(57)【要約】【課題】基板や放熱板などとして用いられるセラミックス焼結体からなる電子部品用部材であって、金属との接合性に優れた電子部品用部材を提供すること。【解決手段】部品搭載面または回路形成面を有するセラミックス焼結体からなる電子部品用部材であって、前記部品搭載面または回路形成面のスキューネスが０以下であるもの。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品搭載面または回路形成面を有するセラミックス焼結体からなる電子部品用部材であって、
前記部品搭載面または回路形成面のスキューネスが０以下であることを特徴とする電子部品用部材。
【請求項２】
前記セラミックス焼結体が窒化珪素、窒化アルミニウムおよびアルミナの中から選択される少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１記載の電子部品用部材。
【請求項３】
前記電子部品用部材は、基板または放熱板として用いられることを特徴とする請求項１または２記載の電子部品用部材。
【請求項４】
前記部品搭載面または回路形成面から５００μｍの深さまでにポアが占める面積が単位面積（１ｍｍ２）当たり５％を越えないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電子部品用部材。
【請求項５】
前記部品搭載面または回路形成面のスキューネスが−１以上、０以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の電子部品用部材。
【請求項６】
前記部品搭載面または回路形成面から５００μｍの深さまでにポアが占める面積が単位面積（１ｍｍ２）当たり１％を越えないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電子部品用部材。
【請求項７】
電子部品用部材の部品搭載面または回路形成面に金属回路板が接合されてなる電子部品であって、前記電子部品用部材として請求項１乃至６のいずれか１項記載の電子部品用部材を用いたことを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミックス焼結体を用いた電子部品用部材およびそれを用いた電子部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業機器、自動車において用いられるカムローラ、ベアリングボール、チェックボール、ウエアパッド、プランジャーなどの磨耗部品には金属製部品が用いられていた。しかし、金属製部品を上記のような場所に用いた場合、摩擦によりこれらの部品が激しく磨耗し、所定の性能を発揮することができなくなったり、ひどい場合には破損することがあった。また、これらの金属製部品は重量が重いため、軽量化、高性能化には不向きであり、さらに耐熱性や耐食性が低いため過酷な環境下では耐用年数が短くなり、経済性が優れなかった。このため金属製部品に代わる、高性能部品が望まれていた。
【０００３】
これらの問題を解決するため、近年では、セラミックス焼結体を耐磨耗部品に用いるようになってきている。これらのセラミックス焼結体は金属製部品に比べて、耐磨耗性に優れているため、長期間にわたって所定の性能を維持することができ、破損なども起こらないため経済性に優れていた。また、金属製部品に比べて軽量であるため、高回転化が可能となり、これまでより高性能化することができた。
【０００４】
しかしながら、このようなセラミックス焼結体を機器に用いた場合、セラミックス焼結体自身は磨耗しないが、セラミックス焼結体と接する部品は逆に磨耗してしまうことがわかった。このようなことは、自動車などの燃料噴射装置に用いられる耐磨耗部品、特にカムローラなどにおいて問題となってきている。この原因としては、セラミックス焼結体の硬度が高いが、セラミックス焼結体と接する金属製部品の硬度が低いことなどが挙げられる。このような問題を解決するため、全ての部品をセラミックス焼結体にすることが考えられるが、加工の容易性や経済性に優れないため行われていない。
【０００５】
一方、電子産業の分野においては、高電力を扱う半導体部品の搭載用基板などにおいて、セラミックス基板上に銅板等の金属板を接合したセラミックス回路基板が用いられている。セラミックス焼結体は絶縁性、耐熱性、熱伝導度に優れているため、基板や放熱板などに好んで用いられている。
【０００６】
しかしながら、セラミックス焼結体を基板として用いた場合、金属との接合性に優れないため、剥がれや破損が起きることがあった。このため、セラミックス焼結体の組成や構造を制御することによって金属との接合性を高め、剥がれや破損などを防止することが試みられたが、依然としてこのような問題は発生し続けている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
機器などの部品として、金属製部品の代用にセラミックス焼結体を用いた場合、高硬度材であるセラミックス焼結体製部品が相手部品である金属製部品を攻撃してしまい、金属製部品を用いた場合より金属製相手部品の磨耗量が増えてしまうことがあった。特に自動車などの燃料噴射装置に用いられる耐磨耗部品においては重要な問題となってきている。
【０００８】
また、電子産業の分野においては、高電力を扱う半導体部品の搭載用基板などに、セラミックス基板上に銅板等の金属板を接合したセラミックス回路基板が用いられている。しかしながら、セラミックス焼結体を基板として用いた場合、金属との接合性に優れないため、剥がれや破損が起きることがあった。
【０００９】
本発明ではこのようなことに鑑み、電子産業の分野において好適に用いられる、金属との接合性に優れるセラミックス焼結体を用いた電子部品用部材およびそれを用いた電子部品の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電子部品用部材は、部品搭載面または回路形成面を有するセラミックス焼結体からなるものであって、このような部品搭載面または回路形成面のスキューネスが０以下であることを特徴とする。このような部品搭載面または回路形成面のスキューネスは−１以上、０以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明の電子部品用部材は、基板または放熱板として用いられることが好ましい。本発明に用いられるセラミックス焼結体は、窒化珪素、窒化アルミニウムおよびアルミナの中から選択される少なくとも１種からなることが好ましい。
【００１２】
本発明の電子部品用部材においては、その部品搭載面または回路形成面から５００μｍの深さまでにポアが占める面積が単位面積（１ｍｍ２）当たり５％を越えないことが好ましく、１％を越えないことがより好ましい。
【００１３】
また、本発明の電子部品は電子部品用部材の部品搭載面または回路形成面に金属回路板が接合されてなるものであって、この電子部品用部材として上記したような少なくとも部品搭載面または回路形成面のスキューネスが０以下であるものを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、セラミックス焼結体からなる電子部品用部材の部品搭載面または回路形成面のスキューネスを０以下とすることで、金属との接合力を向上させることができ、その剥離を抑制することができる。このため、本発明によれば耐久性、信頼性に優れた電子部品を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１６】
本発明に用いられるセラミックス焼結体は、原料を成形し、焼結することによって作製されるセラミックス焼結体であって、当該セラミックス焼結体における接面のスキューネスを０以下としたことを特徴とするものである。
【００１７】
スキューネス（Ｓｋ）とは表面粗さのパラメータでありゆがみとも呼ばれるものである。スキューネスは振幅分布曲線の縦倍率方向の対象性を表す値で次式により与えられる値である。
【００１８】
【数１】
2006089377.tif 000002
【００１９】
すなわち、図１（ａ）に示すように、表面粗さの上下方向にほぼ均等の場合にスキューネスは零（０）となる。一方、図１（ｂ）に示すように、表面粗さの振幅が上方向に偏っている場合には、スキューネスは正（＞０）となる。このような状態は表面（接面）に凸の部分が多いことを示している。そして、図１（ｃ）に示すように表面（接面）に対して凸の部分を減少させ、表面粗さの振幅を下方向に偏らせた場合にはスキューネスは負（＜０）となる。
【００２０】
このようなセラミックス焼結体は、接面のスキューネスを０以下とすることによって、例えば構造部材として用いた場合には、接触する相手部材の磨耗を減少させることができる。特に、相手部材が金属材料よりなる場合は、この磨耗を減少させる効果が高い。また、電子産業などにおいて、基板として用いた場合は、スキューネスを０以下とすることによって、金属などとの接合力を高め、剥離などの起こりにくい基板を作製することができる。
【００２１】
このようなセラミックス焼結体としては、ジルコニア、炭化珪素、サーメット、サイアロン、窒化アルミニウム、アルミナなどを用いることが好ましい。例えば材料として、ジルコニア、炭化珪素、サーメット、サイアロンを用いて構造部材を作製すると、耐熱性、耐久性、耐食性などに優れた部材を安価に作製することができる。また、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化珪素などを用いて基板などを作製することによって、熱伝導率などに優れた基板を安価に作製することができる。
【００２２】
このようなセラミックス焼結体においては、接面から５００μｍの深さまでにポアが占める面積が単位面積（１ｍｍ２）当り５％を超えないことが好ましい。接面から５００μｍの深さまでにポアが占める面積が単位面積当り５％を超えると、接面が粗くなり、相手部材を磨耗させやすくなる。また、このようなものを基板として用いた場合には、ポアが多いため、金属などとの接合力が弱くなり、剥がれなどによる破損が起こりやすくなる。
【００２３】
従って、スキューネスを０以下とし、接面から５００μｍの深さまでにポアが占める面積が単位面積当り５％を超えないようにすることによって、例えば構造部材として用いた場合には、相手部材などの磨耗を大幅に減少させることができ、基板などに用いた場合には、金属などとの接合をより向上させることができ、剥がれなどによる破損を防ぐことができる。
【００２４】
この接面から５００μｍの深さまでにポアが占める面積は、より好ましくは１％以下とするのがよい。このようにすることで、金属回路板との接合強度をより高めることを可能とすることができる。また、このようなセラミックス焼結体の平均ポアサイズは３０μｍ以下であることが好ましい。平均ポアサイズを３０μｍ以下とすることで、一層、磨耗を減少させることができる。
【００２５】
耐磨耗部材は、上記のようなセラミックス焼結体を用いて作製することができる。耐磨耗部材の接面（摺接面）のスキューネスは０〜−２とすることが好ましい。耐磨耗部材において、摺接面のスキューネスを０以下としたのは、摺接面のスキューネスを０より大きくすると、表面粗さ上の凸部の分布が大きくなり相手部材への攻撃性が増え、相手部材を磨耗させやすくなるためである。
【００２６】
また、摺接面のスキューネスを−２以上としたのは、摺接面のスキューネスを−２より小さくすると、耐磨耗部材自体の強度（耐磨耗性）が低下するため、自身（耐磨耗部材）を磨耗させやすくなるためである。
【００２７】
従って、耐磨耗部材については、上記のようなセラミックス焼結体を用い、摺接面のスキューネスを０〜−２とすることによって、相手部材の磨耗を大幅に減少させることができる。より好ましくは、摺接面のスキューネスを０〜−１の範囲にすることがよい。このようにすることで自部材（耐磨耗部材）並びに相手部材の磨耗を一層減少させることができる。
【００２８】
このような耐磨耗部材は、材料として例えば窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、サーメット、サイアロン、アルミナなどを用いて作製することが好ましい。これらの材料は耐熱性、耐食性などに優れており、耐磨耗部材の材料にこれらの物質を用いることによって、相手部材の磨耗を減らすと同時に耐磨耗部材自身の磨耗も大幅に減らすことができる。この中でも特に窒化珪素を用いて耐磨耗部材を作製することが好ましい。
【００２９】
耐磨耗部材は例えばカムローラ、ベアリングボール、チェックボール、ウエアパッド、プランジャー、コロなどに用いられることが好ましい。
【００３０】
カムローラは例えばディーゼルエンジンの燃料噴射装置などに用いられ、燃料噴射のタイミングをとるためのものである。このカムローラは円筒のカムリングの内側に高速で接しているため、カムローラを金属で作製した場合、カムローラが磨耗してしまう。また、カムローラに従来のセラミックス焼結体を用いた場合、カムローラは磨耗しなくなるが、反対にカムリングが磨耗してしまう。このため、燃料噴射のタイミングにずれが発生し、所定の性能を発揮できなくなる。上記したような耐磨耗部材によりカムローラを作製することによって、このような磨耗による性能低下を防止することができる。
【００３１】
ベアリングボールは球状をしており、回転軸を支えるものである。ベアリングボールは回転軸と高速で接し、かつ高い圧力がかかるため、強度や耐磨耗性が要求され、さらに相手部材を磨耗させないことも要求される。このようなベアリングボールに上記したような耐磨耗性部材を用いることにより、これらの課題を解決し、信頼性のある高性能のベアリングボールを作製することができる。
【００３２】
チェックボールは球状であり、気体などの流量を測るために流量計中に設けられている。このチェックボールは、流量計の内側壁面と接し、常に移動を繰り返しているため磨耗しやすく、また流量計の内側壁面も磨耗させてしまう。このような磨耗は流量計の精度を悪くし、不正確な値を与えてしまう。従って、上記したような耐磨耗部材を用いてチェックボールを作製することにより、このような磨耗を防ぎ、流量計の精度を一定にすることができる。
【００３３】
ウエアパッドは、例えば自動車エンジンのロッカーアームと摺動する部品であり、上記したような耐磨耗部材をウエアパッドに用いることにより、耐磨耗性を向上させ、安定した燃焼を実現し、不完全燃焼を低減させることができる。
【００３４】
プランジャーはディーゼルエンジンの燃料噴射装置などに用いられ、カムローラの動きを伝達するものであり、ローターの内部に接し、高速で往復運動するものである。従って、プランジャーは非常に磨耗しやすく、ロータも磨耗させてしまう。このようなプランジャーに上記したような耐磨耗部材を用いることにより、このような磨耗を防ぎ、正確に燃料噴射を行うことができる。
【００３５】
本発明の電子部品用部材は上記したようなセラミックス焼結体からなるものであって、その部品搭載面または回路形成面のスキューネスを０以下としたものである。本発明の電子部品用部材は、例えば基板、放熱板などとして用いられるものである。基板や放熱板は金属と接合して用いられるが、接合力が弱いと剥離などを起こして破損することがある。このような電子部品用部材に上記したようなセラミックス焼結体を用いることによって、金属との接合を高め、剥離などを起こさない信頼性のある電子部品を作成することができる。
【００３６】
本発明の電子部品用部材は、例えば窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナのうちすくなくともいずれかひとつよりなることが好ましい。近年、回路などが複雑化し、それに伴い発生する熱量も増大する傾向にある。従って、このような回路などを積載する基板は、熱伝導率がよく、放熱性に優れるものがよい。本発明の電子部品用部材を、窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナのうちすくなくともいずれかひとつからなるものとすることで、金属などの剥離がなく、かつ放熱性などに優れた高信頼性、高性能のものとすることができる。
【００３７】
本発明に用いられるセラミックス焼結体は、例えば次のようにして作製される。
【００３８】
原料粉末として例えば窒化珪素粉末などを用い、これに焼結助剤としてイットリアなどを添加し、所定の組成となるように調合する。これをイソプロピルアルコール中などで窒化珪素ボールを用いて２４時間混合後、バインダを添加し冷間静水圧成形（ＣＩＰ）などを用いて１ｔｏｎの圧力で成形する。得られた成形体を５００℃で４時間脱脂した後、１８００℃で４時間焼成する。このような成形・焼成方法としては、公知の方法を適用することができる。さらに、少なくとも接面となる表面をダイヤモンド砥石等で研削し、さらにこの表面をバレル研磨またはラップ加工することによって表面粗さ上の凸部を除去してセラミックス焼結体の接面のスキューネスを０以下にすることができる。
【００３９】
また、表面の表面変質層を上記研削加工等によって除去することによって、接面から５００μｍの深さまでにポアが占める面積が単位面積（１ｍｍ２）当たり５％を越えないようなセラミックス焼結を作製することができる。
【００４０】
また、耐磨耗部材はこのようなセラミックス焼結体を所定の形状に加工する前または後に上記研削加工を施してスキューネスを０〜−２とすることによって作製することができる。
【００４１】
また、本発明の電子部品用部材は、上記したセラミックス焼結体を用いて作製することができる。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明について実施例および参考例を挙げて具体的に説明する。
【００４３】
参考例１
原料粉末として窒化珪素、イットリア、アルミナを用い、これらを造粒して１ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でラバープレス成形し、φ１２．５×２６ｍｍの円柱体を成形し、これを脱脂後Ｎ２雰囲気中で１８００℃、４時間焼結を行い、密度３．３３ｇ／ｃｃのＳｉ３Ｎ４円柱焼結体を得た。これにダイヤモンド加工を施し、φ９．５２５±０．００１×２０．１５±０．００１ｍｍのカムローラを作製した。
【００４４】
さらに、アルミナメディアを使用して湿式遠心バレル加工することにより、異なる４種のＳｋ値を持つカムローラＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを作製した。このような異なるＳｋ値をもつセラミックス焼結体の磨耗量を検討するために、ディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプに搭載し総磨耗量を測定した。評価はＲＡＩＬ ＰＲＥＳＳＵＲＥ １０００ＢＡＲ、２０００ＥＲＰＭで４００時間試験を行った。また、比較のためにスチール製のカムローラＥを作製し、同様の試験を行った。試験の結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2006089377.tif 000003
【００４６】
表１に示すようにＳｋの値が０以下であるＡ、Ｂ、Ｃのうち、Ｂ、Ｃでは、磨耗量が大幅に減少した。Ｓｋの値が０を大きく下回るＡは、磨耗量が逆に増える結果となった。Ｓｋの値が０より大きいＤでは磨耗量が５．５ｍｍ３／Ｎ・ｍｍとなり、従来のスチールカムローラＥより磨耗量が高くなっていた。
【００４７】
参考例２
ローラの転がり寿命特性に影響を及ぼす接面ならびに接面近傍の許容ポアサイズ分布の許容範囲を検討するため、表２に記載されるような６種類のローラを作製し、これらのローラのインジェクションポンプローラとしての適用性を評価した。
【００４８】
ローラとしては、粉末を一軸加圧成形することにより、φ１２．５×２６．０ｍｍの円柱体としたものを用いた。接面のスキューネスは−１とし、ポアの占有面積は一軸加圧成形の圧力を変化させることにより表２のような値にした。
【００４９】
【表２】
2006089377.tif 000004
【００５０】
このようにして得られた６種類のローラを用いて、ＥＲＰＭ、ＲＡＩＬ ＰＲＥＳＳＵＲＥを変化させて耐久性試験を行った。耐久性試験の結果を図２に示す。
【００５１】
平均ポアサイズが等しいＣ、Ｄ、Ｅでは、ポアの占有面積が最も低い、Ｃの耐久性が最も高い結果となった。また、ＤとＥでは、一部の例外を除いて、占有面積の低いＤの耐久性がＥより高くなった。
【００５２】
ポアの占有面積が０．８％と等しい、Ｂ、Ｄ、Ｆでは、平均ポアサイズの小さいＢの耐久性が最も高く、次いでＤ、Ｆの順となった。平均ポアサイズの大きいＦは所定の耐久性を有せず、破損してしまった。
【００５３】
ポアの占有面積が１％であっても、平均ポアサイズが小さいＡは、非常に高い耐久性を持つ結果となった。
【００５４】
参考例３
参考例２で用いたＡ及びＣの部材を用い、表３に示すようにスキューネス値を変化させた場合の磨耗量を測定した。なお、磨耗量の測定条件は参考例２と同様のものとした。
【００５５】
【表３】
2006089377.tif 000005
【００５６】
表３に示されるように、平均ポアサイズおよびポア占有面積が同一であってもスキューネスが異なることによって磨耗量に大きな違いがでることが分かった。
【００５７】
実施例１、２、比較例１
基板接面のスキューネスが接合力に及ぼす影響を調べるために、異なるスキューネスをもつＡｌＮ基板に、直接接合法（ＤＢＣ法）を用いて銅板を接合し、ピール強度を測定した。表４に示すように実施例１、２としてそれぞれスキューネスが０と−１のＡｌＮ基板を用い、比較例１としてスキューネスが＋０．５のＡｌＮ基板を用いた。ＡｌＮ基板は縦５０ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ０．８ｍｍ、銅板は厚さ０．２５ｍｍのタフピッチ銅を用いて、温度１０７５℃に設定した加熱炉中に１分間保持することによって、ＡｌＮ基板と銅板とを接合した。
【００５８】
【表４】
2006089377.tif 000006
【００５９】
表４に示されるように、スキューネスを本発明の範囲内にした実施例１、２は、比較例１と比べて、銅板との接合強度が高いことが分かる。特にスキューネスを−１としたものは、接合強度が大幅に向上することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】スキューネスを説明するための図である。
【図２】耐磨耗部材の耐久性試験の結果を示す図である。
【図１】
2006089377.tif 000007
【図２】
2006089377.tif 000008