JPS6273796A - Multilayer ceramic circuit substrate - Google Patents

Multilayer ceramic circuit substrate

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JPS6273796A
JPS6273796A JP21534885A JP21534885A JPS6273796A JP S6273796 A JPS6273796 A JP S6273796A JP 21534885 A JP21534885 A JP 21534885A JP 21534885 A JP21534885 A JP 21534885A JP S6273796 A JPS6273796 A JP S6273796A
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JP
Japan
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multilayer ceramic
substrate
aluminum nitride
conductor
circuit substrate
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嶋田 勇三
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NEC Corp
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、多層セラミック基板、特に窒化バナジウムを
導体として利用する高熱伝導多層セラミック基板に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a multilayer ceramic substrate, particularly a highly thermally conductive multilayer ceramic substrate using vanadium nitride as a conductor.

(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,LSIが産
業用、民需用dこ1鴫広ぐ使用されるようになってきて
いる。
(Prior art and its problems) With the dramatic progress in semiconductor technology, ICs and LSIs have come to be widely used for industrial and civilian purposes.

特に集積密度の高い、高速作動のLl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。
In particular, multilayer ceramic substrates are attracting attention as substrates for mounting L1s with high integration density and high-speed operation. This multilayer ceramic substrate can directly mount an LSI, and allows fine multilayer wiring.

一般lこセラミック基板の材料としては、王にアルミナ
が使用されているが、近年電気装ytは一段と小型化さ
れ、回路の高密度化が強く要求され。
Generally, alumina is used as a material for ceramic substrates, but in recent years, electrical equipment has become even more compact, and there is a strong demand for higher circuit densities.

基板の単位面積当りの素子や回路要素の集積度があ・ 高くなっている。一方LSIに夕いては、間遠作動を行
なうに従いチップから発生する熟が多量になってくる傾
向にある。この結果、基板の発熱が大幅lこ増加し、ア
ルミナ基板でに、熱の放散性が十分ではないという問題
が生じている。そのため。
The degree of integration of elements and circuit elements per unit area of the board is increasing. On the other hand, in the case of LSI chips, there is a tendency for a large amount of ripening to occur from the chip as the chip is operated from a distance. As a result, the amount of heat generated by the substrate increases significantly, resulting in the problem that the alumina substrate does not have sufficient heat dissipation. Therefore.

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た(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・儂程度で電気絶縁性がないため、絶
縁基板としては用いることができない。
There was a need for an insulating substrate with higher thermal conductivity and better heat dissipation than alumina substrates, so a ceramic substrate mainly composed of silicon carbide was developed as a material with excellent heat dissipation. (Japanese Unexamined Patent Publication No. 180006/1983). Silicon carbide itself electrically belongs to a semiconductor, has a specific resistance of about 1 to 10 Ω·min, and has no electrical insulation properties, so it cannot be used as an insulating substrate.

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lこ際しては少食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、′r!L気絶縁気絶対性て
も有効で炭化ケイ素主成分の焼結基板の比抵抗が100
・α以上となる。
In addition, silicon carbide has a high melting point and is extremely difficult to sinter.
Normally, sintering is carried out by adding a sintering aid with a small amount and using a so-called hot press method in which the sintering agent is pressurized at high temperature. When beryllium oxide or boron nitride is used as this sintering aid, it not only has the effect of the sintering aid but also 'r! L gas insulation is also effective, and the specific resistance of the sintered substrate mainly composed of silicon carbide is 100.
・It becomes more than α.

しかし、LSI等の実装基板において重要な要因の1つ
である誘を率は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
が急激に低下するため耐電圧に対しても問題がある。
However, the dielectric constant, which is one of the important factors in mounting boards such as LSI, is quite high at 40 at IMHz, and even with the addition of additives, the insulation between particles decreases rapidly when the voltage reaches about 5V. Therefore, there is also a problem with the withstand voltage.

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。
Furthermore, although it is possible to create a multilayer ceramic substrate using BeO powder, it is difficult in practice due to its toxicity.

一方プロセス的観点からしてホットプレス法を適用しな
ければならず、装置が大がかりになるばかりでなく、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。さら正こ炭化ケイ素糸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。
On the other hand, from a process point of view, a hot press method must be applied, which not only increases the size of the apparatus, but also makes it difficult to increase the shape of the substrate, and there are many problems with surface smoothness. For ceramic substrates using smooth silicon carbide threads, it is extremely difficult to use alumina multilayer ceramic substrate technology using the conventional green sheet method.

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り10μm−400μm程度
の厚みを1するシートを有機フィルム上に形成する。該
シートを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、厚膜印刷法により所
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ラ積層プレスし、
脱パインダ一工程を経て焼成する。
The green sheet multilayer ceramic substrate technology referred to herein is the following technology. First, ceramic powder is mixed with an organic vehicle to form a slurry. A sheet having a thickness of about 10 μm to 400 μm is formed on an organic film by casting this slurry. After cutting the sheet into a predetermined size and forming through holes for establishing electrical conduction between each layer, a predetermined conductor pattern is formed by thick film printing. Ceramic green sheets laminated and pressed to form each of these conductor patterns,
After one step of de-pindering, it is fired.

高密度実装基板として具備すべき王な性質としては、(
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lこ近いこと、(
5)表兼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。
The main characteristics that a high-density mounting board should have are (
1) Low dielectric constant with respect to electrical properties, low dielectric loss, and excellent electrical insulation, (2) Sufficient mechanical strength, (3) High thermal conductivity, ( 4)
The coefficient of thermal expansion is close to that of silicon chips, etc. (
5) It must have excellent surface and smoothness, and (6) It must be easy to increase the density.

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
決して十分なものであるとはいえない。
The above-mentioned ceramic substrates cannot be said to be sufficient in terms of these substrate properties in general.

一方、高熱伝導性基板の材料として窒化アルミニウムが
開発されているし特開昭59−50077号公報など)
。しかしながらこの材料も高温で焼結しなければならず
、ホットプレス法による作表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。
On the other hand, aluminum nitride has been developed as a material for highly thermally conductive substrates (Japanese Patent Laid-Open No. 59-50077, etc.)
. However, this material also has to be sintered at high temperatures, and the mainstream tabulation method is the hot press method.
A multilayer wiring board using aluminum nitride has not yet been realized.

(発明の目的) 本発明は熱伝導性が優れ、内部に導体8Mする高密度、
高熱伝導多層セラミック基板を提供することにある。
(Objective of the invention) The present invention has excellent thermal conductivity, high density conductor of 8M inside,
An object of the present invention is to provide a multilayer ceramic substrate with high thermal conductivity.

(発明の構成) 本発明によれば、セラミックス層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、導体層の主成分が窒
化バナジウム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。
(Structure of the Invention) According to the present invention, there is provided a highly thermally conductive multilayer ceramic wiring board characterized in that the ceramic layer is composed of a polycrystalline body containing aluminum nitride as the main component, and the conductor layer is composed of vanadium nitride as the main component. can get.

問題点を解決した。Solved the problem.

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な
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方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。
First, aluminum nitride, which has high thermal conductivity, was used as the insulating ceramic material constituting the multilayer ceramic substrate. After firing, this material forms a dense structure of polycrystalline aluminum nitride. In order to obtain high thermal conductivity, it is preferable that the amount of oxygen contained in the sintered body is small, and therefore it is preferable to add a reducing agent having a reducing effect as an additive.

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、これらの複数の導
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
気的に接続されている。
Next, regarding the conductor layer, multiple conductor layers such as a power supply layer, a ground layer, and fine signal lines are formed on a ceramic layer made of aluminum nitride, and these multiple conductor layers are provided in the ceramic layer. It is electrically connected via a peer hole.

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、LSI 等の素子から発生する熱を効率的に外
部lこ放散することが可能となる。
Therefore, the wiring density of the mounting board can be greatly increased, and the heat generated from elements such as LSI can be efficiently dissipated to the outside.

(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。
(Example) Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明−こよる篩熱伝導多層セラミック基板の
実施例を示す説明図である。1は絶縁セラミックス層で
おり、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、
窒化バナジウム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lこ構成されている
多層セラミック基板上にuLsl チップがマウント出
来るようにダイパッド4およびホンディンクバ。
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of the sieve heat conductive multilayer ceramic substrate according to the present invention. Reference numeral 1 denotes an insulating ceramic layer, which is mainly composed of polycrystalline aluminum nitride. 2 is a conductor layer for signal lines, power supply, etc.;
It is formed mainly of vanadium nitride, and the layers are electrically connected through peer holes 3 formed in the insulating ceramic layer. The die pad 4 and the main board are arranged so that the uLsl chip can be mounted on the multilayer ceramic substrate having this structure.

ド5が形成され、該実装基板外に信号を取り出したり、
基板内へイ百号を入れたりするための入出刃用パッド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ターイバッド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り熱拡散が効率的iこ行なわれるこ
とになり、LSIチップの発熱−こよる高温化を防止す
ることができるO 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剤として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、ボールミル番こより有機溶媒
中での湿式混合全48時間行なった。
A board 5 is formed to take out signals outside the mounting board,
Pad for entering and exiting blades 6 for inserting No. 100 into the board
is formed on the back side of the board. Heat generated from the LSI chip mounted on the substrate is diffused into the ceramic substrate via the tie pad 4. Due to the high thermal conductivity of the ceramic substrate, heat diffusion is carried out efficiently, and it is possible to prevent the heat generation of the LSI chip from increasing in temperature. It is as follows. Ceramic materials constituting the substrate of the present invention include:
C as an additive to improve the sinterability of aluminum nitride
Contains aC2. First, aluminum nitride powder and CaC2 powder were weighed and wet mixed in an organic solvent using a ball mill for a total of 48 hours.

この混合粉末をポリカブ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M機
バインダーとともに溶媒中(こ分散し粘度3000〜7
000epの範囲の泥漿を作成する。該泥漿をキャステ
ィング製膜法により10μm〜200μm程度の均一な
厚みになるように、有機フィルム上にグリーンシートを
作成する。
This mixed powder is dispersed in a solvent (with a viscosity of 3,000 to 7
Create a slurry in the range of 000ep. A green sheet is formed on an organic film using the slurry casting method so as to have a uniform thickness of about 10 μm to 200 μm.

次lここのグリーンシートを有機フィルムかう剥離した
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接続ボ/
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。
Next, after peeling off the green sheet using an organic film, pier holes are formed to electrically connect each layer. The peer hole formed here is mechanically connected to the
Although it was punched out using a chip and a die, it is also possible to open it using other methods such as laser processing.

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ha元雰囲気の下で焼
成した際、窒化バナジウムになるバナジウム化合物を主
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f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。
A conductive paste mainly composed of a vanadium compound, which becomes vanadium nitride when fired in a nitrogen atmosphere, other neutral atmosphere, or halide atmosphere, is applied onto the green sheet with peer holes in a predetermined shape by screen printing. A predetermined pattern is printed on the position f. A desired number of green sheets having conductors printed thereon are laminated and hot pressed.

その後必要な形状ζこ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℃〜60
0℃の温度で脱バインダーを充分に行なった。
Thereafter, it is cut into the required shape ζ using a cutter and fired in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 1400°C to 2000°C. During firing, the temperature rises from 400℃ to 60℃.
The binder was sufficiently removed at a temperature of 0°C.

作製した基板の特性を表に示す。The characteristics of the fabricated substrate are shown in the table.

導体ペースト材料として、VN、V)L VF3および
VCC20を用いた。
VN, V)L VF3 and VCC20 were used as conductor paste materials.

ここに示したCaC2量は窒化アルミニウムを100と
したときの値である。またフリット量に導体材料とフリ
ット材料を合せた重ftlこ対しての値である。
The amount of CaC2 shown here is a value when aluminum nitride is taken as 100. Also, the value is based on the weight ftl, which is the frit amount plus the conductor material and the frit material.

作成した基板の電気的特性を測定した結果、比抵抗が、
 o 11 Ω、□以上であり、誘電率は8.7 (1MHz)、誘電損失fllXlO以下(1MHz)
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。
As a result of measuring the electrical characteristics of the created board, the specific resistance was
o 11 Ω, □ or more, dielectric constant 8.7 (1MHz), dielectric loss less than fllXlO (1MHz)
Met. It can be seen that the electrical characteristics are also at least the same as those of conventional boards, and are sufficient as a mounting board.

一方窒化アルミニウムの添加物としてCab、 Be0
5Y203. Cub、 Age、 BaCz、 5r
C2、Na2C2,K2C2、CuC2,MgC2,A
gC2,ZrCz 等を用いた場合においても窒化アル
ミナ基板の焼結性を同上させる効果が得られた。
On the other hand, as additives for aluminum nitride, Cab, Be0
5Y203. Cub, Age, BaCz, 5r
C2, Na2C2, K2C2, CuC2, MgC2, A
Even when gC2, ZrCz, etc. were used, the effect of improving the sinterability of the alumina nitride substrate was obtained.

(発明の効果) 実施例からも明らかなようkこ1本発明の多層セラミッ
ク配線基板は容易に信号線および電源層等を含めた導体
を有する高密度な回路を形成することが出来、熱放散性
tこ対しても非常に有効な高熱伝導多層セラミック基板
が得られる。
(Effects of the Invention) As is clear from the examples, the multilayer ceramic wiring board of the present invention can easily form a high-density circuit having conductors including signal lines and power supply layers, and has excellent heat dissipation. A highly thermally conductive multilayer ceramic substrate is obtained which is very effective in terms of temperature and temperature.

従来用いられているアルミナ基板の熱伝導率は17W/
mKであり5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65X]OIc であるのに対して本発明基
板は小さな値をもち、よりシリコンチップの熱膨張係数
に近い値になっており有利である。
The thermal conductivity of the conventionally used alumina substrate is 17W/
It can be seen that the thermal conductivity of the substrate of the present invention is at a very high level. In addition, the thermal expansion coefficient of the alumina substrate is 65X]OIc, whereas the substrate of the present invention has a small value, which is advantageous because it is closer to the thermal expansion coefficient of a silicon chip.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す高熱伝導多層セラミッ
ク基板の概略図である。I・・・・・−絶縁上ラミック
層、2・・・・・・導体層、3・・・・・・ピアホール
FIG. 1 is a schematic diagram of a highly thermally conductive multilayer ceramic substrate showing an embodiment of the present invention. I...-Insulating Lamic Layer, 2...Conductor Layer, 3...Pier Hole.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  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窒化バナジウムを主成分
とする導体とを備えたことを特徴とする多層セラミック
配線基板。
A multilayer ceramic wiring board comprising a ceramic layer containing aluminum nitride as a main component and a conductor containing vanadium nitride as a main component.
JP21534885A 1985-09-27 1985-09-27 Multilayer ceramic circuit substrate Granted JPS6273796A (en)

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JPH0415637B2 JPH0415637B2 (en) 1992-03-18

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57180006A (en) * 1981-04-30 1982-11-05 Hitachi Ltd High thermally conductive electric insulator
JPS6077186A (en) * 1983-09-30 1985-05-01 株式会社東芝 Ceramic sintered body with metallized surface
JPS60173900A (en) * 1984-02-20 1985-09-07 株式会社東芝 Ceramic circuit board

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JPH0415637B2 (en) 1992-03-18

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