(57)【要約】【課題】電極部の特性を十分に確保し、セラミック部と電極部との密着性に優れたセラミック基板を提供すること。【解決手段】セラミック基板１は、セラミック材料により構成されたセラミック部２１と、Ｍｏ及びＷの少なくとも一方を含む電極材料により構成された電極部２３と、セラミック部２１と電極部２３との間に配置された中間部２２と、を有する積層配線部２を少なくとも一部に備えている。中間部２２は、Ｎｉ及びＣｏの少なくとも一方を含み、かつ、電極材料及びセラミック材料を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック材料により構成されたセラミック部と、Ｍｏ及びＷの少なくとも一方を含む電極材料により構成された電極部と、前記セラミック部と前記電極部との間に配置された中間部と、を有する積層配線部を少なくとも一部に備え、
前記中間部は、Ｎｉ及びＣｏの少なくとも一方を含み、かつ、前記セラミック材料及び前記電極材料を含む、セラミック基板。
【請求項２】
前記中間部に含まれる前記電極材料は、前記電極部を構成する前記電極材料と同一の組成である、請求項１に記載のセラミック基板。
【請求項３】
前記中間部に含まれる前記セラミック材料及び前記電極材料の合計量を１００体積％とした場合に、前記中間部における前記電極材料の含有量が２０〜８０体積％である、請求項１又は２に記載のセラミック基板。
【請求項４】
前記セラミック部を構成する前記セラミック材料は、純度９０〜９９％のアルミナを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミック基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミック材料により構成されたセラミック部と、そのセラミック部上に形成され、電極材料により構成された電極部と、を備えたセラミック基板が知られている。セラミック基板は、例えば、セラミック部と電極部とを同時焼成により一体的に形成して製造される。
【０００３】
特許文献１には、セラミック部と電極部との密着性を高めるため、電極部にＮｂを添加したセラミック基板が開示されている。また、特許文献２には、セラミック部と電極部との密着性を高めるため、セラミック部にＷ、Ｍｏ、Ｎｂ及びＴａの酸化物の少なくとも１種を添加し、セラミック部又は電極部にＴｉ、Ｚｒ、Ｃｏ及びＮｉの酸化物の少なくとも１種を添加したセラミック基板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４１１１４０号公報
【特許文献２】特開昭６３−１０７８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１、２に開示されたセラミック基板では、添加物によって電極部自体における強度等の特性が損なわれるおそれがある。特に、焼成温度が低くなるほど、高融点の金属を含む電極部の焼結性が低下し、電極部の強度低下が顕著となる。また、セラミック部と電極部との間において焼結性が大きく変化し、焼成時の収縮差が大きいと、焼成時の反り等の不具合が生じてセラミック部と電極部との密着性が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、電極部の特性を十分に確保し、セラミック部と電極部との密着性に優れたセラミック基板を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の態様であるセラミック基板は、セラミック材料により構成されたセラミック部と、Ｍｏ及びＷの少なくとも一方を含む電極材料により構成された電極部と、セラミック部と電極部との間に配置された中間部と、を有する積層配線部を少なくとも一部に備えている。中間部は、Ｎｉ及びＣｏの少なくとも一方を含み、かつ、セラミック材料及び電極材料を含む。
【０００８】
上記セラミック基板は、セラミック部と電極部との間に、遷移金属であるＮｉ及びＣｏの少なくとも一方を含む中間部を設けている。そのため、例えば、焼成時において、中間部に含まれる遷移金属の一部が電極部中に拡散し、電極部自体の強度等、電極部の特性を損なうことなく、電極部の焼結を促進させることができる。これにより、電極部の特性を十分に確保することができる。特に、焼成温度が低い場合、上記の効果がより顕著に表れる。
【０００９】
また、中間部は、セラミック部及び電極部を構成するセラミック材料及び電極材料を含む。そのため、セラミック部と電極部との間における焼結性の変化（焼成時の収縮差）を中間部によって緩和できる。これにより、焼成時の反り等の不具合の発生を抑制でき、セラミック部と電極部との密着性、具体的にはセラミック部と中間部との密着性及び中間部と電極部との密着性を高めることができる。
【００１０】
上記セラミック基板において、中間部に含まれる電極材料は、電極部を構成する電極材料と同一の組成であってもよい。この場合には、中間部によってセラミック部と電極部との密着性をさらに高めることができる。
【００１１】
また、中間部に含まれるセラミック材料及び電極材料の合計量を１００体積％とした場合に、中間部における電極材料の含有量が２０〜８０体積％であってもよい。この場合には、電極部の特性を十分に確保し、セラミック部と電極部との密着性を高めるという上述の効果が十分に得られる。
【００１２】
また、セラミック部を構成するセラミック材料は、純度９０〜９９％のアルミナを含んでいてもよい。例えば、純度９０〜９９％のアルミナでセラミック部を構成すると、セラミック部と電極部とが直接接する場合、セラミック部と電極部との密着性が不十分となるおそれがある。したがって、セラミック部と電極部との間に中間部を設け、セラミック部と電極部との密着性を高めるという上述の効果を有効に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】セラミック基板を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（実施形態）
図１に示すように、セラミック基板１は、例えば、水晶発振器の容器（水晶発振器パッケージ）として用いられるセラミックパッケージの一部を構成している。
【００１５】
セラミック基板１は、積層配線部２を少なくとも一部に備えている。積層配線部２は、セラミック部２１と、セラミック部２１上に形成された中間部２２と、中間部２２上に形成された電極部２３と、を積層して構成されている。
【００１６】
セラミック部２１は、板状に形成されている。セラミック部２１は、セラミック材料である純度９０〜９９％のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分として構成されている。セラミック材料としては、アルミナ以外にも、例えば、ムライト、窒化アルミニウム等を用いることができる。セラミック部２１は、主成分であるセラミック材料以外に、例えば、ＳｉＯ２、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３等の焼結助剤、着色剤等を含んでいてもよい。
【００１７】
電極部２３は、薄膜状に形成されている。電極部２３は、電極材料を主成分として構成されている。電極材料は、Ｍｏ及びＷの少なくとも一方を含んでいる。すなわち、電極材料は、Ｍｏ及びＷのうち、一方のみを含んでいてもよいし、両方を含んでいてもよい。
【００１８】
電極部２３は、主成分である電極材料以外に、電極部２３の特性を損なわない範囲内において、例えば、セラミック部２１を構成するセラミック材料、ＳｉＯ２、ＭｇＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＣａＣＯ３、ＣａＯ等のうち１種以上を含むガラス等を含んでいてもよい。この場合、電極部２３中の電極材料の含有量は、例えば、７０〜９５体積％とすることができる。
【００１９】
中間部２２は、薄膜状に形成されている。中間部２２は、セラミック部２１と電極部２３との間に配置されている。中間部２２は、遷移金属と、セラミック部２１を構成するセラミック材料と、電極部２３を構成する電極材料と、を含んでいる。
【００２０】
中間部２２に含まれる遷移金属は、Ｎｉ及びＣｏの少なくとも一方である。すなわち、中間部２２は、遷移金属であるＮｉ及びＣｏのうち、一方のみを含んでいてもよいし、両方を含んでいてもよい。本実施形態において、中間部２２は、Ｎｉ酸化物（ＮｉＯ）及びＣｏ酸化物（ＣｏＯ）の少なくとも一方を含んでいる。
【００２１】
中間部２２に含まれるセラミック材料及び電極材料は、上述したとおりである。中間部２２に含まれるセラミック材料及び電極材料の合計量を１００体積％とした場合に、中間部２２における電極材料の含有量が２０〜８０体積％である。なお、電極材料の含有量は、適宜調整することができる。
【００２２】
中間部２２に含まれる電極材料は、電極部２３を構成する電極材料と同一の組成である。なお、中間部２２に含まれる電極材料は、電極部２３を構成する電極材料とは異なる組成であってもよい。ここで、電極部２３を構成する電極材料とは異なる組成とは、Ｍｏ及びＷのうち、含まれる金属が異なる場合、含まれる金属の割合が異なる場合等をいう。
【００２３】
中間部２２は、遷移金属（Ｎｉ、Ｃｏ）、セラミック材料及び電極材料以外に、中間部２２の特性を損なわない範囲内において、例えば、ＳｉＯ２、ＭｇＣＯ３、ＢａＣＯ３、ＭｇＯ、ＢａＯ、ＣａＣＯ３、ＣａＯ等のうち１種以上を含むガラス等を含んでいてもよい。
【００２４】
次に、セラミック基板１の製造方法について説明する。
＜グリーンシートの作製＞
セラミック部となるグリーンシートの作製に当たっては、セラミック原料粉末（セラミック材料）として、主原料であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末と、焼結助剤であるＳｉＯ２、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３の各粉末とを準備した。なお、アルミナ粉末は、平均粒径０．５μｍ、比表面積６．０ｍ２／ｇのものを用いた。また、グリーンシート成形時のバインダ成分及び可塑剤成分として、ブチラール樹脂及びＤＯＰ（ジ・オクチル・フタレート）を準備した。
【００２５】
そして、アルミナ製ポッドに、セラミック原料粉末（アルミナ、焼結助剤）を所定の割合にて９００ｇ秤量して投入した。その後、アルミナ製ポッドに、着色剤を所定量投入し、さらにバインダであるブチラール樹脂１００ｇと、適度なスラリー粘度及びシート強度を持たせるのに必要な量の溶剤（エタノール又はトルエン）と、可塑剤であるＤＯＰとを投入した。
【００２６】
次いで、これらをアルミナ製ポッド内で２０時間粉砕混合し、セラミックスラリーを得た。得られたセラミックスラリーを用いて、周知のドクターブレード法により、厚み０．３ｍｍのグリーンシートを得た。
【００２７】
＜電極部用ペーストの作製＞
電極部となる電極部用ペーストの作製に当たっては、導電成分としてのモリブデン粉末（電極材料）と、フィラー成分としてのアルミナ粉末及び焼結助剤の各粉末（セラミック材料）とを準備した。アルミナ粉末及び焼結助剤の各粉末は、グリーンシートの作製と同様のものを用いた。
【００２８】
そして、アルミナ製ポッドに、モリブデン粉末、アルミナ粉末及び焼結助剤の各粉末を所定の割合にて投入した。その後、アルミナ製ポッドに、電極部用ペーストのワニス成分であるエチルセルロース樹脂と、エチルセルロース樹脂を溶解する溶剤であるブチルカルビトールとを２：８の割合で混合したものを投入した。これらをアルミナ製ポッド内で混合し、電極部用ペーストを得た。
【００２９】
＜中間部用ペーストの作製＞
中間部となる中間部用ペーストの作製に当たっては、セラミック原料粉末（セラミック材料）として、主原料であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末と、焼結助剤であるＳｉＯ２、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＢａＣＯ３の各粉末とを準備した。また、中間部用ペーストのワニス成分であるエチルセルロース樹脂と、エチルセルロース樹脂を溶解する溶剤であるブチルカルビトールを２：８の割合で混合したものを準備した。
【００３０】
次いで、これらをアルミナ製ポッドに投入して混合し、セラミックペーストを得た。その後、セラミックペーストと上記電極部用ペーストとを所定の割合で混合し、さらに遷移金属（Ｎｉ、Ｃｏ）を全質量に対して１〜５質量％となるように遷移金属酸化物（ＮｉＯ、ＣｏＯ）を添加し、混合して中間部用ペーストを得た。
【００３１】
＜セラミック基板の作製＞
グリーンシートの表面に、中間部用ペーストをスクリーン印刷により塗布した。そして、中間部用ペーストの表面に、電極部用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、電極パターンを形成した。
【００３２】
その後、中間部用ペースト及び電極部用ペーストを塗布したグリーンシートを、窒素水素混合雰囲気下、１４００〜１５００℃の条件で同時焼成した。これにより、図１に示すように、セラミック部２１と中間部２２と電極部２３とを順に積層して構成された積層配線部２を備えたセラミック基板１を得た。
【００３３】
次に、本実施形態のセラミック基板１の作用効果について説明する。
本実施形態のセラミック基板１は、セラミック部２１と電極部２３との間に、遷移金属であるＮｉ及びＣｏの少なくとも一方を含む中間部２２を設けている。そのため、例えば、焼成時において、中間部２２に含まれる遷移金属の一部が電極部２３中に拡散し、電極部２３自体の強度等、電極部２３の特性を損なうことなく、電極部２３の焼結を促進させることができる。これにより、電極部２３の特性を十分に確保することができる。特に、焼成温度が低い場合（例えば、焼成温度が１４５０℃以下の場合）、上記の効果がより顕著に表れる。
【００３４】
また、中間部２２は、セラミック部２１及び電極部２３を構成するセラミック材料及び電極材料を含む。そのため、セラミック部２１と電極部２３との間における焼結性の変化（焼成時の収縮差）を中間部２２によって緩和できる。これにより、焼成時の反り等の不具合の発生を抑制でき、セラミック部２１と電極部２３との密着性、具体的にはセラミック部２１と中間部２２との密着性及び中間部２２と電極部２３との密着性を高めることができる。
【００３５】
また、中間部２２に含まれる電極材料は、電極部２３を構成する電極材料と同一の組成である。そのため、中間部２２によってセラミック部２１と電極部２３との密着性をさらに高めることができる。
【００３６】
また、中間部２２に含まれるセラミック材料及び電極材料の合計量を１００体積％とした場合に、中間部２２における電極材料の含有量が２０〜８０体積％である。そのため、電極部２３の特性を十分に確保し、セラミック部２１と電極部２３との密着性を高めるという上述の効果が十分に得られる。
【００３７】
また、セラミック部２１を構成するセラミック材料は、純度９０〜９９％のアルミナを含んでいる。そのため、セラミック部２１と電極部２３との間に中間部２２を設け、セラミック部２１と電極部２３との密着性を高めるという上述の効果を有効に発揮することができる。
【００３８】
（実験例）
本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
実験例では、複数のセラミック基板（実施例１〜７、比較例１〜３）を作製し、Ｈｅリーク試験、カッターシェア試験を行い、セラミック部と電極部との密着性、電極部の緻密性及び強度を評価した。また、焼成によるセラミック基板の反り（基板反り）について評価した。
【００３９】
実施例１〜７及び比較例１〜３において、電極部における電極材料及び遷移金属の有無、中間部における電極材料及びセラミック材料の比率、遷移金属Ｎｉ、Ｃｏの有無及び添加量は、下記の表１に示すとおりである。なお、中間部における電極材料及びセラミック材料の比率は、中間部に含まれる電極材料及びセラミック材料の合計量を１００体積％とした場合の電極材料とセラミック材料との比率である。また、比較例１、２は、中間部を設けず、セラミック部上に電極部が直接形成されている構成である。
【００４０】
＜Ｈｅリーク試験＞
Ｈｅリーク試験用の試験体は、四角形板状のベース部と、ベース部の外周端部上に形成された枠状のフレーム部とを有し、フレーム部内に円形状のキャビティが形成されている。ベース部及びフレーム部がセラミック部に当たり、そのフレーム部上に中間部が形成され、さらに中間部上に電極部が形成されている。試験体は、外形寸法：５ｍｍ×５ｍｍ、フレーム部（セラミック部）の厚み：０．４ｍｍ、中間部の厚み：１０μｍ、電極部の厚み：１５〜２０μｍ、キャビティの開口径：０．２５ｍｍとした。
【００４１】
試験体の作製においては、ベース部及びフレーム部となるグリーンシートを積層した後、フレーム部となるグリーンシート上に中間部用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、さらに中間部用ペースト上に電極部用ペーストをスクリーン印刷により塗布した。これらを窒素水素混合雰囲気下、１４００〜１５００℃で同時焼成し、試験体を作製した。なお、グリーンシート、中間部用ペースト及び電極部用ペーストは、上記実施形態と同様の方法で作製した。
【００４２】
Ｈｅリーク試験においては、ＶＩＣ社製のＭＳ−５０  Ｌｅａｋ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎを用いて、試験体のキャビティ内の気密性を評価した。具体的には、試験体のキャビティ内を真空状態とし、キャビティ内に所定量のＨｅガスを供給し、キャビティ内からのＨｅガスのリーク（漏れ）量を測定し、セラミック部と電極部との密着性（セラミック部と中間部との密着性及び中間部と電極部との密着性）を評価した。Ｈｅガスのリーク量が１．０×１０-８ａｔｍ以下の場合を合格（○）とし、１．０×１０-８ａｔｍを超える場合を不合格（×）とした。
【００４３】
＜カッターシェア試験＞
カッターシェア試験用の試験体は、セラミック部と、セラミック部上に形成された中間部と、中間部上に形成された円形状の電極部とを有する。試験体は、セラミック部の厚み：０．５ｍｍ、中間部の厚み：１０μｍ、電極部の厚み：２０μｍ、電極部の直径：０．９〜１．３ｍｍとした。
【００４４】
試験体の作製においては、セラミック部となるグリーンシートを積層した後、グリーンシート上に中間部用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、さらに中間部用ペースト上に電極部用ペーストをスクリーン印刷により塗布した。次いで、これらを窒素水素混合雰囲気下、１４００〜１５００℃で同時焼成し、試験体を作製した。なお、グリーンシート、中間部用ペースト及び電極部用ペーストは、上記実施形態と同様の方法で作製した。
【００４５】
カッターシェア試験においては、カッターの刃を３０〜４５°傾けた状態で、電極部をカッターの刃で削り、電極部の緻密性（強度）を評価した。電極部が崩壊しなかった場合を合格（○）とし、崩壊した場合を不合格（×）とした。
【００４６】
＜基板反り評価試験＞
基板反り評価試験用の試験体は、セラミック部と、セラミック部上に形成された中間部と、中間部上に形成された四角形状の電極部とを有する。試験体は、外形寸法：４５ｍｍ×４５ｍｍ、セラミック部の厚み：０．１８ｍｍ、中間部の厚み：１０μｍ、電極部の外形寸法：４０ｍｍ×４０ｍｍ、電極部の厚み：１５〜２０μｍとした。
【００４７】
試験体の作製においては、セラミック部となるグリーンシートを積層した後、グリーンシート上に中間部用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、さらに中間部用ペースト上に電極部用ペーストをスクリーン印刷により塗布した。次いで、これらを窒素水素混合雰囲気下、１４００〜１５００℃で同時焼成し、試験体を作製した。なお、グリーンシート、中間部用ペースト及び電極部用ペーストは、上記実施形態と同様の方法で作製した。
【００４８】
基板反り評価試験においては、ＬＫ−Ｇ  ＳＥＲＩＥＳ（キーエンス社製）を用いて、レーザー光により基板平面位置における高さを評価することにより、基板反り量を測定した。
【００４９】
【表１】
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表１に、上記各試験の評価結果を示す。
【００５０】
表１に示すとおり、実施例１〜７は、Ｈｅリーク試験及びカッターシェア試験の評価が共に合格（○）であった。また、実施例１〜７は、基板反り量が３５０〜７５０μｍであり、非常に小さい値となった。
【００５１】
一方、比較例１は、中間部を設けていないため、Ｈｅリーク試験の評価が不合格（×）であった。また、比較例２は、中間部を設けておらず、電極部に遷移金属を添加したため、カッターシェア試験の評価が不合格（×）であった。また、比較例３は、中間部を設けているが、その中間部に遷移金属を添加していないため、Ｈｅリーク試験及びカッターシェア試験の評価が共に合格（○）であった。また、比較例１〜３は、基板反り量が実施例１〜７に比べて非常に大きい値となった。
【００５２】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態、上記実験例等に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【００５３】
（１）本発明のセラミック基板は、例えば、水晶振動子等の電子部品を収容する容器、無線通信モジュール基板、制御回路用基板、半導体検査装置等に用いられるセラミック基板に適用することができる。
【００５４】
（２）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【符号の説明】
【００５５】
１…セラミック基板、２…積層配線部、２１…セラミック部、２２…中間部、２３…電極部
【図１】
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