JPH0888451A - セラミック回路基板およびその製造方法 - Google Patents
セラミック回路基板およびその製造方法Info
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- JPH0888451A JPH0888451A JP6221341A JP22134194A JPH0888451A JP H0888451 A JPH0888451 A JP H0888451A JP 6221341 A JP6221341 A JP 6221341A JP 22134194 A JP22134194 A JP 22134194A JP H0888451 A JPH0888451 A JP H0888451A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 セラミック回路基板の製造において、絶縁材
料としてAlNを使用し、且つ低温焼成を採用し、焼成
後の絶縁層および導体層間の密着性と導体の体積抵抗率
を改善する。 【構成】 AlN粉末に、焼結助剤としてイットリウム
およびスカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化物
の少なくとも1種以上、および/またはアルカリ土類元
素ハロゲン化物の少なくとも1種以上の粉末を添加した
混合粉末を所定の溶媒中に分散させた後、得られた懸濁
液をシート化および乾燥してグリーンシートを形成す
る。次いで、平均粒径約0.1〜2.0μmのWまたは
平均粒径約0.1〜5.0μmのMoの粉末に、イット
リウムおよびスカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲ
ン化物の少なくとも1種以上、および/またはアルカリ
土類元素のハロゲン化物の少なくとも1種以上の粉末を
添加して調製した導体ペーストを、前記グリーンシート
の少なくとも一方の表面にパターン印刷する。前記導体
ペーストが印刷されたグリーンシートを、温度1700
℃以下で焼成する。
料としてAlNを使用し、且つ低温焼成を採用し、焼成
後の絶縁層および導体層間の密着性と導体の体積抵抗率
を改善する。 【構成】 AlN粉末に、焼結助剤としてイットリウム
およびスカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化物
の少なくとも1種以上、および/またはアルカリ土類元
素ハロゲン化物の少なくとも1種以上の粉末を添加した
混合粉末を所定の溶媒中に分散させた後、得られた懸濁
液をシート化および乾燥してグリーンシートを形成す
る。次いで、平均粒径約0.1〜2.0μmのWまたは
平均粒径約0.1〜5.0μmのMoの粉末に、イット
リウムおよびスカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲ
ン化物の少なくとも1種以上、および/またはアルカリ
土類元素のハロゲン化物の少なくとも1種以上の粉末を
添加して調製した導体ペーストを、前記グリーンシート
の少なくとも一方の表面にパターン印刷する。前記導体
ペーストが印刷されたグリーンシートを、温度1700
℃以下で焼成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁材料として窒化ア
ルミニウム(AlN)を用いたセラミック回路基板の製
造方法、および特に当該方法によって好適に製造され得
る回路基板に関する。
ルミニウム(AlN)を用いたセラミック回路基板の製
造方法、および特に当該方法によって好適に製造され得
る回路基板に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、LSIチップ等の半導体素子
が実装される回路基板の絶縁層を構成する材料には、熱
伝導率が20W/mK程度であり、耐熱性に優れたアル
ミナ(Al2 O3 )が用いられている。しかしながら、
近年では、コンピューターシステムの高速化等に伴っ
て、これら機器に使用されるLSIチップの消費電力が
著しく増加しているため、上述したようなアルミナ程度
の熱伝導率では、半導体素子実装用の回路基板に求めら
れる熱放散性能を満たすことができない。
が実装される回路基板の絶縁層を構成する材料には、熱
伝導率が20W/mK程度であり、耐熱性に優れたアル
ミナ(Al2 O3 )が用いられている。しかしながら、
近年では、コンピューターシステムの高速化等に伴っ
て、これら機器に使用されるLSIチップの消費電力が
著しく増加しているため、上述したようなアルミナ程度
の熱伝導率では、半導体素子実装用の回路基板に求めら
れる熱放散性能を満たすことができない。
【0003】かかる点に対応して、上記半導体素子実装
用の回路基板(絶縁層)の材料として、熱導電率がアル
ミナ等に比べて高く(理論値約320W/mK)、熱膨
脹率が半導体素子に含まれるSiのそれと近い、窒化ア
ルミニウム(AlN)焼結体の実用化が検討されてい
る。
用の回路基板(絶縁層)の材料として、熱導電率がアル
ミナ等に比べて高く(理論値約320W/mK)、熱膨
脹率が半導体素子に含まれるSiのそれと近い、窒化ア
ルミニウム(AlN)焼結体の実用化が検討されてい
る。
【0004】AlN焼結体を使用した回路基板は、通
常、以下の如くプロセスに従って製造され得る。まず、
AlN粉末に、Y2 O3 等の酸化物系焼結助剤の粉末を
加えた混合粉末を所定の溶媒に懸濁させ、得られた懸濁
液をブレーディングおよび乾燥させてグリーンシートを
形成する。続いて、タングステンの粉末またはモリブデ
ンの粉末に、バインダーおよび溶媒を添加して調製した
導体ペーストを、前記グリーンシート上にパターン印刷
して配線パターンを形成し、脱バインダーを施した後、
所定の温度で焼成して、AlN焼結体からなる絶縁層を
有するセラミック回路基板を得る。また、グリーンシー
トの所定位置にビアホールを形成しておき、前記導体ペ
ーストを、グリーンシート上に印刷すると共にビアホー
ル内に充填した後、当該グリーンシート複数枚を積層お
よび焼成して、多層セラミック回路基板を得ることもで
きる。
常、以下の如くプロセスに従って製造され得る。まず、
AlN粉末に、Y2 O3 等の酸化物系焼結助剤の粉末を
加えた混合粉末を所定の溶媒に懸濁させ、得られた懸濁
液をブレーディングおよび乾燥させてグリーンシートを
形成する。続いて、タングステンの粉末またはモリブデ
ンの粉末に、バインダーおよび溶媒を添加して調製した
導体ペーストを、前記グリーンシート上にパターン印刷
して配線パターンを形成し、脱バインダーを施した後、
所定の温度で焼成して、AlN焼結体からなる絶縁層を
有するセラミック回路基板を得る。また、グリーンシー
トの所定位置にビアホールを形成しておき、前記導体ペ
ーストを、グリーンシート上に印刷すると共にビアホー
ル内に充填した後、当該グリーンシート複数枚を積層お
よび焼成して、多層セラミック回路基板を得ることもで
きる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記プ
ロセスでは、AlNがアルミナに比べて焼結温度が高
く、更に、Y2 O3 等の焼結助剤が高融点であることに
起因して、高熱伝導率のAlN焼結体からなる絶縁層を
得るには、高温(約1800℃程度)で且つ長時間の焼
成が必要である。このため、製造コストが高くなる。こ
れに対し、AlNの焼結助剤としてYF3 等のフッ化物
を使用することによる低温焼成が試みられているが、こ
の場合、得られた回路基板では、AlN絶縁層および導
体層間の密着性が不充分である。
ロセスでは、AlNがアルミナに比べて焼結温度が高
く、更に、Y2 O3 等の焼結助剤が高融点であることに
起因して、高熱伝導率のAlN焼結体からなる絶縁層を
得るには、高温(約1800℃程度)で且つ長時間の焼
成が必要である。このため、製造コストが高くなる。こ
れに対し、AlNの焼結助剤としてYF3 等のフッ化物
を使用することによる低温焼成が試みられているが、こ
の場合、得られた回路基板では、AlN絶縁層および導
体層間の密着性が不充分である。
【0006】また、脱ダインダーを行う時に、YF3 助
剤を用いた場合、窒素雰囲気や、アルゴン等の非酸化性
の雰囲気中で脱バインダを行う。この場合には、バイン
ダの分解に伴う、残留カーボンが多く、導体配線を持つ
同時焼成基板では導体抵抗が高くなり、良好な回路基板
が得られないのが現状である。導体配線を持つ同時焼成
基板を製造するときに、残留カーボンを減少させようと
空気などの酸化性雰囲気で脱バインダを行うと、WやM
oの金属粉末(ペースト)が酸化してWO3 等になり、
回路基板の製造が困難になる。したがって、AlNセラ
ミックス絶縁層と導体層間の密着性が十分で、低温焼結
することが可能であり、かつ導体回路の抵抗が低い回路
基板は製造できていないのが現状である。
剤を用いた場合、窒素雰囲気や、アルゴン等の非酸化性
の雰囲気中で脱バインダを行う。この場合には、バイン
ダの分解に伴う、残留カーボンが多く、導体配線を持つ
同時焼成基板では導体抵抗が高くなり、良好な回路基板
が得られないのが現状である。導体配線を持つ同時焼成
基板を製造するときに、残留カーボンを減少させようと
空気などの酸化性雰囲気で脱バインダを行うと、WやM
oの金属粉末(ペースト)が酸化してWO3 等になり、
回路基板の製造が困難になる。したがって、AlNセラ
ミックス絶縁層と導体層間の密着性が十分で、低温焼結
することが可能であり、かつ導体回路の抵抗が低い回路
基板は製造できていないのが現状である。
【0007】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、絶縁材料として窒化アルミニウム(AlN)を使
用し、焼成温度が低く、焼成後の絶縁層および導体層間
の密着性が改善された、導体抵抗の低いセラミック回路
基板の製造方法、および特に当該方法によって製造可能
な、熱放散性および耐熱性等に優れたセラミック回路基
板を提供することを目的とする。
ので、絶縁材料として窒化アルミニウム(AlN)を使
用し、焼成温度が低く、焼成後の絶縁層および導体層間
の密着性が改善された、導体抵抗の低いセラミック回路
基板の製造方法、および特に当該方法によって製造可能
な、熱放散性および耐熱性等に優れたセラミック回路基
板を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の上記
目的は、窒化アルミニウム粉末に、焼結助剤としてイッ
トリウムおよびスカンジウムを含む希土類元素の酸化物
の少なくとも1種および/またはアルカリ土類元素のハ
ロゲン化物の少なくとも1種以上の粉末を添加した混合
粉末を、所定の溶媒中に分散させた後、得られた懸濁液
をシート化および乾燥してグリーンシートを形成する工
程と、平均粒径約0.1〜2.0μmのタングステンま
たは平均粒径約0.1〜5.0μmのモリブデンの粉末
に、イットリウムおよびスカンジウムを含む希土類元素
の酸化物の少なくとも1種、および/またはアルカリ土
類元素のハロゲン化物の少なくとも1種以上の粉末を添
加して調製した導体ペーストを、前記グリーンシートの
少なくとも一方の表面にパターン印刷する工程と、前記
導体ペーストが印刷されたグリーンシートを積層し、7
00℃以下の温度で脱バインダを行い、温度1700℃
以下で焼成する工程とを具備する。
目的は、窒化アルミニウム粉末に、焼結助剤としてイッ
トリウムおよびスカンジウムを含む希土類元素の酸化物
の少なくとも1種および/またはアルカリ土類元素のハ
ロゲン化物の少なくとも1種以上の粉末を添加した混合
粉末を、所定の溶媒中に分散させた後、得られた懸濁液
をシート化および乾燥してグリーンシートを形成する工
程と、平均粒径約0.1〜2.0μmのタングステンま
たは平均粒径約0.1〜5.0μmのモリブデンの粉末
に、イットリウムおよびスカンジウムを含む希土類元素
の酸化物の少なくとも1種、および/またはアルカリ土
類元素のハロゲン化物の少なくとも1種以上の粉末を添
加して調製した導体ペーストを、前記グリーンシートの
少なくとも一方の表面にパターン印刷する工程と、前記
導体ペーストが印刷されたグリーンシートを積層し、7
00℃以下の温度で脱バインダを行い、温度1700℃
以下で焼成する工程とを具備する。
【0009】以下、本発明の方法を詳細に説明する。ま
ず、第一工程として、窒化アルミニウム(AIN)粉末
に、イットリウムおよびスカンジウムを含む希土類元素
の酸ハロゲン化物の少なくとも1種および/またはアル
カリ土類元素ハロゲン化物の少なくとも1種の粉末から
なる焼結助剤を添加し、充分に混合した後、この混合粉
末を、更にバインダーを添加して所定の溶媒中で混練し
て分散させ、所定の粘度に調整して造粒および整粒を行
う。続いて、得られた懸濁液を用いてセラミックの成
形、即ち、懸濁液をシート化し、乾燥してグリーンシー
トを形成する。
ず、第一工程として、窒化アルミニウム(AIN)粉末
に、イットリウムおよびスカンジウムを含む希土類元素
の酸ハロゲン化物の少なくとも1種および/またはアル
カリ土類元素ハロゲン化物の少なくとも1種の粉末から
なる焼結助剤を添加し、充分に混合した後、この混合粉
末を、更にバインダーを添加して所定の溶媒中で混練し
て分散させ、所定の粘度に調整して造粒および整粒を行
う。続いて、得られた懸濁液を用いてセラミックの成
形、即ち、懸濁液をシート化し、乾燥してグリーンシー
トを形成する。
【0010】当該第一工程において、前記AlN粉末と
しては、好ましくは、平均粒径が約0.02〜3.0μ
mであり、不純物酸素量が約0.1〜7重量%であるも
のが使用され得る。AlN粉末の平均粒径が0.02μ
m未満の場合、シート化等の加工が困難であり、また、
最終的に得られるAlN焼結体において、不純物酸素量
が多くなり、高い熱伝導率を得ることができない恐れが
ある。更に、シート密度が低下し、焼成時の収縮率が大
きくなり、シート表面における回路などの位置制御が困
難になる傾向にある。AlN粉末の平均粒径が3.0μ
mを超える場合、焼結性が低下し、充分に緻密化しなく
なる恐れがある。また、AlN粉末の不純物酸素量が約
0.1重量%未満の場合、焼結性が低下し、充分に緻密
化しなくなる恐れがあり、7重量%を超える場合、Al
N焼結体において高い熱伝導率を得ることができない恐
れがある。特に好ましくは、平均粒径0.05〜1.5
μmであり、不純物酸素量が0.3〜4重量%であるA
lN粉末が使用され得る。
しては、好ましくは、平均粒径が約0.02〜3.0μ
mであり、不純物酸素量が約0.1〜7重量%であるも
のが使用され得る。AlN粉末の平均粒径が0.02μ
m未満の場合、シート化等の加工が困難であり、また、
最終的に得られるAlN焼結体において、不純物酸素量
が多くなり、高い熱伝導率を得ることができない恐れが
ある。更に、シート密度が低下し、焼成時の収縮率が大
きくなり、シート表面における回路などの位置制御が困
難になる傾向にある。AlN粉末の平均粒径が3.0μ
mを超える場合、焼結性が低下し、充分に緻密化しなく
なる恐れがある。また、AlN粉末の不純物酸素量が約
0.1重量%未満の場合、焼結性が低下し、充分に緻密
化しなくなる恐れがあり、7重量%を超える場合、Al
N焼結体において高い熱伝導率を得ることができない恐
れがある。特に好ましくは、平均粒径0.05〜1.5
μmであり、不純物酸素量が0.3〜4重量%であるA
lN粉末が使用され得る。
【0011】前記焼結助剤として用いられるイットリウ
ムおよびスカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化
物としては、好ましくは、ScOF、YOF、ランタノ
イド系列元素の酸ハロゲン化物が、特に好ましくはYO
F、YbOF、ErOFが挙げられる。また、アルカリ
土類金属元素のフッ化物としては、好ましくは、CaF
2 、SrF2 、BaF2 が、特に好ましくは、CaF2
が挙げられる。
ムおよびスカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化
物としては、好ましくは、ScOF、YOF、ランタノ
イド系列元素の酸ハロゲン化物が、特に好ましくはYO
F、YbOF、ErOFが挙げられる。また、アルカリ
土類金属元素のフッ化物としては、好ましくは、CaF
2 、SrF2 、BaF2 が、特に好ましくは、CaF2
が挙げられる。
【0012】これら粉末材料の混合の際、焼結助剤の配
合量は、好ましくは、AlN粉末および焼結助剤粉末の
合計重量の約0.1〜20重量%とする。焼結助剤粉末
の配合量が0.1重量%未満であると、AlN焼結体に
おいて高い熱伝導率が達成されない上、焼結性が低下す
る恐れがあり、20重量%を超えると、やはり高い熱伝
導率が達成されない恐れがある。特に好ましい焼結助剤
粉末の配合量は、粉末材料の総重量の0.2〜10重量
%に設定され得る。
合量は、好ましくは、AlN粉末および焼結助剤粉末の
合計重量の約0.1〜20重量%とする。焼結助剤粉末
の配合量が0.1重量%未満であると、AlN焼結体に
おいて高い熱伝導率が達成されない上、焼結性が低下す
る恐れがあり、20重量%を超えると、やはり高い熱伝
導率が達成されない恐れがある。特に好ましい焼結助剤
粉末の配合量は、粉末材料の総重量の0.2〜10重量
%に設定され得る。
【0013】焼結助剤は、イットリウムおよびスカンジ
ウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化物の少なくとも一
種類を単独で用いてもよく、これら希土類元素の酸ハロ
ゲン化物の2種類以上を用いても良い。同様に、アルカ
リ土類元素のハロゲン化物の少なくとも一種類を単独で
用いても良く、これらアルカリ土類元素のハロゲン化物
の2種類以上を用いても良い。好ましくは、イットリウ
ムおよびスカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化
物の少なくとも一種類とアルカリ土類元素のハロゲン化
物の少なくとも一種類を混合した形でAlNに添加する
と昇温時液相が生成する温度が下がり、より低温での焼
結、つまり緻密化が可能となる。希土類元素の酸ハロゲ
ン化物とアルカリ土類元素のハロゲン化物の混合は1対
9から9:1の添加比(重量比)で好ましい焼結性が得
られる。さらに好ましい混合比は2:8から8:2であ
る。
ウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化物の少なくとも一
種類を単独で用いてもよく、これら希土類元素の酸ハロ
ゲン化物の2種類以上を用いても良い。同様に、アルカ
リ土類元素のハロゲン化物の少なくとも一種類を単独で
用いても良く、これらアルカリ土類元素のハロゲン化物
の2種類以上を用いても良い。好ましくは、イットリウ
ムおよびスカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化
物の少なくとも一種類とアルカリ土類元素のハロゲン化
物の少なくとも一種類を混合した形でAlNに添加する
と昇温時液相が生成する温度が下がり、より低温での焼
結、つまり緻密化が可能となる。希土類元素の酸ハロゲ
ン化物とアルカリ土類元素のハロゲン化物の混合は1対
9から9:1の添加比(重量比)で好ましい焼結性が得
られる。さらに好ましい混合比は2:8から8:2であ
る。
【0014】また、焼結助剤としては、必ずイットリウ
ムおよびスカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化
物の少なくとも一種類あるいはアルカリ土類元素のハロ
ゲン化物の少なくとも一種類を添加しなければ低温焼結
はできないが、これらハロゲン元素を含む助剤以外に従
来から用いられている、イットリウムおよびスカンジウ
ムを含む希土類元素の酸ハロゲン化物の少なくとも一種
類および/またはアルカリ土類元素の酸ハロゲン化物の
少なくとも一種類を同時に添加してもハロゲン元素の焼
結に及ぼす効果は同様に作用する。
ムおよびスカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化
物の少なくとも一種類あるいはアルカリ土類元素のハロ
ゲン化物の少なくとも一種類を添加しなければ低温焼結
はできないが、これらハロゲン元素を含む助剤以外に従
来から用いられている、イットリウムおよびスカンジウ
ムを含む希土類元素の酸ハロゲン化物の少なくとも一種
類および/またはアルカリ土類元素の酸ハロゲン化物の
少なくとも一種類を同時に添加してもハロゲン元素の焼
結に及ぼす効果は同様に作用する。
【0015】尚、上記粉末材料には、AlNの低温焼結
性をより向上させる目的で、微量のAl2 O3 を、着色
剤としてWおよび/またはW化合物(WO3 等)を、夫
々必要に応じて添加してもよい。
性をより向上させる目的で、微量のAl2 O3 を、着色
剤としてWおよび/またはW化合物(WO3 等)を、夫
々必要に応じて添加してもよい。
【0016】前記粉末材料のバインダーとしては、例え
ば、アクリル系バインダーや、PVB系バインダー等が
使用され得る。前記粉末材料およびバインダーを分散さ
せる溶媒としては、例えば、メチルイソブチレン、n−
ブタノール、トルエン等が使用され得る。
ば、アクリル系バインダーや、PVB系バインダー等が
使用され得る。前記粉末材料およびバインダーを分散さ
せる溶媒としては、例えば、メチルイソブチレン、n−
ブタノール、トルエン等が使用され得る。
【0017】また、当該第一工程におけるセラミックの
成形の具体的な方法としては、例えば、ドクターブレー
ド法等が採用される。次に、第二工程として、平均粒径
約0.1〜2.0μmのW粉末または平均粒径約0.1
〜5.0μmのMo粉末に、イットリウムおよびスカン
ジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化物の少なくとも
1種および/またはアルカリ土類元素のハロゲン化物の
少なくとも1種の粉末、更にバインダーおよび溶媒を加
え混練することによって導体ペーストを調製した後、か
かる導体ペーストを、前記第一工程で形成されたAlN
グリーンシートの少なくとも一表面に、スクリーン印刷
法等によって所定のパターン形状に印刷する。また、グ
リーンシートには、あらかじめ、パンチングマシーン等
を用いて、ビアホールを形成しておき、前記導体ペース
トをAlNグリーンシートに充填しておく。こうして、
グリーンシート上に微細な信号線および電源等によって
構成された所定のパターンの導体層を形成する。
成形の具体的な方法としては、例えば、ドクターブレー
ド法等が採用される。次に、第二工程として、平均粒径
約0.1〜2.0μmのW粉末または平均粒径約0.1
〜5.0μmのMo粉末に、イットリウムおよびスカン
ジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化物の少なくとも
1種および/またはアルカリ土類元素のハロゲン化物の
少なくとも1種の粉末、更にバインダーおよび溶媒を加
え混練することによって導体ペーストを調製した後、か
かる導体ペーストを、前記第一工程で形成されたAlN
グリーンシートの少なくとも一表面に、スクリーン印刷
法等によって所定のパターン形状に印刷する。また、グ
リーンシートには、あらかじめ、パンチングマシーン等
を用いて、ビアホールを形成しておき、前記導体ペース
トをAlNグリーンシートに充填しておく。こうして、
グリーンシート上に微細な信号線および電源等によって
構成された所定のパターンの導体層を形成する。
【0018】当該第二工程では、続く第四工程における
AlNグリーンシート(絶縁層)および導体層の焼成温
度範囲に基づいて、導体ペーストの主成分、即ち導体金
属であるW粉末またはMo粉末の粒径が上記範囲に特定
されている。当該範囲の下限未満であると、粉末の取扱
いが容易ではなく、ペースト化が難しく良好に印刷する
ことができない。上限を越えると導体層の収縮率が過度
に小さくなり、AlN絶縁層の収縮率とマッチングがと
れず、最終的に得られる回路基板においてクラック、反
り等の欠陥が生じる。
AlNグリーンシート(絶縁層)および導体層の焼成温
度範囲に基づいて、導体ペーストの主成分、即ち導体金
属であるW粉末またはMo粉末の粒径が上記範囲に特定
されている。当該範囲の下限未満であると、粉末の取扱
いが容易ではなく、ペースト化が難しく良好に印刷する
ことができない。上限を越えると導体層の収縮率が過度
に小さくなり、AlN絶縁層の収縮率とマッチングがと
れず、最終的に得られる回路基板においてクラック、反
り等の欠陥が生じる。
【0019】また、当該第二工程では、続く第四工程に
おけるAlN絶縁層および導体層の焼成時の収縮率をマ
ッチングさせる目的で、前記導体ペースト中に、充填剤
として前記第一工程でAlNの焼結助剤として用いられ
た化合物、即ち、イットリウムおよびスカンジウムを含
む希土類元素の酸ハロゲン化物の少なくとも1種、およ
び/またはアルカリ土類元素のハロゲン化物の少なくと
も1種の粉末を添加する。当該酸ハロゲン化物および/
またはハロゲン化物の添加量は、好ましくは導体ペース
ト中の全粉末量(体積)の約0.001〜10体積%に
設定され得る。
おけるAlN絶縁層および導体層の焼成時の収縮率をマ
ッチングさせる目的で、前記導体ペースト中に、充填剤
として前記第一工程でAlNの焼結助剤として用いられ
た化合物、即ち、イットリウムおよびスカンジウムを含
む希土類元素の酸ハロゲン化物の少なくとも1種、およ
び/またはアルカリ土類元素のハロゲン化物の少なくと
も1種の粉末を添加する。当該酸ハロゲン化物および/
またはハロゲン化物の添加量は、好ましくは導体ペース
ト中の全粉末量(体積)の約0.001〜10体積%に
設定され得る。
【0020】尚、第二工程で、前記イットリウムおよび
スカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化物および
/またはアルカリ土類元素のハロゲン化物の少なくとも
1種の粉末を、AlN粉末との混合粉末として前記導体
ペーストに添加してもよい。この場合、当該混合粉末の
添加量は、好ましくは、導体ペースト中の全粉末量(体
積)の約0.1〜40体積%に設定され得る。また、当
該混合粉末中のフッ化物粉末の含有率は、好ましくは約
0.001〜10重量%である。
スカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化物および
/またはアルカリ土類元素のハロゲン化物の少なくとも
1種の粉末を、AlN粉末との混合粉末として前記導体
ペーストに添加してもよい。この場合、当該混合粉末の
添加量は、好ましくは、導体ペースト中の全粉末量(体
積)の約0.1〜40体積%に設定され得る。また、当
該混合粉末中のフッ化物粉末の含有率は、好ましくは約
0.001〜10重量%である。
【0021】この他、前記導体ペーストには、AlNの
低温焼結性をより向上させる目的で、微量のAl2 O3
を添加してもよい。また、AlN絶縁層と同様にWO3
等を添加して導体層中に含まれる添加物が絶縁層の組成
と同様にしてもよい。
低温焼結性をより向上させる目的で、微量のAl2 O3
を添加してもよい。また、AlN絶縁層と同様にWO3
等を添加して導体層中に含まれる添加物が絶縁層の組成
と同様にしてもよい。
【0022】前記導体ペーストの調製において、上記粉
末材料のバインダーとしては、例えば、セルロース系バ
インダー、アクリル系バインダー等が使用され、溶媒と
しては、例えば、テレプネオール、トルエン、エタノー
ル等が使用され得る。
末材料のバインダーとしては、例えば、セルロース系バ
インダー、アクリル系バインダー等が使用され、溶媒と
しては、例えば、テレプネオール、トルエン、エタノー
ル等が使用され得る。
【0023】第三工程として、導体回路を形成した単層
配線の成形体や、あるいは積層により多層化した成形体
の脱バインダを行う。脱脂を行う際、雰囲気として、水
蒸気を含有する窒素雰囲気、水蒸気を含有するアルゴン
雰囲気、水蒸気を含有する窒素およびアルゴン雰囲気を
用いる。また、脱バインダを行うときの最高温度は70
0℃以下で行う。上記雰囲気および最高温度で脱脂を行
うと、バインダが熱分解したときの残留カーボンの量が
少なく、焼結後にWやMoが炭化してW2 C、WCやM
o2 Cといった高抵抗の化合物が生成せず、低抵抗の
1.7×10-5Ωcm未満の低抵抗な導体を具備したセ
ラミック回路基板を得ることができる。
配線の成形体や、あるいは積層により多層化した成形体
の脱バインダを行う。脱脂を行う際、雰囲気として、水
蒸気を含有する窒素雰囲気、水蒸気を含有するアルゴン
雰囲気、水蒸気を含有する窒素およびアルゴン雰囲気を
用いる。また、脱バインダを行うときの最高温度は70
0℃以下で行う。上記雰囲気および最高温度で脱脂を行
うと、バインダが熱分解したときの残留カーボンの量が
少なく、焼結後にWやMoが炭化してW2 C、WCやM
o2 Cといった高抵抗の化合物が生成せず、低抵抗の
1.7×10-5Ωcm未満の低抵抗な導体を具備したセ
ラミック回路基板を得ることができる。
【0024】YF3 などの弗化物を添加剤として用いた
場合には、水蒸気が存在すると水蒸気と反応を起こして
HFの有害ガスが発生するため人体に有害であり、ガス
の処理装置が必要となり、低温同時焼結してローコスト
化してもガス処理の点で製造コストがかかってしまう。
従って、導体を具備した多層配線基板の脱脂雰囲気は、
純窒素や純アルゴンあるいは混合ガスといったドライの
雰囲気でしか行うことができなかった。その結果とし
て、低温で焼結はできるが、導体の抵抗は1.7×10
-5Ωcm以上と高い導体しかえられなかった。
場合には、水蒸気が存在すると水蒸気と反応を起こして
HFの有害ガスが発生するため人体に有害であり、ガス
の処理装置が必要となり、低温同時焼結してローコスト
化してもガス処理の点で製造コストがかかってしまう。
従って、導体を具備した多層配線基板の脱脂雰囲気は、
純窒素や純アルゴンあるいは混合ガスといったドライの
雰囲気でしか行うことができなかった。その結果とし
て、低温で焼結はできるが、導体の抵抗は1.7×10
-5Ωcm以上と高い導体しかえられなかった。
【0025】雰囲気として、水蒸気を含有する窒素雰囲
気、水蒸気を含有するアルゴン雰囲気、水蒸気を含有す
る窒素およびアルゴン雰囲気等のWやMoが酸化しない
雰囲気であればよい。酸素を含有した窒素雰囲気などの
酸化性雰囲気を用いるとWやMoの導体が酸化されてし
まい、WO3 やMoO3 等の酸化物となってしまい良好
な導体が形成できなくなる。水蒸気の含ませる方法とし
て、有効であり、最も簡便な方法としては、ドライの窒
素ガスやアルゴンガスを室温の水に通して、水蒸気を与
え、このガスを脱バインダの炉内に送り込めばよい。現
在のところ詳細はわかっていないが、水蒸気を含有させ
た窒素雰囲気を用いると、バインダの重合体が、重合す
る前の段階であるモノマーの形で分解が促進し、モノマ
ーガスとして揮散しカーボンの形として残りにくくな
る。
気、水蒸気を含有するアルゴン雰囲気、水蒸気を含有す
る窒素およびアルゴン雰囲気等のWやMoが酸化しない
雰囲気であればよい。酸素を含有した窒素雰囲気などの
酸化性雰囲気を用いるとWやMoの導体が酸化されてし
まい、WO3 やMoO3 等の酸化物となってしまい良好
な導体が形成できなくなる。水蒸気の含ませる方法とし
て、有効であり、最も簡便な方法としては、ドライの窒
素ガスやアルゴンガスを室温の水に通して、水蒸気を与
え、このガスを脱バインダの炉内に送り込めばよい。現
在のところ詳細はわかっていないが、水蒸気を含有させ
た窒素雰囲気を用いると、バインダの重合体が、重合す
る前の段階であるモノマーの形で分解が促進し、モノマ
ーガスとして揮散しカーボンの形として残りにくくな
る。
【0026】脱バインダ中の最高温度は700℃が好ま
しい。CaF2 は水蒸気が含有する窒素雰囲気中では9
00℃以上で分解が始まりCaOになる。従って、アル
カリ土類金属元素のハロゲン化物を単独で用いた場合に
は900℃以下の脱バインダが有効な方法となる。しか
し、イットリウムおよびスカンジウムを含む希土類元素
の酸ハロゲン化物を水蒸気を含む窒素中で加熱すると、
700℃を越えると分解が始まり、Y2 O3 になる。従
って、イットリウムおよびスカンジウムを含む希土類元
素の酸ハロゲン化物単独の場合や、イットリウムおよび
スカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化物および
アルカリ土類元素のハロゲン化物を添加する場合は、7
00℃以下の温度で脱バインダを行うと残留炭素が少な
くAlNが酸化されずに、助剤成分が分解されずに良好
な脱脂体が得られる。脱バインダの最高温度は300℃
以上でないとバインダの分解が始まらない。さらに好ま
しくは350℃以上で行う。
しい。CaF2 は水蒸気が含有する窒素雰囲気中では9
00℃以上で分解が始まりCaOになる。従って、アル
カリ土類金属元素のハロゲン化物を単独で用いた場合に
は900℃以下の脱バインダが有効な方法となる。しか
し、イットリウムおよびスカンジウムを含む希土類元素
の酸ハロゲン化物を水蒸気を含む窒素中で加熱すると、
700℃を越えると分解が始まり、Y2 O3 になる。従
って、イットリウムおよびスカンジウムを含む希土類元
素の酸ハロゲン化物単独の場合や、イットリウムおよび
スカンジウムを含む希土類元素の酸ハロゲン化物および
アルカリ土類元素のハロゲン化物を添加する場合は、7
00℃以下の温度で脱バインダを行うと残留炭素が少な
くAlNが酸化されずに、助剤成分が分解されずに良好
な脱脂体が得られる。脱バインダの最高温度は300℃
以上でないとバインダの分解が始まらない。さらに好ま
しくは350℃以上で行う。
【0027】次いで、第四工程として、前記導体層が形
成されたグリーン成形体(脱脂体)を、例えば非酸化性
雰囲気中において、温度1700℃以下、好ましくは1
300〜1600℃で焼成する。続いて、必要に応じ
て、表面の研削、研磨、薄膜回路形成、メッキ、ピン形
成等を行い、AlN焼結体からなる絶縁層、およびWま
たはMoを主成分とする導体層(導体パターン)を備え
たセラミック回路基板を得る。
成されたグリーン成形体(脱脂体)を、例えば非酸化性
雰囲気中において、温度1700℃以下、好ましくは1
300〜1600℃で焼成する。続いて、必要に応じ
て、表面の研削、研磨、薄膜回路形成、メッキ、ピン形
成等を行い、AlN焼結体からなる絶縁層、およびWま
たはMoを主成分とする導体層(導体パターン)を備え
たセラミック回路基板を得る。
【0028】上述したような本発明の方法によれば、絶
縁材料であるAlNの焼結助剤として、およびWおよび
/またMoを主成分とした導体ペーストに、アルカリ土
類金属元素の弗化物といった低融点(CaF2 の場合1
360℃程度)であり、YOF等の酸弗化物といった高
温で粒界相成分として存在するAl−Y−O系化合物と
の反応性の高い(弗素の固溶と思われる)化合物を添加
しているため、温度1700℃以下での低温焼結が可能
となる。
縁材料であるAlNの焼結助剤として、およびWおよび
/またMoを主成分とした導体ペーストに、アルカリ土
類金属元素の弗化物といった低融点(CaF2 の場合1
360℃程度)であり、YOF等の酸弗化物といった高
温で粒界相成分として存在するAl−Y−O系化合物と
の反応性の高い(弗素の固溶と思われる)化合物を添加
しているため、温度1700℃以下での低温焼結が可能
となる。
【0029】このような低温焼成の際、AlNグリーン
シート(絶縁層)および導体層の両層に連続的に前記ハ
ロゲン含有化合物が存在するため、即ちハロゲン素原子
が均一に分布するため、両層間の密着性が向上し、両層
の収縮率がマッチングする。よって、焼成後に得られる
セラミック回路基板では、AlN焼結体からなる絶縁層
および導体層の界面の強度が向上して、導体層の剥離、
断線等が防止され、特にAlN絶縁層内でのクラック、
基板の反りの発生も低減され得る。尚、導体ペーストに
対し充填剤として前記ハロゲン含有化合物粉末およびA
lN粉末の混合粉末を添加した場合、焼成時に、AlN
絶縁層および導体層の収縮挙動がより近いものとなり、
クラック発生等が一層低減され、界面の強度が一層向上
する。
シート(絶縁層)および導体層の両層に連続的に前記ハ
ロゲン含有化合物が存在するため、即ちハロゲン素原子
が均一に分布するため、両層間の密着性が向上し、両層
の収縮率がマッチングする。よって、焼成後に得られる
セラミック回路基板では、AlN焼結体からなる絶縁層
および導体層の界面の強度が向上して、導体層の剥離、
断線等が防止され、特にAlN絶縁層内でのクラック、
基板の反りの発生も低減され得る。尚、導体ペーストに
対し充填剤として前記ハロゲン含有化合物粉末およびA
lN粉末の混合粉末を添加した場合、焼成時に、AlN
絶縁層および導体層の収縮挙動がより近いものとなり、
クラック発生等が一層低減され、界面の強度が一層向上
する。
【0030】また、本発明の方法では、詳細な機構は現
在のところ不明ではあるが、前記酸ハロゲン化物および
/またはハロゲン化物焼結助剤を使用することに起因
し、従来の方法のような焼結助剤としてY2 O3 等の酸
化物系焼結助剤を使用する場合に比べて、焼成後に得ら
れたセラミック回路基板のAlN絶縁層および導体層に
おいて、導体ペーストの調製において配合したハロゲン
含有化合物を構成していたハロゲン原子が残存する。例
えば、導体ペーストの調製においてYOFが配合され場
合、AlN原料粉末の表面酸素(便宜上Al2 O3 と記
す)と反応して、Al−Y−O系化合物を生成する。
在のところ不明ではあるが、前記酸ハロゲン化物および
/またはハロゲン化物焼結助剤を使用することに起因
し、従来の方法のような焼結助剤としてY2 O3 等の酸
化物系焼結助剤を使用する場合に比べて、焼成後に得ら
れたセラミック回路基板のAlN絶縁層および導体層に
おいて、導体ペーストの調製において配合したハロゲン
含有化合物を構成していたハロゲン原子が残存する。例
えば、導体ペーストの調製においてYOFが配合され場
合、AlN原料粉末の表面酸素(便宜上Al2 O3 と記
す)と反応して、Al−Y−O系化合物を生成する。
【0031】 YOF+Al2 O3 → Al5 Y3 O12+AlF3 また、Al5 Y3 O12の融点を調べると、融点の176
0℃よりも300℃から400℃程度低くなっているこ
とがわかった。従って、弗素の一部分はAl−Y−O系
化合物に固溶して融点を下げていると考えられる。さら
に、YOFを多く添加した場合にはYOFのままで一部
焼結体中に残る。CaF2 が配合された場合、YOFの
場合と同様に、Al−Ca−O化合物が生成するが、一
部の弗素は、焼結反応時に酸化物の酸素のサイトに固溶
して、酸化物の融点を下げていると考えられる。
0℃よりも300℃から400℃程度低くなっているこ
とがわかった。従って、弗素の一部分はAl−Y−O系
化合物に固溶して融点を下げていると考えられる。さら
に、YOFを多く添加した場合にはYOFのままで一部
焼結体中に残る。CaF2 が配合された場合、YOFの
場合と同様に、Al−Ca−O化合物が生成するが、一
部の弗素は、焼結反応時に酸化物の酸素のサイトに固溶
して、酸化物の融点を下げていると考えられる。
【0032】このようなハロゲン原子の存在によって、
焼成後に得られた回路基板においても導体層のWまたは
Mo中のFとAlN中のFの組織が連続化し、界面強度
の高い導体層が形成され、その回路性能が一段と向上す
る。焼結後のハロゲン元素の量は1ppm〜2000p
pm存在すれば効果がある。好ましくは10〜500p
pmの含有である。
焼成後に得られた回路基板においても導体層のWまたは
Mo中のFとAlN中のFの組織が連続化し、界面強度
の高い導体層が形成され、その回路性能が一段と向上す
る。焼結後のハロゲン元素の量は1ppm〜2000p
pm存在すれば効果がある。好ましくは10〜500p
pmの含有である。
【0033】またさらに、水蒸気を含有する窒素雰囲
気、水蒸気を含有するアルゴン雰囲気、水蒸気を含有す
る窒素およびアルゴン雰囲気等で脱バインダを行うと、
バインダの熱分解がカーボンをわずかしか残さないかた
ちで起こり、焼結後の導体の配線抵抗が低い1.7×1
0-5Ωcm以下の低抵抗熱放熱性のセラミック回路基板
が製造が可能となり、性能が一段と向上する。
気、水蒸気を含有するアルゴン雰囲気、水蒸気を含有す
る窒素およびアルゴン雰囲気等で脱バインダを行うと、
バインダの熱分解がカーボンをわずかしか残さないかた
ちで起こり、焼結後の導体の配線抵抗が低い1.7×1
0-5Ωcm以下の低抵抗熱放熱性のセラミック回路基板
が製造が可能となり、性能が一段と向上する。
【0034】本発明の方法によって、単層の配線構造の
セラミック回路基板はもとより多層配線構造のセラミッ
ク回路基板を形成することができる。則ち、前記第一工
程に従ってAlNグリーンシートを形成し、その所定位
置に複数の層間接続用のビアホールを形成する。ここ
で、ビアホールを形成する方法としては、ポンチ、ダ
イ、パンチングマシーン等を用いる機械的方法、レーザ
加工法等が採用され得る。続いて、前記第二工程に従っ
て、各AlNグリーンシート上、更にビアホール内に、
導体ペーストを所定のパターン形状に印刷および充填し
た後、これらグリーンシートを、夫々に形成されたビア
ホールの位置を適宜合わせた上で積層し熱圧着する。
セラミック回路基板はもとより多層配線構造のセラミッ
ク回路基板を形成することができる。則ち、前記第一工
程に従ってAlNグリーンシートを形成し、その所定位
置に複数の層間接続用のビアホールを形成する。ここ
で、ビアホールを形成する方法としては、ポンチ、ダ
イ、パンチングマシーン等を用いる機械的方法、レーザ
加工法等が採用され得る。続いて、前記第二工程に従っ
て、各AlNグリーンシート上、更にビアホール内に、
導体ペーストを所定のパターン形状に印刷および充填し
た後、これらグリーンシートを、夫々に形成されたビア
ホールの位置を適宜合わせた上で積層し熱圧着する。
【0035】次に、この積層体を前記第三工程に従っ
て、水蒸気含有雰囲気中で最高温度700℃以下で脱バ
インダを行う。次に、この積層体を前記第四工程に従っ
て、温度1700℃以下で焼成する。こうして、各導体
層間をビアホールによって電気的に接続させ、多層配線
構造のセラミック回路基板を得る。
て、水蒸気含有雰囲気中で最高温度700℃以下で脱バ
インダを行う。次に、この積層体を前記第四工程に従っ
て、温度1700℃以下で焼成する。こうして、各導体
層間をビアホールによって電気的に接続させ、多層配線
構造のセラミック回路基板を得る。
【0036】一方、本発明のセラミック回路基板は、平
均粒径5μm以下の窒化アルミニウム粒子を有し、熱伝
導率が50〜250W/m・K、相対密度が98%以
上、絶対酸素含有量0.05〜5重量%であり、且つハ
ロゲン元素を含有する窒化アルミニウム焼結体からなる
セラミック絶縁層と、前記絶縁層上に形成された、タン
グステンまたはモリブデンを主成分とし、更に弗素を含
有する導体抵抗が1.7×10-5Ωcm未満の所定のパ
ターンの導体層とを具備する。
均粒径5μm以下の窒化アルミニウム粒子を有し、熱伝
導率が50〜250W/m・K、相対密度が98%以
上、絶対酸素含有量0.05〜5重量%であり、且つハ
ロゲン元素を含有する窒化アルミニウム焼結体からなる
セラミック絶縁層と、前記絶縁層上に形成された、タン
グステンまたはモリブデンを主成分とし、更に弗素を含
有する導体抵抗が1.7×10-5Ωcm未満の所定のパ
ターンの導体層とを具備する。
【0037】上記構成になるセラミック回路基板は、特
に限定されるものではないが、前述したような本発明の
方法に従って好適に製造され得る。かかるセラミック回
路基板によれば、セラミック絶縁層および導体層に連続
的にハロゲン素が存在するため、これら両層の密着性に
優れており、導体層の剥離等が低減されている。従っ
て、本発明のセラミック回路基板は、絶縁材料としてA
lNが適用されていることに起因して優れた熱放散性
(熱伝導率)および耐熱性等を示し、更に、剥離、断線
といった導体層の欠陥も少なく、導体抵抗が1.7×1
0-5Ωcm未満の値を有す良好な回路性能を有する。
に限定されるものではないが、前述したような本発明の
方法に従って好適に製造され得る。かかるセラミック回
路基板によれば、セラミック絶縁層および導体層に連続
的にハロゲン素が存在するため、これら両層の密着性に
優れており、導体層の剥離等が低減されている。従っ
て、本発明のセラミック回路基板は、絶縁材料としてA
lNが適用されていることに起因して優れた熱放散性
(熱伝導率)および耐熱性等を示し、更に、剥離、断線
といった導体層の欠陥も少なく、導体抵抗が1.7×1
0-5Ωcm未満の値を有す良好な回路性能を有する。
【0038】
【実施例】以下、本発明を実施例に沿って詳細に説明す
る。尚、これら実施例は、本発明の理解を容易にする目
的で記載されるものであり、本発明を特に限定するもの
ではない。 実施例1:焼結体の評価 本実施例では、本発明の方法に従って形成され得るセラ
ミック回路基板の導体層および絶縁層を、夫々焼結体の
状態で評価した。
る。尚、これら実施例は、本発明の理解を容易にする目
的で記載されるものであり、本発明を特に限定するもの
ではない。 実施例1:焼結体の評価 本実施例では、本発明の方法に従って形成され得るセラ
ミック回路基板の導体層および絶縁層を、夫々焼結体の
状態で評価した。
【0039】平均粒径0.7μmのW粉末に、平均粒径
1.2μmのYOF粉末を3重量%および平均粒径0.
4μm、不純物酸素量1.0重量%のAlN粉末97重
量%からなる混合粉末を各10、35、60体積%添加
し、n−ブタノール中を分散媒としボールミルを用いて
充分に混合および解砕した。一方、前記AlN粉末およ
びYOF粉末からなる混合粉末のみを、上記同様の方法
で混合、解砕した。
1.2μmのYOF粉末を3重量%および平均粒径0.
4μm、不純物酸素量1.0重量%のAlN粉末97重
量%からなる混合粉末を各10、35、60体積%添加
し、n−ブタノール中を分散媒としボールミルを用いて
充分に混合および解砕した。一方、前記AlN粉末およ
びYOF粉末からなる混合粉末のみを、上記同様の方法
で混合、解砕した。
【0040】これら4種類の組成の異なる混合粉末10
0重量部に、夫々、バインダーとしてアクリル系バイン
ダを5重量部添加した後、圧力500kg・cm2で一
軸加圧し、30mm×30mm×10mmの圧粉体を形
成した。続いて、圧粉体を27℃水中を通した水蒸気を
含有する窒素ガスを脱脂炉に導いて、最高温度700℃
キープ時間2時間で脱バインダーし、N2 雰囲気、カー
ボンヒーター炉内に置き、500℃/時間の割合で、1
300℃、1400℃、1500℃、1600℃または
1700℃まで昇温して焼成を行い、保持時間0分で炉
冷降温し、または6時間保持した後炉冷降温して、焼結
体を得た、尚、W粉末を用いて得られた焼結体は回路基
板の導体層に、AlN粉末およびYOF粉末の混合粉末
のみを用いて得られた焼結体は回路基板の絶縁層に夫々
相当する。
0重量部に、夫々、バインダーとしてアクリル系バイン
ダを5重量部添加した後、圧力500kg・cm2で一
軸加圧し、30mm×30mm×10mmの圧粉体を形
成した。続いて、圧粉体を27℃水中を通した水蒸気を
含有する窒素ガスを脱脂炉に導いて、最高温度700℃
キープ時間2時間で脱バインダーし、N2 雰囲気、カー
ボンヒーター炉内に置き、500℃/時間の割合で、1
300℃、1400℃、1500℃、1600℃または
1700℃まで昇温して焼成を行い、保持時間0分で炉
冷降温し、または6時間保持した後炉冷降温して、焼結
体を得た、尚、W粉末を用いて得られた焼結体は回路基
板の導体層に、AlN粉末およびYOF粉末の混合粉末
のみを用いて得られた焼結体は回路基板の絶縁層に夫々
相当する。
【0041】得られた焼結体について収縮率を測定し
た。収縮率と焼成温度との関係を図1に示す。また、1
600℃に昇温後6時間の保持を行って得られた焼結体
については、体積抵抗率を測定した。体積抵抗率と、A
lN粉末およびYOF粉末の混合粉末の添加量との関係
を図2に示す。 比較例1 実施例1と同様の操作および条件に従って平均粒径0.
7μmのW粉末を単独と解砕、成形、焼成して焼結体を
形成し、収縮率を測定した。収縮率と焼成温度との関係
を図1に示す。
た。収縮率と焼成温度との関係を図1に示す。また、1
600℃に昇温後6時間の保持を行って得られた焼結体
については、体積抵抗率を測定した。体積抵抗率と、A
lN粉末およびYOF粉末の混合粉末の添加量との関係
を図2に示す。 比較例1 実施例1と同様の操作および条件に従って平均粒径0.
7μmのW粉末を単独と解砕、成形、焼成して焼結体を
形成し、収縮率を測定した。収縮率と焼成温度との関係
を図1に示す。
【0042】図1の結果では、1300〜1700℃の
範囲の焼成温度を通じて、W粉末とAlN粉末およびY
OF粉末からなる混合粉末とを用いて得られた焼結体
は、W粉末のみを用いて得られた焼結体に比べて、Al
N粉末およびYOF粉末からなる混合粉末のみを用いて
得られた焼結体に近い収縮率を示していた。従って回路
基板の製造において、WにYOFを添加した混合粉末を
用いて導体層を形成し、一方、AlNにYOFを添加し
た混合粉末を用いて絶縁層を形成した場合、これら両層
の収縮率をマッチングさせることが可能であることが示
唆される。 実施例2 下記表1に示す処方に従って、導体成分および添加剤成
分を配合して混合粉末を調整し、この混合粉末を、実施
例1と同様の操作および表1に示す条件に従って解砕、
成形、脱脂、焼成し、回路基板の導体層に相当する焼結
体No.1〜19を形成した。
範囲の焼成温度を通じて、W粉末とAlN粉末およびY
OF粉末からなる混合粉末とを用いて得られた焼結体
は、W粉末のみを用いて得られた焼結体に比べて、Al
N粉末およびYOF粉末からなる混合粉末のみを用いて
得られた焼結体に近い収縮率を示していた。従って回路
基板の製造において、WにYOFを添加した混合粉末を
用いて導体層を形成し、一方、AlNにYOFを添加し
た混合粉末を用いて絶縁層を形成した場合、これら両層
の収縮率をマッチングさせることが可能であることが示
唆される。 実施例2 下記表1に示す処方に従って、導体成分および添加剤成
分を配合して混合粉末を調整し、この混合粉末を、実施
例1と同様の操作および表1に示す条件に従って解砕、
成形、脱脂、焼成し、回路基板の導体層に相当する焼結
体No.1〜19を形成した。
【0043】得られた焼結体について、収縮率および体
積抵抗値を測定した。結果を表1に併記する。表1の結
果より、WまたはMoのような導体金属にYOF等を添
加して形成された導体層は、成分組成および焼成条件等
が変動しても、ほぼ一定の収縮率および非常に低い体積
抵抗値を安定して示すことが示唆される。
積抵抗値を測定した。結果を表1に併記する。表1の結
果より、WまたはMoのような導体金属にYOF等を添
加して形成された導体層は、成分組成および焼成条件等
が変動しても、ほぼ一定の収縮率および非常に低い体積
抵抗値を安定して示すことが示唆される。
【0044】
【表1】 比較例2 実施例2の焼結体No.1と同様の操作および条件に従
って、平均粒径0.4μmのW粉末にAlN(0.4μ
m)97重量%+YOF3重量%の組成の混合粉末を3
5体積%添加して解砕、成形、焼成して焼結体を作成
し、収縮率および体積抵抗率を測定した。
って、平均粒径0.4μmのW粉末にAlN(0.4μ
m)97重量%+YOF3重量%の組成の混合粉末を3
5体積%添加して解砕、成形、焼成して焼結体を作成
し、収縮率および体積抵抗率を測定した。
【0045】収縮率は20.5%と良好であったが、体
積抵抗率が3.5×10-5Ωcmと高い値であり、X線
回析装置で導体成分を解析したところ多量のタングステ
ンカーバイトが生成していた。 実施例3:セラミック回路基板の製造 本実施例では多層配線構造のセラミック回路基板を製造
した。
積抵抗率が3.5×10-5Ωcmと高い値であり、X線
回析装置で導体成分を解析したところ多量のタングステ
ンカーバイトが生成していた。 実施例3:セラミック回路基板の製造 本実施例では多層配線構造のセラミック回路基板を製造
した。
【0046】平均粒径0.6μm、不純物酸素量1.3
重量%のAlN粉末97重量%に、焼結助剤としてYO
F粉末3重量%を添加し、ボールミルを用いn- ブタノ
ール中において湿式混合した。この混合粉末を、有機バ
インダーと共に有機溶媒中に分散し、得られたスラリー
をドクターブレード法に従ってシート化し、複数のグリ
ーンシートを形成した。続いて、得られたグリーンシー
トの所定位置に、層間接続用の複数のビアホールを形成
した。
重量%のAlN粉末97重量%に、焼結助剤としてYO
F粉末3重量%を添加し、ボールミルを用いn- ブタノ
ール中において湿式混合した。この混合粉末を、有機バ
インダーと共に有機溶媒中に分散し、得られたスラリー
をドクターブレード法に従ってシート化し、複数のグリ
ーンシートを形成した。続いて、得られたグリーンシー
トの所定位置に、層間接続用の複数のビアホールを形成
した。
【0047】一方、平均粒径0.7μmのW粉末80.
0体積%と、平均粒径0.6μmのAlN粉末97重量
%および、YOF粉末3重量%からなる混合粉末20.
0体積%とを、有機バインダーと共に有機溶媒中に分散
し、導体ペーストを調整した。
0体積%と、平均粒径0.6μmのAlN粉末97重量
%および、YOF粉末3重量%からなる混合粉末20.
0体積%とを、有機バインダーと共に有機溶媒中に分散
し、導体ペーストを調整した。
【0048】次に、前記導体ペーストを、前記グリーン
シートのビアホール内に充填、およびシートの一表面に
スクリーン印刷し、またビアホール内に充填し、導体層
を形成した。続いて、導体層が形成された複数のグリー
ンシートをビアホールの位置を適宜合わせて積層し加熱
プレスを施した。次いで、得られた積層体を27℃の水
中を通した水蒸気を含有する窒素ガスを脱脂炉に導い
て、最高温度690℃、キープ時間3時間で脱バインダ
ーし、N2 等の非酸化性雰囲気中において1570℃で
6時間焼成した。こうして、導体層間をビアホールを介
して導通させ、多層配線構造のセラミック回路基板を得
た。
シートのビアホール内に充填、およびシートの一表面に
スクリーン印刷し、またビアホール内に充填し、導体層
を形成した。続いて、導体層が形成された複数のグリー
ンシートをビアホールの位置を適宜合わせて積層し加熱
プレスを施した。次いで、得られた積層体を27℃の水
中を通した水蒸気を含有する窒素ガスを脱脂炉に導い
て、最高温度690℃、キープ時間3時間で脱バインダ
ーし、N2 等の非酸化性雰囲気中において1570℃で
6時間焼成した。こうして、導体層間をビアホールを介
して導通させ、多層配線構造のセラミック回路基板を得
た。
【0049】かかるセラミック回路基板について、絶縁
層部は充分に緻密化しており、ポアは見られなかった。
表面の対角線を基準にして中央部および周縁部の反りの
最大値を測定することによって、基板の反りの有無を表
す表裏平行度を求めたところ、0.1(mm/対角線:
対角線の長さは、49.5mmであった)レベルを示し
ていた。また、基板内各部の位置精度は、0.2%以内
であり、同様に良好な値を示していた。さらに、3系統
の配線抵抗を測定し、試料の破面から導体形状を算出
し、体積抵抗率を計算したところ、1.1×10-5Ωc
mと良好な抵抗率を有した回路基板であることがわかっ
た。 比較例3 導体ペーストに、AlN粉末およびYOF粉末からなる
混合粉末を添加しないことと水蒸気を含まない窒素雰囲
気中で脱脂したことを除いて、実施例3と同様の操作お
よび条件に従って多層配線構造のセラミック回路基板を
得た。
層部は充分に緻密化しており、ポアは見られなかった。
表面の対角線を基準にして中央部および周縁部の反りの
最大値を測定することによって、基板の反りの有無を表
す表裏平行度を求めたところ、0.1(mm/対角線:
対角線の長さは、49.5mmであった)レベルを示し
ていた。また、基板内各部の位置精度は、0.2%以内
であり、同様に良好な値を示していた。さらに、3系統
の配線抵抗を測定し、試料の破面から導体形状を算出
し、体積抵抗率を計算したところ、1.1×10-5Ωc
mと良好な抵抗率を有した回路基板であることがわかっ
た。 比較例3 導体ペーストに、AlN粉末およびYOF粉末からなる
混合粉末を添加しないことと水蒸気を含まない窒素雰囲
気中で脱脂したことを除いて、実施例3と同様の操作お
よび条件に従って多層配線構造のセラミック回路基板を
得た。
【0050】かかるセラミック回路基板について、実施
例3と同様に、基板の反りの有無を表す表裏平行度を求
めたところ、1.4(mm/対角線)であり、大きな反
りが生じていた。また、基板内各部の位置精度は2.1
%であり、基板の変形に起因した大きな位置ずれが生じ
ていた。さらに、導体の体積抵抗率を実施例3と同様の
方法で測定したところ、3.8×10-8Ωcmと高い値
であった。 実施例4 下記表2に示す処方に従って、導体成分および添加剤成
分を配合してシートを作成し、このシートに実施例3と
同様の操作およびを行い回路基板No.1〜回路基板N
o.7を作成した。得られた回路基板について、表裏平
行度、基板内各部の位置精度および導体の体積抵抗率を
測定した。結果を表2に併記する。表2の結果より、表
裏平行度、基板内各部の位置精度および導体の体積抵抗
率は良好な値を示していた。
例3と同様に、基板の反りの有無を表す表裏平行度を求
めたところ、1.4(mm/対角線)であり、大きな反
りが生じていた。また、基板内各部の位置精度は2.1
%であり、基板の変形に起因した大きな位置ずれが生じ
ていた。さらに、導体の体積抵抗率を実施例3と同様の
方法で測定したところ、3.8×10-8Ωcmと高い値
であった。 実施例4 下記表2に示す処方に従って、導体成分および添加剤成
分を配合してシートを作成し、このシートに実施例3と
同様の操作およびを行い回路基板No.1〜回路基板N
o.7を作成した。得られた回路基板について、表裏平
行度、基板内各部の位置精度および導体の体積抵抗率を
測定した。結果を表2に併記する。表2の結果より、表
裏平行度、基板内各部の位置精度および導体の体積抵抗
率は良好な値を示していた。
【0051】
【表2】
【0052】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、絶
縁材料として高熱伝導率の窒化アルミニウムを使用し、
焼成温度が低く、更に焼成後の絶縁層および導体層間の
密着性が改善され導体の抵抗率が1.7×10-5Ωcm
未満の低い値である、セラミック回路基板およびその製
造方法、および熱放散性および耐熱性等の諸性能に優れ
たセラミック回路基板を提供することができる。
縁材料として高熱伝導率の窒化アルミニウムを使用し、
焼成温度が低く、更に焼成後の絶縁層および導体層間の
密着性が改善され導体の抵抗率が1.7×10-5Ωcm
未満の低い値である、セラミック回路基板およびその製
造方法、および熱放散性および耐熱性等の諸性能に優れ
たセラミック回路基板を提供することができる。
【図1】本発明の一実施例において形成された焼結体の
収縮率と焼成温度との関係を示す線図。
収縮率と焼成温度との関係を示す線図。
【図2】本発明の一実施例において形成された焼結体の
体積抵抗値とAlN粉末およびYOF粉末の混合粉末の
添加量との関係を示す線図。
体積抵抗値とAlN粉末およびYOF粉末の混合粉末の
添加量との関係を示す線図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/12 H05K 1/09 B 7726−4E C04B 35/58 104 F H01L 23/12 D (72)発明者 大石 克嘉 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 上野 文雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (2)
- 【請求項1】平均粒径5μm以下の窒化アルミニウム粒
からなり、熱伝導率が50〜250W/mK、相対密度
が98%以上、かつハロゲン元素を含有する窒化アルミ
ニウム焼結体からなるセラミック絶縁層と、 この絶縁層上および/または絶縁層内部に形成された、
タングステンおよび/またはモリブデンを主成分とし、
さらにハロゲン元素を含有し、導体の抵抗率が1.7×
10-5Ωcm未満である、所定パターンの導体層とを具
備することを特徴とするセラミック回路基板。 - 【請求項2】窒化アルミニウム粉末に、焼結助剤として
イットリウムおよびスカンジウムを含む希土類元素の酸
ハロゲン化物の少なくとも1種以上、および/またはア
ルカリ土類元素のハロゲン化物の少なくとも一種以上を
添加した混合粉末を所定の溶媒に分散させた後、得られ
た懸濁液をシート化および乾燥してグリーンシートを形
成する工程と、 平均粒径約0.1〜2.0μmのタングステンの粉末お
よび/または平均粒径約0.1〜5.0μmのモリブデ
ンの粉末に、イットリウムおよびスカンジウムを含む希
土類元素の酸ハロゲン化物の少なくとも1種以上、およ
び/またはアルカリ土類元素のハロゲン化物を少なくと
も一種以上を添加して調製した導体ペーストを、前記グ
リーンシートの少なくとの一方の表面やビアホールに印
刷充鎮積層する工程と、 脱バインダを行うときに、水蒸気を含有する窒素雰囲
気、水蒸気を含有するアルゴン雰囲気、水蒸気を含有す
る窒素およびアルゴン雰囲気を用いて、脱バインダをす
る最高温度が700℃以下である工程と、 前記脱脂体を、温度1700℃以下で焼成する工程とを
具備するセラミック回路基板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6221341A JPH0888451A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | セラミック回路基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6221341A JPH0888451A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | セラミック回路基板およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0888451A true JPH0888451A (ja) | 1996-04-02 |
Family
ID=16765293
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6221341A Pending JPH0888451A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | セラミック回路基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0888451A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001094273A1 (en) * | 2000-06-07 | 2001-12-13 | Tokuyama Corporation | Method for manufacturing aluminum nitride sintered body in which via hole is made |
KR101024683B1 (ko) * | 2007-05-31 | 2011-03-25 | 가부시키가이샤 덴소 | 압전체 박막, 압전체 및 그 제조 방법과, 압전체 박막을이용한 압전체 공진자, 액추에이터 소자 및 물리 센서 |
-
1994
- 1994-09-16 JP JP6221341A patent/JPH0888451A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001094273A1 (en) * | 2000-06-07 | 2001-12-13 | Tokuyama Corporation | Method for manufacturing aluminum nitride sintered body in which via hole is made |
US6733822B2 (en) | 2000-06-07 | 2004-05-11 | Tokuyama Corporation | Process for producing sintered aluminum nitride furnished with via hole |
KR101024683B1 (ko) * | 2007-05-31 | 2011-03-25 | 가부시키가이샤 덴소 | 압전체 박막, 압전체 및 그 제조 방법과, 압전체 박막을이용한 압전체 공진자, 액추에이터 소자 및 물리 센서 |
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---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040730 |
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A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040928 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041130 |