JPS6276596A - 多層セラミツク配線基板 - Google Patents

多層セラミツク配線基板

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JPS6276596A
JPS6276596A JP21536085A JP21536085A JPS6276596A JP S6276596 A JPS6276596 A JP S6276596A JP 21536085 A JP21536085 A JP 21536085A JP 21536085 A JP21536085 A JP 21536085A JP S6276596 A JPS6276596 A JP S6276596A
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JP
Japan
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multilayer ceramic
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ceramic
aluminum nitride
conductor
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JP21536085A
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嶋田 勇三
秀男 高見沢
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NEC Corp
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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。

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
のである〇 (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
てきている口 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L8Iを実装することができ微細多
層配線が可能である0一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
、基板の単位面積当シの素子や回路要素の集積度が高く
なっているロ一方L8I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、アルミナ基板よシも熱伝導率が犬き
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)0炭化ケイf、はそれ自体電気
的に半導体に属し、比抵抗が1〜10Ω・crn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0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10 Ω
・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つである誘電率はl MHz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
も問題がある口 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
でてくる〇 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、装置が犬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υ、表面平滑性に対して
も問題が多い0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。1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plOμm〜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。核
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0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%vj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、(褐  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
と等が必要である〇 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(vf開昭59−50077・板 号公璽など)。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ど
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
がチタン金属又はチタン金属と窒化チタンの混合物から
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如従来技術の問題
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i+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O 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02は信号線および電源等の導体層であり、チ
タン金属又はチタン金属と窒化チタンの混合物を主成分
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
号を取シ出したシ、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0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0セラミ
ツ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夛である。本
発明の基板yi=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
CaC1’)混入させているコ まず窒化アルミ−クム
粉末とCaC1粉末とを秤量し、ボールミルによシ有機
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マ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0該泥漿をキャスティ
ング製膜法によシ10μm〜200μn1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
作成するロス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0ここで形成したピアホールは1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、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、チタン金属又はチタン金属と窒化チタンの混
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
ーン剛刷法にょシ所定の位置に所定のパターンを印刷す
る口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℃
の偏置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’C〜600’Cの温度で脱バインダ
ーを充分に行なった0作製した基板の特\\じ 導体ペースト材料としてTi金属、TiH,およびTi
N’E用い九。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O】値である。ま
たフリット量は導体材料とフリクト材料を合せた重量に
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
00・α以上であり、誘電率は8.7(IMHz)、誘
電損失はl×10 以下(I ME(z )であった0
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。
一方添加瞼としてCab、 Bed、 Y2O2、Cu
b。
Ago、 BaC1、5rC1、Nap(4,Kg(4
、Cuc、 、 MgCtsAgtCz@ ZrC2等
を用いた場合において本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、本発明により、容易に信
号線およびt像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65X10/’C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〇
【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。l・・・絶縁セラミック層
、2・・・導体層、3・・・ピアホール、4・・・タイ
パッド、5・・・ポンディングパッド、6・・・入出力
用バッド〇

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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、チタン金属単体あるいは
    、チタン金属と窒化チタン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。
JP60215360A 1985-09-27 1985-09-27 多層セラミック配線基板の製造方法 Expired - Lifetime JPH0636474B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0417206A (ja) * 1990-05-09 1992-01-22 Murata Mfg Co Ltd 窒化アルミニウム多層基板の配線用ペースト
JPH0540129U (ja) * 1991-10-25 1993-05-28 積水化成品工業株式会社 組立箱

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JPS57180006A (en) * 1981-04-30 1982-11-05 Hitachi Ltd High thermally conductive electric insulator
JPS6077186A (ja) * 1983-09-30 1985-05-01 株式会社東芝 金属化表面を有するセラミツクス焼結体
JPS60173900A (ja) * 1984-02-20 1985-09-07 株式会社東芝 セラミツクス回路基板

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