JPS63292693A - 高熱伝導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、熱伝導性が高く、熱放散性か良好で、高密度
な回路を形成できる多層セラミック配線基板に関する。

［従来の技術］ 半導体工業の飛躍的な進展によって、ＩＣ１ＬＳＩ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。

そしてそれに伴い、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か注目されてい
る。一般にこのセラミック基板の材料としては、主にア
ルミナか使用されており、微細多層配線が可能であるこ
とから高密度実装に有効である。

近年では、特に電子装置おにび機器は小型化、高密度化
が強く要求されており、これらの小型化への要求はＩＣ
やＬＳＩを実装づ−る基板に対しても生じている。そし
て、このような要求の結果、ハイブリッドＩＣとして抵
抗、コンデンサを基板内にうめ込む複合化基板の開発も
進められている（特開昭５９−０３２８６６号公報）。

一方、ＬＳＩにおいては高速作動・高集積化に伴ってチ
ップから発生ずる熱か多量になってくる傾向にあり前述
の基板の小型化と相乗して基板単位面積当りの発熱量が
大幅に増大している。このため、従来、用いられてきた
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
か生じ、アルミナ基板よりも熱伝導率か大きく、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で優れた４、、ｌ利として炭化ケ
イ素を主成分としたセラミック基板か開発された（特開
昭５７−１８０００６号公報）。しかし炭化ケイ素はそ
れ自体電気的には半導体に属し、比抵抗が１〜１０Ωｃ
ｍ程度で電気絶縁性かないため、絶縁基板としては用い
ることかできない。また炭化ケイ素は融点か高く非常に
焼結しにくいので、通常は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ラ１〜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°
Ωｃｍ以上となる。しかし、ＬＳＴ等の実装基板にｄ３
いて重要な要素の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粉末を用いて多層セラミック基板を作製する
ことは可能であるか有毒性であるため実用上困難な面が
でてくる。

一方、プロセス的観点からしてホラ１〜プレス法を適用
しなりればならず、装置が大かかりになるばかりでなく
、基板の形状も大面積化は困焚１１てあり、表面平滑性
に対しても問題か多い。さらに、炭化ケイ素系を用いた
セラミック基板にａ３いては、従来のグリーンシーミル
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１０〜４００卯程度の厚み
を有するシー１〜を有機フィルム上に形成ブる。このシ
ー１〜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、厚膜印刷法により所
定の導体および抵抗パターンを形成する。これらの各パ
ターンを形成したセラミックグリーンシー１〜を積層プ
レスし説バインダーエ稈を経て焼成する。

「発明か解決しようとする問題点」 高密度実装基板として具備すべき主な性質としては、（
１）電気特性に対しては誘電率が低く、誘電損失か小さ
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）熱伝導性か高いこと、（４
）熱膨張係数がシリコンチップ等のそれに近いこと、お
よび（５）表面平滑性が優れていること、（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。

本発明者らは、これらの具備すべき基板性質に留意しな
がら、特に高熱伝導性および多層高密度化に着目して窒
化アルミニウム多層セラミック配線基板の発明に至った
。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、セラミック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、主成分が窒化タンタルである
抵抗層を内部に有することを特徴とする高熱伝導多層セ
ラミック配線基板である。

［作　用］ 本発明においてはまず、多層セラミック基板を構成する
絶縁セラミック材料として熱伝導性の高い窒化アルミニ
ウムを用いる。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剤を入れることが好ましい。

また、抵抗層として窒化タンタルを用い、絶縁セラミッ
ク材料として窒化アルミニウムを用いるという組合わせ
によって優れた高熱伝導多層セラミック配線基板とする
ことができる。本発明の導体層としては通常多層セラミ
ック配線基板の材料として用いられているもので良く、
例えばタングステンが挙げられる。

これら導体層および抵抗層に関しては、窒化アルミニウ
ムで構成されるセラミック層に複数の電源層、グランド
層および微細な信号線や抵抗体等の導体層を形成し、こ
れらの複数の導体層はセラミック層中に設けたビアボー
ルを介して電気的に接続される。

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である。

［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図は本発明の一実施例を示−ｄ’［略構成図である
。図中、１は絶縁セラミック層であり、窒化アルミラム
の多結晶体を主成分として構成されている。２は抵抗体
で、窒化タンタルを主成分として形成されている。３は
信号線および電源等の導体層で、タングステンを主成分
として形成されており、絶縁セラミック層に形成された
ピアホール４を介して各層間が電気的に接続されている
。このように構成された多層セラミック基板上にはＩＳ
Ｉチップかマウン１〜出来るようにグイパット５および
ホンディングパット６が形成され、また基板裏面には、
この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Ｉ１０パッド７か形成されている。

基板上にマウン１〜されているＬＳＩチップから発生す
る熱をグイパッド５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か高いことにより熱拡
散か効率的に行われることになり、ＬＳＩチップの発熱
による高温化を防止することかできる。

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Ｃａ
Ｃ２を混入させている。まず窒化アルミニウム粉末とＣ
ａＣ２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−１〜系樹脂等の窒素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〜
７０００ｃＰｓの範囲の泥漿を作成する。

該泥漿をキレスティング製膜法により１０〜２００ＩＪ
Ｊｎ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１へを作製する。

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
ら、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
よびグイを用いて打扱いたが、他の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１〜上へ窒化タン
タルを主成分とした抵抗用ペース１〜とタングステンを
主成分とした導体用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。こうして抵抗
・導体を印刷した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
、１８００〜１９００℃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　’
Ｃの非酸化性雰囲気下で保持して脱バインダーを充分に
行った。作製した基板の特性を第１表に示す。

（以下余白） なお、ここに示したＣａＣ２量は、窒化アルミニウムと
ＣａＣ２を合わ１↓た重量に対する値である。また、フ
リット量は導体何科もしくは抵抗材料と７１ノツ１〜何
判を合ね−Ｕ゛た重量に対しての値である。

表より従来用いられているアルミナ基板の熱伝導率は２
０Δ／ｍｋであるのに対し、本発明基板の熱伝導率は１
５０Ｗ／ｍｋ以上と非常に高いレベルにあることかわか
る。また作成した基板の電気的特性を測定した結果、絶
縁抵抗か１Ｘ１０１３Ωｃｍ以上であり誘電率は８．８
（１）ＩＨｚ　）　、誘電損失は１Ｘ１０−３以下（ｌ
Ｈｚ）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
かった。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば容易に抵抗体や信
号線、電源層等を含めた導体を有する高密度な回路を形
成することができると共に、熟成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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示ツ慨略構成図である。 １・・・絶縁セラミック層　２・・・抵抗体３・・・導
体層　　　　　　４・・・ビアボール５・・・ダイパッ
ド ６・・・ホンディングパッド ７・・・Ｉ１０パッド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック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、主成分が窒化タンタルである抵抗
   層を内部に有することを特徴とする高熱伝導多層セラミ
   ック配線基板。