JPH04357176A - セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種電子機器の電子回路
用基板等に使用されるアルミナ基板等のセラミック基板
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エレクトロニクス機器の小型化，
高性能化に伴い、電子回路用基板として信頼性の高いア
ルミナ基板等のセラミック基板の需要が著しく増加して
いる。

【０００３】以下に、従来のセラミック基板の焼成方法
について説明する。図２に示すように、セラミック基板
を大量に焼成する場合、基板相互の融着を防止するため
、セラミック粉末をシート状に成形した成形体１の相互
間に、敷粉４を散布して、成形体１を焼成台２の上に積
み重ねて焼成する。この方法では、敷粉４が成形体１の
表面に食い込み、焼成後の基板に、うねりやピンホール
等が発生し易い上、焼成収縮により最下段の成形体１ａ
と焼成台２とが擦れ、最下段の成形体１ａの焼成後の基
板に、放射状の擦り傷が生じ易いという欠点があった。

【０００４】この欠点を解決するため、紙やプラスチッ
クシートの内部にＡｌ２Ｏ３やＺｒＯ２粉体を分散させ
た敷粉を含有したシート又はブラスチックシート等の表
面にＳｉＣやＡｌＮ粉体とカーボン粉体をコーティング
したシートを使用してセラミック基板を焼成する方法が
ある（例えば、特公昭６０−８９９１号公報又は特公昭
６２−１９３８２５号公報参照）。

【０００５】図３に示すように、前述の敷粉を含有した
シート５又はコーティングしたシート５を成形体１の相
互間に配置して成形体１とシート５を交互に焼成台２の
上に積み重ねて焼成する方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、焼成時にシート全体が大幅に収縮して
、周縁部においてセラミック基板同志が融着するという
問題点、また、これらのシートは紙やプラスチックが主
成分のため、焼成の際燃えてしまい、一回の焼成にしか
使用できず、シート１枚のコストが、そのまま焼成した
基板１枚のコストに上乗せされ、コスト高になるという
問題点、さらには焼成後、基板の表面に付着したセラミ
ック粉体を取り除く必要があるという問題点を有してい
た。

【０００７】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、ピンホールやうねりが少なく、最下段の基板に放
射状の擦り傷や基板相互の融着が生じないセラミック基
板の製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のセラミック基板の製造方法は、純度が９９％
以上で平均粒径が１０〜６０μｍのアルミナ粉末又は部
分安定化ジルコニア粉末をシート状に成形し、１０００
〜１８００℃の温度で焼結したアルミナ基板又はジルコ
ニア基板と、所定のセラミック材料をシート状に成形し
た成形体とを、交互に積み重ねて焼成する製造方法であ
る。

【０００９】

【作用】この製造方法によって、成形体同志がほとんど
収縮しない基板によって隔てられて接触しないので融着
しないこととなる。また敷粉を使用しないので、基板表
面のピンホールやうねりを少なく、かつ擦り傷を生じな
くすることとなる。

【００１０】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

【００１１】（実施例１）純度が９５．３〜９９．６％
で平均粒径が２〜８０μｍの範囲内の、種々の純度及び
粒径のアルミナ粉末で種々の基板３を作製した。各純度
のアルミナ粉末１０００ｇに、ｎ−ブタノールとメタノ
ールの１：１混合液を３００〜５００ｇ加え、ジブチル
フタレート５０ｇとポリビニルブチラール樹脂７０ｇを
添加し、アルミナボールミル（容量３ｌ）中で、４８時
間の混合を行った。このようにして得られたスラリーを
それぞれ、１８８μｍ厚のポリエステルフィルム上にテ
ープキャスティング法によって塗布し、０．４５ｍｍの
厚みのシートを作製して４０×４０ｍｍの形状に切断後
、大気中で９００〜１８５０℃の種々の温度で焼結し、
種々の基板３とした。

【００１２】純度が９９．２％で平均粒径が３．２μｍ
のアルミナ粉末９６０ｇに、平均粒径が２．９μｍの酸
化マグネシウム粉末１５ｇと、平均粒径が１．２μｍの
酸化珪素粉末１５ｇと、平均粒径が４．５μｍ炭酸カル
シウム粉末１０ｇを添加した混合粉末を上記とまったく
同様の方法で０．４５ｍｍの厚みのシートを作製して４
０×４０ｍｍの形状に切断した成形体１とした。

【００１３】図１に示すように、基板３と、成形体１を
６枚づつ、交互に積み重ねて焼成台２の上にさや詰めし
、大気中で１６００℃の温度で焼成してアルミナ材のセ
ラミック基板とした。

【００１４】図４に、基板３のアルミナ粉末の純度と、
アルミナ材のセラミック基板の反りの関係を示す。図４
から明らかなように、アルミナ粉末の純度が９９％以上
では、反りは１５μｍ以下であるが、純度が９９％未満
では、３６〜１００μｍと大きな反りを生じ、高精度の
厚膜印刷用基板としては、使用できない。従って、アル
ミナ粉末の純度は９９％以上が適当であることがわかる
。

【００１５】図５に、基板３のアルミナ粉末の平均粒径
と、基板３の抗折強度の関係を示す。抗折強度が１００
０ｋｇ／ｍｍ２未満では、基板３を取り扱う際に、基板
強度が弱すぎ、割れが多発する。従って、抗折強度は、
少なくとも１０００ｋｇ／ｍｍ２以上が必要といえる。 図５から明らかなように、抗折強度を１０００ｋｇ／ｍ
ｍ２以上とするためには、アルミナ粉末の平均粒径が６
０μｍ以下でなければならないことがわかる。

【００１６】図６に、基板３のアルミナ粉末の平均粒径
と、アルミナ材のセラミック基板の反りの関係を示す。 図６から明らかなように、アルミナ粉末の平均粒径が１
０μｍ以上では、アルミナ材のセラミック基板は１８μ
ｍ以下の小さな反りであるが、平均粒径が１０μｍ未満
の場合は、４４〜１０７μｍと大きな反りを生じ、高精
度の厚膜印刷用基板としては、アルミナ粉末の平均粒径
は１０μｍ以上が適当であることがわかる。

【００１７】図７に、基板３の焼結温度と、基板３の抗
折強度の関係を示す。抗折強度を１０００ｋｇ／ｍｍ２
以上とするためには、焼結温度は１０００℃以上でなけ
ればならないことがわかる。

【００１８】図８に、基板３の焼結温度と、基板３の反
りの関係を示す。高精度の厚膜印刷用基板としては、焼
結温度は１８００℃以下でなければならないことがわか
る。

【００１９】純度が９９．４％で平均粒径が４０μｍの
アルミナ粉末をシート状に成形し、１７００℃の温度で
焼結した基板３を用いて、前記の成形体１を大気中で１
６００℃の温度で焼成したアルミナ材のセラミック基板
の諸特性を（表１）に示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】（表１）から明らかなように、ピンホール
や基板同志の融着や放射状の傷はまったく発生しない。 また、吸水率の値から、セラミック基板は十分焼結され
ており、基板の表面状態に関しても、表面粗度が１．０
μｍで反りが１５μｍ／５０ｍｍと、良好な結果が得ら
れた。

【００２２】なお、純度が９９％以上で平均粒径が１０
〜６０μｍのアルミナ粉末をシート状に成形し、１００
０〜１８００℃の範囲内の温度で焼結した基板３の場合
も（表１）と同様の結果が得られた。

【００２３】（実施例２）純度が９９．４％で平均粒径
が４０μｍのアルミナ粉末をシート状に成形し、１７０
０℃の温度で焼結して（実施例１）とまったく同様の方
法で基板３を得た。

【００２４】次に、（実施例１）とまったく同様の方法
でアルミナ材の成形体１を得た。図１に示すように、上
記の基板３と、成形体１を６枚づつ、交互に積み重ねて
焼成台２の上にさや詰めし、（実施例１）とまったく同
様の方法に１６００℃の温度で焼成した。成形体１につ
いては、焼成毎に新しいものと交換し、基板３について
は同じものを繰り返し使用して、焼成を２０回行った。

【００２５】図９に、基板３の吸水率と、成形体１の焼
成後のアルミナ材のセラミック基板の反りの関係を示す
。

【００２６】図９から明らかなように、基板３の吸水率
が５％以上ではセラミック基板の反りは２０μｍ以下と
良好な値を示すが、５％未満では、焼成回数が増えるに
従って、反りが大きくなっている。

【００２７】従って、基板３を繰り返し使用する場合、
基板３の吸水率は５％以上でなければならないことがわ
かる。

【００２８】図１０に、基板３の吸水率と、基板３の破
損率の関係を示す。ここで、破損率とは、その回の焼成
に使用した基板３の総枚数に対する、その回の焼成で破
損した基板３の枚数を、百分率で表したものである。

【００２９】図１０から明らかなように、基板３の吸水
率が５０％以下では、破損率は１０％以下と低いが、吸
水率が５０％を越えると、焼成回数が増えるに従って、
破損率が高くなってくる。従って基板３を繰り返し使用
する場合、基板３の吸水率は５０％以下でなければなら
ないことがわかる。

【００３０】（実施例３）純度が９９．１％で平均粒径
が２．５μｍの酸化チタン粉末４５０ｇに、純度が９９
．５％で平均粒径が１．５μｍの炭酸バリウム粉末２０
０ｇと、平均粒径が１．１μｍの炭酸ネオジウム粉末３
５０ｇと、平均粒径が２．８μｍの炭酸ストロンチウム
粉末２５ｇと、平均粒径が２．１μｍの酸化ジルコニウ
ム粉末１５ｇと、平均粒径が１．０μｍの酸化珪素粉末
５ｇを添加した混合粉末を（実施例１）とまったく同様
の方法で誘電体材の成形体１を得た。

【００３１】図１に示すように、（実施例１）と同じ種
々の基板３と、成形体１を６枚ずつ、交互に積み重ねて
焼成台２の上にさや詰めし、大気中で１３００℃の温度
で焼成して誘電体材のセラミック基板とした。

【００３２】純度が９９．４％で平均粒径が４０μｍの
アルミナ粉末をシート状に成形し、１７００℃の温度で
焼結した基板３を用いて、前記の成形体１を大気中で１
３００℃焼成した誘電体材のセラミック基板の諸特性を
（表２）に示した。

【００３３】

【表２】

【００３４】（表２）から明らかなように、ピンボール
や基板同志の融着や放射状の傷はまったく発生しない。 また、吸水率の値から、セラミック基板は十分焼結され
ており、基板の表面状態に関しても、表面粗度が１．６
μｍで反りが１７μｍ／５０ｍｍと、良好な結果が得ら
れた。

【００３５】（実施例４）純度が９９．８％で平均粒径
が１．５μｍの酸化鉄粉末６５０ｇに、純度が９９．１
％で平均粒径が２．５μｍの炭酸マンガン粉末２６０ｇ
と、純度が９９．３％平均粒径が１．９μｍの酸化亜鉛
粉末９０ｇと、平均粒径が１．９μｍの酸化珪素粉末１
ｇを添加した混合粉末をステンレスボールミル（容量３
ｌ）を用いて、（実施例１）とまったく同様の方法で磁
性体材の成形体１を得た。

【００３６】図１に示すように、（実施例１）と同じ種
々の基板３と、成形体１を６枚ずつ、交互に積み重ねて
焼成台２の上にさや詰めし、大気中で１３００℃の温度
で焼成して磁性体材のセラミック基板とした。

【００３７】純度が９９．４％で平均粒径４０μｍのア
ルミナ粉末をシート状に成形し、１７００℃の温度で焼
結した基板３を用いて、前記の成形体１を大気中で１３
００℃で焼成した磁性体材のセラミック基板の諸特性を
（表３）に示した。

【００３８】

【表３】

【００３９】（表３）から明らかなように、ピンホール
や基板同志の融着や放射状の傷は、まったく発生しない
。また、吸水率の値から、セラミック基板は十分焼結さ
れており、基板の表面状態に関しても、表面粗度が１．
１μｍで反りが１４μｍ／５０ｍｍと、良好な結果が得
られた。

【００４０】なお、純度が９９％以上で平均粒径が１０
〜６０μｍのアルミナ粉末をシート状に成形し、１００
０〜１８００℃の範囲内の温度で焼結した基板３の場合
も、（表３）とまったく同様の結果が得られた。

【００４１】また、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｆｅの系磁性体の材料
粉末を用いて、磁性体材の成形体１を作製した場合も、
（表３）と同様の結果が得られた。

【００４２】（実施例５）純度が９９．４％で平均粒系
が４０μｍのアルミナ粉末をシート状に成形し、１７０
０℃の温度で焼結して（実施例１）とまったく同様の方
法で基板３を得た。

【００４３】次に、純度が９５．６〜９９．９％で平均
粒系が０．２〜３．２μｍの範囲内の、種々の純度及び
粒径のアルミナ粉末を（実施例１）とまったく同様の方
法でアルミナ材の成形体１とした。

【００４４】図１に示すように、基板３と、成形体１を
６枚ずつ交互に積み重ねて焼成台２の上にさや詰めし、
大気中で１６００℃の温度で焼成してアルミナ材のセラ
ミック基板とした。

【００４５】図１１に、アルミナ材の成形体１のアルミ
ナの純度とアルミナ材のセラミック基板の表面粗度の関
係を示す。

【００４６】一般的に、基板上に薄膜を形成し、その薄
膜にピンホール等の欠陥を生じさせないためには、基板
の表面粗度が、薄膜の厚みの２分の１以下でなければな
らない。また、薄膜とは一般的に１μｍ以下の厚みの膜
を指す。

【００４７】従って、薄膜の基板としては、０．５μｍ
以下、信頼性を考慮して０．４μｍ以下の表面粗度が必
要である。

【００４８】図１１から明らかなように、薄膜用の基板
として、０．４μｍ以下の表面粗度を実現するためには
、アルミナ粉末の純度が９９％以上が必要であることが
わかる。

【００４９】図１２に、成形体１のアルミナの平均粒径
とアルミナ材のセラミック基板の表面粗度の関係を示す
。

【００５０】図１１で述べた同様の理由でアルミナ粉末
の平均粒径は１μｍ以下でなければならないことがわか
る。

【００５１】純度が９９．９％で平均粒径が０．４μｍ
のアルミナ粉末の場合の、アルミナ材のセラミック基板
の諸特性を（表４）に示した。

【００５２】

【表４】

【００５３】（表４）から明らかなように、ピンホール
や基板同志の融着や放射状の傷は、まったく発生しない
。また、吸水率の値から、セラミック基板は十分焼結さ
れており、特に基板の表面状態に関しては、表面粗度が
０．１８μｍで反りが９μｍ／５０ｍｍと、非常に良好
な結果が得られた。

【００５４】（実施例６）純度が９５．６〜９９．８％
で平均粒径が３〜７５μｍの範囲内の、種々の純度及び
粒径の部分安定化ジルコニア粉末をシート状に成形し、
１７００℃の温度で焼結して（実施例１）と同様の方法
で種々の基板３を得た。

【００５５】次に、純度が９９．１％で平均粒径が２．
５μｍの酸化チタン粉末６００ｇに、純度が９９．５％
で平均粒径が１．５μｍの炭酸バリウム粉末４００ｇと
、平均粒径が１．５μｍの炭酸カルシウム粉末３５ｇと
、平均粒径が１．９μｍの酸化マグネシウム粉末１５ｇ
と、平均粒径が１．０μｍの酸化珪素粉末５ｇ添加した
混合粉末を（実施例１）とまったく同様の方法で誘電体
材の成形体１を得た。

【００５６】図１に示すように種々の基板３と、成形体
１を６枚ずつ交互に積み重ねて焼成台２の上にさや詰め
し、大気中で１３００℃の温度で焼成して誘電体材のセ
ラミック基板とした。

【００５７】図１３に、基板３の部分安定化ジルコニア
粉末の純度と誘電体材のセラミック基板の反りの関係を
示す。図１３から明らかなように、ジルコニア粉末の純
度が９９℃以上では、反りは２０μｍ以下であるが、純
度が９９％未満では、８０〜１１８μｍと大きな反りを
生じ、高精度の厚膜印刷用基板としては、使用できない
。従って、ジルコニア粉末の純度は９９℃以上が適当で
あることがわかる。

【００５８】図１４に、基板３の部分安定化ブルコニア
粉末の平均粒径と、基板３の抗折強度の関係を示す。抗
折強度が１０００ｋｇ／ｍｍ２未満では、基板３を取り
扱う際に、基板強度が弱すぎ、割れが多発する。従って
、抗折強度は、少なくとも１０００ｋｇ／ｍｍ２以上が
必要といえる。図１４から明らかなように、抗折強度を
１０００ｋｇ／ｍｍ２以上とするためには、ジルコニア
粉末の平均粒径が６０μｍ以下でなければならないこと
がわかる。

【００５９】図１５に、基板３の部分安定化ジルコニア
粉末の平均粒径と、誘電体材のセラミック基板の反りの
関係を示す。図１５から明らかなように、平均粒径が１
０μｍ以上では、セラミック基板１６μｍ以下の良好な
反りを示す。しかしながら、平均粒径が１０μｍ未満の
場合は、６１〜１２３μｍと大きな反りとなり、図１４
で述べた同様の理由で、ジルコニア粉末の平均粒径は１
０μｍ以上が適当であることがわかる。

【００６０】図１６に、基板３の焼結温度と、基板３の
抵抗折強度の関係を示す。抗折強度を１０００ｋｇ／ｍ
ｍ２以上とするためには焼結温度は１０００℃以上でな
ければならないことがわかる。

【００６１】図１７に、基板３の焼結温度と、基板３の
反りとの関係を示す。高精度の厚膜印刷用基板としては
、焼結温度は１８００℃以下でなければならないことが
わかる。

【００６２】純度が９９．１％で平均粒径が２５μｍの
部分安定化ジルコニア粉末をシート状に成形し、１７０
０℃の温度で焼結した基板３を用いて、前記の成形体１
を大気中で１３００℃で焼成した誘電体材のセラミック
基板の諸特性を（表５）に示した。

【００６３】

【表５】

【００６４】（表５）から明らかなように、ピンホール
や基板同志の融着や放射状の傷は、まったく発生しない
。また、吸水率の値から、セラミック基板は十分焼結さ
れており、基板の表面状態に関しても、表面粗度が１．
２μｍで反りが１２μｍ／５０ｍｍと、良好な結果が得
られた。

【００６５】なお、純度が９９％以上で平均粒径が１０
〜６０μｍの部分安定化ジルコニア粉末をシート状に成
形し、１０００〜１８００℃の範囲内の温度で焼結した
他の基板３の場合も、（表５）と同様の結果が得られた
。

【００６６】

【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に、本発明は、純度が９９％以上で平均粒径が１０〜６
０μｍのアルミナ粉末又は部分安定化ジルコニア粉末を
シート状に成形し、１０００〜１８００℃の温度で焼結
したアルミナ基板又はジルコニア基板と所定のセラミッ
ク材料をシート状に成形した成形体とを、交互に積み重
ねて焼成する製造方法により、所定の材料のセラミック
基板同志が融着せず、基板の表面にピンホールが生じず
、基板に放射状の傷が生じず、安価に製造することがで
きる優れたセラミック基板の製造方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のセラミック基板の製造
方法のさや詰状態を示す正面断面略図

【図２】従来のセラミック基板の製造方法のさや詰状態
を示す正面断面略図

【図３】従来のセラミック基板の製造方法の別のさや詰
状態を示す正面断面略図

【図４】本発明の第１の実施例のアルミナ基板に用いる
アルミナ粉末の純度とアルミナ材のセラミック基板の反
りの関係を示すグラフ

【図５】第１の実施例のアルミナ基板に用いるアルミナ
粉末の平均粒径とアルミナ基板の抗折強度の関係を示す
グラフ

【図６】同アルミナ基板に用いるアルミナ粉末の平均粒
径とアルミナ材のセラミック基板の反りの関係を示すグ
ラフ

【図７】同アルミナ基板の焼結温度とアルミナ基板の抗
折強度の関係を示すグラフ

【図８】同アルミナ基板の焼結温度とアルミナ基板の反
りの関係を示すグラフ

【図９】本発明の第２の実施例のアルミナ基板の吸水率
とアルミナ材のセラミック基板の反りの関係を示すグラ
フ

【図１０】同アルミナ基板の吸水率とアルミナ基板の焼
成時の破損率の関係を示すグラフ

【図１１】本発明の第５の実施例のアルミナ材のセラミ
ック基板に用いるアルミナ粉末の純度とアルミナ材のセ
ラミック基板の表面粗度の関係を示すグラフ

【図１２】
同アルミナ材のセラミック基板に用いるアルミナ粉末の
平均粒径とアルミナ材のセラミック基板の表面粗度の関
係を示すグラフ

【図１３】本発明の第６の実施例のジルコニア基板に用
いる部分安定化ジルコニア粉末の純度と誘電体材のセラ
ミック基板の反りの関係を示すグラフ

【図１４】同ジルコニア基板に用いるジルコニア粉末の
平均粒径とジルコニア基板の抗折強度の関係を示すグラ
フ

【図１５】同ジルコニア基板に用いるジルコニア粉末の
平均粒径と誘電体材のセラミック基板の反りの関係を示
すグラフ

【図１６】同ジルコニア基板の焼結温度とジルコニア基
板の抗折強度の関係を示すグラフ

【図１７】同ジルコニア基板の焼結温度とジルコニア基
板の反りの関係を示すグラフ

【符号の説明】

１　　成形体 ３　　基板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】純度が９９％以上で平均粒径が１０〜６０
   μｍのアルミナ粉末をシート状に成形し１０００〜１８
   ００℃の温度で焼結させた吸水率が５〜５０％のアルミ
   ナ基板と、前記アルミナ基板の面積以下の面積のシート
   状としたアルミナ材料の成形体とを交互に積み重ねて焼
   結するアルミナ材のセラミック基板の製造方法。
2. 【請求項２】アルミナ材料の成形体に代えて、誘電体材
   料の成形体とした請求項１記載の誘電体材のセラミック
   基板の製造方法。
3. 【請求項３】アルミナ材料の成形体に代えて、磁性体材
   料の成形体とした請求項１記載の磁性体材のセラミック
   基板の製造方法。
4. 【請求項４】アルミナ材料の成形体に代えて、純度が９
   ９％以上で平均粒径が１μｍ以下のアルミナ粉末のシー
   ト状の成形体とした請求項１記載の薄膜用のアルミナ材
   のセラミック基板の製造方法。
5. 【請求項５】純度が９９％以上で平均粒径が１０〜６０
   μｍの部分安定化ジルコニア粉末をシート状に成形し１
   ０００〜１８００℃の温度で焼結させた吸水率が５〜５
   ０％のジルコニア基板と前記ジルコニア基板の面積以下
   の面積のシート状とした誘電体材料の成形体とを交互に
   積み重ねて焼成する誘電体材のセラミック基板の製造方
   法。
6. 【請求項６】誘電体材料の成形体に代えて、磁性体材料
   の成形体とした請求項５記載の磁性体材のセラミック基
   板の製造方法。