JPS63146483A - 高熱伝導性回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、実質的に窒化アルミニウムセラミックからな
る基体（以下、ＡａＮ基体という、）を用いた高熱伝導
性回路基板に関する。

（従来の技術） 従来から回路基板として用いられている材料として、Ａ
ＱｘＯｓ等のセラミック基板、樹脂基板等の各種の材料
がある。なかでもＡＱ、Ｏ，セラミック基板は１機械的
強度、電気的絶縁性に優れており。

また、グリーンシート化が容易であるため多層配線等の
高密度配線が可能であり、広く用いられている。

一方、近年の電子機器の小形化等の進展に伴い、回路基
板上の電気素子（ＩＣ等）実装密度が高くなってきてい
る。さらに、パワー半導体等の搭載も考慮すると回路基
板上での発熱量が大きくなる傾向があり、放熱を効果的
に行うことが要求される。

しかしながらＡＱ、Ｏ，セラミック基板の熱伝導率は２
０Ｗ／ｍ−に程度と低く１発熱量が多い場合に°基板側
からの放熱が余り期待できない、従って、高密度実装、
パワー半導体搭載モジュール等の際の基板側からの放熱
を考慮すると、機械的強度、電気的絶縁性等の回路基板
として要求される特性を備え、かつ、熱伝導性の良好な
回路基板の開発が要求されている。

近年のファインセラミックス技術の進展に伴い、ＳｉＣ
，ＯＮ等の機械的強度に優れたセラミック材料が開発さ
れている。これらの材料は熱伝導性も優れ、構造材とし
ての応用が研究されている。また、ＳｉＣの良好な熱伝
導性を利用して、これを回路基板として用いようとする
動きもあるが、誘電率が高く、絶縁耐圧が低いため、高
周波、高電圧が印加される素子の搭載を考慮すると問題
がある。

ＡａＮ基体は、電気絶縁性、熱伝導性ともに良好であり
１回路基板への応用が有望視される。しかじな、がらＡ
ｊｌＮは、例えば金属アルミニウム溶融用のルツボとし
て用いられているように、金属に対する濡れ性が悪く導
体層の接合は困難とされていた。従ってＡｎ！Ｎ基体に
直接導体路を形成した回路基板はなく、せいぜいサイリ
スタ等の電力用半導体を有機系の接着剤で固定し放熱板
として利用する糧度であった。

゛特開昭５２−３７９１４号、特開昭５０−１３２０２
２号等に銅板をセラミックに直接接合する技術が開示さ
れており、この技術を用いてへ鼎基体上に導体層を形成
することも考えられるが、微細パターンの形成には限界
があり、高密度配線に不可欠な多層回路パターンを形成
するのは困難であった。

多層配線を考慮するともペーストによるパターン形成が
不可欠であり特開昭６０−１７８６８７号等が提案され
ているが、多層配線を行なうと、フクレ。

クラック等が発生することがあり問題であった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上述の問題を考慮してなされたもので。

ＯＮ基体を用い、厚膜ペーストによる良好な導体路形成
を可能にし、さらには多層配線可能な回路基板を提供す
ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、窒化アルミニウム基板上に、フィラとして白
金粉を含む厚膜導体層が形成されたことを特徴とする高
熱伝導性回路基板である。

（作用） 本発明者は、従来、アルミナ基板用として用いられてい
るＡｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ等から成る導体ペース
トを用い、ＡＱＮ基体上へ多層配線の実験を行なったが
、フクレ、クラックが発生し、その発生原因について種
々研究した結果、厚膜多層構造を形成する際、ムｔＮ基
板の熱膨張係数と厚膜導体ペーストの熱膨張係数と、の
違いによるものや、導体ペーストのＡｎＮ基板に対する
密着性の悪さ、Ａ４Ｎ基体の熱伝導がアルミナの熱伝導
度と異なることにより、フクレ、クラックが発生する事
を究明した。

このような事より１本発明者等は、熱膨張係数、伝導度
及び、＾ＩＮ基板との密着性等を考慮して厚膜用導体ペ
ーストに白金粉末を添加する事により。

厚膜多層構造においても、フクレ、クラック等の発生し
ない回路基板の製造方法を見出した。

又、厚膜導体層として厚膜抵抗体ペーストにおいても、
アルミナ基板用として用いられているペーストを用いて
ＡａＮ基板上への実験を行ったが、フクレ、クラックが
発生したものの、同様に抵抗体ペーストに白金粉末を添
加する事により、フクレ、クラックの発生をおさえ、バ
ラツキの少ない抵抗体を見出した。

第１図にｐｔ添加含有量による特性の変化を示す。

第１図（ａ）はｐｔ添加量（横軸）の変化に対する導体
シート抵抗の変化、（ｂ）はｐｔ添加量（横軸）の変化
に対する導体の接着強度変化、（Ｃ）はｐｔ添加量（横
軸）の変化に対する導体と抵抗体との接触抵抗の変化を
示す、Ｐｔ量が多いと接着強度は上昇するが、導体の抵
抗値が上昇してしまう、また抵抗体ペーストを導体間に
印刷形成した際の導体〜抵抗体の接触抵抗も大きくなっ
てしまう。従って１０ｗｔ％以下程度が実用上は好まし
いことがわかる。しかしながらどの特性を重要視するか
で、適宜その量を変えることができる６例えば、接合強
度を重要視すれば３ｗｔ％以上、さらには５ｗｔ％以上
程度を選べば良い。

また、シート抵抗を考慮した場合、白金粉末の量が余り
多いと、シート抵抗値が高くなり、高速化、消費電力等
の面で、問題が生じるため、白金粉末添加量は３ｗｔ％
以下程度が好ましい、少量の添加で効果を発揮するが、
実用上はｌｗｔ重量％以上が好ましい。

ペーストに添加する際のＰｔ粉の粒径は２〜６７ａ程度
が接着強度、温度サイクル等の信頼性を考慮すると好ま
しい。

窒化アルミニウム基板は、ＡＱＮ単独の他、イツトリウ
ム等の希土類元素、カルリウム等のアルカリ土類元素を
焼結助剤として含むものを用いても良い、また酸化処理
等により表面改質を行なったものを用いても良い、なお
前記焼結助剤は、酸化物、炭酸塩、水酸化物、沸化物等
、各種の形態で添加することが可能であるが、酸化物換
算で１０ｗｔ％以下程度である。

（実施例） 以下本発明の実施例を第１図を参照して詳細に説明する
。

去Ｊ１九二」工 Ｙ　ｚ　Ｏｓを３ｗｔ％含有するＡＱＮ基板（熱伝導率
１７０１１／ｍに）を大気中１２５０℃、ｌｈｒの条件
で酸化処理をおこない、得られたＡｆｉＮ基板１に、白
金粉末（粒径３、りを３ｗｔ％Ａｕペースト中に添加し
て作ら九たペーストを３２５メツシユパターンで印刷し
、常温にＬｏｇｉｎ放置後、１２０℃、　ｌＱｍｉｎの
条件で乾燥し、続いて８５０℃、　１０ｓ＋ｉｎの条件
で焼成して第１の導体Ｊ’ｆＷ２を得た。誘電体層とし
て上下導体層導通孔を有するように、ＰｂＯ−５ｉＯ２
−Ｂお０３系から成るガラスペーストを形成し、上記条
件と同様のプロセスで焼成して第１の誘電体層３を得た
。このガラス層はＡＱＮ基板と良好な接着を形成してい
た。この工程を３回繰返し、得られた導体層２，４．６
誘電体層３．５の３層配線を実現した。得られた配線パ
ターンは各層間でのショートもなく、接合強度も充分で
あると共に、シート抵抗も８．２ｍΩ／口であり、アル
ミナ基板上にＡｕペースト（Ｄｕｐｏｎｔ　９７９１）
を変成した時の値５ｍΩ／口とあまり変わりは無く、実
用可能な値であった。又、白金粉末を添加したＡｕペー
ストの印刷性も、良好であった０本実施例では、厚膜導
体を例にとり示したが厚膜抵抗体ペーストにおいても同
様に使用できる。又、市販のＡｕ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｂ、
Ｃｕペースト↓こ添加するだけでなく、金属粉に有機溶
剤、バインダー等を混合し。

さらに、　ＡｌＮ粉末を添加して得られるペーストを使
用することでも同様に使用可能である。

去」口」二λ一 実施例−１と同様にして５ｗｔ％ｐｔ粉（粒径３ｕｍ）
を含有するＡｇペーストを用いて回路基板を作成したと
ころ、実施例−１と同様の良好な結果を得た。

失胤且二且 実施例−１と同様に、１０ｗｔ％ｐｔ粉（粒径３ｍ）を
含有するＡｇペーストを用いて回路基板を作製した。

この場合のシート抵抗は１００　ｍΩ／口と、配線導体
としてはやや大きな値を示したが、接着強度は引っ張り
試験にて平均１．８　ｋｇｆ／ｍ”　（ｎ　＝　７　）
が得られた。

また、半導体を使用した抵抗ペーストにデュポン社１７
３９（ｌｋΩ／口）を印刷、焼成した回路基板の抵抗値
は、９６％アルミナ（鳴海製陶製Ａ　Ｔ　３９６）に全
く同様に形成したものに比べ、抵抗値が平均で約５％上
昇した。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明によれば、＾ｇＮ基板上に単層
はもちろんのこと、厚膜多層構造の回路を形成すること
ができ、＾ＱＮセラミックの電気的絶縁性、高熱伝導性
を生かした回路基板を得ることができる。

この回路基板は比較的発熱量の多い、高密度実装用、パ
ワー半導体搭載用として好敵である。

【図面の簡単な説明】

第１図は特性図、第２図は本発明の実施例を示す多層配
線基板の断面図。 １・・・基板、　　　　　　２・・・第１の導体層、３
・・・第１の誘電体層、　４・・・第２の導体層、５・
・・第２の誘電体層、　６・・・第３の導体層。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　松山光之

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化アルミニウム基板上に、フィラとして白金粉
   を含む厚膜導体層が形成されたことを特徴とする高熱伝
   導性回路基板。
2. （２）白金粉が１０ｗｔ％以下であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導性回路基板。