JPS63288975A - 地導体をもつセラミック回路基板およびその製造法 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、マイクロ波用セラミック回路基板およびその
製造方法に関し、特にアルミナ基板を用いた熱放散性の
良好なセラミック回路基板およびその製造方法に関する
ものである。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕高度情報化社会
に向け、通信における情報量の増大と多様化が急ピッチ
で進行している。それに伴いマイクロ波回路技術の開発
研究も活発に行なわれており誘電体セラミックのマイク
ロ波回路素子への応用が検討されている。

マイクロ波回路素子として用いるための誘電体セラミッ
クに要求される特性は、用途、使用周波数などによって
多少変わるが、一般的には以下の通りである。

■　適度に大きな比誘電率を持っていること。

■　マイクロ波領域での誘電損失が小さいこと。

■　比誘電率の温度係数τεが小さく任意の値がとれる
こと。

■　機械的強度が大きいこと。

■　物理的、化学的に安定で経時変化が小さいこと。

■　熱膨張係数の大きさが適当であることや■　熱伝導
率が大きいこと。

■　表面が平滑で金属の薄膜または厚膜との接着性が良
好であること。

以上のうち、特に■、■はマイクロ波集積回路などの誘
電体基板において素子の集積度が上がり、高密度化する
ことに伴う熱放散性やパターン精度の微細化に関連して
重要な因子となっている。

更に、マイクロ波領域で使用される材料としては、誘電
率ε「が大きく誘電損失ｔａｎδが小さく且つ比誘電率
温度係数τεが０に近い材料が良好な特性を示すことが
知られており、そのような条件を満たす材料として（Ｚ
　ｒＳ　ｎ）Ｔ　ｉｏ　４系セラミツク、Ｂ　ａ　ＯＰ
　ｂ　ＯＮ　ｄ　２０　＊　　Ｔ　＋０２系セラミツク
、Ｂａ０−ＴｉＯ□−Ｓ　ｎ２０　、系セラミック等が
開発されている。

しかしながらこれらの材料は、ホットプレス法によって
製造されるためコストが高くつき、また量産時における
特性のバラツキによる共振周波数やインピーダンスのず
れを調整する手間がかかり、低コスト化上の問題が多か
った。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の問題点を解消するために研究開発され
たものであり、大量生産がされているアルミナ基板を用
い、特に熱放散性を向上させるために、アルミナ基板の
側面同志を、鋼材・等からなる地導体を介して接合せし
めたマイクロ波用セラミック回路基板を安価に提供する
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意研究を行
った結果、以下のマイクロ波用セラミック基板およびそ
の製造法を見い出した。

すなわち本発明は、２以上のセラミック基板が互いにそ
の側面において銅のような電気伝導性の良い金属部材か
らなる地導体によって一体に結合された構造的特徴をも
つセラミック回路基板、並びに、台座上に２以上のセラ
ミック基板を所定の隙間を設けて配置し、該隙間に地導
体となるべき金属部材、たとえば線状、面状または柱状
の固体鋼材及び銅粉をつめて、加熱接合する第１工程と
、該接合したセラミック基板を研磨して表面を平滑化す
る第２工程とからなることを特徴とするセラミック回路
基板の製造法を提供するものである。

本発明の一つの特徴は、アルミナ基板面に電子回路設計
者が自由に希望する回路を設計できるようにするため、
該基板面を平滑に形成することであり、そのために該基
板面の一部または全部を覆うような形態で地導体たる銅
を用いることをせず第１図に示すようにセラミックの対
向する側面同志を十分な強度で接合させたことにある。

従って、本発明のセラミック回路基板を用いれば電子回
路設計者は蒸着法、厚膜法どちらの方法によっても、任
意にアルミナ基板の表、裏面に回路を設計することがで
きるという利点がある。

これにより回路の集積度を上げることができ、また、高
集積化に伴なう熱の発生は、地導体である銅その他の金
属部分を通して放熱できる。

地導体に銅または銅基合金を使用するのが特に好ましい
理由は、導電損失が少ないことに加えて、セラミック基
板との強固な接合を困難なく得られることが十分に確認
されているためである。鋼材の代替として銀、アルミニ
ウム材のような高電気伝導性のものも利用できるが、銀
材は高価で、アルミニウム材は耐熱性に劣っている。し
かしながら、そのような欠点を容認するならば、それら
の金属を地導体として使用することも勿論可能である。

アルミナ基板と銅との接合方法の一例は第２図に示すよ
うに並置したアルミナ基板の互いに向き合う側面の中間
に鋼材及び銅粉末をはさみ込み、所定の温度に昇温させ
一定時間保持することによリ、溶融鋼によるぬれまたは
銅原子の拡散による反応を生ぜしめてアルミナ基板と銅
との間に強固な結合を形成することができ、これにより
アルミナ基板同志を接合することができる。

従って加熱雰囲気は、一般に不活性雰囲気とする必要が
あると考えられるが、本発明者らの実験では酸素がｌｏ
ｏＯｐｐｍ以下であれば健全な接合が得られるというこ
とが確認された。したがって、特に高純度ガスを使用す
る必要はない。

上記アルミナ基板の接合体外寸を規定するためには台座
を用いると良い、この場合、台座は銅が融点直下または
融点以上になり溶融体になったときに、銅と反応しない
材質を選ぶ必要があり、本発明者等の研究によればＳｉ
Ｃ，ＢＮからなる材質゛の台座が良好な結果をもたらす
ことが分った。更にアルミナの表面にＳｉＣを塗布した
ものからなる台座についても同様な好結果を得た。

接合に用いる銅は、所定のサイズに切断された銅板を使
用するのが最も効率的であるが、接合反応中高温になり
熱膨張により台座を破壊する場合もあるので寸法には細
心の注意を要する。

この場き、上記所定サイズ銅板の代りにそれより幾分率
さい銅板（たとえば実際の必要寸法より一まわり小さい
もの）と銅粉を同時に配置して接合させることができ、
特に銅粉のみかけ密度が高い場合には、良好な焼結が起
こり強固な接合が得られる。加熱温度が低ければ空孔を
生ずる時もあるが、空孔を消滅する必要がある時には、
銅の融点以上に加熱した状態を一定時間保持すればよい
。

通常約３０秒以上で十分良好な接合が得られる。

また一度接合させた基板の地導体部に銅粉を塗布し再び
加熱して接合部を強化させることもできる。更に上記銅
粉にかえて銅ペーストを使用しても同等の効果が得られ
ることを確認している。

以上のようにして接合された接合体の地導体部は高温又
は融点付近の温度にさらされた結果として表面の凹凸が
激しくなっているので機械的研磨が必要となる。この機
械研磨により地導体部及びアルミナ基板面を高度に平滑
化することができるため、これを用いて電子回路設計者
はより精緻な回路設計を行なうことができる。

以下に実施例を示し本発明を一層詳細に説明する。

〔実施例１〕 ９６％アルミナ基板（板厚０．６３５ｍｍ、大きさ１０
１×５０ｍｍ）を２枚用意し、第２図に示、すＳｉＣ塗
布アルミナ台座上にこれらのアルミナ基板を幅５ｍｍの
間隔をとって配置し、この隙間に板厚０．５ｍｍ、大き
さ３　ｎｍ　Ｘ　５０ｍ＋ｓの寸法に切断した銅板片を
はめ込み、更に粒径５０μ蹟以下の銅粉をつめて、窒素
中で加熱した。

加熱最高温度を１１００℃として２分間加熱処理を行な
い、上記台座上のアルミナ基板を放冷後取出したところ
、銅からなる地導体部は溶融、凝固によりアルミナ基板
の厚さより小さくなっていたので再度銅粉をつめ、同様
な条件で加熱した。

冷却後、台座から収り出したところ良好な接合が得られ
ていた。次いで地導体及びアルミナ基板の表、裏面をダ
イヤモンド砥石を用いて研磨し平滑化した。

上記処理の各工程を第３図に示した。得られたセラミッ
ク回路基板は第１図に示す通りのものであった。

〔実施例２〕 実施例１と同様な９６％アルミナ基板を２枚用意し、第
２図に示す構造をもつＳｉＣからなる台座上に幅５Ｉ＠
ＩＩの隙間を設けて並置し、該隙間に粒径５０１、ＬＩ
ｌ以下の粉体をつめ込み、酸素を１０　ｐ　ｐ　ｍ含む
窒素雰囲気中において加熱により温度を１０６３℃に保
ち、１０分間保持した。

冷却後、ＳｉＣ製台座から取り出した２枚のアルミナ基
板は、焼結された調進導体部によって充分強固に接合さ
れていた。

これはアルミナ基板中に含まれるガラス質層としての８
１０２が地導体部表面のＣｕまたはＣｕ酸化物と反応し
てＣｕ２０−　Ｓ　ｉｏ　２からなる共晶系を形成して
接合したかあるいは、アルミナ中に銅原子が拡散して接
合が行なわれたものと考えられる。

いずれにしても調進導体とアルミナ基板とは強固に接合
されており、回路基板として使用されるに十分な強度を
有していることが確認された。

〔発明の効果〕

本発明により、低コストで且つ熱放散性の良好なマイク
ロ波回路基板を安定して量産することが可能となり、回
路設計者の要求に応じた表面粒度、形状を有するセラミ
ック回路基板を得ることが容易にできるようになった。

以上、好ましい一例として、銅の地導体を使用する場合
について特に詳しく述べたが、電気伝導性が良好でセラ
ミック基板との強固な接合が可能である任意の金属を上
記鋼または銅合金に変えて使用することも可能であり、
これらも本発明の技術範囲に含まれるべきものである。

何故なら金属製地導体によって側面同志を強固に接合せ
しめた回路基板は本発明によって初めてつくられたもの
であるからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は２枚のアルミナ基板が中央にはさまれた銅製地
導体によって側面部で接合一体化された本発明のセラミ
ック回路基板の一例を示す。 第２図は台座中に２枚のアルミナ基板を間隔をとって並
置し、この間隙部に銅板と銅粉とを配置した状態を示す
図である。 第３図は第２図に示したアルミナ基板並１ｆｆ４成体を
Ｎ２雰囲気の電気炉内で加熱処理して接合させた後、構
成体を炉からとり出してダイヤモンド砥石で研磨してセ
ラミック回路基板を製造する本発明方法の典型的な各工
程を例示した図である。 図中の番号は次のものをそれぞれ表わす。 １・・・アルミナ基板 ２・・・銅 ２１・・・銅板 ２２・・・銅粉 ３・・・台座 ４・・・電気炉 ５・・・ダイヤモンド砥石 （外＋名） 第１図 第２因 第３図 にぜ＝＝ヨ＝丑先

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）２以上のセラミック基板が互いに対向する側面部
   において金属製の地導体によって接合されて一体に形成
   されていることを特徴とするセラミック回路基板。
2. （２）前記金属製地導体が銅または銅基合金である特許
   請求の範囲第１項に記載のセラミック回路基板。
3. （３）台座上に２以上のセラミック基板を所定の間隔を
   とって配置し、この間隔部分に地導体となるべき金属部
   材を配置した後加熱処理してセラミック基板を互いに対
   向する側面部において接合し一体化する第１工程、およ
   び一体化されたセラミック基板を研磨して表面部が平滑
   となるようにする第２工程からなることを特徴とする、
   地導体をもつセラミック回路基板の製造方法。
4. （４）前記地導体構成用金属部材が線状、面状または柱
   状の固体金属部材と金属粉末との組合せである特許請求
   の範囲第３項に記載の方法。
5. （５）前記固体金属部材が銅または銅基合金であり、金
   属粉末が銅または銅基合金の粉末である特許請求の範囲
   第４項に記載の方法。