JPH07162157A - 多層基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過渡ならびに定常熱抵抗を下げることができ
る多層基板を提供することにある。 【構成】 表層の絶縁層１ａに熱伝導性のよい熱伝達用
導体としての充填金属４が充填され、その充填金属４上
にパワー素子６が配置されている。そして。パワー素子
６で発生した熱は表層の絶縁層１ａの充填金属４に伝達
され放熱される。又、充填金属４には、高融点材料であ
るＭｏの粒子とアルミ粒子の混合物が使用されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は多層基板に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、多層基板においては、例えば、図
１２に示すように、多層よりなるセラミック基板３１上
にＣｕやＡｇよりなる厚膜導体３２が印刷焼成にて形成
され、その上に半田３３を介してＭｏやＣｕよりなるヒ
ートシンク３４が配置され、さらにその上に半田３５を
介してパワー素子３６が実装されている。尚、図中、３
７はワイヤであり、３８はチップターミナルである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この構造で
は、過渡的な熱抵抗を下げる必要があるものは、ヒート
シンク３４を厚く（体積を増加）しなければならず、ヒ
ートシンク３４のコストアップ及び実装容積の拡大を招
いていた。さらに、定常熱抵抗を下げるためには、熱伝
導性のよい基板材料を用いる必要があり、これは材料の
コストアップにつながる。又、定常熱抵抗を下げるため
にはヒートシンク３４を薄くしてパワー素子から基板底
面までの距離を小さくし、基板底面からの放熱性を向上
させる必要があったが、ヒートシンク３４を薄くするこ
とは過渡熱抵抗を下げることと相反することとなってし
まっていた。

【０００４】そこで、この発明の目的は、過渡ならびに
定常熱抵抗を下げることができる多層基板を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の絶縁
層からなる多層基板上にパワー素子を配置し、一以上の
絶縁層のパワー素子下部領域に前記パワー素子の熱伝達
用導体を充填した多層基板をその要旨とする。

【０００６】

【作用】パワー素子で発生した熱は、基板内に充填され
た熱伝達用導体を通して伝達され放熱される。この際、
従来のヒートシンクが基板内に配置されていると考える
ならば熱伝達用導体の体積を大きくすることにより過渡
熱抵抗を下げることができ、このように過渡熱抵抗を下
げることができるのでヒートシンクを薄くして定常熱抵
抗を下げることが可能となる。換言すれば、従来のよう
に表層の上方に突出したヒートシンクは不要、もしくは
ヒートシンクを小さくすることが可能となる。

【０００７】

【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図１に全体構成図を示す。３つのア
ルミナよりなる絶縁層１ａ，１ｂ，１ｃを重ねて多層基
板２が形成されている。多層基板２の最上層の絶縁層１
ａにおける所定領域には充填金属収納用貫通部３が形成
され、この充填金属収納用貫通部３内に熱伝導性のよい
熱伝達用導体としての充填金属４が充填されている。こ
の充填金属４は、絶縁層１ｂにおける内層配線５と電気
的に接続されている。又、充填金属４には、高融点材料
であるＭｏ（モリブデン）粒子とアルミナ粒子の混合物
が用いられている。ここで、Ｍｏ（モリブデン）は、そ
の熱伝導度が０．３２８ｃａｌ・ｃｍ^-1ｄｅｇ^-1ｓ
^-1（２０℃）、融点が２６２２±１０℃である。他の充
填金属４としては、高融点材料であるＷ（タングステ
ン）粒子とアルミナ粒子の混合物、あるいは、Ｍｏ（モ
リブデン）粒子とＷ（タングステン）粒子とアルミナ粒
子との混合物が使用される。ここで、Ｗ（タングステ
ン）は、その熱伝導度が０．３８２ｃａｌ・ｃｍ^-1ｄｅ
ｇ^-1ｓ^-1（２０℃）、融点が３３８２℃である。

【０００８】充填金属４の上にはパワー素子６が半田
（あるいはＡｇペースト）によりダイマウントされてい
る。又、パワー素子６はワイヤ７にて多層基板２の最上
層の絶縁層１ａ上の導体部と電気的に接続されている。

【０００９】次に、多層基板２の製造方法を図２〜図６
を用いて説明する。図２に示すように、平板状のアルミ
ナグリーンシート８を用意する。このアルミナグリーン
シート８の厚みは０．２５４ｍｍである。そして、アル
ミナグリーンシート８の所定領域に正方形状の貫通溝９
をパンチングにより形成する。尚、貫通溝９はスルーホ
ールの形成と同一工程で作ってもよい。

【００１０】その後、図３に示すように、２枚重ねにし
たアルミナグリーンシート１０上にアルミナグリーンシ
ート８を重ね合わせる。その結果、図４のようになる。
さらに、図５に示すように、エマルジョンマスクあるい
はメタルマスクを用いてＭｏ粒子とアルミナ粒子を混合
したペースト１１を印刷により貫通溝９に充填する。

【００１１】その後、積層されたアルミナグリーンシー
ト８，１０を加圧し、千数百℃以上で焼成することによ
り、多層セラミック基板を得る。さらに、焼成された多
層基板の表面の導体部分（ペースト１１を焼成した充填
金属４、メタライズ）に接合性を向上させるためにメッ
キを施す。そして、多層基板の表面または裏面に厚膜導
体、厚膜抵抗体、ガラス等の印刷・焼成を繰り返す。

【００１２】そして、図６に示すように、ペースト１１
を焼成した充填金属４に、パワー素子６を半田（あるい
はＡｇペースト）によりダイマウントし、ワイヤ７によ
るワイヤーボンドを施す。

【００１３】その結果、図１に示す多層基板２が形成さ
れる。この図１の構成においては、パワー素子６に発生
する熱が充填金属４で吸収できる。又、充填金属４の成
分であるＭｏ（モリブデン）自体も極めて低抵抗である
ため、充填金属４を配線として考えた場合には基板全体
の発熱を軽減できる。

【００１４】さらに、充填金属４を厚くできるので、表
層導体（図１２の厚膜導体３２）を使用した場合に比べ
電気抵抗を数１０分の１にできる。さらには、熱抵抗も
例えば、Ｍｏ単体の８０〜９０％程度になるが充填金属
４の厚みや面積を大きくして充填金属４の体積を増加す
ることにより図１２のヒートシンク３４を使用したもの
よりも熱抵抗を小さくできる。

【００１５】又、充填金属４にはＭｏ粒子に対しアルミ
ナ粒子を混合してあるので、充填金属４の熱膨張率をア
ルミナ基板の熱膨張率に近づけることができる。よっ
て、アルミナ基板と充填金属４の熱応力を低く抑えるこ
とができる。

【００１６】このように本実施例では、表層（絶縁層１
ａ）内に熱伝導性のよい充填金属４（熱伝達用導体）を
充填し、その充填金属４上にパワー素子６を配置した。
よって、パワー素子６で発生した熱は、表層（絶縁層１
ａ）内の充填金属４を通して伝達され放熱される。この
際、従来のヒートシンクが基板内に配置されていると考
えるならば充填金属４の体積を大きくすることにより過
渡熱抵抗を下げることができ、このように過渡熱抵抗を
下げることができるのでヒートシンクを薄くして定常熱
抵抗を下げることが可能となる。換言すれば、従来のよ
うに表層の上方に突出したヒートシンクは不要、もしく
はヒートシンクを小さくすることが可能となり、コスト
ダウンが図れるとともに実装容積を減少させることがで
きる。さらに、放熱のために高価なＡｌＮ等の基板材料
を使用する必要もなくなり安価に熱伝導性の優れた基板
を作成することが可能となる。

【００１７】又、充填金属４には、高融点材料（多層基
板２の焼成温度よりも融点の高い材料）であるＭｏ（融
点；２６２２±１０℃）の粒子を使用したので、グリー
ンシートに充填金属のペーストを充填した後、グリーン
シートを千数百℃以上で焼成しても充填金属であるＭｏ
が融けることがない。

【００１８】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のでなく、例えば、図７に示すように、一層だけでなく
複数層（図７では３層）にわたり充填金属４を充填して
もよい。この場合、パワー素子６で発生した熱は、多層
基板２の裏面を接着材により固定してある金属プレート
１２にも早急に吸収することができ、金属プレート１２
よりその熱を発散させることができる。又、この場合、
グランド電位の共通化も可能となる。

【００１９】又、図８，９のように、多層基板２の最上
層の絶縁層１ａにおいて充填金属１３を延設状態にて配
置し、その充填金属１３の上にパワー素子１４と１５と
を離間して配置する。即ち、パワー素子１４とパワー素
子１５とを充填金属１３にて電気的に接続してもよい。

【００２０】さらに、図１０に示すように、多層基板２
の最上層の絶縁層１ａに充填金属１６を配置するととも
にその充填金属１６の上にパワー素子１７を配置する。
一方、多層基板２の最上層の絶縁層１ａにおいて充填金
属１６とは離間して充填金属１８を配置するとともにそ
の充填金属１８の上にパワー素子１９を配置する。さら
に、多層基板２の絶縁層１ｂに層内での平面方向への配
線を行わせるための配線材料２０を充填する。即ち、絶
縁層１ａの充填金属１６と充填金属１８とを、絶縁層１
ｂの配線材料２０で電気的に接続してもよい。

【００２１】又、図１１に示すように、多層基板２の最
上層の絶縁層１ａには充填金属を配置せず、２層目以降
の絶縁層１ｂ，１ｃのみ充填金属を配置するようにして
もよい。

【００２２】又、基板材質としてはガラスとセラミック
の複合材料であるガラスセラミックまたはガラス材を用
いてもよい。この場合の導体材は、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ，
Ｃｕ等を用いる。製法はアルミナの場合と同一である。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
過渡ならびに定常熱抵抗を下げることができる。又、表
層の上方に突出したヒートシンクを無くす、あるいは小
さくすることができるから実装容積を減少させることが
できる。さらに、放熱のために高価なＡｌＮ等の基板材
料を使用する必要もなくなり安価に熱伝導性の優れた基
板を作成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の多層基板の断面図である。

【図２】多層基板の製造工程図である。

【図３】多層基板の製造工程図である。

【図４】多層基板の製造工程図である。

【図５】多層基板の製造工程図である。

【図６】多層基板の製造工程図である。

【図７】別例の多層基板の断面図である。

【図８】他の別例の多層基板の平面図である。

【図９】他の別例の多層基板の断面図である。

【図１０】他の別例の多層基板の断面図である。

【図１１】他の別例の多層基板の断面図である。

【図１２】従来の多層基板の断面図である。

【符号の説明】

１ａ 表層（絶縁層） ４ 熱伝達用導体としての充填金属 ６ パワー素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の絶縁層からなる多層基板上にパワ
   ー素子を配置し、一以上の絶縁層のパワー素子下部領域
   に前記パワー素子の熱伝達用導体を充填したことを特徴
   とする多層基板。