(57)【要約】【課題】３次元的な電気回路形成が可能であり、ビアホール導体の抵抗が小さく、しかも熱伝導性に著しく優れた多層基板を提供すること。【解決手段】その下面及び／又は上面に電極が形成された窒化アルミニウム等の絶縁性又は半導体性基板の上面上に、非晶質シリコン等からなる絶縁層及びダイヤモンド層がこの順で積層され、更に該ダイヤモンド層上に電極が形成された積層体であって、当該ダイヤモンド層上に形成された電極と基板の下面又は上面に形成された電極が、タングステン等の金属を充填する等の手段により導体化されたビアホールによって電気的に接合された多層基板。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
その下面及び／又は上面に電極が形成された絶縁性又は半導体性基板の上面上に、非晶質シリコン、炭化珪素、窒化珪素、非晶質カーボン、窒化硼素、窒化炭素、窒化アルミニウム及び酸化アルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の材料からなる絶縁層及びダイヤモンド層がこの順で積層され、更に該ダイヤモンド層上に電極が形成された積層体であって、当該ダイヤモンド層上に形成された電極と前記絶縁性又は半導体性基板の下面又は上面に形成された電極が導体化されたビアホールによって電気的に接合されてなることを特徴とする多層基板。
【請求項２】
前記導体化されたビアホールが、その内部にパラジウム、銀、クロム、チタン、白金、金、アルミニウム、銅、ニッケル、及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属が充填されたビアホールである請求項１に記載の多層基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品用基板に関する。より詳しくは絶縁基材とダイヤモンドとが積層された放熱性に優れる、３次元的な電気配線が施された多層基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の高性能化に伴う小型化によって、限られた領域に高密度で電子部品が実装されるようになったため各々の機器から発生する熱は増大している。そこで、電子部品で発生した熱を冷却するためのさまざまな工夫が成されている。このような冷却方式としては、例えば、強制的に冷却するためにファンを用いる方式、溶媒により冷却された基板上に電子部品を搭載する方式、電子冷却素子上に電子部品を搭載する方式、或いはアルミニウムや、銅で作製された放熱板上に電子部品を載せて空冷する方式などが挙げられる。
【０００３】
上記のような方式では確かに電子機器から発生する熱を放散させることは可能であるが、強制的な冷却の場合には冷却のための新たな装置を追加せねばならず、電子部品を搭載するための基板を小型化した効果が相殺される。また、アルミニウムや銅は熱伝導性に優れた材料であるが、導電材料であるため電気配線を施すことはできない。従って、放熱性、絶縁性の両性能を兼ね備えた材料が電子部品を搭載するための基板として望まれている。
【０００４】
電子機器の小型化のために効果的な３次元配線基板を製造する例として、熱膨張係数の差が一定の値以下の異なる異種材料絶縁層を積層して、該異種材料絶縁層に形成したビアホール中に各々の絶縁層の熱膨張係数に近いビアホール導体を形成して焼成することによって多層基板を製造することが知られている（特許文献１参照）。この様な技術によって、セラミックを焼成する際に生じる収縮が抑制されクラックや、デラミネーションの防止が可能となり、寸法精度の良い多層基板が製造される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２００１−１８９５５５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
確かに上述のようにすれば電気配線を３次元的に配置させた多層基板を製造することができるが、絶縁層を構成する物質が熱伝導性の低いセラミック基体であるため放熱性の面では十分であるとは言えなかった。さらに、ビアホールを形成するビア導電体は金属とガラスより構成されるため電気抵抗が大きくなる傾向がある。このように、放熱性と電気伝導性、さらには３次元的な電気配線の全てを満足する多層基板はなく未だ改善の余地が残されていた。
【０００７】
また、前記、特許文献１に記載されたのと同じような技術によってより熱伝導性が良好な材料を使用することで絶縁性、放熱性の両者を両立させようとする試みも考えられるが、技術的に完成されていないのが実状である。
【０００８】
そこで、本発明は３次元的な電気回路形成が可能であり、ビアホール導体の抵抗が小さく、しかも熱伝導性に著しく優れた特徴を有する多層基板を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は電気配線を有する多層基板の製造において、放熱性と電気伝導性、さらには３次元的な電気配線の全てを満足させるべく鋭意検討を重ねた。その結果、基材として絶縁性の良好なセラミックを使用し、その上部にダイヤモンドを形成することによって絶縁性、放熱性を満足する基板を形成できる知見を得た。その後、さらに詳細な検討を実施した結果、ダイヤモンド及び基材となるセラミックの一方、或いは両方を貫通させる孔を形成してそのホール内に電気伝導性、及び熱伝導性の良好な物質を形成することで、いっそう基板の熱伝導性を向上できることを見出し、しかも上述の組み合わせで電気配線を３次元的に形成できることを確認して本発明を完成させるに至った。
【００１０】
即ち本発明は、その下面及び／又は上面に電極が形成された絶縁性又は半導体性基板の上面上に、非晶質シリコン、炭化珪素、窒化珪素、非晶質カーボン、窒化硼素、窒化炭素、窒化アルミニウム、及び酸化アルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の材料からなる絶縁層、及びダイヤモンド層がこの順で積層され、更に該ダイヤモンド層上に電極が形成された積層体であって、当該ダイヤモンド層上に形成された電極と前記絶縁性又は半導体性基板の下面及び／又は上面に形成された電極が導体化されたビアホールによって電気的に接合されてなることを特徴とする多層基板である。本発明の多層基板は上記のような構成とすることによって、放熱性、絶縁性、及び３次元的な多層配線を有する高機能回路多層基板となる。
【００１１】
さらに、第２の本発明は、前記導体化されたビアホールが、その内部にパラジウム、銀、クロム、チタン、白金、金、アルミニウム、銅、ニッケル、及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属が充填されたビアホールである請求項１に記載の多層基板である。この様な態様とすることによってよりいっそう熱伝導性、電気伝導性に優れた多層基板とすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の多層基板は、その下面及び／又は上面に電極が形成された絶縁性又は半導体性基板の上面上に非晶質シリコン、炭化珪素、窒化珪素、非晶質カーボン、窒化硼素、窒化炭素、窒化アルミニウム、及び酸化アルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の材料からなる絶縁層、及びダイヤモンド層がこの順で積層されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の多層基板に使用される絶縁性又は半導体性基板は、絶縁性又は半導体性材料からなる。絶縁性又は半導体性材料としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化硼素（ＢＮ）、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ベリリア（ＢｅＯ）、各種ガラス材料、各種セラミックス材料、単結晶シリコン、多結晶シリコン等の各種半導体材料等が挙げられる。本発明において使用する基板材料としては、放熱基板の使用目的、製造コスト、製造の簡便さ等を考慮して、上記各種材料から好適なものを適宜選択して使用すればよいが、絶縁性の観点からはセラミック材料を使用するのが好適であり、更に放熱性を考慮すると、なかでもＡｌＮを使用するのが最も好適である。
【００１４】
本発明に用いられる上記基板の形状は、その上面に絶縁膜、電極、ダイヤモンドを形成できる面を有していれば特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよい。例えば電子素子を搭載する基板とし使用する場合には、通常、長さ０．１〜５０ｍｍ、幅０．１〜５０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度の板状体が使用される。
【００１５】
本発明で使用する上記基板は、３次元的な回路を実現するための基礎的な構造として、その下面或いは上面に電極材料が形成されている。当該電極材料としては電気伝導性を有する材料であれば公知の材料が特に制限なく用いられる。該電極材料を具体的に例示すると、パラジウム、銀、クロム、チタン、白金、金、アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、タングステンカーバイト、銅タングステン合金（ＣｕＷ）、銅モリブデン合金（Ｃｕ−Ｍｏ）、銅モリブデンタングステン合金（Ｃｕ−Ｍｏ−Ｗ）、及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属からなる導電性材料（単体金属、あるいはそれらの合金）が挙げられる。また、該電極は単一層であっても複数の層から成っていてもよい。これらの導電性材料の中でも蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、メッキ法、印刷法により基板上に厚みが制御された膜を容易に形成できる。特に蒸着法、スパッタリング法、又はＣＶＤ法を採用した場合には薄膜形成が可能であり、膜厚を高精度で制御できるという理由から、これらの方法を使用するのが好適である。該電極の厚みは電気伝導性を有する厚みであれば特に制限されることはなく、適宜厚みを設定することが可能である。実用的な電極の厚みとしては０．００５μｍ〜１００μｍ、より好適には０．０３μｍ〜３０μｍである。このようにして形成された薄膜は、電気回路形成のために一般的に採用されている湿式エッチング法、ドライエッチング法などの公知のパターニング処理を行うことにより所望の形状の電極とすることができる。
【００１６】
本発明の多層基板において、上記基板の上面上にはダイヤモンドを形成するための下地層として、非晶質シリコン、炭化珪素、窒化珪素、非晶質カーボン、窒化硼素、窒化炭素、窒化アルミニウム、及び酸化アルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の材料からなる絶縁層が形成される。該絶縁層を形成せずに電極上に直接ダイヤモンド膜を形成した場合、前記電極材料が約１０００℃程度の雰囲気に曝されるため材料によってはダメージを受け、導電性が損なわれることがあるため該絶縁層を設けることが重要である。これらの材料は電極層を保護するだけでなく、絶縁体層上部に形成されるダイヤモンドの成長を助長し、且つダイヤモンド層と絶縁性又は半導体性基板や電極との密着性を向上させる役割も担っている。当該絶縁層の厚みは電極層を覆う厚みであれば特に制限されることはない。該絶縁層の厚みとしては０．０１μｍ〜１００μｍ、より好ましくは０．０３μｍ〜８０μｍである。なお、上記絶縁層材料として非晶質シリコン、ＳｉＣ、非晶質カーボン等の半導体性を示す材料を使用する場合には価電子制御されていない真性半導体を使用するのが絶縁性の面で好ましい。これら絶縁材料の中でも、絶縁性又は半導体性基板としてＡｌＮ基板を使用する場合には、該基板とダイヤモンド層との密着強度が特に高くなるという理由から非晶質シリコン、炭化珪素、非晶質カーボン、窒化硼素、窒化炭素を用いるのが特に好適である。また、該絶縁層上に形成されるダイヤモンド層と同一の反応装置を用いて層の形成ができ、効率がよいという観点から非晶質カーボンからなる絶縁層を形成するのが好適である。
【００１７】
本発明において絶縁層を形成する方法としては、公知の方法が特に制限なく採用される。例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、イオンインプランテーション法、レーザーアブレーション法、印刷法、ディッピング法等が挙げられる。これらの方法の中でも該絶縁膜の厚みを正確にコントロールできるという観点から、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、イオンインプランテーション法、レーザーアブレーション法を用いることが特に好ましい。例えば、蒸着法で絶縁層を形成する場合には、絶縁層を構成する物質を蒸着機内部のハースの中に入れ、電子ビームを該絶縁層構成物質に照射して蒸発させ基板上に蒸発物質をからなる層を形成すればよい。また、スパッタリング法を採用する場合には、目的とする絶縁材料で構成されたスパッタリングターゲットを準備して減圧アルゴン雰囲気下においてアルゴンプラズマを発生させてターゲット材をスパッタリングすることによって基板上に絶縁層を形成すればよい。
【００１８】
本発明の多層基板においては、上記絶縁層上にさらにダイヤモンド層が形成されている。ダイヤモンドは既存物質の中で最も熱伝導率が高い材料の一つであり、このような物質からなる層を有することにより基板全体の熱伝導率を高くすることができ、ひいては素子で発生した熱の放熱性を高くすることが可能になる。
該ダイヤモンド層を構成するダイヤモンドは、多結晶体、単結晶体のいずれでもよく、また、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンドのいずれでも構わないが、製造コスト及び、膜形成の容易さの観点から、気相法によって合成される多結晶ダイヤモンドからなるのが好適である。その面積、形状、厚さ等は、その用途に応じて、例えばヒートシンクとして使用される場合においては、載置する素子や、所望の放熱特性、製造に要するコストや時間に応じて、適宜決定すればよいが、一般に放熱特性はダイヤモンドの厚さが厚い方が高く、逆に製造に要する時間やコスト、さらにはヒートサイクルにより発生する応力は膜厚が薄いほど低下するので、両者のバランスから膜厚は１０〜３００μｍ、特に２０〜２５０μｍとするのが好適である。また、ダイヤモンド膜の熱伝導率は高ければ高いほうが望ましく、製造条件を調整することにより、８００Ｗ／ｍＫ以上、特に１０００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する多結晶ダイヤモンド膜を得ることもできる。
【００１９】
上記ダイヤモンド膜の形成方法は特に限定されないが、製膜が容易であるという観点から気相法によって製膜するのが好適である。気相法としては、化学気相蒸着法、レーザーアブレーション法等ダイヤモンド膜を製造可能な公知の気相法が制限無く用いられる。これらの中でも化学気相蒸着法が現状の技術の中でも結晶性の良好なダイヤモンド膜を再現良く安定的に製造することが可能であるため好適である。化学気相蒸着法はその製法により、高周波、マイクロ波、熱フィラメント等を用いる方法に分類されるが、これらの中でもマイクロ波を用いた方法及び熱フィラメントを用いた方法がより好ましい。
【００２０】
本発明の多層基板においては、上記ダイヤモンド層上に電極が形成されている。該電極は、絶縁性又は半導体性基板の上面又は下面に形成される電極と特に変わる点は無く、同様な材料を用い、同様の方法で形成できる。
【００２１】
さらに本発明の多層基板においては、ダイヤモンド層上に形成された電極とセラミック基板或いは半導体性基板の下面又は上面に形成された電極が導体化されたビアホールによって電気的に接合されている。この様な態様にすることによって、ダイヤモンドの上面とセラミック基体或いは半導体性基板の上面及び下面とを電気的に接続することができ電気回路基板の形状を小型化することが可能となる。従来、この様な３次元的な回路を形成するのに困難な場合、ワイヤーボンディングと呼ばれる方法で配線されることがあるが、この方法では金属細線を用いて配線をするため電気的なノイズを受けることがあり、あまり好ましい方法ではない。本発明の多層基板の様に基板の底面に対して垂直方向に電極を連通させることが電気信号の伝達に関して好適となる。
【００２２】
多層基板に導体化されたビアホールを形成する方法は、前記絶縁層及びダイヤモンド層を貫通する孔、又は前記絶縁性又は半導体性基板、前記絶縁層、及びダイヤモンド層を貫通する孔（以下、これら貫通孔をスルーホールともいう）を開け、その内壁面にメッキ法や蒸着法等により金属等の導体からなる膜を形成したり、或いはスルーホールに導体を充填したりすることにより行うことができる。
【００２３】
絶縁性又は半導体性基板、絶縁層、及びダイヤモンド層にスルーホールを形成する方法としては公知の方法が特に制限なく使用できる。例えば、絶縁性又は半導体性基板に貫通孔を形成する方法としては、絶縁性又は半導体性基板が焼結性基板である場合には、焼成前のグリーンシートと呼ばれる前駆物質に予め貫通孔を形成して、その後本焼成する方法、焼成後のセラミック基板や半導体性基板にドリル、レーザー等を用いて貫通孔を形成する方法等が適用可能である。後者の穿孔方法によれば基板のみならず該基板上に形成される電極や絶縁層の穿孔を行うこともできる。また、ダイヤモンド層に貫通孔を形成する方法は、ダイヤモンドは既存物質の中で最も硬い材料であるため、ドリルなど機械的に穿孔する場合割れや欠けなどが発生することがあることから、レーザーやイオンビームの照射、或いは、エッチング性ガスによるプラズマ処理などドライプロセスを用いて穿孔するのが好適である。これらドライプロセスによる穿孔は前記絶縁層や前記絶縁性又は半導体性基板の穿孔にも適用可能であることから、ダイヤモンド層とこれら層とを同時に穿孔することもできる。
【００２４】
本発明の多層基板においては、熱伝導性、電気伝導性の両者に優れた多層基板となるという理由から上記導体化されたビアホールは、その内部にパラジウム、銀、クロム、チタン、白金、金、アルミニウム、銅、ニッケル、及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属が充填されたビアホールであるのが好適である。即ち、ビアホール内に充填された上記金属を通しての熱の伝達が可能となるため、より効率の良い放熱板の製造を可能とすることができる。
【００２５】
以下、図１に示すような本発明の多層基板を製造する方法について詳しく説明する。図１に示される本発明の多層基板Ａにおいては、絶縁性又は半導体性基板１００の上面及び下面にそれぞれ電極（上面における電極：２１０Ａ、下面における電極１１０Ｂ）が形成されており、更に該電極２１０Ａを覆うように絶縁層２５０及びダイヤモンド層３００が順次形成されている。そして、該ダイヤモンド層３００上には電極３１０Ａおよび３１０Ｂが形成され、電極３１０Ａと２１０Ａが導体化されたビアホール４０１Ａで、電極３１０Ｂと１１０Ｂとが導体化されたビアホール４０１Ｂでそれぞれ接続されている。
【００２６】
絶縁性又は半導体性基板としてＡｌＮ基板を用いた場合、上記のような基本構造を有する多層基板は、次のようにして製造することができる。まず、スルーホールが形成された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板１１０を準備する。この時、該スルーホールはＡｌＮ焼結前のグリーン体時に形成しても、焼結後にレーザーやドリルを用いて行ってもよい。なお、基板としては、導電性材料（導体）が充填されているスルーホールが形成された基板ものを用いることもできる。
【００２７】
次に、該基板の下面、上面にＴｉ層２１１Ａ、Ｐｔ層２１２ＡおよびＡｕ層２１３Ａを順次スパッタリング法により蒸着し、３層構造の金属膜を形成する。このとき、導電性材料が充填されていないスルーホールが形成された基板を用いた時には該スルーホールの壁面にも３層構造の金属膜が形成される。スパッタリング法により電極層を形成するには目的とする金属で構成されるターゲット材（本発明ではＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ）を準備して、アルゴンガスを導入した真空雰囲気中（通常、０．００１〜１０Ｐａ程度の真空状態）で高周波を当該ターゲット材に供給することによりアルゴンイオンにより金属のスパッタリング現象によって基体上に所望の金属膜を形成することが可能である。この時、ＡｌＮ基板は加熱されてもいてもよく、室温でもよい。このような方法により製膜を行なった場合、水晶振動子を用いた膜厚モニターでスパッタリング物質の膜厚を測定することで正確に付着膜厚を管理することが可能である。このとき、３種類のスパッタリングターゲット（Ｔｉ、Ｐｔ、及びＡｕ）が同一の真空装置内に配設された多元スパッタリング装置を用いることが効率的である。このようにして形成した金属膜の不要部をドライエッチング法、或いはウエットエッチング法などにより除去しすることによりパターニングを行い、図２に示すような所定の位置に所定の形状の電極２１０Ａ、２１０Ｂ及び１１０Ｂを形成することができる。
【００２８】
次に、電極が形成された上記ＡｌＮ基板上に絶縁層２５０を形成する。当該絶縁層はマイクロ波プラズマＣＶＤ法等により好適に形成することができる。このとき、図２に示すような部材上に絶縁層を形成する場合、スルーホールの内部にも絶縁体が入り込むことがあるが、入り込んだ絶縁体は絶縁層およびダイヤモンド層形成後に穿孔するときに取り除くことができる。絶縁層として例えば非晶質カーボン膜を作製する場合には、ＣＶＤ反応容器内に基板をセットした後に真空ポンプにより真空排気して反応容器内の圧力を５×１０−６Ｔｏｒｒ以下としてから反応容器内に流量を調整したメタンガス等の反応ガスを供給するとともに、反応容器外部に設けられたマイクロ波電源からマイクロ波導波管を介してマイクロ波をチューナーにより反射損失を最小にして反応容器内へ導入しマイクロ波ガスプラズマを発生させて基板上に非晶質カーボン膜を形成すればよい。この際の反応容器内の圧力は、０．１ｍＴｏｒｒ〜３００Ｔｏｒｒ、特に５０ｍＴｏｒｒ〜２００Ｔｏｒｒとするのが好適であり、基板温度は室温〜６００℃、特に５０℃〜４００℃とするのが好適である。また、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を採用する場合、プラズマ発生電源出力は形成する非晶質カーボン膜の特性によって適宜選択されるが、通常、３００Ｗ〜１０ｋＷである。マイクロ波の発振周波数としては５００ＭＨｚ〜５ＧＨｚ、特に１ＧＨｚ〜４ＧＨｚとするのが望ましい。
しかしながら、これらの条件は合成に用いる装置の容量や形状により変化するため、一義的に決定されるものではない。なお、反応ガスとしてはメタンガス以外にもカーボンを含むガスであれば使用可能である。このようなガスを例示すればアセチレンガス、二酸化炭素、一酸化炭素等が挙げられる。これらの反応ガスは水素、窒素、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、クリプトン、酸素などの非堆積性ガスで希釈されてもよい。
【００２９】
次に、絶縁層上にダイヤモンド層を形成するが、該ダイヤモンド層の形成は、膜形成時の基板温度を高くする（６００℃〜１２００℃より好ましくは７００℃〜１１００℃とする）他は上記の非晶質カーボン膜の形成と同様にして行うことができる。このとき膜形成後にエッチングをしたり、膜形成時に基体にマスキングを行なったりすることによりダイヤモンド膜の形状を任意に変えることも可能である。このようにしてダイヤモンド層を形成した後にエキシマレーザーを用いてダイヤモンド層及び非晶質カーボン層の穿孔を行いＡｌＮ基板に予め形成していたスルーホールと連通させる。尚、基板として導電性材料が充填されていない基板を用い、さらに非晶質カーボン、ダイヤモンド膜とも膜厚が薄い場合にはＡｌＮ基板が最初から有するスルーホールを塞ぐことなく多層膜が得られる場合がある。この場合にも穴の形状を整える意味でレーザー穿孔することが後の導電体ペーストの充填をスムーズに行うことができる。なお、エキシマレーザーを用いた穿孔は、ビームスポットを約０．１ｍｍに調整したエキシマレーザー光をダイヤモンド層の所定の位置に照射することにより好適に行うことができる。照射するレーザーの出力と照射時間を調整することで、予めセラミック基体に開けた孔に重なる様に貫通させて穿孔することや、ダイヤモンドのみに穿孔する加工が可能である。また、スルーホール内部に導体を充填して上下面導通させることも勿論可能である。
【００３０】
スルーホールへの導体の充填方法は印刷法、吸引法などスルーホールへ導体が充填可能なすべての方法が特に制限されることなく適用可能である。また、本発明において用いられる導体は導電性を示すものなら特に制限なく使用可能である。充填がスムーズに行えるように、揮発性の溶媒で粘度を適宜調整して用いることも無論可能である。
【００３１】
最後に、多層基板の上面と下面との導通をとるための取り出し電極（３１０Ａ、３１０Ｂ）を形成するが、該電極を形成する方法は上記のスパッタリング法により好適に行うことができる。また、必要に応じて裏面の取り出し電極１１０Ａ上にさらＡｕ等の金属層を形成してもよい。
【００３２】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３３】
尚、本発明において上部電極と下部電極との間の導通は、アドバンテスト社製デジタルマルチメーターＲ６８７１Ｅを用いて本発明の多層基板の上部電極及び下部電極上に測定用プローブを接触させ導通確認をすることにより行った。
【００３４】
実施例１
φ０．１５ｍｍのスルーホール（導電性材料は充填されていない）が１ｍｍピッチで格子状に穿孔されたＡｌＮ基板（２５ｍｍ×２５ｍｍ×０．３ｍｍ（ｔ））の表裏面の全面にスパッタリング法によりＴｉ、Ｐｔ、Ａｕを夫々０．１μｍ、０．５μｍ、５μｍの膜厚で形成して電極とした。その後、フォトリソグラフによりφ０．１５ｍｍのスルーホール外径より大きくなるように、スルーホールの外周にφ０．３ｍｍの径で金属電極部分を残すようにレジストを塗布してその他の金属部分はドライエッチングにより取り除いた。ドライエッチング終了後、残ったレジストを除去してＡｌＮ基板の上下に電極が形成されたＡｌＮ基板とした。
【００３５】
その後、ダイヤ膜を形成しようとする一方の当該電極上に絶縁膜である非晶質炭素膜を形成するために上記基板をマイクロ波ＣＶＤ装置の基板ホルダー上にセットして基板を１５０℃に加熱するとともに反応容器を５×１０−６Ｔｏｒｒ以下となるまで真空引きした。反応容器内にメタンガスを１２ｃｃ／分、水素を３００ｃｃ／分の流量で導入し、排気バルブを調節することによって反応容器内の圧力を１００Ｔｏｒｒとした。次に、マイクロ波電源から５ｋＷの出力で反射損失が最小となるようにチューナーでチューニングしてマイクロ波を石英製の窓を通して反応容器内へ供給した。得られる非晶質炭素膜の膜厚が１０μｍとなるように約１時間マイクロ波電力を供給して非晶質炭素膜を基体上へ析出させた。
【００３６】
反応終了後、引き続き同一反応容器を用いてダイヤモンド膜の形成を実施した。まず、１５０℃に設定されている基板ホルダーを１０００℃に加熱した。基体の温度が安定するまで約１時間保持し、反応容器内にメタンガスを１２ｃｃ／分、水素を３００ｃｃ／分の流量で導入し、排気バルブを調節することによって反応容器内の圧力を１００Ｔｏｒｒとした。次に、マイクロ波電源から５ｋＷの出力で反射損失が最小となるようにチューナーでチューニングしてマイクロ波を石英製の窓を通して反応容器内へ供給した。得られるダイヤモンド膜の膜厚が５０μｍとなるように約１０時間マイクロ波電力を供給してダイヤモンド膜を基体上へ析出させた。基体温度が１００℃以下となったのを確認してから、反応容器を大気開放してダイヤモンドが形成された基体を取出した。
【００３７】
続いて、予めスルーホールが形成されたＡｌＮ基板と連通するためにダイヤモンド膜にレーザー穿孔を施した。約φ０．１５ｍｍに設定したＫｒＦレーザーをＡｌＮ上のスルーホールと重なるように照射してダイヤモンド膜に穿孔してＡｌＮのスルーホールと連通させた。ＫｒＦレーザーの照射条件は２００Ｈｚ、１０ｍＪとした。
【００３８】
次に、印刷法を用いてスルーホールに導電性ペーストを充填して８００℃で焼成して導電体が充填されたＡｌＮ上にダイヤ膜が形成された基板を得た。
【００３９】
最後に、基板の上面及び下面の導電体が形成されたスルーホール上に電極となる金属膜をスパッタリング法によって形成して本発明の多層基板を得た。
【００４０】
本発明により得られた多層基板のスルーホールを介した上面―下面間の抵抗をデジタルマルチメーターで測定したところ１５ｍΩであった。
【００４１】
実施例２
実施例１で使用したのと同じＡｌＮ基板（２５ｍｍ×２５ｍｍ×０．３ｍｍ（ｔ））の表裏面の全面にスパッタリング法によりＴｉ、Ｐｔ、Ａｕを夫々０．１μｍ、０．５μｍ、５μｍの膜厚で形成して電極とした。
【００４２】
その後、ダイヤ膜を形成しようとする一方の当該電極上に絶縁膜である非晶質炭素膜を形成するために上記基板をマイクロ波ＣＶＤ装置の基板ホルダー上にセットして基板を１５０℃に加熱するとともに反応容器を５×１０−６Ｔｏｒｒ以下となるまで真空引きした。反応容器内にメタンガスを１２ｃｃ／分、水素を３００ｃｃ／分の流量で導入し、排気バルブを調節することによって反応容器内の圧力を１００Ｔｏｒｒとした。次に、マイクロ波電源から５ｋＷの出力で反射損失が最小となるようにチューナーでチューニングしてマイクロ波を石英製の窓を通して反応容器内へ供給した。得られる非晶質炭素膜の膜厚が１０μｍとなるように約１時間マイクロ波電力を供給して非晶質炭素膜を基体上へ析出させた。
【００４３】
反応終了後、引き続き同一反応容器を用いてダイヤモンド膜の形成を実施した。まず、１５０℃に設定されている基板ホルダーを１０００℃に加熱した。基体の温度が安定するまで約１時間保持し、反応容器内にメタンガスを１２ｃｃ／分、水素を３００ｃｃ／分の流量で導入し、排気バルブを調節することによって反応容器内の圧力を１００Ｔｏｒｒとした。次に、マイクロ波電源から５ｋＷの出力で反射損失が最小となるようにチューナーでチューニングしてマイクロ波を石英製の窓を通して反応容器内へ供給した。得られるダイヤモンド膜の膜厚が５０μｍとなるように約１０時間マイクロ波電力を供給してダイヤモンド膜を基体上へ析出させた。基体温度が１００℃以下となったのを確認してから、反応容器を大気開放してダイヤモンドが形成された基体を取出した。
【００４４】
続いて、スルーホールを形成するために約φ０．１５ｍｍに設定したＫｒＦレーザーをＡｌＮ上のダイヤモンド膜に照射してＡｌＮ及びダイヤモンド膜の両材料に連通したスルーホール基板を作成した。ＫｒＦレーザーの照射条件は２００Ｈｚ、１０ｍＪとした。
【００４５】
次に、印刷法を用いてスルーホールに導電性ペーストを充填して８００℃で焼成して導電体が充填されたＡｌＮ上にダイヤ膜が形成された基板を得た。
【００４６】
最後に、基板の上面及び下面の導電体が形成されたスルーホール上に電極となる金属膜をスパッタリング法によって形成して本発明の多層基板を得た。
【００４７】
本発明により得られた多層基板のスルーホールを介した上面―下面間の抵抗をデジタルマルチメーターで測定したところ１５ｍΩであった。
【００４８】
実施例３
実施例２において多層基板の上面とした面との導通をスルーホール内に充填する導電体材料で行うのではなく、スパッタリング法によりスルーホール側面に付着させた金属膜で行う以外はすべて実施例２と同様の方法にて本発明の多層基板を作成した。
【００４９】
本発明により得られた多層基板のスルーホールを介した上面―下面間の抵抗をデジタルマルチメーターで測定したところ４０ｍΩであった。
【００５０】
実施例４
φ０．１５ｍｍのスルーホールが１ｍｍピッチで格子状に穿孔されたＡｌＮ基板（２５ｍｍ×２５ｍｍ×０．３ｍｍ（ｔ））の表裏面の全面にスパッタリング法によりＴｉ、Ｐｔ、Ａｕを夫々０．１μｍ、０．５μｍ、５μｍの膜厚で形成して電極とした。その後、フォトリソグラフによりφ０．１５ｍｍのスルーホール外径より大きくなるように、スルーホールの外周にφ０．３ｍｍの径で金属電極部分を残すようにレジストを塗布してその他の金属部分はドライエッチングにより取り除いた。ドライエッチング終了後、残ったレジストを除去してＡｌＮ基板の上下に電極が形成されたＡｌＮ基板とした。
【００５１】
次に、印刷法を用いてスルーホールに導電性ペーストを充填して、さらに印刷法にてＡｌＮ基板上に導電性ペーストによる回路を形成して、８００℃で焼成して導電体が充填及び印刷されたＡｌＮ基板を得た。
【００５２】
続いて、ダイヤ膜を形成しようとする一方の当該電極上に絶縁膜である非晶質炭素膜を形成するために上記基板をマイクロ波ＣＶＤ装置の基板ホルダー上にセットして基板を１５０℃に加熱するとともに反応容器を５×１０−６Ｔｏｒｒ以下となるまで真空引きした。反応容器内にメタンガスを１２ｃｃ／分、水素を３００ｃｃ／分の流量で導入し、排気バルブを調節することによって反応容器内の圧力を１００Ｔｏｒｒとした。次に、マイクロ波電源から５ｋＷの出力で反射損失が最小となるようにチューナーでチューニングしてマイクロ波を石英製の窓を通して反応容器内へ供給した。得られる非晶質炭素膜の膜厚が１０μｍとなるように約１時間マイクロ波電力を供給して非晶質炭素膜を基体上へ析出させた。
【００５３】
反応終了後、引き続き同一反応容器を用いてダイヤモンド膜の形成を実施した。まず、１５０℃に設定されている基板ホルダーを１０００℃に加熱した。基体の温度が安定するまで約１時間保持し、反応容器内にメタンガスを１２ｃｃ／分、水素を３００ｃｃ／分の流量で導入し、排気バルブを調節することによって反応容器内の圧力を１００Ｔｏｒｒとした。次に、マイクロ波電源から５ｋＷの出力で反射損失が最小となるようにチューナーでチューニングしてマイクロ波を石英製の窓を通して反応容器内へ供給した。得られるダイヤモンド膜の膜厚が５０μｍとなるように約１０時間マイクロ波電力を供給してダイヤモンド膜を基体上へ析出させた。基体温度が１００℃以下となったのを確認してから、反応容器を大気開放してダイヤモンドが形成された基体を取出した。
【００５４】
次に、導電体が充填されたＡｌＮ基板に連通するためにダイヤモンド膜にレーザー穿孔を施した。約φ０．１５ｍｍに設定したＫｒＦレーザーをＡｌＮ内の導電体充填済みスルーホールと重なるように照射してダイヤモンド膜に穿孔した。
ＫｒＦレーザーの照射条件は２００Ｈｚ、１０ｍＪとし、照射時間を調整することによってダイヤモンド膜のみに穿孔されるようにした。
【００５５】
さらに、印刷法を用いてダイヤモンドに形成されたスルーホールに導電性ペーストを充填して８００℃で焼成して導電体が充填された多層基板を得た。
【００５６】
最後に、基板の上面及び下面の導電体が形成されたスルーホール上に電極となる金属膜をスパッタリング法によって形成して本発明の多層基板を得た。
【００５７】
本発明により得られた多層基板のスルーホールを介した上面―下面間の抵抗をデジタルマルチメーターで測定したところ２５ｍΩであった。
【００５８】
参考例１
窒化アルミニウムを主成分とするセラミック基体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×０．５ｍｍｔ）を高周波プラズマＣＶＤ装置内の基体設置台へセットして、反応容器内を真空引きすると同時に基体設置台を１２０℃に加熱した。基体の温度が安定するまで約３０分間保持するとともに、反応容器内の圧力が５×１０−６Ｔｏｒｒ以下となったのを確認し、反応容器内にモノシランガスを３ｃｃ／分、水素を１００ｃｃ／分の流量で導入し、排気バルブを調節することによって反応器内の圧力を１．５Ｔｏｒｒに設定した。次に、高周波電源から５０Ｗの出力で反射損失が最小となるようにチューナーでチューニングして高周波を高周波印加電極へ供給した。得られる珪素膜の膜厚が１００ｎｍとなるように約２０００秒間高周波電力を供給して珪素膜を基体上へ析出させた。反応終了後、反応容器内の残留ガスを排気すると共に、基体の温度が１００℃以下となるのを確認した後、反応容器を大気開放して珪素膜が形成された基体を装置から取り出した。取り出した基体の熱伝導率を調べたところ、約２００Ｗ／ｍＫであった。
【００５９】
次に、ダイヤモンド膜を形成するために上記基体をマイクロ波プラズマＣＶＤ装置内の基体設置台へセットし、容器内を真空引きすると共に設置台を１０００℃に加熱した。基体の温度が安定するまで約１時間保持すると共に、反応容器内の圧力が５×１０−６Ｔｏｒｒ以下となったのを確認し、反応容器内にメタンガスを１２ｃｃ／分、水素を３００ｃｃ／分の流量で導入し、排気バルブを調節して反応器内圧力を１００Ｔｏｒｒとした。次に、マイクロ波電源から５ｋＷの出力で反射損失が最小となるようにチューニングしてマイクロ波を石英製窓を通して反応容器内へ供給した。得られるダイヤモンド膜の厚さが５０μｍとなるように約１０時間かけてダイヤモンド膜を形成した。反応終了後、基体温度を１００℃以下としてからダイヤモンド膜が形成された基体取り出した。該基体を目視により観測したところ、端部までダイヤモンドはきれいに付着しており、膜剥がれは見られなかった。また、断面を顕微鏡観察し、厚さ測定したところ、ダイヤモンド膜の厚さは約５０μｍであった。次に、基体上に形成されたダイヤモンド膜の結晶性をラマン散乱スペクトル測定により見積もったところ、約１３３３ｃｍ−１に現れるダイヤモンド構造に起因するピークの半値幅は約８．５ｃｍ−１であった。
更に得られた積層体の熱伝導率を測定したところ、約３５０Ｗ／ｍＫであった。
この結果に基づいて決定されるダイヤモンド膜の熱伝導率は約１８５０Ｗ／ｍＫであり、非常に良好なダイヤモンド膜が形成されていることが分かった。
【００６０】
参考比較例
珪素層を形成しない他は上記参考例と同様にして積層体（ＡｌＮ−ダイヤモンド積層体）を作成した。得られた積層体を目視観察したところ、基体端部近傍に膜剥がれが生じていた。
【００６１】
上参考例および参考比較例の結果から、本発明における絶縁層はダイヤモンド層の密着性を向上させると働きをすることが分かる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の多層基板をＣｕ、ＣｕＷ、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ｗ−Ｍｏ合金等熱伝導性の良好な材料（以下ステムとも言う）にマウントし、さらに、本発明の多層基板のステムと接する以外の何れかの面に電子部品を載置した場合、当該電子部品から発する熱を良好にステム材料への導くことができ放熱性に優れた多層基板をとなる。すなわち、本発明の多層基板は安定性の高い高密度実装を可能とするものであり、その有用性は高い。
【００６３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本図は本発明の多層基板の断面図である。
【図２】本図は、別の本発明の多層基板を製造する際の途中で得られる中間部材の断面図である。
【符号の説明】
Ａ  多層基板
１００  セラミック基体
１１０Ａ  電極層
１１０Ｂ  電極層
２１０Ａ  電極層
２１１Ａ  Ｔｉ層
２１２Ａ  Ｐｔ層
２１３Ａ  Ａｕ層
２１０Ｂ  電極層
２１１Ｂ  Ｔｉ層
２１２Ｂ  Ｐｔ層
２１３Ｂ  Ａｕ層
２５０  絶縁層
３００  ダイヤモンド層
３１０Ａ  電極層
３１０Ｂ  電極層
４０１Ａ  ビアホール導体
４０２Ｂ  ビアホール導体
【図１】
2004193283.tif 000002
【図２】
2004193283.tif 000003