JP2000025030A - セラミックス基板及びその製造方法 - Google Patents

セラミックス基板及びその製造方法

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JP2000025030A
JP2000025030A JP10195725A JP19572598A JP2000025030A JP 2000025030 A JP2000025030 A JP 2000025030A JP 10195725 A JP10195725 A JP 10195725A JP 19572598 A JP19572598 A JP 19572598A JP 2000025030 A JP2000025030 A JP 2000025030A
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ceramic sintered
body substrate
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Masuhiro Natsuhara
益宏 夏原
Hirohiko Nakada
博彦 仲田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B17/00—Details of, or accessories for, apparatus for shaping the material; Auxiliary measures taken in connection with such shaping
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックス焼結体基板を簡単に分割する方
法、及び分割して得られた、強度の低下がなく且つ寸法
精度に優れたセラミックス基板を提供する。 【解決手段】 セラミックス焼結体基板１の表面に端か
ら端まで連続した浅い傷１ａを傷付け工具５を用いて形
成した後、その傷１ａに沿ってセラミックス焼結体基板
１を複数のセラミックス基板に分割する。傷付け工具５
は、その刃先エッジ部５ａが超硬合金又はダイヤモンド
からなることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス基板
の製造方法、詳しくは大きなセラミックス焼結体基板を
分割してセラミックス基板を得る方法、及びこの方法に
より得られるセラミックス基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、セラミックス焼結体基板を複
数のセラミックス基板に分割する方法としては、一般に
ダイヤモンド等の砥粒を含有させた切断刃でダイシング
を行う方法、及びレーザ光線で切断する方法が知られて
いる。これらの方法では、セラミックス焼結体基板を一
度に完全に切断する場合のほか、ハーフカットした後に
外力を加えて分割することも行われている。
【０００３】前記切断刃によるダイシングは最も一般的
に行われている方法であり、例えば切断刃に対してセラ
ミックス焼結体基板をＸ方向及び／又はＹ方向に相対的
に移動させながら切断する。ダイシングの中でも、所定
深さまでハーフカットした後にセラミックス焼結体基板
に外力を加えて分割する方法は、一度に完全に切断する
場合に比較して、処理能力が高いこと、切断刃の摩耗が
少ないことなどの理由から、加工コストを抑えることが
できる。
【０００４】また、レーザ光線による切断では、一般に
ドット状にレーザを照射してセラミックス焼結体基板に
微小な穴を連続的に形成する。形成された微小な穴がセ
ラミックス焼結体基板を貫通する場合は、セラミックス
焼結体基板を一度で完全に分割することになる。微小な
穴がセラミックス焼結体基板を貫通しない場合はハーフ
カットとなり、その後外力を加えて分割する。この場合
においても、ハーフカット後に分割する方が、一度に完
全に切断する場合に比較して一般に処理時間が短いた
め、加工コストを抑えることができる。
【０００５】尚、あまり一般的な方法ではないが、セラ
ミックスの成形体にハーフカットを施し、これを焼結し
てセラミックス焼結体基板とした後、ハーフカットの部
分に沿ってセラミックス焼結体基板を分割する方法もあ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の方法の
うち、図３に示すように、切断刃３によるダイシングで
セラミックス焼結体基板１を切断する場合には、切断刃
３の刃幅ｄの分だけセラミックスが切屑として捨てられ
てしまう。また、切断刃３は摩耗が激しく、一般にダイ
ヤモンドを使用することが多い。このような事情から、
切断刃３を用いたダイシングでは、加工コストが高くな
るという問題点がある。
【０００７】しかも、切断刃３によるダイシングでハー
フカットした後、ハーフカット溝に沿って分割する一般
的な方法では、図４に示すように、分割して得られる各
セラミックス基板２にハーフカットによる切り残し部分
２ａが付いてくるので、所望の基板寸法Ｄに対して最大
で切断刃３の刃幅ｄの２倍に相当する寸法のバラツキが
生じてしまう。また、セラミックス基板２に切り残し部
分２ａが残ることで、破壊起点となりうる部分が多数存
在する結果、セラミックス基板２の破壊強度が相対的に
低下するという欠点がある。
【０００８】また、切断刃によるダイシングでは、切断
中の切断刃やセラミックス焼結体基板の加熱を防ぐため
に水などの冷却媒体を注水するが、セラミックス焼結体
基板が窒化アルミニウムである場合には、基板に水分が
付着した状態で放置するとアンモニアが発生してしまう
という問題もある。
【０００９】一方、レーザ光線による切断では、レーザ
光線で穴を形成して行くために、完全な切断であっても
又ハーフカットであっても、得られるセラミックス基板
にレーザの痕跡が残存してしまう。このレーザ照射の痕
跡部分が破壊起点となって、分割後のセラミックス基板
の強度が低下しやすい。また、セラミックス基板の熱伝
導率が高い場合には、照射されたレーザの熱が基板上に
拡散するため、レーザの照射時間を長くするか、若しく
はレーザの出力を上げる等の処置が必要になるため、加
工コストが高くなるという問題がある。
【００１０】加えて、レーザ光線を照射した場合、昇華
しきれなかったセラミックス成分がレーザで形成された
穴の周辺部に付着又は溶着する。これらの付着物はセラ
ミックス基板上に凸形状で存在するため、例えば焼き付
けタイプのメタライズ層を形成する場合などにペースト
をスクリーン印刷したとき、印刷パターン又はその焼成
後のメタライズ層に欠陥が発生したり、これらの付着物
が印刷スクリーンにダメージを与え、最悪の場合にはス
クリーンが破損するという問題がある。
【００１１】尚、成形体にハーフカットを施し、焼結後
に分割する方法の場合、焼結による収縮バラツキが影響
を生じるため、特にセラミックス基板が大型化する程、
その寸法精度が低下するという欠点がある。
【００１２】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
セラミックス焼結体基板を分割して複数のセラミックス
基板とする際に、簡単に実施できてコストの削減が可能
であり、表面への付着物の発生のない方法を提供するこ
と、及びその方法により強度の低下がなく、且つ寸法精
度に優れたセラミックス基板を提供することを目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供するセラミックス基板の製造方法は、
セラミックス焼結体基板の表面に端から端まで連続した
浅い傷を傷付け工具を用いて形成した後、その傷に沿っ
てセラミックス焼結体基板を分割することを特徴とす
る。また、この本発明に使用する傷付け工具は、その刃
先エッジ部が超硬合金又はダイヤモンドからなることが
好ましい。更に、形成する傷の深さは、セラミックス焼
結体基板の１／１００以上１／１０以下であることが好
ましい。
【００１４】また、上記方法により得られる本発明のセ
ラミックス基板は、セラミックス焼結体基板を分割して
得られたセラミックス基板であって、その表面と分割面
との縁に沿って深さがセラミックス基板の厚みに対して
１／１００以上１／１０以下の傷跡を有することを特徴
とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明方法においては、図１に示
すように、傷付け工具５の刃先エッジ部５ａで、セラミ
ックス焼結体基板１の一表面上に、連続した浅い傷１ａ
を表面の端から端まで形成する。次に、この傷付けした
セラミックス焼結体基板１に外力を加えることにより、
図２に示すように、この傷１ａを破壊起点として厚み方
向に傷が伝わり、傷１ａに沿ってセラミックス焼結体基
板１が分割され、複数のセラミックス基板４が得られ
る。尚、傷１ａを付ける表面は、セラミックス焼結体基
板１の両表面でもよいが、通常一方の表面のみで充分で
ある。両表面に傷付けする場合は、表裏での傷１ａの位
置決めや方向性に注意する必要がある。
【００１６】傷付け工具５としては、その刃先エッジ部
５ａが超硬合金やダイヤモンドなどの硬質材料からなる
ものが好ましく、特にダイヤモンドは基板の強度低下を
招くことが少ないので好ましい。一般に超硬合金やダイ
ヤモンドなどの硬質材料はセラミックスより硬度も高
く、耐久性に優れているために、シャープな傷を連続的
にセラミックス焼結体基板１に形成することができる。
【００１７】また、セラミックス焼結体基板１の表面に
形成する傷１ａは、従来の切断刃を用いたダイシングで
のハーフカットに比べ、傷付け工具５の刃先エッジ部５
ａで形成するので遥かに浅く、しかも傷幅も非常に小さ
くなる。従って、得られるセラミックス基板４の寸法バ
ラツキを小さくできると共に、傷付けに要する時間が短
く、切屑として捨てられるセラミックスも極めて少なく
すむので、加工コストの低減を図ることができる。
【００１８】本発明において、セラミックス焼結体基板
の表面に形成する傷１ａの深さとしては、セラミックス
焼結体基板１の厚みに対して１／１００以上１／１０以
下が好ましい。傷１ａの深さがセラミックス焼結体基板
１の厚みの１／１００未満の場合、外力を加えても傷１
ａに沿って分割されないこともある。また、傷１ａの深
さが厚みの１／１０を越えると、傷１ａを形成したセラ
ミックス焼結体基板１にそのままスクリーン印刷等を行
う際に、セラミックス焼結体基板１が破断しやすくな
る。
【００１９】しかも、セラミックス焼結体基板１の表面
の傷１ａは凹形状となるため、例えばメタライズ層形成
用ペーストのスクリーン印刷を行っても、印刷スクリー
ンにダメージを与えることはない。このため、セラミッ
クス焼結体基板１に傷１ａを具備させた状態のまま、表
面に印刷など処理を行うことも可能である。また、レー
ザ光線での加工の場合のように表面付着物が発生しない
ので、メタライズ層に付着物による欠陥が発生すること
もない。
【００２０】尚、具体的な傷付け加工としては、例えば
ステッパーなどにセラミックス焼結体基板を載置固定
し、傷付け工具とセラミックス焼結体基板をＸ方向又は
Ｙ方向に相対的に移動させることにより、セラミックス
焼結体基板表面に所定のピッチで精度良く傷付け加工を
行うことが可能である。また、その際に傷付け工具に加
える荷重を調整することにより、傷の深さを調節するこ
とも可能である。
【００２１】セラミックス焼結体基板としては、窒化ア
ルミニウムが特に好ましい。窒化アルミニウムは数μｍ
程度の粒子から形成されており、各粒子が互いに粒界相
によって接着した構造となっている。このため、表面に
傷を形成したセラミックス焼結体基板に外力を加えて分
割する際に、傷が破壊起点となって粒界相に傷が次々に
伝わり、容易に分割することができる。その結果、分割
面の形状が非常に滑らかであり、破壊起点となり得る部
分も少なく、レーザカットの場合のようにセラミックス
自体の強度低下を引き起こすこともないので、本来の強
度を保持したセラミックス基板を得ることができる。
【００２２】従来の窒化アルミニウム焼結体基板のダイ
シング加工では、基板と切断刃の摩擦熱から切断刃を保
護するために、水のような冷却媒体を使用する。この水
がダイシングにより露出した酸化被膜に覆われていない
表面に付着すると、窒化アルミニウムと水とが反応して
アンモニアを発生することがある。しかし、本発明方法
によれば、傷付け加工やその後の分割時に水などの冷却
媒体を使用する必要がないので、セラミックス焼結体基
板が例え窒化アルミニウムの場合でもアンモニアが発生
することはない。
【００２３】また、本発明方法により傷付けして分割す
るセラミックス焼結体基板の硬さとしては、ビッカース
硬度で１５００Ｈｖ以下が好ましい。ビッカース硬度が
１５００Ｈｖを越える場合、傷付け工具でセラミックス
焼結体基板に傷付け加工しても傷の深さが相対的に浅く
なりやすいため、外力を加えて分割する際に傷の形状に
沿って分割されにくく、局所的に破損が生じる危険があ
るからである。
【００２４】本発明によれば、図１のごとく傷１ａを付
けたセラミックス焼結体基板１を分割することで、図２
に示すように複数のセラミックス基板４が得られる。こ
の分割により得られたセラミックス基板４は、傷１ａに
沿って厚み方向に分割されるので、セラミックス基板４
の表面４ａと分割面４ｂとの縁に沿って傷跡１ｂが残
る。この傷跡１ｂの深さは、セラミックス基板４の厚み
に対して１／１００以上１／１０以下の範囲であること
が望ましい。
【００２５】
【実施例】実施例１ 縦横５０ｍｍ、厚みが０.６３５ｍｍの窒化アルミニウ
ム、アルミナ、窒化ケイ素からなる各セラミックス焼結
体基板を用意した。これらのセラミックス焼結体基板の
表面に、それぞれ超硬合金又は人工ダイヤモンドの刃先
エッジ部を有する傷付け工具を用いて傷を形成した。形
成した傷は基板表面の端から端まで達する直線状の浅い
傷（深さ３０μｍ）であり、５.０ｍｍピッチで基板全
面に形成した。次に、これらのセラミックス焼結体基板
に外力を加え、傷に沿って複数のセラミックス基板に分
割した。
【００２６】また、上記と同じ各セラミックス焼結体基
板を、レーザ光線及び切断刃でのダイシングにより、一
度に完全に切断するか又はハーフカットした後に外力を
加えて、上記と同じ５.０ｍｍのピッチで分割した。
尚、レーザ光線は直径１２０μｍ及びピッチ１２０μｍ
で基板に照射し、ハーフカットの場合はレーザの到達す
る深さが基板の厚み方向に２００〜２５０μｍとなるよ
うに照射時間を調整した。また、ダイシングに関しては
刃幅０.２ｍｍの切断刃を使用して注水しながら加工
し、ハーフカットの場合にはその深さを３００μｍとし
た。
【００２７】このようにして得られた各セラミックス基
板について、分割後の幅方向の寸法（目標５.０ｍｍ）
及びその公差、三点曲げ強度、ペーストのスクリーン印
刷時の印刷性、分割の際の基板破損の有無、及び窒化ア
ルミニウム焼結体基板についてはアンモニア発生の有無
を評価した。尚、強度の評価は、傷付け加工した側のセ
ラミックス基板表面を下側にして、２つの支点（間隔３
０μｍ）で支えた中間点に荷重を加え、破断したときの
荷重を測定した。また、寸法測定は、セラミックス基板
の長さ方向に４等分した各３点における幅方向の寸法を
測定した。得られた結果を各セラミックス基板の種類ご
とに下記各表に示した。
【００２８】
【表１】 ［窒化アルミニウム（ビッカース硬度１２００Ｈｖ）］ 平均寸法 平均強度 分 割 方 法 (mm) (kg/mm) 印刷性 基板破損 アンモニア発生タ゛イシンク゛ ：ハーフカット 5.0±0.21 27 良好 無し 発生タ゛イシンク゛ ：完全切断 5.0±0.03 31 良好 無し 発生レーサ゛ 光線：ハーフカット 5.0±0.03 26 スクリーン傷 無し 無しレーサ゛ 光線：完全切断 5.0±0.04 25 スクリーン傷 無し 無し 本発明：超硬合金 5.0±0.02 34 良好 無し 無し 本発明：タ゛イヤモント゛ 5.0±0.02 35 良好 無し 無し
【００２９】
【表２】 ［窒化ケイ素（ビッカース硬度１５００Ｈｖ）］ 平均寸法 平均強度 分 割 方 法 (mm) (kg/mm) 印刷性 基板破損タ゛イシンク゛ ：ハーフカット 5.0±0.23 65 良好 無し タ゛イシンク゛ ：完全切断 5.0±0.02 68 良好 無し レーサ゛ 光線：ハーフカット 5.0±0.03 63 スクリーン傷 無し レーサ゛ 光線：完全切断 5.0±0.03 61 スクリーン傷 無し 本発明：超硬合金 5.0±0.03 71 良好 無し 本発明：タ゛イヤモント゛ 5.0±0.03 73 良好 無し
【００３０】
【表３】 ［アルミナ（ビッカース硬度２０００Ｈｖ）］ 平均寸法 平均強度 分 割 方 法 (mm) (kg/mm) 印刷性 基板破損タ゛イシンク゛ ：ハーフカット 5.0±0.21 28 良好 無し タ゛イシンク゛ ：完全切断 5.0±0.03 30 良好 無し レーサ゛ 光線：ハーフカット 5.0±0.03 29 スクリーン傷 無し レーサ゛ 光線：完全切断 5.0±0.04 27 スクリーン傷 無し 本発明：超硬合金 5.0±0.03 34 良好 1個破損 本発明：タ゛イヤモント゛ 5.0±0.03 35 良好 無し
【００３１】以上の結果から分かるように、本発明の分
割方法においては、切断刃によるダイシングよりも高い
寸法精度が得られ、またレーザ光線による場合に比べて
セラミックス本来の強度を低下させることなく、簡単に
セラミックス焼結体基板を分割して複数のセラミックス
基板を製造することができる。また、刃先エッジ部がダ
イヤモンドからなる傷付け工具を用いると、基板強度の
低下が少なく、分割時の破損も無くなるため、特に好ま
しいことが分かる。
【００３２】実施例２ 下記表４に示すように厚みの異なる２種の窒化アルミニ
ウム焼結体基板（縦横５０ｍｍ）を用意した。各焼結体
基板の表面に、実施例１と同様に人工ダイヤモンドの刃
先エッジ部を有する傷付け工具を用いて、実施例１と同
一形状の傷を表４に示す種々の深さに形成した。次に、
傷付けした各焼結体基板の表面にＡｇペーストをスクリ
ーン印刷し、焼き付けした後、外力を加えて傷を起点と
して分割した。得られた試料１〜１０の各基板５００枚
について、分割性を確認した結果を表４に併せて示し
た。
【００３３】
【表４】 基板厚み 傷深さ 試料 (mm) (mm) 傷深さ／基板厚み 分 割 性 1 0.635 0.080 0.13 １枚印刷時に破断 2 0.635 0.064 0.10 良好 3 0.635 0.02 0.03 良好 4 0.635 0.006 0.009 良好 5 0.635 0.003 0.005 １枚傷形状の分割できず 6 1.5 0.2 0.13 １枚印刷時に破断 7 1.5 0.15 0.10 良好 8 1.5 0.06 0.04 良好 9 1.5 0.015 0.01 良好 10 1.5 0.009 0.006 １枚傷形状の分割できず
【００３４】この表４から分かるように、殆どの試料で
良好な分割が可能であったが、試料１と試料６ではスク
リーン印刷時の圧力により５００枚中の１枚（０.２
％）のみが破断し、また試料５と試料１０では５００枚
中の１枚（０.２％）のみが傷に沿った分割ができず、
目的とする形状の基板が得られなかった。また、傷に沿
って目的形状に分割された全基板について、実施例１と
同様に幅方向の寸法（目標５.０ｍｍ）を測定したとこ
ろ、５.０±０.０３ｍｍの範囲内であることが分かっ
た。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、傷付け工具を用いる簡
単な方法によって、セラミックス焼結体基板を分割して
複数のセラミックス基板を安価な加工コストで製造する
ことができ、しかも得られるセラミックス基板は強度の
低下がなく、且つ寸法精度に優れている。
【００３６】また、本発明によれば、セラミックス焼結
体基板が窒化アルミニウムの場合には、セラミックス自
身が粒界破壊しやすいため寸法精度が高くなるうえ、冷
却媒体として水を使わないのでアンモニアの発生もな
い。更に、分割後のセラミックス基板へのペーストの印
刷においても、表面に付着物が存在しないので、スクリ
ーンに傷が付く恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法によるセラミックス焼結体基板への
傷付け加工を示す概略の断面図である。
【図２】本発明方法により分割されたセラミックス基板
を示す概略の断面図である。
【図３】従来の切断刃によるセラミックス焼結体基板の
ダイシングを示す概略の断面図である。
【図４】従来のダイシングによるハーフカット後に分割
されたセラミックス基板を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
１ セラミックス焼結体基板 １ａ 傷 １ｂ 傷跡 ２ セラミックス基板 ２ａ 切り残し部分 ３ 切断刃 ４ セラミックス基板 ４ａ 表面 ４ｂ 分割面 ５ 傷付け工具 ５ａ 刃先エッジ部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミックス焼結体基板の表面に端から
    端まで連続した浅い傷を傷付け工具を用いて形成した
    後、その傷に沿ってセラミックス焼結体基板を分割する
    ことを特徴とするセラミックス基板の製造方法。
  2. 【請求項２】 傷付け工具の刃先エッジ部が超硬合金又
    はダイヤモンドからなることを特徴とする、請求項１に
    記載のセラミックス基板の製造方法。
  3. 【請求項３】 表面に形成した傷の深さがセラミックス
    焼結体基板の厚みに対して１／１００以上１／１０以下
    であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のセラ
    ミックス基板の製造方法。
  4. 【請求項４】 セラミックス焼結体基板のビッカース硬
    度が１５００Ｈｖ以下であることを特徴とする、請求項
    １〜３のいずれかに記載のセラミックス基板の製造方
    法。
  5. 【請求項５】 セラミックス焼結体基板が窒化アルミニ
    ウムであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか
    に記載のセラミックス基板の製造方法。
  6. 【請求項６】 セラミックス焼結体基板への傷の形成時
    及び分割時に冷却媒体を使用しないことを特徴とする、
    請求項１〜５のいずれかに記載のセラミックス基板の製
    造方法。
  7. 【請求項７】 セラミックス焼結体基板を分割して得ら
    れたセラミックス基板であって、その表面と分割面との
    縁に沿って深さがセラミックス基板の厚みに対して１／
    １００以上１／１０以下の傷跡を有することを特徴とす
    るセラミックス基板。
JP10195725A 1998-07-10 1998-07-10 セラミックス基板及びその製造方法 Pending JP2000025030A (ja)

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