JPS6276594A - 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Ｋなりてきている
。

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。

と小型化され、回路の高密度化が強く要求され、基板の
単位面積嶋りの素子や回路要素の集積度が高くなってい
る。一方ＬＳＩＩＣ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括れた（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。

また炭化ケイ素は融点〃Ｓ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８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２化ホウ素を用いると
、焼結助剤効果だけでなり、１に気絶練性に対しても有
効で炭化ケイ素主成分の焼結基板の比抵抗が１０１０Ω
・儂以上となる。

し力ｈシ、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１ＭＨｚで４０と力）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力）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る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、柑いたア
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
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ｆＡ膜法によりｌＯμｍ〜４００μｍ程
度の厚みを有するシートを有機フィルム士に形成する。

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、厚膜印刷法にょシ
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）！気持性に対して誘電率が低く、誘！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） 本発明てよれば、セラミック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
ニオブ金属又はニオブ金属２窒化ニオブの混合物からな
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。

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珊に複数の電源層、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生 られるとともに、ＬＳＩ等の素子から発オする熱を、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ち
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、ニ
オブ金属又はニオブ金属と窒化ニオブの混合物を主成分
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層セラミック基板上に１ｄ
ＬＳＩチツ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が基板裏面く形成されている。基板上
にマウントされたＬＳＩチップ力）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きせる。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、９．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
Ｃａ（ｌを混入させている。まず窒化アルミニウム粉末
とＣａＣｚ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
００ＣＩ）の範囲の泥Ｉｊｉを作成する。

核泥漿をキャスティング製膜法により１０μｍ〜２００
μｍ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。

窒素雰囲気あるいけ他の中性雰囲気あるいは還元雰囲気
の下で焼成した際、ニオブ金属又はニオブ金属と窒化ニ
オブの混合物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ブレスする。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、ここに示した添加物（ＣａＣ
ｚ）のｆ！：は屋化アルミニウムを１００としたときの
値である。またフリットｉは導体材料と７リツト材料を
合せた１孟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
０１１Ω・Ｃ・π以上であり、誘を軍は８．７（Ｉ　Ｍ
ｌ（ｚ　）、誘電損失は１×１０−以下（Ｉ　ＬｉＨｚ
　）であった。電気的特性におＡ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Ｃ，＋（Ｊ、）（ｅｏ、Ｙ２Ｏ５，Ｃ
ｕｂ。

Ａｇｅ、ｆ３ン＋Ｃｚ、５ｒＣｚ、Ｎａ２Ｃ２，にＩＣ
２，ＣｕＣｚ。

ＭｇＣｚ、　Ａｇ　ｚ　Ｃ２，’ｌｒ　Ｇ　ｚ　’＄ｆ
用イタ場合においても屋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） 実凡例からも明らかなように、本発明によジ、容易に信
号線およびＪＬ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１７　Ｗ
　／　ｍＫ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かる。また熱膨張係数においては
、アルミナ基板が６　ｓ　ｘ　１０−’／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−りており有利である。

【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・・・・・・絶縁セラミック層、２・・・・・・導体
層、３・・・・・・ピアホール、４・・・・・・ダイパ
ッド、訃・−・・・ポンディングパッド、６・・・・・
・入出力用バッド。 火工」１人ブ１埋士内原　　音

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 導体がセラミック層を介して三次元的に形成された多層
   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、ニオブ金属単体あるいはニオ
   ブ金属と窒化ニオブ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。