(57)【要約】【課題】  １０００℃以下の低温焼成が可能で、Ａｇ、ＡｕまたはＣｕなどの金属を主成分とする配線導体と同時に焼成できるとともに、これを焼成して得られたセラミック基板の耐めっき液性等の耐薬品性を高めることができる、セラミック原料組成物を提供する。【解決手段】  ７０〜３０重量％のアルミナ粉末と３０〜７０重量％のホウケイ酸系ガラス粉末とを含み、ホウケイ酸系ガラス粉末は、１５〜３５重量％のＣａＯと１０〜２０重量％のＡｌ2 Ｏ3 と５５〜６５重量％のＳｉＯ2 とを含むとともに、ＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 の合計量１００重量部に対して、５〜３０重量部のＢ2 Ｏ3 を含む、セラミック原料組成物。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
７０〜３０重量％のアルミナ粉末と３０〜７０重量％のホウケイ酸系ガラス粉末とを含み、
前記ホウケイ酸系ガラス粉末は、１５〜３５重量％のＣａＯと１０〜２０重量％のＡｌ2 Ｏ3 と５５〜６５重量％のＳｉＯ2 とを含むとともに、前記ＣａＯ、前記Ａｌ2 Ｏ3 および前記ＳｉＯ2 の合計量１００重量部に対して、５〜３０重量部のＢ2 Ｏ3 を含む、
セラミック原料組成物。
【請求項２】
前記ホウケイ酸系ガラス粉末は、１０００℃以下の温度では結晶を析出しないものである、請求項１に記載のセラミック原料組成物。
【請求項３】
請求項１または２に記載のセラミック原料組成物を成形し焼成して得られたセラミック基板と、前記セラミック基板に関連して形成された配線導体とを備える、セラミック回路部品。
【請求項４】
前記セラミック基板は、積層された複数のセラミック層からなる積層構造を有し、前記配線導体は、前記セラミック基板の内部に形成される内部配線導体を含む、請求項３に記載のセラミック回路部品。
【請求項５】
前記配線導体は、Ａｇ、ＡｕおよびＣｕから選ばれた少なくとも１種の金属を主成分として含む、請求項３または４に記載のセラミック回路部品。
【請求項６】
前記配線導体は、前記セラミック基板の外表面上に形成される外部配線導体を含み、前記外部配線導体の表面には、めっき膜が形成されている、請求項３ないし５のいずれかに記載のセラミック回路部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、セラミック原料組成物、およびこのセラミック原料組成物を用いて構成されるセラミック回路部品に関するもので、特に、セラミック原料組成物を焼成して得られたセラミック基板の耐薬品性の向上を図るための改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この発明にとって興味あるセラミック原料組成物として、たとえば特開２０００−３５１６６８号公報（特許文献１）に記載されたものがある。
【０００３】
特許文献１に記載されたセラミック原料組成物は、これを用いてセラミック基板を構成するのに適したものであり、５〜１７．５重量％のＢ2 Ｏ3 、２８〜４４重量％のＳｉＯ2 、０〜２０重量％のＡｌ2 Ｏ3 、および３６〜５０重量％のＭＯ（ＭＯは、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＢａＯから選ばれた少なくとも１種）からなる、ホウケイ酸系ガラス粉末と、アルミナ粉末のようなセラミック粉末とを含有し、ホウケイ酸系ガラス粉末とセラミック粉末との含有比率は、前者が４０〜４９重量％、後者が６０〜５１重量％となるように選ばれる。
【０００４】
上記のセラミック原料組成物は、１０００℃以下の低温で焼結させることができる。したがって、セラミック基板と、セラミック基板に関連して形成された配線導体とを備える、セラミック回路部品を製造するにあたって、セラミック基板の原料として上記のセラミック原料組成物を用いれば、配線導体において、Ａｇ、ＡｕまたはＣｕのような金属を主成分として含んでいても、配線導体を形成した状態でセラミック基板を焼結させるための焼成工程を実施することができる。また、上記のセラミック原料組成物を用いて構成されたセラミック基板は、高い機械的強度を実現することができる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたセラミック原料組成物あるいはこれを用いて構成されたセラミック基板には、以下のような解決されるべき課題があることがわかった。
【０００６】
前述したセラミック回路部品が、配線導体として、セラミック基板の外表面上に形成される外部配線導体を備えるとき、外部配線導体の表面にめっき膜を形成するため、外部配線導体にはめっき処理が施されることがある。このめっき処理においては、セラミック基板はめっき液に浸漬される。しかしながら、めっき処理後、セラミック基板の機械的強度が低下するという問題に遭遇することがあった。これは、めっき処理において用いるめっき液（通常、酸性溶液）にセラミック基板の材料の一部が溶解することが原因であることがわかった。
【０００７】
特に、特許文献１には、抗折強度の高いセラミック基板が開示されているが、このセラミック基板の材料の一部として含まれているガラスは、組成的に酸性溶液に溶出しやすいものであるため、ガラスの溶出量が多くなってしまう。また、特許文献１に記載のセラミック原料組成物は、これを焼成することにより、特定の結晶が析出するが、このように、結晶が析出すると、結晶が析出していない部分のガラスが化学的に不安定となる傾向があるため、酸性溶液に対してより溶解しやすくなるという問題も引き起こす。
【特許文献１】特開２０００−３５１６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得る、セラミック原料組成物、およびこのセラミック原料組成物を用いて構成されるセラミック回路部品を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、この発明に係るセラミック原料組成物は、７０〜３０重量％のアルミナ粉末と３０〜７０重量％のホウケイ酸系ガラス粉末とを含み、ホウケイ酸系ガラス粉末は、１５〜３５重量％のＣａＯと１０〜２０重量％のＡｌ2 Ｏ3 と５５〜６５重量％のＳｉＯ2 とを含むとともに、これらＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 の合計量１００重量部に対して、５〜３０重量部のＢ2 Ｏ3 を含むことを特徴としている。
【００１０】
この発明に係るセラミック原料組成物において、ホウケイ酸系ガラス粉末は、１０００℃以下の温度では結晶を析出しないものであることが好ましい。
【００１１】
この発明は、また、上述のようなセラミック原料組成物を成形し焼成して得られたセラミック基板と、このセラミック基板に関連して形成された配線導体とを備える、セラミック回路部品にも向けられる。
【００１２】
上述のようにセラミック回路部品に向けられる発明は、セラミック基板が、積層された複数のセラミック層からなる積層構造を有し、配線導体が、セラミック基板の内部に形成される内部配線導体を含む場合、配線導体が、Ａｇ、ＡｕおよびＣｕから選ばれた少なくとも１種の金属を主成分として含む場合、あるいは、配線導体が、セラミック基板の外表面上に形成される外配線導体を含み、外部配線導体の表面には、めっき膜が形成されている場合において、特に有利に適用される。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係るセラミック原料組成物によれば、これを成形し焼成して得られたセラミック基板の機械的強度を高めることができ、さらに耐薬品性を高めることができる。したがって、セラミック回路部品に備える外部配線導体に対してめっき処理が施される場合、セラミック基板の材料の一部がめっき液へと溶出することを抑制することができる。その結果、めっき処理後においても、セラミック基板の機械的強度、特に抗折強度が低下することを抑制でき、セラミック基板において高い機械的強度を維持することができる。
【００１４】
なお、めっき液は、多くは、酸性溶液であるが、中性またはアルカリ性溶液を用いる場合であっても、この発明に係るセラミック原料組成物から得られたセラミック基板は、これらの溶液に対して溶解しにくい性質を有している。
【００１５】
このようなことから、セラミック回路部品が外部配線導体を備え、この外部配線導体の表面にめっき膜が形成されるとき、この発明が特に有利に適用される。
【００１６】
また、この発明に係るセラミック原料組成物によれば、１０００℃以下の低温で焼結させることができるので、Ａｇ、ＡｕおよびＣｕから選ばれた少なくとも１種の金属を主成分として含む配線導体を備えるセラミック回路部品を得るにあたって、配線導体のための金属と同時に焼成することができる。したがって、セラミック基板が積層された複数のセラミック層からなる積層構造を有し、配線導体が、セラミック基板の内部に形成される内部配線導体を含む場合であっても、このようなセラミック回路部品を問題なく製造することができる。
【００１７】
この発明に係るセラミック原料組成物に含まれるホウケイ酸系ガラス粉末が、１０００℃以下の温度では結晶を析出しないものである場合には、前述した高い耐薬品性をより確実に発揮させることができる。なぜなら、セラミック原料組成物の焼成中において、結晶が析出すると、結晶が析出していない部分のガラスが化学的に不安定となる傾向があるため、酸性溶液に対してより溶解しやすくなるという問題に遭遇することがあるが、結晶が析出しないものであれば、このような問題を確実に回避することができるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、この発明に係るセラミック原料組成物を用いて構成されるセラミック回路部品の一例としてのセラミック多層回路部品１を図解的に示す断面図である。
【００１９】
セラミック多層回路部品１は、セラミック基板２とこのセラミック基板２に関連して形成された配線導体３とを備えている。
【００２０】
セラミック基板２は、この発明に係るセラミック原料組成物を含む複数のグリーンシートを積層して得られた成形体を焼成することによって得られたものであり、複数のグリーンシートの各々を焼結させた複数のセラミック層４からなる積層構造を有している。
【００２１】
配線導体３は、たとえば、Ａｇ、ＡｕおよびＣｕから選ばれた少なくとも１種の金属を主成分とする導電成分を含む導電性ペーストを上述したセラミック成形体と同時に焼成することによって形成されたものである。
【００２２】
配線導体３は、セラミック基板２の内部に形成される内部配線導体とセラミック基板２の外表面上に形成される外部配線導体とに分類される。内部配線導体としては、セラミック層４間に形成される内部配線導体膜５およびセラミック層４を厚み方向に貫通するように形成されるビアホール導体６とがある。外部配線導体は、典型的には、セラミック基板２の外表面に沿って膜状に形成される外部配線導体膜７によって与えられる。
【００２３】
上述した内部配線導体膜５およびビアホール導体６を含む内部配線導体は、たとえば、コンデンサ部８を構成したり、インダクタ部９を構成したりする。また、外部配線導体膜７の表面には、図示しないが、めっき膜が形成されることがある。
【００２４】
前述したように、セラミック基板２は、この発明に係るセラミック原料組成物を含むセラミック成形体を焼成することによって得られたものである。この発明に係るセラミック原料組成物は、７０〜３０重量％のアルミナ粉末と３０〜７０重量％のホウケイ酸系ガラス粉末とを含んでいる。また、上記ホウケイ酸系ガラス粉末は、１５〜３５重量％のＣａＯと１０〜２０重量％のＡｌ2 Ｏ3 と５５〜６５重量％のＳｉＯ2 とを含むとともに、ＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 の合計量１００重量部に対して、５〜３０重量部のＢ2 Ｏ3 を含んでいる。このホウケイ酸系ガラス粉末におけるＣａＯとＡｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 とについての重量組成比（ＣａＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 ）の範囲が、図２の３元組成図において、点Ａ（３５，１０，５５）、点Ｂ（２５，２０，５５）、点Ｃ（１５，２０，６５）および点Ｄ（２５，１０，６５）で囲まれた領域で示されている。
【００２５】
この発明に係るセラミック原料組成物において、ホウケイ酸系ガラス粉末は、１０００℃以下の温度では結晶を析出しないものであることが好ましい。
【００２６】
以下に、この発明に係るセラミック原料組成物に関して、実験例に基づき、より具体的に説明する。
【００２７】
表１には、この実験例において作製したセラミック原料組成物の組成が示されている。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１において、「ガラス組成」の欄には、ホウケイ酸系ガラス粉末に含まれるＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 およびＢ2 Ｏ3 の組成比率が示されている。ここで、ＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 については、これらの間での組成比率が「重量％」の単位をもって示され、Ｂ2 Ｏ3 については、ＣａＯ、Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 の合計量１００重量部に対する「重量部」を単位として示されている。
【００３０】
また、表１において、「ガラス／アルミナ」の欄には、ホウケイ酸系ガラス粉末とアルミナ粉末との組成比率が「重量％」の単位をもって示されている。
【００３１】
なお、表１において、試料番号に＊を付したものは、この発明の範囲外の比較例である。
【００３２】
表１に示した各試料に係るセラミック原料組成物を得るため、まず、表１に示す「ガラス組成」となるように、出発原料となる酸化物または炭酸塩を調合し、これを白金るつぼに入れ、１３００〜１７００℃の温度で１時間溶融させた。そして、このガラス融液を急冷した後、粉砕することによって、各試料に係るホウケイ酸系ガラス粉末を得た。
【００３３】
次に、上記のホウケイ酸系ガラス粉末とアルミナ粉末とを、表１の「ガラス／アルミナ」の欄に示すような割合となるように調合し、これに、溶剤および分散剤を加えて分散処理し、さらに、バインダおよび可塑剤を加えて混合することによって、スラリーを得た。ここで、スラリーは、より具体的には、ホウケイ酸系ガラス粉末およびアルミナ粉末を合計量で２００ｇ含み、溶剤として、トルエンを１２０ｇおよびエタノールを７０ｇ含み、分散剤として、ソルビタンエステルを２ｇ含み、バインダとして、ブチラール樹脂を２０ｇ含み、可塑剤として、ジオクチルフタレートを５ｇ含むようにした。
【００３４】
次に、上記のようにして得られたスラリーに対して、ドクターブレード法を適用することによって、グリーンシートを得た。
【００３５】
次に、上記グリーンシートを用いて、以下に説明するように、評価用試料を作製し、表２に示すような各項目について評価した。
【００３６】
まず、上記グリーンシートを用いて、図１に示すようなセラミック多層回路部品１を作製した。すなわち、グリーンシートに穴を設け、Ａｇ系ペーストをこれらに充填してビアホール導体６を形成した後、Ａｇ系ペーストをスクリーン印刷して所定のパターンの内部配線導体膜５および外部配線導体膜７を形成した。その後、セラミック層４となるべきこれらのグリーンシートを所定枚数積層し、プレスした。次いで、各試料に適した８００〜１０００℃の焼成温度、すなわち表２の「焼成温度」の欄に示した温度にて焼成して、評価用試料となるセラミック多層回路部品１を得た。
【００３７】
このようにして得られたセラミック多層回路部品１における外部配線導体膜７の特定のものの間に周波数１ＭＨｚの電圧を印加して、コンデンサ部８の静電容量およびＱを測定し、比誘電率（εr ）を算出した。これらεr およびＱの評価結果が表２に示されている。
【００３８】
また、各試料に係るグリーンシートを所定枚数積層し、所定寸法にカットした後、各試料に適した８００〜１０００℃の焼成温度、すなわち表２の「焼成温度」の欄に示した温度にて焼成することによって、焼結体を得、これを研磨加工することによって、長さ３６ｍｍ、幅４ｍｍおよび厚さ３ｍｍの寸法とした。
【００３９】
このようにして得られた各試料に係る焼結体について、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｒ１６０１）に準じて、抗折強度（３点曲げ）を測定した。この抗折強度の評価結果が表２に示されている。
【００４０】
さらに、耐薬品性（耐酸性溶液性）を評価した。すなわち、上記抗折強度測定用の試料と同じ作製方法にて同じ形態の試料を作製するとともに、酸性溶液として、０．５モル／リットルの硫酸水溶液を用意した。次に、各試料に係る焼結体を１０個、硫酸水溶液中に１０分間浸漬した。その後、各試料に係る焼結体を硫酸水溶液から取り出し、水洗し、乾燥した後、前述の酸性溶液浸漬前の抗折強度の場合と同様の方法によって、酸性溶液浸漬後の抗折強度を測定した。また、酸性溶液浸漬前後の重量をそれぞれ測定し、溶出量＝｛（浸漬前の試料重量）−（浸漬後の試料重量）｝／（浸漬前の試料重量）×１００の式に基づき、酸への溶出量［重量％］を算出した。これらの結果が表２に示されている。
【００４１】
また、抗折強度測定用試料と同様の焼結体について、Ｘ線回折分析によって、焼結体中の析出結晶の有無を評価するとともに、結晶が析出している場合には、析出結晶相を同定した。その結果が表２に示されている。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
表２においても、表１の場合と同様、この発明の範囲外の比較例には、試料番号に＊を付している。
【００４４】
表２に示すように、この発明の範囲内にある試料１〜１３によれば、１０００℃以下の焼成温度で焼結させることができ、εr が７．１〜８．２と低く、Ｑが１０００ＧＨｚ以上と高く、抗折強度が３００ＭＰａ以上と高く、また、酸性溶液浸漬後の抗折強度についても、３００ＭＰａ以上の値を維持し、酸への溶出が少ない、耐薬品性に優れたセラミック基板が得られている。また、試料１〜１３では、焼結体中において結晶の析出が認められていない。
【００４５】
この発明の範囲内にある上述した試料１〜１３は、まず、ガラス組成中のＣａＯの含有量に関して、１５〜３５重量％の条件を満たしている。ＣａＯは、ガラス中ではガラス網目修飾酸化物として存在している。
【００４６】
この発明の範囲外にある試料２５のように、ＣａＯの含有量が１５重量％より少ないと、ガラス網目形成酸化物であるＳｉＯ2 やＢ2 Ｏ3 、そして網目修飾酸化物と協働して網目形成能を発現するガラス網目中間酸化物であるＡｌ2 Ｏ3 の量が相対的に多くなるため、ガラスの軟化・流動性が悪くなり、１０００℃以下では焼結が不十分となり、Ｑが１０００ＧＨｚ未満、抗折強度が３００ＭＰａ未満となってしまう。
【００４７】
他方、この発明の範囲外の試料２２のように、ＣａＯの含有量が３５重量％より多くなると、セラミック基板中に結晶が析出して内部応力が生じ、抗折強度が３００ＭＰａ未満と低くなってしまう。また、ガラス網目修飾酸化物が多くなりすぎるため、酸への溶出量が１重量％以上と多くなってしまう。
【００４８】
次に、ガラス組成中のＡｌ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 の各含有量に関して、この発明の範囲内にある試料１〜１３は、それぞれ、１０〜２０重量％および５５〜６５重量％の条件を満たしている。Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 は、いずれも、ガラス構造を安定化させる成分である。
【００４９】
この発明の範囲外にある試料１８〜２１、２３および２４のように、Ａｌ2 Ｏ3 が１０〜２０重量％の範囲を外れて少なかったり多かったり、あるいはＳｉＯ2 が５５〜６５重量％の範囲を外れて少なかったり多かったりすると、Ｑが１０００ＧＨｚ未満となったり、抗折強度が３００ＭＰａ未満となったりする。
【００５０】
次に、ガラス組成中のＢ2 Ｏ3 の含有量に関して、この発明の範囲内にある試料１〜１３は、ガラス組成の他の成分１００重量部に対して、５〜３０重量部の条件を満たしている。Ｂ2 Ｏ3 は、ガラスの軟化温度を下げて、粘性流動を促進する働きを持つ酸化物である。
【００５１】
この発明の範囲外にある試料１４のように、Ｂ2 Ｏ3 が５重量部より少ないと、ガラスの軟化・流動性が悪くなり、Ｑが１０００ＧＨｚ未満となり、抗折強度が３００ＭＰａ未満となってしまう。
【００５２】
他方、この発明の範囲外にある試料１５のように、Ｂ2 Ｏ3 が３０重量部より多くなると、ガラスが化学的に不安定となり、Ｑおよび抗折強度の低下ばかりでなく、酸への溶出量が１重量％以上となってしまう。
【００５３】
次に、ガラス／アルミナの含有比率に関して、この発明の範囲内にある試料１〜１３は、ガラスが３０〜７０重量％、およびアルミナが７０〜３０重量％の条件を満たしている。
【００５４】
これに対して、この発明の範囲外にある試料１６のように、ガラスが３０重量％未満であると（アルミナが７０重量％を超えると）、１０００℃以下の温度での焼成によっては焼結が不十分となり、Ｑが１０００ＧＨｚ未満となり、抗折強度が３００ＭＰａ未満となってしまう。
【００５５】
他方、この発明の範囲外にある試料１７のように、ガラスが７０重量％を超えると（アルミナが３０重量％未満であると）、Ｑおよび抗折強度の低下ばかりでなく、酸への溶出量が１重量％以上となってしまう。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明に係るセラミック原料組成物を用いて構成されるセラミック回路部品の一例としてのセラミック多層回路部品１を図解的に示す断面図である。
【図２】この発明に係るセラミック原料組成物に含まれるホウケイ酸系ガラス粉末におけるＣａＯとＡｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2 との組成範囲を示す３元組成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  セラミック多層回路部品
２  セラミック基板
３  配線導体
４  セラミック層
５  内部配線導体膜
６  ビアホール導体
７  外部配線導体膜
【図１】
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【図２】
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