JPH0558667B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多層セラミツク基板構造体とその製造
方法に関し、特に実装されたIC、LSI等からの発
生熱を冷却することが必要な多層セラミツク基板
構造体とその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、コンピユータ、通信・周辺端末装置等々
の小型化、高性能化を実現するためのIC、LSIの
発展は、半導体技術の飛躍的な進歩によりめざま
しいものがある。特に、集積密度の高い高速作動
のLSIの実装用基板として、多層セラミツク基板
が注目されている。この多層セラミツク基板は直
接LSIを実装することができ、微細多層配線が可
能である。

従来の一般的なグリーンシート法を用いた多層
セラミツク基板構造体の製造方法を示すと次のと
おりである。

まず、セラミツク粉末に有機高分子バインダ
ー、可塑剤、溶媒等を加えてボールミル、ホモジ
ナイザー等によりスラリーを製造し、このスラリ
ーをドクターブレード法、ロール法等のキヤステ
イング成膜法でグリーンシートと称する50〜
300μｍ程度の厚みを有するセラミツク生テープ
を製造する。

このグリーンシートを所定の大きさに切断し、
各層間及び外部回路との導通を得るためのスルー
ホールをスルーホール形成金型により所定の箇所
に形成する。

次に、このグリーンシートにスクリーン印刷法
により、Auペースト、Agペースト、Ag−Pdペ
ースト、Cuペースト、Mo−Ｗペースト等の少な
くとも一つの導電ペーストを所定の回路パターン
スクリーンで印刷する。この時、孔明けしたスル
ーホールにも導体ペーストが充填される。

これらの各回路パターンを形成したグリーンシ
ートをプレス金型中に積み重ね適正な圧力および
温度のもとでプレス熱圧着する。

こののち、多層セラミツク基板構造体の最終形
状に切断し、脱バインダー工程を経て焼成し多層
セラミツク基板構造体を得る。

このセラミツク基板の材料としては、主にアル
ミナおよびガラス−アルミナが使用されている
が、近年、電気・電子装置は一段と小型化、高密
度化され、基板の単位面積当りの素子や回路要素
の集積度が高くなつている。

一方、LSIにおいても作動が高速になるに従い
LSIチツプから発生する熱が多量になつてくる傾
向にある。この結果、必然的に基板の発熱密度が
大幅に増大し、アルミナおよびガラス−アルミナ
基板では熱の放散が十分でないという問題が生じ
ている。そのため、熱放散性の優れた絶縁基板の
開発や高効率の基板冷却システムの開発が必要に
なつてきている。

熱放散性の優れた絶縁基板の開発としては、熱
伝導率の高い炭化ケイ素、ベリリア、窒化アルミ
ニウム等の絶縁材料が検討されているが、従来の
グリーンシート法を用いた多層セラミツク基板技
術を利用することはプロセス的に難しく今一歩の
段階である。

従つて、グリーンシート法による多層セラミツ
ク基板構造体に対しては強制冷却が必要である。

この強制冷却方法としては第４図に示すよう
に、LSIチツプ１３等を取付けた多層セラミツク
基板構造体全体をヒートシンク１８等により強制
空冷する方法と、第５図に示すように、液体冷却
モジユール１９を付加し、LSIチツプ１３の熱を
上部から放熱筒２０に吸収させ、熱伝導ブロツク
２１を通して冷却水に伝える方法とがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の多層セラミツク基板構造体は、
取付けられたLSIチツプ１３等の冷却を、ヒート
シンク１８等を付加して強制空冷するか、液体冷
却モジユール１９を付加して冷却する構成となつ
ているので、強制空冷による方法においては冷却
効果が十分でないという欠点があり、液体冷却モ
ジユールによる方法においては価格が高くなるな
どの欠点がある。

本発明の目的は、冷却効果が高く、しかも安価
にできる多層セラミツク基板構造体とその製造方
法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本第１の発明の多層セラミツク基板構造体は、
少なくともパターン配線及びこのパターン配線と
接続するスルーホール導体並びに外部回路と接続
するためのスルーホール導体のうちの１つが形成
され、積層焼結された複数のセラミツク基板を含
む基板積層体と、この基板積層体の内部に形成さ
れこの基板積層体の外表面に開口部をもつ冷却用
の空孔路とを有している。

本第２の発明の多層セラミツク基板構造体の製
造方法は、少なくともパターン配線及びこのパタ
ーン配線と接続するスルーホール導体並びに外部
回路と接続するためのスルーホール導体のうちの
１つが形成されたグリーンシートの基板を複数枚
形成する工程と、前記基板よりわずかに大きい外
形寸法のフイルム上に所定の温度で熱分解し飛散
する感光性樹脂を所定の厚さに塗布し、この感光
性樹脂をホトマスクを用いて所定の形状に加工し
空孔路パターン層を形成する工程と、前記空孔路
パターン層をフイルム上から剥離して前記複数の
基板の所定の間に挟んで積層し熱圧着して基板積
層体を形成する工程と、前記基板積層体を所定の
温度で加熱し、前記空孔路パターン層を分解飛散
させ前記基板積層体の外表面に開口部をもつ空孔
部を形成する工程とを有している。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

第１図は本第１の発明の多層セラミツク基板構
造体の一実施例を示す断面図である。

基板積層体１２は、少なくとも、各層の回路を
形成するためのパターン配線４、このパターン配
線４と接続し外部回路又は他の層のパターン配線
と接続するためのスルーホール３のうちの１つが
形成され、また必要に応じてこれらパターン配線
４と接続する回路素子が取付けられた複数のセラ
ミツク基板１１_a，１１_bが積層焼結された構造と
なつている。

この基板積層体１２には、内部に取付けられた
回路素子や外表面に取付けられたLSIチツプ等の
発生熱を除去するために、外表側面に開口部をも
つ冷却用の空孔路９が網目状に設けられている。

第２図は本第１発明の一実施例の使用例を示す
一部切欠き斜視図である。

基板積層体１２の上表面には、LSIチツプ１３
が複数個取付け接続されている。

側面には、空孔路９の開口部とつながつた冷媒
貫通路１５を設けたフランジ１４が取付けられ、
冷媒貫通路１５とつながつた流体コネクタ１６か
ら冷媒を空孔路９に導き、LSIチツプ１３等を冷
却するようになつている。

第３図は本第２の発明の多層セラミツク基板構
造体の製造方法の一実施例を説明するための製造
工程順に示した多層セラミツク基板構造体の断面
図である。

セラミツク基板の絶縁材料としては、1500℃以
上の水素還元雰囲気中で焼結でき、モリブデン又
はタングステン等の導体の使用が可能なアルミナ
粉末、あるいは1000℃以下の酸化性雰囲気中で焼
結でき、金、銀−パラジウム、金−白金、銀−白
金、銀等の導体の使用が可能なガラス−アルミナ
粉末等が使用できる。

本実施例では、後者の低温焼結多層セラミツク
基板用のガラス−アルミナ粉末絶縁材料として用
いた。

まず、このガラス−アルミナ粉末に有機高分子
バインダー、可塑剤、溶媒等を混合しキヤステイ
ング法によりグリーンシートの素板を製造する。

次に、第１図ａ，ｂに示すように、このグリー
ンシートの素板を所定の大きさに切断してグリー
ンシート１を作り、金型３０_a，３０_bによりスル
ーホール２を孔開けしたのち、第１図ｃ，ｄに示
すように、金、銀−パラジウム等の導体ペースト
をスクリーン印刷し、所望の回路のパターン配線
４及びスルーホール導体３が形成された基板１０
_ａ，１０_bを得る。

次に、第３図ｅ〜ｇに示すように、基板１０_a，
１０_bより少し大き目の外形寸法のポリエステル
等のフイルム６上に光重合型感光性樹脂５をコー
テイングし、その上に所定のパターンのホスマス
ク７を密着させ、光を照射して露光した後現像処
理を行ない所定の形状の空孔路パターン層８を形
成する。

光重合型感光性樹脂５としては、光重合性オリ
ゴマー又は光重合性モノマーと光重合開始剤とを
含むような感光性樹脂や、光重合性オリゴマー又
は光重合性モノマーと結合剤である高分離化合物
および光重合開始剤とを含む感光性樹脂がある。

具体的な例としては次のようなものが揚げられ
る。

光重合性オリゴマー又は光重合性モノマーとし
ては、アクリロイン基（CH₂＝CH−CO−）、メ
タクリロイル基（CH₂＝Ｃ（CH₃）−CO−）、ビニ
ルエーテル基（CH₂＝CH−Ｏ−）、ビニル基
（CH₂＝CH−）、アリル基（CH＝CH−CH₂−）
を二つ以上含んでいる多官能性モノマー又はオリ
ゴマーがあり、高分子化合物としては、ペンタエ
リトリトールトリアクリレート、ペンタエリトリ
トールジアクリレート、トリメチロールプロパン
トリアクリレート、エチレングリコールジアクリ
レート、トリエチレングリコールジアクリレー
ト、テトラエチレングリコールジアクリレート、
Ｎ，N′−メチレンビスアクリルアミド、アルキ
レングリコールジアクリレートなどがある。

また、光重合開始剤としては、ベンゾインおよ
びベンゾイン誘導体であるベンゾインアルキルエ
ーテルやベンジン、ベンゾフエノンおよびこれら
の誘導体、アルキルアントラキノン・アセトフエ
ノン誘導体、塩素化アセトフエノン誘導体、メチ
ルオルトベンゾイルベンゾエート・チオキサント
ン誘導体、１−クロロアントラキノン、１，４−
ナフトキノン、９，10−フエナントレキノン、２
−アミノアントラキノンジアゾニウム塩、５−ニ
トロアセナフテン、４−ニトロアセナフテンなど
がある。

本実施例では、光重合型感光性樹脂５として、
メタリメタクリレートとブチルメタクリレートの
共重合体52.2重量％、テトラエチレングリコール
ジアクリレート13重量％、トリメチロールプロパ
ントリアクリレート2.6重量％、ベンゾフエノン
2.6重量％、ミヒラーズケトン0.5重量％、２−エ
チル−４−tert−ブチルフエノール0.05重量％、
メチレンブルー0.25重量％、エチレングリコール
モノエチルエーテルアセテート21重量％、ジエチ
レングリコールモノエチルエーテル5.2重量％お
よびキシレン2.6重量％とから成る光重合型感光
性樹脂溶液を用いた。

また、現像処理においては、光重合型感光性樹
脂の種類によつて、ケトン系、キシレン系、エス
テル系、塩素系などの有機溶剤を現像液として使
用する有機溶剤現像のものと、アルカリ性の水溶
液を現像液として使用するアルカリ現像のものが
あるが、いずれの方式によつても良好な空孔路パ
ターン層８を形成することができ、特に微細な空
孔路パターン層を形成する場合には、ドライ現像
タイプの樹脂を用いて、ドライ現像により形成す
ることもできる。

本実施例では、塗布した光重合型感光性樹脂５
にホストマスク７を介して3kW超高圧水銀灯に
より紫外線を１分間照射して潜像を形成し、その
のち現像液としてメチルクロロホルムを１Kg／cm²
の圧力で噴きかけて現像処理し、網目状の空孔路
パターン層８を形成した。

次に、この空孔路パター層８をフイルム６から
剥離し、第３図ｈ，ｉに示すように、すでに形成
されている基板１０_a，１０_bの間に挟んで圧着用
の金型の中へ積層配置して圧力および熱を加えて
一体化し基板積層体を形成する。この時の圧力は
250Kg／cm²、温度は110℃として30分間熱圧着し
た。

このようにして形成された基板積層体は必要に
応じて所定の寸法に切断した後、まず空孔路パタ
ーン層８は基板１０_a，１０_b中に存在する有機高
分子化合物を脱バインダー工程で酸化性雰囲気中
で加熱分解し消失させる。

通常、これらの有機高分子化合物は400℃〜550
℃程度で完全に分解酸化するが、急激に温度を分
解温度まで上げると基板積層体が破損するため、
10℃／時間あるいはこれよりもゆつくりとした温
度上昇スピードで昇温し、400℃〜550℃に10〜20
時間保持することにより完全に消失させることが
できる。

このようにして脱バインダー工程では、クラツ
ク、変形、デラミネーシヨン等は全く発生しなか
つた。

この脱バインダー工程を経た基板積層体中には
有機高分子化合物は残留していないため、空孔路
パターン層８の部分は空孔として基板積層体中に
残ることになる。

この基板積層体を同じく酸化性雰囲気中で800
℃の温度で２時間仮焼結し、そののち900℃〜930
℃の温度で本焼結することにより、第３図ｊに示
すような基板積層体１２の側面に開口部をもつ空
孔路９が内部に形成された多層セラミツク基板構
造体が得られる。

このようにして得られた空孔路９は、厚み、幅
が均一でしかも積層圧着工程での変形が少なく、
また焼結後のクラツク、デラミネーシヨンの発生
もなくたいへん良好なものとなる。

また、空孔路９はＸ−Ｙ方向に網目状に、かつ
数層形成することにより収縮率の緩和も期待でき
る。さらに、空孔路９を各層基板のパターン配線
４の上下層に形成することにより、パターン配線
４の周囲の見かけ上の誘電率を下げることもで
き、動作の高速化に対しても有利である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、基板積層体の内
部に外表面とつながつた空孔路を形成することに
より、安価で冷却効果の優れた多層セラミツク基
板構造体を得ることができる効果がある。また、
収縮率の緩和や誘電率の低下等の効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本第１の発明の多層セラミツク基板構
造体の一実施例を示す断面図、第２図は本第１の
発明の多層セラミツク基板構造体の使用例を示す
一部切欠き斜視図、第３図ａ〜ｊはそれぞれ本第
２の発明の一実施例を説明するための製造工程順
に示した多層セラミツク基板構造体の断面図、第
４図及び第５図はそれぞれ従来の多層セラミツク
基板構造体を使用したときの冷却方法を説明する
ための斜視図である。 １……グリーンシート、２……スルーホール、
３……スルーホール導体、４……パターン配線、
５……光重合型感光性樹脂、６……フイルム、７
……ホトマスク、８……空孔路パターン層、９…
…空孔路、１０_a，１０_b……基板、１１_a，１１_b
……セラミツク基板、１２，１２_a……基板積層
体、１３……LSIチツプ、１４……フランジ、１
５……冷却貫通路、１６……流体コネクタ、１７
……フランジ、１８……ヒートシンク、１８……
液体冷却モジユール、２０……放熱筒、２１……
熱伝導ブロツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくともパターン配線及びこのパターン配
   線と接続するスルーホール導体並びに外部回路と
   接続するためのスルーホール導体のうちの１つが
   形成され、積層焼結された複数のセラミツク基板
   を含む基板積層体と、この基板積層体の内部に形
   成されこの基板積層体の外表面に開口部をもつ冷
   却用の空孔路とを有することを特徴とする多層セ
   ラミツク基板構造体。 ２ 少なくともパターン配線及びこのパターン配
   線と接続するスルーホール導体並びに外部回路と
   接続するためのスルーホール導体のうちの１つが
   形成されたグリーンシートの基板を複数枚形成す
   る工程と、前記基板よりわずかに大きい外形寸法
   のフイルム上に所定の温度で熱分解し飛散する感
   光性樹脂を所定の厚さに塗布し、この感光性樹脂
   をホトマスクを用いて所定の形状に加工し空孔路
   パターン層を形成する工程と、前記空孔路パター
   ン層をフイルム上から剥離して前記複数の基板の
   所定の間に挟んで積層し熱圧着して基板積層体を
   形成する工程と、前記基板積層体を所定の温度で
   加熱し、前記空孔路パターン層を分解飛散させ前
   記基板積層体の外表面に開口部をもつ空孔路を形
   成する工程とを有することを特徴とする多層セラ
   ミツク基板構造体の製造方法。