(57)【要約】【課題】セラミックス基板と金属スパッタ膜との密着性を向上させる。【解決手段】本発明のセラミックス基板１０は、セラミックス基板１０の表面に、Ａｌ濃度が内部よりも高い絶縁体層（=Ａｌ高濃度層１２）を構成する。そうすることでセラミックス基板１０の表面にＡｌ原子が多く存在するため、基板上に金属スパッタ膜１３を形成した場合、セラミックス基板１０の表面のＡｌ原子と金属スパッタ膜１３の金属原子とで酸素を介した強固な結合が作られる。これにより、セラミックス基板１０と金属スパッタ膜１３との密着性が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともガラスを含むセラミックス基板において、前記セラミックス基板の表面のアルミニウム原子濃度が前記セラミックス基板内部のアルミニウム原子濃度よりも高いことを特徴とするセラミックス基板。
【請求項２】
セラミックス基板の表面のアルミニウム原子濃度が４０ａｔ％以上７５ａｔ％未満である請求項１記載のセラミックス基板。
【請求項３】
セラミックス基板の表面に存在するアルミナ粒子の粒子径が２μｍ以下である請求項１記載のセラミックス基板。
【請求項４】
セラミックス基板の内部と表面の主成分が同一である請求項１〜３のいずれか一つに記載のセラミックス基板。
【請求項５】
少なくともガラスを含むセラミックス基板であり、前記セラミックス基板の表面のアルミニウム原子濃度が前記セラミックス基板内部のアルミニウム原子濃度よりも高いことを特徴とするセラミックス基板の製造方法において、
少なくともガラスとセラミックス成分を含むグリーンシートを成形する工程と、
前記グリーンシートよりもアルミニウム原子濃度が高いアルミニウム原子高濃度グリーンシートを成形する工程と、
前記グリーンシートを所定枚数積層した後に、前記アルミニウム原子高濃度グリーンシートを最表面に積層して積層体を得る積層工程と、
前記積層体を所定の温度で焼成して焼結基板を得る工程とを有するセラミックス基板の製造方法。
【請求項６】
少なくともガラスを含むセラミックス基板であり、前記セラミックス基板の表面のアルミニウム原子濃度が前記セラミックス基板内部のアルミニウム原子濃度よりも高いことを特徴とするセラミックス基板の製造方法において、
少なくともガラスとセラミックス成分を含むグリーンシートを成形する工程と、
前記グリーンシートを所定枚数積層する工程と、
前記積層体の少なくとも一方の最表面に前記グリーンシートよりもアルミニウム原子濃度が高い絶縁ペーストを印刷する工程と、
前記絶縁ペースト印刷後の前記積層体を所定の温度で焼成して焼結基板を得る工程とを有するセラミックス基板の製造方法。
【請求項７】
少なくともガラスを含むセラミックス基板であり、前記セラミックス基板の表面のアルミニウム原子濃度が前記セラミックス基板内部のアルミニウム原子濃度よりも高いことを特徴とするセラミックス基板の製造方法において、
少なくともガラスとセラミックス成分を含むグリーンシートを成形する工程と、
前記グリーンシートを所定枚数積層する工程と、前記積層体の最表面に、前記セラミックスの焼成温度では焼結しない、少なくともアルミナと有機バインダ、可塑剤を含む拘束用グリーンシートを積層する工程と、
前記拘束用シートが積層された積層体を所定の温度で焼成して焼結体を得る工程と、
前記焼結体の未焼結部分を除去する工程を有するセラミックス基板の製造方法。
【請求項８】
少なくともガラスを含むセラミックス基板であり、前記セラミックス基板の表面のアルミニウム原子濃度が前記セラミックス基板内部のアルミニウム原子濃度よりも高いことを特徴とするセラミックス基板の製造方法において、
少なくともガラスとセラミックス成分を含むグリーンシートを成形する工程と、
前記グリーンシートよりもアルミニウム原子濃度が高いアルミニウム原子高濃度グリーンシートを成形する工程と、
前記アルミニウム原子高濃度グリーンシートの両主面に前記グリーンシートを所定枚数積層して積層体を得る工程と、
前記積層体を所定の温度で焼成して焼結体を得る工程と、
前記焼結体の主片面に応力をかけ、アルミニウム原子高濃度グリーンシートからなる層で選択的に剥離させる工程とを有する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、各種電子部品用の支持基板に用いられるセラミックス基板及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高性能化に伴い、セラミックス基板内部に、コンデンサやインダクタなどの受動素子機能を内蔵したセラミックス多層配線基板が支持基板として広く用いられている。これらセラミックス多層配線基板は、セラミックス絶縁体層に信号配線を形成した層を積層し一体化したものを焼成することで得られるが、信号配線に用いる導体の電気抵抗率が高いと信号の伝送損失が大きくなってしまう。そのため、信号配線には低抵抗導体である銀や銅を使用することが望ましく、それらと焼結温度領域の近いガラスセラミックスを材料として用いたセラミックス基板が開発されている。
【０００３】
ここで、従来の多層基板として、弾性表面波素子用支持基板に用いられるセラミックス基板について図４を用いて説明する。
【０００４】
図４は従来の一般的な弾性表面波装置の断面図である。
【０００５】
図４において、支持基板として用いられているセラミックス基板１は、非晶質ガラス相と無機フィラーとから構成される絶縁体層２からなり、絶縁体層２の層間には、銀や銅などの配線層３が含まれている。配線層３は貫通ビア４で層間接続されており、基板表面では貫通ビア４と弾性表面波素子５のパッド電極とが電気的に接続されている。また、弾性表面波素子５は水分や酸素等の外気に弱いため、樹脂封止部６が形成され、さらにこの樹脂封止部６に加え電磁シールド層７が形成される。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００８−５０９５６９号公報
【特許文献２】特開２００４−１３５１９３号公報
【特許文献３】特開平１１−４９５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の構成では、電磁シールド層７として金属スパッタ膜をセラミックス基板１上に構成した場合、上記セラミックス基板と金属スパッタ膜との密着性が低いために、電磁シールド層７の気密性が保てず、信頼性が劣化し易いという問題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するものであり、金属スパッタ膜との密着性が高いセラミックス基板及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は、特にセラミックス基板の主表面のＡｌ原子濃度を前記セラミックス基板内部よりも高くするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のセラミックス基板は、主表面のＡｌ原子濃度を内部よりも高くすることで、セラミックス基板と金属スパッタ膜との密着性を向上させることができ、弾性表面波素子等の素子を実装した後に金属層を形成してパッケージングするような用途において、気密性が向上できるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１におけるセラミックス基板の断面図
【図２】本発明の実施例１におけるセラミックス基板の製造工程図
【図３】本発明の実施例１におけるピール強度試験の概要を示した概念図
【図４】従来の一般的な弾性表面波装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の実施例１におけるセラミックス基板１０の断面図である。
【００１５】
図１において、セラミックス基板１０は、無機フィラーとガラスとを含むセラミックスからなる絶縁体層１１に内部配線（図示せず）が形成された層が複数積層された基板である。表層部は内層部よりもＡｌ濃度が高いＡｌ高濃度層１２が形成されている。
【００１６】
本実施例のセラミックス基板１０は、セラミックス基板１０の表面にＡｌ原子が多く存在することにより、基板上に例えばＴｉのような金属スパッタ膜１３を形成した場合、セラミックス基板１０の表面のＡｌ原子と金属スパッタ膜１３の金属原子とで酸素原子を介した強固な結合を形成する。これにより、セラミックス基板１０と金属スパッタ膜１３の界面の密着性が向上し、金属スパッタ膜１３とセラミックス基板１０の気密性を確保することができる。
【００１７】
以上のように構成されたセラミックス基板１０について、以下にその製造方法の一例を説明する。
【００１８】
図２は本実施例におけるセラミックス基板１０の製造方法を説明する製造工程図である。
【００１９】
まず、絶縁体層１１を構成するセラミックス原料粉末として、結晶化ガラス粉末とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末とを配合し、混合粉末を得た。配合比は、混合粉末１００ｗｔ％に対し、結晶化ガラス粉末７０ｗｔ％、アルミナ粉末３０ｗｔ％とした。
【００２０】
次に、配合した混合粉末に、バインダとしてポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、可塑剤としてフタル酸ベンジルブチルを加え、酢酸ブチル、ブチルセロソルブを所定量加えて混合・分散を行い、絶縁体層１１用のスラリーを作製した。
【００２１】
その後、作製したスラリーを用いて、ドクターブレード法により、キャリアフィルム上に絶縁体層１１用セラミックスグリーンシートを成形した。
【００２２】
また、Ａｌ高濃度層１２用セラミックスグリーンシートについても、絶縁体層１１と同様に原料粉末配合・スラリー分散・グリーンシート成形を行った。Ａｌ濃度については、あらかじめＡｌ濃度の異なる、結晶化ガラス粉末を用いることで高濃度化した。
【００２３】
次に、絶縁体層１１用セラミックスグリーンシートの所定の位置にビアホールを形成し、Ａｇペーストを充填した。さらに、前記グリーンシート上にＡｇペーストをパターン印刷し、乾燥後、複数枚積層することで、絶縁体層１１用セラミックス積層体を作製した。
【００２４】
得られた絶縁体層１１用セラミックス積層体の最表層に、Ａｌ高濃度層１２用セラミックスグリーンシートを積層した。
【００２５】
次に、上記の積層体を９００℃で焼成することで、表面のＡｌ濃度が内部よりも高いセラミックス基板１０を得た。
【００２６】
最後に、以上のように製造された前記セラミックス基板１０の表面に、金属スパッタ膜１３として、Ｔｉスパッタ膜、Ｃｕスパッタ膜を順に形成し、前記スパッタ膜上にさらにＣｕめっきを施したサンプルを作製した。
【００２７】
以下に本発明の効果を説明する。前記サンプルを用いて、セラミックス基板１０と金属スパッタ膜１３の密着性について評価した結果を（表１）に示す。比較のため、表層にＡｌ高濃度層１２を設けないセラミックス基板（従来例）についても合わせて示した。ここで、（表１）における、Ａｌ原子濃度は、エネルギー分散型Ｘ線分析装置にて定量分析を行った結果である。また、セラミックス基板１０と金属スパッタ膜１３の気密性を調べるため、作製した前記サンプルを１３０℃８５％の高温高湿下に１００時間放置し、セラミックス基板１０と金属スパッタ膜１３との界面に吸湿があったかどうかを調べた。さらに、（表１）の焼結性については、浸透探傷液の着色の有無で判定を行った。ピール強度は、図３に示すように、金属スパッタ膜１３、めっき膜からなる金属膜にカッターで切り込みを入れ、金属膜を上方に垂直に引っ張るような形でピール試験を行い、剥離部の幅あたりの引っ張り強さを評価したものである。剥離モードとは、ピール試験時の剥離部の状態であり、セラミックス基板１０と金属スパッタ膜１３との密着性が高い場合には、セラミックス基板１０の内部破壊モードとなる。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
（表１）に示すように、従来例のセラミックス基板では、ピール試験による剥離面が、セラミックス基板、Ｔｉスパッタ膜界面となっており、高温高湿下に放置することで水分進入が認められることから、セラミックス基板と金属スパッタ膜１３との間で十分な密着が取れておらず、気密性が十分でないことが分かる。
【００３０】
それに対して、本発明のセラミックス基板１０では、いずれのＡｌ濃度でも、ピール試験による剥離面はセラミックスの内部破壊であり、高温高湿放置後でも水分進入が認められないことから、セラミックス基板１０と金属スパッタ膜１３との間で十分な密着性が確保でき、気密性も高いことがわかる。
【００３１】
以上のように、本実施例によれば、セラミックス基板１０と金属スパッタ膜１３の密着性を高くすることが可能となり、セラミックス基板１０上に金属スパッタ膜１３を形成してパッケージングするような用途において、気密性を高くすることが可能である。
【００３２】
また、本実施例において、表層部のＡｌ高濃度層１２のＡｌ原子濃度を、４０ａｔ％以上、７５ａｔ％以下とすることで、剥離強度を高くすることが可能である。Ａｌ高濃度層１２のＡｌ原子濃度が４０ａｔ％よりも低い場合、セラミックス基板１０の表面のＡｌ原子と金属スパッタ膜１３の金属原子との酸素を介した結合が少ないため、密着強度が得られ難い場合があり、一方、Ａｌ高濃度層１２のＡｌ原子濃度が７５ａｔ％よりも高い場合、Ａｌ高濃度層１２部の焼結性が不十分となり易く、たとえセラミックス基板１０の表面と金属スパッタ膜１３との密着性が高くても、Ａｌ高濃度層１２を形成するセラミックス自体の強度が弱いために所望の密着強度が得られないことがあるためである。
【００３３】
なお、本実施例においては、Ａｌ濃度の調整は結晶化ガラスの組成で行ったが、同一のガラス組成で、フィラーとして加えるアルミナ粉末の混合量を変えることでも同様の効果が得られる。
【００３４】
さらに、本実施例においては、Ａｌ高濃度層１２はグリーンシートを積層することにより、形成したが、Ａｌ高濃度ペーストを作製し、印刷によりＡｌ高濃度層１２を形成することも可能である。この場合、パターン形成が可能なため、場合により、必要部分のみＡｌ高濃度層１２を形成することができるというメリットがある。
【実施例２】
【００３５】
以下、本発明の実施例２について説明する。
【００３６】
実施例２において、Ａｌ高濃度層１２のＡｌ濃度の調整は、フィラーとして加えるアルミナ粉末の混合量で行った。平均粒径０．４μｍ、１．０μｍ（実施例１と同一）、２．０μｍ、１０．０μｍの計４種の市販のアルミナ粉末をＡｌ高濃度層１２用の原料粉末とし、Ａｌ高濃度層１２用グリーンシートを作製した。その際、シートを構成する原料混合粉末の配合比は、結晶化ガラス粉末５０ｗｔ％、アルミナ粉末５０ｗｔ％とした。
【００３７】
シート成形以降の工程については、実施例１と略同等なので省略する。
【００３８】
（表２）には、各条件のセラミックス基板１０の表面のＡｌ原子濃度、基板内部のＡｌ原子濃度、Ａｌ高濃度層１２に使用したアルミナ粉末の粒径、高温高湿下放置後の水分進入、基板焼結性、ピール強度、そして剥離モードをそれぞれ示している。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
（表２）の結果から、Ａｌ高濃度層１２を構成するアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粒子の粒径が２μｍより大きくなると、セラミックス基板１０の主表面のＡｌ濃度が内部より高い場合でも、そのピール強度は低くなることが分かった。これは、セラミックス基板１０の表面に存在する粗大粒子が抜け落ち易く、ピール試験の際に優先的に剥離してしまうためである。
【００４１】
以上のように、本実施例によれば、Ａｌ高濃度層１２のＡｌ濃度をアルミナ粒子の添加により高くする場合、用いるアルミナ粒子の粒子径を２μｍ以下とすることによって、セラミックス基板１０と金属膜の密着性を高くすることが可能となり、セラミックス基板１０上に金属スパッタ膜を形成してパッケージングするような用途において、気密性を高く保ちつつ、密着強度を高くすることが可能である。
【実施例３】
【００４２】
以下、本発明の実施例３について説明する。
【００４３】
まず、実施例１と同様に絶縁体層１１用グリーンシートを成形した。その後、前記グリーンシートに所定のビア・印刷パターンを形成した後に積層し、絶縁体層１１用セラミックス積層体を作製した。
【００４４】
次に、得られた積層体の上下面を、焼結温度が１５００℃程度のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）グリーンシート（拘束層）で挟み込み、圧着を行った。その後、９００℃で焼成し、得られた焼成体に水中で超音波を印加する処理（以下、超音波洗浄と記す）を施した。
【００４５】
本実施例の製造方法によれば、焼成時、積層体表面のガラスが融液となり、拘束層のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粒子を一部取り込んで焼結が進むため、超音波洗浄のようなマイルドな拘束層除去方法を用いた場合、拘束層側の未焼結アルミナ粒子が選択的に除去され、ガラス融液に取り込まれたアルミナ粒子は、セラミックス基板１０表面に取り込まれたまま残存する。これにより、セラミックス基板１０表面のＡｌ濃度を内部よりも高くすることができる。本実施例で得られたセラミックス基板１０は、実施例１と同様の効果が得られた。
【実施例４】
【００４６】
以下、本発明の実施例４について説明する。
【００４７】
まず、実施例１と同様、絶縁体層１１用グリーンシート、Ａｌ高濃度層１２用グリーンシートを成形した。その後、絶縁体層１１用グリーンシートに所定のビア・印刷パターンを形成した後に積層し、絶縁体層１１用セラミックス積層体を作製した。
【００４８】
次に、絶縁体層１１用セラミックス積層体の最表層にＡｌ高濃度層１２用グリーンシートを積層し、さらにその上に絶縁体層１１用グリーンシートを積層し、Ａｌ高濃度層１２を絶縁体層１１で挟む構成とした。
【００４９】
最後に、上記構成の積層体を９００℃で焼成し、得られた焼成体に対しサンドブラストによる処理を行った。
【００５０】
本実施例４の製造方法によれば、Ａｌ高濃度層１２は焼成温度９００℃では焼結し難いアルミナが多く存在し、焼成後も未焼結のまま残存するため、他層よりも強度が低くなる。よってサンドブラスト等で応力をかけると、選択的にＡｌ高濃度層１２内部で剥離が生じる。その結果、得られたセラミックス基板１０の主表面のＡｌ濃度を内部よりも高くすることができる。本実施例で得られたセラミックス基板１０は、実施例１と同様の効果が得られた。
【００５１】
なお、本実施例において、焼成体に対する処理は、サンドブラストとしたが、超音波洗浄を行った場合にも同様の効果が得られる。
【００５２】
以上の説明から明らかなように、本発明のセラミックス基板１０は、セラミックス基板１０の表面にＡｌ高濃度層１２を備えることにより、セラミックス基板１０の表面に多く存在するＡｌ原子と金属スパッタ膜１３の金属原子とで酸素を介した強い結合を作ることができるため、セラミックス基板１０／金属スパッタ膜１３界面に破壊起点が生じることが抑制される。その結果として、セラミックス基板１０の内部が破壊起点となるモードで剥離が起こり、セラミックス基板１０と金属スパッタ膜１３との密着性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のセラミックス基板１０は、電磁シールド層としてセラミックス基板１０の表面に形成された金属スパッタ膜１３との密着性が向上するという効果を有し、弾性表面波素子等の支持基板として有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  セラミックス基板
１１  絶縁体層
１２  Ａｌ高濃度層
１３  金属スパッタ膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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