JPS6273798A - 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、多層セラミック基板、特ｔこモリブテンを導
体として利用する間熱伝導多層セラミック基板ｔこ関す
るものである。

（従来技術乏その問題点） 半導体技術の飛躍的な進展によ−・て、ＩＣ，ＬＳＩが
産業用、民需用ｌこ幅広く使用きれるようになってきて
いる７ Ｉ￥ｊに集積密度の高り、高速作動のＬＳＬ　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、王にアルミナが
使用されているが、近年電気装＃に一段と小型化され１
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口路安素の集積度が高くな
っている。一方ＬＳＩ　においては、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なってくる傾向ζ
こある。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。そのためアルミナ基板よりも熱伝４率が大き
く、熱の放散性Ｉこ浸九た絶縁基板が必要１（なってき
た。

そこで熱放散性ｌこ対してｌ’２ｆｉ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ｌ〜ｌＯΩ・ｃＩｊ
′Ｌ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。

また炭化ケイ素は融点か高く非常ｌこ焼結し！こくｈの
で、通常焼結ｌこ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ね、る
。この焼結助剤として酸化ベリリウムホ・ン や窒化Ｐイ素を用いると、焼結助剤効果たけでなく、電
気絶縁性ｆこ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ｌＯΩ・α以上となる。

しかしＬＳＩ等の実装基板において重要な要因の１つで
ある誘電率に１ＭＨｚ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 又−ＢｅＯ粉末を用いて多層セラミック基板を作成する
ことに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１０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、装噌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ｌこ対しても問題が多い。ざらｔこ炭化ケイ
素系を用いたセラミック基板ｌこおいては、従来のグリ
ーンシート法を用いたアルミナ多層セラミ、り基板技術
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ｆこ示す技術でおる。、筐ずセラミック粉末を有機
ビヒクルとともζこ混合し、スラリー化する。このスラ
リーをキャスティング表層性（こより１０μｍ＝４００
μｍ程度の厚みをイ■するシートを有機フィルム上ｌこ
形成する。該シートを所定の大きさζこ切断し、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Ｊ：り所定の導体パターンを形成する。こｎ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
ラ積層グレスし、脱バインタ゛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王な性質としては、（
１）遮気特性１・こ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、（
４７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ｌこ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♂はいえない。

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製方法が主流となっており、
オだ窒化アルミニウムを用いた多層配線基板に実装され
ていない。

（発明の目的） 本発明は熱伝導性が優れ、内部に導体を有する高密度、
高熱伝導多層セラミック基板を提供するこ七多こある。

（発明の構ｆｙ、） 本発明によれは、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、導体層の主成分がモ
リブテン力・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ｌこより従来技術の間
肩点を解決した。

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な
構造体を形成する。

高熱伝導率を得るためｆこ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める還
元剤を入れることが好ましい。

次に、導体／４４こ関しては、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１１！！源層。

グランド層および微細な信号線等に導体層を形成し、こ
れらの複合ｔへ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でいる。

したがって、実装基板の配線密度が非常に高めら九ると
ともに、ＬＳＩ　等の素子から発生する熱を、効率的ｌ
こ外部−こ放散することが司能となる。

（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ｒよ本発明による高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。ｌ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
さ九ている。２に信号線および電源等の導体層であり、
モリブテン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＃　ｒｉ
Ｊｊを電気的に接続している。このように構成されてい
る多層セラミックス基板上に’ｒｌＬｓＩ　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１八号を取り出した
り、基板内へ信号を入れたりするための入出力用バッド
６が基板裏面に形成さｎ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り熱拡散が効率的ζこ行なわれる
こと【こなり、ＬＳＩ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通りである。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ＣａＣ
２を混入させている。まず窒化アルミニウム粉末とＣａ
Ｃ２粉末とを秤社し　ボールミルにより有機溶塵中での
湿式混合を４８時間行なった。

この混合粉末をポリカプロラクトン系あるｂ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Ｉこ溶媒中に分散し粘度３０００〜７
０００ｃｐの範囲の泥漿を作成する。核泥漿をキャステ
ィング製膜法により１０μｍ〜２００μｍ程度の均一な
厚み（こなるようｔこ、有機フィルム以上ｌこグリーン
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１こめのピアホールを形成
する。ここで形成したピアホールに。

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Ｉこより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非酸化性雰
囲気の下で焼成した際、低抵抗のモリブテン金属になる
モリブデン粉末を用い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
し加熱しブレスする。その後必要な形状−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、その昇温溝
過程で４００℃〜６００℃　の温度で脱バインダーを充
分に行なった。作製した基板の特性を表に示す。

、　　　　Ｘ 以下余白 く〜 導体ペースト材料としてモリブデンーー；の粉末を使用
した。

ココｊ（：、示シたＣａＣ２量Ｆ′ｉ窒化アルミニウム
を１００　としたときの値である。オたフリット量に導
体材料とフリット材料を合わせた重量ζこ対しての値で
ある。

作ｂｙｂた基板の電気的特性を測定した結果、比抵抗が
ｌＯΩ・α以上であり、誘１率は８．７（ＩＭＨｚ）、
　　誘を損失１ｄｌＸ１０　　以下（ＩＭＨｚ）であっ
た。′賀気的特性Ｉこおいても従来の基板ｌこ対して同
程度以上あり実装基板として十分であるこおがわかる。

一方ｉ化アルミニウムの添加物としてＣａＯ１ＢｃＯ，
ＹＢＯ３、ＹｚＯ３，Ｃｕｂ、Ａｇｅ、ＢａＣｚ、５ｒ
Ｃｚ。

Ｎａｚｃｔ、、に２Ｃ２，ＣｕＣｚ、ＭｇＣｚ、ＡＪＺ
２Ｃ２，ＺｒＣｚ等を用いた場合〆こおいても窒化アル
ミニウムの焼結性を向上させる効果が与られた。

（発明の効果） 実施例からも明らかなように、本発明の多層セラミック
配線基板は容易ｌこ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
ζ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。

従来用いられているアルミナ基板の熱伝導率は１７Ｗ／
ｍＫ　’ｔ’あり、本発明基板の熱伝導率が非常番こ高
いレベルであることがわかる。また熱膨張係数ｌこおい
ては、アルミナ基板が６５Ｘ１０　　、／”Ｃ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。

【図面の簡単な説明】

第１図に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。１・・・・・・絶縁セラミンク
層、２・・・・・・導体層、３・・・・・・ピアホール
、４・・・・・夕゛イバッド、５・・・・・・ボンティ
ングバッド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　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モリブデン金属を主成分
   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。