JPS6284595A - 多層セラミック配線基板 - 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） 半導体技術の飛藉的な進展によって、ＩＣ，ＬＳＩが産
業用、民需用に幅広く使用されるよう釦なってきている
。

特に集積密度の高い、高速作動のＬ８Ｉ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〈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、要求濱れ、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Ｌ８
Ｉにおいては、高速作動を行なうに従いチップから発生
する熱が多情に麦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された（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・傭程度で電気絶
縁性がかいため、絶縁基板としては用いることができ力
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、通常焼結忙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
・１以上とがる。しかしＬ８Ｉ等の実装基板罠おいて重
要力要因の１つである誘電率ｉｊ１ＭＨｚ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Ｋｎ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粉末を用いて多層キ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ットプレス法を適用しな
ければ々らず、装置が大がか９に々るばかりでなく、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しツク基板技術と
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、厚膜印刷法だより所
定の導体パターンを形成する。これらの各導体パターン
全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
、また電気絶縁性て優れていること、（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九多層配線基板は実現され
てい力い。

（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
がジルコニウム金属又はジルコニウム金属と窒化ジルコ
ニウムの混合物から力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、多層セラばツ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々
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、Ｌ８Ｉ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々る。

（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シ、ジ
ルコニウム金属又はジルコニウム金属と窒化ジルコニウ
ムと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／ＣはＬ８Ｉ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堰り出したり、基板内へ信
号を入れたりするための入出力用バッド６が基板裏面に
形成されている。

基板上てマウントされた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ろ。

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
率的に行々わｈること′でカリ、Ｌ８Ｔチップの発熱て
よろ高温化を防止することがで角ろ。

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、
窒化アルばニウムの焼結性を高めるため添加物としてＣ
ａＣ１を混入させている。オず９化アルばニウム粉末）
：ＣａＣ２粉末とを秤猾し、ボールミルにより有機溶媒
中での湿式混合を４８時間行力うたう 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：＋　０００〜
７０００ｃｐ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疋より１０μ専〜２００
μｍ８度の均一な厚みに力るように、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、♀累算囲
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、ジルコニウム金属又はジルコニウム金属と窒
化ジルコニウム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、１４
００’Ｃ〜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４００９Ｃ〜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。

以下仝白 導体ペースト材料としてＺｒ金属、ＺｒＮ＆よびＺｒＨ
ｌを用いた。ここ忙示した添加物（ＣａＣ１）のｔ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わせた重量に対
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
Ｑ１１Ｑ働ｚ以上であり、誘電率は８．７（ＩＭＨｚχ
誘電損失は１×１０″″Ｓ以下（ＩＭＵｚ）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。

−力添加物としてＣａＯ，ＢｅＯ，Ｙ２Ｏ３，Ｃｕｂ、
Ａｇｏ。

Ｂａｃｋ、　５ｒＣ２，Ｎａ２Ｃ２，に２Ｃ１，ＣｕＣ
２，ＭｇＣ２，Ａｇ２Ｃ２，Ｚｒ（４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
な高熱伝導多層セラばツ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
／ｉｎＫであり、本発明基板の熱伝導率が非常圧高いレ
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　１Ｏ−７７Ｃであるのに対し
て本発明基板は小さ力値をもち、よりシリコンチップの
熱膨張係数（（近い値に々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・・・絶縁セラミック層
、２・・・導体層−１３・・・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、ジルコニウム金属単体ある
   いはジルコニウム金属と窒化ジルコニウムの混合物を主
   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。