JPS6276593A - 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、高熱伝導子ｈセラミック配宏基叛に関するも
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８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［ｉｊ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、近年上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
素子や回路要求の喚積度が高くなっている。一方ＬＳＩ
においては、高速部を行なうに従いテップ力）ら発生す
る熱が多：、；−になっでくる順向ＣＣ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＋：二ｉ題が生じている。

そのため、アルミナノ、（板よりも払伝導率が大きく、
熱の放散性に優れたＰ２縁基板が必要になってきた。

そこでハ放敗性に対して優れた材料として炭化ケイ素そ
生成分とし１こセラミック基板が開発された（゛侍開昭
５７−１８ｏｎｏ６号公報）。炭化ケイ素はそれ白ｆｋ
、江気的に半導体に属し、比抵抗が１〜１０Ω・α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ょ９作られる。この焼
結助剤として酸化べ１７　ｊ７ウムや窒化ホウ素を用い
ると、焼結助剤効果だけでなく、電気絶縁性例対しても
有効で炭化ケイ素主成分の焼結基板の比抵抗が１０１０
０・ｍ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
である誘を率は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Ｒが急
激に低下するため耐電圧に対しても問題がある。

又、ＢｅＱ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ク）プレス法ヲ適用しな
ければならず、装置が犬ががり例なるばかジでなく、基
板の形状も大面攬化は困難であジ表面平滑性に対しても
開角が多い。さらに炭化ケイ素系を用いたセラミック基
板におＶ−（は、従来のグリーンシート法を用すたアル
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
的に甑めて困難である。

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
け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、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Ｒ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）
。し力）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
、まだ窒化アルミニウムを用いた多層配腺基叛は実現さ
れていなり０（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、セラミツｚｉ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
バナジウム金属又はバナジウム金属と窒化バナジウムの
混合物からなることを特徴とする高熱伝導多、パａ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、熱伝導性の高り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。亮熱云４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。

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
倣細な信号線等の導体層を形成しこれらの複数の導体層
をセン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重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ｔ源等の導体層であり、バ
ナジウム金属又はバナジウム金属と窒化バナジウムの混
合物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１セラミッ
ク基板上にはＬＳＩチ、グ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り熱拡散が効
率的に行なわれることになり、Ｌ　Ｓ　Ｉ　チップの発
熱による高温化を防止することができる。

本実施例の配線箔版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
ＣａＣ２を混入させている。まずｌ化アルミニウム粉末
とＣａＣｘ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
００Ｃｐの範囲の泥漿を作成する。該泥漿をキャスティ
ング製膜性により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。

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、バナジウム金属又はバナジウム金属と窒化バ
ナジウムの混合物となる化合物を主成分とした導体ベー
ス）％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℃〜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。

導体ペースト材料としてはＶ、ＶＮおよびＶＨを用いた
。ここに示した添加′吻（ＣａＣｘ）の童は窒化アルミ
ニウム１１００としたときの１直である。

また７リツト！には導体材料とフリット材料を合せた重
量に対しての頭である。

作成した基板の電気的特性を測定した結果、比抵抗が１
０１１Ω・ｍ以上であｐ、、訪電率は８・７（ＩＭＨｚ
）、ｇ電損失は１×１０　以下（ｌへ、ＩＨｚ）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Ｃａｂ、Ｂｅｄ、Ｙ２Ｏ３，Ｃｕｂ。

ＡｇＯ＊　ＤａＣ２，５ｒＣＢ　Ｎａ２ＣＬ　Ｉ（２Ｃ
２，ＣｕＣｘ。

Ｍｇ　２　Ｃ２、Ａｇ　２ｃｚ、　ＺｒＣｚ等を用イタ
場合ニオイテもｕ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、本発明により、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
な高熱伝導冬場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
　／　ｍ　ｋであり、　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力）る。また熱膨張係数にお
いては、アルミナ基板が６５　Ｘ　１０”／　’Ｃであ
るのに対して本発明基板は小さな値をもぢ、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図は本発明の一実施例を示す高熱伝導多層セラミッ
ク配線基板の概略図である。 １・・・・・・絶縁セラミック膚、２・・・・・導体層
、３・・・・ピアホール、４・・・・・ダイパッド、５
・・ポンディングパッド、６・・・・・入出力用パッド
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミック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、バナジウム金属単体あるいは
   バナジウム金属と窒化バナジウムの混合物を主成分とす
   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。