(57)【要約】  本発明は、セラミック素地及びその製造方法に関する。セラミック素地は、結晶相が、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2を主結晶相とし、その他、Ａｌ2Ｏ3及びＺｒＯ2を含む。曲げ強度が４５０Ｍａ以上、ヤング率が２４０ＧＰａ以下である。
2016104251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶相が、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2を主結晶相とし、その他、Ａｌ2Ｏ3及びＺｒＯ2を含むことを特徴とするセラミック素地。
【請求項２】
請求項１記載のセラミック素地において、
９２％以上のＡｌ2Ｏ3を含むセラミック基板のＸ線回折結果における（１１３）面のピーク強度をＰａ、
当該セラミック素地のＸ線回折結果における３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2の（２４０）面のピーク強度をＰｂとしたとき、
前記ピーク強度Ｐａに対する前記ピーク強度Ｐｂの比（Ｐｂ／Ｐａ）が５〜５０％であることを特徴とするセラミック素地。
【請求項３】
請求項１記載のセラミック素地において、
９２％以上のＡｌ2Ｏ3を含むセラミック基板のＸ線回折結果における（１１３）面のピーク強度をＰａ、
当該セラミック素地のＸ線回折結果におけるＡｌ2Ｏ3の（１１３）面のピーク強度をＰｃとしたとき、
前記ピーク強度Ｐａに対する前記ピーク強度Ｐｃの比（Ｐｃ／Ｐａ）が５〜２５％であることを特徴とするセラミック素地。
【請求項４】
請求項１記載のセラミック素地において、
９２％以上のＡｌ2Ｏ3を含むセラミック基板のＸ線回折結果における（１１３）面のピーク強度をＰａ、
当該セラミック素地のＸ線回折結果におけるｔ−ＺｒＯ2の（１１１）面のピーク強度をＰｔ、ｍ−ＺｒＯ2の（／１１１）面のピーク強度をＰｍ１、ｍ−ＺｒＯ2の（１１１）面のピーク強度をＰｍ２としたとき、
前記ピーク強度Ｐａに対する前記ピーク強度Ｐｔ、Ｐｍ１及びＰｍ２の合計の比｛（Ｐｔ＋Ｐｍ１＋Ｐｍ２）／Ｐａ）｝が１５〜２００％であることを特徴とするセラミック素地。
【数１】
2016104251.tif 000007
【請求項５】
請求項１記載のセラミック素地において、
ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で４０．０〜７０．０質量％、ＺｒをＺｒＯ2換算で５．０〜４０．０質量％、ＳｉをＳｉＯ2換算で１０．０〜３０．０質量％、ＭｎをＭｎＯ換算で２．０〜８．０質量％を含むことを特徴とするセラミック素地。
【請求項６】
請求項５記載のセラミック素地において、
Ｂａ、Ｔｉ、Ｙ、Ｃａ及びＭｇのうち、少なくとも１種の元素を含み、
Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2及びＭｎＯの合計を１００質量％としたとき、
Ｂａを含む場合は、ＢａＯ換算で１．５質量％以下含み、
Ｔｉを含む場合は、ＴｉＯ2換算で１．５質量％以下含み、
Ｙを含む場合は、Ｙ2Ｏ3換算で１．５質量％以下含み、
Ｃａを含む場合は、ＣａＯ換算で１．５質量％以下含み、
Ｍｇを含む場合は、ＭｇＯ換算で１．５質量％以下含むことを特徴とするセラミック素地。
【請求項７】
請求項１記載のセラミック素地において、
温度１２００〜１４００℃にて焼結されていることを特徴とするセラミック素地。
【請求項８】
請求項１記載のセラミック素地において、
曲げ強度が４５０Ｍａ以上、ヤング率が２４０ＧＰａ以下であることを特徴とするセラミック素地。
【請求項９】
請求項１記載のセラミック素地において、
曲げ強度が４５０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下、ヤング率が１７０ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下であることを特徴とするセラミック素地。
【請求項１０】
請求項１記載のセラミック素地において、
誘電正接が、１ＭＨｚにおいて、５０×１０-4以下であり、比誘電率が７〜１３であることを特徴とするセラミック素地。
【請求項１１】
ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で４０．０〜７０．０質量％、ＺｒをＺｒＯ2換算で５．０〜４０．０質量％、ＳｉをＳｉＯ2換算で１０．０〜３０．０質量％、ＭｎをＭｎＯ換算で２．０〜８．０質量％を含有する成形体を作製する成形体作製工程と、
前記成形体を１２００〜１４００℃にて焼成する焼成工程とを備えることを特徴とするセラミック素地の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のセラミック素地の製造方法において、
前記成形体は、Ｂａ、Ｔｉ、Ｙ、Ｃａ及びＭｇのうち、少なくとも１種の元素を含み、
Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2及びＭｎＯの合計を１００質量％としたとき、
Ｂａを含む場合は、ＢａＯ換算で１．５質量％以下含み、
Ｔｉを含む場合は、ＴｉＯ2換算で１．５質量％以下含み、
Ｙを含む場合は、Ｙ2Ｏ3換算で１．５質量％以下含み、
Ｃａを含む場合は、ＣａＯ換算で１．５質量％以下含み、
Ｍｇを含む場合は、ＭｇＯ換算で１．５質量％以下含むことを特徴とするセラミック素地の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１記載のセラミック素地の製造方法において、
前記成形体作製工程の後に、前記成形体に、金属を含む導体層を形成する工程をさらに備え、
前記焼成工程では、前記導体層が形成された成形体を焼成することを特徴とするセラミック素地の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１記載のセラミック素地の製造方法において、
前記焼成工程は、水素を５％以上含む、水素と窒素のフォーミングガス中で行うことを特徴とするセラミック素地の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック素地に関し、例えば内部に振動子等の素子が実装されるセラミック製のパッケージや高周波用回路基板等に用いて好適なセラミック素地及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のセラミック素地、例えばムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）を主成分とするセラミック素地（ムライト素地）として、特開２０１０−０９８０４９号公報、特開２０１２−１３７３４５号公報及び特開２０１２−１３８４３２号公報に記載のセラミック素地が知られている。【０００３】
特開２０１０−０９８０４９号公報記載の多層セラミック基板は、ムライトの含有量が、前記セラミック成分の９３〜９９質量％であり、且つ、ムライト以外の成分として、Ｍｇ及びＹの少なくとも１種を含むと共に、多層セラミック基板の内部に、導電層の成分として、Ｗ及びＭｏの少なくとも１種を含む。【０００４】
特開２０１２−１３７３４５号公報記載のムライト質焼結体は、主結晶相の割合を１００質量％としたときに、ＳｉをＳｉＯ2換算で１．０〜３．０質量％、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で０．４〜１．０質量％、ＭｎをＭｎ2Ｏ3換算で１．０〜４．０質量部、ＴｉをＴｉＯ2換算で２．０〜８．０質量部含有する。【０００５】
特開２０１２−１３８４３２号公報記載のムライト質焼結体は、内部配線層の周囲の少なくとも一部に存在する第１の領域と該第１の領域以外の第２の領域とを有する。Ｘ線回折にて測定したとき、第１の領域におけるムライトのメインピーク強度に対するアルミナのメインピーク強度比が０．４以上である。第２の領域におけるムライトのメインピーク強度に対するアルミナのメインピーク強度比が０．３以下である。
【発明の概要】
【０００６】
一般に、セラミック素地において、曲げ強度が高くなるに従って、ヤング率も高くなる。ヤング率が高くなると、変形しにくく脆くなるため、クラックが発生しやすく、また、チップ分割時のチッピングが発生しやすくなるという問題がある。
【０００７】
振動子等が実装されるパッケージ用途では、セラミック成形体と金属膜を同時焼成することで、電極層や配線層が形成されたセラミック素地を得ることができる。このような場合に、セラミック素地のヤング率が高くなると、ウェアラブル機器、ＩＣカード等に搭載される小型で低背のパッケージ用途では、曲げ応力に対してクラックが発生しやすくなる。
【０００８】
また、ムライト素地は、低ヤング率であるが、強度が低いため、強度の要求される例えば内部に振動子等の素子が実装されるセラミック製のパッケージには適用されていなかった。上述した特開２０１０−０９８０４９号公報、特開２０１２−１３７３４５号公報及び特開２０１２−１３８４３２号公報に記載の技術も、プローブカードに必要な寸法精度や耐薬品性等に重きを置いており、強度やヤング率について何ら考慮されていない。
【０００９】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、高周波用回路基板にも好適であり、曲げ強度が高く、しかも、ヤング率が低く、セラミック素地を用いた製品（セラミックパッケージ、高周波用回路基板等）の小型化を低コストで実現することができるセラミック素地及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
［１］  第１の本発明に係るセラミック素地は、結晶相が、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2を主結晶相とし、その他、Ａｌ2Ｏ3及びＺｒＯ2を含むことを特徴とする。
【００１１】
［２］  第１の本発明において、９２％以上のＡｌ2Ｏ3を含むセラミック基板のＸ線回折結果における（１１３）面のピーク強度をＰａ、当該セラミック素地のＸ線回折結果における３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2の（２４０）面のピーク強度をＰｂとしたとき、前記ピーク強度Ｐａに対する前記ピーク強度Ｐｂの比（Ｐｂ／Ｐａ）が５〜５０％であることが好ましい。
【００１２】
［３］  第１の本発明において、９２％以上のＡｌ2Ｏ3を含むセラミック基板のＸ線回折結果における（１１３）面のピーク強度をＰａ、当該セラミック素地のＸ線回折結果におけるＡｌ2Ｏ3の（１１３）面のピーク強度をＰｃとしたとき、前記ピーク強度Ｐａに対する前記ピーク強度Ｐｃの比（Ｐｃ／Ｐａ）が５〜２５％であることが好ましい。
【００１３】
［４］  第１の本発明において、９２％以上のＡｌ2Ｏ3を含むセラミック基板のＸ線回折結果における（１１３）面のピーク強度をＰａ、当該セラミック素地のＸ線回折結果におけるｔ−ＺｒＯ2の（１１１）面のピーク強度をＰｔ、ｍ−ＺｒＯ2の（／１１１）面のピーク強度をＰｍ１、ｍ−ＺｒＯ2の（１１１）面のピーク強度をＰｍ２としたとき、前記ピーク強度Ｐａに対する前記ピーク強度Ｐｔ、Ｐｍ１及びＰｍ２の合計の比｛（Ｐｔ＋Ｐｍ１＋Ｐｍ２）／Ｐａ）｝が１５〜２００％であることが好ましい。
【００１４】
【数１】
2016104251.tif 000003
【００１５】
［５］  第１の本発明において、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で４０．０〜７０．０質量％、ＺｒをＺｒＯ2換算で５．０〜４０．０質量％、ＳｉをＳｉＯ2換算で１０．０〜３０．０質量％、ＭｎをＭｎＯ換算で２．０〜８．０質量％を含むことが好ましい。
【００１６】
［６］  この場合、Ｂａ、Ｔｉ、Ｙ、Ｃａ及びＭｇのうち、少なくとも１種の元素を含み、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2及びＭｎＯの合計を１００質量％としたとき、Ｂａを含む場合は、ＢａＯ換算で１．５質量％以下含み、Ｔｉを含む場合は、ＴｉＯ2換算で１．５質量％以下含み、Ｙを含む場合は、Ｙ2Ｏ3換算で１．５質量％以下含み、Ｃａを含む場合は、ＣａＯ換算で１．５質量％以下含み、Ｍｇを含む場合は、ＭｇＯ換算で１．５質量％以下含んでもよい。
【００１７】
［７］  第１の本発明において、温度１２００〜１４００℃にて焼結されていることが好ましい。
【００１８】
［８］  第１の本発明において、曲げ強度が４５０Ｍａ以上、ヤング率が２４０ＧＰａ以下である。
【００１９】
［９］  この場合、曲げ強度が４５０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下、ヤング率が１７０ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下であることが好ましい。
【００２０】
［１０］  第１の本発明において、誘電正接が、１ＭＨｚにおいて、５０×１０-4以下であり、比誘電率が７〜１３であることが好ましい。
【００２１】
［１１］  第２の本発明に係るセラミック素地の製造方法は、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で４０．０〜７０．０質量％、ＺｒをＺｒＯ2換算で５．０〜４０．０質量％、ＳｉをＳｉＯ2換算で１０．０〜３０．０質量％、ＭｎをＭｎＯ換算で２．０〜８．０質量％を含有する成形体を作製する成形体作製工程と、前記成形体を１２００〜１４００℃にて焼成する焼成工程とを備えることを特徴とする。
【００２２】
［１２］  第２の本発明において、前記成形体は、Ｂａ、Ｔｉ、Ｙ、Ｃａ及びＭｇのうち、少なくとも１種の元素を含み、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2及びＭｎＯの合計を１００質量％としたとき、Ｂａを含む場合は、ＢａＯ換算で１．５質量％以下含み、Ｔｉを含む場合は、ＴｉＯ2換算で１．５質量％以下含み、Ｙを含む場合は、Ｙ2Ｏ3換算で１．５質量％以下含み、Ｃａを含む場合は、ＣａＯ換算で１．５質量％以下含み、Ｍｇを含む場合は、ＭｇＯ換算で１．５質量％以下含んでもよい。
【００２３】
［１３］  第２の本発明において、前記成形体作製工程の後に、前記成形体に、金属を含む導体層を形成する工程をさらに備え、前記焼成工程では、前記導体層が形成された成形体を焼成してもよい。
【００２４】
［１４］  第２の本発明において、前記焼成工程は、水素を５％以上含む、水素と窒素のフォーミングガス中で行ってもよい。
【００２５】
本発明に係るセラミック素地及びその製造方法によれば、以下の効果を奏する。
（ａ）  曲げ強度が高く、しかも、ヤング率が低い。
（ｂ）  高周波用回路基板にも好適である。
（ｃ）  チップ分割時のチッピング発生率も小さい。
（ｄ）  パッケージ部品等として搭載された際の曲げ応力による破壊がし難い。
（ｅ）  ロウ付けする際のクラックが発生し難い。
（ｆ）  歩留りを向上させることができ、セラミック素地を用いた製品（セラミックパッケージ、高周波用回路基板等）の小型化を低コストで実現することができる。
（ｇ）  低温焼成のため、電極や配線として例えばＣｕ（銅）−Ｗ（タングステン）等の低抵抗導体を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態に係るセラミック素地を用いた第１の構成例（第１パッケージ）を示す断面図である。
【図２】本実施の形態に係るセラミック素地の製造方法を、第１パッケージの製造方法と共に示す工程ブロック図である。
【図３】本実施の形態に係るセラミック素地を用いた第２の構成例（第２パッケージ）を示す断面図である。
【図４】本実施の形態に係るセラミック素地の製造方法を、第２パッケージの製造方法と共に示す工程ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係るセラミック素地及びその製造方法の実施の形態例を図１〜図４を参照しながら説明する。なお、本明細書において数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。
【００２８】
本実施の形態に係るセラミック素地は、結晶相が、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2を主結晶相とし、その他、Ａｌ2Ｏ3及びＺｒＯ2を含む。
【００２９】
Ｘ線回折結果で見た場合、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2に関しては、９２％以上のＡｌ2Ｏ3を含むセラミック基板のＸ線回折結果における（１１３）面のピーク強度をＰａ、セラミック素地のＸ線回折結果における３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2の（２４０）面のピーク強度をＰｂとしたとき、ピーク強度Ｐａに対するピーク強度Ｐｂの比（Ｐｂ／Ｐａ）が５〜５０％であることが好ましい。
【００３０】
Ａｌ2Ｏ3に関しては、セラミック素地のＸ線回折結果におけるＡｌ2Ｏ3の（１１３）面のピーク強度をＰｃとしたとき、ピーク強度Ｐａに対するピーク強度Ｐｃの比（Ｐｃ／Ｐａ）が５〜２５％であることが好ましい。
【００３１】
ＺｒＯ2に関しては、セラミック素地のＸ線回折結果におけるｔ−ＺｒＯ2の（１１１）面のピーク強度をＰｔ、ｍ−ＺｒＯ2の（／１１１）面のピーク強度をＰｍ１、ｍ−ＺｒＯ2の（１１１）面のピーク強度をＰｍ２としたとき、ピーク強度Ｐａに対する前記ピーク強度Ｐｔ、Ｐｍ１及びＰｍ２の合計の比｛（Ｐｔ＋Ｐｍ１＋Ｐｍ２）／Ｐａ）｝が１５〜２００％であることが好ましい。
【００３２】
磁器組成としては、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で４０．０〜７０．０質量％、ＺｒをＺｒＯ2換算で５．０〜４０．０質量％、ＳｉをＳｉＯ2換算で１０．０〜３０．０質量％、ＭｎをＭｎＯ換算で２．０〜８．０質量％を含むことが好ましい。
【００３３】
添加剤として、Ｂａ、Ｔｉ、Ｙ、Ｃａ及びＭｇのうち、少なくとも１種の元素を含んでもよい。Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2及びＭｎＯの合計を１００質量％としたとき、Ｂａを含む場合は、ＢａＯ換算で１．５質量％以下含み、Ｔｉを含む場合は、ＴｉＯ2換算で１．５質量％以下含み、Ｙを含む場合は、Ｙ2Ｏ3換算で１．５質量％以下含み、Ｃａを含む場合は、ＣａＯ換算で１．５質量％以下含み、Ｍｇを含む場合は、ＭｇＯ換算で１．５質量％以下含むことが好ましい。
【００３４】
これにより、機械特性として、曲げ強度の向上をもたらしながらも、低ヤング率を達成できる。具体的には、曲げ強度が４５０Ｍａ以上、ヤング率が２４０ＧＰａ以下を実現することができる。より詳細には、曲げ強度が４５０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下、ヤング率が１７０ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下を実現することができる。なお、「曲げ強度」とは、４点曲げ強度をいい、ＪＩＳＲ１６０１（ファインセラミックスの曲げ試験方法）に基づいて室温にて測定した値をいう。
【００３５】
また、電気特性として、誘電正接が、１ＭＨｚにおいて、５０×１０-4以下、比誘電率が７〜１３を実現することができる。
【００３６】
このセラミック素地は、例えば３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（ムライト）粉末を５０〜９３質量％、ＺｒＯ2粉末を５〜４０質量％、Ａｌ2Ｏ3粉末を０〜３６質量％、ＳｉＯ2粉末を０〜１６質量％、ＭｎＯ粉末を２〜８質量％含有する成形体を作製した後、成形体を１２００〜１４００℃にて焼成することにより作製される。
【００３７】
この場合、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2粉末の平均粒度が０．５〜４．０μｍ、ＺｒＯ2粉末の平均粒度が０．０５〜１．０μｍ、Ａｌ2Ｏ3粉末の平均粒度が０．３〜２．５μｍ、ＳｉＯ2粉末の平均粒度が０．１〜２．５μｍ、ＭｎＯ粉末の平均粒度が０．５〜４．０μｍであることが好ましい。
【００３８】
もちろん、成形体には添加剤を含有させてもよい。添加剤としては、ＢａＯ粉末、ＴｉＯ2粉末、Ｙ2Ｏ3粉末、ＣａＯ粉末、ＭｇＯ粉末のうち、少なくとも１種の粉末が挙げられる。
【００３９】
添加剤の量としては、Ａｌ2Ｏ3粉末、ＺｒＯ2粉末、ＳｉＯ2粉末及びＭｎＯ粉末の合計を１００質量％としたとき、少なくとも１種の粉末を１．５質量％以下含むことが好ましい。
【００４０】
この場合、ＢａＯ粉末の平均粒度が０．５〜４．０μｍ、ＴｉＯ2粉末の平均粒度が０．０５〜１．０μｍ、Ｙ2Ｏ3粉末の平均粒度が０．１〜５．０μｍ、ＣａＯ粉末の平均粒度が０．５〜２．０μｍ、ＭｇＯ粉末の平均粒度が０．１〜１．０μｍであることが好ましい。
【００４１】
原料の平均粒度は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法（ＨＯＲＩＢＡ製、ＬＡ−９２０）により測定して得られる体積基準粒度分布において、小粒径側からの通過分積算（積算通過分率）５０％の粒子径をいう。
【００４２】
Ｍｎを含むことによって、低温焼成を可能にし、粒成長を抑制することができ、強度を向上させることができる。ＺｒＯ2を含むことによって、さらに高強度化が可能となる。すなわち、一般に、ヤング率が低いムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）を主成分とするセラミック素地の強度を向上させることができる。
【００４３】
また、添加剤によって、ムライトのシリカ成分を抜き取り、これにより、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を析出させて強度を高めることができる。添加剤の量を調整し、アルミナを析出させる量を増減することで、ヤング率と強度を制御することができる。
【００４４】
なお、必要に応じて、着色剤としてＭｏ（モリブデン）酸化物やＷ（タングステン）酸化物やＣｒ（クロム）酸化物を１．０質量％以下含めるようにしてもよい。
【００４５】
このように、本実施の形態に係るセラミック素地は、温度１２００〜１４００℃という低温にて焼結することができ、曲げ強度が４５０ＭＰａ以上、ヤング率が２４０ＧＰａ以下のセラミック素地を実現することができる。具体的には、曲げ強度が４５０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下、ヤング率が１７０ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下のセラミック素地を実現することができる。
【００４６】
一般に、セラミック素地において、曲げ強度が高くなるに従って、ヤング率も高くなる。ヤング率が高くなると、変形しにくく脆くなるため、クラックが発生しやすく、また、チップ分割時のチッピングが発生しやすくなるという問題がある。
【００４７】
しかし、本実施の形態に係るセラミック素地は、高周波用回路基板にも好適であり、曲げ強度が４５０ＭＰａ以上であっても、ヤング率が２４０ＧＰａ以下と低いことから、チップ分割時のチッピング発生率も小さく、パッケージ部品等として搭載された際の曲げ応力による破壊がし難く、ロウ付けする際のクラックが発生し難く歩留りを向上させることができ、セラミック素地を用いた製品（セラミックパッケージ、高周波用回路基板等）の小型化を低コストで実現することができる。
【００４８】
Ａｌの含有量をＡｌ2Ｏ3換算で４０．０〜７０．０質量％とすることで、生成されるＡｌ2Ｏ3の量が最適となり、焼成温度が上昇しても、Ａｌ2Ｏ3の結晶粒径の増大を抑えることができ、もって曲げ強度の向上を図り易くなる。
【００４９】
Ｚｒの含有量をＺｒＯ2換算で５．０〜４０．０質量％とすることで、曲げ強度が向上し易くなると共に、ヤング率が高くなるのを抑えることができ、また、誘電率の増大や熱伝導率の低下を抑えることができる。
【００５０】
Ｓｉの含有量をＳｉＯ2換算で１０．０〜３０．０質量％とすることで、生成されるガラス相の量の低下を抑えることができ、１２００〜１４００℃での緻密化を達成し易くなり、また、生成されるガラスの軟化温度の低下並びに気孔率の増大を抑えることができる。さらに、曲げ強度の低下を抑えることができる。
【００５１】
Ｍｎの含有量をＭｎＯ換算で２．０〜８．０質量％とすることで、生成されるガラス相の量の低下を抑えることができ、１２００〜１４００℃での緻密化を達成し易くなり、また、生成されるガラスの軟化温度の低下並びに気孔率の増大を抑えることができる。さらに、曲げ強度の低下を抑えることができる。
【００５２】
従って、Ａｌ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｍｎを上述した比率で含有させることで、磁器の焼成温度を適正化でき、生成されるガラス相の強度を高めることができ、ヤング率が低いムライトを含むセラミック素地の曲げ強度を向上させることができる。しかも、低い焼成温度にて作製することができ、コストの低廉化に有利になる。さらに、例えば押圧ローラーによるチップ分割でのチッピング発生率を低下させることができ、生産性を向上させることができる。電気特性（誘電正接）も低く抑えることができ、例えば高周波用回路基板に用いて好ましい。しかも、低温焼成で作製することができるため、電極や配線として例えばＣｕ（銅）−Ｗ（タングステン）等の低抵抗導体を用いることができる。ここで、低抵抗とは、厚みが１５μｍの表面抵抗が１０ｍΩ／ｓｑ．以下をいう。
【００５３】
ここで、本実施の形態に係るセラミック素地を用いたセラミックパッケージの２つの構成例について図１〜図４を参照しながら説明する。
【００５４】
第１の構成例に係るセラミックパッケージ（以下、第１パッケージ１０Ａと記す）は、図１に示すように、本実施の形態に係るセラミック素地にて構成された積層基板１２と、同じく本実施の形態に係るセラミック素地にて構成された蓋体１４とを有する。
【００５５】
積層基板１２は、少なくとも板状の第１基板１６ａと、板状の第２基板１６ｂと、枠体１８とがこの順番で積層されて構成されている。また、この積層基板１２は、第２基板１６ｂの上面に形成された上面電極２０と、第１基板１６ａの下面に形成された下面電極２２と、内部に形成された内層電極２４と、該内層電極２４と下面電極２２とを電気的に接続する第１ビアホール２６ａと、内層電極２４と上面電極２０とを電気的に接続する第２ビアホール２６ｂとを有する。
【００５６】
また、この第１パッケージ１０Ａは、第２基板１６ｂの上面と枠体１８とで囲まれた収容空間２８に、水晶振動子３０が導体層３２を介して上面電極２０に電気的に接続されている。さらに、水晶振動子３０を保護するため、枠体１８の上面に、蓋体１４がガラス層３４を介して気密に封止されている。
【００５７】
上述した第１パッケージ１０Ａでは、収容空間２８内に、水晶振動子３０を実装した例を示したが、その他、抵抗体、フィルタ、コンデンサ、半導体素子のうち、少なくとも１種以上を実装してもよい。本実施の形態では、誘電正接が１ＭＨｚにおいて、５０×１０-4以下、比誘電率が７〜１３であるため、高周波用回路基板としても好適である。
【００５８】
そして、第１パッケージ１０Ａを構成する積層基板１２及び蓋体１４は、本実施の形態に係るセラミック素地にて構成しているため、曲げ強度が４５０ＭＰａ以上で、ヤング率が２４０ＧＰａ以下である。なお、「曲げ強度」とは、４点曲げ強度をいい、ＪＩＳＲ１６０１（ファインセラミックスの曲げ試験方法）に基づいて室温にて測定した値をいう。
【００５９】
そして、本実施の形態に係るセラミック素地が、上述した組成を有することから、温度１２００〜１４００℃という低温にて焼結させることができる。そのため、セラミック素地の前駆体（焼成前の成形体）と、電極（上面電極２０、下面電極２２、内層電極２４）及びビアホール２６（第１ビアホール２６ａ、第２ビアホール２６ｂ）とを同時焼成することで、積層基板１２を作製することができ、製造工程を簡略化することができる。
【００６０】
次に、セラミック素地の製造方法を、例えば第１パッケージ１０Ａの製造方法に沿って図２を参照しながら説明する。
【００６１】
先ず、図２のステップＳ１ａにおいて、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（ムライト）粉末を５０〜９３質量％、ＺｒＯ2粉末を５〜４０質量％、Ａｌ2Ｏ3粉末を０〜３６質量％、ＳｉＯ2粉末を０〜１６質量％、ＭｎＯ粉末を２〜８質量％含有する混合粉末を準備し、ステップＳ１ｂにおいて、有機成分（バインダー）を準備し、ステップＳ１ｃにおいて、溶剤を準備する。
【００６２】
３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2粉末の平均粒度は０．５〜４．０μｍが好ましい。ＺｒＯ2粉末の平均粒度は０．０５〜１．０μｍが好ましい。Ａｌ2Ｏ3粉末の平均粒度は０．３〜２．５μｍが好ましい。この範囲であれば、均一な磁器を得る上で好適であり、緻密化による強度の向上、Ａｌ2Ｏ3及びＺｒＯ2自身の焼結性の向上を図ることができる。
【００６３】
ＳｉＯ2粉末の平均粒度は０．１〜２．５μｍが好ましい。ＭｎＯ粉末の平均粒度は０．５〜４．０μｍが好ましい。これらＳｉＯ2粉末、ＭｎＯ粉末において、好ましい範囲であれば、粒子の分散性の向上、組成の均一化をもたらし、強度の向上を図ることができる。
【００６４】
ステップＳ１ｂにおいて準備される有機成分（バインダー）は、樹脂、界面活性剤、可塑剤等が挙げられる。樹脂としては、例えばポリビニルブチラールが挙げられ、界面活性剤としては、例えば３級アミンが挙げられ、可塑剤としては、例えばフタル酸エステル（例えばフタル酸ジイソノニル：ＤＩＮＰ）が挙げられる。
【００６５】
ステップＳ１ｃにおいて準備される溶剤は、アルコール系溶剤、芳香族系溶剤等が挙げられる。アルコール系溶剤としては、例えばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）が挙げられ、芳香族系溶剤としては、例えばトルエンが挙げられる。
【００６６】
そして、次のステップＳ２において、上述の混合粉末に、有機成分及び溶剤を混合、分散させた後、ステップＳ３において、プレス法、ドクターブレード法、圧延法、射出法等の周知の成形方法によって、セラミック素地の前駆体であるセラミック成形体（セラミックテープとも記す）を作製する。例えば混合粉末に有機成分や溶剤を添加してスラリーを調製した後、ドクターブレード法によって所定の厚みのセラミックテープを作製する。あるいは、混合粉末に有機成分を加え、プレス成形、圧延成形等により所定の厚みのセラミックテープを作製する。
【００６７】
ステップＳ４において、セラミックテープを所望の形状に切断、加工して、第１基板１６ａ用の広い面積の第１テープと、第２基板１６ｂ用の広い面積の第２テープと、枠体１８用の第３テープと、蓋体１４用の第４テープを作製し、さらに金型による打ち抜き加工、マイクロドリル加工、レーザー加工等により、第１ビアホール２６ａ及び第２ビアホール２６ｂを形成するための貫通孔を形成する。
【００６８】
次に、ステップＳ５において、上述のように作製した第１テープ及び第２テープに対して、上面電極２０、下面電極２２、内層電極２４を形成するための導体ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷等の方法により印刷塗布し、さらに、所望により、導体ペーストを貫通孔内に充填する。
【００６９】
導体ペーストは、導体成分として、例えばＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）等の高融点金属のうち少なくとも１種、あるいはＣｕとＷとの混合物、あるいはＣｕとＭｏとの混合物を用い、これにＡｌ2Ｏ3粉末、又はＳｉＯ2粉末、又はセラミック素地と同等の粉末を例えば１〜２０質量％、特に８質量％以下の割合で添加したものが好ましい。これにより、導体層の導通抵抗を低く維持したままアルミナ焼結体と導体層の密着性を高め、めっき欠け等の不良の発生を防止することができる。
【００７０】
その後、ステップＳ６において、導体ペーストを印刷塗布した第１テープ及び第２テープ並びに枠体用の第３テープを位置合わせし、積層圧着して、積層体を作製する。
【００７１】
その後、ステップＳ７において、積層体の両面にチップ分割のための分割溝を例えばナイフカットにて形成する。
【００７２】
次のステップＳ８において、積層体及び第４テープを、水素を５％以上含む、水素と窒素のフォーミングガス雰囲気、例えばＨ2／Ｎ2＝３０％／７０％のフォーミングガス雰囲気（ウェッター温度２５〜４７℃）で、１２００〜１４００℃の温度範囲で焼成する。これによって、積層体及び導体ペーストが同時焼成された積層原板（多数個取り基板）が作製される。この焼成によって、上述したように、結晶相が、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2を主結晶相とし、その他、Ａｌ2Ｏ3及びＺｒＯ2を含むセラミック素地、すなわち、多数個取り基板を作製することができる。また、導体ペーストとして、ＣｕとＷとの混合物あるいはＣｕとＭｏとの混合物を用いた場合は、Ｃｕ−ＷあるいはＣｕ−Ｍｏの低抵抗導体とすることができる。
【００７３】
焼成雰囲気を、上述のようなフォーミングガス雰囲気で行うことで、導体ペースト中の金属の酸化を防止することができる。焼成温度は、上述した温度範囲が好ましい。緻密化を促進させることができ、曲げ強度を向上させることができる。また、積層体を構成する第１テープ、第２テープ及び第３テープの収縮率のばらつきを少なくすることができ、寸法精度の向上、並びに歩留まりの向上も図ることができる。焼成温度を高くする必要がないため、それだけ設備にコストをかける必要がない。
【００７４】
次に、ステップＳ９において、上述の多数個取り基板にめっき処理を行って、該多数個取り基板の表面に形成されている導体層に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｄ及びＣｕのうち、少なくとも１種からなるめっき層を形成し、多数個取り基板の表面に多数の上面電極２０及び多数の下面電極２２を形成する。
【００７５】
その後、ステップＳ１０において、多数個取り基板を、押圧ローラー等で押し当てて複数に分割し（チップ分割）、収容空間２８を有する複数の積層基板１２を作製する。ステップＳ１１において、複数の積層基板１２の各収容空間２８にそれぞれ水晶振動子３０を上面電極２０に導体層３２を介して実装する。
【００７６】
そして、ステップＳ１２において、各積層基板１２の上面に、封止用のガラス層３４が形成されたセラミック製の蓋体１４により気密に封止（蓋接合）することによって、内部に水晶振動子３０が実装された複数の第１パッケージ１０Ａが完成する。
【００７７】
この第１パッケージ１０Ａの製造方法（セラミック素地の製造方法）においては、上述したように、結晶相が、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2を主結晶相とし、その他、Ａｌ2Ｏ3及びＺｒＯ2を含む、高周波用回路基板にも好適であり、曲げ強度が４５０ＭＰａ以上、ヤング率が２４０ＧＰａ以下のセラミック素地を作製することができる。また、チップ分割時のチッピング発生率も小さく、歩留りを向上させることができ、セラミック素地を用いた製品（セラミックパッケージ、高周波用回路基板等）の小型化を低コストで実現することができるセラミック素地を、低い焼成温度にて作製することができる。
【００７８】
次に、第２の構成例に係るセラミックパッケージ（以下、第２パッケージ１０Ｂと記す）について、図３及び図４を参照しながら説明する。
【００７９】
この第２パッケージ１０Ｂは、図３に示すように、上述した第１パッケージ１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。
【００８０】
すなわち、金属蓋体４０を、積層基板１２の枠体１８上に、銀ろう等の高温封止材４２を用いて気密封止している。
【００８１】
また、積層基板１２の枠体１８の上面と高温封止材４２との間に接合層４４が介在されている。この接合層４４は、枠体１８の上面に、上面電極２０と同じ材料で形成されたメタライズ層４６と、該メタライズ層４６上に形成された例えばニッケル（Ｎｉ）の電解めっき層４８と、該Ｎｉの電解めっき層４８上に形成された例えば金（Ａｕ）の無電解めっき層５０とを有する。
【００８２】
金属蓋体４０は、厚みが０．０５〜０．２０ｍｍの平板状に形成され、鉄−ニッケル合金板あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金板にて構成されている。この金属蓋体４０の下面（全面あるいは枠体１８に対応した部分）には、高温封止材４２である銀−銅共晶ろう等のろう材が形成されている。厚みは５〜２０μｍ程度である。
【００８３】
具体的には、金属蓋体４０は、鉄−ニッケル合金板あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金板の下面に銀−銅共晶ろう等のろう材箔を重ねて圧延して構成される複合板を打ち抜き金型で所定の形状に打ち抜くことによって作製される。
【００８４】
高温封止材４２としては、下記表１に示すろう材１（８５Ａｇ−１５Ｃｕ）、ろう材２（７２Ａｇ−２８Ｃｕ）、ろう材３（６７Ａｇ−２９Ｃｕ−４Ｓｎ）等を使用することができる。
【００８５】
【表１】
2016104251.tif 000004
【００８６】
Ｎｉの電解めっき層４８及びＡｕの無電解めっき層５０は、高温封止材４２のメタライズ層４６に対する濡れ性を向上させる層として機能する。
【００８７】
次に、第２パッケージ１０Ｂの製造方法を図４を参照しながら説明する。なお、図２と重複する工程については説明を省略する。
【００８８】
先ず、図４のステップＳ１０１において、セラミックテープを作製するための混合粉末、有機成分及び溶剤を準備する。準備する混合粉末、有機成分及び溶剤は、上述したステップＳ１ａ、ステップＳ１ｂ及びステップＳ１ｃと同じであるため、その重複説明を省略する。
【００８９】
そして、ステップＳ１０２において、上述の混合粉末に、有機成分及び溶剤を混合、分散させた後、ステップＳ１０３において、プレス法、ドクターブレード法、圧延法、射出法等の周知の成形方法によって、セラミック素地の前駆体であるセラミック成形体（セラミックテープ）を作製する。
【００９０】
ステップＳ１０４において、セラミックテープを所望の形状に切断、加工して、第１基板１６ａ用の広い面積の第１テープと、第２基板１６ｂ用の広い面積の第２テープと、枠体１８用の第３テープとを作製し、さらに、マイクロドリル加工、レーザー加工等により、第１ビアホール２６ａ及び第２ビアホール２６ｂを形成するための貫通孔を形成する。
【００９１】
一方、ステップＳ１０５において、導体ペースト用の原料粉末、有機成分及び溶剤を準備する。準備する原料粉末は、上述したように、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属粉末のうち少なくとも１種、あるいはＣｕとＷとの混合物、あるいはＣｕとＭｏとの混合物と、これに適宜Ａｌ2Ｏ3粉末、又はＳｉＯ2粉末、又はセラミック素地と同等の粉末を例えば１〜２０質量％、特に８質量％以下の割合で添加した混合粉末が挙げられる。準備する有機成分は、樹脂（例えばエチルセルロース）、界面活性剤等が挙げられる。準備する溶剤は、ターピネオール（ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ）等が挙げられる。
【００９２】
そして、ステップＳ１０６において、上述の混合粉末に、有機成分及び溶剤を混合、分散させて導体ペーストを調製する。
【００９３】
次に、ステップＳ１０７において、上述のように作製した第１テープ〜第３テープに対して、導体ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷等の方法により印刷塗布する。
【００９４】
その後、ステップＳ１０８において、導体ペーストを印刷塗布した第１テープ〜第３テープを位置合わせし、積層圧着して、積層体を作製する。
【００９５】
その後、ステップＳ１０９において、積層体の両面にチップ分割のための分割溝を例えばナイフカットにて形成する。
【００９６】
次のステップＳ１１０において、積層体を、Ｈ2／Ｎ2＝３０％／７０％のフォーミングガス雰囲気（ウェッター温度２５〜４７℃）で、１２００〜１４００℃の温度範囲で焼成する。これによって、積層体及び導体ペーストが同時焼成された積層原板（多数個取り基板）が作製される。この多数個取り基板は、多数の枠体１８の形状が一体に配列された形状を有する。また、この焼成によって、導体ペーストが電極（上面電極２０等）やメタライズ層４６となる。
【００９７】
次のステップＳ１１１において、アルカリ、酸等で少なくともメタライズ層４６の表面を洗浄する（前処理）。すなわち、アルカリ洗浄を行った後、酸洗浄を行う。前処理では、アルカリ及び酸は適当な濃度に希釈されて使用されてもよい。また、前処理は、２０℃から７０℃程度の温度と、数分から数十分の間で実施される。
【００９８】
ステップＳ１１２において、Ｎｉの電解あるいは無電解めっき処理を行って、メタライズ層４６上にＮｉのめっき層４８（膜厚：１．０〜５．０μｍ）を形成する。
【００９９】
ステップＳ１１３において、Ｎｉのめっき層４８上にＡｕの電解あるいは無電解めっき層５０（膜厚：０．０５〜０．３μｍ）を形成する。
【０１００】
その後、ステップＳ１１４において、多数個取り基板を、押圧ローラー等で押し当てて複数に分割し（チップ分割）、それぞれ収容空間２８を有する複数の積層基板１２を作製する。その後、ステップＳ１１５において、複数の積層基板１２の各収容空間２８にそれぞれ水晶振動子３０を上面電極２０に導体層３２を介して実装する。
【０１０１】
そして、ステップＳ１１６において、裏面に高温封止材４２が形成された金属蓋体４０を、高温封止材４２と枠体１８の上面（接合層４４）側とを対向させて、枠体１８上に被せる。その後、金属蓋体４０の相対向する外周縁にシーム溶接機の一対のローラー電極を接触させながら転動させると共に、このローラー電極間に電流を流すことで、高温封止材４２の一部を溶融させることにより、枠体１８上に金属蓋体４０を気密封止する。封止時の雰囲気は、Ｎ2ガス又は真空中で行われる。これにより、内部に水晶振動子３０が実装された複数の第２パッケージ１０Ｂが完成する。
【実施例１】
【０１０２】
実施例１〜１１、比較例１及び２について、セラミック素地の結晶相、各結晶相におけるＸ線回折の強度比、機械特性（曲げ強度（抗折強度）及びヤング率）、電気特性（比誘電率及び誘電正接）を確認した。【０１０３】
（実施例１）
原料粉末を準備した。原料粉末は、平均粒径１．７μｍの３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（ムライト）粉末、平均粒径０．５μｍのＺｒＯ2粉末、平均粒径１．０μｍのＭｎＯ粉末である。【０１０４】
原料粉末を３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（ムライト）粉末：８６．３質量％、ＺｒＯ2粉末：８．０質量％、ＭｎＯ粉末：５．７質量％の割合で混合して混合粉末を得た。すなわち、混合粉末の磁器組成は、表２に示すように、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で６２．０質量％、ＺｒをＺｒＯ2換算で８．０質量％、ＳｉをＳｉＯ2換算で２４．３質量％、ＭｎをＭｎＯ換算で５．７質量％含む。【０１０５】
得られた混合粉末に、有機成分として、ポリビニルブチラール、３級アミン及びフタル酸エステル（フタル酸ジイソノニル：ＤＩＮＰ）を混合し、溶剤として、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）及びトルエンを混合、拡散してスラリーを調製し、その後、ドクターブレード法にて厚さ６０〜２７０μｍのセラミックテープを作製した。【０１０６】
得られたセラミックテープを焼成温度（最高温度）が１２９０℃、Ｈ2＋Ｎ2のフォーミングガス雰囲気にて焼成して実施例１に係るセラミック素地を作製した。導体は同時焼成にて形成した。セラミック素地は、結晶相及びＸ線回折の強度比を確認するための第１セラミック素地と、曲げ強度を確認するための第２セラミック素地と、ヤング率を確認するための第３セラミック素地と、電気特性（比誘電率及び誘電正接）を測定するための第４セラミック素地を作製した。以下に説明する実施例２〜１１並びに比較例１及び２についても同様である。【０１０７】
（実施例２）
原料粉末に対し、添加剤として平均粒径１．０μｍのＢａＯ粉末を１．４質量％添加した点以外は、上述した実施例１と同様にして実施例２に係るセラミック素地を作製した。すなわち、実施例２の磁器組成は、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2及びＭｎＯの合計を１００質量％としたとき、ＢａをＢａＯ換算で１．４質量％含む。【０１０８】
（実施例３）
原料粉末の磁器組成として、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で５０．４質量％、ＺｒをＺｒＯ2換算で２４．１質量％、ＳｉをＳｉＯ2換算で１９．８質量％、ＭｎをＭｎＯ換算で５．７質量％含む点以外は、上述した実施例２と同様にして実施例３に係るセラミック素地を作製した。【０１０９】
（実施例４）
原料粉末の磁器組成として、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で４１．８質量％、ＺｒをＺｒＯ2換算で３６．１質量％、ＳｉをＳｉＯ2換算で１６．４質量％、ＭｎをＭｎＯ換算で５．７質量％を含む点以外は、上述した実施例２と同様にして実施例４に係るセラミック素地を作製した。【０１１０】
（実施例５）
以下の点以外は、上述した実施例２と同様にして実施例５に係るセラミック素地を作製した。
（ａ）  原料粉末の磁器組成として、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で５１．５質量％、ＺｒをＺｒＯ2換算で２４．６質量％、ＳｉをＳｉＯ2換算で２０．２質量％、ＭｎをＭｎＯ換算で３．６質量％を含む。
（ｂ）  添加剤として、ＢａをＢａＯ換算で０．９質量％含む。
（ｃ）  焼成温度（最高温度）を１３２０℃とした。【０１１１】
（実施例６）
以下の点以外は、上述した実施例２と同様にして実施例６に係るセラミック素地を作製した。
（ａ）  原料粉末の磁器組成として、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で５１．１質量％、ＺｒをＺｒＯ2換算で２４．４質量％、ＳｉをＳｉＯ2換算で２０．１質量％、ＭｎをＭｎＯ換算で４．５質量％含む。
（ｂ）  添加剤として、ＢａをＢａＯ換算で１．１質量％含む。【０１１２】
（実施例７）
以下の点以外は、上述した実施例２と同様にして実施例７に係るセラミック素地を作製した。
（ａ）  原料粉末の磁器組成として、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で４９．６質量％、ＺｒをＺｒＯ2換算で２３．７質量％、ＳｉをＳｉＯ2換算で１９．５質量％、ＭｎをＭｎＯ換算で７．２質量％を含む。
（ｂ）  添加剤として、ＢａをＢａＯ換算で１．８質量％含む。
（ｃ）  焼成温度（最高温度）を１２４０℃とした。【０１１３】
（実施例８）
原料粉末に対し、添加剤として平均粒径０．３μｍのＴｉＯ2粉末を０．５質量％添加した点以外は、上述した実施例３と同様にして実施例８に係るセラミック素地を作製した。すなわち、実施例８の磁器組成は、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2及びＭｎＯの合計を１００質量％としたとき、ＴｉをＴｉＯ2換算で０．５質量％含む。【０１１４】
（実施例９）
原料粉末に対し、添加剤として平均粒径１．０μｍのＣａＯ粉末を０．５質量％添加した点以外は、上述した実施例３と同様にして実施例９に係るセラミック素地を作製した。すなわち、実施例９の磁器組成は、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2及びＭｎＯの合計を１００質量％としたとき、ＣａをＣａＯ換算で０．５質量％含む。【０１１５】
（実施例１０）
原料粉末に対し、添加剤として平均粒径１．０μｍのＹ2Ｏ3粉末を０．５質量％添加した点以外は、上述した実施例３と同様にして実施例１０に係るセラミック素地を作製した。すなわち、実施例１０の磁器組成は、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2及びＭｎＯの合計を１００質量％としたとき、ＹをＹ2Ｏ3換算で０．５質量％含む。【０１１６】
（実施例１１）
原料粉末に対し、添加剤として平均粒径０．３５μｍのＭｇＯ粉末を０．５質量％添加した点以外は、上述した実施例３と同様にして実施例１１に係るセラミック素地を作製した。すなわち、実施例１１の磁器組成は、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2及びＭｎＯの合計を１００質量％としたとき、ＭｇをＭｇＯ換算で０．５質量％以下含む。【０１１７】
（比較例１）
以下の点以外は、上述した実施例１と同様にして比較例１に係るセラミック素地を作製した。
（ａ）  原料粉末の磁器組成として、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で６０．９質量％、ＺｒをＺｒＯ2換算で７．２質量％、ＳｉをＳｉＯ2換算で２７．７質量％、ＭｎをＭｎＯ換算で４．１質量％含む。
（ｂ）  添加剤として、ＢａをＢａＯ換算で１．０質量％含む。
（ｃ）  焼成温度（最高温度）を１３４０℃とした。【０１１８】
（比較例２）
以下の点以外は、上述した実施例１と同様にして比較例２に係るセラミック素地を作製した。
（ａ）  原料粉末の磁器組成として、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算で５０．０質量％、ＺｒをＺｒＯ2換算で２３．９質量％、ＳｉをＳｉＯ2換算で２２．７質量％、ＭｎをＭｎＯ換算で３．４質量％含む。
（ｂ）  添加剤として、ＢａをＢａＯ換算で０．９質量％含む。
（ｃ）  焼成温度（最高温度）を１３４０℃とした。【０１１９】
（評価）
＜結晶相の確認＞
実施例１〜１１並びに比較例１及び２の各第１セラミック素地を、Ｘ線回折により同定した。結晶相が含まれているかどうかの判定基準として、アルミナ（９２％以上のＡｌ2Ｏ3）のメインピーク（１０４面）の強度に対し、３％以上のメインピーク強度を持つものとした。すなわち、アルミナのメインピークの強度に対し、３％以上のメインピーク強度の位置（ピーク位置）とミラー指数並びに格子定数等に基づいて、含まれる結晶相を確認した。【０１２０】
実施例１〜１１では、表２に示すように、いずれも３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（主結晶相）、Ａｌ2Ｏ3、ｔ−ＺｒＯ2及びｍ−ＺｒＯ2が確認された。ここで、「ｔ−」は正方晶を意味し、「ｍ−」は単斜晶を意味する。【０１２１】
比較例１及び２では、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2（主結晶相）、ｔ−ＺｒＯ2及びｍ−ＺｒＯ2が確認された。【０１２２】
＜Ｘ線回折の強度比＞
上述のように、実施例１〜１１、比較例１及び２について、Ｘ線回折によって結晶相の確認を行うと共に、以下のピーク強度を確認した。
（ａ）  基準として、９２％以上のＡｌ2Ｏ3を含むセラミック基板の（１１３）面のピーク強度Ｐａ
（ｂ）  ３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2の（２４０）面のピーク強度Ｐｂ
（ｃ）  Ａｌ2Ｏ3の（１１３）面のピーク強度Ｐｃ
（ｄ）  ｔ−ＺｒＯ2の（１１１）面のピーク強度Ｐｔ
（ｅ）  ｍ−ＺｒＯ2の（／１１１）面のピーク強度Ｐｍ１
（ｆ）  ｍ−ＺｒＯ2の（１１１）面のピーク強度Ｐｍ２【０１２３】
そして、９２％以上のＡｌ2Ｏ3に対する３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2の各強度比Ｐｂ／Ｐａ、Ｐｃ／Ｐａ、（Ｐｔ＋Ｐｍ１＋Ｐｍ２）／Ｐａを求めた。さらに、ＺｒＯ2のＴ／Ｍ比（＝Ｐｔ／（Ｐｔ＋Ｐｍ１＋Ｐｍ２））も求めた。【０１２４】
＜曲げ強度＞
実施例１〜１１並びに比較例１及び２の各第２セラミック素地を、ＪＩＳＲ１６０１の４点曲げ強度試験に基づいて室温にて測定した。【０１２５】
＜ヤング率＞
実施例１〜１１並びに比較例１及び２の各第３セラミック素地を、ＪＩＳＲ１６０２の静的弾性率試験方法に基づいて室温にて測定した。【０１２６】
＜比誘電率＞
実施例１〜１１並びに比較例１及び２の各第３セラミック素地を、ＪＩＳＣ２１３８の静電容量方式により、室温での周波数１ＭＨｚで測定した。【０１２７】
＜誘電正接＞
実施例１〜１１並びに比較例１及び２の各第３セラミック素地を、ＪＩＳＣ２１３８の静電容量方式により、室温での周波数１ＭＨｚで測定した。【０１２８】
実施例１〜１１並びに比較例１及び２の内訳を表２に示し、評価結果を表３に示す。表３において、電気特性の比誘電率を「εｒ」と表記し、誘電正接を「ｔａｎδ」と表記した。【０１２９】
【表２】
2016104251.tif 000005
【０１３０】
【表３】
2016104251.tif 000006
【０１３１】
比較例１及び２は、電気特性が良好で、ヤング率も２４０ＧＰａ以下で良好であったが、曲げ強度（抗折強度）が３０３ＭＰａ以下で、強度が低かった。これは、Ａｌ2Ｏ3の強度比Ｐｃ／Ｐａが０％で、Ａｌ2Ｏ3の結晶相が析出していなかったことが原因と考えられる。特に、比較例１は曲げ強度が２３０ＭＰａと最も低かった。これは、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2の強度比Ｐｂ／Ｐａが４３％と高いことから、ガラス成分が多く、しかも、ＺｒＯ2の強度比が２７％と低いことから、強度を高めることができなかったものと考えられる。【０１３２】
これに対して、実施例１〜１１は、誘電正接が、１ＭＨｚにおいて、５０×１０-4以下、比誘電率が７〜１３であり、電気特性が良好であった。しかも、曲げ強度が４５０ＭＰａ以上９００ＭＰａ以下、ヤング率が１７０ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下であり、機械特性も良好であった。これは、Ａｌ2Ｏ3の強度比Ｐｃ／Ｐａが５〜２５％であって、Ａｌ2Ｏ3の結晶相が析出しているからであると考えられる。特に、実施例７は曲げ強度が７９２ＭＰａと最も高かった。これは、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2の強度比Ｐｂ／Ｐａが６％と最も低く（ガラス成分が少なく）、Ａｌ2Ｏ3の強度比Ｐｃ／Ｐａが１４％と高く、しかも、ＺｒＯ2の強度比が８３％と高いことから、強度を高めることができたものと考えられる。【０１３３】
また、実施例１及び２の結果から、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2の強度比Ｐｂ／Ｐａが３５％以上であっても、Ａｌ2Ｏ3の強度比Ｐｃ／Ｐａが１５％以上、ＺｒＯ2の強度比が２０％以上あれば、曲げ強度４５０ＭＰａ以上を実現することができることがわかる。【０１３４】
実施例４の結果から、Ａｌ2Ｏ3の強度比Ｐｃ／Ｐａが低くても、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2の強度比Ｐｂ／Ｐａが低く、ＺｒＯ2の強度比が７０％以上あれば、曲げ強度７５０ＭＰａ以上を実現することができることがわかる。【０１３５】
実施例９〜１１の結果から、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2の強度比Ｐｂ／Ｐａが１５％程度、Ａｌ2Ｏ3の強度比Ｐｃ／Ｐａが１０％程度であっても、ＺｒＯ2の強度比が１００％を超える程度に高ければ、曲げ強度７００ＭＰａ以上を実現することができることがわかる。【０１３６】
なお、本発明に係るセラミック素地及びその製造方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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