JPH0415637B2 - - Google Patents
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- JPH0415637B2 JPH0415637B2 JP60215348A JP21534885A JPH0415637B2 JP H0415637 B2 JPH0415637 B2 JP H0415637B2 JP 60215348 A JP60215348 A JP 60215348A JP 21534885 A JP21534885 A JP 21534885A JP H0415637 B2 JPH0415637 B2 JP H0415637B2
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Landscapes
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
Description
(産業上の利用分野)
本発明は、多層セラミツク基板、特に窒化バナ
ジウムを導体として利用する高熱伝導多層セラミ
ツク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な進展によつて、IC、LSI
が産業用、民需用に幅広く使用されるようになつ
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ツク基板が注目されてい
る。この多層セラミツク基板は直接LSIを実装す
ることができ微細多層配線が可能である。 一般にセラミツ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
高くなつている。一方LSIにおいては、高速作動
を行なうに従いチツプから発生する熱が多量にな
つてくる傾向にある。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つてきた。 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ツク基板が開発され
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1〜10
Ω・cm程度で電気絶縁性がないため、絶縁基板と
しては用いることができない。 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ツトプレス法に
より作られる。この焼結助剤として酸化ペリリウ
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1010Ω・cm以上とな
る。しかし、LSI等の実装基板において重要な要
因の1つである誘電率は1MHz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ツク基板を
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ツトプレス法を
適用しなければならず、装着が大がかりになるば
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ツク基板においては、従来
のグリーンシート法を用いたアルミナ多層セラミ
ツ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ツク基
板技術とは次に示す技術である。まずセラミツク
粉末を有機ビヒクルとともに混合し、スラリー化
する。このスラリーをキヤステイング製膜法によ
り10μm〜400μm程度の厚みを有するシートを有
機フイルム上に形成する。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、厚膜印刷法により所定の導
体パターンを形成する。これらの各導体パターン
を形成したセラミツクグリーンシートを積層プレ
スし、脱バインダー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ツプ等のそれ
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ツ
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、ホツトプレス法による作製方法
が主流となつており、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) 本発明は熱伝導性が優れ、内部に導体を有する
高密度、高熱伝導多層セラミツク基板を提供する
ことにある。 (発明の構成) 本発明によれば、セラミツ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
層の主成分が窒化バナジウムからなることを特徴
とする高熱伝導多層セラミツ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、多層セラミツク基板を構成する絶縁セラ
ミツクス材料として、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ツ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ツクス層中に
設けたビアホールを介して電気的に接続されてい
る。 したがつて、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ツク
基板の実施例を示す説明図である。1は絶縁セラ
ミツクス層であり、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、窒化バナジウムを主成
分として形成されており、絶縁セラミツクス層に
形成されたビアホール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
セラミツク基板上にはLSIチツプがマウント出来
るようにダイパツト4およびボンデイングパツド
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りするための入出力用
パツド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チツプから発生する熱をダイ
パツト4を介してセラミツク基板内へ拡散させ
る。セラミツ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なわれることになり、LSIチ
ツ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ツクス
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CaC2を混入させている。ま
ず窒化アルミニウム粉末とCaC2粉末とを秤量し、
ボールミルより有機溶媒中での湿式混合を48時間
行なつた。 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3000〜7000cpの範囲の泥漿を作成する。
該泥漿をキヤステイング製膜法により10μm〜
200μm程度の均一な厚みになるように、有機フ
イ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イルムから剥
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。ここで形成したビアホール
は機械的に接続ボ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つても開け
ることが可能である。 ビ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、窒化バナジウムになる
バナジウム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ツターを用いて
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℃
〜600℃の温度で脱バインダーを充分に行なつた。
作製した基板の特性を表に示す。
ジウムを導体として利用する高熱伝導多層セラミ
ツク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な進展によつて、IC、LSI
が産業用、民需用に幅広く使用されるようになつ
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ツク基板が注目されてい
る。この多層セラミツク基板は直接LSIを実装す
ることができ微細多層配線が可能である。 一般にセラミツ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
高くなつている。一方LSIにおいては、高速作動
を行なうに従いチツプから発生する熱が多量にな
つてくる傾向にある。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つてきた。 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ツク基板が開発され
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1〜10
Ω・cm程度で電気絶縁性がないため、絶縁基板と
しては用いることができない。 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ツトプレス法に
より作られる。この焼結助剤として酸化ペリリウ
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1010Ω・cm以上とな
る。しかし、LSI等の実装基板において重要な要
因の1つである誘電率は1MHz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ツク基板を
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ツトプレス法を
適用しなければならず、装着が大がかりになるば
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ツク基板においては、従来
のグリーンシート法を用いたアルミナ多層セラミ
ツ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ツク基
板技術とは次に示す技術である。まずセラミツク
粉末を有機ビヒクルとともに混合し、スラリー化
する。このスラリーをキヤステイング製膜法によ
り10μm〜400μm程度の厚みを有するシートを有
機フイルム上に形成する。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、厚膜印刷法により所定の導
体パターンを形成する。これらの各導体パターン
を形成したセラミツクグリーンシートを積層プレ
スし、脱バインダー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ツプ等のそれ
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ツ
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、ホツトプレス法による作製方法
が主流となつており、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) 本発明は熱伝導性が優れ、内部に導体を有する
高密度、高熱伝導多層セラミツク基板を提供する
ことにある。 (発明の構成) 本発明によれば、セラミツ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
層の主成分が窒化バナジウムからなることを特徴
とする高熱伝導多層セラミツ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、多層セラミツク基板を構成する絶縁セラ
ミツクス材料として、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ツ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ツクス層中に
設けたビアホールを介して電気的に接続されてい
る。 したがつて、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ツク
基板の実施例を示す説明図である。1は絶縁セラ
ミツクス層であり、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、窒化バナジウムを主成
分として形成されており、絶縁セラミツクス層に
形成されたビアホール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
セラミツク基板上にはLSIチツプがマウント出来
るようにダイパツト4およびボンデイングパツド
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りするための入出力用
パツド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チツプから発生する熱をダイ
パツト4を介してセラミツク基板内へ拡散させ
る。セラミツ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なわれることになり、LSIチ
ツ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ツクス
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CaC2を混入させている。ま
ず窒化アルミニウム粉末とCaC2粉末とを秤量し、
ボールミルより有機溶媒中での湿式混合を48時間
行なつた。 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3000〜7000cpの範囲の泥漿を作成する。
該泥漿をキヤステイング製膜法により10μm〜
200μm程度の均一な厚みになるように、有機フ
イ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イルムから剥
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。ここで形成したビアホール
は機械的に接続ボ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つても開け
ることが可能である。 ビ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、窒化バナジウムになる
バナジウム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ツターを用いて
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℃
〜600℃の温度で脱バインダーを充分に行なつた。
作製した基板の特性を表に示す。
【表】
導体ペースト材料として、VN、VH、VF3お
よびVCl2を用いた。 ここに示したCaC2量は窒化アルミニウムを100
としたときの値である。またフリツト量は導体材
料とフリツ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
抵抗が1011Ω/cm以上であり、誘電率は8.7(1M
Hz)、誘電損失は1×10-3以下(1MHz)であつ
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。 一方窒化アルミニウムの添加物としてCaO、
BeO、Y2O3、CuO、AgO、BaC2、SrC2、
Na2C2、K2C2、CuC2、MgC2、AgC2、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なように、本発明の多層セ
ラミツク配線基板は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度な回路を形成するこ
とが出来、熱放散性に対しても非常に有効な高熱
伝導多層セラミツク基板が得られる。 従来用いられているアルミナ基板の熱伝導率は
17W/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65×10-7/℃であ
るのに対して本発明基板は小さな値をもち、より
シリコンチツプの熱膨張係数に近い値になつてお
り有利である。
よびVCl2を用いた。 ここに示したCaC2量は窒化アルミニウムを100
としたときの値である。またフリツト量は導体材
料とフリツ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
抵抗が1011Ω/cm以上であり、誘電率は8.7(1M
Hz)、誘電損失は1×10-3以下(1MHz)であつ
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。 一方窒化アルミニウムの添加物としてCaO、
BeO、Y2O3、CuO、AgO、BaC2、SrC2、
Na2C2、K2C2、CuC2、MgC2、AgC2、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なように、本発明の多層セ
ラミツク配線基板は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度な回路を形成するこ
とが出来、熱放散性に対しても非常に有効な高熱
伝導多層セラミツク基板が得られる。 従来用いられているアルミナ基板の熱伝導率は
17W/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65×10-7/℃であ
るのに対して本発明基板は小さな値をもち、より
シリコンチツプの熱膨張係数に近い値になつてお
り有利である。
第1図は本発明の一実施例を示す高熱伝導多層
セラミツク基板の概略図である。 1……絶縁セラミツク層、2……導体層、3…
…ビアホール、4……ダイパツド、5……ボンデ
イングパツド、6……入出力用パツド。
セラミツク基板の概略図である。 1……絶縁セラミツク層、2……導体層、3…
…ビアホール、4……ダイパツド、5……ボンデ
イングパツド、6……入出力用パツド。
Claims (1)
- 1 多層セラミツ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ツク層と窒化バナ
ジウムを主成分とする導体とを備えたことを特徴
とする多層セラミツク配線基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21534885A JPS6273796A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | 多層セラミツク配線基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21534885A JPS6273796A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | 多層セラミツク配線基板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6273796A JPS6273796A (ja) | 1987-04-04 |
JPH0415637B2 true JPH0415637B2 (ja) | 1992-03-18 |
Family
ID=16670809
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21534885A Granted JPS6273796A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | 多層セラミツク配線基板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6273796A (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57180006A (en) * | 1981-04-30 | 1982-11-05 | Hitachi Ltd | High thermally conductive electric insulator |
JPS6077186A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-05-01 | 株式会社東芝 | 金属化表面を有するセラミツクス焼結体 |
JPS60173900A (ja) * | 1984-02-20 | 1985-09-07 | 株式会社東芝 | セラミツクス回路基板 |
-
1985
- 1985-09-27 JP JP21534885A patent/JPS6273796A/ja active Granted
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57180006A (en) * | 1981-04-30 | 1982-11-05 | Hitachi Ltd | High thermally conductive electric insulator |
JPS6077186A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-05-01 | 株式会社東芝 | 金属化表面を有するセラミツクス焼結体 |
JPS60173900A (ja) * | 1984-02-20 | 1985-09-07 | 株式会社東芝 | セラミツクス回路基板 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6273796A (ja) | 1987-04-04 |
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