(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼成後に切断あるいは溝加工される電子部品用セラミック基板であって、ＭｇＯ：ＳｉＯ２の重量比率が１：１．２であるＭｇＯ−ＳｉＯ２の主成分にＡｌ２Ｏ３３〜１０重量％、ＢａＯ３〜１０重量％を含有するとともにビッカース硬度が３．９〜８．８ＧＰａであることを特徴とする電子部品用セラミック基板。
【請求項２】
０〜８００℃における線膨張係数が１０×１０−６〜１１×１０−６／℃であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品用セラミック基板。
【請求項３】
結晶粒径が１５μｍ以下、平均気孔径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品用セラミック基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、抵抗用基板及び抵抗、コンデンサー、インダクター等の複合素子用基板等の電子部品用セラミック基板を製造するに際し、回路印刷すると共に分割したり切断加工して使用する電子部品用セラミック基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンや携帯電話等の小型軽量化に伴い、電子部品の高密度化、微細化、多層化が要求されてきた。従って、電子部品に於いては実装面積が減らせる、低背化が図れる、軽量化が図れるなどの理由で、小型化が要求されている。
【０００３】
そこで小型の電子部品を大量に生産する方法として、セラミックの泥しょうを作製し、ドクターブレード法等のキャスティング法や粉末圧延法、押し出し法等でセラミックグリーンシートを成型し、このグリーンシートに金型を押し当てて求める電子部品サイズに分割出来る様な分割溝を施すと共に外辺を打ち抜き、その後焼成する事により図２に示すような分割溝２を有するセラミック基板１を得ていた。そして、スクリーン印刷等を用いて分割溝の間に所定の電気回路を印刷し焼き付けた後、分割溝２より物理的に力をかけ破断し、破断後の分割された基板を電子部品用のセラミック基板として活用していた。
【０００４】
上記のようなセラミック基板１を構成する材料としては、従来から、主としてアルミナセラミックスが使用されている。このアルミナを構成材料としたセラミック基板１は、硬度、強度共に高く、更に熱膨張係数が低い為に、ＡｇペーストやＣｕ系のペーストを用いたスクリーン印刷等による回路印刷後の焼き付け工程においても、その材料特性上熱衝撃に強く割れやクラック等に対しても問題無く使用することができた。
【０００５】
しかしながら、アルミナを用いた分割溝を有するセラミック基板１は、分割溝２より破断を行うと、分割された小基板の破断面が、結晶粒径や破断方法の違いにより形状が凸凹になり安定せず、誘電率や誘電正接等の体積に依存する電気特性が安定しない等の現象があった。
【０００６】
この問題を解消する方法として、グリーンシートから外辺だけを打ち抜き、焼成して回路印刷を行った後、形状安定のためにスライサーで切断する製造方法が、特開昭６３−２２６０９２号、特開平２−５９３０２号、特開平３−６４０８９号公報等で提案されていた。また、特開２０００−３４０９００号公報では、切断し易いビッカース硬度のセラミック基板を形成し、体積に依存する電気特性の安定化を達成すると共に切断効率向上や搭載時の不具合解消ができることを提案している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開昭６３−２６０９２号、特開平２−５９３０２号、特開平３−６４０８９号公報で提案されている製造方法では、アルミナセラミックス自体の硬度が高いために、スライサー等による加工に長時間を要してしまうため非常に問題となっていた。
【０００８】
また、特開２０００−３４０９００号公報に示す方法では、硬度の低いフォルステライト等の材料を選択して、加工速度を上げられる材料を選択している。
【０００９】
これらの材料は熱膨張係数が１２×１０-6／℃と大きい為、回路印刷後の焼き付け工程に於いて回路を形成するガラス等との熱膨張差や熱衝撃によりクラックや割れが発生し歩留まりが著しく低下するという問題点が発生していた。
【００１０】
本発明の目的は、小さい電子部品を寸法精度良く大量に得られるセラミック基板１を提供することであり、具体的には予め分割溝を形成することなく、抵抗や回路印刷が出来、焼き付け工程に於いて熱衝撃や熱膨張差でクラックや割れが発生することなく焼き付け可能で、その後印刷部にあわせて切断及び溝加工の簡単に出来るセラミック基板を提供する事であり、更に得られた小型電子部品として突起等の問題がなく、誘電率、誘電正接等の電気特性が安定で、信頼性の高いセラミック基板を提供する事を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では上記問題に鑑み、焼成後に切断あるいは溝加工される電子部品用セラミック基板であって、ＭｇＯ：ＳｉＯ２の重量比率が１：１．２であるＭｇＯ−ＳｉＯ２の主成分にＡｌ２Ｏ３３〜１０重量％、ＢａＯ３〜１０重量％を含有するとともにビッカース硬度が３．９〜８．８ＧＰａであることを特徴とする。
【００１２】
また上記セラミック基板の０〜８００℃における線膨張係数が１０×１０−６〜１１×１０−６／℃であることを特徴とする。
【００１３】
更に、結晶粒径が１５μｍ以下、平均気孔径が１０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１にセラミック基板１を示す。このセラミック基板１は、ＭｇＯ−ＳｉＯ2を主成分とし、Ａｌ2Ｏ3を３〜１０重量％、ＢａＯを３〜１０重量％含有し、ビッカース硬度が３．９〜８．８ＧＰａであり、０〜８００℃における線膨張係数が１０×１０-6〜１１×１０-6／℃であり、これに目的にあった回路を、同時に複数個印刷し焼き付けた後、個々の回路毎に切断して電子部品を得る。このとき、詳細を後述するように、本発明のセラミック基板１は容易に切断できることから分割溝を備える必要はない。
【００１６】
このセラミック基板１は以下のような製造方法によって形成される。
【００１７】
ＭｇＯとＳｉＯ2を所定の重量比として、その助剤成分として、Ａｌ2Ｏ3を３〜１０重量％、ＢａＯを３〜１０重量％添加して、ボールミルにて混合後、ドクターブレード法、粉末圧延法、押し出し成形法、プレス成形法等の各種成形方法において、グリーンシートを成形する。その後、得られたグリーンシートを所定形状に打ち抜き、連続焼成炉で１２００〜１４００℃の温度で焼成することにより、セラミック基板１を得る。また、位置合わせ用のノッチやスルーホール等が敷設されても何等差し支えない。
【００１８】
本発明の組成であれば粉末プレス等で棒状に加工後、スライスしてセラミック基板として用いても何等差し支えない。また、研磨などの加工を加えて表面状態及び厚みを変更しても何等差し支えない。
【００１９】
ここで、Ａｌ2Ｏ3の添加量を３〜１０重量％としたのは、ＭｇＯ−ＳｉＯ2は従来のアルミナセラミックスの硬度(１３〜１５ＧＰａ)と比較して、８ＧＰａ程度と硬度が低く加工し易いものの、熱膨張係数が高く、後の回路印刷後の焼き付け工程において、回路を形成するガラス等との熱膨張差によりクラックや割れを生じてしまうため、Ａｌ2Ｏ3を助剤として添加し、熱膨張係数を０〜８００℃において、従来の１２〜１３×１０-6から、１０〜１１×１０-6まで低下させ、クラックや割れの発生を防止するためである。
【００２０】
また、ＢａＯの添加量を３〜１０重量％としたのは、上記のようにＭｇＯ−ＳｉＯ2にＡｌ2Ｏ3を添加すると、焼成温度が高温化し焼成コストがかかるため、ＢａＯ添加により焼成温度を低温化させるためである。ＢａＯは添加すると、低融点化合物のＢａＯ・２ＳｉＯ2等、Ｂａを含んだ化合物を生成し焼成温度を下げる効果がある。なお、上記ＢａＯ・２ＳｉＯ2等、Ｂａを含む化合物は、ＭｇＯ−ＳｉＯ2と同等の電気特性（誘電率、誘電正接）を示すため、ＢａＯ添加により、セラミック基板１自体の電気特性が低下することはない。
【００２１】
更には、Ａｌ2Ｏ3を添加すると、焼成温度の高温化に伴って、１３５０〜１４５０℃の温度域にてサフィリン（４ＭｇＯ・５Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）が生成され、サフィリンがセラミック基板１に生成すると、外観上異物として見られるばかりか、誘電正接の値が大きくなり、電子部品用基板として用いた場合に、回路内の電流の流れを妨げるため、基板の電気応答性が悪くなってしまう。そこで、ＢａＯを添加し、サフィリンの生成が抑制されるように、前述した焼成温度まで低下させる。
【００２２】
なお、上記組成のより好適範囲は、Ａｌ2Ｏ3添加量５〜８重量％、ＢａＯ添加量５〜８重量％であり、この範囲であればセラミック基板の電気特性を保持でき、従来のアルミナ基板より熱膨張係数を低く抑えることができる。
【００２３】
また、本発明のセラミック基板１は、Ｍｇ2ＳｉＯ4を主結晶相とし、その他にＭｇＡｌ2Ｏ4、ＢａＡｌ2ＳｉＯ8、ＢａＳｉ2Ｏ5等、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂａを含む様々な形の化合物が微細な結晶相として含まれており、それらが存在していても電子部品用基板としての特性は低下することがなく、問題ない。
【００２４】
また、本発明のセラミック基板１にＦｅ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏ、ＺｒＯ2等の不可避不純物が微量成分として１重量％以下程度混入していても、電子部品用基板として用いるのに何等差し支えない。
【００２５】
また、本発明のセラミック基板は結晶粒径が最大１５μｍ以下、平均気孔径が１０μｍ以下とすることが好ましい。これは、平滑な表面が得られるため、抵抗や回路印刷が可能で、小さい電子部品を寸法精度良く大量に得ることができるためである。
【００２６】
以上のような製造方法にて作製したセラミック基板１を、電子部品用のセラミック基板として用いれば、硬度が低いことから、従来のアルミナセラミック基板のように予め分割溝２を形成することなく切断できる。
【００２７】
また、印刷後の焼き付け工程に於いて熱衝撃や熱膨張差でクラックや割れが発生することなく焼き付け可能であり、その後印刷部にあわせて切断及び溝加工の簡単に出来るセラミック基板を提供する事ができる。
【００２８】
また、これを電子部品として用いた場合においても、ＪＩＳ Ｒ １６２７に基づいた円柱共振器法により測定した誘電率、誘電正接等の電気特性が、分割溝破断後に破断面に凹凸がないために、従来のアルミナ基板を用いた場合よりも安定しており、回路設計の自由度が高くなると共に信頼性が高くなり、問題なく使用することができた。
【００２９】
【実施例】
実施例１
ＭｇＯ：ＳｉＯ２の重量比率を１：１．２、ＢａＯ量を３％と固定してＡｌ２Ｏ３を添加し、溶剤と分散剤、結合剤を添加、ボールミルにて混合後ドクターブレード法にてグリーンシートを成形した。得られたグリーンシートを所定形状に打ち抜き、小型焼成炉で温度を変更して焼成しセラミック基板１を得た。吸水率が０になった温度で焼成したセラミック基板１を１０ｍｍ×５ｍｍ巾に切り出した後、セイコー電子工業製ＳＳＣ−５０００を用いてＪＩＳ  Ｒ  １６１８に準拠して平均線膨張率を測定した。
【００３０】
また、セラミック基板１を６５ｍｍ×７０ｍｍに加工後、回路印刷を行い、焼き付け用焼成炉に投入し焼き付けした後、クラック発生の有無を有色の浸透液に含浸、乾燥した後、光学顕微鏡にて確認した。
【００３１】
更に、セラミック基板１を３０ｍｍ×３０ｍｍに切り出し表面に鏡面加工を施した後、明石製作所製硬度計ＭＶＫ−Ｅを用いてＪＩＳ Ｒ １６１０−１９９１に準拠してビッカース硬度を測定した。
【００３２】
また、表面にダイヤモンド砥粒（粒径１μｍ）を敷設した回転円盤を用い、回転数２０００ｒｐｍで所定形状にスライスし、切断面とエッジの欠けを確認した。
【００３３】
以上の結果を表１に示すようにＮｏ．１と２は室温〜８００℃までの回路焼き付けの焼成温度に近い温度域での線膨張係数が大きい為回路焼き付けの焼成時に割れやクラックが発生した。また、Ｎｏ．７ではビッカース硬度が９．２ＧＰａと高いために焼き付け焼成時の割れやクラックは発生しないがスライス加工時に多くの欠けが発生した。
【００３４】
これらに対し、Ａｌ2Ｏ3が３〜１０重量％であるＮｏ．３〜６は室温〜８００℃までの熱膨張係数が１０〜１１×１０-6となりペーストとの熱膨張差が小さくなるために割れやクラックが発生することなく回路焼き付けが出来ると共にビッカース硬度が８．８ＧＰａ以下となるため、スライスによる欠けが発生せず良好な電子部品を得ることが出来た。
【００３５】
【表１】
0003771802.tif 000002
【００３６】
実施例２
次に、Ａｌ2Ｏ3の添加量を７重量％に固定してＢａＯの添加量を変更して調合を行い、Ｘ線回折を用いてサフィリンの生成を確認した。あわせて硬度の低下が進むため実施例１と同様の方法にて切断時の欠けを確認した。
【００３７】
以上の結果を表２に示す。Ｎｏ．８と９はＢａＯの添加量が少なく焼成温度の低下が図れずサフィリンの発生が認められた。Ｎｏ．１４はスライス加工後カケの発生が認められた。
【００３８】
これに対し、ＢａＯを３〜１０重量％としたＮｏ．１０〜１３はサフィリンの生成が認められず、更にスライス加工性も良好で欠けも発生せず良好な電子部品を得ることが出来た。
【００３９】
【表２】
0003771802.tif 000003
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、焼成後に切断あるいは溝加工される電子部品用セラミック基板であって、ＭｇＯ：ＳｉＯ２の重量比率が１：１．２であるＭｇＯ−ＳｉＯ２の主成分にＡｌ２Ｏ３３〜１０重量％、ＢａＯ３〜１０重量％を含有させ、基板のビッカース硬度を３．９〜８．８ＧＰａに、また０〜８００℃における線膨張係数を１０×１０−６〜１１×１０−６／℃、さらに結晶粒径を１５μｍ以下、平均気孔径を１０μｍ以下としたことによって、電子部品が小サイズになってもセラミック基板を切断する事により容易に精度良く電子部品を得ることが出来ると共に、電気特性を維持して歩留まりよく電子部品を製造する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック基板を示す斜視図である。
【図２】従来の分割溝を有するセラミック基板を示す斜視図である。
【符号の説明】
１・・セラミック基板
２・・分割溝
【図１】
0003771802.tif 000004
【図２】
0003771802.tif 000005