JPS6327095A - 高熱伝導性セラミツク回路基板 - 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】 〔概要〕 絶縁基板の熱伝導性が優れ、また該基板上に形成した導
体パターンの電気抵抗が少ない多層セラミック基板の製
法として、熱伝導性の優れた材料からなるグリンシート
に高融点金属からなる導体ペーストをスクリーン印刷し
、従来のように積層し焼成した後、キャピラリーフィル
法を用い、この導体パターンに沿って電気伝導度の優れ
た金属を拡散させて低抵抗化した多層回路基板。

〔産業上の利用分野〕

本発明は放熱性が優れ、また導体パターンの電気抵抗の
少ないセラミック多Ｎ基板の製造方法に関する。

大量の情報を迅速に処理するため情報処理技術の進歩は
著しく、情報処理装置の主体を占める半導体装置は単位
素子の小形化による大容量化が進んでおり、またこれを
搭載する基板は多層化が進んでいる。

すなわち、半導体装置は従来のＩＣやＬＳＩよりも一段
と大容量化したＶＬＳ　Ｉが実用化されており、また素
子に対するパンシベーション技術の進歩により、基板に
半導体チップを直接にグイボンディングしたり、フリッ
プチップポンディングして装着するようになった。

そして、多数のかかる半導体チップを基板に密に装着し
て使用するが、この場合に一個の半導体チップの端子数
が多いことから配ｖＡ基板上に形成する導体線路の数は
膨大となり、必然的に多層配線構造が必要となる。

また、ＬＳＩチップ当たりの電力消費量は４Ｗ程度ある
ことから多数のＬＳＩ或いはＶＬＳＩを装着した多層配
線基板の発熱量は膨大なものとなる。

ここで、半導体装置を信頬性よく安定に動作させるため
にはチップの温度を８５°Ｃ以下、最高でも１００℃以
下に維持することが必要である。

そのため多層配線基板を構成する基板は熱伝導性が優れ
、またこの上に形成される導体パターンはできるだけ電
気抵抗の低いことが必要である。

〔従来の技術〕

ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップを搭載する基板として
単層構造をとるものにはアルミナ（α−ＡＩ１２０３）
基板が用いられ、この上に金（Ａｕ）や銀・パラジウム
（Ａｇ／Ｐｄ）などの導体ペーストをスクリーン印刷し
た後、焼成した基板が使われている。

一方、複数の半導体チップを搭載する場合には多層配線
基板が必要であり、配線パターンをスクリーン印刷した
グリーンシートを正確に位置合わせして積層し、加圧し
て一体化したのち焼成して多層基板ができあがるが、ア
ルミナの焼成温度は１８００℃程度であり、ＡｕやＡｇ
／Ｐｄなどの配線材料の融点よりも高いことから、か＼
る低抵抗な導体材料を使用することはできない。

そこで、タングステン（Ｗ）やモリブデン（ＭＯ）のよ
うな高融点の金属材料からなる導体ペーストを使用して
導体パターンを形成するか、或いは基板材料としてガラ
スセラミックスや結晶化ガラスなど１０００℃以下の比
較的低温で焼成できる基板を使用し、この材料からなる
グリンシートに銅（Ｃｕ）やＡｕなどの低抵抗な金属材
料からなる導体ペーストをスクリーン印刷して多層基板
を形成することが行われている。

然し、アルミナを用いた基板の熱伝導度は１７〜２０Ｗ
／ｍＫであるが、ＷやＭｏの電気抵抗は２０〜２３ｍΩ
／口と高く、使用に当たって導体線路の温度上昇と共に
信号電圧の降下を生ずると云う問題がある。

また、ガラスセラミックスや結晶化ガラスなどを用いて
形成した低温焼成セラミックス基板は熱伝導度が４〜５
　Ｗ　／　ｍ　Ｋと低く、そのために放熱が充分に行わ
れないと云う問題がある。

ここで、情報処理装置用の回路基板としては構成数が３
０層程度の多層基板が必要となるが、そのためには基板
の熱伝導度が高く、また導体パターンの電気抵抗の少な
い多層セラミック基板の実用化が必要である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上記したように情報処理装置において、多数の半導体
チップを搭載する多層セラミック基板は動作時における
半導体チップの発熱量が膨大であることから基板の熱伝
導度が高（、また導体パターンの電気抵抗はでき得る限
り低いことが必要であり、この二つの条件を満たした多
層基板を如何にして実用化するかが課題である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題は熱伝導性の優れた材料を用いて形成したグ
リーンシート上に高融点金属からなる導体ペーストを印
刷して導体パターンを形成し、グリーンシートを積層し
て一体化化した状態で焼成して多層セラミ・ツク基板を
形成した後、基板を電気抵抗の少ない金属の融液中に浸
漬し、毛管現象により、金属をセラミック基板の導体パ
ターンに沿゛って浸透せしめた高熱伝導性セラミック回
路基板を用いることにより解決することができる。

〔作用〕

本発明は窒化アルミニウム（ａｌｓ）、Ｍ化ベリリウム
（Ｂｅｄ）　、炭化珪素（ＳｉＣ）など高い熱伝導度を
もつ材料を用いてグリーンシートを作り、これにＷペー
ストやＭｏペーストなどの高融点導体ペーストを用いて
導体パターンをスクリーン印刷した後、従来と同様に位
置合わせしながら積層し、加熱して一体化した後に焼成
して、先ず熱伝導性のよい多層基板を作るものである。

表 表は本発明に使用する高熱伝導性材料の融点と熱伝導度
を示すものである。

ここで、導体材料として使用するＷ（融点３３８７℃）
、Ｎｏ（融点２６１０℃）などの高融点金属は表、に記
したような高熱伝導性材料と比較して融点は等しいか或
いは高い。

そのため１８００℃程度の温度で焼成してできた多層基
板において導体線路は非常に多孔質な焼結体からできて
いる。

一方、多孔質の材料中に溶融状態の金属を浸透させる方
法としてキャピラリーフィル法（ＣａｐｉＬｌａｒｙ−
ｆｉｌｌ法）が知られている。（特公昭４４−２７１０
２　　発明者ＩＢＭ　） そこで、本発明はこの方法を使用してＷやＭＯからなる
多孔質な導体パターンに沿って電導度の優れた金属材料
を浸透させることにより低抵抗化を行うものである。

〔実施例〕

純度９７％で粒度が０．３〜０．５μ−のへ２Ｎ粉末を
バインダとしてポリビニルブチラール（略称ＰｖＢ）を
、また可塑剤としてジオクチルツクレート（略称ＤＯＰ
）を用い、ボールミルで良く混練してＡβＮスラリーを
作成した。

ここで、Ａｊ’Ｎ粉末とバインダと可塑剤の組成比は重
量部で６９０　　：８０：３０である。

これをドクタブレード法で成形して厚さが３４０μｍの
グリンシートを形成した。

これとは別に粒度約１μｍのＷ粉末を用い、バインダと
してエチルセルローズを、また粘性調整剤として箆麻（
ヒマ）硬を使用してＷペーストを準備した。

次に、上記のグリンシート上にＷペーストをスクリーン
印刷して幅１００　ｐｙａ　、厚さ２０μｍの導体パタ
ーンを形成し、乾燥した後、１０層を位置合わせして積
層し、１３０℃、　３ＱＭＰａの条件で積層して一体化
し、窒素ＣＮｔ’）気流中で１８００℃の温度で６時間
に亙って焼成して多層基板を作った。

次に、Ｎ２気流中で１８００℃のＣｕ融液中に多層基板
の一端を浸漬し、キャピラリーフィル法でＣｕを浸透さ
せた。

このようにして形成することにより熱電導度は約２００
　Ｗ　／　ｍ　Ｋと高く、また導体線路の電気抵抗とし
て３ｍΩ／口と従来の電気抵抗と較べ１／６〜１／７と
少ない多Ｎ基板を得ることができた。

〔発明の効果〕

以上記したように本発明の実施により熱電導性が良く、
また電気抵抗の低い多層回路基板を実用化することがで
きる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　熱伝導性の優れた材料を用いて形成したグリンシート
   上に高融点金属からなる導体ペーストを印刷して導体パ
   ターンを形成し、該グリンシートを積層して一体化化し
   た状態で焼成して多層セラミック基板を形成した後、該
   基板を電気抵抗の少ない金属の融液中に浸漬し、毛管現
   象により、該金属を前記セラミック基板の導体パターン
   に沿って浸透せしめたことを特徴とする高熱伝導性セラ
   ミック回路基板。