JPH0888451A

JPH0888451A - セラミック回路基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0888451A
Application number: JP6221341A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Horiguchi; 昭宏堀口; Hiroyasu Sumino; 裕康角野; Mitsuo Kasori; 光男加曽利; Katsuyoshi Oishi; 克嘉大石; Fumio Ueno; 文雄上野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-04-02

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

───────────────────────────────────────────────────── 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 7726−4ＥＣ０４Ｂ 35/58 １０４ＦＨ０１Ｌ 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

【特許請求の範囲】

【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。