JPS63252456A - 多層セラミツク基板構造体とその製造方法 - 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〕 本発明は多層セラミック基板構造体とその製造方法に関
し、特に実装されたＩＣ，ＬＳＩ等からの発生熱を冷却
することが必要な多層セラミック基板構造体とその製造
方法に関する。

〔従来の技術〕　。

近年、コンピュータ、通信・周辺端末装置等々の小型化
、高性能化を実現するためのＩＣ。

ＬＳＩの発展は、半導体技術の飛躍的な進歩によりめざ
ましいものがある。特に、集積密度の高い高速作動のＬ
ＳＩ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。

従来の一般的なグリーンシート法を用いた多層セラミッ
ク基板構造体の製造方法を示すと次のとおりである。

まず、セラミック粉末に有機高分子バインダー、可塑剤
、溶媒等を加えてボールミル、ホモジナイザー等により
スラリーを製造し、このスラリーをドクターブレード法
、ロール法等のキャスティング成膜法でグリーンシート
と称する５０〜３００μｍ程度の厚みを有するセラミッ
ク生テープを製造する。

このグリーンシートを所定の大きさに切断し、各層間及
び外部回路との導通を得るためのスルーホールをスルー
ホール形成金型により所定の箇所に形成する。

次に、このグリーンシートにスクリーン印刷法により、
＾Ｕペースト、　Ａｇペースト、＾ｇ−Ｐｄペース）、
Ｃｕペースト、　Ｍｏ−Ｗペースト等の少なくとも一つ
の導電ペーストを所定の回路パターンスクリーンで印刷
する。この時、孔明けしたスルーホールにも導体ペース
トが充填される。

これらの各回路パターンを形成したグリーンシートをプ
レス金型中に積み重ね適正な圧力および温度のもとてプ
レス熱圧着する。

こののち、多層セラミック基板構造体の最終形状に切断
し、脱バインダ一工程を経て焼成し多層セラミック基板
構造体を得る。

このセラミック基板の材料としては、主にアルミナおよ
びガラス−アルミナが使用されているが、近年、電気・
電子装置は一段と小型化、高密度化され、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においても作動が高速になるに従いＬＳＩ
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、必然的に基板の発熱密度が大幅に増大し、ア
ルミナおよびガラス−アルミナ基板では熱の放散が十分
でないという問題が生じている。そのため、熱放散性の
優れた絶縁基板の開発や高効率の基板冷却システムの開
発が必要になってきている。

熱放散性の優れた絶縁基板の開発としては、熱伝導率の
高い炭化ケイ素、ベリリア、窒化アルミニウム等の絶縁
材料が検討されているが、従来のグリーンシート法を用
いた多層セラミック基板技術を利用することはプロセス
的に難しく今−歩の段階である。

従って、グリーンシート法による多層セラミック基板構
造体に対しては強制冷却が必要である。

この強制冷却方法としては第４図に示すように、ＬＳＩ
チップ１３等を取付けな多層セラミック基板構造体全体
をヒートシンク１８等により強制空冷する方法と、第５
図に示すように、液体冷却モジュール１９を付加し、Ｌ
ＳＩチップ１３の熱を上部から放熱筒２０に吸収させ、
熱伝導ブロック２１を通して冷却水に伝える方法とがあ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の多層セラミック基板構造体は、取付けら
れたＬＳＩチップ１３等の冷却を、ヒートシンク１８等
を付加して強制空冷するか、液体冷却モジュール１９を
付加して冷却する構成となっているので、強制空冷によ
る方法においては冷却効果が十分でないという欠点があ
り、液体冷却モジュールによる方法においては価格が高
くなるなどの欠点がある。

本発明の目的は、冷却効果が高く、しかも安価にできる
多層セラミック基板構造体とその製造方法を提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本箱１の発明の多層セラミック基板構造体は、少なくと
もパターン配線及びこのパターン配線と接続するスルー
ホール導体並びに外部回路と接続するためのスルーホー
ル導体のうちの１つが形成され、積層焼結された複数の
セラミック基板を含む基板積層体と、この基板積層体の
内部に形成されこの基板積層体の外表面に開口部をもつ
冷却用の空孔路とを有している。

本第２の発明の多層セラミック基板構造体の製造方法は
、少なくともパターン配線及びこのパターン配線と接続
するスルーホール導体並びに外部回路と接続するための
スルーホール導体のうちの１つが形成されたグリーンシ
ートの基板を複数枚形成する工程と、前記基板よりわず
かに大きい外形寸法のフィルム上に所定の温度で熱分解
し飛散する感光性樹脂を所定の厚さに塗布し、この感光
性樹脂をホトマスクを用いて所定の形状に加工し空孔路
パターン層を形成する工程と、前記空孔路　パターン層
をフィルム上から剥離して前記複数の基板の所定の間に
挟んで積層し熱圧着して基板積層体を形成する工程と、
前記基板積層体を所定の温度で加熱し、前記空孔路パタ
ーン層を分解飛散させ前記基板積層体の外表面に開口部
をもつ空孔路を形成する工程とを有している。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本第１の発明の多層セラミ・ンク基板構造体の
一実施例を示す断面図である。

基板積層体１２は、少なくとも、各層の回路を形成する
ためのパターン配線４、このパターン配線４と接続し外
部回路又は他の層のパターン配線と接続するためのスル
ーホール３のうちの１つが形成され、また必要に応じて
これらパターン配線４と接続する回路素子が取付けられ
た複数のセラミック基板１１ｍ、１１ｂが積層焼結され
た構造となっている。

この基板積層体１２には、内部に取付けられた回路素子
や外表面に取付けられたＬＳＩチ・ンブ等の発生熱を除
去するために、外表側面に開口部をもつ冷却用の空孔路
９が網目状に設けられて１Ａる。

第２図は本第１の発明の一実施例の使用例を示す一部切
欠き斜視図である。

基板積層体１２の上表面には、ＬＳＩチ・ンブ１３が複
数個取付は接続されている。

側面には、空孔路９の開口部とつながった冷媒貫通路１
５を設けたフランジ１４が取付けられ、冷媒貫通路１５
とつながった流体コネクタ１６から冷媒を空孔路９に導
き、ＬＳＩチップ１３等を冷却するようになっている。

第３図は本第２の発明の多層セラミック基板構造体の製
造方法の一実施例を説明するための製造工程順に示した
多層セラミック基板構造体の断面図である。

セラミック基板の絶縁材料としては、１５００℃以上の
水素還元雰囲気中で焼結でき、モリブデン又はタングス
テン等の導体の使用が可能なアルミナ粉末、あるいは１
０００℃以下の酸化性雰囲気中で焼結でき、金、銀−パ
ラジウム、金−白金、銀−白金、銀等の導体の使用が可
能なガラス−アルミナ粉末等が使用できる。

本実施例では、後者の低温焼結多層セラミック基板用の
ガラス−アルミナ粉末を絶縁材料として用いた。

まず、このガラス−アルミナ粉末に有機高分子バインダ
ー、可塑剤、溶媒等を混合しキャスティング法によりグ
リーンシートの素板を製造する。

次に、第１図（ａ）、（ｂ）に示すように、このグリー
ンシートの素板を所定の大きさに切断してグリーンシー
ト１を作り、金型３０−．３０ｂによりスルーホール２
を孔開けしたのち、第１図（ｃ）、（ｄ）に示すように
、金、銀−パラジウム等の導体ペーストをスクリーン印
刷し、所望の回路のパターン配線４及びスルーホール導
体３が形成された基板１０−．１０ｂを得る。

次に、第３図（ｅ）〜（ｇ＞に示すように、基板１０−
．１０ｂより少し太き目の外形寸法のポリエステル等の
フィルム６上に光重合型感光性樹脂５をコーティングし
、その上に所定のパターンのホトマスク７を密着させ、
光を照射して露光した後現像処理を行ない所定の形状の
空孔路パターン層８を形成する。

光重合型感光性樹脂５としては、光重合性オリゴマー又
は光重合性モノマーと光重合開始剤とを含むような感光
性樹脂や、光重合性オリゴマー又は光重合性モノマーと
結合剤である高分離化合物および光重合開始剤とを含む
感光性樹脂がある。

具体的な例としては次のようなものが揚げられる。

光重合性オリゴマー又は光重合性モノマーとしては、ア
クリロイン基（ＣＨ２＝ＣＨ−Ｃｏ−）　、メタクリロ
イル基（ＣＯ３−Ｃ（ＣＨ３）−Ｃ０−）　、ビニルエ
ーテル基（ＣＨ２＝ＣＨ−０−）、ビニル基（ＣＨ２＝
Ｃ）Ｉ−）、アリル基（ＣＩ＝　ＣＨ−Ｃ１２−）を二
つ以上含んでいる多官能性モノマー又はオリゴマーがあ
り、高分子化合物としては、ペンタエリトリトールトリ
アクリレート、ペンタエリトリトールジアクリレート、
トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレング
リコールジアクリレート、トリエチレングリコールジア
クリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート
、Ｎ、Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、アルキレン
グリコールジアクリレートなどがある。

また、光重合開始剤としては、ベンゾインおよびベンゾ
イン誘導体であるベンゾインアルキルエーテルやベンジ
ン、ベンゾフェノンおよびこれらの誘導体、アルキルア
ントラキノン・アセトフェノン誘導体、塩素化アセトフ
ェノン誘導体、メチルオルトベンゾイルベンゾエート・
チオキサントン誘導体、１−タロロアントラキノン、１
゜４−ナフトキノン、９．１０−フエナントレキノン、
２−アミノアントラキノンジアゾニウム塩、５−ニトロ
アセナフテン、４−ニトロアセナフテンなどがある。

本実施例では、光重合型感光性樹脂５として、メタリメ
タクリレートとブチルメタクリレートの共重合体５２．
２重量％、テトラエチレングリコールジアクリレート１
３重量％、トリメチロールプロパントリアクリレート２
．６重量％、ベンゾフェノン２．６重量％、ミヒラース
ケ８フ０．５重量％、２−エチル−４−ｔｅｒｔ−ブチ
ルフェノール０１０５重量％、メチレンブルー０．２５
を量％、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテ
ート２１重量％、ジエチレングリコールモノエチルエー
テル５．２重量％およびキシレン２．６重量％とから成
る光重合型感光性樹脂溶液を用いた。

また、現像処理においては、光重合型感光性樹脂の種類
によって、ケトン系、キシレン系、エステル系、塩素系
などの有機溶剤を現像液として使用する有機溶剤現像の
ものと、アルカリ性の水溶液を現像液として使用するア
ルカリ現像のものがあるが、いずれの方式によっても良
好な空孔路パターン層８を形成することができ、特に微
細な空孔路パターン層を形成する場合には、ドライ現像
タイプの樹脂を用いて、ドライ現像により形成すること
もできる。

本実施例では、塗布した光重合型感光性樹脂５にホトマ
スク７を介して３ｋＷ超高圧水銀灯により紫外線を１分
間照射して潜像を形成し、そののち現像液としてメチル
クロロホルムを１　ｋｇ　／　ｃｍ　２の圧力で噴きか
けて現像処理し、網目状の空孔路パターン層８を形成し
た。

次に、この空孔路パターン層８をフィルム６から剥離し
、第３図（ｈ）、（ｉ）に示すように、すでに形成され
ている基板１０ａ、１０ｂの間に挟んで圧着用の金型の
中へ積層配置して圧力および熱を加えて一体化し基板積
層体を形成する。この時の圧力は２５０　ｋｇ／　Ｃ１
１２、温度は１１０℃として３０分間熱圧着した。

このようにして形成された基板積層体は必要に応じて所
定の寸法に切断した後、まず空孔路パターン層８や基板
１０−．１０ｂ中に存在する有機高分子化合物を脱バイ
ンダ一工程で酸化性雰囲気中で加熱分解し消失させる。

通常、これらの有機高分子化合物は４００℃〜５５０℃
程度で完全に分解酸化するが、急激に温度を分解温度ま
で上げると基板積層体が破損するなめ、１０℃／時間あ
るいはこれよりもゆっくりとした温度上昇スピードで昇
温し、４００℃〜５５０℃に１０〜２０時間保持するこ
とにより完全に消失させることができる。

このようにして脱バインダ一工程では、クラック、変形
、デラミネーション等は全く発生しなかった。

この脱バインダ一工程を経た基板積層体中には有機高分
子化合物は残留していないため、空孔路パターン層８の
部分は空孔として基板積層体中に残ることになる。

この基板積層体を同じく酸化性雰囲気中で８００℃の温
度で２時間仮焼結し、そののち９００℃〜９３０℃の温
度で本焼結することにより、第３図（ｊ）に示すような
基板積層体１２の側面に開口部をもつ空孔路９が内部に
形成された多層セラミック基板構造体が得られる。

このようにして得られた空孔路９は、厚み１幅が均一で
しかも積層圧着工程での変形が少なく、また焼結後のク
ラック、デラミネーションの発生もなくたいへん良好な
ものとなる。

また、空孔路９はＸ−Ｙ方向に網目状に、かつ数層形成
することにより収縮率の緩和も期待できる。さらに、空
孔路９を各層基板のパターン配線４の上下層に形成する
ことにより、パターン配線４の周囲の見かけ上の誘電率
を下げることもでき、動作の高速化に対しても有利であ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、基板積層体の内部に外表
面とつながった空孔路を形成することにより、安価で冷
却効果の優れた多層セラミック基板構造体を得ることが
できる効果がある。また、収縮率の緩和や誘電率の低下
等の効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本箱１の発明の多層セラミック基板構造体の一
実施例を示す断面図、第２図は本箱１の発明の多層セラ
ミック基板構造体の使用例を示す一部切欠き斜視図、第
３図（ａ）〜（ｊ）はそれぞれ本箱２の発明の一実施例
を説明するための製造工程順に示した多層セラミック基
板構造体の断面図、第４図及び第５図はそれぞれ従来の
多層セラミック基板構造体を使用したときの冷却方法を
説明するための斜視図である。 １・・・グリーンシート、２・・・スルーホール、３・
・・スルーホール導体、４・・・パターン配線、５・・
・光重合型感光性樹脂、６・・・フィルム、７・・・ホ
トマスク、８・・・空孔路パターン層、９・・・空孔路
、１０ａ、１０ｂ・・・基板、１１−、ｌｌｂ・・・セ
ラミック基板、１２，１２．・・・基板積層体、１３・
・・ＬＳＩチップ、１４・・・フランジ、１５・・・冷
却貫通路、１６・・・流体コネクタ、１７・・・フラン
ジ、１８・・・ヒートシンク、１８・・・液体冷却モジ
ュール、２０・・・放熱筒、２１・・・熱伝導ブロック
。 第Ｚ　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくともパターン配線及びこのパターン配線と
   接続するスルーホール導体並びに外部回路と接続するた
   めのスルーホール導体のうちの１つが形成され、積層焼
   結された複数のセラミック基板を含む基板積層体と、こ
   の基板積層体の内部に形成されこの基板積層体の外表面
   に開口部をもつ冷却用の空孔路とを有することを特徴と
   する多層セラミック基板構造体。
2. （２）少なくともパターン配線及びこのパターン配線と
   接続するスルーホール導体並びに外部回路と接続するた
   めのスルーホール導体のうちの１つが形成されたグリー
   ンシートの基板を複数枚形成する工程と、前記基板より
   わずかに大きい外形寸法のフィルム上に所定の温度で熱
   分解し飛散する感光性樹脂を所定の厚さに塗布し、この
   感光性樹脂をホトマスクを用いて所定の形状に加工し空
   孔路パターン層を形成する工程と、前記空孔路パターン
   層をフィルム上から剥離して前記複数の基板の所定の間
   に挟んで積層し熱圧着して基板積層体を形成する工程と
   、前記基板積層体を所定の温度で加熱し、前記空孔路パ
   ターン層を分解飛散させ前記基板積層体の外表面に開口
   部をもつ空孔路を形成する工程とを有することを特徴と
   する多層セラミック基板構造体の製造方法。