JPH05152463A - ムライト−アルミナ多層基板及びその製造方法並びにセラミツクパツケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱膨張係数等の異なる性質を有するムライト
とアルミナとをムライト−アルミナ複合基板を中間層に
介在させることによって一体に焼成する。ムライトとア
ルミナの特徴を生かしたセラミックパッケージを得るこ
と。 【構成】 ムライト焼結体組成物とアルミナ焼結体組成
物を所定比率で混合して成るムライト−アルミナ複合基
板を複数層積層して焼成したムライト−アルミナ多層基
板で、各ムライト−アルミナ複合基板のムライト比を層
ごと傾斜組成として積層する。セラミックパッケージの
パッケージ本体をムライト比を傾斜組成としたムライト
−アルミナ複合基板を積層して形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明はムライト−アルミナ複合基板を積
層してなるムライト−アルミナ多層基板およびその製造
方法ならびにムライト−アルミナ多層基板を用いたセラ
ミックパッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ製品等の電子部品を搭載するセラミ
ック基板あるいはセラミックパッケージには従来アルミ
ナ系セラミックが主として用いられている。セラミック
パッケージは耐熱性、耐久性が高い等の利点を有するも
のであるが、アルミナ系セラミックを使用したセラミッ
クパッケージではアルミナとＩＣチップに使用するシリ
コンとの熱膨張係数がかなり異なることから、搭載した
ＩＣチップとパッケージとの間で熱応力が作用しクラッ
クが生じるという問題点があった。このように、従来の
セラミックパッケージではＩＣチップとパッケージとの
熱膨張係数のマッチングが問題となっており、ＩＣチッ
プを搭載する基板部分にはＩＣチップの熱膨張係数とで
きるだけ近い値を有する材料、たとえばムライトセラミ
ックを使用したパッケージ等が提供されている。

【０００３】また、ＩＣチップは作動時にかなり熱が発
生するから、熱放散性を向上させるためＩＣチップを金
属の放熱板上に搭載するようにしたセラミックパッケー
ジも提供されている。放熱板もＩＣチップのシリコンと
熱膨張係数のマッチングをとる必要があり、シリコンと
同等の熱膨張係数を有するモリブデン、タングステン等
の金属を用いる。ただし、この場合も放熱板とパッケー
ジ本体との間で熱膨張係数が相違することによる問題が
生じるため、放熱板とパッケージ本体との間で熱応力を
緩和する方法、たとえば銅層を介在させる方法などがな
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
セラミックパッケージではアルミナセラミックあるいは
ムライトセラミック等の各種セラミック材料や放熱板と
して金属材料を用いているが、アルミナセラミックは耐
久性は高いもののシリコンやモリブデン等と熱膨張係数
のマッチングがとれず、また誘電率が大きいため電気的
特性の点で問題がある。また、ムライトセラミックはシ
リコン等と熱膨張係数がマッチングし、また誘電率が低
いことから電気的特性の点で優れるという利点はある
が、破壊靱性値が低く機械的衝撃に弱いという問題点が
ある。本発明は、このようにアルミナセラミックあるい
はムライトセラミックといった単体のセラミック材料に
よって形成したセラミックパッケージでの熱膨張係数の
ミスマッチングといった問題を解消することのできるム
ライト−アルミナ多層基板およびその製造方法ならびに
セラミックパッケージを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、ムライト焼結体
組成物とアルミナ焼結体組成物を所定比率で混合して成
るムライト−アルミナ複合基板を複数層積層して焼成し
たムライト−アルミナ多層基板であって、前記各ムライ
ト−アルミナ複合基板のムライト比を層ごと傾斜組成と
したことを特徴とする。また、ムライト−アルミナ多層
基板の製造方法において、ムライト焼結体組成物とアル
ミナ焼結体組成物を複数種のムライト比で混合したスラ
リーを形成し、それぞれ各別にシート成形した後、ムラ
イトの傾斜組成に従って積層し、焼成することを特徴と
する。また、チップ搭載面をセラミック基板によって形
成したセラミックパッケージにおいて、パッケージ本体
をムライト−アルミナ複合基板をムライトの傾斜組成に
したがって積層して形成すると共に、前記セラミック基
板部にはＩＣチップと熱膨張係数が近似するムライトあ
るいはムライトリッチ層によって形成し、前記パッケー
ジ本体の所定強度を有する部分にはアルミナ層あるいは
アルミナリッチ層によって形成したことを特徴とする。
また、ＩＣチップの熱膨張係数に近似する熱膨張係数を
有するＩＣチップ搭載用の金属の放熱板を有するセラミ
ックパッケージにおいて、パッケージ本体をムライト−
アルミナ複合基板をムライトの傾斜組成にしたがって積
層して形成すると共に、パッケージ本体の前記放熱板と
の接合面を前記放熱板と熱膨張係数が近似するムライト
−アルミナ複合基板によって形成し、前記パッケージ本
体の所定強度を有する部分にはアルミナ層あるいはアル
ミナリッチ層によって形成したことを特徴とする。

【０００６】

【発明の概要】本発明に係るムライト−アルミナ多層基
板はムライトとアルミナを混合して焼結するムライト−
アルミナ複合基板を積層して得られるもので、ムライト
−アルミナ複合基板中のムライト比を層ごと傾斜組成に
なるように設定して焼成したことを特徴とする。ムライ
ト−アルミナ複合基板はムライト焼結体組成物とアルミ
ナ焼結体組成物をスラリー調整時に所定比率で混合する
ことによって任意のムライト比率（アルミナ比率）を設
定する。ムライト焼結体組成物としてはムライトにイッ
トリア、マグネシア等の焼結助剤を添加したもの、アル
ミナ焼結体組成物としてはアルミナにシリカ、カルシ
ア、マグネシア等を添加したものが用いられる。これら
焼結体組成物を混合し、スラリーを形成した後、ドクタ
ーブレード法等によってシート成形し、グリーンシート
を積層して焼成することによりムライト−アルミナ複合
基板を得ることができる。

【０００７】ムライト−アルミナ多層基板は上記のムラ
イト−アルミナ複合基板を層ごと傾斜組成にして積層し
たものである。傾斜組成とはムライト−アルミナ複合基
板を積層する際に、たとえば、第１層はムライト比５
％、第２層はムライト比２５％、第３層はムライト比５
０％というようにムライト比（アルミナ比）が層ごと順
に増大あるいは減少するようにして積層する方法であ
る。傾斜組成を設定することにより複数層を積層してク
ラックを発生することなく焼成することができる。これ
により、ムライト１００％の層とアルミナ１００％の層
との間にムライトを傾斜組成で設定した層をはさんで一
体に焼結した多層基板を得ることも可能になる。ムライ
トとアルミナは性質的に大きく異なるため、単にムライ
トとアルミナを積層して焼成すると多数のクラックが入
って一体の焼結体とはならない。これに対し、上記のよ
うにムライトを傾斜組成してムライト−アルミナ複合基
板を複数層設けることによりクラックがはいらず反り等
のないセラミック基板を得ることが可能になる。ムライ
ト−アルミナ複合基板のムライト比は上記のスラリー段
階で任意に設定できるから、ムライトを傾斜組成で設定
することは容易に可能である。

【０００８】ムライト−アルミナ多層基板を作成する際
に各層間でのムライトの傾斜組成をどの程度の増加率に
するかは適宜設定することができるが、層間でムライト
比が５〜３０％程度変動する程度であれば十分にクラッ
クや反り等を生じさせずに焼結させることができる。し
たがって、ムライトとアルミナの用途に応じてセラミッ
ク基板でムライト比率を変えながら適宜傾斜組成して基
板を構成するようにすればよい。たとえば、セラミック
パッケージでＩＣチップを接合する部分についてはＩＣ
チップの熱膨張係数に近い値を有するムライトが好適で
あり、またパッケージ本体の外壁のケーシング部などの
ようにパッケージ強度が要求される部分については強度
の高いアルミナを用いるのが好適である。また、導体パ
ターンを形成する部位については誘電率の低いムライト
層にするのが好適である。セラミックパッケージはグリ
ーンシートを多数枚積層して焼成して成るから、上記の
ようにムライト比を傾斜組成させることによって、ムラ
イトとアルミナの特徴をそれぞれ生かしたパッケージを
形成することが容易に可能になる。なお、ムライト−ア
ルミナ複合基板はムライト比を適宜設定することで熱膨
張係数等を適宜値に設定することが可能であるから、Ｉ
Ｃチップの熱膨張係数、放熱板に用いるモリブデン等の
熱膨張係数に合わせてマッチングをとることができると
いう利点がある。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について説明す
る。図１はムライト１００％層とアルミナ１００％層と
の間にムライト−アルミナ複合基板を複数層設けて焼結
したムライト−アルミナ多層基板の一例を示す。最下層
の第１層１０はムライト１００％層、第２層１２はムラ
イト比７５％の層、第３層１４はムライト比５０％の
層、第４層１６はムライト比２５％の層、最上層の第５
層はムライト比０％（アルミナ１００％）の層である。
すなわち、第１層のムライトと第５層のアルミナ単体層
の中間にムライトを傾斜組成した中間層をはさんだ形態
の焼結体である。各ムライト−アルミナ複合基板は前述
したムライト焼結体組成物とアルミナ焼結体組成物を各
層のムライト比率に設定してスラリー調整し、シート成
形する。そして、各グリーンシートを積層し圧接した
後、最高保持温度１５７０℃で３時間保持して焼成し
た。得られた焼結体は各層の界面でクラック等が発生せ
ず、反り等の欠陥のないセラミック基板を得ることがで
きた。

【００１０】ムライト−アルミナ複合基板でムライト比
を変えた場合のＩＣチップ搭載時のクラックの発生等を
調べるため、異なるムライト比のムライト−アルミナ複
合基板について熱サイクル試験を行った。ムライト−ア
ルミナ複合基板のサンプルとして、ムライト比０wt% 、
２０wt%、４０wt% 、６０wt% 、８０wt% 、１００wt%
の６種のものを用いた。各ムライト−アルミナ複合基板
はスラリー調整し、ドクターブレード法によってテープ
成形した後、タングステンペーストをスクリーン印刷に
よりプリントし、最高保持温度１５７０℃で焼成してセ
ラミック基板を作製した。焼成後のセラミック基板にニ
ッケルめっきを施し、金属板の接合性をみるためモリブ
デン板とタングステン板を銀ろう付けした。また、シリ
コンチップの接合性をみるため、上記の焼成後のセラミ
ック基板にニッケルめっき、金めっきを施した後、シリ
コンチップを接合した。

【００１１】表１に熱サイクル試験の結果を示す。熱サ
イクルは−６５℃と１５０℃との間で熱サイクルをかけ
て変化の様子を調べたもので、１００回熱サイクルをか
けた後の状態を示す。

【表１】 モリブデン板、タングステン板を接合したものでは、ム
ライト比０wt% すなわちアルミナ１００％のサンプルに
ついては熱サイクルを経過させることによりクラックが
発生し、他のサンプルについてはクラックが発生せず良
好な結果が得られた。シリコンチップを接合したサンプ
ルでは、ムライト０wt% とムライト２０wt%のものにつ
いてクラックが発生し、その他のものについてはクラッ
クが発生せず好適な結果が得られた。上記実験結果から
ムライト−アルミナ複合基板のムライト比を適当に設定
することにより、放熱板との接合性、シリコンチップと
の接合性を向上させることができることがわかる。図２
は上記ムライト−アルミナ複合基板の各サンプルについ
て熱膨張係数を測定した結果を示す。図で横軸はムライ
ト−アルミナ複合基板のムライト比を示す。ムライトの
比率にしたがってムライト−アルミナ複合基板の熱膨張
係数が変化する様子がわかる。これにより、ムライト比
を適宜設定することによってムライト−アルミナ複合基
板の熱膨張係数を所定値に調整することが可能になる。

【００１２】図３および図４は上記ムライト−アルミナ
複合基板を用いて形成したセラミックパッケージの実施
例を示す。図３に示すセラミックパッケージはＩＣチッ
プ２０を搭載する基板２２をムライト−アルミナ複合基
板とした例、図４に示すセラミックパッケージはＩＣチ
ップ２０をモリブデンの放熱板２４に搭載した例を示
す。基板２２にムライト−アルミナ複合基板を用いた例
では基板２２のＩＣチップ２０との接合面をシリコンと
熱膨張係数が近似するムライト層によって形成し、ムラ
イトの傾斜組成によるムライト−アルミナ複合基板を複
数層設けて基板２２の外面側をアルミナリッチに構成す
る。また、放熱板２４にＩＣチップ２０を搭載するもの
では、放熱板２４とパッケージ本体との接合面を放熱板
２４と熱膨張係数が近似するムライトリッチ層とし、ム
ライト−アルミナ複合基板を複数層設けてパッケージ本
体を形成する。セラミックパッケージではパッケージ本
体を厚み方向に複数層で形成し、パッケージ本体内に導
体回路を形成するが、この場合ムライト−アルミナ複合
基板を複数層積層する際には導体パターンの近傍を誘電
率の低いムライト層とすることによって電気的特性を向
上させることができる。

【００１３】前述したように、ムライト−アルミナ複合
基板を積層して焼成する場合、ムライトの傾斜組成を利
用すればムライト単体層、アルミナ単体層を含むかたち
でクラックを発生させずに積層して焼成することができ
るから、ムライト−アルミナ複合基板を積層してセラミ
ックパッケージを形成する場合には、ムライトとアルミ
ナの特徴をそれぞれ利用して好適な特性および強度を有
する製品を得ることが容易に可能になる。上記実施例は
ムライト−アルミナ複合基板を利用したセラミックパッ
ケージの一実施例として例示したものであり、種々製品
に同様に適用することができることはもちろんである。
また、ムライト−アルミナ複合基板を積層する際のムラ
イトの傾斜組成、積層数等については製品に応じて適宜
設定することができるものである。

【００１４】

【発明の効果】本発明に係るムライト−アルミナ多層基
板によれば、上述したように、熱膨張係数等の異なる性
質を有するムライトとアルミナとをムライト−アルミナ
複合基板を中間層に介在させることによって容易に一体
に焼成することができ、これを利用してムライトおよび
アルミナの特徴を生かしたセラミックパッケージを得る
ことができて、良好な特性を有する製品を製造すること
ができるという利点を有する。また、ムライト−アルミ
ナ複合基板の製造方法によれば、ムライト比を調整する
ことは容易にでき、熱膨張係数等を所定値に調整するこ
とができる等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ムライト−アルミナ多層基板の一実施例を示す
説明図である。

【図２】ムライト比を変えたムライト−アルミナ複合基
板の熱膨張係数を示すグラフである。

【図３】ムライト−アルミナ多層基板を用いたセラミッ
クパッケージの一実施例を示す説明図である。

【図４】ムライト−アルミナ多層基板を用いたセラミッ
クパッケージの他の実施例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 第１層 １８ 第５層 ２０ ＩＣチップ ２２ 基板 ２４ 放熱板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ムライト焼結体組成物とアルミナ焼結体
   組成物を所定比率で混合して成るムライト−アルミナ複
   合基板を複数層積層して焼成したムライト−アルミナ多
   層基板であって、 前記各ムライト−アルミナ複合基板のムライト比を層ご
   と傾斜組成としたことを特徴とするムライト−アルミナ
   多層基板。
2. 【請求項２】 ムライト焼結体組成物とアルミナ焼結体
   組成物を複数種のムライト比で混合したスラリーを形成
   し、それぞれ各別にシート成形した後、 ムライトの傾斜組成に従って積層し、焼成することを特
   徴とするムライト−アルミナ多層基板の製造方法。
3. 【請求項３】 チップ搭載面をセラミック基板によって
   形成したセラミックパッケージにおいて、 パッケージ本体をムライト−アルミナ複合基板をムライ
   トの傾斜組成にしたがって積層して形成すると共に、 前記セラミック基板部にはＩＣチップと熱膨張係数が近
   似するムライトあるいはムライトリッチ層によって形成
   し、 前記パッケージ本体の所定強度を有する部分にはアルミ
   ナ層あるいはアルミナリッチ層によって形成したことを
   特徴とするセラミックパッケージ。
4. 【請求項４】 ＩＣチップの熱膨張係数に近似する熱膨
   張係数を有するＩＣチップ搭載用の金属の放熱板を有す
   るセラミックパッケージにおいて、 パッケージ本体をムライト−アルミナ複合基板をムライ
   トの傾斜組成にしたがって積層して形成すると共に、 パッケージ本体の前記放熱板との接合面を前記放熱板と
   熱膨張係数が近似するムライト−アルミナ複合基板によ
   って形成し、 前記パッケージ本体の所定強度を有する部分にはアルミ
   ナ層あるいはアルミナリッチ層によって形成したことを
   特徴とするセラミックパッケージ。