(57)【要約】【課題】表面電極の引張強度の向上。【解決手段】本発明のセラミックス基板７は、セラミックス基板７の表層部を緻密にし、表層部における気孔９の最大幅の平均値を、内層部における気孔１０の最大幅の平均値よりも小さくする。基板表面近傍が緻密になることにより、基板表面に形成された電極１３の引張強度測定の際、電極周りに破壊起点が生じることを抑制し、電極１３と誘電体層８の最上層の界面近傍に亀裂が進展することを防止する。これにより、電極１３の引張強度測定でセラミックス基板７の破壊が生じたとしても、セラミックス基板７の内層部がえぐれるモードで破壊し、セラミックス基板７の表面に形成された電極１３の引張強度が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機フィラーと結晶化ガラスとを含むセラミックス基板であって、
前記セラミックス基板の表面から所定範囲の表層部における前記結晶化ガラス中の気孔の最大幅の平均は、前記セラミックス基板の表面から所定範囲外の内層部における前記結晶化ガラス中の気孔の最大幅の平均よりも小さい値であるセラミックス基板。
【請求項２】
無機フィラーと結晶化ガラスとを含むセラミックスからなる誘電体層が複数層に積層されたセラミックス基板であって、
前記誘電体層のうちの最上層と最下層の少なくとも一方において、前記最上層若しくは最下層の表面から所定範囲の表層部における前記結晶化ガラス中の気孔の最大幅の平均は、前記最上層若しくは最下層の表面から所定範囲外の内層部における前記結晶化ガラス中の気孔の最大幅の平均よりも小さい値であるセラミックス基板。
【請求項３】
前記セラミックス基板の気孔体積率は５％以下である請求項１または請求項２に記載のセラミックス基板。
【請求項４】
前記表層部と前記内層部に含まれる成分の組成比は実質的に同一である請求項１または請求項２に記載のセラミックス基板。
【請求項５】
前記表層部は、前記セラミックス基板の表面から１５μｍ以上３０μｍ以下である請求項１または請求項２に記載のセラミックス基板。
【請求項６】
前記表層部における前記高結晶化ガラス中の気孔の平均最大幅は２．０μｍ以下であり、
前記内層部における前記高結晶化ガラス中の気孔の平均最大幅は６．０μｍ以下である請求項１または請求項２に記載のセラミックス基板。
【請求項７】
前記セラミックス基板は、前記結晶化ガラスから析出された析出結晶と前記無機フィラーからなる結晶粒子を重量比で７０％以上含む請求項１または請求項２に記載のセラミックス基板。
【請求項８】
前記結晶粒子は、前記無機フィラーとしてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を含み、前記析出結晶としてエンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）、ディオプサイド（ＣａＭｇＳｉＯ4）のうち少なくとも一つを含む請求項１または請求項２に記載のセラミックス基板。
【請求項９】
無機フィラーと結晶化ガラスとを含むセラミックスからなる誘電体層が複数層に積層されたセラミックス基板の製造方法であって、
前記セラミックス基板の焼成時に、前記結晶化ガラスのガラス転移点以上、結晶化温度以下の温度で所定時間保持した後、前記結晶化ガラスの結晶化温度以上の温度で所定時間保持する工程を含むセラミックス基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波フィルタ用実装基板、コモンモードノイズフィルタ用基板などに利用されるセラミックス基板と、この製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば弾性波フィルタなどの電子部品の小型化、高性能化に伴い、電子部品を実装するためのセラミックス基板として、低抵抗かつ低融点の銀や銅と同時焼成可能な低温焼成セラミックスが広く用いられている。この低温焼成セラミックスは、一般的に、非晶質ガラス相と結晶粒子とから成り、この結晶粒子は、結晶化ガラスから析出した析出結晶とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などの無機フィラーとからなる。
【０００３】
また、セラミックス基板には、高強度化や低誘電損失化、高耐酸性化のため、無機フィラーとしてアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粒子とそれ以外の結晶質セラミックス粒子を添加する場合がある。
【０００４】
尚、この出願に関する先行技術文献として、例えば特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０２８６７３号公報
【特許文献２】特開平１−１７９７７７号公報
【特許文献３】特開平２−１０６９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、図４に示すように、結晶化ガラスを用いた低温焼成のセラミックス基板１は、基板１の内部の気孔２と比較して、基板１の表面近傍の気孔３が大きくなり易い。即ち、複数層に積層された誘電体層４のうち、最上層と最下層の表面から所定範囲の表層部における結晶化ガラス中の気孔３の最大幅の平均は、表面から所定範囲外の内層部における結晶化ガラス中の気孔２の最大幅の平均よりも大きい。そのため、基板１の表面に形成された電極５の引張強度測定を行った場合、基板表面近傍の気孔３が破壊起点となり、基板表面近傍において最も強度値が低くなる。これにより、電極５と誘電体層４の最上層の界面近傍に亀裂６（図４中に破線で記載）が進展する。その結果、セラミックス基板１の表面に形成された電極５の引張強度値が弱くなるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、高結晶化ガラスからなる低温焼成セラミックス基板において、基板表面に形成された電極の引張強度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する為に、本発明のセラミックス基板は、セラミックス基板の表層部を緻密にし、表層部における気孔の最大幅の平均値を、内層部における気孔の最大幅の平均値よりも小さくする。
【発明の効果】
【０００９】
上記セラミックス基板は、基板表面近傍が緻密になることにより、基板表面に形成された電極の引張強度測定の際、電極周りに破壊起点が生じることを抑制し、電極とセラミックス基板の界面近傍に亀裂が進展することを防止する。これにより、電極の引張強度測定でセラミックス基板の破壊が生じたとしても、セラミックス基板の内層部がえぐれるモードで破壊し、セラミックス基板の表面に形成された電極の引張強度が向上する。
【００１０】
尚、基板表面を単に緻密な構造にする手法としては、例えば上記特許文献２や特許文献３が知られている。
【００１１】
上記特許文献２（特開平１−１７９７７７号公報）には、多孔質基板の表面にペーストを塗布する手段が開示されているが、これに記されているような一般的なペースト塗布方法では、緻密質層の焼成後の厚みは最大でも１０μｍが限界である。即ち、この方法では表層に形成された電極周りの緻密質層の厚みが薄くなり、引張強度が低値になる。
【００１２】
また、緻密質シートを上下に積層する手段は、特許文献３（特開平２−１０６９９１号公報）に開示されているが、この手段では、内層部と表層部とで、異なる組成の材料を用意する必要があり、プロセスが煩雑になる。又、組成が異なるものを積層し、焼成した場合、収縮挙動が異なるために、基板の層間にデラミネーションが発生し易いなどの問題も発生する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１におけるセラミックス基板の断面摸式図
【図２】同セラミックス基板のＳＥＭ断面写真
【図３】同セラミックス基板の電極引張強度測定の方法を示す図
【図４】従来のセラミックス基板の断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１のセラミックス基板について図１と図２とを参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態１のセラミックス基板７の断面模式図である。
【００１６】
図１において、セラミックス基板７は、無機フィラーと結晶化ガラスとを含むセラミックスからなる誘電体層８が複数層に積層された基板である。これら誘電体層８のうちの最上層と最下層の少なくとも一方において、最上層若しくは最下層の表面から所定範囲の表層部における結晶化ガラス中の気孔９の最大幅の平均は、最上層若しくは最下層の表面から所定範囲外の内層部における結晶化ガラス中の気孔１０の最大幅の平均よりも小さい値である。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態１のセラミックス基板７を示すＭｇＳｉＯ3系結晶化ガラスのＳＥＭ縦断面写真である。このセラミックス基板７中の気孔体積率は５％以下で、連通気孔が無く緻密である。この図２においても、このセラミックス基板７の表面から所定範囲の表層部１１における結晶化ガラス中の気孔の最大幅の平均は、セラミックス基板７の表面から所定範囲外の内層部１２における結晶化ガラス中の気孔の最大幅の平均よりも小さいことが分かる。
【００１８】
本実施の形態１のセラミックス基板７は、基板７の表面近傍が緻密になることにより、基板表面に形成された電極１３の引張強度測定の際、電極１３周りに破壊起点が生じることを抑制し、電極１３と誘電体層８の最上層との界面近傍に亀裂が進展することを防止する。これにより、電極１３の引張強度測定でセラミックス基板７の破壊が生じたとしても、セラミックス基板７の内層部がえぐれるモードで亀裂１９が発生し、セラミックス基板７の表面に形成された電極１３の引張強度が向上する。
【００１９】
上記表層部１１の厚みは、１５μｍ以上、３０μｍ以下が望ましい。表層部１１の厚みが１５μｍ未満の場合、セラミックス基板７の表面に形成された電極１３の引張強度測定時、破壊の起点となる気孔から電極１３と誘電体層８の最上層との界面に亀裂が進展し、低強度となる一方、表層部１１の厚みが３０μｍより大きい場合、セラミックス基板７の誘電率が所定値以上となり、例えばセラミックス基板７内に内蔵のインダクタ等を形成した場合の付加容量が無視できなくなるという問題が生じる。
【００２０】
また、表層部１１における気孔９の最大幅の平均は２．０μｍ以下が望ましい。気孔９の平均最大幅が２．０μｍよりも大きい場合、表層の電極１３の近傍に大きな気孔が存在し、電極１３の引張強度測定を行った際の破壊起点となり、低強度となる。
【００２１】
さらに、内層部１２における気孔の平均最大幅は、６．０μｍ以下が望ましい。６．０μｍよりも大きい場合、セラミックス基板７自体の強度が低化する。即ち、この場合、電極１３の引張強度測定で、セラミックス基板７の内層部１２でえぐれるモードで破壊したとしても、低強度となる。
【００２２】
さらにまた、セラミックス基板７は、結晶化ガラスから析出されたガラス相である析出結晶と無機フィラーからなる結晶粒子を重量比で７０％以上含むことが望ましい。結晶粒子は、原子が規則的に配列している分、非晶質成分よりも高強度となる。従って、結晶粒子が重量比で７０％以上含まれていることにより、引張強度の高いセラミックス基板７を得ることができる。
【００２３】
このようなセラミックス基板７としては、無機フィラーとして添加しているアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の他に、ガラスから析出した析出結晶が含まれる高結晶化ガラスの低温焼成セラミックスが知られている。析出結晶の成分としては、耐酸性や誘電特性が期待されるエンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）、ディオプサイド（ＣａＭｇＳｉ2Ｏ4）のうち少なくとも１つを含む成分が好ましいが、その他フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）やウレマタイト（ＺｎＡｌ2Ｏ4）を含んでも良い。
【００２４】
次に、上記のセラミックス基板７の製造方法の一例を説明する。
【００２５】
以下、セラミックス基板７は、結晶粒子を重量比７０％以上有する高結晶化度低温焼成セラミックスとして製造方法を説明する。
【００２６】
まず、重量比でエンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）系結晶化ガラス６０％とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）３０％との混合物を主成分とするセラミックスにポリビニルブチラール（ＰＶＢ）系バインダを添加、混合し、ドクターブレード法によりセラミックスグリーンシートを成形した。
【００２７】
次に、このセラミックスグリーンシートを複数枚積層しセラミックスグリーンシート積層体を作製した。さらに、寸法精度を確保する無収縮焼成を行うため、セラミックスグリーンシート積層体の上下をアルミナの拘束層により挟み積層した。
【００２８】
次に、この積層体を上記結晶化ガラスのガラス転移点（８４０℃）以上結晶化温度（８７５℃）未満の温度である８６０℃で一度保持し、積層体を緻密にしてから結晶化温度以上の８７５℃まで昇温させることにより、上記に記載のような本実施の形態１のセラミックス基板を得ることができた。これは、８６０℃保持中の緻密化の際に、積層体の表層部から熱が伝導するために緻密化は積層体の表層部から進行するため、積層体の内層部と比較して表層部の方が、気孔の平均最大幅は小さくなるからである。
【００２９】
一方、上記セラミックス積層体の焼成時に、一度に８７５℃以上まで昇温させて焼成を行った場合、積層体の表層部が内層部よりも緻密になりにくい。この原因については、次のように考えられる。
【００３０】
結晶化ガラスを一度に結晶化温度以上に昇温させた場合、ガラス粒子は直ぐに結晶化する。このとき、ガラスが流動してセラミックス基板を緻密にするという工程が省かれ、セラミックス基板表面は緻密ではなくなる。特に、基板の焼成時、基板の表層部から熱が伝導するために結晶化は表層部から進行する。このため、基板内層部と比較して表層部の方が、緻密化が起こらないため、気孔の最大幅の平均は大きくなる。
【００３１】
このように、結晶化ガラスのガラス転移点以上、結晶化温度以下の温度で一度保持した後、結晶化温度以上の温度で保持することにより、本実施の形態１のセラミックス基板を得ることができる。
【００３２】
次に、本実施の形態１のセラミックス基板７の他の製造方法の例及び引張強度測定結果を説明する。
【００３３】
（１）セラミックス基板作製
本実施例のセラミックス基板７は、結晶化ガラスや結晶粒子を重量比７０％以上有する高耐酸性である高結晶化度低温焼成セラミックスである。まず、重量比でエンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）系結晶化ガラス７０％とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）３０％との混合物を主成分とするセラミックスグリーンシート及び、ディオプサイド（ＣａＭｇＳｉ2Ｏ4）７０％とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）３０％との混合物を主成分とするセラミックスグリーンシートを、低温焼成セラミックスのスラリーを用いてドクターブレード法によりそれぞれ成形した。この結晶化ガラスは、本実施例記載の条件で焼成した場合、その結晶化度はエンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）を含むセラミックスグリーンシートの場合重量比で８７％、ディオプサイド（ＣａＭｇＳｉ2Ｏ4）を含むセラミックスグリーンシートの場合重量比で９８％である。示差熱分析で測定すると、それぞれの結晶化ガラスの結晶化温度はエンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）を含むセラミックスグリーンシートが８７５℃、ディオプサイド（ＣａＭｇＳｉ2Ｏ4）を含むセラミックスグリーンシートが８５０℃であった。
【００３４】
次に、これらセラミックスグリーンシートを複数枚積層しエンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）を含むセラミックスグリーンシート積層体とディオプサイド（ＣａＭｇＳｉ2Ｏ4）を含むセラミックスグリーンシート積層体をそれぞれ作製した。そして、これらセラミックスグリーンシート積層体のそれぞれの表面に、導電性Ａｇペーストを、２ｍｍのパターンで印刷をした。さらに、寸法精度を確保する無収縮焼成を行うため、これらセラミックスグリーンシート積層体の上下をアルミナの拘束層により挟み積層した。エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）を含むセラミックスグリーンシートの場合８７５℃で１時間、又は８６０℃で３０分保持した後、８７５℃で３０分保持するという、２種類の焼成条件により焼成を行った。ディオプサイド（ＣａＭｇＳｉ2Ｏ4）を含むセラミックスグリーンシートの場合８４０℃で３０分保持した後、８６０℃で３０分保持するという焼成条件により焼成を行った。焼成後、これらセラミックスグリーンシートをウェットブラスト処理することにより、アルミナ拘束層を除去した。更にこれらセラミックスグリーンシートの表面に形成された銀からなる電極上に、ＮｉめっきとＡｕめっきの無電解メッキを重ねて施した。
【００３５】
（２）気孔径最大幅の計算
基板を樹脂埋め及び研磨した後、走査型顕微鏡により基板の断面を観察し、基板内の気孔径の最大幅を測定した。
【００３６】
（３）銀接続電極引張強度測定
図３に示されるように、引張治具１７を半田１６により、銀からなる電極１３の表面に形成されたＮｉめっき１４とＡｕめっき１５上に固着した。そして、セラミックス基板７を固定しておき、プッシュプルゲージ（図示せず）により引張治具１７に括り付けたワイヤー１８を引っ張り、電極１３がセラミックス基板７から剥離したときの荷重を測定し、これを引張強度とした。
【００３７】
（４）実験結果
走査型顕微鏡で観察したセラミックス基板７は、いずれも連通気孔が無く、気孔のセラミックス基板７の内部における体積分率は５％未満であった。（表１）に、それぞれの焼成条件によるセラミックス基板７の気孔径の最大幅の平均値と、めっき後の電極１３の引張強度の測定結果を示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）結晶化ガラスを用いたセラミックス基板のうち、８７５℃で１時間保持したセラミックス基板Ａは、基板の表層部と内層部とで気孔径の最大幅の平均値は同等であり、本発明のセラミックス基板にはなっていない。エンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）結晶化ガラスを用いたセラミックス基板のうち、８６０℃で３０分及び８７５℃で３０分保持したセラミックス基板Ｂは、表層部の気孔径の最大幅が、内層部の気孔径の最大幅よりも小さい値であり、本発明のセラミックス基板の構成となっている。ディオプサイド（ＣａＭｇＳｉ2Ｏ4）結晶化ガラスを用いて８４０℃で３０分及び８６０℃で３０分保持したセラミックス基板Ｃについても表層部の気孔径の最大幅が内層部の気孔径の最大幅よりも小さい値であり、本発明のセラミックス基板となっている。
【００４０】
また、本発明でないセラミックス基板Ａに関しては、電極引張強度の破壊モードは、電極とセラミックス基板の界面で破壊し、引張強度の平均値は５１．８Ｎとなった。一方、本発明のセラミックス基板Ｂ，Ｃでは、電極引張強度の破壊は、セラミックス基板がえぐれるモードとなり、引張強度値はエンスタタイト（ＭｇＳｉＯ3）結晶化ガラスを用いた場合１００．６Ｎ、ディオプサイド（ＣａＭｇＳｉ2Ｏ4）結晶化ガラスを用いた場合１０７．１Ｎと、高い値となった。
【００４１】
このように、セラミックス基板７は、基板７の表面近傍が緻密になることにより、基板表面に形成された電極１３の引張強度測定の際、電極１３周りに破壊起点が生じることを抑制し、電極１３と誘電体層８の最上層の界面近傍に亀裂が進展することを防止する。これにより、電極１３の引張強度測定でセラミックス基板７の破壊が生じたとしても、セラミックス基板７の内層部がえぐれるモードで亀裂が発生し、セラミックス基板７の表面に形成された電極１３の引張強度が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のセラミックス基板は、表面に形成された電極の引張強度が向上するという格別な効果を有し、コモンモードノイズフィルタ用基板、バリスタ用基板、弾性表面波フィルタ用実装基板などに適用可能なものである。
【符号の説明】
【００４３】
７  セラミックス基板
８  誘電体層
９、１０  気孔
１１  表層部
１２  内層部
１３  電極
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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