配線基板
【課題】銅を含む低抵抗且つ良熱伝導導体からなる大孔径並びに狭間隔のサーマルビアを絶縁基板との同時焼成により形成可能な安価な配線基板を作製する。
【解決手段】酸化アルミニウムを主成分としＭｎをＭｎ2 Ｏ3 換算で２．０〜１０．０重量％の割合で含有する相対密度９５％以上のセラミックスからなる絶縁基板１と、絶縁基板１の表面に搭載される発熱性素子から発生した熱を放熱するために絶縁基板１表面から裏面に貫通するように形成された複数のサーマルビア２を具備する配線基板において、サーマルビア２を銅１０〜６０体積％、タングステン及び／もしくはモリブデンを４０〜９０体積％の割合で含有してなる良熱伝導体によって形成し、且つサーマルビアの最大径を２００μｍ以上、隣接するサーマルビア間の間隔を５０〜３００μｍとする。
【解決手段】酸化アルミニウムを主成分としＭｎをＭｎ2 Ｏ3 換算で２．０〜１０．０重量％の割合で含有する相対密度９５％以上のセラミックスからなる絶縁基板１と、絶縁基板１の表面に搭載される発熱性素子から発生した熱を放熱するために絶縁基板１表面から裏面に貫通するように形成された複数のサーマルビア２を具備する配線基板において、サーマルビア２を銅１０〜６０体積％、タングステン及び／もしくはモリブデンを４０〜９０体積％の割合で含有してなる良熱伝導体によって形成し、且つサーマルビアの最大径を２００μｍ以上、隣接するサーマルビア間の間隔を５０〜３００μｍとする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる絶縁基板とする配線基板に関し、詳細には低抵抗導体からなり、且つ絶縁基板と同時焼成によって形成された該絶縁基板の表面に搭載される発熱性素子から発生した熱を放熱するために前記絶縁基板表面から裏面に貫通するように形成されたサーマルビアを具備した配線基板とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年、半導体素子の高集積化に伴い、半導体装置から発生する熱も増加している。半導体装置の誤動作をなくすためには、このような熱を装置外に放出可能な配線基板が必要とされている。一方、電気的な特性としては、演算速度の高速化により、信号の遅延が問題となり、導体損失の小さい、つまり低抵抗の導体を用いることが要求されてきた。
【０００３】このような半導体素子を搭載した配線基板としては、その信頼性の点から、アルミナセラミックスを絶縁基板とし、その表面あるいは内部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属からなる配線層を被着形成したセラミック配線基板が多用されている。ところが、従来から多用されている高融点金属からなる配線層では、抵抗を高々８ｍΩ／□程度までしか低くできず、そのため放熱性に関しても放熱フィンの接合やサーマルビア等により改善を図っているが、Ｗメタライズ自体の熱伝導性が悪い為に、大きな効果は得られない。
【０００４】これに対して、近年に至り、低抵抗導体である銅や銀と同時焼成可能な、いわゆるガラスセラミックスを用いた多層配線基板が提案されている。ところが、ガラスセラミックスの熱伝導率は高々数Ｗ／ｍ・Ｋしかなく、前記熱的問題を解決することが難しくなってきている。この問題に対してアルミナなどと同様にサーマルビアを形成することにより、配線基板としての熱伝導率を十数Ｗ／ｍ・Ｋ程度まで改善することができる。しかし、近年の動向としては、更に小型化が進み、配線基板としてもサーマルビアだけでは対応できない状況にある。
【０００５】そこで、この熱的問題点と、電気的問題点を同時に解決する方法として、酸化アルミニウムに、銅、または銅とタングステンまたはモリブデンを組み合わせた導体層を同時焼成により形成する方法が、特開平８−８５０２号、特開平７−１５１０１号、特許第２６６６７４４号に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平８−８５０２号は、そもそも酸化アルミニウムを緻密化させるために、１６００℃以上の高い温度で焼成するものであるが、このような高温で銅およびタングステンの導体層を焼成すると、タングステンやモリブデンの急激な焼結が進行して大きな凝集粒子を形成するために溶融した銅成分が表面に分離し、表面配線層ににじみが生じたり、銅の揮散が生じるなど、表面配線層形状の保形性が低下し、特にサーマルビアなどのようにビア径が大きい場合、焼成中に溶解した銅が溶出するためにサーマルビアの形成ができないものであった。しかも、導体中の銅成分が、焼成中に絶縁基板のセラミックス中に拡散し、配線層間の絶縁性を劣化させるなどの問題があった。
【０００７】また、特開平７−１５１０１号によれば、一旦、すべての配線層を絶縁基板内部に配設して同時焼成した後、研磨等により表面の絶縁層を研磨除去して内部配線層を表面に露出させたり、焼成後の配線基板の表面に、厚膜法や薄膜法によって表面配線層を形成するものである。そのために、表面配線層を形成するためには研磨工程、厚膜形成工程、薄膜形成工程などが不可欠の工程となるために、製造工程が多く、歩留りの低下やコスト高となるような問題があった。そして、内部配線として同時焼成しているために、サーマルビア等の導体層の形成は困難であった。
【０００８】さらに、特許第２６６６７４４号には、絶縁基板を形成するためのセラミック粉末として、平均粒径が５〜５０ｎｍの微細なアルミナ粉末を用いることにより、金、銀、銅等などの低抵抗金属の焼成温度に近づけることにより、絶縁基板と低抵抗金属との同時焼結性を達成したものであるが、このような微粉末は取扱いが非常に難しく、コスト高であるために、量産性に欠けるとともにコスト高となる問題があった。
【０００９】なお、従来のアルミナ系配線基板においては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏなどの単一配線材料が用いられるが、基板材料とビア配線材料との熱膨張差により焼成後にビアと絶縁基板とのセパレーション或いは、基板割れが発生する。その為、サーマルビア径が高々２００μｍ程度であり、その場合の隣接するビアとビアの間隔を約３００μｍ以上にする必要があるため熱放散性の向上に限界が生じる。
【００１０】従って、本発明は、発熱性素子が搭載され、サーマルビアが形成された配線基板であって、発熱性素子から発生した熱を効率的に放熱することのできるとともに、サーマルビア形成部分の周辺にクラックなどの発生がなく、信頼性に優れた配線基板を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題に対して検討を重ねた結果、酸化物セラミックスを絶縁基板とする配線基板において、絶縁基板として、酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスによって形成するとともに、サーマルビアとして、Ｃｕと、Ｗ／Ｍｏなどの高融点金属との複合導体材料によって形成し、その比率を変化させることにより、絶縁基板とサーマルビアの熱膨張の整合性を図ることができるために、サーマルビアの大孔径化とともにビアの狭間隔化を図ることができ、これによりサーマルビアによる放熱特性を高めることができることを見いだし、本発明に至った。
【００１２】即ち、本発明の配線基板は、酸化アルミニウムを主成分とする相対密度９５％以上のセラミックスからなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面に搭載される発熱性素子から発生した熱を放熱するために前記絶縁基板表面から裏面に貫通するように形成された複数のサーマルビアを具備する配線基板において、前記サーマルビアを銅１０〜６０体積％、タングステン及び／もしくはモリブデンを４０〜９０体積％の割合で含有してなる良熱伝導体によって形成し、且つサーマルビアの最大径が２００μｍ以上であるとともに、隣接するサーマルビア間の間隔が５０〜３００μｍであることを特徴とするものである。
【００１３】なお、前記絶縁基板と前記サーマルビア中の良熱伝導体との４０〜４００℃における熱膨張係数が５ｐｐｍ／℃以下であること、前記サーマルビアの横断面形状が略楕円形状からなること、または、前記絶縁基板が、ＭｎをＭｎ2 Ｏ3 換算で２．０〜１０．０重量％の割合で含有することが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の配線基板の一実施態様を示す図１の概略断面図を基に説明する。図１の配線基板によれば、酸化アルミニウムを主体とするセラミックスからなる絶縁基板１中にその表面から背面に貫通するサーマルビア２が設けられている。
【００１５】本発明の配線基板においては、絶縁基板１のサーマルビア２形成部の上面に直接、あるいは導体層３を介して半導体素子などの発熱性素子４が実装されることにより、発熱性素子４から発生した熱は、直接、あるいは導体層３を介してサーマルビア２を経由して、絶縁基板１の裏面に接合されたヒートシンク５等に伝熱される。
【００１６】また、この配線基板の絶縁基板１には、上記サーマルビア２以外に、表面配線層６ａ及び内部配線層６ｂ、さらにはビアホール導体７が形成されていてもよく、これらのサーマルビア２、配線層６ａ、６ｂ、ビアホール導体７はいずれも絶縁基板１と同時焼成して形成される。
【００１７】（絶縁基板）本発明において、絶縁基板１は、酸化アルミニウムを主体とするものであるが、絶縁基板の熱伝導性および高強度化を達成する上では、相対密度９５％以上、特に９７％、さらには９８％以上の高緻密体から構成されるものであり、さらに熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらには１７Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。
【００１８】本発明では、サーマルビア２などとの同時焼結時による保形性を達成する上で１２００〜１５００℃の低温で焼成することが必要となるが、本発明によれば、このような低温での焼成においても相対密度９５％以上に緻密化することが必要となる。
【００１９】かかる観点から、本発明における絶縁基板１は、酸化アルミニウムを主成分とするもので、具体的には酸化アルミニウムを８４重量％以上の割合で含有するものであるが、第２の成分として、Ｍｎ化合物をＭｎ2 Ｏ3 換算で２．０〜１０．０重量％の割合で含有することが必要である。即ち、Ｍｎ化合物量が２．０重量％よりも少ないと、１２００〜１５００℃での緻密化が達成されず、また１０．０重量％よりも多いと絶縁基板１の絶縁性が低下するためである。Ｍｎ化合物の最適な範囲は、Ｍｎ2 Ｏ3 換算で３〜７重量％である。
【００２０】また、この絶縁基板１中には、第３の成分として、ＳｉＯ2 およびＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ等のアルカリ土類元素酸化物を銅含有導体との同時焼結性を高める上で合計で０．４〜８重量％の割合で含有せしめることが望ましい。
【００２１】さらに第４の成分としてＷ、Ｍｏなどの金属を着色成分として２重量％以下の割合で含んでもよい。
【００２２】上記酸化アルミニウム以外の成分は、酸化アルミニウム主結晶相の粒界に非晶質相あるいは結晶相として存在するが、熱伝導性を高める上で粒界中に助剤成分を含有する結晶相が形成されていることが望ましい。
【００２３】また、絶縁基板１を形成する酸化アルミニウム主結晶相は、粒状または柱状の結晶として存在するが、これら主結晶相の平均結晶粒径は、１．５〜５．０μｍであることが望ましい。なお、主結晶相が柱状結晶からなる場合、上記平均結晶粒径は、短軸径に基づくものである。この主結晶相の平均結晶粒径が１．５μｍよりも小さいと、高熱伝導化が難しく、平均粒径が５．０μｍよりも大きいと基板材料として用いる場合に要求される十分な強度が得られにくくなるためである。
【００２４】（サーマルビア）一方、サーマルビア３は、銅を１０〜６０体積％、Ｗ及び／またはＭｏを４０〜９０体積％の割合で含有する必要がある。
【００２５】銅とＷおよび／またはＭｏとの比率は、サーマルビア３の放熱性、上記絶縁基板１との同時焼結性、サーマルビア３の同時焼成後の保形性の維持、さらには絶縁基板との熱膨張特性の整合を図る上で重要であり、上記銅が１０体積％よりも少なく、ＷやＭｏ量が９０体積％よりも多いと、サーマルビアの熱伝導率がＷと同等になり低くなるばかりでなく熱膨張差によって絶縁基板にクラックなどの割れが生じる。
【００２６】また、銅が６０体積％よりも多く、ＷやＭｏ量が４０体積％よりも少ないと、サーマルビアの同時焼成後の保形性が低下しサーマルビア３において、にじみなどが発生したり、サーマルビア部の凹凸が大きくなり、更には焼成時にサーマルビア内の導体が欠落する不具合が生じる。最適な組成範囲は、銅を３０〜６０体積％、Ｗ及び／またはＭｏを４０〜７０体積％である。
【００２７】また、本発明においては、前記Ｗ及び／またはＭｏは、平均粒径１〜１０μｍの球状あるいは数個の粒子による焼結粒子として銅からなるマトリックス中に分散含有していることが望ましい。これは、上記平均粒径が１．０μｍよりも小さい場合、サーマルビア３中の良熱伝導体の保形性が悪くなるとともに組織が多孔質化し熱伝導性が低くなり、１０μｍを越えると銅のマトリックスがＷやＭｏの粒子によって分断されてしまい熱伝導路が遮断されて熱抵抗が高くなったり銅成分が分離して、にじみなどが発生するためである。Ｗ及び／またはＭｏは平均粒径１．３〜５μｍ、特に１．３〜３μｍの大きさで分散されていることが最も望ましい。
【００２８】なお、本発明によれば、絶縁基板１とサーマルビア２を構成する良熱伝導体との４０〜４００℃における熱膨張係数差は５ｐｐｍ／℃以下、特に４ｐｐｍ以下であることが望ましい。これは、熱膨張差が５ｐｐｍ／℃よりも高いと、後述するサーマルビア２の径および間隔で配設した場合に、サーマルビア２のビア間の絶縁基板１が熱膨張差に起因した応力によってクラックが発生する恐れがあるためである。
【００２９】図２は、サーマルビア３の配置を説明するための平面図であるが、図２に示すように、サーマルビア３の最大径Ｘが２００μｍ以上、特に２１０μｍ以上、さらに２５０μｍ以上であり、隣接するサーマルビアとの間隔Ｚが５０〜３００μｍ、特に５０〜２９０μｍ、さらには５０〜２５０μｍであることが配線基板における熱放散性の効率化を高める上で望ましい。
【００３０】即ち、サーマルビアの最大径が２００μｍよりも小さく、隣接するサーマルビアの間隔が３００μｍよりも大きい場合には、所定領域に数多くのサーマルビアを形成する必要があるばかりでなく、局部的に熱抵抗の高い部分が多くなる為に、良好な放熱性が得られず、素子の発熱に伴う誤作動を誘発する。また、隣接するサーマルビア３間の間隔が５０μｍよりも小さいと、サーマルビア３間の絶縁基板１にクラックなどが発生するためである。
【００３１】また、本発明におけるサーマルビア２は、横断面が円形であるのが一般的であるが、横断面形状が図２に示すように、最大径Ｘと最小径ＹとがＸ＞Ｙの略楕円形状であることが望ましい。これは、円形に比較して、略楕円形状の方が、サーマルビアを図２に示すように格子状に配列した場合のサーマルビアの占める面積が大きくなり、配線基板の単位面積あたりの放熱性を高めることができる。特に略楕円形状における最大径Ｘ／最小径Ｙの比率は１．１以上、特に１．２以上であることが望ましい。
【００３２】また、表面配線層６ａ及び内部配線層６ｂおよびスルーホール導体７についてもサーマルビア２を形成する良熱伝導体と同様の導体によって形成することが同時焼結性の観点から望ましい。
【００３３】本発明の配線基板によれば、後述するように焼成温度及び雰囲気を制御して焼成することによって、絶縁基板１の表面の平均表面粗さＲａを１μｍ以下、特に０．７μｍ以下の平滑性に優れた表面を形成できるものであり、その結果、絶縁基板１の表面に表面配線層６ａを形成する場合、絶縁基板１表面に研磨加工等を施す必要がない。
【００３４】さらに、本発明の配線基板においては、酸化アルミニウムとの銅の融点を越える温度での同時焼成によって、サーマルビア２、表面配線層６ａ、内部配線層６ｂおよびビアホール導体７の導体層中の銅成分が絶縁基板１中に拡散する場合があるが、本発明によれば、上記導体層の周囲の絶縁基板１のセラミックスへの銅の拡散距離が２０μｍ以下、特に１０μｍ以下であることが望ましい。これは、銅のセラミックス中への拡散距離が２０μｍを超えると、配線層間の絶縁性が低下し、配線基板としての信頼性が低下するためである。
【００３５】（製造方法）次に、本発明の配線基板の製造方法について具体的に説明する。まず、絶縁基板を形成するために、酸化物セラミックスの主成分となる酸化アルミニウム原料粉末として、平均粒径が０．５〜２．５μｍ、特に０．５〜２．０μｍの粉末を用いる。これは、平均粒径は０．５μｍよりも小さいと、粉末の取扱いが難しく、また粉末のコストが高くなり、２．５μｍよりも大きいと、１５００℃以下の温度で焼成することが難しくなるためである。
【００３６】そして、上記酸化アルミニウム粉末に対して、適宜、焼結助剤としてＭｎＯ2を２〜１０重量％、特に３〜７重量％の割合で添加する。また、適宜、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ粉末等を０．４〜８重量％、さらにＷ、Ｍｏ、Ｃｒなどの遷移金属の金属粉末や酸化物粉末を着色成分として金属換算で２重量％以下の割合で添加する。
【００３７】なお、上記酸化物の添加に当たっては、酸化物粉末以外に、焼成によって酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩などとして添加してもよい。
【００３８】そして、この混合粉末を用いて絶縁層を形成するためのシート状成形体を作製する。シート状成形体は、周知の成形方法によって作製することができる。例えば、上記混合粉末に有機バインダーや溶媒を添加してスラリーを調製した後、ドクターブレード法によって形成したり、混合粉末に有機バインダーを加え、プレス成形、圧延成形等により所定の厚みのシート状成形体を作製できる。そしてこのシート状成形体に対して、マイクロドリル、レーザー等により焼成後の直径が０．１〜０．３ｍｍとなるようなサーマルビア用スルーホールを形成する。また、同時に直径が５０〜２５０μｍのビアホール導体用スルーホールを形成してもよい。
【００３９】このようにして作製したシート状成形体に対して、導体成分として、平均粒径が１〜１０μｍの銅含有粉末を１０〜６０体積％、特に４０〜６０体積％、平均粒径が１〜１０μｍのＷおよび／またはＭｏを４０〜９０体積％、特に４０〜６０体積％の割合で含有してなる導体ペーストを調製し、このペーストを各シート状絶縁層に施した上記スルーホール内にスクリーン印刷法等により充填する。
【００４０】これらの導体ペースト中には、絶縁層との密着性を高めるために、酸化アルミニウム粉末や、絶縁層を形成する酸化物セラミックス成分と同一の組成物粉末を０．０５〜２体積％の割合で添加することも可能である。
【００４１】その後、導体ペーストを充填したシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、この積層体を、この焼成を、非酸化性雰囲気中、焼成最高温度が１２００〜１５００℃の温度となる条件で焼成する。
【００４２】また、表面配線層や内部配線層を形成する際は、上記導体ペーストをシート状成形体の表面にスクリーン印刷、グラビア印刷などの方法により印刷塗布した後、この絶縁層を積層圧着し、上記と同様にして焼成を行なう。
【００４３】この時の焼成温度が１２００℃より低いと、通常の原料を用いた場合において、酸化アルミニウム絶縁基板が相対密度９５％以上まで緻密化できず、熱伝導性や強度が低下し、１５００℃よりも高いと、ＷあるいはＭｏ自体の焼結が進み、銅との均一組織を維持できなく、強いては低抵抗を維持することが困難となりＷと同等の放熱性しか得られなくなる。また、酸化物セラミックスの主結晶相の粒径が大きくなり異常粒成長が発生したり、銅がセラミックス中へ拡散するときのパスである粒界の長さが短くなるとともに拡散速度も速くなる結果、拡散距離を２０μｍ以下に抑制することが困難となるためである。好適には、１２５０〜１４００℃の範囲がよい。
【００４４】また、この焼成時の非酸化性雰囲気としては、窒素、あるいは窒素と水素との混合雰囲気であることが望ましいが、特に、配線層中の銅の拡散を抑制する上では、水素及び窒素を含み露点＋１０℃以下、特に−１０℃以下の非酸化性雰囲気であることが望ましい。なお、この雰囲気には所望により、アルゴンガス等の不活性ガスを混入してもよい。焼成時の露点が＋１０℃より高いと、焼成中に酸化物セラミックスと雰囲気中の水分とが反応し酸化膜を形成し、この酸化膜と銅含有導体の銅が反応してしまい、導体の低抵抗化の妨げとなるのみでなく、銅の拡散を助長してしまうためである。
【００４５】
【実施例】酸化アルミニウム粉末（平均粒径１．８μｍ）に対して、Ｍｎ2 Ｏ3 を表１、表２に示すような割合で添加するとともに、ＳｉＯ2 を３重量％、ＭｇＯを０．５重量％の割合で添加混合した後、さらに、成形用有機樹脂（バインダー）としてアクリル系バインダーと、トルエンを溶媒として混合してスラリーを調製した後、ドクターブレード法にて厚さ２５０μｍのシート状に成形した。そして、所定箇所にマイクロドリルによって焼成後のビアホールの形状が表１、表２の最大径Ｘ、最小径、ビアホール間間隔Ｚとなるようにビアホールを形成した。
【００４６】次に、平均粒径が５μｍの銅粉末と、平均粒径が０．８〜１２μｍのＷ粉末あるいはＭｏ粉末とを表１、表２に示す比率で混合し、アクリル系バインダーとをアセトンを溶媒として導体ペーストを作製した。
【００４７】そして、シート状成形体上に上記導体ペーストを印刷塗布し、各シート状成形体のビアホール導体にも上記配線層用導体ペーストを充填した。上記のようにして作製した各シート状成形体を位置合わせして積層圧着して成形体積層体を作製した。その後、この成形体積層体を実質的に水分を含まない酸素含有雰囲気中（Ｎ2 ＋Ｏ2 または大気中）で脱脂を行った後、表１、表２に示した焼成温度にて、露点−２０℃の窒素水素混合雰囲気にて焼成した。
【００４８】作製した配線基板における絶縁基板の相対密度をアルキメデス法によって測定するとともに、レーザーフラッシュ法によって熱伝導率（厚さ３ｍｍ）を測定した。
【００４９】また、組織を走査型電子顕微鏡にて観察を行い、ビアホール周囲の組織観察を行った。その結果を表１、表２に示した。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】表１、表２に示すように、絶縁基板中のＭｎ2 Ｏ3 の含有量が２重量％よりも低く、相対密度が９５％よりも小さい試料Ｎo.１では、基板の熱伝導性が劣化し、絶縁性の低下も起こり、配線基板として使用できなくなった。また、焼成温度が低く相対密度が９５％に満たない試料Ｎo.２８も同様に基板の熱伝導性が低くなり配線基板全体の熱伝導性が低下した。
【００５３】また、サーマルビアの導体において、Ｃｕ含有量が１０体積％よりも少ない試料Ｎo.８では、配線基板全体における熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さくなり、また、表１、表２に示すビア径、間隔においてビア周辺の絶縁基板にクラックが観察された。またＣｕ含有量が７０体積％よりも多い試料Ｎo.１６では、導体の保形性が悪くなるとともに、組織が不均一となるばかりでなくサーマルビア内の導体の欠落も発生するとともに、導体によるにじみおよび表面の配線層には一部剥離も観察された。
【００５４】これらの比較例に対して、本発明の配線基板によれば、絶縁基板が相対密度９５％、６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、しかもサーマルビアのにじみや導体の脱落の発生もなく、良熱伝導のサーマルビアを同時焼成によって形成することができた。
【００５５】なお、上記本発明の配線基板において、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）分析において、配線層の端部から同一平面内において、銅元素が検出される領域の最外部までの距離を１０箇所測定したところ、各配線層の銅の拡散距離は平均で２０μｍ以下と良好な特性を示した。
【００５６】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の配線基板によれば、高熱伝導性の酸化アルミニウムセラミックスからなる絶縁基板の表面から背面に貫通する大孔径並びに狭間隔のサーマルビアを同時焼成によって低抵抗の銅を含有する導体層として形成することができ、高信頼性の低抵抗、良熱伝導のサーマルビア形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の一実施態様を示す概略断面図である。
【図２】本発明の配線基板におけるサーマルビアの形状を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１ 絶縁基板
１ａ，１ｂ、１ｃ 絶縁層
２ａ 表面配線層
２ｂ 内部配線層
３ ビアホール導体
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる絶縁基板とする配線基板に関し、詳細には低抵抗導体からなり、且つ絶縁基板と同時焼成によって形成された該絶縁基板の表面に搭載される発熱性素子から発生した熱を放熱するために前記絶縁基板表面から裏面に貫通するように形成されたサーマルビアを具備した配線基板とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年、半導体素子の高集積化に伴い、半導体装置から発生する熱も増加している。半導体装置の誤動作をなくすためには、このような熱を装置外に放出可能な配線基板が必要とされている。一方、電気的な特性としては、演算速度の高速化により、信号の遅延が問題となり、導体損失の小さい、つまり低抵抗の導体を用いることが要求されてきた。
【０００３】このような半導体素子を搭載した配線基板としては、その信頼性の点から、アルミナセラミックスを絶縁基板とし、その表面あるいは内部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属からなる配線層を被着形成したセラミック配線基板が多用されている。ところが、従来から多用されている高融点金属からなる配線層では、抵抗を高々８ｍΩ／□程度までしか低くできず、そのため放熱性に関しても放熱フィンの接合やサーマルビア等により改善を図っているが、Ｗメタライズ自体の熱伝導性が悪い為に、大きな効果は得られない。
【０００４】これに対して、近年に至り、低抵抗導体である銅や銀と同時焼成可能な、いわゆるガラスセラミックスを用いた多層配線基板が提案されている。ところが、ガラスセラミックスの熱伝導率は高々数Ｗ／ｍ・Ｋしかなく、前記熱的問題を解決することが難しくなってきている。この問題に対してアルミナなどと同様にサーマルビアを形成することにより、配線基板としての熱伝導率を十数Ｗ／ｍ・Ｋ程度まで改善することができる。しかし、近年の動向としては、更に小型化が進み、配線基板としてもサーマルビアだけでは対応できない状況にある。
【０００５】そこで、この熱的問題点と、電気的問題点を同時に解決する方法として、酸化アルミニウムに、銅、または銅とタングステンまたはモリブデンを組み合わせた導体層を同時焼成により形成する方法が、特開平８−８５０２号、特開平７−１５１０１号、特許第２６６６７４４号に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平８−８５０２号は、そもそも酸化アルミニウムを緻密化させるために、１６００℃以上の高い温度で焼成するものであるが、このような高温で銅およびタングステンの導体層を焼成すると、タングステンやモリブデンの急激な焼結が進行して大きな凝集粒子を形成するために溶融した銅成分が表面に分離し、表面配線層ににじみが生じたり、銅の揮散が生じるなど、表面配線層形状の保形性が低下し、特にサーマルビアなどのようにビア径が大きい場合、焼成中に溶解した銅が溶出するためにサーマルビアの形成ができないものであった。しかも、導体中の銅成分が、焼成中に絶縁基板のセラミックス中に拡散し、配線層間の絶縁性を劣化させるなどの問題があった。
【０００７】また、特開平７−１５１０１号によれば、一旦、すべての配線層を絶縁基板内部に配設して同時焼成した後、研磨等により表面の絶縁層を研磨除去して内部配線層を表面に露出させたり、焼成後の配線基板の表面に、厚膜法や薄膜法によって表面配線層を形成するものである。そのために、表面配線層を形成するためには研磨工程、厚膜形成工程、薄膜形成工程などが不可欠の工程となるために、製造工程が多く、歩留りの低下やコスト高となるような問題があった。そして、内部配線として同時焼成しているために、サーマルビア等の導体層の形成は困難であった。
【０００８】さらに、特許第２６６６７４４号には、絶縁基板を形成するためのセラミック粉末として、平均粒径が５〜５０ｎｍの微細なアルミナ粉末を用いることにより、金、銀、銅等などの低抵抗金属の焼成温度に近づけることにより、絶縁基板と低抵抗金属との同時焼結性を達成したものであるが、このような微粉末は取扱いが非常に難しく、コスト高であるために、量産性に欠けるとともにコスト高となる問題があった。
【０００９】なお、従来のアルミナ系配線基板においては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏなどの単一配線材料が用いられるが、基板材料とビア配線材料との熱膨張差により焼成後にビアと絶縁基板とのセパレーション或いは、基板割れが発生する。その為、サーマルビア径が高々２００μｍ程度であり、その場合の隣接するビアとビアの間隔を約３００μｍ以上にする必要があるため熱放散性の向上に限界が生じる。
【００１０】従って、本発明は、発熱性素子が搭載され、サーマルビアが形成された配線基板であって、発熱性素子から発生した熱を効率的に放熱することのできるとともに、サーマルビア形成部分の周辺にクラックなどの発生がなく、信頼性に優れた配線基板を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題に対して検討を重ねた結果、酸化物セラミックスを絶縁基板とする配線基板において、絶縁基板として、酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスによって形成するとともに、サーマルビアとして、Ｃｕと、Ｗ／Ｍｏなどの高融点金属との複合導体材料によって形成し、その比率を変化させることにより、絶縁基板とサーマルビアの熱膨張の整合性を図ることができるために、サーマルビアの大孔径化とともにビアの狭間隔化を図ることができ、これによりサーマルビアによる放熱特性を高めることができることを見いだし、本発明に至った。
【００１２】即ち、本発明の配線基板は、酸化アルミニウムを主成分とする相対密度９５％以上のセラミックスからなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面に搭載される発熱性素子から発生した熱を放熱するために前記絶縁基板表面から裏面に貫通するように形成された複数のサーマルビアを具備する配線基板において、前記サーマルビアを銅１０〜６０体積％、タングステン及び／もしくはモリブデンを４０〜９０体積％の割合で含有してなる良熱伝導体によって形成し、且つサーマルビアの最大径が２００μｍ以上であるとともに、隣接するサーマルビア間の間隔が５０〜３００μｍであることを特徴とするものである。
【００１３】なお、前記絶縁基板と前記サーマルビア中の良熱伝導体との４０〜４００℃における熱膨張係数が５ｐｐｍ／℃以下であること、前記サーマルビアの横断面形状が略楕円形状からなること、または、前記絶縁基板が、ＭｎをＭｎ2 Ｏ3 換算で２．０〜１０．０重量％の割合で含有することが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の配線基板の一実施態様を示す図１の概略断面図を基に説明する。図１の配線基板によれば、酸化アルミニウムを主体とするセラミックスからなる絶縁基板１中にその表面から背面に貫通するサーマルビア２が設けられている。
【００１５】本発明の配線基板においては、絶縁基板１のサーマルビア２形成部の上面に直接、あるいは導体層３を介して半導体素子などの発熱性素子４が実装されることにより、発熱性素子４から発生した熱は、直接、あるいは導体層３を介してサーマルビア２を経由して、絶縁基板１の裏面に接合されたヒートシンク５等に伝熱される。
【００１６】また、この配線基板の絶縁基板１には、上記サーマルビア２以外に、表面配線層６ａ及び内部配線層６ｂ、さらにはビアホール導体７が形成されていてもよく、これらのサーマルビア２、配線層６ａ、６ｂ、ビアホール導体７はいずれも絶縁基板１と同時焼成して形成される。
【００１７】（絶縁基板）本発明において、絶縁基板１は、酸化アルミニウムを主体とするものであるが、絶縁基板の熱伝導性および高強度化を達成する上では、相対密度９５％以上、特に９７％、さらには９８％以上の高緻密体から構成されるものであり、さらに熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらには１７Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。
【００１８】本発明では、サーマルビア２などとの同時焼結時による保形性を達成する上で１２００〜１５００℃の低温で焼成することが必要となるが、本発明によれば、このような低温での焼成においても相対密度９５％以上に緻密化することが必要となる。
【００１９】かかる観点から、本発明における絶縁基板１は、酸化アルミニウムを主成分とするもので、具体的には酸化アルミニウムを８４重量％以上の割合で含有するものであるが、第２の成分として、Ｍｎ化合物をＭｎ2 Ｏ3 換算で２．０〜１０．０重量％の割合で含有することが必要である。即ち、Ｍｎ化合物量が２．０重量％よりも少ないと、１２００〜１５００℃での緻密化が達成されず、また１０．０重量％よりも多いと絶縁基板１の絶縁性が低下するためである。Ｍｎ化合物の最適な範囲は、Ｍｎ2 Ｏ3 換算で３〜７重量％である。
【００２０】また、この絶縁基板１中には、第３の成分として、ＳｉＯ2 およびＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ等のアルカリ土類元素酸化物を銅含有導体との同時焼結性を高める上で合計で０．４〜８重量％の割合で含有せしめることが望ましい。
【００２１】さらに第４の成分としてＷ、Ｍｏなどの金属を着色成分として２重量％以下の割合で含んでもよい。
【００２２】上記酸化アルミニウム以外の成分は、酸化アルミニウム主結晶相の粒界に非晶質相あるいは結晶相として存在するが、熱伝導性を高める上で粒界中に助剤成分を含有する結晶相が形成されていることが望ましい。
【００２３】また、絶縁基板１を形成する酸化アルミニウム主結晶相は、粒状または柱状の結晶として存在するが、これら主結晶相の平均結晶粒径は、１．５〜５．０μｍであることが望ましい。なお、主結晶相が柱状結晶からなる場合、上記平均結晶粒径は、短軸径に基づくものである。この主結晶相の平均結晶粒径が１．５μｍよりも小さいと、高熱伝導化が難しく、平均粒径が５．０μｍよりも大きいと基板材料として用いる場合に要求される十分な強度が得られにくくなるためである。
【００２４】（サーマルビア）一方、サーマルビア３は、銅を１０〜６０体積％、Ｗ及び／またはＭｏを４０〜９０体積％の割合で含有する必要がある。
【００２５】銅とＷおよび／またはＭｏとの比率は、サーマルビア３の放熱性、上記絶縁基板１との同時焼結性、サーマルビア３の同時焼成後の保形性の維持、さらには絶縁基板との熱膨張特性の整合を図る上で重要であり、上記銅が１０体積％よりも少なく、ＷやＭｏ量が９０体積％よりも多いと、サーマルビアの熱伝導率がＷと同等になり低くなるばかりでなく熱膨張差によって絶縁基板にクラックなどの割れが生じる。
【００２６】また、銅が６０体積％よりも多く、ＷやＭｏ量が４０体積％よりも少ないと、サーマルビアの同時焼成後の保形性が低下しサーマルビア３において、にじみなどが発生したり、サーマルビア部の凹凸が大きくなり、更には焼成時にサーマルビア内の導体が欠落する不具合が生じる。最適な組成範囲は、銅を３０〜６０体積％、Ｗ及び／またはＭｏを４０〜７０体積％である。
【００２７】また、本発明においては、前記Ｗ及び／またはＭｏは、平均粒径１〜１０μｍの球状あるいは数個の粒子による焼結粒子として銅からなるマトリックス中に分散含有していることが望ましい。これは、上記平均粒径が１．０μｍよりも小さい場合、サーマルビア３中の良熱伝導体の保形性が悪くなるとともに組織が多孔質化し熱伝導性が低くなり、１０μｍを越えると銅のマトリックスがＷやＭｏの粒子によって分断されてしまい熱伝導路が遮断されて熱抵抗が高くなったり銅成分が分離して、にじみなどが発生するためである。Ｗ及び／またはＭｏは平均粒径１．３〜５μｍ、特に１．３〜３μｍの大きさで分散されていることが最も望ましい。
【００２８】なお、本発明によれば、絶縁基板１とサーマルビア２を構成する良熱伝導体との４０〜４００℃における熱膨張係数差は５ｐｐｍ／℃以下、特に４ｐｐｍ以下であることが望ましい。これは、熱膨張差が５ｐｐｍ／℃よりも高いと、後述するサーマルビア２の径および間隔で配設した場合に、サーマルビア２のビア間の絶縁基板１が熱膨張差に起因した応力によってクラックが発生する恐れがあるためである。
【００２９】図２は、サーマルビア３の配置を説明するための平面図であるが、図２に示すように、サーマルビア３の最大径Ｘが２００μｍ以上、特に２１０μｍ以上、さらに２５０μｍ以上であり、隣接するサーマルビアとの間隔Ｚが５０〜３００μｍ、特に５０〜２９０μｍ、さらには５０〜２５０μｍであることが配線基板における熱放散性の効率化を高める上で望ましい。
【００３０】即ち、サーマルビアの最大径が２００μｍよりも小さく、隣接するサーマルビアの間隔が３００μｍよりも大きい場合には、所定領域に数多くのサーマルビアを形成する必要があるばかりでなく、局部的に熱抵抗の高い部分が多くなる為に、良好な放熱性が得られず、素子の発熱に伴う誤作動を誘発する。また、隣接するサーマルビア３間の間隔が５０μｍよりも小さいと、サーマルビア３間の絶縁基板１にクラックなどが発生するためである。
【００３１】また、本発明におけるサーマルビア２は、横断面が円形であるのが一般的であるが、横断面形状が図２に示すように、最大径Ｘと最小径ＹとがＸ＞Ｙの略楕円形状であることが望ましい。これは、円形に比較して、略楕円形状の方が、サーマルビアを図２に示すように格子状に配列した場合のサーマルビアの占める面積が大きくなり、配線基板の単位面積あたりの放熱性を高めることができる。特に略楕円形状における最大径Ｘ／最小径Ｙの比率は１．１以上、特に１．２以上であることが望ましい。
【００３２】また、表面配線層６ａ及び内部配線層６ｂおよびスルーホール導体７についてもサーマルビア２を形成する良熱伝導体と同様の導体によって形成することが同時焼結性の観点から望ましい。
【００３３】本発明の配線基板によれば、後述するように焼成温度及び雰囲気を制御して焼成することによって、絶縁基板１の表面の平均表面粗さＲａを１μｍ以下、特に０．７μｍ以下の平滑性に優れた表面を形成できるものであり、その結果、絶縁基板１の表面に表面配線層６ａを形成する場合、絶縁基板１表面に研磨加工等を施す必要がない。
【００３４】さらに、本発明の配線基板においては、酸化アルミニウムとの銅の融点を越える温度での同時焼成によって、サーマルビア２、表面配線層６ａ、内部配線層６ｂおよびビアホール導体７の導体層中の銅成分が絶縁基板１中に拡散する場合があるが、本発明によれば、上記導体層の周囲の絶縁基板１のセラミックスへの銅の拡散距離が２０μｍ以下、特に１０μｍ以下であることが望ましい。これは、銅のセラミックス中への拡散距離が２０μｍを超えると、配線層間の絶縁性が低下し、配線基板としての信頼性が低下するためである。
【００３５】（製造方法）次に、本発明の配線基板の製造方法について具体的に説明する。まず、絶縁基板を形成するために、酸化物セラミックスの主成分となる酸化アルミニウム原料粉末として、平均粒径が０．５〜２．５μｍ、特に０．５〜２．０μｍの粉末を用いる。これは、平均粒径は０．５μｍよりも小さいと、粉末の取扱いが難しく、また粉末のコストが高くなり、２．５μｍよりも大きいと、１５００℃以下の温度で焼成することが難しくなるためである。
【００３６】そして、上記酸化アルミニウム粉末に対して、適宜、焼結助剤としてＭｎＯ2を２〜１０重量％、特に３〜７重量％の割合で添加する。また、適宜、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ粉末等を０．４〜８重量％、さらにＷ、Ｍｏ、Ｃｒなどの遷移金属の金属粉末や酸化物粉末を着色成分として金属換算で２重量％以下の割合で添加する。
【００３７】なお、上記酸化物の添加に当たっては、酸化物粉末以外に、焼成によって酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩などとして添加してもよい。
【００３８】そして、この混合粉末を用いて絶縁層を形成するためのシート状成形体を作製する。シート状成形体は、周知の成形方法によって作製することができる。例えば、上記混合粉末に有機バインダーや溶媒を添加してスラリーを調製した後、ドクターブレード法によって形成したり、混合粉末に有機バインダーを加え、プレス成形、圧延成形等により所定の厚みのシート状成形体を作製できる。そしてこのシート状成形体に対して、マイクロドリル、レーザー等により焼成後の直径が０．１〜０．３ｍｍとなるようなサーマルビア用スルーホールを形成する。また、同時に直径が５０〜２５０μｍのビアホール導体用スルーホールを形成してもよい。
【００３９】このようにして作製したシート状成形体に対して、導体成分として、平均粒径が１〜１０μｍの銅含有粉末を１０〜６０体積％、特に４０〜６０体積％、平均粒径が１〜１０μｍのＷおよび／またはＭｏを４０〜９０体積％、特に４０〜６０体積％の割合で含有してなる導体ペーストを調製し、このペーストを各シート状絶縁層に施した上記スルーホール内にスクリーン印刷法等により充填する。
【００４０】これらの導体ペースト中には、絶縁層との密着性を高めるために、酸化アルミニウム粉末や、絶縁層を形成する酸化物セラミックス成分と同一の組成物粉末を０．０５〜２体積％の割合で添加することも可能である。
【００４１】その後、導体ペーストを充填したシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、この積層体を、この焼成を、非酸化性雰囲気中、焼成最高温度が１２００〜１５００℃の温度となる条件で焼成する。
【００４２】また、表面配線層や内部配線層を形成する際は、上記導体ペーストをシート状成形体の表面にスクリーン印刷、グラビア印刷などの方法により印刷塗布した後、この絶縁層を積層圧着し、上記と同様にして焼成を行なう。
【００４３】この時の焼成温度が１２００℃より低いと、通常の原料を用いた場合において、酸化アルミニウム絶縁基板が相対密度９５％以上まで緻密化できず、熱伝導性や強度が低下し、１５００℃よりも高いと、ＷあるいはＭｏ自体の焼結が進み、銅との均一組織を維持できなく、強いては低抵抗を維持することが困難となりＷと同等の放熱性しか得られなくなる。また、酸化物セラミックスの主結晶相の粒径が大きくなり異常粒成長が発生したり、銅がセラミックス中へ拡散するときのパスである粒界の長さが短くなるとともに拡散速度も速くなる結果、拡散距離を２０μｍ以下に抑制することが困難となるためである。好適には、１２５０〜１４００℃の範囲がよい。
【００４４】また、この焼成時の非酸化性雰囲気としては、窒素、あるいは窒素と水素との混合雰囲気であることが望ましいが、特に、配線層中の銅の拡散を抑制する上では、水素及び窒素を含み露点＋１０℃以下、特に−１０℃以下の非酸化性雰囲気であることが望ましい。なお、この雰囲気には所望により、アルゴンガス等の不活性ガスを混入してもよい。焼成時の露点が＋１０℃より高いと、焼成中に酸化物セラミックスと雰囲気中の水分とが反応し酸化膜を形成し、この酸化膜と銅含有導体の銅が反応してしまい、導体の低抵抗化の妨げとなるのみでなく、銅の拡散を助長してしまうためである。
【００４５】
【実施例】酸化アルミニウム粉末（平均粒径１．８μｍ）に対して、Ｍｎ2 Ｏ3 を表１、表２に示すような割合で添加するとともに、ＳｉＯ2 を３重量％、ＭｇＯを０．５重量％の割合で添加混合した後、さらに、成形用有機樹脂（バインダー）としてアクリル系バインダーと、トルエンを溶媒として混合してスラリーを調製した後、ドクターブレード法にて厚さ２５０μｍのシート状に成形した。そして、所定箇所にマイクロドリルによって焼成後のビアホールの形状が表１、表２の最大径Ｘ、最小径、ビアホール間間隔Ｚとなるようにビアホールを形成した。
【００４６】次に、平均粒径が５μｍの銅粉末と、平均粒径が０．８〜１２μｍのＷ粉末あるいはＭｏ粉末とを表１、表２に示す比率で混合し、アクリル系バインダーとをアセトンを溶媒として導体ペーストを作製した。
【００４７】そして、シート状成形体上に上記導体ペーストを印刷塗布し、各シート状成形体のビアホール導体にも上記配線層用導体ペーストを充填した。上記のようにして作製した各シート状成形体を位置合わせして積層圧着して成形体積層体を作製した。その後、この成形体積層体を実質的に水分を含まない酸素含有雰囲気中（Ｎ2 ＋Ｏ2 または大気中）で脱脂を行った後、表１、表２に示した焼成温度にて、露点−２０℃の窒素水素混合雰囲気にて焼成した。
【００４８】作製した配線基板における絶縁基板の相対密度をアルキメデス法によって測定するとともに、レーザーフラッシュ法によって熱伝導率（厚さ３ｍｍ）を測定した。
【００４９】また、組織を走査型電子顕微鏡にて観察を行い、ビアホール周囲の組織観察を行った。その結果を表１、表２に示した。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】表１、表２に示すように、絶縁基板中のＭｎ2 Ｏ3 の含有量が２重量％よりも低く、相対密度が９５％よりも小さい試料Ｎo.１では、基板の熱伝導性が劣化し、絶縁性の低下も起こり、配線基板として使用できなくなった。また、焼成温度が低く相対密度が９５％に満たない試料Ｎo.２８も同様に基板の熱伝導性が低くなり配線基板全体の熱伝導性が低下した。
【００５３】また、サーマルビアの導体において、Ｃｕ含有量が１０体積％よりも少ない試料Ｎo.８では、配線基板全体における熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さくなり、また、表１、表２に示すビア径、間隔においてビア周辺の絶縁基板にクラックが観察された。またＣｕ含有量が７０体積％よりも多い試料Ｎo.１６では、導体の保形性が悪くなるとともに、組織が不均一となるばかりでなくサーマルビア内の導体の欠落も発生するとともに、導体によるにじみおよび表面の配線層には一部剥離も観察された。
【００５４】これらの比較例に対して、本発明の配線基板によれば、絶縁基板が相対密度９５％、６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、しかもサーマルビアのにじみや導体の脱落の発生もなく、良熱伝導のサーマルビアを同時焼成によって形成することができた。
【００５５】なお、上記本発明の配線基板において、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）分析において、配線層の端部から同一平面内において、銅元素が検出される領域の最外部までの距離を１０箇所測定したところ、各配線層の銅の拡散距離は平均で２０μｍ以下と良好な特性を示した。
【００５６】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の配線基板によれば、高熱伝導性の酸化アルミニウムセラミックスからなる絶縁基板の表面から背面に貫通する大孔径並びに狭間隔のサーマルビアを同時焼成によって低抵抗の銅を含有する導体層として形成することができ、高信頼性の低抵抗、良熱伝導のサーマルビア形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の一実施態様を示す概略断面図である。
【図２】本発明の配線基板におけるサーマルビアの形状を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１ 絶縁基板
１ａ，１ｂ、１ｃ 絶縁層
２ａ 表面配線層
２ｂ 内部配線層
３ ビアホール導体
【特許請求の範囲】
【請求項１】酸化アルミニウムを主成分とする相対密度９５％以上のセラミックスからなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面に搭載される発熱性素子から発生した熱を放熱するために前記絶縁基板表面から裏面に貫通するように形成された複数のサーマルビアを具備する配線基板において、前記サーマルビアを銅１０〜６０体積％、タングステン及び／もしくはモリブデンを４０〜９０体積％の割合で含有してなる良熱伝導体によって形成し、且つサーマルビアの最大径が２００μｍ以上であるとともに、隣接するサーマルビア間の間隔が５０〜３００μｍであることを特徴とする配線基板。
【請求項２】前記絶縁基板と前記サーマルビア中の良熱伝導体との４０〜４００℃における熱膨張係数差が５ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】前記サーマルビアの横断面形状が略楕円形状からなることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項４】前記絶縁基板が、ＭｎをＭｎ2 Ｏ3 換算で２．０〜１０．０重量％の割合で含有することを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項１】酸化アルミニウムを主成分とする相対密度９５％以上のセラミックスからなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面に搭載される発熱性素子から発生した熱を放熱するために前記絶縁基板表面から裏面に貫通するように形成された複数のサーマルビアを具備する配線基板において、前記サーマルビアを銅１０〜６０体積％、タングステン及び／もしくはモリブデンを４０〜９０体積％の割合で含有してなる良熱伝導体によって形成し、且つサーマルビアの最大径が２００μｍ以上であるとともに、隣接するサーマルビア間の間隔が５０〜３００μｍであることを特徴とする配線基板。
【請求項２】前記絶縁基板と前記サーマルビア中の良熱伝導体との４０〜４００℃における熱膨張係数差が５ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】前記サーマルビアの横断面形状が略楕円形状からなることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項４】前記絶縁基板が、ＭｎをＭｎ2 Ｏ3 換算で２．０〜１０．０重量％の割合で含有することを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００１−１５８６９（Ｐ２００１−１５８６９Ａ）
【公開日】平成１３年１月１９日（２００１．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−１８５８３１
【出願日】平成１１年６月３０日（１９９９．６．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年１月１９日（２００１．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年６月３０日（１９９９．６．３０）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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