JP2766318B2 - 高熱伝導性低誘電率回路基板 - Google Patents
高熱伝導性低誘電率回路基板Info
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- JP2766318B2 JP2766318B2 JP1163787A JP16378789A JP2766318B2 JP 2766318 B2 JP2766318 B2 JP 2766318B2 JP 1163787 A JP1163787 A JP 1163787A JP 16378789 A JP16378789 A JP 16378789A JP 2766318 B2 JP2766318 B2 JP 2766318B2
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- Japan
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- dielectric constant
- thermal conductivity
- circuit board
- high thermal
- aluminum nitride
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は高熱伝導性低誘電率回路基板に係り、特に高
速信号伝播用に優れた回路基板に関する。
速信号伝播用に優れた回路基板に関する。
（従来の技術） 回路基板の絶縁体として要求される特性には種々のも
のがある。例えば半導体素子の高集積化に伴なう発熱量
の増大に対処するため、高熱伝導性が要求されている。
従来の回路基板としてアルミナが広く用いられているが
熱伝導率は高々20W/mK以下である。これに対し窒化アル
ミニウムは約200W/mKと優れた熱伝導率を示し有望であ
る。
のがある。例えば半導体素子の高集積化に伴なう発熱量
の増大に対処するため、高熱伝導性が要求されている。
従来の回路基板としてアルミナが広く用いられているが
熱伝導率は高々20W/mK以下である。これに対し窒化アル
ミニウムは約200W/mKと優れた熱伝導率を示し有望であ
る。
一方高速信号伝播を考えた場合、絶縁体の誘電率の平
方根に比例して信号が遅延するため回路基板としては低
誘電率であることが望まれる。窒化アルミニウムの誘電
率は8.5〜8.8と例えばガラスエポキシの4.8〜5.1に比べ
て高い。従って高速信号伝播用としては窒化アルミニウ
ムは若干不利となる。
方根に比例して信号が遅延するため回路基板としては低
誘電率であることが望まれる。窒化アルミニウムの誘電
率は8.5〜8.8と例えばガラスエポキシの4.8〜5.1に比べ
て高い。従って高速信号伝播用としては窒化アルミニウ
ムは若干不利となる。
（発明が解決しようとする課題） この様に窒化アルミニウムを用いた回路基板は高熱伝
導性という点では優れているものの誘電率が比較的高い
ため、高速信号伝播用としては問題があった。しかしな
がら高速信号伝播用の回路基板としても高熱伝導性が要
求されるのは当然であり、両特性を兼ね備えた回路基板
の出現が望まれていた。
導性という点では優れているものの誘電率が比較的高い
ため、高速信号伝播用としては問題があった。しかしな
がら高速信号伝播用の回路基板としても高熱伝導性が要
求されるのは当然であり、両特性を兼ね備えた回路基板
の出現が望まれていた。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、高熱伝
導率かつ低誘電率の回路基板を提供することを目的とす
る。
導率かつ低誘電率の回路基板を提供することを目的とす
る。
（課題を解決するための手段及び作用） 本発明者等は窒化アルミニウムの高熱伝導性を生かし
つつ、低誘電率化を達成するための手段を研究した。そ
の結果、通常高熱伝導率を達成するためにはできるだけ
緻密に焼結する手法がとられるが、多少気孔が存在して
も焼結体を構成する個々の粒子が結合していれば窒化ア
ルミニウムの高熱伝導性を十分に生かすことができるこ
とを見出した。すなわち気孔率が35％以下であれば、同
様の組成のほぼ緻密な窒化アルミニウム焼結体の熱伝導
率に比で50％程度の低下が認められるだけで、例えば緻
密な焼結体で得られる熱伝導率が200W/mKであれば、100
W/mKと、アルミナ等に比べ格段に優れたものを得ること
ができるのである。これを超える気孔率ではまず機械的
強度が低下し、回路基板としての実用性に乏しく、また
熱伝導率も窒化アルミニウムを用いるメリットがなくな
る。一方３％未満の気孔率では誘電率が緻密な窒化アル
ミニウム焼結体と大差なく、低誘電率は図れない。
つつ、低誘電率化を達成するための手段を研究した。そ
の結果、通常高熱伝導率を達成するためにはできるだけ
緻密に焼結する手法がとられるが、多少気孔が存在して
も焼結体を構成する個々の粒子が結合していれば窒化ア
ルミニウムの高熱伝導性を十分に生かすことができるこ
とを見出した。すなわち気孔率が35％以下であれば、同
様の組成のほぼ緻密な窒化アルミニウム焼結体の熱伝導
率に比で50％程度の低下が認められるだけで、例えば緻
密な焼結体で得られる熱伝導率が200W/mKであれば、100
W/mKと、アルミナ等に比べ格段に優れたものを得ること
ができるのである。これを超える気孔率ではまず機械的
強度が低下し、回路基板としての実用性に乏しく、また
熱伝導率も窒化アルミニウムを用いるメリットがなくな
る。一方３％未満の気孔率では誘電率が緻密な窒化アル
ミニウム焼結体と大差なく、低誘電率は図れない。
以上の様な知見を基にして回路基板への適用を考えた
が、気孔の存在する窒化アルミニウム焼結体は耐優性に
乏しい。すなわち、大気中の水分と反応して加水分解を
起こしアンモニアを発生する。
が、気孔の存在する窒化アルミニウム焼結体は耐優性に
乏しい。すなわち、大気中の水分と反応して加水分解を
起こしアンモニアを発生する。
そこで気孔を有する窒化アルミニウム焼結体の表面を
樹脂、ガラス等のAlNに比べ伝導率の低い誘電率で被覆
するか、もしくはこの焼結体に樹脂、ガラス等と含浸せ
しめることにより上述の如く問題を解消した。
樹脂、ガラス等のAlNに比べ伝導率の低い誘電率で被覆
するか、もしくはこの焼結体に樹脂、ガラス等と含浸せ
しめることにより上述の如く問題を解消した。
すなわち本発明は、気孔率が３％以上35％以下の窒化
アルミニウム焼結体表面がこの窒化アルミニウム焼結体
の誘電率より低い誘電率を有する誘電体層で被覆された
絶縁体に導体路が形成されたことを特徴とする高熱伝導
性低誘電率回路基板である。
アルミニウム焼結体表面がこの窒化アルミニウム焼結体
の誘電率より低い誘電率を有する誘電体層で被覆された
絶縁体に導体路が形成されたことを特徴とする高熱伝導
性低誘電率回路基板である。
本発明において被覆又は含浸に用いる誘電体としては
窒化アルミニウム焼結体に比較して誘電率が低ければ良
く、例えばポリイミド、ポリエチレン、エポキシ、シリ
コーン、テフロン等の樹脂、ソーダガラス、石英ガラ
ス、鉛ガラス、等のガラスが挙げられる。
窒化アルミニウム焼結体に比較して誘電率が低ければ良
く、例えばポリイミド、ポリエチレン、エポキシ、シリ
コーン、テフロン等の樹脂、ソーダガラス、石英ガラ
ス、鉛ガラス、等のガラスが挙げられる。
なお、本発明に用いる窒化アルミニウム焼結体は希土
類元素、アルカリ土類元素等の0.1〜20wt％程度の焼結
助剤の他、Ti等の遷移金属を含んでいても良い。従って
構成相としてはAlNの他に、希土類、アルカル土類の酸
化物、窒化物、アルミネート等も含有する。
類元素、アルカリ土類元素等の0.1〜20wt％程度の焼結
助剤の他、Ti等の遷移金属を含んでいても良い。従って
構成相としてはAlNの他に、希土類、アルカル土類の酸
化物、窒化物、アルミネート等も含有する。
本発明に係るポーラスな窒化アルミニウム焼結体は各
種の方法で製造される。例えばAlN粉に0.1〜10wt％程度
の焼結助剤を加え、通常の焼成温度より低い1300〜1700
℃程度まで焼結することで得ることができる。なお高熱
伝導化のためには焼結後、Ｃ等の還元性雰囲気で1720℃
以上の熱処理を行なうことが好ましい。この様な処理で
希土類、アルカリ土類を含む粒界相を除去することがで
き、実質的な窒化アルミニウム単相からなるポーラスな
窒化アルミニウムを焼結体を得ることができる。
種の方法で製造される。例えばAlN粉に0.1〜10wt％程度
の焼結助剤を加え、通常の焼成温度より低い1300〜1700
℃程度まで焼結することで得ることができる。なお高熱
伝導化のためには焼結後、Ｃ等の還元性雰囲気で1720℃
以上の熱処理を行なうことが好ましい。この様な処理で
希土類、アルカリ土類を含む粒界相を除去することがで
き、実質的な窒化アルミニウム単相からなるポーラスな
窒化アルミニウムを焼結体を得ることができる。
また導体路はAu,Cu,Al,W,Mo,Ti,TiN等の厚膜、薄膜の
いずれの形態でも良く、表面にのみ形成されていても良
いし、誘電体内部に存在しても良い。多層配線でも良い
ことは言うまでもなく、半導体素子と搭載したいわゆる
パッケージ等の形態をとっても良い。
いずれの形態でも良く、表面にのみ形成されていても良
いし、誘電体内部に存在しても良い。多層配線でも良い
ことは言うまでもなく、半導体素子と搭載したいわゆる
パッケージ等の形態をとっても良い。
（実施例） 以下に本発明の実施例を説明する。
窒化アルミニウム粉末にイットリアを３重量％添加し
て窒素ガス中、1700℃で30分常圧焼成したのち、カーボ
ン雰囲気中、1880℃で３時間熱処理した素板の気孔率は
残留イットリウム0.12％、酸素0.05％であった。この素
板にエポキシ樹脂を含浸させた基板の20℃での熱伝導率
と1MHzにおける比誘電率はそれぞれ160W/m・Ｋ、7.2で
あった。また、窒化アルミニウム粉末にイットリアを３
重量％添加して窒化ガス中、1600℃で10分常圧焼成した
素板の気孔率は38％で、この素板にポリイミド樹脂を含
浸被覆させた基板の熱伝導率と比誘電率はそれぞれ70W/
m・Ｋ、5.8で、４点曲げ強度22kg/mm2であった。このよ
うに本方法で作製した基板は高い熱伝導率と比較的低い
誘電率を兼ね備えていることがわかる。なおこれらの測
定はJIS Ｃ 2141に従って行った。また、これらの基
板を絶縁体として、この上に導体路を形成した回路基板
上にGaAS半導体集積回路素子を実装し熱抵抗と信号遅延
速度を評価したところ回路基板として優れていることが
確認された。
て窒素ガス中、1700℃で30分常圧焼成したのち、カーボ
ン雰囲気中、1880℃で３時間熱処理した素板の気孔率は
残留イットリウム0.12％、酸素0.05％であった。この素
板にエポキシ樹脂を含浸させた基板の20℃での熱伝導率
と1MHzにおける比誘電率はそれぞれ160W/m・Ｋ、7.2で
あった。また、窒化アルミニウム粉末にイットリアを３
重量％添加して窒化ガス中、1600℃で10分常圧焼成した
素板の気孔率は38％で、この素板にポリイミド樹脂を含
浸被覆させた基板の熱伝導率と比誘電率はそれぞれ70W/
m・Ｋ、5.8で、４点曲げ強度22kg/mm2であった。このよ
うに本方法で作製した基板は高い熱伝導率と比較的低い
誘電率を兼ね備えていることがわかる。なおこれらの測
定はJIS Ｃ 2141に従って行った。また、これらの基
板を絶縁体として、この上に導体路を形成した回路基板
上にGaAS半導体集積回路素子を実装し熱抵抗と信号遅延
速度を評価したところ回路基板として優れていることが
確認された。
またこの基板120℃、２気圧の飽和水蒸気中で200時間
放置しても物理的、化学的に変化がみられなかった。
放置しても物理的、化学的に変化がみられなかった。
なお、上述の実施例では樹脂含浸の例を説明したが、
表面に樹脂層を形成しても同様の効果を得ることができ
る。
表面に樹脂層を形成しても同様の効果を得ることができ
る。
以上説明したように本発明によれば、高熱伝導性に優
れかつ誘電率が低いために高周波・高速で動作する半導
体回路に適し、耐候性に優れた窒化アルミニウム複合基
板を回路基板として用いることができる。
れかつ誘電率が低いために高周波・高速で動作する半導
体回路に適し、耐候性に優れた窒化アルミニウム複合基
板を回路基板として用いることができる。
フロントページの続き (72)発明者 堀口 昭宏 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−281088（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05K 1/03 C04B 35/58 C04B 41/90
Claims (1)
- 【請求項１】気孔率が３％以上35％以下の窒化アルミニ
ウム焼結体表面がこの窒化アルミニウム焼結体の誘電率
よりも低い誘電率を有する誘電体層で被覆された絶縁体
に導体路が形成されたことを特徴とする高熱伝導性低誘
電率回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1163787A JP2766318B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 高熱伝導性低誘電率回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1163787A JP2766318B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 高熱伝導性低誘電率回路基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0330392A JPH0330392A (ja) | 1991-02-08 |
| JP2766318B2 true JP2766318B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=15780701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1163787A Expired - Lifetime JP2766318B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 高熱伝導性低誘電率回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2766318B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08111587A (ja) * | 1994-10-11 | 1996-04-30 | Fujitsu Ltd | 配線板構造及びその製造方法並びに半導体装置 |
| JP4671500B2 (ja) * | 2000-12-26 | 2011-04-20 | 京セラ株式会社 | 配線基板の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61281088A (ja) * | 1985-05-31 | 1986-12-11 | イビデン株式会社 | 機械加工性に優れたセラミツク複合体 |
-
1989
- 1989-06-28 JP JP1163787A patent/JP2766318B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0330392A (ja) | 1991-02-08 |
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