JPH1086279A - 窒化ケイ素多層基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒化ケイ素多層基板において、成形体段階で
の窒化ケイ素グリーンシートの割れや焼成時に窒化ケイ
素層に生じるクラック等を抑制する。 【解決手段】 積層一体化された複数の窒化ケイ素層１
ａを有する窒化ケイ素多層基板１であって、複数の窒化
ケイ素層１ａの各厚さは 1mm以下とされている。このよ
うな窒化ケイ素多層基板１は、平均粒径が 0.5μm 以下
の窒化ケイ素粉末を用いて、厚さ 1.3mm以下の複数の窒
化ケイ素グリーンシートを作製し、これら複数の窒化ケ
イ素グリーンシートを積層、圧着した後、脱脂、焼成す
ることで作製することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ケイ素多層基
板およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高周波トランジスタ、パワーＩＣ
等の発熱量の大きい半導体素子の発展に伴って、セラミ
ックス基板の需要は増加している。また、昨今の高密度
実装化や電子機器の小形化等に応じて、セラミックス基
板に対しても高放熱化や狭間への実装性等が求められて
おり、これに対処するべく薄型のセラミックス多層基板
の開発が進められている。

【０００３】特に、窒化アルミニウム基板は、熱伝導率
が高く、放熱性に優れる等の特徴を有することから、増
大傾向にある半導体素子からの放熱量に対応し得る基板
として注目されており、微細配線技術や精密積層技術の
進歩等により薄型で高放熱な窒化アルミニウム多層基板
が実現されている。

【０００４】しかし、窒化アルミニウム基板は機械的強
度や破壊靭性値等が低く、特に薄型の窒化アルミニウム
多層基板では強度が低下することから、アッセンブリ工
程での締め付けによって割れが発生したり、またプリン
ト基板に実装した後の熱サイクルにより窒化アルミニウ
ム多層基板にクラックや割れ等の損傷を招くおそれがあ
る等、半導体素子搭載用のセラミックス多層基板として
実装信頼性が低下する可能性が生じている。

【０００５】そこで、窒化アルミニウム基板より熱伝導
率は劣るものの、熱膨張率がＳｉに近似すると共に、機
械的強度や破壊靭性値に優れる窒化ケイ素焼結体からな
る基板が注目されている。例えば、特開昭 57-162393号
公報には、セラミックス絶縁材料の主成分として窒化ケ
イ素を用いた多層配線板が記載されている。しかし、こ
こで得られる多層配線基板はガラス成分を必須としてお
り、熱伝導特性に関して満足できるものではなかった。

【０００６】また、上述したような窒化ケイ素基板を、
半導体用パッケージや回路基板等として使用する場合に
は、導体層（金属配線層）の形成が不可欠である。この
ような導体層の形成方法としては、例えば従来のアルミ
ナ基板や窒化アルミニウム基板と同様に、窒化ケイ素基
板と導体層とを同時焼成により一括して作製することが
検討されているが、難焼結性でかつ熱伝導率を向上させ
るために粒径制御等が必要とされる窒化ケイ素基板に由
来する新たな問題が生じている。

【０００７】例えば、通常の同時焼成基板の製造工程を
適用した場合、まず窒化ケイ素グリーンシート上に導体
ペーストを所望の配線形状に塗布する。ここで、窒化ケ
イ素グリーンシートの主原料となる窒化ケイ素粉末に
は、その緻密化焼結を促進すると共に、アルミナを超え
る熱伝導率を得るために、例えば平均粒径 0.5μm とい
うような微粉末が使用されて、これに伴って有機バイン
ダを窒化アルミニウム基板等に比べて多量に添加する必
要が生じる。

【０００８】次に、上記導体ペーストを塗布した窒化ケ
イ素グリーンシートを所望の形状となるように複数層積
層し、これをプレス成形等で圧着して窒化ケイ素成形体
を作製する。この後、窒化ケイ素成形体に脱脂処理を施
した後、所定の温度で焼成することによって、窒化ケイ
素基材と導体層形成材料とを同時に焼結させる。

【０００９】このような製造工程により作製される窒化
ケイ素多層基板（同時焼成多層配線基板）においては、
グリーンシート中の有機バインダ量が多いことや、原料
粉末（窒化ケイ素粉末）の微粒子化等に起因して、グリ
ーンシートやその積層圧着体（成形体）に割れが生じた
り、また焼成時にクラックが発生しやすい等の問題が生
じている。このような問題は、従来の窒化アルミニウム
多層基板では顕著には見られなかった問題であり、窒化
ケイ素多層基板特有の問題である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、同時
焼成多層配線基板等として窒化ケイ素多層基板を用いる
場合、窒化ケイ素グリーンシート中の有機バインダ量が
多いことや、原料粉末（窒化ケイ素粉末）の微粒子化等
に起因して、グリーンシートやその積層圧着に割れが生
じたり、また焼成時にクラックが発生しやすい等の問題
が生じている。このようなことから、窒化ケイ素多層基
板においては、成形体段階での窒化ケイ素グリーンシー
トの割れや焼成時に窒化ケイ素層に生じるクラック等を
抑制することが課題とされている。

【００１１】本発明は、このような課題に対処してなさ
れたもので、窒化ケイ素グリーンシートの割れや焼成後
の窒化ケイ素層のクラック等による不良発生を抑制した
窒化ケイ素多層基板およびその製造方法を提供すること
を目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化ケイ素多層
基板は、請求項１に記載したように、積層一体化された
複数の窒化ケイ素層を有する窒化ケイ素多層基板であっ
て、前記窒化ケイ素層は熱伝導率が40W/m K 以上であ
り、かつ前記複数の窒化ケイ素層の各厚さが 1mm以下で
あることを特徴としている。

【００１３】本発明の窒化ケイ素多層基板は、より具体
的には請求項２に記載したように、前記複数の窒化ケイ
素層は平均粒径が 5μm 以下の窒化ケイ素粉末を主とす
る焼結体であること、また請求項３に記載したように、
前記窒化ケイ素層は、希土類元素を酸化物に換算して
2.0〜 7.5重量% 、アルミニウムをアルミナに換算して
2.0重量% 以下、その他不純物陽イオン元素を 0.3重量%
以下含有することを特徴としている。

【００１４】本発明の窒化ケイ素多層基板は、例えば請
求項５に記載したように、前記窒化ケイ素多層基板は内
部導体層を有し、前記内部導体層は 2層以上の前記窒化
ケイ素層を 1つのユニットとして形成されている窒化ケ
イ素多層基板として使用されるものである。

【００１５】また、本発明の窒化ケイ素多層基板の製造
方法は、請求項７に記載したように平均粒径が 5μm 以
下の窒化ケイ素粉末を用いて、厚さ 1.3mm以下の複数の
窒化ケイ素グリーンシートを作製する工程と、前記複数
の窒化ケイ素グリーンシートを積層、圧着して窒化ケイ
素成形体を作製する工程と、前記窒化ケイ素成形体を非
酸化性雰囲気中で焼成する工程とを有することを特徴と
している。

【００１６】本発明の窒化ケイ素多層基板においては、
各窒化ケイ素層の厚さを 1mm以下（本発明の製造方法に
おいては各窒化ケイ素グリーンシートの厚さを 1.3mm以
下）としているため、成形体段階での窒化ケイ素グリー
ンシートの割れや焼成時に窒化ケイ素層に生じるクラッ
ク等を大幅に抑制することが可能となる。

【００１７】すなわち、高熱伝導率の窒化ケイ素多層基
板を得るためには、出発原料に微粒子状の窒化ケイ素粉
末を用いる必要があり、これに伴って従来の方法ではグ
リーンシート中の有機バインダ量を多量に設定している
こと等から、有機バインダがグリーンシートの厚さ内で
分離したり、またグリーンシート内に微粒子状の窒化ケ
イ素粉末を厚さ方向に良好に存在させる、すなわち厚さ
方向に微粒子状の窒化ケイ素粉末を良好に積み重ねるこ
とが困難であった。

【００１８】これに対して、窒化ケイ素グリーンシート
の厚さを 1.3mm以下とし、焼成後の窒化ケイ素層の厚さ
を 1mm以下とすることによって、有機バインダ量を低減
することができ、よって窒化ケイ素グリーンシートの厚
さ内での分離を抑制することが可能となる。また、たと
え窒化ケイ素グリーンシートの厚さ内で有機バインダが
分離したとしても、厚さ 1.3mm以下の窒化ケイ素グリー
ンシートを多数積層することによって、窒化ケイ素成形
体全体とした場合には、見掛上有機バインダの不均一分
散状態を軽減することができる。さらに、窒化ケイ素グ
リーンシートの厚さを 1.3mm以下と薄くすることによっ
て、グリーンシート内で微粒子状の窒化ケイ素粉末を厚
さ方向に良好に積み重ねることができる。これらによっ
て、本発明においては窒化ケイ素グリーンシート段階で
の割れや焼成時に窒化ケイ素層に生じるクラック等を大
幅に抑制することが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。

【００２０】図１は、本発明の窒化ケイ素多層基板の一
実施形態を示す断面図である。同図に示す窒化ケイ素多
層基板１は、複数の窒化ケイ素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）層１ａを
積層一体化することにより構成されている。

【００２１】この窒化ケイ素多層基板１を構成する各窒
化ケイ素層１ａは、それぞれ厚さが1mm以下とされてお
り、後に詳述するように、この各窒化ケイ素層１ａの厚
さ制御によりグリーンシート段階での割れや窒化ケイ素
層１ａのクラック等を大幅に抑制することを可能にして
いる。なお、窒化ケイ素多層基板１の全体の厚さは使用
用途等に応じて適宜設定するものとするが、例えば 3〜
5mm程度とされる。

【００２２】また、窒化ケイ素多層基板１の熱伝導率
は、回路基板やパッケージ用基体等として用いることを
考慮して40W/m K 以上とする。窒化ケイ素焼結体は、高
強度・高靭性のセラミックス焼結体としてよく知られて
おり、さらに例えば原料粉末となる窒化ケイ素粉末の微
粒子化、高純度化、焼結助剤組成等の組成制御、特に例
えば 5μm 以下の微粒子状の原料粉末を用いることによ
って、本来の高強度・高靭性という機械的特性を損うこ
となく、熱伝導率が40W/m K 以上という熱伝導性に優れ
た窒化ケイ素焼結体が得られる。

【００２３】このような窒化ケイ素多層基板１は、例え
ば以下のようにして製造される。すなわち、まず窒化ケ
イ素粉末に希土類酸化物粉末や酸化アルミニウム粉末等
の焼結助剤を添加、混合して窒化ケイ素焼結体原料粉末
を調整する。焼結助剤として添加する希土類元素として
は、Ｙ、Ｌａ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｇｄ等
の酸化物、もしくは焼結操作によりこれらの酸化物とな
る物質が挙げられ、これらは単独でまたは 2種以上の組
合せとして含有されるが、特に酸化イットリウム（Ｙ₂
Ｏ₃ ）が好ましい。これらの焼結助剤は、窒化ケイ素原
料粉末と反応して液相を生成し、焼結促進剤として機能
する。

【００２４】上記焼結助剤の添加量は、酸化物換算で窒
化ケイ素粉末に対して 2〜 7.5重量% の範囲に設定され
る。この添加量が 2重量% 未満と過少の場合は、焼結体
が緻密化されず低強度で低熱伝導率の焼結体が形成され
る。一方、添加量が 7.5重量% を超える過量となると、
過量の粒界相が生成し、熱伝導率や強度が低下しはじめ
るので上記範囲に設定される。特に好ましくは 3〜 6重
量% の範囲である。

【００２５】また、他の添加成分としてのアルミナ（Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ）は、上記希土類元素の焼結促進剤としての機
能を助長する役割を果たすものであり、特に加圧焼結を
行う場合に著しい効果を発揮するものである。アルミニ
ウム源としてのＡｌ₂ Ｏ₃ の添加量が 0.5重量% 未満の
場合には緻密化が不十分となる一方、 2重量% を超える
過量となる場合には過量の粒界相が生成したり、また窒
化ケイ素に固溶しはじめ、熱伝導率の低下が起こるた
め、添加量は 2.0重量% 以下、特に 0.5〜 2.0重量% の
範囲に設定される。特に、強度および熱伝導率共に良好
な性能を確保するためには添加量を 0.7〜 1.5重量% の
範囲に設定することが望ましい。

【００２６】さらに、上記したような窒化ケイ素焼結体
原料粉末には、脱脂後の炭素分の残留防止等を目的とし
て、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化タン
グステン等を添加してもよい。ただし、その他不純物陽
イオン元素としてのＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍ
ｇ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｎ、Ｂ等は、熱伝導性を阻害する物
質となるため、40W/m K 以上の熱伝導率を確保するため
に、上記不純物陽イオン元素の含有量は 0.3重量% 以下
とする。

【００２７】出発原料としての窒化ケイ素粉末には、平
均粒径が 5μm 以下の微粉末を用いる。窒化ケイ素粉末
の平均粒径は 1μm 以下であることがさらに好ましく、
望ましくは 0.5μm 以下である。このような微粒子状の
窒化ケイ素粉末を用いることによって、緻密質で機械特
性に優れると共に、熱伝導率の高い窒化ケイ素焼結体、
すなわち窒化ケイ素多層基板１を得ることが可能とな
る。

【００２８】次いで、上記した窒化ケイ素焼結体原料粉
末に有機バインダおよび分散媒を添加、混合してペース
ト化し、このペーストをドクターブレード法等の通常の
成形法でシート状に成形して窒化ケイ素グリーンシート
を作製する。この際、窒化ケイ素グリーンシートの厚さ
は 1.3mm以下とする。

【００２９】このような窒化ケイ素グリーンシートを必
要枚数積層し、プレス加工等を施して圧着（加圧接着）
して窒化ケイ素成形体を作製する。積層数は目的とする
窒化ケイ素多層基板１の厚さに応じて適宜設定するもの
とするが、各窒化ケイ素グリーンシートの厚さを 1.3mm
以下と薄くしていることから、本発明では窒化ケイ素グ
リーンシートを 3枚以上積層することが好ましい。

【００３０】この後、上記窒化ケイ素成形体を空気中も
しくは窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で脱脂処理した
後、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で焼成して、目的
とする窒化ケイ素多層基板１を得る。

【００３１】ここで、熱伝導率が40W/m K 以上というよ
うに、熱伝導性に優れた窒化ケイ素多層基板１を得る上
で、出発原料には平均粒径が 5μm 以下の窒化ケイ素粉
末を用いる必要がある。このような微粒子状の窒化ケイ
素粉末を用いた場合、従来の方法ではグリーンシート中
の有機バインダ量を多量に設定せざるを得ないことか
ら、有機バインダがグリーンシートの厚さ内で分離した
り、またグリーンシート内に微粒子状の窒化ケイ素粉末
を厚さ方向に良好に存在させることが困難であった。こ
れらによって、従来の方法ではグリーンシート段階での
割れや窒化ケイ素層のクラック等を招いていたが、窒化
ケイ素グリーンシートの厚さは 1.3mm以下とすること
で、上記した不良の発生を大幅に抑制することが可能と
なる。

【００３２】すなわち、窒化ケイ素グリーンシートの厚
さを 1.3mm以下と薄くすることで、まず窒化ケイ素焼結
体原料粉末に添加する有機バインダ量を低減することが
できる。例えば、窒化ケイ素グリーンシートの厚さが
1.3mm以下の場合には、窒化ケイ素焼結体原料粉末に対
する有機バインダ量が20重量部以下であっても、グリー
ンシートとしての形状を十分に維持することができる。
このように、有機バインダ量の低減を図ることによっ
て、窒化ケイ素グリーンシートの厚さ内での分離、すな
わち有機バインダの不均一分散を抑制することが可能と
なる。

【００３３】また、たとえ窒化ケイ素グリーンシートの
厚さ内で有機バインダが分離したとしても、厚さ 1.3mm
以下の窒化ケイ素グリーンシートを例えば 3枚以上とい
うように多数積層していることから、窒化ケイ素成形体
（グリーンシート圧着体）全体とした場合には、見掛上
有機バインダの不均一分散状態を軽減することが可能と
なる。

【００３４】さらに、窒化ケイ素グリーンシートの厚さ
を 1.3mm以下と薄くすることによって、グリーンシート
内で微粒子状の窒化ケイ素粉末を厚さ方向に良好に存在
させる、すなわち窒化ケイ素粒子の良好な積み重ね状態
を維持することが可能となる。このような窒化ケイ素粒
子の厚さ方向への良好な積み重ね状態を得る上で、窒化
ケイ素グリーンシートの厚さは 1.3mm以下とすると共
に、窒化ケイ素粉末の平均粒径の 15000倍以下の範囲に
設定することが好ましい。窒化ケイ素グリーンシートの
厚さが窒化ケイ素粉末の平均粒径の 15000倍を超える
と、厚さが 1.3mm以下であっても窒化ケイ素粒子の厚さ
方向への良好な積み重ね状態を維持することができなく
なるおそれが生じる。

【００３５】このように窒化ケイ素グリーンシートの厚
さを 1.3mm以下と薄くすることで、有機バインダの窒化
ケイ素グリーンシートの厚さ内での分離を抑制すること
が可能となると共に、たとえ有機バインダが分離したと
しても窒化ケイ素成形体（グリーンシート圧着体）全体
とした場合には見掛上有機バインダの不均一分散状態を
軽減することができ、さらにはグリーンシート内で微粒
子状の窒化ケイ素粉末を厚さ方向に良好に積み重ねるこ
とが可能となる。従って、窒化ケイ素グリーンシート段
階での割れの発生を大幅に抑制することができ、また窒
化ケイ素グリーンシートの状態を良好に維持することに
よって、焼成時に窒化ケイ素層１ａにクラック等が生じ
ることを抑制することが可能となる。

【００３６】加えて、窒化ケイ素グリーンシート中の有
機バインダ量を低減することによって、焼成前の脱脂体
密度を高く維持することができ、よって窒化ケイ素多層
基板１の形状精度を高めることが可能となる。さらに
は、窒化ケイ素グリーンシートの厚さを薄くすることに
よって、乾燥速度を同じ重量の厚いグリーンシートに比
べて速く設定できるため、製造工数の削減を図ることも
できる。なお、窒化ケイ素グリーンシートの圧着工程
は、プレス圧力の調整により成形体密度を変化させるこ
とができることから、焼結収縮率の最終調整として利用
することもできる。窒化ケイ素グリーンシートの厚さ
は、グリーンシートの割れや窒化ケイ素層１ａのクラッ
クをより再現性よく抑制する上で、 0.7mm以下とするこ
とがより好ましく、さらに望ましくは 0.3mm以下であ
り、またグリーンシートとして成形性を確保するために
は0.05mm以上とすることが好ましい。

【００３７】上述した平均粒径が 5μm 以下の窒化ケイ
素粉末を用い、かつ窒化ケイ素グリーンシートの厚さを
1.3mm以下として作製した窒化ケイ素多層基板１は、熱
伝導率を例えば40W/m K 以上とした上で、各窒化ケイ素
層１ａの厚さは 1mm以下とすることができる。すなわ
ち、各窒化ケイ素層１ａの厚さが 1mm以下の窒化ケイ素
多層基板１は、高熱伝導率を維持した上で、グリーンシ
ート段階での割れや窒化ケイ素層１ａのクラック等を大
幅に抑制することができ、高歩留りおよび高信頼性の下
で作製することが可能となると共に、寸法精度の向上を
図ることができる。このような窒化ケイ素多層基板１
は、ヒートシンクとして用いたり、また表面金属配線層
を形成して回路基板等として使用される。

【００３８】窒化ケイ素多層基板１の各窒化ケイ素層１
ａの厚さは、グリーンシート段階での割れや窒化ケイ素
層１ａのクラック等をより一層安定に抑制することを可
能とする上で、 0.1〜 0.5mmの範囲とすることがより好
ましい。

【００３９】次に、本発明の窒化ケイ素多層基板を多層
配線基板に適用した実施形態について、図２を参照して
説明する。

【００４０】図２に示す窒化ケイ素多層配線基板２は、
複数の窒化ケイ素層３ａを多層一体化することにより構
成された窒化ケイ素多層基板３を有しており、この窒化
ケイ素多層基板３の内部には所定の配線パターン形状の
内部導体層４が設けられている。ここで、窒化ケイ素多
層基板３は、内部導体層４を有する以外については前述
した実施形態の窒化ケイ素多層基板１と同様な構成を有
している。

【００４１】この窒化ケイ素多層配線基板２は、窒化ケ
イ素基材（窒化ケイ素多層基板３）と内部導体層４とな
る導体層形成用材料（具体的には導体ペースト等）とを
同時焼成することにより作製されたものである。また、
多層セラミックス基板２の一方の主面（例えば上面）
は、例えば半導体素子の搭載面とされている。

【００４２】内部導体層４は、窒化ケイ素層３ａ上に形
成した印刷導体層５と、各窒化ケイ素層３ａに設けたス
ルーホール内に充填された充填導体層６とから構成され
ている。また、窒化ケイ素多層基板３の両主面には、内
部導体層４の各端部にそれぞれ電気的に接続された入出
力端子７が設けられている。

【００４３】内部導体層４を主として構成する金属とし
ては、タングステン、モリブデン等の高融点金属が例示
される。これら高融点金属は単体で用いてもよいし、あ
るいはチタンやジルコニア等の活性金属、窒化チタン等
の活性金属化合物、窒化ケイ素粉末等との混合物として
用いてもよい。特に、本発明においては、窒化ケイ素と
熱膨張率等が近似するタングステンを主成分として用い
ることが好ましい。

【００４４】ここで、内部導体層４における印刷導体層
５は、複数の窒化ケイ素層３ａ上に設けられているが、
窒化ケイ素層３ａの積層方向に隣接する複数の印刷導体
層５は、 2層以上の窒化ケイ素層３ａを介して配置され
ている。すなわち、内部導体層４は 2層以上の窒化ケイ
素層３ａを 1つのユニットとして形成されている。

【００４５】このように、厚さ 1mm以下の窒化ケイ素層
３ａを有する窒化ケイ素多層基板３を用いた場合におい
ても、 2層以上の窒化ケイ素層３ａを 1つのユニットと
して内部導体層４（特に印刷導体層５）を形成すること
によって、積層方向に隣接する印刷導体層５間のインピ
ーダンスを十分に確保することが可能となり、多層配線
基板としての特性を十分に維持することができる。

【００４６】上述した窒化ケイ素多層配線基板２は、窒
化ケイ素グリーンシートに導体ペーストを所望の配線形
状に塗布すると共に、窒化ケイ素グリーンシートに設け
たスルーホール内に導体ペーストを充填し、これらを必
要枚数積層、圧着して窒化ケイ素成形体を作製した後、
前述した実施形態と同様に、脱脂、焼成することによっ
て得られる。

【００４７】

【実施例】次に、本発明の窒化ケイ素配線基板の具体的
な実施例について説明する。

【００４８】実施例１ まず、陽イオン不純物量が 0.2重量% で、平均粒径 0.5
μm 、比表面積 11m²/gの窒化ケイ素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）粉
末に、焼結助剤として酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃ ）粉
末を 5重量% 、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）粉末を
0.3重量% 添加して原料粉末を調整し、この原料粉末 1
00重量部に対して有機バインダとしてアクリル高分子20
重量部、ジブチルフタレート15重量部、および適量のト
ルエン、n-ブタノールおよびメチルイソブチルケトンの
混合溶媒を加え、ボールミルで24時間混合した。得られ
たスラリーを真空脱泡して粘度調整した後、ドクターブ
レード法で厚さ 0.2mmのシート状に成形した。

【００４９】次いで、得られた10枚の窒化ケイ素グリー
ンシートを積層し加圧接着して、厚さ1.95mmの窒化ケイ
素成形体を作製した。この成形体を空気中にて脱脂した
後、窒素気流中で 2123Kで焼成して窒化ケイ素多層基板
を得た。

【００５０】得られた窒化ケイ素多層基板の厚さは 1.5
mm、各窒化ケイ素層の厚さはそれぞれ約0.15mmであり、
また熱伝導率は65W/m K であった。この窒化ケイ素多層
基板をガラス−エポキシ材料からなるプリント基板にネ
ジ止めしたところ、クラックや破壊等が生じることはな
く、良好な実装性を示した。

【００５１】また、上記窒化ケイ素多層基板の製造工程
において、グリーンシートの割れや窒化ケイ素層のクラ
ック等は発生せず、良好に窒化ケイ素多層基板を製造す
ることができた。この実施例と同一条件で50個の窒化ケ
イ素多層基板を製造したところ、その製造歩留りは 98%
と極めて良好な値を示した。

【００５２】実施例２〜５ 窒化ケイ素グリーンシートの厚さおよびグリーンシート
の積層数を、それぞれ表１に示す値に変更する以外は、
実施例１と同様にして窒化ケイ素多層基板を作製した。
各窒化ケイ素多層基板の厚さ、各窒化ケイ素層の厚さ、
熱伝導率、製造歩留り（実施例１と同様に50個製造した
結果）を表１に併せて示す。

【００５３】比較例１ 平均粒径 0.5μm 、比表面積 11m² /gの窒化ケイ素（Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ ）粉末に、焼結助剤として酸化イットリウム
（Ｙ₂ Ｏ₃ ）粉末を 5重量% 、酸化アルミニウム（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）粉末を 0.3重量% 添加して原料粉末を調整し、
この原料粉末 100重量部に対して有機バインダとしてア
クリル高分子30重量部、ジブチルフタレート25重量部、
および適量のトルエン、n-ブタノールおよびメチルイソ
ブチルケトンの混合溶媒を加え、ボールミルで24時間混
合した。

【００５４】得られたスラリーを真空脱泡して粘度調整
した後、ドクターブレード法で厚さ2mmのシート状に成
形した。この窒化ケイ素グリーンシートを空気中にて脱
脂した後、窒素気流中で 2123Kで焼成して窒化ケイ素基
板を得た。

【００５５】得られた窒化ケイ素多層基板の厚さは1.35
mmであり、また熱伝導率は65W/m Kであった。なお、焼
結前後の収縮率は 32%であった。また、比較例と同一条
件で50個の窒化ケイ素基板を製造したところ、グリーン
シート段階での割れや焼成後のクラック等が発生し、製
造歩留りは 23%と低い値であった。さらに、焼結前後の
収縮率が大きいことから、各基板で寸法精度にばらつき
が発生した。

【００５６】

【表１】 実施例６ 平均粒径 0.5μm 、比表面積 11m² /gの窒化ケイ素（Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ ）粉末（陽イオン不純物 0.2重量% 含有）に、
焼結助剤として酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）粉末を 5
重量% 、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）粉末を 0.3重
量% 添加して原料粉末を調整し、この原料粉末 100重量
部に対して有機バインダとしてアクリル高分子20重量
部、ジブチルフタレート15重量部、および適量のトルエ
ン、n-ブタノールおよびメチルイソブチルケトンの混合
溶媒を加え、ボールミルで24時間混合した。得られたス
ラリーを真空脱泡して粘度調整した後、ドクターブレー
ド法で厚さ 0.2mmのシート状に成形した。

【００５７】次いで、各窒化ケイ素グリーンシートにス
ルーホールを形成し、このスルーホール内にタングステ
ンペーストを充填した。さらに、窒化ケイ素グリーンシ
ートの表面にタングステンペーストをスクリーン印刷し
た。これら10枚の窒化ケイ素グリーンシートを、タング
ステンペーストの印刷層間にグリーンシートが 2層以上
介在するように積層し加圧接着して、厚さ約 2mmの窒化
ケイ素成形体を作製した。この成形体を空気中にて脱脂
した後、窒素気流中で 2123Kで焼成して窒化ケイ素多層
配線基板を得た。

【００５８】得られた窒化ケイ素多層配線基板の厚さは
1.6mmであり、また熱伝導率は62W/m K であった。この
窒化ケイ素多層配線基板をガラス−エポキシ材料からな
るプリント基板にネジ止めしたところ、クラックや破壊
等が生じることはなく、良好な実装性を示した。また、
配線層の電気的導通は問題ないことが確認された。

【００５９】また、上記窒化ケイ素多層配線基板の製造
工程において、グリーンシートの割れや窒化ケイ素層の
クラック等は発生せず、良好に窒化ケイ素多層配線基板
を製造することができた。この実施例と同一条件で50個
の窒化ケイ素多層配線基板を製造したところ、その製造
歩留りは 98%と極めて良好な値を示した。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればグ
リーンシート段階での割れや焼成後の窒化ケイ素層のク
ラック等の不良発生を大幅に抑制できることから、高歩
留りで熱伝導性、実装信頼性、寸法精度等に優れる健全
な窒化ケイ素多層基板を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の窒化ケイ素多層基板の一実施形態を
示す断面図である。

【図２】 本発明の窒化ケイ素多層基板を多層配線基板
に適用した実施形態を示す断面図である。

【符号の説明】

１、３……窒化ケイ素多層基板 １ａ、３ａ……窒化ケイ素層 ２……窒化ケイ素多層配線基板 ４……内部導体層 ５……印刷導体層

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｋ 3/46 Ｈ０５Ｋ 3/12 ６１０Ｍ // Ｈ０５Ｋ 3/12 ６１０ Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２Ｄ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層一体化された複数の窒化ケイ素層を
   有する窒化ケイ素多層基板であって、前記窒化ケイ素層
   は熱伝導率が40W/m K 以上であり、かつ前記複数の窒化
   ケイ素層の各厚さが 1mm以下であることを特徴とする窒
   化ケイ素多層基板。
2. 【請求項２】 請求項１記載の窒化ケイ素多層基板にお
   いて、 前記複数の窒化ケイ素層は、平均粒径が 5μm 以下の窒
   化ケイ素粉末を主として焼結してなる焼結体であること
   を特徴とする窒化ケイ素多層基板。
3. 【請求項３】 請求項１記載の窒化ケイ素多層基板にお
   いて、 前記窒化ケイ素層は、希土類元素を酸化物に換算して
   2.0〜 7.5重量% 、アルミニウムをアルミナに換算して
   2.0重量% 以下、その他不純物陽イオン元素を0.3重量%
   以下含有することを特徴とする窒化ケイ素多層基板。
4. 【請求項４】 請求項１記載の窒化ケイ素多層基板にお
   いて、 前記複数の窒化ケイ素層の各厚さが0.05〜 0.5mmの範囲
   であることを特徴とする窒化ケイ素多層基板。
5. 【請求項５】 請求項１記載の窒化ケイ素多層基板にお
   いて、 前記窒化ケイ素多層基板は内部導体層を有し、前記内部
   導体層は 2層以上の前記窒化ケイ素層を 1つのユニット
   として形成されていることを特徴とする窒化ケイ素多層
   基板。
6. 【請求項６】 請求項５記載の窒化ケイ素多層基板にお
   いて、 前記内部導体層は複数の前記窒化ケイ素層上にそれぞれ
   設けられた複数の印刷導体層を有し、積層方向に隣接す
   る前記複数の印刷導体層は、前記 2層以上の窒化ケイ素
   層を介して配置されていることを特徴とする窒化ケイ素
   多層基板。
7. 【請求項７】 平均粒径が 5μm 以下の窒化ケイ素粉末
   を用いて、厚さ 1.3mm以下の複数の窒化ケイ素グリーン
   シートを作製する工程と、 前記複数の窒化ケイ素グリーンシートを積層、圧着して
   窒化ケイ素成形体を作製する工程と、 前記窒化ケイ素成形体を非酸化性雰囲気中で焼成する工
   程とを有することを特徴とする窒化ケイ素多層基板の製
   造方法。
8. 【請求項８】 請求項７記載の窒化ケイ素多層基板の製
   造方法において、 前記複数の窒化ケイ素グリーンシートの厚さを、前記窒
   化ケイ素粉末の平均粒径の 15000倍以下の範囲に設定す
   ることを特徴とする窒化ケイ素多層基板の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項７記載の窒化ケイ素多層基板の製
   造方法において、 複数の前記窒化ケイ素グリーンシートに導体ペーストを
   所望の形状に塗布し、これらを前記導体ペーストの塗布
   層間に、積層方向に 2層以上の窒化ケイ素グリーンシー
   トが介在するように積層して、前記窒化ケイ素成形体を
   作製することを特徴とする窒化ケイ素多層基板の製造方
   法。