JPS6226886A - セラミツクス質複合体からなる電子回路用基板 - 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
基板に関し、特に機械加工性および寸法精度に優れた電
子回路用基板に関する。

（従来の技術） 近年、電子回路用基板としては種々のものが知られかつ
実用化されてきており、例えばガラス−エポキシ複合体
、アルミナ質焼結体及びムライト質焼結体等が使用され
ている。そして、高集積化を促進する一つの方法として
シリコン集積回路などを直接基板に載置する実装方法が
検討されている。

しかしながら、ガラス・エポキシ複合体は熱膨張率が、
例えばシリコン集積回路のそれと大きく異なるため、当
該ガラス・エポキシ複合体からなる基板に直接載置する
ことのできるシリコン集積回路が極めて小さいものに限
られているばかりでなく、ガラス・エポキシ複合体より
なる基板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基板に対しては適
用することが困難である。

また、従来使用されている緻密質のアルミナ質焼結体や
ムライト質焼結体は硬度が高く機械加工性に著しく劣る
ため、例えばスルーホール等を設けるような機械加工が
必要な場合には、生成形体の段階で加工した後焼成する
方法が行なわれているが焼成時の収縮を均一に生じさせ
ることが困難であり、特に高い寸法精度が要求されるも
のや寸法の大きなものを製造することは困難であった。

ここで、上述のことを踏まえて、従来の技術による電子
回路用基板の欠点を、近年に至って要求されてきている
ことと併せて列記して見ると次の通りである。

■まず、従来使用されているアルミナ質焼結体及びムラ
イト質焼結体等の焼結体は、緻密状態で使用されている
ものであり、一旦焼結してしまった後ではその長所であ
る高い硬度が災いして、焼結後に機械加工によってスル
ーホールを形成することが非常に困難である。

く多アルミナ質焼結体及びムライト質焼結体等の緻密質
焼結体においては、その生成形体の状態で機械加工を施
せば上記■の欠点は解決されるが、焼成収縮による寸法
変化を考慮に入れた機械加工を予じめ施した後に焼成し
なけらばならないから、基板として大きなものが要求さ
れる場合には対処し切れない。

■なお、アルミナ質の緻密な焼結体の場合はその比重が
比較的大きく、例えばビデオカメラのような軽量化が望
まれている製品部品の電子回路用基板としては不向きで
ある。

■以上のような緻密質の焼結体に対して、ガラス・エポ
キシ複合体による電子回路用基板は機械加工性、大型化
及び軽量化の問題に対処することが可能ではある。しか
しながら、このガラスΦエポキシ複合体は熱伝導性に劣
るだけでなく、湿度があると膨潤するという決定的な問
題がある。一般に、電子部品は基板に対して固定し、基
板との配線に対して結線する必要があるが、このように
した後に基板が膨潤するようなことがあると、電子部品
が基板から離れたり、その結線が切れたりすることがあ
るのである。

■また、その基板上に抵抗を印刷したような電子回路用
基板にあっては、基板の膨潤に伴なって抵抗も膨張し、
その抵抗値が初期の設定値から大きくズしてしまうこと
がある。

［株］また、電子回路用基板は、各電子部品への電気的
信号に対しての応答性を良好にするために誘電損失が少
ない方がよい。この誘電損失はこれをできる限りゼロに
近付けられれば理想的である。

■上記の事を総合解決したものは皆無である。

（発明が解決しようとする問題点） 木発明は以北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、電子回路用基板を構成し
ている材料の各短所である。

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基板であって、機械加工を
容易に行なうことができ、しかも寸法精度に優れた電子
回路用基板を提供することにある。

本発明のさらに詳しい目的は、良好な機械加工性及び寸
法精度に優れていることば勿論、この種の電子回路用基
板に要求される種々な特性、すなわち、誘電損失が少な
いこと、高い強度を有していること、例えばチップオン
ボードタイプにあっては集積回路の熱膨張率と略等しい
熱膨張率を有して直接実装可能なこと、或いは熱伝導性
に優れて集積回路からの熱を良好に発散させることがで
きる等の諸特性を自由に選択することが可能な電子回路
用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） 以上の問題点を解決するために本発明が採った手段は、 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
質セラミックス質焼結体の前記開放気孔中に樹脂を充填
したことを特徴とするセラミックス質複合体からなる電
子回路用基板である。

以下に１本発明に係る電子回路用基板を更に詳細に説明
する。

本発明の電子回路用基板は、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ス質焼結体の
開放気孔中に樹脂を充填したことが必要である。

その理由は、従来′電子回路用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、木
発明の如き多孔質体は焼結後の機械加工性が著しく良好
であるからである。しかも、北記のようにセラミックス
質焼結体の結晶が三次元、網目構造となっていることに
よって、セラミックス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く、また上記セラミックス質
焼結体の開放気孔中に樹脂が充填されているため、電子
回路用基板として不可欠な気体不透過性を兼ね備えさせ
ることができるからである。　本発明に係る電子回路用
基板の多孔質体を構成する材料としては、Ａ　Ｍ、０３
、Ｓ　ｉ　Ｏ，、ＺｎＯ，ＺｒＯ。

、ＭｇＯ１ＰｂＯ１Ｂユ０３、Ｓ　＋１％、ＢＮ、ＡＩ
Ｎあるいはこれらの化合物から選択されるいずれか１種
または２種以上を主として含有することが好適である。

また、前記セラミックス質多孔質体は、平均粒径が１０
ｐｍ以下の結晶粒から構成されて、三次元網目状に結合
してい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。つまり、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ス質複合体は、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１０〜７０
容積％の範囲内であることが好適である。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
く劣化するからであり、一方７０容積％より大きいと実
質的な強度が殆どなくなり取扱い中にこわれ易くなるば
かりでなく、セラミックス本来の特性を発揮させること
が困難になるからである。

なお、以上のように構成した多孔質セラミックス質焼結
体を使用して構成される電子回路用基板に、良好な機械
加工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１例えば当該電
子回路用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
トのいずれか少なくとも１種とすることが有利である。

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集積回路の熱膨張率に
近づけることが容易だからである。なお、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、を子回路に必要とされる
熱膨張率を有した電子回路用基板を楯供することができ
る。

また、本発明に係る電子回路用基板に、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されるいずれか１種または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
。

さらに、本発明に係る電子回路用基板に、良好な機械加
工性及び寸法精度に加えて、特に誘電損失の少ないもの
が要求される場合には、ステアタイト、フォルステライ
ト、コージェライト、アルミナあるいはこれらの混合物
から選択されるいずれか１種または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。

以上のように構成した多孔質セラミックス質焼結体の開
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樹脂を単独あるいは混合し
て使用することができる。

また、上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ス質複合体は、その
気孔率が１０容積％以下であることが好ましい。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
路用基板として不可欠な気体不透過性を付与することが
困難だからであり、なかでも５容積％以下であることが
有利である。

さらに、本発明の電子回路用基板は、特に高い強度が要
求される場合には、前記基板の少なくともいずれかの面
に樹脂が含浸された無機繊維クロスを積層するか、ある
いは前記基板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が好ましい、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有利である。

次に、本発明に係る電子回路用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基板は、セラミトクス微粉末を
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した後、
この生成形体が焼成時に液相を生成する組成よりなって
いるものについては、その液相の生成量が５重社％以下
である温度域で焼成するか、あるいはこの生成形体が焼
成時に揮散を伴なう組成よりなっているものについては
揮散量を５重μ％以下に制御して焼成することによりセ
ラミックス質多孔質体となし、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、前記セラミックス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、例えばセラミックス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、セラミックス粉末に反
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、セラミックス粉末にガラスセメ
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、樹脂をモノマー状
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。

また、本発明に係るセラミックス質複合体に樹脂が含浸
された無機ｔａｒａクロスを積層する方法としては、樹
脂が充填された多孔質体と樹脂が含浸された無機繊維ク
ロスを重ねて加熱プレスすることにより積層する方法が
有利である。

また、ち該セラミックス質複合体に樹脂と無機繊維との
混合物を塗布する方法としては、スプレー、ハケ塗り等
種々な方法が使用でき、より強固に一体化させることが
できる。

なお、前記セラミックス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工性の良好
な多孔質体を得る上で、平均粒径が１０ｇｍ以下の微粉
末を使用することが有利である。その理由は、平均粒径
が１０＃Ｌｍ以と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
ことが困難になるからである。

（実施例） 次に１本発明を実施例及び比較例によって説明する。

火Ｊｉユ 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１−１〜１−３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〜ｌ−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３．７部ｍ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
着部、ステアリン酸０．５ｉ　３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。

この噴霧乾燥物を過酸採取し、金属製押し型を用いて１
．５ｔ／ａｍ″の圧力で成型し、直径４０ｍｍ、Ｈさｌ
ｌ１ｍ、密度１．９９ｇ／　ｃ　ｒｎ’　（５１容積％
）の生成形体を得た。

この生成形体をアルミナ製ルツボに挿入し、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／　ｃ　ｒｒｒ’、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１．５ｋｇ／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、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電値％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。

この複合体に超硬ドリル（ＷＣ−Ｃｏ）で直径０．８１
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。

また、この複合体の熱膨張率（０−１５０℃）は４．Ｑ
ＸｌＯ／’０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１０１４ΩＣ１ｌ以ヒ、
比誘電率は８．２（ＩＭＨ２）であり、電子回路用基板
として優れた特性を示した。

要するに、この実施例の電子回路用基板にあっては、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、
また焼成収縮が少なく製品となった場合の熱膨張率も低
いことから、寸法精度に優れているのである。さらに、
このシリマナイト（他の鉱物にあっても同様であるが）
を材料として形成した電子回路用基板にあっては、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たも
のとすることができるので、特にチップオンボードタイ
プの基板として好適なものとすることができるのである
。

丈１自１ヱ この実施例においても１上記の実施例１と同様に、第３
表及び第２表に示すように、これをさらに２−１〜２−
４の４種類に分けたが、以下の説明にあっては主として
実施例２−１について具体的に説明する。２−２〜２−
４の各実施例については、第３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。

実施例１と同様であるが、第３表に示した如き平均粒径
及び化学組成のアルミナ粉末を使用して得た結晶体を使
用して複合体を得た。得られた焼結体の密度は２．１２
ｇ／ｃｍ″、生成形体に対する線収縮率はいずれの方向
に対しても０．５±０．１％の範囲内であり、焼結体の
寸法精度は±５ｐｍ５ｐであった。すなわち、この焼結
体にあっては、その寸法精度が極めて高いのである。ま
た、得られた焼結体及び複合体の物性は第２表に示した
。

これにより、このようにして得られた電子回路用基板に
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、また焼成収縮が少なく製品となった場合の
熱膨張率も低いことから、寸法精度に優れているのであ
る。さらに、このＡＭ；、Ｏうを材料として形成した電
子回路用基板にあっては熱伝導率が第２表に示したよう
に大きく。

熱を良好に伝導することによって電子回路が発散する熱
を短時間内に放散させることができるのである。

実」０生】 平均粒径が０．８ｐｍで純度が９７重量％の窒化アルミ
ニウム粉末１００重量部に対し、ワックス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
量部およびベンゼン１００重量部を配合し、ボールミル
中で５時間混合した後噴秀乾燥した。なお、前記窒化ア
ルミニウム粉末は炭素を０．１６重量％、珪素を００１
重量％、鉄を０．１重量％、マグネシウムを０．０７！
−１％、酸化イツトリウムを５．６重量％含有していた
。

この噴霧乾燥物を適量採取し、金属製押し型を用いて１
．Ｑｔ／ｃｒｎ’の圧力で成形し、直径４０ｍｍ、厚さ
１■の生成形体を得た。

この生成形体を黒鉛製ルツボに装入し、大気圧下の窒素
ガス雰囲気中で１６００℃の温度で１時間焼成した。得
られた焼結体は、結晶が三次元網目構造で結合しており
、その密度は１．７９ｇ／　ｃ　ｒｒｆ、平均曲げ強度
は８．８ｋｇｆ／ｍゴであった。

次いで、この焼結体に実施例１と同様の方法でエポキシ
樹脂を含浸させて複合体を得た。

得られた複合体の特性は第２表に示した。

笈ム１」 平均粒径が２．１ｐｍ、　ＡＪＬ２０３が６０重量％、
Ｓ　ｉ　Ｏ，が５重量％、ＰｂＯが２２重量％、Ｂ２０
６が１３ｉｉ％の割合で配合されたガラスセラミック粉
末１００重量部に対し、ポリアクリル醜エステル１２重
量部、ポリエチレングリコール１重量部、解膠剤０．３
重ｉ部及び水７０重量部を配合し、ボールミル中で３時
間混合した後、ドクターブレード法で厚さｌｌｌ１１の
シート状に形成し、２４時間自然乾燥して密度が２．０
ｇ／ｃｍ’のグリーンシートを得た。

このグリーンシートを、実施例１と同様であるが、焼成
温度を８００℃に変えて焼結体を得た。

得られた焼結体の密度は、　　２．４ｇ／ｃｒｒｒ′、
結晶体の開放気孔率は３５容積％であった。

次いで、この焼結体に実施例１と同様の方法でエポキシ
樹脂を充填し、平均曲げ強度が２０　ｋｇｆ／ｍｒｎ’
の複合体を得た。

この複合体は、熱膨張率（０−１５０℃）が５．２Ｘ　
Ｉ　Ｏ／”０で、比電気抵抗が×１０１４ΩＣ１１以上
、比誘電率が９４（ＩＭＨ２）であり、電子回路用基板
として優れた特性を有しており、またドリル穿孔性にも
極めて優れていることが認められた。

χ」ｕ九） 実施例１で得られた複合体の片面にＢステージのエポキ
シ樹脂が含浸されたガラスクロスを重ねて約　１７０℃
の温度で加熱プレスしてエポキシ含浸ガラスクロスを桔
層した。

支ム涜」 実施例１で得られた複合体の片面に約３ＡＬｍ、長さが
約１＋ｉ曹のチョップ状ガラスファイバーとエポキシ樹
脂の混合物を約０，２鳳履の厚さで塗布し、Ｂステージ
まで硬化させた後約１７０℃の温度で加熱プレスして複
合体を得た。

実施例５及び６で得られた複合体は、いずれも強度が著
しく向上した。また、電子回路用基板としての特性及び
機械加工性については、実施例２で得られたものとほぼ
同等であり、電子回路用基板として極めて優れていた。

（発明の効果） 以上説明した通り１本発明に係るセラミックス質複合体
からなる電子回路用基板にあっては、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となっ
て開放気孔を有する多孔質セラミックス質焼結体の開放
気孔中に樹脂を充填したことにその特徴があり、これに
より軽量化あるいは高集積化に適していることは勿論の
こと、機械加工を容易に行なうことができ、しかも寸法
精度に優れるという従来の問題点の総合解決を果した電
子回路用基板を提供することができるのである。

また１本発明に係る電子回路用基板は、その材料、結晶
構造を適宜選択することによって、この種の基板に要求
される種々な特性を備えたものとして提供することがで
きる。すなわち、セラミックス賀焼結体の結晶構造が、
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か１種であれば、
例えばシリコン集積回路の熱膨張率と略等しい熱膨張率
として当該シリコン集積回路の直接実装が可能となり、
材料としてアルミナ、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されるいずれか１種また
は２種以上を主として含有するものとすれば、強度及び
高い熱伝導性に優れたものとしてち該集積回路からの熱
を良好に発散させることができ、さらに材料として、ス
テアタイト、フォルステライト、コージェライト、アル
ミナ等を使用すれば誘電損失の少ない電子回路用基板を
提供することができるのである。

（以上）

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ス質焼結体の前記開放気孔中に樹脂
   を充填したことを特徴とするセラミックス質複合体から
   なる電子回路用基板。 ２）、前記セラミックス質焼結体は、Ａｌ＿２Ｏ＿３、
   ＳｉＯ＿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種または２種以
   上を主として含有する特許請求の範囲第１項に記載のセ
   ラミックス質複合体からなる電子回路用基板。 ３）、前記セラミックス質焼結体は、その開放気孔が１
   ０〜７０容積％の範囲内であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項に記載の電子回路用基板。 ４）、前記セラミックス質複合体の気孔率は１０容積％
   以下であることを特徴とす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基板。 ５）、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、ポリパラパン酸
   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樹脂を単独あるい
   は混合したものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項〜第４項のいずれかに記載のセラミックス質複合
   体からなる電子回路用基板。 ６）、前記電子回路用基板は少なくともいずれかの面に
   樹脂を含浸した無機繊維クロスが積層されてなる特許請
   求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の電子回路用
   基板。 ７）、前記電子回路用基板は少なくともいずれかの面に
   樹脂と無機繊維との混合物が塗布されてなる特許請求の
   範囲第１項〜第６項のいずれかに記載の電子回路用基板
   。