JPS6285495A - 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々進展によって、ＩＣ，ＬＳＩが産
業用、民需用に幅広く使用されるように力ってきている
。

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Ｌ８Ｉ
においては、高速作動を打力うに従いチップから発生す
る熱が多量に々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
十分ではか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Ｃ特開昭５７
−１８０００６号公報Ｉ炭化ケイ紫はそれ自体電気的に
半導体に属し、比抵抗が１〜１０Ω・釧程度で電気絶縁
性が彦いため、絶縁基板としては用いることができない
。才だ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１０１°Ω・
ｍ以上と々る。しかし、ＬＳＩ等の実装基板において重
要力要因の１つである誘電率はＩＭＨｚ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粉末全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力面がで
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力
ければならず、装置が大がかりになるばかシでなく、基
板の形状も大面積化は困難であり、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より１０μｍ〜４００μｍ程度
の厚みを損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１（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忙近いこと、（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力い。

一方、高熱伝導性基板の材料として９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力ければならず
、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） 本発明によれば、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、導体層の主成分が窒
化ジルコニウムと炭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圧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Ｋは焼結体の
含有酸素量が少々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。２は信号線および電源等の導体層であり、窒
化ジルコニウムと炭化金属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Ｔ、ＳＩ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り
出したり、基板内へ信号を入れたシ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テツ（’Ｑ、、、、 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表われることになり、Ｌ８
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剤としてＣ
ａＣ，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、ボールミルにより有機溶媒中
での湿式混合を４８時間行行表た。

この混合粉末をポリカシ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法により１０μ屑〜２００
μｍ程度の均一な厚みに彦るように、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（８）　
　” 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、窒化ジルコニウムと炭化金属との混合物とが
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
し加熱プレスする。その後必要な形状に力るようにカッ
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°Ｃ〜６００℃の温度で脱バインダーを充分に
行なった。作製した試料のセラミックへの添加物及び導
体ペーストの組成を第１表に示し、その特性値を第２表
に示す。

（９）と 導体ペースト材料としてＺｒＮとＴａＣ、ＨｆＣ、ＵＣ
、ＺｒＣ。

ＴｉＣ，ＶＣおよびＮｂＣを用いた。ここに示した添加
物（ＣａＣ２）の量は窒化アルミニウムを１００とした
ときの値である。またフリット量は導体材料とフリット
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、比抵抗力１
０”　Ｑ−ｃｍ以上テアリ、誘電率は８．７　（Ｉ　Ｍ
Ｈｚ）、誘電損失はｌＸｌ０’−３以下（Ｉ　ＭＩＴｚ
　）であった。電気的特性においても従来の基板て対し
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。

−力添加物としてＣａＯ，ＢｅＯ，Ｙ２Ｏ３，ＣｕＯ，
Ａｇｏ、ＢａＣ２゜５ｒＣ２，Ｎａ２Ｃ２，Ｋ、Ｃ２，
ＣｕＣ，、ＭｇＣ２，Ａｇ２Ｃ，、ＺｒＣ２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力ように、本発明の構造を有するこ
とにより、容易に信号線および電源層等を含めた導体を
有する高密変力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力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６５　Ｘ　１０−７７Ｇであるのに対して
本発明基板は小さ々値をもち、よりシリコンチップの熱
膨張係数に近い値に々つており有利である。

【図面の簡単な説明】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、窒化ジルコニウム
   と炭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）上記炭化金属が炭化ジルコニウム、炭化タンタル
   、炭化ニオブ、炭化バナジウム、炭化ウラン、炭化ハフ
   ニウムおよび炭化チタンから選ばれた１種以上である特
   許請求の範囲第１項記載の多層セラミック配線基板。