JPS62126694A - 電子回路用多層基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、軽量化あるいは高集積化に適した電子回路用
多層基板に関し、特にセラミック質複合体の特性が上方
生かされた製造容易な電子回路用多層基板に関するもの
である。

（従来の技術） 近年、電子技術の進歩にともない、電子機器に対する高
密度化、あるいは演算機能の高速化が進められている。

その結果、電子回路用基板においても高密度化を目的と
して、導体回路が多層に形成された電子回路用多層基板
が開発され使用されている。

ｉｉｉ記Ｔ（ｉ子回路用多層基板としては、（１）カラ
ス・エポキシ複合体上に導体回路を形成して得た基板の
複数枚を積層し接着したもの、（２）厚膜多層印刷法に
よって製造されるもの、（３）クリーンシート多層積層
法によって製造されるもの、および （４）特開昭５５−１３３５９７号公報に記載されてい
る如き「セラミック基板りに配線導体パターンを形成し
て得た回路板の複数枚を、電気絶縁性かつ熱伝導性接着
剤層を介して積層し接着してなる多層配線回路板。」 が知られている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前記（１）のガラス・エポキシ複合体に
に導体回路を形成して得た基板の複数枚を積層し接着し
たものは、易加工性等の長所を有するが、基材であるガ
ラス・エポキシ複合体は回路形成工程において寸法が変
化し易いため、特に微細で精密な回路が要求される場合
には適用することが困難であった。

また、前記（２）　、　（３）　、　（４）の電子回路
用多層基板は、いずれもアルミナ質焼結体等のセラミッ
ク質基板を基材とするものであるが、前記（２）の厚膜
多層印刷法によって製造される多層基板は印刷される導
体回路の厚みに基因する凹凸が生１゜ため、積層数が余
り多くなると厚膜を印刷することが困難で通常２〜３層
までが限界で高密度化には適ｙないものであり、前記（
３）のグリーンシート多層積層法によって製造される多
層基板は焼成収縮の制御等製造１−の問題が多く、特に
何層もの多層化が要求される場合には歩留りが低いもの
であり、前記（４）の特開昭５５−１３３５９７号公報
に記載の多層基板は、ｉ通スルーホール部を塞いている
接着剤層をレーザーによって開孔することか記載されて
いるが、４通スルーホールの位置か不揃いになり易いば
かりでなく、スルーホール部の接着剤を確実に除去する
ことか困難で、多層基板で最も重要なスルーホールメッ
キによる各基板−Ｌの内層回路との接続が不良になり易
く、信頼性に欠けるものであった。

本発明は以−１−のような実状に鑑みてなされたもので
、その解決しようとする問題点は、従来知られている電
子回路用多層基板の短所である。

そして、本発明の目的とするところは、軽量化あるいは
高集積化に適した電子回路用多層基板であって、その製
造自体及びスルーホール形成等の機械加重を容易に行な
うことかでき、しかも熱伝導性に優れた電子回路用多層
基板を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは前述の如き問題点を解決すべく種々研究し
た結果。

結晶構造が三次元網目状であって開放気孔を有する多孔
質セラミック質焼結体の前記開放気孔中に樹脂が充填さ
れてなるセラミック複合体と、 この複合体のいずれか少なくとも一方の表面に固着され
た１層あるいは２層以」二の樹脂層と前記セラミック複
合体の表面、前記樹脂層と樹脂層との間、あるいは前記
樹脂層の表面の少なくともいずれかに形成されてなる導
体回路とから構成されてなる電子回路用多層基板によっ
て前記諸問題を解決することができることに想到して本
発明を完成した。

以下に、本発明に係る電子回路用多層基板を更に詳細に
説明する。

本発明の電子回路用多層基板を構成するセラミク複合体
は、まず、結晶構造が三次元網目状であって、開放気孔
を有する多孔質セラミック質焼結体の当該開放気孔中に
樹脂が充填されたものであることが必要である。

その理由は、従来電子回路用多層基板として使用されて
いる例えばアルミナ質焼結体等は、緻密質焼結体である
ため硬度が高く機械加工性に極めて劣るものであるが、
本発明の如き多孔質体は焼結後においても機械加工性が
著しく良好で、しかも、結晶が三次元網目状となってい
ることによって、セラミック本来の特性である熱伝導性
及び硬度をそれ程損なうことがないからであり、また上
記セラミ・ンク質焼結体の開放気孔中に樹脂が充填され
ていることが必要な理由は、電子回路用多層基板として
不可欠な構成要件であるところの気体不透過性を付ケさ
せるためである。

本発明に係る電子回路用多層基板の多孔質体を構成する
材料は、Ａ凱ｏＪ、ｓｉｏ、、ＺｎＯ。

Ｚ　ｒ　Ｏ，、Ｍ　ｇ　Ｏ，Ｐ　ｂ　Ｏ，Ｂ、Ｏｊ、　
Ｓ　ｉｊＮ、、ＢＮ、ＡｆＬＮ、あるいはこれらの化合
物から選択されるいずれか１種あるいは２種以上を主と
して含有するものであることが有利である。

なお、前記材料はいずれも電気的に絶縁性を有する物質
であるが、スルホールやセラミック複合体の表面に直接
導体回路を形成することなく使用する場合には、ＳｉＣ
，Ｂ４．Ｃ等の半導体的性質を有する物質を使用するこ
ともできる。

また、前記セラミック質多孔質体は、平均粒径が１０ｐ
ｍ以下の結晶粒が三次元網目状に結合しているものであ
ることが有利である。その理由は、このような多孔質体
は、機械加工性、その中でも特にドリル削孔性が極めて
良好で、しかも精密な加工を施すことができるからであ
る。即ち、このように形成した多孔質体の開放気孔内に
樹脂を充填したセラミック質複合体は、主としてスルー
ホール等を有する電子回路用多層基板材料としての使用
に適するものであり、ドリル削孔性に優れることにより
、任意の個所にスルーホールを容易に形成することがで
き、位置精度の良好なスルーホールを形成することがで
きるからである。

本発明に係る多孔質体は、その開放気孔率がｌＯ〜７０
容積％の範囲内であることが有利である。その理由は、
開放気孔率が１０容積％より少ないと機械加工性が著し
く劣るからであり、一方７０容積％より大きいと実質的
な強度が殆どなく、取扱い中にこわれ易いばかりでなく
セラミック本来の特性を十分発揮させることが困難にな
るからである。

なお、以−にのように構成した多孔質セラミック質焼結
体を使用して構成される電子回路用多層基板に、良好な
機械加圧性及び寸法精度に加えて、電子回路に適した熱
膨張性、熱伝導率、少ない誘電損失が要求される場合に
は次のようにするのが好適である。すなわち、例えば当
該電子回路用多層基板にシリコン集積回路を直接載置で
きるようにするための熱膨張性が要求される場合には、
本発明に係る多孔質体の結晶組織をシリマナイト、アン
ダリュサイト、カイヤナイト、コージェライトあるいは
ムライトのいずれが少なくとも１種とすることが好まし
い。その理由は、多孔質体がこのような結晶組織である
と、いずれもその熱膨張率をシリコン東積回路の熱膨張
率に近づけることが容易だからである。また、上記のよ
うな結晶組織に代えて、熱膨張率の高い材料と低い材料
とを適宜混合することによっても、電子回路に必要とさ
れる熱膨張率を有した電子回路用多層基板を提供するこ
とができる。

また、本発明に係る電子回路用多層基板に、良好な機械
加工性及び寸法精度に加えて、特に強度及び高い熱伝導
性が要求される場合には、その多孔質体を構成する材料
としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素あ
るいはこれらの化合物から選択Ｘれるいずれか１種また
は２挿置１−を主として含有するものであることが好ま
しい。

以上のように構成した多孔質セラミック質焼結体の開放
気孔内に充填する樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイ
ミド樹脂、トリマシン樹脂、ポリパラバン酸樹脂、ポリ
アミドイミド樹脂、シリコンｍ　脂、エポキシシリコン
樹脂、アクリル酸樹脂、メタクリル酸樹脂、アニリン酸
樹脂、フェノール樹脂、ウレタン系樹脂、フラン系樹脂
、フッ素樹脂から選択される樹脂を単独あるいは混合し
て使用することができる。

なお、前記樹脂中ニＡ　ＬＯ，、Ｓ　ｉ　Ｏ，、ＺｎＯ
１Ｚ　ｒ　Ｏ，、ＭｇＯ，ＰｂＯ，ＢＪＱ、、Ｓ　ｉ、
Ｎ、、　Ｂ　Ｎ　。

ＡｌＮあるいはこれらの化合物から選択されるいずれか
１種あるいは２挿置１−の物体をフィラーとして混合す
ることもできる。

また、−１−記の三次元網目状多孔質体の開放気孔内に
樹脂を充填した本発明に係るセラミック質複合体は、そ
の気孔率が１０容積％以下であることが有利である。そ
の理由は、この開放気孔率が１０容積％より大きいと電
子回路用多層基板として不可欠な気体不透過性が不十分
であるからであり、なかでも５容積％以下であることが
有利である。

そして、本発明の電子回路用多層基板は、上述したよう
なセラミック複合体のいずれか少なくとも一方の表面に
１層あるいは２層以−ヒの樹脂層が貼着された構造であ
り、セラミック複合体の表面、樹脂層と樹脂層の間、あ
るいは樹脂層の表面の少なくともいずれかに導体回路が
形成されている。前記樹脂層が貼着された構造である理
由は、導体回路を複数多層に形成する上で各導体回路間
を絶縁するためである。前記樹脂層は各導体回路を絶縁
するために使用されるものであるから、当該樹脂層は絶
縁可能な範囲内の厚さのもので十分であり、その厚さは
できるだけ薄くするのが好ましい。

このように各樹脂層を薄くすることについては°　同等
問題がないだけでなく、より好適である。その理由は、
当該電子回路用多層基板の強度は、−上述したセラミッ
ク複合体によって十分保証されているからであり、樹脂
層を薄く形成することによって当該電子回路用多層基板
全体の厚さを薄くすることができてコンパクト化するこ
とができ、しかもより一層当該電子回路用多層基板の多
層化を促進することができるからである。

この基板の多層化にあたっては、種々な態様が考えられ
るが、第１図〜第４図には本発明に係る電子回路用多層
基板の・各種態様例を示した。このうち第１図に示した
電子回路用多層基板（ｌＯ）は、基本的なパターンを示
したものであり、一枚のセラミック複合体（１１）の両
面にそれぞれ導体回路（１２）を形成して、これら各導
体回路（１２）を絶縁するようにその一層から樹脂層（
１３）を形成し、さらにこれら各樹脂層（１３）の表面
に導体回路（１２）を形成したものである。各樹脂層（
１３）は一層だけでなく、第２図に示したように二層に
して実施してもよいし、また部分的に無くしてセラミッ
ク複合体（１りに直接導体回路（１２）を形成するよう
にして実施してもよい。また、第２図及び第３図に示し
たように、セラミック複合体（１１）の一部にスルーホ
ール（１４）を形成してもよい。さらには、第４図に示
したように、当該電子回路用多層基板（１ｏ）は表面に
導体回路（１２）を形成した二枚のセラミック複合体（
１１）の間に樹脂層（１３）を形成し、各導体回路（１
２）をスルーホール（１４）等を通して外部に導通し得
るようにしてもよいものである。この場合、セラミック
複合体（１１）を二層積層して使用するからその強度が
高められている。なお、このセラミック複合体（１１）
は二層以上積層して使用することもできる。

セラミック複合体（１１）の少なくともいずれか一方の
面に形成される樹脂層（１３）は、樹脂が含浸された無
機ｍ＃Ｉクロスを貼付するか、あるいは当該セラミック
複合体（ｔｉ）の少なくともいずれかの面に樹脂と無機
繊維との混合物を塗布することによって形成される。こ
の場合の樹脂としては、先に記載した多孔質体に充填す
る樹脂と同様の樹脂を使用することができる。一方、無
機繊維としては、ガラス繊維、アスベスト、セラミック
ファイバー等を使用することが好ましい。

なお、本発明によれば、前記無機繊維に換えて有機繊維
を使用することもできる。

次に、本発明に係る電子回路用多層基板の製造方法につ
いて説明する。

本発明に係る電子回路用多層基板を構成するセラミ・ン
ク複合体は、まずセラミック微粉末を主体とする出発原
料を、加圧成形法あるいはドクターブレード法等の成形
方法によって生成形体に形成する。その後、この生成形
体中に存在する気孔を閉塞させることなく結合せしめる
ことによりセラミック質多孔質体となし、次いでこの多
孔質体の開放気孔中へ樹脂を充填することにより製造す
ることができる。

この場合、前記セラミック材料を例えば板状の生成形体
に形成し、この生成形体中に存在する気孔を閉塞させる
ことなく結合させる方法としては種々の方法が適用でき
るが、例えば、セラミック粉末を常圧焼結あるいは加圧
焼結して自己結合させる方法、セラミック粉末に反応に
よってセラミックを生成する物質を添加して反応焼結し
て結合させる方法、あるいはセラミック粉末にガラスセ
メント等の結合材を配合して常圧焼結あるいは加圧焼結
して結合させる方法等の各種方法を適用することができ
る。

なお、前記樹脂を多孔質体の開放気孔中へ充填する方法
としては、樹脂を加熱して溶融させて含浸する方法、樹
脂を溶剤に溶解させて含浸する方法、樹脂を千ツマー状
態で含浸した後ポリマーに転化する方法、あるいは微粒
化した樹脂を分散媒液に分散し、この分散液を含浸して
乾燥した後、樹脂の溶融温度で樹脂を焼き付ける方法が
適用できる。

以上のように形成したセラミック複合体の少なくとも一
つの面に導体回路を形成するのであるが、この導体回路
の形成方法は、プリント配線板あるいはハイブリットＩ
Ｃ配線板で一般的に行なわれている各種の方法が採用で
き、例えばメッキ法、金属箔接着法、レジン系導体ペー
スト法、蒸着法、厚膜導体ペースト法およびそれらの複
合された方法が利用できる。なお、上記のメッキ法とし
ては、テンテング法、パネルパターン混合法、フルアデ
ィティブ法、セミアディティブ法、マルチワイヤ法など
が行なわれている。

次いで、このように導体回路を形成したセラミック複合
体に樹脂層を形成するにあたっては、樹脂が含浸された
無機縁゛維クロスを積層する方法−あるいは樹脂が充填
された多孔質体と樹脂が含浸された無ａｍ維クロスを重
ねて加熱プレスすることにより積層する等の各種方法が
適用される。

また、セラミック複合体に樹脂と無機繊維との混合物を
塗布して樹脂層を形成する方法もあり、その場合にはス
プレー、へヶ塗り等種々な方法が使用でき、これによっ
て当該樹脂層とセラミック複合体とをより強固に一体化
させることができる。

勿論、このように形成される樹脂層は複数層に形成して
もよい。　なお、前記セラミック質多孔質体を製造する
ための出発原料としては、より高強度でしかも機械加Ｔ
性の良好な多孔質体を得る上で、その平均粒径がＩＯｐ
Ｌｍ以下のセラミック微粉末を使用することが有利であ
る。その理由は、平均粒径が１０１１．ｍ以上の微粉末
を使用すると、粒と粒との結合個所が少なくなるため、
高強度の多孔質体を製造することが困難にケるからであ
る。

（実施例） 次に、本発明を実施例及び比較例によって説明する。

実」１１」 この実施例にあっては、第１表及び第２表に示すように
、これをさらに１−１〜ｌ−３の３種類に分けたが、以
下の説明にあっては主として実施例１−１について具体
的に説明する。１−２〜１−３の各実施例については、
第１表及び第２表に各具体的数値を示してその説明を省
略する。

平均粒径が３．７ｇｍで、不純物含有量が第１表に示し
た如きシリマナイト粉末１００重量部に対し、ポリビニ
ールアルコール２重量部、ポリエチレングリコール１重
量部、ステアリン酸０．５重量部および水１００重量部
を配合し、ボールミル中で３時間混合した後噴霧乾燥し
た。

この噴霧乾燥物を適量採取し、金属製押し型を用いて１
．５ｔ／　ｃ　ｒｎ’の圧力で成型し、直径４０■閣、
厚さｌ＋ａｍ、密度１．９９ｇ／　ｃ　ｒｔｒ　（５１
容積％）の生成形体を得た。

この生成形体を大気圧下の空気中で１１００℃の温度で
１時間焼結した。得られた焼結体の密度は２、ＯＯｇ／
Ｃｍ’、焼結体の開放気孔率は３７容積％であり、また
、この焼結体の平均曲げ強度は１　、５　ｋｇ／ｍ　ｍ
’であった。

次いで、この焼結体を二液性タイプのエポキシ樹脂に真
空下で浸漬し含浸させた後、約１５０℃の温度で硬化さ
せ、セラミック複合体を得た。この複合体中に充填され
たエポキシ樹脂の含有量は１９．４重量％であり、焼結
体の空隙に占めるエポキシ樹脂の割合はほぼ８４．１容
積％であった。このセラミック複合体の熱膨張率（０−
１５０℃）は４、ＯＸ　１０　　／’Ｏでシリコン集積
回路のそれとほぼ近似した値を有しており、比電気抵抗
はｌＯ″Ωｃｍ以上、比誘電率は８．２（ＩＭＨｚ）で
あり、電子回路用多層基板として優れた特性を示した。

ついで、このセラミック複合体の両表面に銅箔を貼着し
だ後不必要部分をエツチングすることによって導体回路
を形成し、その上からエポキシ樹脂が含浸されたガラス
・クロスを重ねて約１７０°Ｃの温度で加熱プレスして
厚さ約１００　ｐＬｍの樹脂層を形成した。この樹脂層
は、導体回路が介在していない部分においてセラミック
複合体の開放気孔内に充填された樹脂と充分に網目状接
合しており、所謂アンカーとしての役目を果していて、
当該樹脂層はセラミック複合体の表面に強固に貼付され
ていた。そして、さらに、以」二のように形成した樹脂
層の表面に導体回路を形成して、第１図に示す如き電子
回路用多層基板を得た。

このように形成した電子回路用多層基板に超硬ドリル（
ＷＣ−Ｃｏ）で直径０．８腸鵬のスルーホールを穿孔し
たところ、同一ドリル刃でもって２０００穴以上カケや
割れなどを生じさせることなく迅速に加工することがで
き、機械加工性に優れていることが認められた。

要するに、この実施例の電子回路用多層基板にあっては
、焼結後のスルーホール形成に際しての機械加工性に優
れ、またセラミック複合体の表面に薄い樹脂層を形成し
たものであるため、その全体としての熱伝導率もセラミ
ック基材の特性により比較的高く維持することができ、
当該電子回路用多層基板を熱伝導性に優れたものとする
ことができたのである。なお、この電子回路用多層基板
は熱膨張率がシリコン回路の熱膨張率に近いシリマナイ
トを材料として形成したものであって、熱膨張率がシリ
コン集積回路のそれと近似した値を有しており、特にチ
ップオンボードタイプの基板として好適なものである。

なお、実施例１−２〜１−４についても同様の方法で電
子回路用多層基板を製造したところ、いずれも機械加工
性および熱伝導性等に極めて優れていることが認められ
た。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明に係る電子回路用多層基板に
あっては、上記の各実施例によって明らかなように、 結晶構造が三次元網目状であって開放気孔を有する多孔
質セラミック質焼結体の前記開放気孔中に樹脂が充填さ
れてなるセラミック複合体と、 このセラミック複合体のいずれか少なくとも一方の表面
に貼着された１層あるいは２層以上の樹脂層と、 前記セラミック複合体の表面、前記樹脂層と樹脂層との
間、あるいは＠４４層の表面の少なくともいずれかに形
成されてなる導体回路とから構成されていることにその
特徴があり、これにより、熱伝導性に優れて強度が高い
電子回路用多層基板を提供することができるのである。

また、本発明に係る電子回路用多層基板は、そのいわば
バックボーンとなるセラミック複合体をその開放気孔内
に樹脂を充填した複合体として形成したので、所謂機械
加工性に借れ必要な場所にスルーホール等を容易に形成
することができる。

さらに、この電子回路用多層基板は、そのバックボーン
となっているセラミック複合体が熱伝導性に優れている
から、導体回路中に形成された印刷抵抗の負荷による発
熱があったとしても、この熱は容易に放散される。従っ
て、当該電子回路用基板内の印刷抵抗としては相当高い
負荷が掛けられるものをも採用することができるのであ
る。

さらにまた、本発明に係る電子回路用基板は、印刷抵抗
等が設けられた導体回路の表面に樹脂層を形成した場合
には、導体回路を樹脂層によって覆蓋した形となること
から、特に導体回路を構成する印刷抵抗の変動を防止し
、信頼性に優れた導体回路を形成することができる。そ
して、セラミック複合体はその開放気孔内に樹脂が充填
されたものであるから、これに貼付される樹脂層は当該
開放気孔内の樹脂と一体化するため、開放気孔内の樹脂
がアンカーとしての役割を果し、各樹脂層とセラミック
複合体とを強固に密着させることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明に係る電子回路用多層基板の拡
大縦断面を示しており、第１図は４層のもの、第２図は
４層であって一部にスルーホールを有するもの、第３図
は３層のもの、第４図は二層のセラミック複合体を使用
して形成したものをそれぞれ示している。 符　　　号　　　の　　　説　　　明 ｌＯ・・・電子回路用多層基板、１１・・・セラミック
複合体、１２・・・導体回路、１３・・・樹脂層、１４
・・・スルホール。 第１ｖ！Ｊ 、伯 第３図 第２図 スＩＪ小ゴし 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、結晶構造が三次元網目状であって開放気孔を有す
   る多孔質セラミック質焼結体の前記開放気孔中に樹脂が
   充填されてなるセラミック複合体と、 この複合体のいずれか少なくとも一方の表面に貼着され
   た１層あるいは２層以上の樹脂層と、前記セラミック複
   合体の表面、前記樹脂層と樹脂層との間、あるいは前記
   樹脂層の表面の少なくともいずれかに形成されてなる導
   体回路とから構成されてなる電子回路用多層基板。 ２）、前記セラミック質焼結体は、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｓ
   ｉＯ＿２、ＺｎＯ、ＺｒＯ＿２、ＭｇＯ、ＰｂＯ、Ｂ＿
   ２Ｏ＿３、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＢＮ、ＡｌＮあるいはこれ
   らの化合物から選択されるいずれか１種あるいは２種以
   上を主として含有する特許請求の範囲第１項に記載の電
   子回路用多層基板。 ３）、前記セラミック質焼結体は、その開放気孔率が１
   ０〜７０容積％の範囲内である特許請求の範囲第１項あ
   るいは第２項に記載の電子回路用多層基板。 ４）、前記開放気孔中に充填される樹脂は、エポキシ樹
   脂、ポリイミド樹脂、トリマシン樹脂、ポリパラバン酸
   樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ
   シリコン樹脂、アクリル酸樹脂、メタクリル酸樹脂、ア
   ニリン酸樹脂、フェノール樹脂、ウレタン系樹脂、フラ
   ン系樹脂、フッ素樹脂から選択されるいずれか１種ある
   いは２種以上の混合物である特許請求の範囲第１項〜第
   ３項のいずれかに記載の電子回路用多層基板。 ５）、前記セラミック質複合体の気孔率は１０容積％以
   下である特許請求の範囲１項〜第４項のいずれかに記載
   の電子回路用多層基板。 ６）、前記樹脂層は、無機繊維クロスに樹脂を含浸した
   ものである特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに
   記載の電子回路用多層基板。 ７）、前記樹脂層は、樹脂と無機繊維との混合物である
   特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の電子
   回路用多層基板。 ８）、前記導体回路は、印刷された抵抗を含んでいる特
   許請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載の電子回
   路用多層基板。