(57)【要約】【課題】銅の導体損失が低減され、且つ良好な熱伝導体からなるサーマルビアを絶縁基板との同時焼成により形成が可能なガラスセラミック配線基板を提供する。【解決手段】ガラスセラミックスから成り、上面に発熱性素子４の搭載部３を有す絶縁基板１と、絶縁基板１に搭載される発熱性素子４から発生した熱を放熱するために搭載部３から裏面に貫通するように形成された貫通導体２を具備し、貫通導体２を銅８５体積％以上の割合で含有してなる貫通導体によって絶縁基板１と同時焼成して形成する配線基板である。【選択図】  図１
2004228410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスセラミックスから成り、上面に発熱性素子の搭載部を有する絶縁基板と、該絶縁基板に形成された、前記発熱性素子に電気的に接続される配線導体と、前記絶縁基板の前記搭載部から下面にかけて形成された、前記発熱性素子から発生した熱を放熱するための貫通導体とを具備する配線基板であって、前記貫通導体は、銅を８５体積％以上の割合で含有して成り、前記絶縁基板との同時焼成により形成されていることを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記貫通導体は、銅粉末１００質量部の表面に１〜３質量部のアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物を被着した粉末を用いた導体ペーストによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスセラミックスから成り、上面に発熱性素子の搭載部を有する絶縁基板と、この絶縁基板に形成された発熱性素子に電気的に接続される配線導体と、絶縁基板の搭載部から下面にかけて形成された、発熱性素子から発生した熱を放熱するための貫通導体とを具備する配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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】
このようなパワーモジュール等に使用される発熱量が多い高出力トランジスタやダイオード、サイリスタ等または高速あるいは高出力集積回路素子等の半導体素子を使用した多量の発熱を伴う発熱性素子を搭載する配線基板としては、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等の高融点金属から成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成る配線層では、抵抗を高々８ｍΩ／□程度までしか低くできず、一方で放熱性に関しても放熱フィンの接合や、配線基板の上面に実装される発熱性素子の搭載部から配線基板の下面にかけて形成された発熱性素子から発生した熱を放熱するための貫通導体をいわゆるサーマルビアとして設け、このサーマルビアを通して熱を効率よく放散させる等の対策が講じられているが、タングステンメタライズ自体の熱伝導性が悪いために、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配線基板が提案されている。
【０００５】
銅を配線導体とするガラスセラミック配線基板は、例えば、ガラスセラミック原料粉末と有機バインダ等を用いて調製した泥漿物をシート状のガラスセラミックグリーンシートに成形した後、得られたガラスセラミックグリーンシートに貫通孔を打ち抜き加工し、その貫通孔に銅を主成分とする導体ペーストを充填するとともに、ガラスセラミックグリーンシート上に同様の導体ペーストを用いて所定の配線パターンを形成し、これらの複数シートを位置合わせして加圧積層した後、一般的には、この積層体を水蒸気を含有する窒素雰囲気から成る非酸化性雰囲気の中で加熱して脱バインダおよび焼成を行うことにより作製されていた。
【０００６】
しかしながら、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、絶縁基板のみで前記熱的問題を解決することが難しい。よって銅導体の熱伝導性を利用し、前記アルミナセラミック配線基板等と同様に前述の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を十数Ｗ／ｍ・Ｋ程度まで改善することができている。しかし、近年の動向としては、更に小型化が進み、アルミナセラミック配線基板の熱伝導である２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導を有する配線基板が求められてきている。
【０００７】
ここで、一般にはガラスセラミック配線基板のガラスセラミックスから成る絶縁基板と銅を主成分とする貫通導体とは、焼成収縮率が異なるという問題があるため、焼成収縮率を合わせるために例えば、貫通導体に用いる導体ペーストには主成分の銅粉末１００質量部に対して、ガラス転移点を厳密に制御した２〜２０質量部のＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＲＯ（Ｒ：アルカリ土類金属）−Ｂ２Ｏ３系ガラスフリットを含有させる方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−５３９４０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、貫通導体に用いられるガラスフリットを含有した導体ペーストは、主成分の銅粉末１００質量部に対して絶縁物であるガラスフリット２〜２０質量部を含有しているので、貫通導体の比抵抗が銅の３０〜１００倍に増大してしまう。その結果、この貫通導体でサーマルビアを形成しても、ガラスセラミック配線基板の熱伝導を十数Ｗ／ｍ・Ｋ程度までにしか改善することができないという問題点があった。
【００１０】
本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、ガラスセラミックスから成る絶縁基板と同時焼成によって形成でき、その絶縁基板の表面の搭載部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形成された熱伝導性の良いサーマルビアを具備する配線基板とその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の配線基板は、ガラスセラミックスから成り、上面に発熱性素子の搭載部を有する絶縁基板と、この絶縁基板に形成された、前記発熱性素子に電気的に接続される配線導体と、前記絶縁基板の前記搭載部から下面にかけて形成された、前記発熱性素子から発生した熱を放熱するための貫通導体とを具備する配線基板であって、前記貫通導体は、銅を８５体積％以上の割合で含有して成り、前記絶縁基板との同時焼成により形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明の配線基板は、上記構成において、前記貫通導体は、銅粉末１００質量部の表面に１〜３質量部のアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物を被着した粉末を用いた導体ペーストによって形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の配線基板によれば、絶縁基板の搭載部から下面にかけて形成された貫通導体は、銅を８５体積％以上の割合で含有して成ることから、銅以外の、ガラスフリット等の絶縁物によって高い熱伝導率を有する銅の熱伝導が阻害されるのを低く抑えることができるので、ガラスセラミック配線基板の熱伝導率をアルミナ配線基板並みの２０Ｗ／ｍ・Ｋさらにはこれ以上に向上することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の配線基板によれば、貫通導体が、銅粉末１００質量部の表面に１〜３質量部のアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物を被着した粉末を用いた導体ぺーストによって形成されているものとしたときには、銅粉末の表面に銅より高い融点を有するアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物を被着したことにより、銅粉末粒子同士の接点に高融点物質が介在することになって、焼結開始時の初期段階における銅粉末粒子同士の接点で起きるネッキングを遅らせることができるので、貫通導体の焼成開始温度を７００〜１０００℃の範囲に効果的に上げることができることから、ガラスセラミックスから成る絶縁基板の焼成温度である７００〜１０００℃の焼成開始温度と一致させることが可能となる。その結果、貫通導体とガラスセラミックスから成る絶縁基板との収縮率の違いによって生じる応力を効果的に抑えることが可能となって、銅の８５体積％以上の貫通導体を形成したガラスセラミック配線基板を良好に同時焼成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の配線基板の実施の形態の一例を示す図１の概略断面図を基に説明する。
【００１６】
図１において、１はガラスセラミックスから成る絶縁基板であり、４は発熱性素子、３は発熱性素子４の搭載部、２は絶縁基板１の搭載部３から下面にかけて形成された、発熱性素子４から発生した熱を放熱するための貫通導体である。また、６ａは発熱性素子４に電気的に接続される絶縁基板１の表面に形成された表面配線導体であり、６ｂは絶縁基板１の内部に形成された内部配線導体、７は表面配線導体６ａおよび内部配線導体６ｂを接続する配線用貫通導体、５はヒートシンクを示す。
【００１７】
本発明によれば、この貫通導体２は、銅を主成分とし絶縁基板１と同時焼成によって形成されたものである。この貫通導体２は、いわゆるサーマルビアとして機能するものである。
【００１８】
この貫通導体２は、銅を８５体積％以上の割合で含有することが必要である。これは、貫通導体２の良好な熱伝導性を達成するためである。すなわちアルミナセラミック配線基板の熱伝導率である２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率をガラスセラミックス配線基板で得ることができ、これにより、アルミナ配線基板と同等以上の熱伝導性を持ち、しかも高速伝送が可能な低抵抗導体の銅を配線とするガラスセラミック配線基板を得ることができる。また、この貫通導体２は銅を８５体積％以上の割合で含有することから、従来のものより低抵抗であるので、これらにより搭載部３を接地することにより良好な接地状態とすることも可能である。そのためには、銅以外の、例えば絶縁物であるガラスフリットによって銅（熱伝導率が約４００Ｗ／ｍ・Ｋ）の熱伝導率が阻害される効果を低くすることが必要であり、そのためには貫通導体２に占める銅を８５体積％以上とすることが必要であることを本発明者は実験によって見出した。
【００１９】
貫通導体２における銅が８５体積％よりも少なく、ガラスフリット等の絶縁物が１５体積％よりも多いと、絶縁物であるガラスフリットに銅の熱伝導を阻害される結果、熱伝導率が低くなり、ガラスセラミック配線基板について２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の良好な熱伝導率を達成することが困難となる。
【００２０】
このような銅が８５体積％以上の貫通導体２を形成するには、銅粉末に対し、同時焼成後にガラスフリットの体積比率が１５％以下となるように計算したガラスフリット等を添加した導体ペーストとし、貫通孔に充填させてサーマルビアを形成すればよい。銅体積率を８５体積％以上となるようなガラスフリット等の添加量は、銅粉末、ガラスフリットの粉末充填率から貫通孔の体積占有率を計算すれば概算で求めることができる。その際、銅粉末は、貫通導体２とガラスセラミックスから成る絶縁基板１との同時焼成を可能とするため、銅粉末の焼成開始温度が７００〜１０００℃となるように、しかし貫通孔に詰まるような粗大粒がないようにした、できるだけ粒径が大きい銅粉末とするほうが望ましく、かつ前述の銅が８５体積％以上となるような貫通導体２を形成するため貫通孔に対する粉体充填率の高いものがよい。また、ガラスフリットは少量で均一な分散が図れるようにできるだけ微粉であるほうが望ましい。
【００２１】
なお、貫通導体２は、その直径が０．１〜０．３ｍｍの形状であることが望ましい。直径が０．１ｍｍよりも小さいと、熱の流路が細くなるので貫通導体２の熱伝導の効果が少なくなって熱抵抗が増大するために、数多くの貫通導体２を形成する必要がある。一方、０．３ｍｍよりも大きいと、貫通導体２用の貫通孔の体積が増大し、貫通孔に充填後のペーストが乾燥することによって起こる体積収縮の絶対量が増え、貫通孔充填直後の形状を保持できず凹みとなる結果、搭載部３や表面配線導体６ａや内部配線導体６ｂの導体ペーストを貫通孔上部に充填するのが困難となる傾向がある。
【００２２】
本発明の配線基板においては、絶縁基板１の貫通導体２形成部の上面の搭載部３を介して半導体素子等の発熱性素子４が実装される。発熱性素子４から発生した熱は、直接、あるいは搭載部３を介して貫通導体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。
【００２３】
また、この配線基板の絶縁基板１には、貫通導体２以外に、表面配線導体６ａおよび内部配線導体６ｂ、さらにはこれら表面配線導体６ａと内部配線導体６ｂを電気的に接続する配線用貫通導体７が形成されていてもよい。
【００２４】
絶縁基板１は、ガラス粉末，フィラー粉末（セラミック粉末）、さらに有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合したガラスセラミックグリーンシートを焼結することで形成される。
【００２５】
ガラス成分としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系，ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は前記と同じである），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３は前記と同じである），Ｐｂ系ガラス，Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００２６】
また、フィラーとしては、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物，Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（例えばスピネル，ムライト，コージェライト）等が挙げられる。
【００２７】
これらガラスとフィラーとの混合割合は質量比で４０：６０〜９９：１であるのが好ましい。
【００２８】
ガラスセラミックグリーンシートに配合される有機バインダとしては、従来からセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系（アクリル酸，メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体，メタクリル酸エステル共重合体，アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等），ポリビニルブチラ−ル系，ポリビニルアルコール系，アクリル−スチレン系，ポリプロピレンカーボネート系，セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。
【００２９】
ガラスセラミックグリーンシートは、上記ガラス粉末，フィラー粉末，有機バインダに必要に応じて所定量の可塑剤，溶剤（有機溶剤，水等）を加えてスラリーと成し、これをドクターブレード，圧延，カレンダーロール，金型プレス等により厚さ約５０μｍ〜５００μｍに成形することによって得られる。
【００３０】
このようにして得られたガラスセラミックグリーンシートにレーザやマイクロドリル，パンチングにより貫通孔を形成し、その内部に銅を主成分とした導体ペーストを充填して貫通導体２、ビアホール用の配線用貫通導体７とする。そして、内部配線導体６ｂとなる導体および表層の配線回路層となる表面配線導体６ａのパターンを導体ペーストにて形成し、これを複数枚積層した後、有機成分の除去および焼成を行なう。
【００３１】
このような導体ペーストは、銅粉末に対し、同時焼成後に体積比率が１５％以下となるように計算したガラスフリット等を添加した粉末に、有機バインダ，可塑剤，有機溶剤等を混合して導体ペーストを作製する。
【００３２】
有機成分の除去は、１００〜１０００℃の温度範囲でこの積層体を加熱することによって行ない、有機成分を分解，揮散させる。また、焼成温度はガラスセラミック組成により異なるが、通常は約７００〜１０００℃の範囲内である。焼成は通常、大気中で行なうが、導体材料に銅を使用する場合には１００〜７００℃の水蒸気を含む窒素雰囲気中で有機成分の除去を行なった後、７００〜１０００℃の窒素雰囲気中等の非酸化雰囲気中で焼成を行なう。
【００３３】
次に、貫通導体２の形成に用いられる導体ペーストは、銅粉末１００質量部の表面に１〜３質量部のアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物を被着した粉末を用いると、ガラスフリットを添加した従来の導体ペーストに比してさらに好適な貫通導体２を得ることができる。
【００３４】
これは、銅粉末の表面に銅より高い融点を有する酸化物であるアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物を被着することにより、銅粉末の表面に高融点物質が介在することになって、焼結開始時の初期段階における銅粉末粒子同士の接点で起きるネッキングを遅らせることができて、貫通導体２の焼成開始温度を７００〜１０００℃の範囲に効果的に上げることができることから、ガラスセラミックスから成る絶縁基板１の焼成温度である７００〜１０００℃の焼成開始温度と一致させることが可能となるからである。その結果、貫通導体２とガラスセラミックスから成る絶縁基板１との収縮率の違いによって生じる応力（熱応力）を効果的に抑えることが可能となって、銅が８５体積％以上の貫通導体２と貫通導体２を形成したガラスセラミック絶縁基板とを良好に同時焼成することができることとなる。
【００３５】
すなわち熱伝導率を向上させるために、同時焼成後にガラスフリット等の添加物の体積が１５％以下となるように計算して配合した導体ペーストを貫通孔に充填させて、銅が８５体積％以上の貫通導体２を形成したときは、添加するガラスフリット等の割合が減少し、主成分である銅粉末同士の接点が増大するため、貫通導体２の収縮開始温度が７００℃以下の低温に下がってしまい、貫通導体２とガラスセラミックスから成る絶縁基板１との収縮率が異なり、貫通導体２と絶縁基板１のセパレーションが発生する場合があるのに対し、銅粉末の表面に絶縁物であるアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物を１００質量部の銅粉末に対して１〜３質量部被着する方法によれば、貫通導体２とガラスセラミックスからなる絶縁基板１との収縮率の違いを生じず、銅が８５体積％以上の貫通導体２と貫通導体２を形成したガラスセラミック絶縁基板とをさらに良好に同時焼成することができることとなる。
【００３６】
また、銅粉末の表面に絶縁物であるアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物を１００質量部の銅粉末に対して１〜３質量部被着することにより、ガラスフリットを入れる従来の貫通導体よりも、絶縁物の添加物量が少なくてすむので、貫通導体２の比抵抗を小さくし、それにより熱伝導を向上することが可能となる。
【００３７】
銅粉末の表面のアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物の被着量を１００質量部の銅粉末に対して１質量部未満とした場合には、銅より高い融点を有するアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物の量が不足することから、貫通導体２の焼成開始温度を効果的に上げることができなくなり、ガラスセラミックスから成る絶縁基板１の焼成温度である７００〜１０００℃の温度で焼成開始温度を一致させることが困難となる。その結果、貫通導体２とガラスセラミックスから成る絶縁基板１との収縮率を一致させて貫通導体２とガラスセラミック絶縁基板とを良好に同時焼成することができないという問題が発生する。
【００３８】
他方、銅粉末の表面に絶縁物であるアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物の被着量が１００質量部の銅粉末に対して３質量部を超える場合には、絶縁物であるアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物の添加量が多くなることから、銅が８５体積％以下となり、貫通導体２の比抵抗が増大するとともに、絶縁物であるアルミナやシリカは熱伝導が低いことにより熱伝導を妨げるため、本来の目的であるガラスセラミック配線基板の熱伝導率を向上することが困難となる。
【００３９】
さらにまた、本発明の配線基板によれば、銅粉末の表面にアルミナもしくはシリカまたはその混合物を被着した粉末を用いた導体ペーストを充填してガラスセラミックスから成る絶縁基板１の内部に貫通導体２を形成することにより、上述の通り貫通導体２とガラスセラミックスから成る絶縁基板１との同時焼成時の焼成温度を一致させることができることから、より良好な同時焼成が可能となり、導体損失の低減および熱伝導の改善が可能なガラスセラミック配線基板を作製することが可能となる。
【００４０】
本発明の配線基板において、銅粉末の表面にアルミナもしくはシリカまたはその混合物を被着した、貫通導体２に用いる導体ペーストの銅粉末は、湿式反応により作製された球状の粉末を用いることが好ましい。湿式反応により作製された粉末は、球状でかつ均粒の粉末が得やすく、球状でかつ均粒の粉末であれば、その中に含まれる粗大粒は少ないものとなり、貫通導体２用の貫通孔に詰まることがなくて貫通孔に充填しやすいものが得られることから好適である。しかし、これに限られるものではなく、必ずしも球状でなくても良い。
【００４１】
このような銅粉末をアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物で被着した粉末を得るには、例えば、アルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物となるべきアルミニウムもしくはシリコンの塩，レジネート，ゾル等の化合物溶液中に銅粉末を分散させた後、溶剤を飛ばして銅粉末の表面に金属化合物を被着させた状態とし、さらに空気中で加熱処理してこれら化合物を酸化すればよい。
【００４２】
また、銅微粉末と平均粒径１００ｎｍ以下の超微粒子のアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物の粉末を、所望の重量比および混合比で調合、撹拌混合し、銅粉末表面にアルミナもしくはシリカの超微粒子が付着した状態を得た後、それを磨砕機に投入し、高速で回転させて銅粉末相互の衝突を発生させ、銅粉末と各々の超微粒子とのメカノケミカル反応により表面に被着させる方法も可能である。
【００４３】
一方、貫通導体２に使用する導体ペースト用の有機バインダには、非酸化雰囲気中での熱分解性に優れたアクリル樹脂、好ましくはメタクリル酸系樹脂が好適であり、溶剤としてはフタル酸ジブチルやα−テルピネオール等の一般的なペースト用の溶剤を適用することが可能である。
【００４４】
また、貫通導体２に用いられる導体ペーストを貫通導体２の他の配線用貫通導体７や表面配線導体６ａ、内部配線導体６ｂ、搭載部３に用いてもよいことは言うまでもなく、貫通導体２に用いたときと同じ理由によりガラスセラミック絶縁基板と良好な同時焼成が可能な配線基板を形成することができる。
【００４５】
なお、導体ペーストを用いて形成した配線パターンを有するガラスセラミック配線基板の焼成は、一般的に水蒸気を含有する窒素雰囲気から成る非酸化雰囲気中で実施されるが、有機バインダ分解後に残留するカーボンを雰囲気中の水蒸気と反応させ効率良く除去するためには、ガラスセラミック配線基板の焼成温度を７００℃以上とし、ガラスセラミック配線基板が焼成収縮を開始する前の多孔質な状態で脱バインダ処理を行なうことが望ましく、ガラスセラミック配線基板と同時焼成する貫通導体２も焼成開始温度をガラスセラミック配線基板と同等に高くすることが望ましい。
【００４６】
本発明の配線基板における、銅粉末の表面にアルミナもしくはシリカまたはその混合物を用いた、貫通導体２に用いられる導体ペーストは、１００質量部の銅粉末に対して、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）もしくはシリカ（ＳｉＯ２）またはそれらの混合物を１〜３質量部被着しているが、このアルミナもしくはシリカまたはその混合物の被着量を調整することにより、銅粉末粒子同士の接点に高融点物質が介在することになって、焼結開始時の初期段階における銅粉末粒子同士の接点で起きるネッキングを遅らせることができることを利用し、その被着量によってネッキングの開始温度を変化させることができるので、銅粉末の焼成開始温度を７００〜１０００℃に調整することが可能となる。
【００４７】
また７００〜１０００℃の非酸化雰囲気中で、銅粉末の表面にアルミナもしくはシリカまたはその混合物を用いた導体ペーストを充填して形成される貫通導体２と絶縁基板１とを同時焼成することで、銅粉末の焼成開始温度を７００〜１０００℃に調整することが可能なので、貫通導体２と絶縁基板１との収縮率の違いによって生じる応力を効果的に抑えることが可能となって、かつ非酸化雰囲気中なので銅が酸化されることがなく焼成を行なうことができて、良好な配線基板を得ることができる。
【００４８】
焼成後、得られた絶縁基体表面の銅の配線導体に用途に応じてメッキ処理を施し、下地にニッケルあるいは銅を被覆し、その上に金を被覆して銅の配線導体を有するガラスセラミック配線基板が得られる。
【００４９】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００５０】
平均粒径が、０．５，１，３μｍの銅粉末に対し、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），シリカ（ＳｉＯ２）またはその混合物を、銅粉末１００質量部に対して、それぞれ表１に示す割合で被着を施し、その微粉末にアクリル樹脂の有機バインダ５質量部とアクリル樹脂の溶媒５質量部を添加して混練し、導体ペースト試料を調整した。
【００５１】
銅粉末に被着を施す方法としては、銅微粉末０．５，１，３μｍと平均粒径１００ｎｍ以下の超微粒子の酸化アルミニウム，酸化珪素粉末を、所望の重量比および混合比で調合、撹拌混合し、銅粉末表面に超微粒子が付着した状態を得た後、それを磨砕機に投入し高速で回転させて、銅粉末相互の衝突を発生させ、銅粉末と各々の超微粒子とのメカノケミカル反応により表面に被着させる手法を用いた。
【００５２】
また、ガラスフリットを導体ペーストに含有する手法を用いた試料を作製した。ガラスフリットを含有する導体ペーストは、平均粒径が１μｍの銅粉末１００質量部に、ＳｉＯ２が５６質量％、Ａｌ２Ｏ３が１７質量％、ＭｇＯが６質量％、ＣａＯが８質量％、ＢａＯが８質量％、Ｂ２Ｏ３が５質量％の組成を有するガラスフリットとＡｌ２Ｏ３粉末から成るフィラーも、それぞれ表１に示す割合で混合し、その混合物に有機バインダとしてアクリル樹脂の有機バインダ５質量部とアクリル樹脂の溶媒５質量部を添加して混練し、作製した。
【００５３】
一方、ＳｉＯ２が４４質量％、Ａｌ２Ｏ３が２８質量％、ＭｇＯが１１質量％、ＺｎＯが８質量％、Ｂ２Ｏ３が９質量％の組成を有する結晶性ガラス粉末６１質量％と、ジルコン酸カルシウム粉末２１質量％、チタン酸ストロンチウム粉末１６質量％、Ａｌ２Ｏ３粉末２質量％から成るガラスセラミック原料粉末１００質量部に対して、有機バインダとしてメタクリル酸イソブチル樹脂を固形分で１２質量部、可塑剤としてフタル酸ジブチルを６質量部添加し、トルエンおよび酢酸エチルを溶媒としてボールミルにより４０時間混合し、スラリーを調整した。
【００５４】
得られたスラリーをドクターブレード法により厚さ０．２ｍｍのガラスセラミックグリーンシートに成形し、このグリーンシートに直径０．２ｍｍの貫通孔を形成し、この貫通孔に前記で準備した２種類の導体ペーストを充填したものを６枚加圧積層した成形体を作製した。
【００５５】
それから、前記成形体中の有機バインダ等の有機成分や、有機成分が分解した後に残留するカーボンを除去するため、７．３３×１０３Ｐａの水蒸気を含んだ窒素雰囲気中に７５０℃の温度で１時間保持する熱処理を行なった後、９００℃の温度で１時間保持して評価用のガラスセラミック配線基板を作製した。
【００５６】
前記評価用のガラスセラミック配線基板を用いて、レーザーフラッシュ法によって直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの絶縁基板単体、ならびにこの絶縁基板に対して、直径が０．２ｍｍのものを縦、横のビア中心間距離が０．５ｍｍとなるようにサーマルビアを全面に配設した基板の熱伝導率を測定した。なお、図２はこのサーマルビアの形状および配置を説明する断面図である。
【００５７】
また、絶縁基体を貫通するサーマルビアを４端子法にて抵抗を測定し、サーマルビアの比抵抗値を求めるとともにサーマルビア用の貫通導体とガラスセラミックスとから成る絶縁基板とのセパレーション発生の有無の確認を行なった。
【００５８】
その結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】
2004228410.tif 000003
【００６０】
表１における基板の熱伝導率については、アルミナ系の絶縁材料の熱伝導率が１０〜２０Ｗ／ｍ・Ｋであり、アルミナ配線基板としては２０Ｗ／ｍ・Ｋが達成されていることから、アルミナ配線基板の熱伝導率と同等の２０Ｗ／ｍ・Ｋを超えるものを合格とした。サーマルビアの電気抵抗（貫通抵抗）については、低抵抗導体であり良熱伝導体である銅による貫通抵抗の減少と熱伝導率の増大との現象が関連することから参考値として表に記した。銅体積率はクロスセクションを実施後、その断面写真から銅面積を２値化処理にて銅面積率を求め、これを銅体積率として算出し、表に記した。
【００６１】
また、セパレーション発生率については、１０箇所のクロスセクションを実施しサーマルビア用貫通導体とガラスセラミックスとから成る絶縁基板の間でのセパレーションの発生率を示した。
【００６２】
以上より、セパレーション発生率が１０個の試料中において０個（表中には０／１０と表記）でかつ、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋを超えるものを総合判定○、セパレーション発生はあるが熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋを超えるものを総合判定△、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下で不合格のものを総合判定×とした。
【００６３】
表１の結果から明らかなように、銅が８５体積％以上の本発明の配線導体における貫通導体を具備するものは、熱伝導率も２０Ｗ／ｍ・Ｋを超える良好な性能を保持することが分かる。（表中の総合判定の欄に○または△で示す。）
これに対して、銅が８５体積％未満の試料（Ｎｏ．５，１１，１２）は、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下となり不合格となった。（表中の総合判定の欄に×で示す。）さらに、銅粉末１００質量部の表面に１〜３質量部のアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物を被着した粉末を用いた導体ペーストを充填することにより作製したガラスセラミック配線基板である試料（Ｎｏ．１，３，４，６，７，８）の貫通導体は、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋを超え、かつセパレーションの発生も無く優れたものであった（表中の総合判定の欄に○で示す）。
【００６４】
一方、１００質量部の銅粉末の表面にＳｉＯ２を０．５質量部被着した銅成分粉末を用いた導体ペーストにより貫通導体を作製した基板（試料Ｎｏ．２）およびガラスフリットを混合した導体ペーストにより貫通導体を作製した基板（Ｎｏ．９，１０）は、熱伝導率の点では問題のない良好なものであったが、セパレーションが発生し、十分な物ではなかった（表中の総合判定の欄に△で示す）。
【００６５】
また、１００質量部の銅粉末の表面にＳｉＯ２を４質量部被着した銅成分粉末により貫通導体を作製した基板、試料Ｎｏ．５は、銅体積率が８５％未満であり、熱伝導率も２０Ｗ／ｍ・Ｋより低く不合格となった。（表中の総合判定の欄に×で示す）。
【００６６】
なお、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の例では貫通導体２用の貫通孔の形成方法としてレーザやマイクロドリル，パンチングにより形成するとしたが、フォトリソグラフィ（写真現像）工法等を用いても何ら支障ない。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の配線基板によれば、ガラスセラミックスから成る絶縁基板と、この絶縁基板の上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、発熱性素子の搭載部から下面にかけて形成された、発熱性素子から発生した熱を放熱するための貫通導体とを具備する配線基板であって、貫通導体は銅を８５体積％以上の割合で含有して成る良好な熱伝導体であることから、配線基板の放熱性が良好となり、熱伝導率をアルミナ配線基板並みの２０Ｗ／ｍ・Ｋさらにはこれを超えるものにすることできる。
【００６８】
また、本発明の配線基板によれば、貫通導体が、銅粉末１００質量部の表面に１〜３質量部のアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物を被着した粉末を用いた導体ペーストによって形成されているときには、銅粉末の表面に銅より高い融点を有するアルミナもしくはシリカまたはそれらの混合物を被着したことにより銅粉末粒子同士の接点に高融点物質が介在することになって、焼結開始時における初期段階における銅粉末粒子同士の接点で起きるネッキングを遅らせることができるので、貫通導体の焼成開始温度を７００〜１０００℃の範囲に効果的に上げることができることから、ガラスセラミックスから成る絶縁基板の焼成温度である７００〜１０００℃の焼成開始温度と一致させることが可能となる。その結果、貫通導体とガラスセラミックスから成る絶縁基板との収縮率の違いによって生じる応力を効果的に抑えることが可能となって、銅の８５体積％以上の貫通導体を形成したガラスセラミック配線基板を良好に同時焼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実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】実施例におけるサーマルビアの形状および配置を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・絶縁基板
２・・・・・・貫通導体
３・・・・・・搭載部
４・・・・・・発熱性素子
５・・・・・・ヒートシンク
６ａ・・・・・表面配線導体
６ｂ・・・・・内部配線導体
７・・・・・・配線用貫通導体
【図１】
2004228410.tif 000004
【図２】
2004228410.tif 000005