JPS6271295A - 多層セラミツク配線基板 - 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、高熱伝導多層セラミック配線基板に関するも
のである。

（従来技術とその問題点） 半導体技術の飛躍的な進展によって、ＩＣ，Ｌ８Ｉが産
業用、民需用に幅広く使用されるようにカラてきている
。

特に集積密度の高い、高速作動のＬＳＩの実装用基板と
して多層セラミック基板が注目されている。この多層セ
ラミック基板は直接ＬＳＩを実装することができ微細多
層配線が可能である。

一般にセラミック基板の材料としては、主にアルミナが
使用されているが、近年電気装置は一段と小型化され、
回路の高密度化が強く要求され、基板の単位面積当りの
素子や回路要素の集積度が高くなっている。一方Ｉ、８
　ＩＩＣおいては、高速作動を行なうに従いチップから
発生する熱が多量に力ってくる傾向にある。この結果、
゛基板の発熱が大幅に増加し、アルミナ基板では、熱の
放散性が十分でＦｉｔいという問題が生じている。その
ため、アルミナ基板よりも熱伝導率が大きく、熱の放散
性に優れた絶縁基板が必要になってきた。

そこで熱放散性に対して優れた材料として炭化ケイ素を
主成分としたセラミック基板が開発され之（特開昭５７
−１８０００６号公報）。炭化ケイ素はそれ自体電気的
に半導体に属し、比抵抗が１〜１０Ω・１程度で電気絶
縁性が々いため、絶縁基板としては用いることがでキ力
い。また炭化ケイ素は融点が高く非常に焼結しにくいの
で、通常焼結に際しては少量の焼結助剤を添加し、高温
で加圧するいわゆるホットプレス法により作られる。こ
の焼結助剤として酸化ベリリウムや窒化ホウ素を用いる
と、焼結助剤効果だけでなく、電気絶縁性九対しても有
効で炭化ケイ素主成分の焼結基板の比抵抗が１０１０Ω
・儂以上となる。しかし、Ｌ８Ｉ等の実装基板において
重要な要因の１つである誘電率はＩＭＨｚで４０とかな
り高く、添加剤を加えた絶縁性も電圧が５Ｖ程度になる
と粒子間の絶縁が急激に低下する九め耐電圧に対しても
問題がある。

又、ＢｅＯ粉末を用いて多層セラミック基板を作成する
ことは可能であるが有毒性である為実用上困難な面がで
てくる。

一方プロセス的観点からしてホットプレス法ヲ適用しか
ければ々らず、装置が犬がかりになるばかりで彦く、基
板の形状も大面積化は困難であり、表面平滑性に対して
も問題が多い。さらに炭化ケイ素系を用いたセラミック
基板においては、従来のグリーンシート法を用いたアル
ミナ多層セラミック基板技術を利用することはプロセス
的に極めて困難である。

ここでいうグリーンシート法多層セラミック基板技術と
は次に示す技術である。まずセラミック粉末を有機ビヒ
クルとともに混合し、スラリー化する。このスラリーを
キャスティング製膜法によシ１０μｍ〜４００μｍ程度
の厚みを有するシート金有機フィルム上に形成する。該
シートラ所定の大きさに切断し、各層間の導通を得るた
めのスルーホールを形成したのち、厚膜印刷法忙より所
定の導体パターンを形成する。これらの各導体パターン
を形成したセラミックグリーンシートを積層プレスし、
脱バインダ一工程を経て焼成する。

高密度実装基板として具備すべき主々性質としては、（
１）電気特性に対して誘電率が低く、誘電損失が小さく
、また電気絶縁性に優れていること、（２）機械的強度
が十分であること、（３）熱伝導性が高いこと、（４）
熱膨張係数がシリコンチップ等のそれに近いこと、（５
）表面平滑性が優れていること、および（６）高密度化
が容易であること等が必要である。

これらの基板性質全般に対して前述のセラミック基板は
決して十分力ものであるとはいえ々い。

一方、高熱伝導性基板の材料として窒化アルミニウムが
開発されている（特開昭５９−５００７７号公報など）
。しかし彦からこの材料も高温で暁給しなければならず
、ホットプレス法による作製方法が主流となっており、
まだ窒化アルミニウムを用いた多層配線基板は実現され
ていない。

（発明の目的） 本発明は、前述した従来のセラミック配線基板の欠点を
除去せしめて熱伝導性の優れた、内部に導体を有する高
密度、高熱伝導多層セラミック配線基板を提供すること
にある。

（発明の構成） 本発明によれば、セラばツクス構造体が窒化アルミニウ
ムを主成分とする多結晶体で構成され、導体層の主成分
がホウ化金属からなることを特徴とする高熱伝導多層セ
ラミック配線基板が得られる。

（構成の詳細な説明） 本発明は、上述の構成をとることにより従来技術の問題
点を解決した。

まず、多層セラミック基板を構成する絶縁セラミックス
材料として、熱伝導性の高い窒化アルミニウムを用いた
。この材料は焼成後、窒化アルミニウム多結晶の緻密力
構造体を形成する。高熱伝導率を得るためには焼結体の
含有酸素量が少ない刀が好ましくその為に添加物として
還元効果のある還元剤を入れることが好ましい。

次に、導体層に関しては、窒化アルミニウムで構成され
ているセラミックス層に複数の電源層、グランド層およ
び微細な信号線等の導体層を形成し、これらの接散の導
体層をセラミックス層中に設けたピアホールを介して電
気的に接続されてＡる。

したがって、実装基板の配線密度が非常に高められると
ともに、Ｌ８Ｉ等の素子から発生する熱を、効率的に外
部に放散することが可能となる。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。

第１図は本発明による高熱伝導多層セラミック配線基板
の実施例を示す説明図である。１は絶縁セラミックス層
であり、主成分として窒化アルミニウムの多結晶体で構
成されている。２は信号線および電源等の導体層であり
、ホウ化金属を主成分として形成されており、絶縁セラ
ミックス層に形成されたピアホール３を介して各層間を
電気的に接続している゛。このように構成されている多
層セラばツク基板上Ｅｌ−１Ｌ８Ｉチップがマウント出
来るようにダイパッド４およびポンディングパッド５が
形成され、該実装基板外に信号を増り出したり、基板内
へ信号を入れ念りするための入出力用パッド６が基板裏
面に形成されている。基板上にマウントされたＬＳＩチ
ップから発生する熱をダイパッド４を介してセラミック
基板内へ拡散させる。セラミック基板の熱伝導率が高い
ことによυ熱拡散が効率的に行なわれること九なり、Ｌ
ＳＩチップの発熱による高温化を防止することができる
。

本実施例の配線基板の製造方法は次のとおりである。本
発明の基板を構成しているセラミックス材料としては、
窒化アルミニウムの焼結性を高めるため添加物としてＣ
ａＣ２を混入させている。まず窒化アルミニウム粉末と
ＣａＣ２粉末とを秤量し、ボールミルにより有機溶媒中
での湿式混合を４８時間行彦うた。

この混合粉末をポリカプロラクトン系あるいはポリアク
リレート系樹脂等の中性雰囲気下で分解されやすい有機
バインダーとともに溶媒中に分散し粘度３０００〜７０
００ｃｐの範囲の泥漿を作成する。

該泥漿をキャスティング製膜法に工り１０μ罵〜２００
μｍ程度の均一な厚みＫなるように、有機フィルム上に
グリーンシートを作成する。

次にこのグリーンシートを有機フィルムから剥離したの
ち、各層間を電気的に接続するためのピアホールを形成
する。ここで形成したピアホールは、機械的にポンチお
よびダイを用いて打抜いたが、他にレーザー加工等の方
法によっても開けることが可能である。

ピアホールの形成されたグリーンシート上へ、窒素雰囲
気あるいは他の中性雰囲気あるいは還元雰囲気の下で焼
成した際、ホウ化金属となる化合物を主成分とした導体
ペーストをスクリーン印刷法により所定の位置に所定の
パターンを印刷する。

こうして導体を印刷した各グリーンシートを所望の枚数
積層し加熱プレスする。その後必要な形状になるように
カッターを用いて切断し、１４００℃〜２０００℃の温
度で非酸化性雰囲気中で焼成する。

焼成の際、その昇温過程で４００°Ｃ〜６００℃の温度
で脱バインダーを充分に行なり次。作製した試料に用い
た導体ペーストの組底を第１表に、試料の特性を第２表
に示す。

導体ペースト材料としてＨｆＢ２．ＭｏＢ、ＮｂＢ、Ｎ
ｂＢ２゜ＴａＢ、ＴａＢ２．ＴｉＢ２．ＶＢＩ、ＺｒＢ
およびＺｒＢ２を用いた。

ここに示した添加物（ＣａＣｔ）の量は窒化アルミニウ
ムを１００としたときの値である。またフリット量は導
体材料とフリッ、ト材料を合せた重量に対しての値であ
る。

作成した基板の電気的特性を測定した結果、比抵抗が１
０１１０φα以上であり、誘電率ｔ１８．７（ＩＭｋ）
、誘電損失はｌＸｌ０″″Ｓ以下（ＩＭＨｚ）であった
。電気的特性においても従来の基板に対して同程度以上
あり実装基板として十分であることがわかる。

一方添加物としてＣａＯ，ＢｅＯ，ＹＩＯＩ、ＣｕＯ，
ＡｇＯ。

ＢａＣ，、ＳｒＣ，、Ｎａ２Ｃ，、ＫｔＣ，、ＣｕＣ１
，ＭｇＣＩＡｇｔＣ１ｔＺ’Ｃ１等を用いた場合におい
ても窒化アルミニウムの焼結性を向上させる効果が得ら
れた。

（発明の効果） 実施例からも明らかなように、本発明によシ、容易に信
号線および電源層等を含めた導体を有する高密度々回路
を形成することが出来、熱放散性に対しても非常に有効
な高熱伝導多層セラミック配線基板が得られる。

従来用いられているアルミナ基板の熱伝導率は１７　Ｗ
／ｍＫであシ、本発明基板の熱伝導率が非常に高いレベ
ルであることがわかる。また熱膨張係数においては、ア
ルミナ基板が６５　ｘ　１０−７７　℃であるのに対し
て本発明基板は小さ力値をもち、よりシリコンチップの
熱膨張係数に近い値に々っており有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す高熱伝導多層上ラミッ
ク配線基板の概略図である。１・・・絶縁セラミック層
、２・・・導体層、３・・・ピアホール、４・・・ダイ
パツド、５・・・ポンディングパッド、６・・・入出力
用パッド。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス層を介して三次元的に導体が、形成
   された多層セラミック配線基板において、窒化アルミニ
   ウムを主成分とするセラミック層と、ホウ化金属を主成
   分とする導体とを備えていることを特徴とする多層セラ
   ミック配線基板。
2. （２）上記ホウ化金属が、ホウ化チタン、ホウ化タンタ
   ル、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ニオブ、ホウ化バナジ
   ウム、ホウ化モリブデンおよびホウ化ハフニウムから選
   ばれた１種もしくは２種以上の混合物である特許請求の
   範囲第１項記載の多層セラミック配線基板。