(57)【要約】【課題】熱伝導率の高いセラミック基板を提供すること。【解決手段】セラミック基板は、絶縁層と、絶縁層の少なくとも一方の面に形成された導体層とを備え、絶縁層は、厚み方向の内層側に積層された第１の絶縁層と、厚み方向の外層側に積層された第２の絶縁層とを有し、第１の絶縁層および第２の絶縁層は主成分として酸化亜鉛を含有し、第２の絶縁層は酸化亜鉛よりも体積抵抗率の高い副成分を含有し、第１の絶縁層は副成分を含有しないか、または、第２の絶縁層の副成分の含有率よりも小さい含有率の副成分を含有する。【選択図】図１
2016096258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層と、
前記絶縁層の少なくとも一方の面に形成された導体層とを備え、
前記絶縁層は、
厚み方向の内層側に積層された第１の絶縁層と、
厚み方向の外層側に積層された第２の絶縁層とを有し、
前記第１および第２の絶縁層は主成分として酸化亜鉛を含有し、
前記第２の絶縁層は酸化亜鉛よりも体積抵抗率の高い副成分を含有し、
前記第１の絶縁層は前記副成分を含有しないか、または、
前記第２の絶縁層の前記副成分の含有率よりも小さい含有率の前記副成分を含有するセラミック基板。
【請求項２】
前記副成分は金属酸化物である請求項１に記載のセラミック基板。
【請求項３】
前記副成分は酸化銅である請求項１に記載のセラミック基板。
【請求項４】
前記第１の絶縁層における前記主成分の含有量は、
９５重量パーセント以上、１００重量パーセント以下であり、
前記第１の絶縁層における前記副成分の含有量は、
０重量パーセント以上、０．１重量パーセント以下であり、
前記第２の絶縁層における前記主成分の含有量は、
９３重量パーセント以上、９９．５重量パーセント以下であり、
前記第２の絶縁層における前記副成分の含有量は、
０．５重量パーセント以上、２．０重量パーセント以下である請求項１に記載のセラミック基板。
【請求項５】
前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層は同時焼成された請求項１に記載のセラミック基板。
【請求項６】
絶縁層と、
前記絶縁層の少なくとも一方の面に形成された導体層とを備え、
前記絶縁層は、
厚み方向の内層側に積層された第１の絶縁層と、
厚み方向の外層側に積層された第２の絶縁層とを有し、
前記第１の絶縁層は、主成分として酸化亜鉛を含有し、
前記第２の絶縁層は、酸化亜鉛よりも体積抵抗率の高い絶縁化合物を含有したセラミック基板。
【請求項７】
前記第２の絶縁層はアルミニウム酸化物と亜鉛酸化物を含む請求項６に記載のセラミック基板。
【請求項８】
前記第２の絶縁層は、アルミニウム酸化物と亜鉛酸化物を合計で、
９５重量パーセント以上、１００重量パーセント以下含有し、
前記第２の絶縁層におけるアルミニウム元素と亜鉛元素の比Ｒを、
Ｒ＝（アルミニウム元素の個数）／（亜鉛元素の個数）としたとき、
Ｒは３／７以上、６／４以下である請求項６に記載のセラミック基板。
【請求項９】
前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層は同時焼成された請求項６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、各種電子機器や電気機械において使用され、電気回路を構成するセラミック基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体素子などのデバイス素子を搭載し半導体パッケージなどの電子部品に内蔵されるセラミック基板や、電子部品を実装し電子機器に搭載されるセラミック基板が知られている。この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、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】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６１１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のセラミック基板は、汎用的な価格帯において熱伝導特性の高いものが得られなかった。本発明は、熱導電特性の優れたセラミック基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、セラミック基板は、絶縁層と、絶縁層の少なくとも一方の面に形成された導体層とを備え、絶縁層は、厚み方向の内層側に積層された第１の絶縁層と、厚み方向の外層側に積層された第２の絶縁層とを有し、第１および第２の絶縁層は主成分として酸化亜鉛を含有し、第２の絶縁層は酸化亜鉛よりも体積抵抗率の高い副成分を含有し、第１の絶縁層は副成分を含有しないか、または、第２の絶縁層の副成分の含有率よりも小さい含有率の副成分を含有する構成を有する。
【０００６】
また、セラミック基板は、絶縁層と、絶縁層の少なくとも一方の面に形成された導体層とを備え、絶縁層は、厚み方向の内層側に積層された第１の絶縁層と、厚み方向の外層側に積層された第２の絶縁層とを有し、第１の絶縁層は、主成分として酸化亜鉛を含有し、第２の絶縁層は、酸化亜鉛よりも体積抵抗率の高い絶縁化合物を含有した構成を有する。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成を有することにより、セラミック基板は高い熱伝導性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１におけるセラミック基板の断面図
【図２】実施例５におけるセラミック基板の断面の電子顕微鏡写真
【図３】実施例６におけるセラミック基板の断面の電子顕微鏡写真
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるセラミック基板の断面図である。図１において、セラミック基板１は、導体層２と絶縁層３の積層体からなる。
【００１０】
導体層２は絶縁層３の少なくとも一方の面に形成され、例えば銅やアルミニウムや銀などの単体金属、またはそれらの合金からなり、電子回路等（図示せず）の配線部を構成する。
【００１１】
絶縁層３は、厚み方向の内層側に積層されたセラミックからなる第１の絶縁層４と、厚み方向の外層側に積層されたセラミックからなる第２の絶縁層５を有する。第１の絶縁層４と第２の絶縁層５は、異なる組成のセラミックグリーンシートを積層して同時焼成することにより一体となった絶縁層３を構成している。
【００１２】
（表１）に実施例１〜６についての絶縁層３の各層の構成と厚み方向の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）と厚み方向の絶縁耐圧（ｋＶ／ｍｍ）と厚み方向の熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））を示す。
【００１３】
【表１】
2016096258.tif 000003
【００１４】
（表１）において、第１の絶縁層４および第２の絶縁層５の組成は重量％で表したものである。厚み方向の体積抵抗率と厚み方向の絶縁耐圧と厚み方向の熱伝導率は、それぞれ、積層構造を有する絶縁層３の厚み方向の電気抵抗と耐電圧と熱伝導率から単位長さ当りの値に換算して算出した値である。セラミック基板１の特性値としては、厚み方向の体積抵抗率は、１×１０１０（Ω・ｃｍ）以上を目標とし、厚み方向の絶縁耐圧は、４（ｋＶ／ｍｍ）以上を目標とし、厚み方向の熱伝導率は、３５（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以上を目標とした。
【００１５】
実施例１〜４において、内層に配置された第１の絶縁層４は、主成分の酸化亜鉛（ＺｎＯ）に対して副成分を含ませないものであり、酸化亜鉛の含有率は９５〜１００重量％であり、不純物としては５重量％以下を含有する可能性があり、不純物としての酸化銅（ＣｕＯ）の含有率は０．１重量％以下である。
【００１６】
実施例１〜４において、外層に配置された第２の絶縁層５は、主成分の酸化亜鉛（ＺｎＯ）に対して副成分として、それぞれ、０．１重量％、０．５重量％、１．０重量％、２．０重量％の酸化銅（ＣｕＯ）を含ませたものである。
【００１７】
実施例５〜６において、内層に配置された第１の絶縁層４は、主成分は酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）であり、酸化亜鉛の含有率は９５〜１００重量％であり、５重量％以下の不純物を含有する可能性がある。
【００１８】
実施例５〜６において、外層に配置された第２の絶縁層５は、主成分は亜鉛酸化物とアルミニウム酸化物であり、その合計の含有率は９５〜１００重量％であり、５重量％以下の不純物を含有する可能性がある。ここでいう亜鉛酸化物とアルミニウム酸化物は、それぞれ亜鉛元素を含む酸化物とアルミニウム元素を含む酸化物であり、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）やアルミン酸亜鉛（ＺｎＡｌ２Ｏ４）等を含む。また、実施例５〜６における第２の絶縁層５からは、Ｘ線回折により亜鉛スピネル（ＺｎＡｌ２Ｏ４：ガーナイト）の結晶構造が含まれることが確認できた。実施例５における第２の絶縁層５のアルミニウム元素と亜鉛元素の個数の比は、アルミニウム元素／亜鉛元素＝３／７〜４／６であり、実施例６における第２の絶縁層５のアルミニウム元素と亜鉛元素の個数の比は、アルミニウム元素／亜鉛元素＝５／５〜６／４である。図２に実施例５のセラミック基板１の断面の電子顕微鏡写真を示し、図３に実施例６のセラミック基板１の断面の電子顕微鏡写真を示す。
【００１９】
実施例１では、厚み方向の熱伝導率は３５（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以上であったが、厚み方向の体積抵抗率は１×１０１０（Ω・ｃｍ）以下であり、厚み方向の絶縁耐圧は４（ｋＶ／ｍｍ）以下であり、体積抵抗率と絶縁耐圧が不十分であった。
【００２０】
実施例２〜６では、厚み方向の体積抵抗率は１×１０１０（Ω・ｃｍ）以上、厚み方向の絶縁耐圧は４（ｋＶ／ｍｍ）以上であり、厚み方向の熱伝導率は３５（Ｗ／（ｍ・Ｋ））以上であり、十分な体積抵抗率と絶縁耐圧と熱伝導率が得られた。
【００２１】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、材料特性上、熱伝導率は高いが、体積抵抗率と絶縁耐圧が低いため、従来、セラミック基板１の絶縁材料として使用することは適切ではなかった。本発明により、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とするセラミック基板１の体積抵抗率と絶縁耐圧を向上させることができたため、熱伝導率の優れたセラミック基板１を得ることができた。
【００２２】
以上のように本実施の形態のセラミック基板１は、絶縁層３と、絶縁層３の少なくとも一方の面に形成された導体層２とを備え、絶縁層３は、厚み方向の内層側に積層された第１の絶縁層４と、厚み方向の外層側に積層された第２の絶縁層５とを有し、第１の絶縁層４および第２の絶縁層５は主成分として酸化亜鉛を含有し、第２の絶縁層５は酸化亜鉛よりも体積抵抗率の高い副成分を含有し、第１の絶縁層４は副成分を含有しないか、または、第２の絶縁層５の副成分の含有率よりも小さい含有率の副成分を含有する構成を有する。このように構成を有することにより、セラミック基板１は、内層に熱伝導率が高く、外層に絶縁特性の高い層構成を有することができ、優れた熱伝導特性を実現できる。
【００２３】
ここで、主成分よりも体積抵抗率の高い副成分とは、主成分の純物質の体積抵抗率と、副成分の純物質の体積抵抗率を比較したときに、副成分の純物質の体積抵抗率の方が大きいことを意味する。例えば、主成分を酸化亜鉛（ＺｎＯ）、副成分を酸化銅（ＣｕＯ）とした場合、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の純物質の体積抵抗率よりも酸化銅（ＣｕＯ）の純物質の体積抵抗率が高いことを言う。
【００２４】
また、本実施の形態のセラミック基板１は、副成分は金属酸化物である構成を有する。この構成を有することによりセラミック基板１は、内層に熱伝導率が高く、外層に絶縁特性の高い層構成を有することができ、優れた熱伝導特性を実現できる。
【００２５】
また、本実施の形態のセラミック基板１は、副成分は酸化銅である構成を有する。この
構成を有することによりセラミック基板１は、内層に熱伝導率が高く、外層に絶縁特性の高い層構成を有することができ、優れた熱伝導特性を実現できる。
【００２６】
また、本実施の形態のセラミック基板１は、第１の絶縁層４における主成分の含有量は、９５重量パーセント以上、１００重量パーセント以下であり、第１の絶縁層４における副成分の含有量は、０重量パーセント以上、０．１重量パーセント以下であり、第２の絶縁層５における主成分の含有量は、９３重量パーセント以上、９９．５重量パーセント以下であり、第２の絶縁層５における副成分の含有量は、０．５重量パーセント以上、２．０重量パーセント以下である構成を有する。この構成を有することによりセラミック基板１は、内層に熱伝導率が高く、外層に絶縁特性の高い層構成を有することができ、優れた熱伝導特性を実現できる。
【００２７】
また、本実施の形態のセラミック基板１は、絶縁層３と、絶縁層３の少なくとも一方の面に形成された導体層２とを備え、絶縁層３は、厚み方向の内層側に積層された第１の絶縁層４と、厚み方向の外層側に積層された第２の絶縁層５とを有し、第１の絶縁層４は、主成分として酸化亜鉛を含有し、第２の絶縁層５は、主要な成分として酸化亜鉛よりも体積抵抗率の高い絶縁化合物を含有した構成を有する。この構成を有することによりセラミック基板１は、内層に熱伝導率が高く、外層に絶縁特性の高い層構成を有することができ、優れた熱伝導特性を実現できる。
【００２８】
また、本実施の形態のセラミック基板１において第２の絶縁層５は、主要な成分としてアルミニウム酸化物と亜鉛酸化物を含む構成を有する。この構成を有することにより、セラミック基板１は優れた絶縁特性を確保できるとともに、優れた熱伝導特性を実現できる。
【００２９】
また、本実施の形態のセラミック基板１において第２の絶縁層５は、アルミニウム酸化物と亜鉛酸化物を合計で、９５重量パーセント以上、１００重量パーセント以下含有し、第２の絶縁層におけるアルミニウム元素と亜鉛元素の比Ｒを、Ｒ＝（アルミニウム元素の個数）／（亜鉛元素の個数）としたとき、Ｒは３／７以上、６／４以下である構成を有する。この構成を有することにより、セラミック基板１は優れた絶縁特性を確保できるとともに、優れた熱伝導特性を実現できる。
【００３０】
また、本実施の形態のセラミック基板１において、第１の絶縁層４と第２の絶縁層５は同時焼成された構成を有する。このように第１の絶縁層４と第２の絶縁層５が同時焼成されて一体となっていることにより、第１の絶縁層４と第２の絶縁層５の間の熱抵抗を低下させることができ、厚み方向の熱伝導特性の優れたセラミック基板１を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本明細書のセラミック基板は、各種電気機器において半導体素子などのデバイス素子や電子部品を搭載する基板として有用である。
【符号の説明】
【００３２】
１  セラミック基板
２  導体層
３  絶縁層
４  第１の絶縁層
５  第２の絶縁層
【図１】
2016096258.tif 000004
【図２】
2016096258.tif 000005
【図３】
2016096258.tif 000006