(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁セラミック材料から成る板状の基板本体と、
導電性材料から主に成り、前記基板本体の表面の外縁に沿って前記表面の全周にわたって形成されたメタライズ層と、を備えるセラミック基板であって、更に、
前記基板本体と同じ種類のセラミック材料と、前記メタライズ層と同じ種類の導電性材料とを含有し、前記外縁に沿って形成され、前記基板本体と前記メタライズ層との間に介在する複合材料層と、
導電性材料から主に成り、前記メタライズ層および前記複合材料層より内側における前記表面の上であって、前記メタライズ層および前記複合材料層から離れた位置に形成された電極パッドと
を備え、
前記メタライズ層は、前記複合材料層の上から、前記複合材料層より内側の前記表面の上にわたって形成されていることを特徴とするセラミック基板。
【請求項２】
更に、導電性材料から主に成り、前記基板本体を構成する少なくとも１層のセラミック層を貫通し、前記メタライズ層に接触する導体ビアを備える請求項１に記載のセラミック基板。
【請求項３】
前記複合材料層は、前記表面の全周にわたって形成されている、請求項１または請求項２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】
セラミック基板の構造として、電子部品に接続される電極パッドと、その電子部品を気密封止する封止部材を取り付けるためのメタライズ層とを、絶縁セラミック材料から成る板状の基板本体の表面に設けた構造が知られている。特許文献１には、メタライズ層が基板本体から剥離することを防止するために、絶縁セラミック材料と導電性材料とを含有する複合材料層を、基板本体の表面の全面に形成し、その複合材料層の上に電極パッドとメタライズ層とを形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１３７２１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、複合材料層によって電極パッドが嵩上げされる分、電子部品を実装する位置が高くなるため、電子部品および封止部材をセラミック基板に取り付けた装置の寸法が大きくなるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態は、絶縁セラミック材料から成る板状の基板本体と；導電性材料から主に成り、前記基板本体の表面の外縁に沿って前記表面の全周にわたって形成されたメタライズ層と、を備えるセラミック基板であって、更に；前記基板本体と同じ種類のセラミック材料と、前記メタライズ層と同じ種類の導電性材料とを含有し、前記外縁に沿って形成され、前記基板本体と前記メタライズ層との間に介在する複合材料層と；導電性材料から主に成り、前記メタライズ層および前記複合材料層より内側における前記表面の上であって、前記メタライズ層および前記複合材料層から離れた位置に形成された電極パッドとを備え；前記メタライズ層は、前記複合材料層の上から、前記複合材料層より内側の前記表面の上にわたって形成されていることを特徴とするセラミック基板である。
また、本発明は、以下の形態として実現することも可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、絶縁セラミック材料から成る板状の基板本体と；導電性材料から主に成り、前記基板本体の表面の外縁に沿って前記表面の全周にわたって形成されたメタライズ層と；を備えるセラミック基板が提供される。このセラミック基板は、更に、前記基板本体と同じ種類のセラミック材料と、前記メタライズ層と同じ種類の導電性材料とを含有し、前記外縁に沿って形成され、前記基板本体と前記メタライズ層との間に介在する複合材料層と；導電性材料から主に成り、前記メタライズ層および前記複合材料層より内側における前記表面の上であって、前記メタライズ層および前記複合材料層から離れた位置に形成された電極パッドとを備える。この形態によれば、複合材料層およびメタライズ層より内側における基板本体の表面の上に電極パッドが形成されている。そのため、メタライズ層が基板本体から剥離することを複合材料層によって防止しつつ、複合材料層による装置の寸法の拡大を回避できる。また、基板本体の表面の上において複合材料層と電極パッドとが所定の間隔をあけて分離されるため、複合材料層を介したメタライズ層と電極パッドとの間の短絡を回避できる。
【０００７】
（２）上記形態のセラミック基板は、更に、導電性材料から主に成り、前記基板本体を構成する少なくとも１層のセラミック層を貫通し、前記メタライズ層に接触する導体ビアを備えてもよい。この形態によれば、メタライズ層の上にめっき層を形成する際に、導体ビアを通じてメタライズ層に電流を流すことができるため、複合材料層を介してメタライズ層に電流を流す場合と比較して、メタライズ層の上に形成されるめっき層の品質を向上させることができる。
【０００８】
（３）上記形態のセラミック基板において、前記複合材料層は、前記表面の全周にわたって形成されていてもよい。この形態によれば、メタライズ層が基板本体から剥離することをメタライズ層の全周にわたって防止できる。
【０００９】
（４）上記形態のセラミック基板において、前記メタライズ層は、前記複合材料層の上から、前記複合材料層より内側の前記表面の上にわたって形成されていてもよい。この形態によれば、メタライズ層より比較的にめっき層が形成され難い複合材料層がメタライズ層で覆われているため、メタライズ層の下において複合材料層の内側の面が露出している場合と比較して、メタライズ層の内側に形成されるめっき層の品質を向上させることができる。
【００１０】
本発明は、セラミック基板以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、セラミック基板を備える装置、セラミック基板を製造する製造装置、セラミック基板を製造する製造方法などの形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】セラミック基板の上面を示す説明図である。
【図２】セラミック基板の断面を示す説明図である。
【図３】セラミック基板に電子部品を実装した装置を示す説明図である。
【図４】セラミック基板の製造方法を示す工程図である。
【図５】第２実施形態におけるセラミック基板の上面を示す説明図である。
【図６】セラミック基板の断面を示す説明図である。
【図７】セラミック基板の断面を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
Ａ．第１実施形態
Ａ−１．セラミック基板の構成
図１は、セラミック基板１００の上面を示す説明図である。図２は、セラミック基板１００の断面を示す説明図である。図２には、図１の矢視Ｆ２−Ｆ２から見たセラミック基板１００の断面が図示されている。図１，２には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。図１，２のＸＹＺ軸におけるＸ軸は、図２の紙面手前（−Ｘ軸側）から紙面奥（＋Ｘ軸側）に向かう軸である。図１，２のＸＹＺ軸におけるＹ軸は、図２の紙面右（−Ｙ軸側）から紙面左（＋Ｙ軸側）に向かう軸である。図１，２のＸＹＺ軸におけるＺ軸は、図２の紙面下（−Ｚ軸側）から紙面上（＋Ｚ軸側）に向かう軸である。図１，２のＸＹＺ軸は、他の図におけるＸＹＺ軸に対応する。
【００１３】
セラミック基板１００は、所定の機能を実現する回路の少なくとも一部を構成する。本実施形態では、セラミック基板１００は、表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）ディプレクサの一部を構成する。セラミック基板１００は、基板本体１１０と、複合材料層１２０と、メタライズ層１３０と、電極パッド１４０とを備える。
【００１４】
セラミック基板１００の基板本体１１０は、絶縁セラミック材料から成る板状の基板である。本実施形態では、基板本体１１０は、複数のセラミック層をＺ軸方向に積層した多層構造を有する。本実施形態では、基板本体１１０の内部には、セラミック層同士の間に形成された導体層（図示しない）と、セラミック層を貫通する導体ビア（図示しない）とが形成されている。
【００１５】
本実施形態では、基板本体１１０は、硼珪酸系ガラスの粉末とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の粉末とを混合した材料を焼成して成り、基板本体１１０を構成する絶縁性セラミックは、硼珪酸系ガラスとアルミナとを主成分とする。硼珪酸系ガラスは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を主成分とする。
【００１６】
セラミック基板１００のメタライズ層１３０は、導電性材料から主に成る層である。本実施形態では、導電性材料から主に成るメタライズ層１３０とは、導電性材料を５０体積％以上含むメタライズ層を意味する。メタライズ層１３０は、基板本体１１０における＋Ｚ軸方向を向いた表面１１１の外縁に沿って、表面１１１の全周にわたって形成されている。図１のメタライズ層１３０には、左下がりのハッチングが施されている。
【００１７】
本実施形態では、メタライズ層１３０の主成分は、タングステン（Ｗ）である。本実施形態では、メタライズ層１３０の表面には、めっき層１３１が形成されている。本実施形態では、めっき層１３１の主成分は、ニッケル（Ｎｉ）であり、他の実施形態では、金（Ａｕ）およびパラジウム（Ｐｄ）の少なくとも一方であってもよい。
【００１８】
セラミック基板１００の複合材料層１２０は、基板本体１１０と同じ種類のセラミック材料と、メタライズ層１３０と同じ種類の導電性材料とを含有する層である。本実施形態では、複合材料層１２０は、基板本体１１０と同じ種類のセラミック材料として硼珪酸系ガラスおよびアルミナを含有し、メタライズ層１３０と同じ種類の導電性材料としてタングステン（Ｗ）を含有する。
【００１９】
複合材料層１２０は、基板本体１１０における＋Ｚ軸方向を向いた表面１１１の外縁に沿って形成されている。複合材料層１２０は、基板本体１１０とメタライズ層１３０との間に介在する。図１の複合材料層１２０には、右下がりのハッチングが施されている。本実施形態では、Ｚ軸方向から見た場合、複合材料層１２０の形状は、メタライズ層１３０と同じ形状である。本実施形態では、複合材料層１２０は、表面１１１の全周にわたって形成されている。他の実施形態では、複合材料層１２０は、基板本体１１０とメタライズ層１３０との間に部分的に形成されていてもよい。
【００２０】
セラミック基板１００の電極パッド１４０は、導電性材料から主に成る層である。本実施形態では、導電性材料から主に成る電極パッド１４０とは、導電性材料を５０体積％以上含む電極パッドを意味する。電極パッド１４０は、メタライズ層１３０および複合材料層１２０より内側における表面１１１の上であって、メタライズ層１３０および複合材料層１２０から離れた位置に形成されている。図１の電極パッド１４０には、左下がりのハッチングが施されている。基板本体１１０と電極パッド１４０との間には、複合材料層１２０が形成されていない。電極パッド１４０の表面には、メタライズ層１３０と同様に、めっき層が形成されていてもよい。
【００２１】
図３は、セラミック基板１００に電子部品を実装した装置１００Ａを示す説明図である。装置１００Ａは、電子部品１８０と、封止部材１９０とを備える。
【００２２】
装置１００Ａの電子部品１８０は、基板本体１１０とともに回路を構成する。電子部品１８０は、はんだ１７２を介して電極パッド１４０に取り付けられている。本実施形態では、はんだ１７２は、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）から主に成る。
【００２３】
装置１００Ａの封止部材１９０は、基板本体１１０に実装された電子部品１８０を気密封止する。封止部材１９０は、ロウ材１７４を介してメタライズ層１３０に取り付けられている。本実施形態では、ロウ材１７４は、銀（Ａｇ）から主に成る。本実施形態では、封止部材１９０は、金属製のリング部材１９２と、金属製の蓋部材１９４とを備える。封止部材１９０のリング部材１９２は、Ｚ軸方向から見た場合、メタライズ層１３０と同様の形状を有する環状を成す。封止部材１９０の蓋部材１９４は、Ｚ軸方向から見た場合、基板本体１１０と同様の形状を有する板状を成す。蓋部材１９４は、リング部材１９２の＋Ｚ軸側に溶接されている。
【００２４】
Ａ−２．セラミック基板の製造方法
図４は、セラミック基板１００の製造方法を示す工程図である。セラミック基板１００を製造する際には、まず、製造者は、基板本体１１０の元となるグリーンシートを作製する（工程Ｐ１１０）。グリーンシートは、絶縁性セラミックの原料粉末に、結合剤（バインダ）、可塑剤、溶剤などを混合して薄板状（シート状）に成形したものである。本実施形態では、グリーンシートの原料は、硼珪酸系ガラスの粉末とアルミナの粉末とを含む。原料の硼珪酸系ガラスは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を主成分とする。
【００２５】
本実施形態では、製造者は、原料である硼珪酸系ガラスとアルミナ粉末とを秤量した後、これらの原料をアルミナ製の容器（ポット）に入れる。その後、製造者は、結合剤としてアクリル樹脂と、溶剤として適量のメチルエチルケトン（ＭＥＫ）と、可塑剤として適量のジオクチルフタレート（ＤＯＰ）とを、ポット内の原料に加える。その後、製造者は、ポット内の原料を混合することによって、セラミックスラリを得る。その後、製造者は、ドクターブレード法によって、セラミックスラリからグリーンシートを作製する。本実施形態では、製造者は、１枚のグリーンシートから複数の基板本体１１０を製造する。本実施形態では、製造者は、導体ペーストを用いて導体層および導体ビアをグリーンシートに形成する。
【００２６】
グリーンシートを作製した後（工程Ｐ１１０）、製造者は、複合材料層１２０をグリーンシートに形成する（工程Ｐ１２０）。本実施形態では、製造者は、ペーストをグリーンシートにスクリーン印刷することによって、１枚のグリーンシートに複数の複合材料層１２０を形成する。複合材料層１２０に用いられるペーストは、基板本体１１０と同じ種類のセラミック材料と、メタライズ層１３０と同じ種類の導電性材料とに、結合剤、可塑剤、溶剤などを混合したものである。本実施形態では、複合材料層１２０の原料は、基板本体１１０と同じ種類のセラミック材料として硼珪酸系ガラスおよびアルミナを含有し、メタライズ層１３０と同じ種類の導電性材料としてタングステン（Ｗ）を含有する。本実施形態では、製造者は、硼珪酸系ガラス、アルミナおよびタングステン（Ｗ）の各粉末に、結合剤としてエチルセルロースと、溶剤としてターピネオールとを加えた後、３本ロールミルを用いて混合物を混練することによって、複合材料層１２０用のペーストを得る。
【００２７】
複合材料層１２０を形成した後（工程Ｐ１２０）、製造者は、メタライズ層１３０および電極パッド１４０を形成する（工程Ｐ１３０）。本実施形態では、製造者は、ペーストをスクリーン印刷することによって、１枚のグリーンシートに複数のメタライズ層１３０および複数の電極パッド１４０を形成する。メタライズ層１３０および電極パッド１４０に用いられるペーストは、導電性材料の粉末に、結合剤、可塑剤、溶剤などを混合したものである。本実施形態では、メタライズ層１３０および電極パッド１４０の原料は、タングステン（Ｗ）の粉末である。本実施形態では、製造者は、タングステン（Ｗ）の粉末に、結合剤としてエチルセルロースと、溶剤としてターピネオールとを加えた後、３本ロールミルを用いて混合物を混練することによって、メタライズ層１３０および電極パッド１４０用のペーストを得る。
【００２８】
メタライズ層１３０および電極パッド１４０を形成した後（工程Ｐ１３０）、製造者は、ダイシングを行う（工程Ｐ１４０）。ダイシングでは、製造者は、１枚のグリーンシートから複数のセラミック基板１００を切り分ける。
【００２９】
ダイシングを行った後（工程Ｐ１４０）、製造者は、セラミック基板１００を脱脂する（工程Ｐ１５０）。本実施形態では、製造者は、２５０℃の大気中に１０時間、セラミック基板１００を曝すことによって、セラミック基板１００を脱脂する。
【００３０】
セラミック基板１００を脱脂した後（工程Ｐ１５０）、製造者は、セラミック基板１００を焼成する（工程Ｐ１６０）。本実施形態では、製造者は、８５０℃の還元性ガスの中に３０分、セラミック基板１００を曝すことによって、セラミック基板１００を焼成する。
【００３１】
セラミック基板１００を焼成した後（工程Ｐ１６０）、製造者は、メタライズ層１３０に電解めっきを行う（工程Ｐ１６０）。本実施形態では、製造者は、メタライズ層１３０に電解ニッケル（Ｎｉ）めっきを行う。本実施形態では、製造者は、メタライズ層１３０とともに電極パッド１４０にも電解めっきを行う。これらの工程を経て、セラミック基板１００が完成する。
【００３２】
Ａ−３．効果
以上説明した第１実施形態によれば、複合材料層１２０およびメタライズ層１３０より内側における基板本体１１０の表面１１１の上であって、メタライズ層１３０および複合材料層１２０から離れた位置に電極パッド１４０が形成されている。そのため、メタライズ層１３０が基板本体１１０から剥離することを複合材料層１２０によって防止しつつ、複合材料層１２０による装置寸法の拡大を回避できる。また、基板本体１１０の表面１１１の上において複合材料層１２０と電極パッド１４０とが所定の間隔をあけて分離されるため、複合材料層１２０を介したメタライズ層１３０と電極パッド１４０との間の短絡を回避できる。また、複合材料層１２０が表面１１１の全周にわたって形成されているため、メタライズ層１３０が基板本体１１０から剥離することをメタライズ層１３０の全周にわたって防止できる。
【００３３】
Ｂ．第２実施形態
図５は、第２実施形態におけるセラミック基板２００の上面を示す説明図である。図７は、セラミック基板２００の断面を示す説明図である。図７には、図５の矢視Ｆ６−Ｆ６から見たセラミック基板２００の断面が図示されている。図５，６には、図１，２と同様に、ＸＹＺ軸が図示されている。
【００３４】
第２実施形態のセラミック基板２００は、基板本体およびメタライズ層の構成が異なる点を除き、第１実施形態のセラミック基板１００と同様である。セラミック基板２００は、基板本体２１０と、複合材料層２２０と、メタライズ層２３０と、電極パッド２４０とを備える。
【００３５】
セラミック基板２００の基板本体２１０は、メタライズ層２３０に接触する導体ビア２５０を備える点を除き、第１実施形態の基板本体１１０と同様である。導体ビア２５０は、導電性材料から主に成る導体である。導体ビア２５０は、基板本体１１０を貫通する。本実施形態では、導電性材料から主になる導体ビア２５０は、導電性材料を５０体積％以上含む導体ビアを意味する。
【００３６】
セラミック基板２００の複合材料層２２０は、基板本体２１０における＋Ｚ軸方向を向いた表面２１１に形成されている点を除き、第１実施形態の複合材料層１２０と同様である。図５の複合材料層２２０には、右下がりのハッチングが施されている。本実施形態では、複合材料層２２０は、導体ビア２５０を避けて形成されている。
【００３７】
セラミック基板２００のメタライズ層２３０は、複合材料層２２０の上から、複合材料層２２０より内側の表面２１１の上にわたって形成されている点、並びに、導体ビア２５０に接触している点を除き、第１実施形態のメタライズ層１３０と同様である。本実施形態では、メタライズ層２３０の表面には、第１実施形態と同様に、めっき層２３１が形成されている。
【００３８】
セラミック基板２００の電極パッド２４０は、基板本体２１０の表面２１１に形成されている点を除き、第１実施形態の電極パッド１４０と同様である。
【００３９】
以上説明した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、メタライズ層２３０が基板本体２１０から剥離することを複合材料層２２０によって防止しつつ、複合材料層２２０による装置の寸法の拡大を回避できる。また、メタライズ層２３０の上にめっき層２３１を形成する際に、導体ビア２５０を通じてメタライズ層２３０に電流を流すことができるため、複合材料層２２０を介してメタライズ層２３０に電流を流す場合と比較して、メタライズ層２３０の上に形成されるめっき層２３１の品質を向上させることができる。また、メタライズ層２３０より比較的にめっき層が形成され難い複合材料層２２０がメタライズ層２３０で覆われているため、メタライズ層２３０の下において複合材料層２２０の内側の面が露出している場合と比較して、メタライズ層２３０の内側に形成されるめっき層２３１の品質を向上させることができる。
【００４０】
Ｃ．他の実施形態
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【００４１】
基板本体１１０，２１０の絶縁性セラミックは、硼珪酸系ガラスとアルミナとを主成分とするセラミックに限らず、硼珪酸系ガラスとムライトとを主成分とするセラミックであってもよいし、硼珪酸系ガラスとコージェライト粉末とを主成分とするセラミックであってもよいし、アルミナまたは窒化ケイ素を主成分とするセラミックであってもよい。基板本体１１０，２１０のガラス成分は、硼珪酸系ガラスに限らず、結晶化ガラスであってもよい。
【００４２】
メタライズ層１３０，２３０に用いられる導電性材料は、タングステン（Ｗ）に限らず、モリブデン（Ｍｏ）であってもよいし、タングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）の少なくとも一方を主成分とする合金であってもよい。
【００４３】
メタライズ層２３０に接触する導体ビア２５０は、基板本体２１０を貫通する形態に限らず、基板本体２１０を構成する少なくとも１層のセラミック層を貫通する形態であってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１００…セラミック基板
１００Ａ…装置
１１０…基板本体
１１１…表面
１２０…複合材料層
１３０…メタライズ層
１３１…めっき層
１４０…電極パッド
１７２…はんだ
１７４…ロウ材
１８０…電子部品
１９０…封止部材
１９２…リング部材
１９４…蓋部材
２００…セラミック基板
２１０…基板本体
２１１…表面
２２０…複合材料層
２３０…メタライズ層
２３１…めっき層
２４０…電極パッド
２５０…導体ビア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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