では、絶縁層１ａ〜１ｇと
なるグリーンシートに含まれる結晶化ガラス成分が所定
結晶相の析出し、同時に、無機物フィラーの粒界に均一
に分散される。これにより、強固な積層体基板１が達成
される。また、内部配線導体２となる導体膜、ビアホー
ル導体３、ヒートシンク用ビアホール導体８となる導体
においては、例えばＡｇ系粉末を粒成長させて、低抵抗
化、緻密化させるとともに、絶縁層１ａ〜１ｇと一体化
させるものである。これは、ピーク温度８５０〜１０５
０℃に達する温度領域で行われる。

【００７２】焼成雰囲気は、大気（酸化性）雰囲気又は
中性雰囲気で行われ、例えば、内部配線導体２などにＣ
ｕ系導体を用いる場合には、還元性雰囲気又は中性雰囲
気で行われる。

【００７３】次に、Ｆ工程として、表面配線導体を形成
する。

【００７４】焼成された積層体基板１の一方主面には、
表面配線導体４を、また、のヒートシンク用ビアホール
導体８が露出する部分を含む領域、即ち、ＩＣチップ５
の接合面に応じた領域（実装領域）Ａに、載置導体膜４
１を形成し、積層体基板１の他方主面にはヒートシンク
用ビアホール導体８が露出する部分を含む比較的広い領
域に、放熱導体膜４２を形成する。

【００７５】具体的には、低温焼成可能な導体ペース
ト、例えばＡｇ系、Ｃｕ系などの導体ペーストを用い
て、所定形状に印刷を行い、乾燥、焼きつけによって形
成する。

【００７６】例えば、Ｃｕ系導体ペーストを用いる場合
には、ビアホール導体３、８の材料との接合を考慮（例
えばＣｕとＡｇとの共晶反応を防止）した所定温度、例
えば約６００℃前後で、且つＣｕ表面配線導体の酸化を
防止するために、還元性、または中性雰囲気で焼成され
る。また、この導体ペーストにＡｇ系導体ペーストを用
いる場合には、焼きつけ温度の制限は、基板の焼成温度
未満で行うだけであり、また、焼成雰囲気も大気雰囲気
で焼成可能である。しかし、Ａｇ系の表面配線導体で
は、Ａｇのマイグレーションによる短絡現象が発生する
ことがあるため、その後の使用においては注意を要す
る。

【００７７】この工程によって、表面配線導体４、載置
導体膜４１、放熱導体膜４２を有する積層回路基板１が
達成されることになる。

【００７８】次に、Ｇ工程として、積層回路基板１の表
面に、表面付帯素子、例えば、ＩＣチップ５、抵抗膜、
保護膜、チップ状電子部品６などを実装・接続する。具
体的には、厚膜技法によって形成される、例えば抵抗体
膜、他の配線導体、絶縁保護膜などを形成し、ついで、
チップ状電子部品などを半田接合によって実装して、さ
らに、載置導体膜４１上にＩＣチップ５を樹脂ペースト
など接合し、ＩＣチップ５の入出力パッドと所定表面配
線導体膜４との間に細線によってボンディング処理を行
い、樹脂保護膜をポッティングによって塗膜する。

【００７９】これにより、積層ガラスセラミック回路基
板が達成されることになる。

【００８０】ここで、望ましいヒートシンク用ビアホー
ル導体８の配列を、図３に示すす。

【００８１】図中、一点鎖線で示すＩＣチップ５の接合
面積（実装領域）Ａを示し、この実装領域Ａ内に、第１
の配列ヒートシンク用ビアホール導体８１と第２の配列
ヒートシンク用ビアホール導体８２とを格子千鳥状に配
置する。ここで、点線で示すように４つの第１の配列の
ヒートシンク用ビアホール導体８１で構成される格子状
は長方形Ｘであり、この長方形Ｘの対角線の交点に第２
の配列ヒートシンク用ビアホール導体８２が位置してい
る。

【００８２】そして、同一列に並ぶ２つの第１の配列ヒ
ートシンク用ビアホール導体８１、８１を結ぶ線は、こ
の第１の配列ヒートシンク用ビアホール導体８１、８１
と第２の配列ヒートシンク用ビアホール導体の貫通孔８
２とを結ぶ線とが互いに６０°で交差している。即ち、
長方形Ｘ内には、２つの正三角形ｙと２つの二等辺三角
形とが存在することになる。

【００８３】このような配列とする場合には、上述のよ
うに、パンチ金型の形成後の強度やグリーンシートの強
度を考慮して、第１、第２の配列ヒートシンク用ビアホ
ール導体の貫通孔８１、８２の径を夫々１３６μｍとし
て、第１、第２の配列ヒートシンク用ビアホール導体８
１、８２のピッチを０．４２５ｍｍとした。

【００８４】これにより、ＩＣチップ５の実装領域Ａの
面積に対して、ヒートシンク用ビアホール導体８の合計
断面積が９．３％となる。

【００８５】本発明者らは、ヒートシンク用ビアホール
導体８のビアホール導体密度に大きく起因するヒートシ
ンク用ビアホール導体の配置形状、導体径などを種々変
化させ、同時に、放熱性の良否、グリーンシートの強度
の良否、ビアホール導体形成用金型化の容易性について
比較検討した。

【００８６】尚、ヒートシンク用ビアホール導体８の導
体ペーストは、Ａｇ系導体ペーストを用い、Ａｇの割合
を固形成分（Ａｇ粉末とガラス粉末）中に９０ｗｔ％を
用い、また、評価項目の放熱良否は、通常ＩＣチップの
表面にヒートシンク金属部材を取着した放熱性を基準に
して、良好な放熱性が得られるものを「良好」とした。
また、グリーンシートの強度は、厚み１８０μｍのグリ
ーンシートにヒートシンク用ビアホール導体８となる貫
通孔を形成した際にクラックや亀裂などが発生しないも
のを「良好」とした。また、ビアホール導体形成用金型
化は、ビアホール導体の貫通穴を形成するための剣山状
の金型が容易に形成できるものを「容易」とした。

【００８７】その結果を表１に示す。

【００８８】

【表１】

【００８９】上述の表において、ヒートシンク用ビアホ
ール導体８の最小径は、試料番号９の１１３μｍであ
り、最大径は、試料番号１０の１５３μｍである。ヒー
トシンク用ビアホール導体８の径において、上述のよう
に、技術的には、１１０〜１７０μｍの範囲に制約され
るためである。

【００９０】このような制約事項のなかで、試料番号１
から５は、複数のヒートシンク用ビアホール導体８が単
に格子状、特に近接するヒートシンク用ビアホール導体
８のピッチを均等とするためには正方形状とし、これ
は、第１の配列ヒートシンク用ビアホール導体８１のみ
で構成される。そして、格子状（正方形状）の一辺を
０．３〜０．４２５ｍｍと変化させたものである。

【００９１】さらに、試料番号７〜試料番号１０は、格
子状（長方形状）千鳥状であるもので、図３に示す正三
角形ｙの一辺が０．４２５ｍｍであり、試料番号１０は
０．３３ｍｍである。

【００９２】尚、試料番号６は、格子状（長方形状）内
の対角線交点に第２の配列ヒートシンク用ビアホール導
体８２を配置して格子千鳥状としたが、この格子状（長
方形状）内には、２種類の二等辺三角形（底辺０．４２
５ｍｍ、斜辺０．４３５ｍと、底辺０．７６ｍｍ、斜辺
０．４３５ｍ）が構成される。

【００９３】また、試料番号７〜９は、特に、第２の配
列ヒートシンク用ビアホール導体８２の径を、上述の径
の制約範囲で、１１３μｍ、１３２μｍ、１３６μｍと
変化させたものである。

【００９４】その結果、試料番号１では、ヒートシンク
用ビアホール導体８１のピッチが非常に狭くなり、グリ
ーンシートの強度が維持できず、グリーンシートが破損
したり、また、焼成後の積層体基板１にクラックが発生
してしまい、さらに、金型形成が困難となり、実用には
供さない。尚、ＩＣチップ５の実装領域Ａの面積に対し
て複数のヒートシンク用ビアホール導体８の合計平面積
の割合は１６．１％である。試料番号２では、ヒート
シンク用ビアホール導体８１のピッチ（０．３３ｍｍ）
は、グリーンシートの強度の維持、金型の容易形成の限
界であり、一応実用上に用いることができ、また、熱放
熱性は、従来のヒートシンク用金属板に用いたものより
も、４８％も向上する。尚、複数のヒートシンク用ビア
ホール導体８の合計平面積の導体割合は１３．３％であ
る。

【００９５】尚、ここで、本発明の構造のヒートシンク
用ビアホール導体８の導体割合と従来のヒートシンク用
金属板部材との相関関係より、ヒートシンク用ビアホー
ル導体８の合計平面積の割合が９％を越えると、従来の
ヒートシンク用金属板に比較して、放熱性が高まる。

【００９６】試料番号３、４では、ヒートシンク用ビア
ホール導体８１のピッチ（０．３５０ｍｍ、０．４００
ｍｍ）は、グリーンシートの強度の維持、金型の容易形
成が可能であり、複数のヒートシンク用ビアホール導体
８の合計平面積の導体割合は１１．９％、９．１％であ
り、実用に供するものとなる。

【００９７】試料番号５では、ヒートシンク用ビアホー
ル導体８１のピッチ（０．４２５ｍｍ）は、グリーンシ
ートの強度の維持、金型の容易形成が可能であるもの
の、複数のヒートシンク用ビアホール導体８の密度が粗
の状態となるため、複数のヒートシンク用ビアホール導
体８の合計平面積の導体割合は８．０％となり、放熱性
に劣るものとなる。

【００９８】試料番号６は、格子状千鳥形状とするもの
の、ヒートシンク用ビアホール導体８１、８２が、複数
のヒートシンク用ビアホール導体８１、８２の合計平面
積の割合は９．０％となるようにした。これによって、
４つの第１のヒートシンク用ビアホール導体８１による
長方形状が０．４２５ｍｍ×０．７６ｍｍとなる。この
長方形の対角線の交点部分の第２の配列ヒートシンク用
ビアホール導体８２と第１のヒートシンク用ビアホール
導体８１とのピッチは、０．４３５ｍｍとなる。即ち、
試料番号５の格子状の一辺（０．４２５ｍｍ）よりも大
きく、且つ複数のヒートシンク用ビアホール導体８１、
８２の合計平面積の割合よりも高めることができるた
め、放熱性は満足し、且つグリーンシートの強度、金型
形成も問題がないものとなる。

【００９９】試料番号７〜９は、第１の配列のヒートシ
ンク用ビアホール導体８１と第２の配列ヒートシンク用
ビアホール導体８２とのを結ぶ仮想線によって正三角形
ｙが構成され、それぞれの頂点に位置するヒートシンク
用ビアホール導体８１、８２の径を変動させた。

【０１００】正三角形の一辺は、０．４２５ｍｍである
ため、グリーンシートの強度、金型の形成性は実用に供
するものであり、また、ヒートシンク用ビアホール導体
８１、８２の合計平面積の導体割合は９．３％、９．０
％、９．１％となり、いずれも放熱性についても満足な
状態となる。

【０１０１】試料１０は、第１の配列ヒートシンク用ビ
アホール導体８１、第２の配列ヒートシンク用ビアホー
ル導体８２を１３６μｍとし、正三角形ｙの一辺を短く
してたものである。この場合、合計平面積の導体割合は
１５．４％となり、いずれも放熱性についても満足な状
態となる。

【０１０２】上述したように、熱放出性の観点からする
と、ＩＣチップ５の実装領域Ａに対して、ヒートシンク
用ビアホール導体８の平断面の合計の導体割合が９．０
％以上必要であり、また、製造工程上、即ちグリーンシ
ートの強度、金型などからすると、実質的に１６％を越
えると、破損などの問題が発生してしまい、結局、ＩＣ
チップ５の実装領域Ａに対して、ヒートシンク用ビアホ
ール導体８の平断面の合計の導体割合が９．０〜１６％
の範囲で設定することが重要である。

【０１０３】図４は、本発明の別の実施例を示す積層ガ
ラスセラミック回路基板の断面図である。

【０１０４】この実施例は、積層体基板１の端面に、端
子電極１１、１２を形成し、該積層ガラスセラミック回
路基板１０を、所定配線導体２１、２２が形成されたプ
リント配線基板２０などに半田などを介して実装させた
ものである。

【０１０５】このような構造に、積層体基板１の裏面側
に位置する放熱促進のための放熱導体膜４２が、プリン
ト配線基板２０の導体膜２３と密接するので、さらに放
熱性が高まることになる。この端子電極１１、１２は、
Ｆ工程の表面配線導体の形成工程やＧ工程の表面付帯素
子の実装処理時に、Ａｇなどの導体ペーストの焼きつけ
処理、さらに必要に応じてメッキ処理をしてもよく、ま
た、グリーンシートを複数の積層体基板が抽出されるよ
うに分割溝を形成した場合、この分割溝に跨がる貫通孔
を形成し、貫通孔の内壁にヒートシンク用ビアホール導
体８、ビアホール導体３、８の形成工程と同時に、導電
体ペーストを付着されて、積層処理した後に、分割溝に
沿って分割処理することによって、端面に端子電極を露
出させるようにしても構わない。

【０１０６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガラスセ
ラミック材料を用いた積層体基板であるため、積層体基
板内にヒートシンク用ビアホール導体を、熱伝導性の高
いＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどを用いることができ、これによ
り、外部にヒートシンク金属板を設けることなく、高い
放熱作用の積層ガラスセラミック回路基板が達成され
る。

【０１０７】また、複数のヒートシンク用ビアホール導
体の平断面導体の面積が、ＩＣ実装領域の面積に対し
て、９．０％〜１６％としたため、ＩＣチップの実装領
域における充分な放熱作用とグリーンシートの充分な強
度が得られ、製造方法も簡単となる積層ガラスセラミッ
ク回路基板となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る積層ガラスセラミック回路基板の
断面図である。

【図２】本発明の積層ガラスセラミック回路基板の製造
方法を説明する工程図である。

【図３】本発明の積層ガラスセラミック回路基板のヒー
トシンク用ビアホール導体の配列を示す平面図である。

【図４】本発明の他の積層ガラスセラミック回路基板を
プリント配線基板に接続した状態の側面図である。

【符号の説明】

１０・・・・積層ガラスセラミック回路基板１・・・・・積層体基板１ａ〜１ｇ・・・絶縁層２・・・・・内部配線導体３・・・・・ビアホール導体４・・・・・表面配線導体４１・・・・載置導体５・・・・・ＩＣチップ５１・・・・ワイヤボンディング細線６・・・・・樹脂保護膜７・・・・・電子部品８・・・・・ヒートシンク用ビアホール導体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス成分及び無機物フィラーを含むグリ
ーンシートを複数積層するとともに、焼成して形成され
る積層体基板と、前記積層体基板の内部に内層した低抵抗金属材料から成
る内部配線導体及び配線導体用ビアホール導体と、前記積層体基板の表面に形成した表面配線導体と、前記積層体基板の表面に実装したＩＣチップと、から構
成されて成る積層ガラスセラミック回路基板において、前記積層体基板のＩＣチップの実装領域に、該積層体基
板の厚みを貫く、低抵抗金属材料から成るヒートシンク
用ビアホール導体を複数配置するとともに、前記積層体
の両主面に露出するヒートシンク用ビアホール導体上に
は、表面導体が形成されていることを特徴とする積層ガ
ラスセラミック回路基板。
【請求項２】前記複数のヒートシンク用ビアホール導体
の平断面面積が、ＩＣチップの実装領域の面積に対し
て、９％〜１６％であることを特徴とする請求項１記載
の積層ガラスセラミック回路基板。
【請求項３】前記積層体基板に、複数のヒートシンク用
ビアホール導体を、隣接ピッチを同一として千鳥状に配
置したことを特徴とする請求項１記載の積層ガラスセラ
ミック回路基板。