(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細粒子が焼結されてなる中実の骨格間に、互いに連通する連続気孔が形成された三次元網目構造をなすとともに、その気孔率が７２〜９８容量％の範囲に設定されたセラミックス多孔質体からなる高周波回路用基板を製造する製造方法であって、
セラミックス粉末と水溶性バインダーと界面活性剤と水と、発泡剤となる非水溶性有機溶剤とからなる発泡スラリーを成形し、発泡させた後、これを乾燥させて得られた発泡層グリーンシートを焼成することによって前記セラミックス多孔質体を形成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波回路用基板の製造方法において、
前記発泡層グリーンシートの両面に、緻密層グリーンシートを積層して得られたグリーンシートを一体的に焼成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の高周波回路用基板の製造方法において、
一方の面に緻密層グリーンシートが形成された前記発泡層グリーンシートの他方の面に、緻密層グリーンシートを積層して得られたグリーンシートを一体的に焼成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の高周波回路用基板の製造方法において、
焼成されてなる前記セラミックス多孔質体の表面に、セラミックススラリーを塗工した後、このセラミックススラリーを焼成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の高周波回路用基板の製造方法において、
焼成されてなる前記セラミックス多孔質体の前記連続気孔における少なくとも該セラミックス多孔質体の表面への開口部に対して、熱分解性樹脂を充填してから、
前記セラミックススラリーを塗工した後、このセラミックススラリーを焼成するとともに、前記熱分解性樹脂を熱分解して除去することにより前記緻密層と前記セラミックス多孔質体の間に閉気孔が形成されることを特徴とする高周波回路用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い周波数の導波路を形成するために用いられる高周波回路用基板、例えば、高周波に用いられるアンテナ基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高周波回路用基板は、比誘電率が低いことが望まれるのであり、これは、伝送損失が比誘電率に比例して増大していくためによる。したがって、比誘電率の低いテフロン（登録商標）樹脂やアルミナ多孔質体などが、高周波回路用基板を構成する材料として多く用いられている。ただし、このような高周波回路用基板にＩＣチップなどを接合する場合、一般にＡｕ−Ｓｎ合金系のろう材が用いられるため、高周波回路用基板を構成する材料には５００゜Ｃ以上の耐熱性が求められ、アルミナなどのセラミックス系材料が選択される。
このような高周波回路用基板の材料として選択されるアルミナは、真密度に近い緻密な場合、比誘電率が９〜１０と非常に大きい値を呈するが、このアルミナに気孔をもたせる、すなわち比誘電率の低い空気とアルミナとの複合体（アルミナ多孔質体）とすることによって、低い比誘電率を実現しようとしているのである。
【０００３】
アルミナ多孔質体は、例えば、特開平８−１８６４０９号公報（特開昭６３−１７５９０公報、特開平１−１７９７７７号公報）に開示されているように、平均粒径２μｍのアルミナ原料粉末に８重量％のＳｉＯ2−ＭｇＯ−ＣａＯ系焼結助剤を添加し、さらに有機バインダーを添加して、プレス成形した後、緻密に焼結されたアルミナを得るときよりも低い温度、例えば１４００゜Ｃで短時間保持することにより、アルミナ原料粉末の焼結が完了せず、図２に示すように、アルミナ原料粉末の粒子１同士の間に気孔２を有する構造を実現したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のアルミナ多孔質体は、焼結が進行していない粒子１の接合点（ネック）で、粒子１同士の間に気孔２を有する構造を維持していることから、低い誘電率を得るために高い気孔率を有するアルミナ多孔質体を製造しようとすると、非常に強度の低いものとならざるを得ない。
そのため、例えば１ＧＨｚ以上の高周波用回路基板を得ることを目的に、気孔率が７０容量％以上のアルミナ多孔質体を形成したとしても、その強度の弱さゆえに、ハンドリング時の破損を招いてしまうことになる。
また、実際に高周波回路用基板として用いる場合、大気中の水分が気孔２内に入ると、絶縁性が劣化したり、比誘電率が変化するといった不具合が生じてしまうことから、アルミナ多孔質体の表面にコーティングを施すことによって気孔２を塞ぐなどの手法がとられるが、気孔率が７０容量％を超えるようなアルミナ多孔質体の表面にコーティングを施そうとすると、強度が低いために、アルミナ多孔質体自体が破損してしまうおそれもあった。
それゆえ、従来のアルミナ多孔質体では、その気孔率をせいぜい７０％程度にすることが限界であり、比誘電率を十分に低く保つことができないので、伝送損失が大きくならざるを得なかったのである。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、比誘電率を低くできるとともに、強度を高く保つことができる高周波回路用基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の製造方法によって得られる高周波回路用基板は、微細粒子が焼結されてなる中実の骨格間に、互いに連通する連続気孔が形成された三次元網目構造をなすとともに、その気孔率が７２〜９８容量％の範囲に設定されたセラミックス多孔質体からなることを特徴とする。
このようなセラミックス多孔質体は、微細粒子が十分に焼結されてなる中実の骨格を有しているため、低い比誘電率を得ることを目的に気孔率を７０〜９８容量％と大きな値に設定したとしても、従来のように強度の著しい低下を招いてしまうことがない。
そして、このようなセラミックス多孔質体によって高周波回路用基板を構成したことから、その強度を十分に高く保つとともに、低い比誘電率を達成できる高周波回路用基板を得ることができる。
ここで、気孔率が７２容量％より小さくなると、比誘電率の増大を招いてしまうおそれがあり、逆に、気孔率が９８容量％より大きくなったとしても、強度の低下を招いてしまうおそれがある。
【０００７】
また、前記連続気孔は、前記高周波回路用基板の表面に開口しない閉気孔とされていると、大気中の水分が連続気孔の内部に入り込んでしまうおそれをなくし、絶縁性の低下や、比誘電率の変化といった不具合を生じることがない。
このように連続気孔を閉気孔にするためには、例えば、前記セラミックス多孔質体の表面に緻密層を形成することによって、セラミックス多孔質体の表面に開口している連続気孔を閉塞することで達成できる。
このとき、緻密層の厚みは、３〜５０μｍの範囲に設定されていることが好ましく、厚みが、３μｍ以下であると、連続気孔を閉気孔に維持することが困難となるおそれがあり、逆に、厚みが、５０μｍより大きくなっても、比誘電率の増大を招いてしまうおそれが生じる。
【０００８】
また、本発明の高周波回路用基板の製造方法は、本発明の高周波回路用基板を製造する製造方法であって、
セラミックス粉末と水溶性バインダーと界面活性剤と水と、発泡剤となる非水溶性有機溶剤からなる発泡スラリーを成形し、発泡させた後、これを乾燥させて得られた発泡層グリーンシートを焼成することによって前記セラミックス多孔質体を形成することを特徴とする。
このような製造方法を用いることによって、微細粒子が焼結されてなる中実の骨格間に、互いに連通する連続気孔が形成された三次元網目構造をなすとともに、その気孔率が７２〜９８容量％とされたセラミックス多孔質体からなる高周波回路用基板を容易に製造することができる。
【０００９】
そして、このような製造方法において、セラミックス多孔質体における連続気孔を閉気孔にしようとする場合には、以下に示すような製造方法を採用することで実現できる。
▲１▼  前記発泡層グリーンシートの両面に、緻密層グリーンシートを積層して得られたグリーンシートを一体的に焼成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法。
▲２▼  一方の面に緻密層グリーンシートが形成された前記発泡層グリーンシートの他方の面に、緻密層グリーンシートを積層して得られたグリーンシートを一体的に焼成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法
▲３▼  焼成されてなる前記セラミックス多孔質体の表面に、セラミックススラリーを塗工した後、このセラミックススラリーを焼成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法。
このとき、セラミックススラリーが、連続気孔の内部まで染み込んでいって、連続気孔をうまく閉塞することができないような場合には、焼成されてなる前記セラミックス多孔質体の前記連続気孔における少なくとも該セラミックス多孔質体の表面への開口部に対して、熱分解性樹脂を充填してから、前記セラミックススラリーを塗工した後、このセラミックススラリーを焼成するとともに、前記熱分解性樹脂を熱分解して除去することで解決できる。
▲４▼  焼成されてなる前記セラミックス多孔質体の前記連続気孔における少なくとも該セラミックス多孔質体の表面への開口部に対して、熱分解性樹脂を充填してから、前記セラミックス多孔質体の表面に、スパッタリングによってセラミックス膜を形成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法。
▲５▼  焼成されてなる前記セラミックス多孔質体の表面に、ＣＶＤ法によってセラミックス膜を形成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態による高周波回路用基板を示す要部拡大断面図である。
【００１１】
本実施形態による高周波回路用基板１０は、図１に示すように、セラミックス多孔質体１１の表面（両面）の全面に亘って緻密層１５，１５が形成されたものであり、このセラミックス多孔質体１１は、平均粒径０．０５〜３μｍのセラミックスの微細粒子１２が焼結してなる中実の骨格１３によって三次元網目構造をなすとともに、この骨格１３間には、互いに連通する平均気孔径５〜１０００μｍの連続気孔１４が形成された発泡構造をなしており、その気孔率は、７２〜９８容量％の範囲に設定されている。
【００１２】
また、緻密層１５は、平均粒径０．０５〜３μｍのセラミックスの微細粒子が焼結されてなる中実の緻密構造をなしており、その厚みｔが、３〜５０μｍの範囲に設定されている。この緻密層１５が存在することにより、セラミックス多孔質体１１の表面に開口する連続気孔１４が閉塞させられて、この連続気孔１４が、高周波回路用基板１０の表面には開口しない閉気孔となっているのである。
【００１３】
上記のような高周波回路用基板１０は、例えば、以下に示すようにして製造される。
まず、微細粒子として平均粒径０．０５〜３μｍのセラミックス粉末と水溶性バインダーと界面活性剤と水と非水溶性有機溶剤とからなる発泡スラリーを、例えばドクターブレード法により薄板状に成形し、非水溶性有機溶剤を発泡させた後、これを乾燥させることにより、発泡層グリーンシートを得る。
次に、微細粒子として同じく平均粒径０．０５〜３μｍのセラミックス粉末と水溶性バインダーとからなる無発泡スラリー（緻密層形成スラリー）を、例えばドクターブレード法により薄板状に成形し、これを乾燥させることにより、２枚の緻密層グリーンシートを得る。
【００１４】
そして、上記のようにして得られた発泡層グリーンシートの両面に対し、２枚の緻密層グリーンシートをそれぞれの面に圧着させて積層して得られた３層構造のグリーンシートを脱脂・焼結して焼成することにより、上述したようなセラミックス多孔質体１１の両面に緻密層１５が形成された高周波回路用基板１０を得ることができる。
【００１５】
本実施形態によれば、セラミックス多孔質体１１が、微細粒子１２が十分に焼結されてなる中実の骨格１３を有することにより、低い比誘電率を得ることを目的として、気孔率が７０〜９８容量％と大きな値に設定されたセラミックス多孔質体１１を形成したとしても、強度の著しい低下を招くことがなく、従来のような焼結の完了していないセラミックス多孔質体の同じ気孔率のものと比較して、その強度を格段に向上させることが可能となる。
【００１６】
そして、本実施形態による高周波基板１０は、このようなセラミックス多孔質体１１を主体として構成されていることから、強度の高さゆえにハンドリング時の破損などを生じることがなく、これと同時に、低い比誘電率を達成できて、伝送損失の少ない高周波回路用基板１０を得ることが可能となる。
ここで、セラミックス多孔質体１１の気孔率が７０容量％より小さくなると、比誘電率の増大を招いてしまうおそれがあり、逆に、気孔率が９８容量％より大きくなっても、強度の低下を招いてしまうおそれがある。
なお、上述したような効果をより確実なものとするためには、セラミックス多孔質体１１の気孔率を、９０〜９８容量％に設定することが好ましい。
【００１７】
また、本実施形態による高周波回路基板１０は、セラミックス多孔質体１１と、この両面にそれぞれ形成された緻密層１５とによって構成されていることから、セラミックス多孔質体１１の表面に開口する連続気孔１４が、緻密層１５によって閉塞されて高周波回路用基板１０の表面に開口しない閉気孔となっている。
それゆえ、大気中の水分が連続気孔１４の内部に入り込むことがなくなり、これにより、絶縁性が低下したり、比誘電率が変化したりするといった不具合が生じることがなく安定した性能を呈することができる。
ここで、連続気孔１４が閉気孔となっている状態とは、大気中の水分が連続気孔１４の内部に入り込まないように実質的な閉塞状態を示すのであり、例えば、微少な開口部が形成されていたとしても、大気中の水分が連続気孔１４の内部に入り込まない状態であれば閉気孔の状態と考える。
【００１８】
また、緻密層１５の厚みｔが、３〜５０μｍの範囲に設定されていることから、多少の衝撃が与えられたとしても、連続気孔１４が実質的に閉塞された閉気孔の状態を安定して維持することができ、かつ、比誘電率も低く抑えることができる。
ここで、この緻密層１５の厚みｔが、３μｍより小さいと、多少の衝撃によっても、連続気孔１４の閉気孔の状態が解除されてしまうおそれがあり、逆に、厚みｔが、５０μｍより大きくなったとしても、比誘電率の増大を招いてしまうおそれが生じるほか、緻密層１５とセラミックス多孔質体１１との一体焼成時に割れが生じたり、ＣＶＤ法やスパッタリングを用いて緻密層１５を形成する場合、製造に長時間を要するおそれがある。
なお、上述したような効果をより確実なものとするためには、緻密層１４の厚みｔを、３〜１０μｍの範囲に設定することが好ましい。
【００１９】
なお、セラミックス多孔質体１１の構成要件については、セラミックスの微細粒子１２の平均粒径が０．１〜１μｍの範囲に設定され、連続気孔１４の平均気孔径が５〜５０μｍの範囲に設定されることがより好ましい。
【００２０】
また、上述したような高周波回路基板１０の製造方法を用いたことによって、微細粒子１２が焼結されてなる中実の骨格１３間に連続気孔１４を有するとともに、その気孔率が７２〜９８容量％に設定された三次元網目構造のセラミックス多孔質体１１と、このセラミックス多孔質体１１の両面に形成された緻密層１５，１５とからなる高周波回路用基板１０を容易に製造することができる。
さらには、セラミックス多孔質体１１の表面に対して、コーティングを施さなくても、連続気孔１４を閉気孔にすることができるので、従来のように、このコーティングの際に生じるセラミックス多孔質体１１の破損のおそれをなくすことが可能となる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、セラミックス多孔質体１１の両面に緻密層１５が形成されることにより、連続気孔１４が閉気孔となった高周波回路用基板１０を用いて説明しているが、例えば、この緻密層１５が存在せず、連続気孔１４が閉気孔の状態となっていない場合であっても、十分に乾燥した状態で使用するのであれば、上述したような効果を何の遜色もなく奏することができる。
【００２２】
また、本実施形態においては、セラミックス多孔質体１１における連続気孔１３を閉気孔にするために、発泡層グリーンシートの両面に対して、緻密層グリーンシートを圧着して積層して得られた３層構造のグリーンシートを一体的に焼成する方法を採用しているが、これに限定されることなく、例えば、以下に示すような製造方法を採用することによっても可能である。
【００２３】
第１には、まず、無発泡スラリー（緻密層形成スラリー）を例えばドクターブレード法により薄板状に成形していくとともに、この成形された無発泡スラリーの上に、発泡スラリーを例えばドクターブレード法により薄板状に成形してゆき、その後、発泡スラリーを発泡させた後、これらを乾燥させることにより、発泡層グリーンシートの一方の面に対して緻密層グリーンシートが形成された２層構造のグリーンシートを得る。この２層構造のグリーンシートにおける発泡層グリーンシートに対して（発泡層グリーンシートの他方の面に対して）、緻密層グリーンシートを圧着させて積層して得られた３層構造のグリーンシートを脱脂・焼結して焼成することにより、セラミックス多孔質体１１の両面に緻密層１５が形成されて連続気孔１４を閉気孔とすることができる。
【００２４】
第２には、焼成されて形成されたセラミックス多孔質体１１の表面に、セラミックススラリーを塗工（印刷、塗布など）した後、このセラミックススラリーを焼成することによって、セラミックス多孔質体１１の表面に開口する連続気孔１４を閉塞して閉気孔とする製造方法である。
このとき、セラミックススラリーが、連続気孔１４の内部まで染み込んでいって、連続気孔１４を閉塞状態にできないような場合には、焼成されて形成されたセラミックス多孔質体１１の連続気孔１４における少なくともセラミックス多孔質体１１の表面への開口部に対して、熱分解性樹脂を充填する。その後、セラミックススラリーを焼成し、これと同時に、熱分解性樹脂を熱分解して除去することにより、セラミックス多孔質体１１の表面に、セラミックス膜（緻密層）を形成して、連続気孔１４を閉気孔とすることができる。
【００２５】
第３には、焼成されて形成されたセラミックス多孔質体１１の連続気孔１４における少なくともセラミックス多孔質体１１の表面への開口部に対して、熱分解性樹脂を充填する。その後、セラミックス多孔質体１１の表面に、スパッタリングによってセラミックス膜（緻密層）を形成して、連続気孔１４を閉気孔とすることができる。
このとき、連続気孔１４の内部に充填した樹脂が、比誘電率に影響を与えてしまうような量である場合には、この充填された樹脂を熱によって分解して除去することが好ましい。
【００２６】
第４には、焼成された形成されたセラミックス多孔質体１１の表面に、ＣＶＤ法により、セラミックス膜（緻密層１５）を形成して、連続気孔１４を閉気孔とすることができる。
【００２７】
第５には、粘度を高く設定した、例えば、粘度が５０〜８０Ｐａ・ｓとなるように設定した発泡スラリーを成形し、発泡させる。このとき、発泡スラリーの粘度が高いために、非水溶性有機溶剤が発泡することによって形成される連続気孔１４は薄い膜で囲われた状態となる。その後、これを乾燥させて得られた発泡層グリーンシートを焼成することによって、連続気孔１４がセラミックス多孔質体１１の表面に開口しない閉気孔とすることができる。
【００２８】
【実施例】
発泡層グリーンシートを得るために、微細粒子としてアルミナ平均粒径０．６μｍのアルミナからなるセラミックス粉末に焼結助剤としてＳｉＯ2−ＭｇＯ−ＣａＯ系ガラス粉末を５ｗｔ％混合し、原料粉末を用意した。さらに発泡剤となる有機溶剤（非水溶性有機溶剤）としてｎ―ヘキサン、界面活性剤としてオレイン酸ナトリウム、水溶性樹脂結合材（水溶性バインダー）としてメチルセルロース（以下、ＭＣという）、可塑剤としてグリセリンをそれぞれ用意した。
原料粉末、ＭＣ、グリセリン、界面活性剤および蒸留水を以下の表１に示す配合（実施例１〜６、比較例１〜３）で４時間混練してスラリーを作製し、さらにこのスラリーにｎ―ヘキサンを混合し、３０分間攪拌することにより発泡スラリーを作製した。
次に、この発泡スラリーをドクターブレード法により薄板状に成形し、湿度９０％、温度４０゜Ｃで５分間保持することにより、ヘキサンを気化して成形体を発泡させ、その後遠赤外線により１時間乾燥することにより、発泡層グリーンシートを得た。
【００２９】
また、緻密層グリーンシートを得るために、微細粒子としてアルミナ平均粒径０．６μｍのアルミナからなるセラミックス粉末に焼結助剤としてＳｉＯ2−ＭｇＯ−ＣａＯ系ガラス粉末を５ｗｔ％混合し、原料粉末を用意した。さらに水溶性樹脂結合材（水溶性バインダー）としてＭＣ、可塑剤としてグリセリンをそれぞれ用意した。
原料粉末：５０％、ＭＣ：８％、グリセリン：３．５％、蒸留水：残の配合で４時間混練して無発泡スラリーを作製した。
次に、この無発泡スラリーをドクターブレード法により薄板状に成形し、遠赤外線により１時間乾燥することにより、緻密層グリーンシートを得た。
【００３０】
上記得られた発泡層グリーンシートの両面を、２枚の緻密層グリーンシートで挟むとともに、１０ｇ／ｃｍ2の圧力で加圧し、発泡層グリーンシートの両面にそれぞれ緻密層グリーンシートを積層した３層構造のグリーンシートを得て、大気中６００゜Ｃ×３０分加熱することにより脱脂し、さらに大気中１６００゜Ｃで２時間加熱することにより、厚み１ｍｍのアルミナからなるセラミックス多孔質体を得た（実施例１〜６、比較例１〜３）。
得られたセラミックス多孔質体を５０×５０ｍｍにレーザー加工機により切断し、市販の誘電率測定装置を用いて、比誘電率を測定した。
また、セラミックス多孔質体をφ１０ｍｍにレーザー加工機により切断し、圧縮強度を測定した。
【００３１】
本発明に対する従来例として、平均粒径２μｍのアルミナ粉末に５重量％のＳｉＯ2−ＭｇＯ−ＣａＯ系焼結助剤を添加し、さらに有機バインダーとしてポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を混合粉末に対し５％加え、５０×５０ｍｍの金型でプレス成形し、大気中、１４００゜Ｃで３０分保持の条件で焼結を行い、厚み１ｍｍのセラミックス多孔質体を得た。
【００３２】
【表１】
0003885550.tif 000002
【００３３】
表１に示されるように、気孔率及び緻密層の厚みが本発明の範囲内に設定された実施例１〜６では、その気孔率の大きさにもかかわらず、圧縮強度を高く維持できるという良好な結果が得られた。とくに、気孔率が９０〜９８容量％と好ましい範囲に設定され、かつ、緻密層の厚みが３〜１０μｍと好ましい範囲に設定された実施例２，３，６においては、比誘電率が非常に小さく、とくに良好な結果が得られた。
また、緻密層の厚みは本発明の範囲内に設定されているものの、気孔率が本発明の範囲よりも小さい６７容量％に設定された比較例１では、比誘電率が大きくなってしまった。
また、気孔率は本発明の範囲内に設定されているものの、緻密層の厚みが本発明の範囲よりも大きい７０μｍに設定された比較例２では、大気中１６００゜Ｃで２時間加熱している最中に、割れが生じてしまった。
また、緻密層の厚みは本発明の範囲内に設定されているものの、気孔率が本発明の範囲よりも大きい９９容量％に設定された比較例３では、ハンドリングする際に、セラミックス多孔質体１１に割れが生じてしまった。
さらに、従来例では、セラミックス多孔質体の気孔率を本発明の範囲よりも小さい６８容量％に設定したのにもかかわらず、比誘電率が大きくなってしまい、加えて、圧縮強度も小さく不足していた。
【００３４】
【発明の効果】
したがって、本発明によれば、微細粒子が十分に焼結されてなる中実の骨格を有するセラミックス多孔質体を高周波回路基板として用いているため、低い比誘電率を得ることを目的に気孔率を７２〜９８容量％と大きな値に設定したとしても、従来のように強度の著しい低下を招いてしまうことがない。
それゆえ、その強度を十分に高く保って、ハンドリング時の破損などを抑制できるとともに、低い比誘電率を達成して、電送損失の少ない高周波回路用基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】   本発明の実施形態による高周波回路用基板を示す要部拡大断面図である。
【図２】   従来の高周波回路用基板を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０  高周波回路用基板
１１  セラミックス多孔質体
１２  微細粒子
１３  骨格
１４  連続気孔
１５  緻密層
【図１】
0003885550.tif 000003
【図２】
0003885550.tif 000004