JP2007039258A - セラミック基板及びセラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 配線パターンを形成する導体層を備え、所望の強度を有し、所望の比誘電率や絶縁耐力等を容易に得ることができ、且つ焼成後の反りを低減したセラミック基板及びセラミック基板の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミック基板１００は、セラミック板３０の一方の主面上に、セラミック板３０と異なる焼成収縮率を有する導体層４０を備えるセラミック基板であって、セラミック板３０は、理論密度に対する相対密度が９０％以上である第１セラミック部２０と、相対密度が８０％以上且つ９０％未満であり、第１セラミック部２０と略同じ成分である第２セラミック部１０とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、異種材料からなる層を形成し、一体焼成したセラミック基板及びセラミック基板の製造方法に関する。

従来、焼成収縮率が互いに異なる層を備える複合セラミック基板の一体焼成後の反りを低減する方法として以下のような焼成方法が提案されている。

例えば、高収縮セラミックグリーンシートと、低収縮セラミックグリーンシートとを備える複合セラミック基板において、高収縮セラミックグリーンシートと低収縮セラミックグリーンシートとの間に焼成収縮率が段階的に異なる中間層を備える複合セラミック基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、高収縮セラミックグリーンシートと低収縮セラミックグリーンシートとの焼成収縮率の差により生じるせん断応力を中間層が緩和するため、複合セラミック基板の反りを低減することができる。

また、高収縮セラミックグリーンシートと低収縮セラミックグリーンシートとの間に白金層を備える複合セラミック基板も提案されている（例えば、特許文献２参照）。これによれば、セラミックグリーンシートと白金層との接合強度が弱いため、焼成収縮率の異なる高収縮セラミックグリーンシート及び低収縮セラミックグリーンシートが収縮する際に発生するせん断応力を低減することができる。これにより、複合セラミック基板の反りを低減することができる。

また、高収縮セラミックグリーンシートと、低収縮セラミックグリーンシートとの焼成収縮率の差により生じるせん断応力を低減するために、焼成温度を低くすることや、焼成時間を短くすることで、セラミックグリーンシートの焼成収縮量を低減させる方法も提案されている。
特開平６−２０８９３３号公報 特開平８−１４４８４１号公報

しかしながら、複合セラミック基板上に配線パターンを有する導体層が形成されている場合においても上述した複合セラミック基板と同様に基板の反りが生じる。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、配線パターンを形成する導体層を備え、必要な強度を確保しつつ、焼成後の反りを低減したセラミック基板及び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。

上記課題を解決するために、本発明に係るセラミック基板の第１の特徴は、セラミック板の一方の主面上にセラミック板と異なる焼成収縮率を有する導体層を備えるセラミック基板であって、セラミック板は、理論密度に対する相対密度が９０％以上である第１セラミック部と、相対密度が８０％以上且つ９０％未満であり前記第１セラミック部と略同じ組成である第２セラミック部とを備えることを要旨とする。

かかる特徴によれば、第２セラミック部の理論密度に対する相対密度が８０％以上且つ９０％未満であることにより、第２セラミック部の収縮が小さくなり、導体層と、セラミック板との間に生じるせん断応力は、第２セラミック部で低減される。これにより、セラミック基板の反りを低減することができる。

また、かかる特徴によれば、第１セラミック部の相対密度が９０％以上であることにより、セラミック基板としての所望の強度を得ることができる。

また、本発明の一例に係るセラミック基板の第２の特徴は、第１セラミック部は、セラミック板の５０重量％以上であることを要旨とする。

かかる特徴によれば、理論密度に対する相対密度が９０％以上である第１セラミック部がセラミック板の５０重量％以上であることにより、セラミック基板の強度を低下させずに、導体層と、セラミック板との間に生じるせん断応力による影響を低減することができる。これにより、セラミック基板の反りを更に低減することができる。

また、本発明の一例に係るセラミック基板の第３の特徴は、セラミック板の導体層が設けられている領域は、第２セラミック部からなることを要旨とする。

かかる特徴によれば、導体層とセラミック板との間に生じるせん断応力を効率よく低減することができる。

なお、導体層は、一方の面に略一定の間隔で且つ略一定の幅を有する斑点状に形成されていてもよく、一方の面に略一定の間隔で且つ略一定の幅を有する格子状に形成されていてもよい。

このように導体層を構成することにより、第２セラミック部をセラミック基板内に一定の間隔で形成できることにより、導体層と、セラミック板との間に生じるせん断応力をセラミック基板内に均一に分散させることができる。これにより、セラミック基板の反りを更に低減することができる。

また、第１セラミック部をセラミック基板内に均一に形成できることにより、セラミック基板の強度を更に向上することができる。

また、本発明においてセラミック板とは、単一層から構成されている場合や複数のセラミック層の積層体から構成されている場合等を含む広い概念である。

上記課題を解決するために、本発明に係るセラミック基板の製造方法の第１の特徴は、セラミック板の一方の主面上にセラミック板と異なる焼成収縮率を有する導体層を備えるセラミック基板の製造方法であって、セラミックグリーンシートの一方の主面上に導体ペーストを形成する工程と、セラミックグリーンシートの他方の主面上に光を吸収することで発熱する発熱層を形成する工程と、導体ペースト及び発熱層を形成した前記セラミックグリーンシートに対して、他方の主面側から、光照射を行うことによってセラミックグリーンシート及び導体ペーストを焼成する工程とを含むことを要旨とする。

かかる特徴によれば、光照射を行うことにより、発熱層が発熱するので、発熱層と接するセラミックグリーンシートの界面は、他の領域よりも焼成される。これにより、発熱層が形成されている領域のセラミックグリーンシートは、焼成収縮が十分になされ、相対密度の大きい第１セラミック部となる。また、発熱層が形成されていない領域のセラミックグリーンシートは、発熱層が形成されている領域のセラミックグリーンシートよりも焼成収縮が少なく、第１セラミック部よりも相対密度の小さい第２セラミック部となる。その結果、導体層と、セラミック板との間に生じるせん断応力は、第２セラミック部で低減される。これにより、セラミック基板の反りを低減することができる。

また、かかる特徴によれば、発熱層が形成されている領域のセラミックグリーンシートは、十分に焼成されることにより、セラミック基板としての必要とされる強度を確保することができる。

また、本発明の一例に係るセラミック基板の製造方法にかかる第２の特徴は、発熱層は、セラミックグリーンシートの導体ペーストが形成されていない領域の他方の主面上に形成されることを要旨とする。

かかる特徴によれば、セラミックグリーンシートの導体ペーストが形成されている領域では、導体ペーストが形成されていない領域よりも焼成収縮が少なく、相対密度が小さくなるので焼成により導体層とセラミック板との界面に発生するせん断応力は小さくなり、セラミック基板の反りを低減することができる。

また、本発明の一例に係るセラミック基板の製造方法にかかる第３の特徴は、発熱層は、赤外線吸収層であり、光照射は、赤外線の照射であることを要旨とする。

かかる特徴によれば、発熱層が赤外吸収層で、光照射が赤外線の照射であることにより、発熱層は、赤外線の照射により発熱し、セラミックグリーンシート及び導体ペーストをセラミック基板にするのに十分な発熱をすることができる。

本発明によれば、配線を形成する導体層を備え、必要な強度を確保しつつ、焼成後の反りを低減したセラミック基板及びセラミック基板の製造方法を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意するべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

[第１実施形態]
（セラミック基板）
以下、本発明の第１実施形態に係るセラミック基板１００について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は、セラミック板３０と導体層４０とを備えるセラミック基板１００の斜視図を示す。導体層４０は、用途に応じた配線パターンを形成し、セラミック基板１００は、携帯電話用の電子部品などに用いられる。

図１（ｂ）は、図１（ａ）のセラミック基板１００の１ａ−１ａ断面図を示す。図１（ｂ）に示すように、セラミック基板１００は、第２セラミック部１０と、第１セラミック部２０とからなるセラミック板３０と、セラミック板３０の一方の主面上に導体層４０とを備える。

第２セラミック部１０は、セラミック板３０の導体層４０が設けられている領域、すなわち少なくとも導体層４０に接する界面に形成されている。また、第２セラミック部１０の理論密度に対する相対密度は、８０％以上且つ９０％未満である。ここで、相対密度とは、理論密度に対する嵩密度の割合を示す。なお、理論密度とは、材料中の原子が理想的に配列しているとした場合の密度である。また、嵩密度とは、寸法によって測定される密度であり、固体材料、特に焼結されたセラミックに気孔が存在する場合であっても、見かけの外形寸法から得られる体積で重量を除して求められる密度を示す。また、第２セラミック部１０の組成は、セラミック板３０の組成と略同じである。

第１セラミック部２０は、理論密度に対する相対密度が９０％以上である。また、第１セラミック部２０の組成は、セラミック板３０の組成と略同じである。第１セラミック部２０は、セラミック板３０の５０重量％以上であることが好ましい。

セラミック板３０は、結晶化ガラスを含むことが好ましい。例えば、セラミックとしてアルミナを用い、結晶化ガラスとして、二酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウムを主成分とするガラスを用いることができる。

導体層４０は、セラミック板３０の一方の主面上で導通を確保するため、金属を主成分として形成される。具体的には、金、銀、銅等が導体層４０の主成分として用いられる。

以上説明した第１実施形態に係るセラミック基板１００は、セラミック板３０と、導体層４０を備える。セラミック板３０は、導体層４０が設けられている領域に形成された第２セラミック部１０と、第１セラミック部２０とにより板状に形成されている。導体層４０は、セラミック板３０の界面上に配線パターンを形成する。

これにより、第２セラミック部１０の収縮が小さくなり、導体層４０と、セラミック板３０との間に生じるせん断応力は、第２セラミック部１０で低減される。これにより、セラミック基板１００の反りを低減することができる。

また、導体層４０と、セラミック板３０との間に中間層を備える必要がなく、セラミック基板１００としての所望の比誘電率や絶縁耐力等を得ることができる。

また、第１セラミック部２０の理論密度に対する相対密度が９０％以上であることにより、セラミック基板１００として必要な強度を確保することができる。

第１セラミック部２０は、セラミック板３０の５０重量％以上であることことにより、理論密度に対する相対密度が９０％以上である第１セラミック部２０がセラミック板３０の５０重量％以上であるため、セラミック基板１００の強度が向上し、導体層４０と、セラミック板３０との間に生じるせん断応力による影響を低減することができる。これにより、セラミック基板１００の反りを更に低減することができる。

（セラミック基板の製造方法）
以下、第１実施形態に係るセラミック基板１００の製造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１００の製造方法は、セラミックグリーンシート３０Ｐ（焼成後、セラミック板３０になる）と、セラミックグリーンシート３０Ｐの一方の面にセラミックグリーンシート３０Ｐと異なる焼成収縮率を有する導体ペースト４０Ｐ（焼成後、導体層４０になる）とを備えるセラミック成形体１００Ｐ（焼成後、セラミック基板１００になる）から形成されるセラミック基板１００の製造方法である。

まず、図２(ａ)に示すように、セラミックグリーンシート３０Ｐを形成する。具体的には、セラミック板３０の原料粉末に、バインダと、必要に応じて有機溶剤、分散剤等を添加して混合し、スラリーを作製する。得られたスラリーをドクターブレード法等によりシート状に成形し、セラミックグリーンシート３０Ｐを得る。

次に、図２（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート３０Ｐの一方の主面上に導体ペースト４０Ｐにより配線パターンを形成する。例えば、導体ペースト４０Ｐは、スクリーン印刷法等を用いてセラミックグリーンシート３０Ｐの一方の主面上に印刷することにより形成できる。導体ペースト４０Ｐを印刷により形成する場合、導体ペースト４０Ｐは、金、銀、銅等の粉末と、バインダ等とを混合して用いることが好ましい。これにより、セラミックグリーンシート３０Ｐの一方の主面上に導体層４０を備えたセラミック成形体１００Ｐを形成する。

次に、図２（ｃ）に示すように、セラミックグリーンシート３０Ｐの導体ペースト４０Ｐが形成されている主面とは反対側の他方の主面上であって、導体ペースト４０Ｐが形成されていない領域上に、光を吸収することで発熱する発熱層５０Ｐが塗布される。具体的には、発熱層５０Ｐは、導体ペースト４０Ｐが形成された一方の面とは反対側の面に例えば、スクリーン印刷法等を用いて形成される。

具体的には、発熱層５０Ｐの原料粉末に、バインダ、必要に応じて有機溶剤、分散剤等を添加して混合し、スラリーを作製する。得られたスラリーをセラミックグリーンシート３０Ｐの他方の主面上に印刷することにより、発熱層５０Ｐを形成する。発熱層５０Ｐの原料粉末は、ランプ６０から光照射される光を吸収することで発熱する特性を有するよう選択される。

発熱層５０Ｐの原料粉末は、赤外線を吸収する特性を有するよう選択されることが好ましい。具体的には、発熱層５０Ｐの原料粉末は、黒体、カーボン、ゲルマニウム等が用いられる。特に、発熱層５０Ｐの原料粉末は、ゲルマニウムを含むことが好ましい。

発熱層５０Ｐは、セラミックグリーンシート３０Ｐの他方の主面上であって、導体ペースト４０Ｐが塗布されていない領域上に形成されることが好ましい。

次に、発熱層５０Ｐを備えるセラミック成形体１００Ｐを焼成するために、ランプ６０でセラミックグリーンシート３０Ｐに対して発熱層５０Ｐが形成された面側から光照射する。

ランプ６０が発する光は、発熱層５０Ｐを発熱させる。発熱層５０Ｐの発熱によりセラミック成形体１００Ｐを焼成させる特性を有する。ランプ６０は、赤外線を光照射する赤外線ランプであることが好ましい。具体的には、ランプ６０により８００〜９００℃の温度で５Ｈ以上保持することにより、セラミック成形体１００Ｐを焼成する。

最後に、図２（ｄ）に示すように、発熱層５０Ｐを除去することにより、セラミック基板１００を得る。具体的には、研磨等でセラミック基板１００にダメージを与えないように発熱層５０Ｐを除去する。

以上説明した第１実施形態に係るセラミック基板１００の製造方法によれば、光照射を行うことにより、発熱層５０Ｐが発熱するので、発熱層５０Ｐと接するセラミックグリーンシート３０Ｐの界面は、他の領域よりも焼成される。これにより、発熱層５０Ｐが形成されている領域のセラミックグリーンシート３０Ｐは、焼成収縮が十分になされ、相対密度の大きい第１セラミック部２０となる。また、発熱層５０Ｐが形成されていない領域のセラミックグリーンシート３０Ｐは、発熱層５０Ｐが形成されている領域のセラミックグリーンシート３０Ｐよりも焼成収縮が少なく、第１セラミック部２０よりも相対密度の小さい第２セラミック部１０となる。その結果、導体層４０と、セラミック板３０との間に生じるせん断応力は、第２セラミック部１０で低減される。これにより、セラミック基板１００の反りを低減することができる。

また、発熱層５０Ｐが形成されている領域のセラミックグリーンシート３０Ｐは十分に焼成されることにより、セラミック基板１００としての必要とされる強度を確保することができる。

発熱層５０Ｐが赤外吸収層で、ランプ６０が赤外線ランプであることにより、発熱層５０Ｐは、ランプ６０からの光の照射により発熱し、セラミック成形体１００Ｐをセラミック基板１００にするのに十分な発熱をすることができる。

[その他の実施形態]
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、第１実施形態では、導体層４０のパターンは、図１の形状に限られない。具体例を図３、図４に示す。

図３、図４は、セラミック基板１０４、セラミック基板１０５の斜視図と断面図とを示す。セラミック基板１０４では、図３（ａ）に示すように、導体層４４は、セラミック板３４の一方の主面上に略一定の間隔で且つ略一定の幅を有する斑点状に形成されている。

また、図３（ｂ）に示すように、セラミック板３４は、第２セラミック部１４と第１セラミック部２４とからなる。

第２セラミック１４は、セラミック板３４の導体層４４が設けられている領域、すなわち導体層４４が形成される直下の厚さ方向の領域に形成されている。第２セラミック部１４の理論密度に対する相対密度は、８０％以上且つ９０％未満である。また、第１セラミック部２４の理論密度に対する相対密度は、９０％以上である。

また、セラミック基板１０５では、図４（ａ）に示すように、導体層４５は、セラミック板３５の一方の主面上に略一定の間隔で且つ略一定の幅を有する格子状に形成されている。

また、図４（ｂ）に示すように、セラミック板３５は、第２セラミック部１５と第１セラミック部２５とからなる。

第２セラミック１５は、セラミック板３５の導体層４５が設けられている領域、すなわち導体層４５が形成される直下の厚さ方向の領域に形成されている。第２セラミック部１５の理論密度に対する相対密度は、８０％以上且つ９０％未満である。また、第１セラミック部２５の理論密度に対する相対密度は、９０％以上である。

これによれば、図３（ｂ）に示すように、第２セラミック部１４をセラミック板３４内に一定の間隔で形成できることにより、導体層４４と、セラミック板３４との間に生じるせん断応力をセラミック板３４内に均一に分散させることができる。これにより、セラミック基板１０４の反りを更に低減することができる。また、第１セラミック部２４をセラミック基板１０４内に均一に形成できることにより、セラミック基板１０４の強度を更に向上することができる。

図４に示すようなセラミック基板１０５についても、図３に示すセラミック基板１０４と同様に導体層４５と、セラミック板３５との間に生じるせん断応力をセラミック板３５内に均一に分散させることができる。また、第１セラミック部２５をセラミック基板１０５内に均一に形成できることにより、セラミック基板１０５の強度を更に向上することができる。

また、例えば、第１実施形態では、図２に示すように、セラミックグリーンシート３０Ｐの他方の主面上で、一方の面の導体ペースト４０Ｐが形成されていない領域上に発熱層５０Ｐを形成しているが、発熱層５０Ｐを形成する領域は、このセラミックグリーンシート３０Ｐの他方の主面上で、導体ペースト４０Ｐが形成されていない領域上だけに限定されるものではない。すなわち、導体ペースト４０Ｐのパターンと、発熱層５０Ｐのパターンとの関係は、正反対の関係でなくてもよい。

また、例えば、第１実施形態のセラミック基板１００のセラミック板３０は、単一層から構成されていたが、セラミック板３０が複数のセラミック層の積層体から構成され、各層に配線を有していてもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。実施例で作成した積層基板１０８〜１１１の一部断面図を図５〜図８に示す。

はじめに、図５（ａ）に示すような基板１０８Ｐを作成した。図５（ａ）は、基板１０８Ｐの一部断面図を示す。まず、セラミック板３８となるセラミックグリーンシート３８Ｐを形成した。具体的には、セラミック板３８の原料粉末として、平均粒径が３μｍのＳｉＯ₂、ＭｇＯ、ＣａＯを含む結晶性ガラス粉末２７５ｇと、イソプロピルアルコール（以下、ＩＰＡ）１３７．５ｇと、オレフィンマレイン酸コポリマー系分散剤２．７５ｇとを準備した。次に、セラミック板３８の原料粉末を直径０．５ｍｍのジルコニアビーズを１４０．５ｇ用いてビーズミルにて９０分間の混合粉砕を行った。

次に、混合粉砕を行ったセラミック板３８の原料粉末に、更に、平均粒径が３μｍのαアルミナ粉末１４５ｇと、ＩＰＡ７３ｇと、オレフィンマレイン酸コポリマー系分散剤１．４５ｇを加えてビーズミルにて９０分間の混合粉砕を行った。

得られたセラミック板３８原料粉末に、酢酸ブチル９１ｇと、ポリビニルアセテート系バインダ１５ｇと、アクリル系バインダ３６ｇと、顔料Ｆｅ(Ｆｅ、Ｃｒ)₂Ｏ₄（２．４％Ｃｏドープ）５．５ｇとを加えてビーズミルにて６０分間の混合粉砕を行い、スラリーを得た。

ドクターブレード法を用いてセラミック板３８になるセラミックグリーンシート３８Ｐを得た。具体的には、得られたスラリーをドクターブレード装置で厚さが１００μｍになるようにシート状に成形した。これを１００ｍｍ角の大きさに切り出し、セラミックグリーンシート３８Ｐを得た。

次にセラミックグリーンシート３８Ｐの一方の主面に発熱層５８Ｐであるゲルマニウムペーストを全面に印刷した。

ここで、セラミックグリーンシート３８Ｐと、一方の主面上に発熱層５８Ｐを全面印刷したセラミックグリーンシート３８Ｐとを発熱層５８Ｐが外側になるように積層し、圧着し、基板１０８Ｐを形成した。

そして、第１実施形態と同様に、発熱層５８Ｐ側から、赤外線ランプで赤外線を照射し、基板１０８Ｐを焼成することにより図５（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート３８Ｐと、セラミックグリーンシート３８Ｐとは、結合しセラミック板３８になる。従って、基板１０８Ｐを焼成することにより、セラミック板３８と、セラミック板３８の他方の主面上の全面に形成され、焼成された発熱層５８とを備える積層基板１０８を形成することができる。

また、図６（ａ）に示すように、セラミックグリーンシート３８Ｐを２枚重ねて積層し、圧着し基板１０９Ｐを形成した。

そして、第１実施形態と同様に、セラミックグリーンシート３８Ｐの一方の主面側から、赤外線ランプで赤外線を照射し、基板１０９Ｐを焼成することにより図６（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート３８Ｐと、セラミックグリーンシート３８Ｐとが結合し、セラミック板３８になる。従って、基板１０９Ｐを焼成することによりセラミック板３８である積層基板１０９を形成することができる。

次に、図７（ａ）に示すように、導体ペースト４８Ｐと、セラミックグリーンシート３８Ｐと、発熱層５８Ｐとを備える基板１１０Ｐを形成した。具体的には、セラミックグリーンシート３８Ｐの一方の主面上に導体層４８となる導体ペースト４８Ｐを印刷した。印刷パターンは、略一定の間隔で且つ略一定の幅を有する斑点状とした。具体的には、縦に１５個、横に１５個、合計２２５個の斑点を印刷面積がセラミックグリーンシート３８Ｐの全体の１０％、２５％、５０％となるように斑点の面積を設定して印刷した。

また、セラミックグリーンシート３８Ｐの一方の主面上にゲルマニウムペーストを印刷することにより、上記導体ペースト４８Ｐの印刷パターンと正反対の関係になるパターンを有する発熱層５９Ｐを形成した。導体ペースト４８Ｐを一方の主面上に形成したセラミックグリーンシート３８Ｐと、発熱層５９Ｐを一方の主面上に形成したセラミックグリーンシート３８Ｐとをそれぞれ導体ペースト４８Ｐ及び発熱層５９Ｐが外側になるように積層し、圧着し基板１１０Ｐを形成した。

そして、第１実施形態と同様に、発熱層５９Ｐ側から、赤外線ランプで赤外線を照射し、基板１０９Ｐを焼成することにより図７（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート３８Ｐと、セラミックグリーンシート３８Ｐとは、結合しセラミック板３８になる。従って、基板１０９Ｐを焼成することにより、セラミック板３８と、セラミック板３８の一方の主面上に導体ペースト４８Ｐが形成された斑点状のパターンを有する導体層４８と、セラミック板３８の他方の主面上に導体層４８と正反対の関係になるパターンを有する焼成された発熱層５９Ｐとを備える積層基板１１０を形成することができる。

次に、図８（ａ）に示すように、導体ペースト４８Ｐと、セラミックグリーンシート３８Ｐとを備える基板１１１Ｐを形成した。具体的には、セラミックグリーンシート３８Ｐの一方の主面上に導体層４８となる導体ペースト４８Ｐを印刷した。印刷パターンは、略一定の間隔で且つ略一定の幅を有する斑点状とした。具体的には、縦に１５個、横に１５個、合計２２５個の斑点を印刷面積がセラミックグリーンシート３８Ｐの全体の１０％、２５％、５０％となるように斑点の面積を設定して印刷した。

導体ペースト４８Ｐを一方の主面上に形成したセラミックグリーンシート３８Ｐと、セラミックグリーンシート３８Ｐとを導体ペースト４８Ｐが外側になるように積層し、圧着し基板１１１Ｐを形成した。

そして、第１実施形態と同様に、セラミックグリーンシート３８Ｐの一方の主面側から、赤外線ランプで赤外線を照射し、基板１１１Ｐを焼成することにより図８（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート３８Ｐと、セラミックグリーンシート３８Ｐとは、結合しセラミック板３８になる。従って、基板１１１Ｐを焼成することにより、セラミック板３８と、セラミック板３８の一方の主面上に導体ペースト４８Ｐが形成された斑点状のパターンを有する導体層４８とを備える積層基板１１１を形成することができる。

[実施例１]
（焼成収縮率及び相対密度測定方法）
基板１０８Ｐと、基板１０９Ｐとを２５ｍｍ角に切り出しサンプルとした。

サンプルを波長１．５μｍの赤外線ランプにて照射した。この際、基板１０８Ｐは、ゲルマニウムペーストを印刷した面にランプにより照射した。

焼成前後の基板１０８Ｐ、基板１０９Ｐの縦、横、厚さの寸法をマイクロメータにて測定し、ＸＹ収縮率（縦、横の平均）、Ｚ収縮率（厚さ）を算出した。また、質量を測定し相対密度を算出した。

（抗折強度測定方法）
基板１０８Ｐと、基板１０９Ｐとを５ｍｍ×５０ｍｍ角に切り出しサンプルとした。

サンプルを波長１．５μｍの赤外線ランプにて照射した。この際、基板１０８Ｐは、発熱層５８Ｐを印刷した面からランプにより照射した。

焼成後の基板１０８Ｐ（積層基板１０８）、基板１０９Ｐ（積層基板１０９）の抗折強度を測定した。

（焼成収縮率及び相対密度測定結果）
結果を表１に示す。焼成後の基板１０８Ｐ（積層基板１０８）は、ＸＹ収縮率、Ｚ収縮率ともに焼成後の基板１０９Ｐ（積層基板１０９）よりも大きな値を示した。これは、焼成後の基板１０８Ｐ（積層基板１０８）は、焼成後の基板１０９Ｐ（積層基板１０９）よりも焼結が進んでいることを示唆しており、焼成後の基板１０８Ｐ（積層基板１０８）の相対密度は、焼成後の基板１０９Ｐ（積層基板１０９）の相対密度よりも大きくなっていることがわかった。

（抗折強度測定結果）
結果を表１に示す。焼成後の基板１０８Ｐ（積層基板１０８）の抗折強度は、焼成後の基板１０９Ｐ（積層基板１０９）の抗折強度よりも大きくなった。

以上の結果より、焼成後の基板１０８Ｐ（積層基板１０８）は、焼成後の基板１０９Ｐ（積層基板１０９）に比べて焼結が十分に進んだため、収縮率が高まり、その結果、相対密度、抗折強度ともに高くなったと考えられる。これにより、ランプによる赤外線照射により、発熱層５８Ｐが発熱することによりセラミック基板の焼結性が高まることがわかった。

[実施例２]
（反り及び相対密度測定方法）
基板１１０Ｐと、基板１１１Ｐとを２５ｍｍ角に切り出しサンプルとした。

基板１１０Ｐ及び基板１１１Ｐを図９に示すプロファイルにそって焼成した。

この際、基板１１０Ｐは、波長１．５μｍの赤外線ランプにて発熱層５９Ｐを印刷した面から照射した。また、基板１１１Ｐは、電気炉で基板１１１Ｐ全体を焼成した。

焼成後の基板１１０Ｐ（積層基板１１０）の反りと、焼成後の基板１１１Ｐ（積層基板１１１）の反りをそれぞれマイクロメータにて測定した。

焼成後の基板１１０Ｐ（積層基板１１０）、基板１１１Ｐ（積層基板１１１）の縦、横、厚さの寸法をマイクロメータにて測定し、質量を測定し相対密度を算出した。

（反り及び相対密度測定結果）
結果を表２に示す。同一印刷面積で焼成後の基板１１０Ｐ（積層基板１１０）、焼成後の基板１１１Ｐ（積層基板１１１）を比較すると、どの場合においても焼成後の基板１１０Ｐ（積層基板１１０）の反りが、焼成後の基板１１１Ｐ（積層基板１１１）の反りよりも小さくなった。また、焼成後の基板１１１Ｐ（積層基板１１１）の場合、印刷面積の増加に伴って反りが急激に増加する傾向にあるが、焼成後の基板１１０Ｐ（積層基板１１０）の反りは、印刷面積の増加に対してほとんど影響を受けなかった。

基板の反りの原因を特定するために、焼成温度と、焼成収縮率との関係を調べた。具体的には、熱機械分析装置（Ｔｈｅｒｍｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を用いた。サンプルとしては、上述した方法で形成されたセラミックグリーンシート３８Ｐ、導体ペースト４８Ｐを用いた。

図１０は、セラミックグリーンシート３８Ｐの熱収縮特性曲線である。また、図１１は、導体ペースト４８Ｐの熱収縮特性曲線である。熱収縮特性曲線とは、横軸に焼成温度、縦軸に焼成前の大きさに対する割合を焼成収縮率としてその関係により示された曲線である。焼成収縮率がマイナスを示せば熱収縮していることを示し、プラスを示せば熱膨張していることを示す。また、急激に収縮し始める温度を、収縮開始温度とする。また、収縮開始温度から熱収縮が終了する温度までの単位温度あたりの焼成収縮率の変化量を熱収縮速度とする。図１０及び図１１では、収縮開始温度と、熱収縮速度をわかりやすくするために、熱収縮特性曲線の収縮開始温度から熱収縮が終了する温度までをＳ領域として破線で表示する。

図１０に示すように、セラミックグリーンシート３８Ｐの焼成収縮率は、約１８％を示した。また、図１１に示すように、導体ペースト４８Ｐの焼成収縮率は、約２３％を示した。

基板１１１Ｐでは、電気炉で基板１１１Ｐが一様に焼成されるため、セラミックグリーンシート３８Ｐと導体ペースト４８Ｐの焼成収縮率の不一致が原因で焼成後の基板１１１Ｐ（積層基板１１１）の反りが大きくなったものと考えられる。また、印刷面積が大きいほど、導体層４８と、セラミック板３８との界面が大きくなり、それに応じて、せん断応力が大きくなるため焼成後の基板１１１Ｐ（積層基板１１１）の反りが大きくなったと考えられる。

一方、基板１１０Ｐでは、発熱層５９Ｐを配置した部分のみ焼成が進展する。基板１１０Ｐでは、発熱層５９Ｐが形成されていない面の発熱層５９Ｐが形成されている部分に対応するセラミックグリーンシート３８Ｐの焼成が十分なされるので、相対密度の大きい第１セラミック部となる。また、発熱層５９が形成されていない領域のセラミックグリーンシート３８Ｐは、発熱層が形成されている領域のセラミックグリーンシート３８Ｐよりも焼成収縮が少なく、第１セラミック部よりも相対密度の小さい第２セラミック部となる。導体層４８と、セラミック板３８との間に生じるせん断応力は、導体層５９Ｐが形成されていない領域で低減される。これにより、焼成後の基板１１０Ｐ（積層基板１１０）の反りを低減することができたと考えられる。

また、表２に示すように、焼成後の基板１１０Ｐ（積層基板１１０）の相対密度は、導体面積が最も大きい導体面積率が５０％のサンプルであっても、８４％を示した。積層基板１１０として必要とされる抗折強度は、２００ＭＰ以上であり、相対密度が８０％以上必要である。焼成後の基板１１０Ｐ（積層基板１１０）は、この条件も満たすことができた。なお、焼成後の基板１１０Ｐ（積層基板１１０）は、焼成後の基板１１０Ｐ（積層基板１１０）の部分によって焼成の進み方が異なっているが、インクテストによって、焼成後の基板１１０Ｐ（積層基板１１０）の表面にインクを塗布し焼成度合を確認した。これにより、どの部分も焼成されていることを確認した。

本発明の第１実施形態に係るセラミック基板を示す（ａ）斜視図と（ｂ）１ａ−１ａ断面図である。 本発明の第１実施形態に係るセラミック基板の製造方法を示す。 本発明の実施形態に係るセラミック基板を示す（ａ）斜視図と（ｂ）４ａ−４ａ断面図である。 本発明の実施形態に係るセラミック基板を示す（ａ）斜視図と（ｂ）５ａ−５ａ断面図である。 本発明の実施例に係る積層基板を示す断面図である。 本発明の実施例に係る積層基板を示す断面図である。 本発明の実施例に係る積層基板を示す断面図である。 本発明の実施例に係る積層基板を示す断面図である。 本発明の実施例に係る焼成プロファイルを示す図である。 本発明の実施例に係るセラミックグリーンシートの熱収縮特性曲線を示す図である。 本発明の実施例に係る導体ペーストの熱収縮特性曲線を示す図である。

符号の説明

１０…第２セラミック部、２０…第１セラミック部、３０…セラミック板、４０…導体層、５０…発熱層、セラミック基板…１００

Claims (6)

1. セラミック板の一方の主面上に前記セラミック板と異なる焼成収縮率を有する導体層を備えるセラミック基板であって、
   前記セラミック板は、
   理論密度に対する相対密度が９０％以上である第１セラミック部と、
   前記相対密度が８０％以上且つ９０％未満であり、前記第１セラミック部と略同じ組成である第２セラミック部とを備えることを特徴とするセラミック基板。
2. 前記第１セラミック部は、前記セラミック板の５０重量％以上であることを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板。
3. 前記セラミック板の前記導体層が設けられている領域は、前記第２セラミック部からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセラミック基板。
4. セラミック板の一方の主面上に前記セラミック板と異なる焼成収縮率を有する導体層を備えるセラミック基板の製造方法であって、
   セラミックグリーンシートの一方の主面上に導体ペーストを形成する工程と、
   前記セラミックグリーンシートの他方の主面上に光を吸収することで発熱する発熱層を形成する工程と、
   前記導体ペースト及び前記発熱層を形成した前記セラミックグリーンシートに対して、前記他方の主面側から、光照射を行うことによって前記セラミックグリーンシート及び前記導体ペーストを焼成する工程とを含むことを特徴とするセラミック基板の製造方法。
5. 前記発熱層は、前記セラミックグリーンシートの前記導体ペーストが形成されていない領域の前記他方の主面上に形成されることを特徴とする請求項４に記載のセラミック基板の製造方法。
6. 前記発熱層は、赤外線吸収層であり、
   前記光照射は、赤外線の照射であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のセラミック基板の製造方法。
   

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