JPS6276590A - 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，ＬＳＩが産
業用、民需用に幅広く使用されるようになってきている
。

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・１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、電気絶縁性に対しても有
効で炭化ケイ素主成分の焼結基板の比抵抗が１０１０Ω
・１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つである誘電率はｌ　ＭＨｚで４０とか
なシ高く、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
ことは可能であるが有毒性であるため実用上困難な面が
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シ、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ょＦ）１．０ｐｍ〜４００μｍ
程度の厚みを有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、Ｎ、膜印刷法に
よシ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
決して十分なものであるとはいえない。

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シ、
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、セラミッ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
が窒化ジルコニウムとホウ化金属との混合物からなるこ
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Ｋよ）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虎
。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Ｋは焼結体の
含有酸素量が少ない方が好ましくそのために添加物とし
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。

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九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シ、窒
化ジルコニウムとホウ化金属との混合物を主成分として
形成されてかう、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忙接続している。この
ように構成されている多層セラミック基板上にはＬＳＩ
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取
シ出し７たり、基板内へ信号を入れたシするための入出
力用バッド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り熱拡散が効率的に行な
われることになり、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
ａＣｇを混入させている。まず窒化アルミニウム粉末と
ＣａＣ，粉末とを秤量し、ボールミルによシ有磯溶媒中
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
００ｅｐ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１０ｐｍ〜２００．ａｍ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。

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唯、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。

ヒアホールノ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ｂは還元雰囲気の下で焼
成した際、窒化ジルコニウムとホウ化金属との混合物と
なる化合物を主成分とし念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′ｃ〜２０００ｔ：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％−ｔ４ｏｏ℃〜６００ｔ：の温度で脱バインダー
を充分に行なった。作成した試料に用いた導体ペースト
の組成を第１表に示し、試料の特性を第２表に示す。

以下金白 導体ペースト材料としてＺｒＮとＴＩＢ、、　ＴａＢ、
　。

ＺｒＢ　、ＺｒＢ、　、　ＶＢ、　、ＭｏＢ　、ＨｆＢ
、　、　ＮｂＢおよびＮｂ　Ｂ、を用いた。

ここに示した添加物（ＣａＣ，）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）−Ｉｔ
は導体材料と７リツト材料を合せた重ｉＫ対しての値で
ちる。

作成した基板の電気的特性を測定した結果、比抵抗が１
ｏ１１Ω・１以上であシ、誘電率は８．７（ＩＭＨｚ）
、Ｒ電損失はｌＸｌ０−’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Ｃｈ　Ｏ、Ｂ　ｅ　Ｏ、Ｙｔ　Ｏｓ　
、　Ｃｕ　Ｏ。

ＡｇＯ、ＢａＣ，、Ｓ　ｒｃｇ　、Ｎａ、Ｃ＠　、に＠
Ｃ，、ＣｕＣ＠　、　ＭｇＣ，。

Ａｇ　ｔＣｓ　＊　Ｚ　ｒ　Ｃ＠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、本発明の構造を有するこ
とによシ、容易に信号線および電源層等を含めた導体を
有する高密度な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１７Ｗ／
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６５Ｘ　１０−？／ｌ：であるのに対して本
発明基板は小さな値をもち、よシシリコンチップの熱膨
張係数に近い値になっておシ有利である。

【図面の簡単な説明】

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、窒化ジルコニウムと
   ホウ化金属との混合物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。
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種以上の物質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。