JP2009023895A

JP2009023895A - セラミックス基板及びその製造方法

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Publication number: JP2009023895A
Application number: JP2007191321A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Suzuki; 利幸鈴木; Taiji Miyauchi; 泰治宮内; Isao Kaneda; 功金田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2027-07-23
Also published as: JP5454833B2

Abstract

【課題】熱膨張係数αが大きく、高周波基板に適した特性を有し、低温焼成が可能であり、基板強度に優れたセラミックス基板を提供する。
【解決手段】主組成としてＭｇ_２ＳｉＯ_４及び低温焼成化成分を含むセラミックス基板である。熱膨張係数αは９．０ｐｐｍ／℃以上である。Ａｌ_２Ｏ_３を７体積％以下（零は含まず。）の割合で含有する。Ｍｇ_２ＳｉＯ_４及び低温焼成化成分を含む主組成に対して、平均粒径１．０μｍ以下のＡｌ_２Ｏ_３を７体積％以下（零は含まず。）の割合で添加し、電極の融点以下の温度で焼成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線基板に近い熱膨張係数を有するセラミックス基板に関するものであり、特に、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４を主成分とするセラミックス基板の抗折強度の改善に関するものである。

例えば、情報通信分野においては、使用周波数帯域が高周波数に移行する傾向にあり、衛星放送や衛星通信、携帯電話や自動車電話等の移動体通信では、ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯の高周波が使用されている。

前述のような高周波帯域で使用される配線層を有する回路基板では、配線間容量に起因する信号遅延を低減するため低誘電率の基板が必要になる。さらに、高周波信号を減衰させないために高いＱ値を持つ基板が必要になる。このような基板の作製には、低誘電率セラミック材料（誘電体磁器組成物）が必要であり、比誘電率εｒが６〜１１程度で、Ｑ値の大きいセラミック材料の開発が望まれるところである。

Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）は、単体ではＱ・ｆ＝２０００００ＧＨｚ以上と極めてＱの値が大きく、誘電損失が非常に小さい材料の一つであり、比誘電率εｒも比較的低いことから、前記低誘電率セラミック材料の一つとして注目されており、例えば低温焼成化のための改良等が試みられている（例えば、特許文献１乃至特許文献４等を参照）。

特許文献１は、本願出願人により提案されたものであり、ＢａＯ、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ及びＳｉＯ_２を所定の比率で含有するとともに、副成分としてＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＣｕＯ及びアルカリ土類金属酸化物ＲＯを所定の比率で含有し、さらに副成分としてＡｇを含有する誘電体磁器組成物が開示されている。この誘電体磁器組成物は、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２）結晶を含有し、低温での焼成を可能としている。

また、特許文献２には、ガラス粉末とアルミナ粉末及びフォルステライト粉末からなるセラミック基板用組成物が開示されており、特許文献３には、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＺｎＯ及びＢ_２Ｏ_３からなるガラスを５５〜９９．５重量％と、フォルステライトを全量中０．１〜４５重量％の割合となるように混合した混合粉末を成形後、非酸化製雰囲気中、８００〜１０００℃の温度で焼成することのより形成され、ガーナイト結晶相とコーディエライト結晶相とフォルステライト結晶相とエンスタタイト結晶相とガラス相とを含む低温焼成磁気組成物が開示されている。これら特許文献に開示される組成物も、１０００℃以下の低温での焼成が可能である。

一方、特許文献４には、一般式ｘＭｇＯ−ｙＳｉＯ_２−ｚＡｌ_２Ｏ_３（ただし、式中、ｘ、ｙ、ｚは、各成分の重量百分率を表し、６０≦ｘ≦９０、１０≦ｙ≦４０、０≦ｚ≦１０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）なる組成を主成分とし、前記主成分に対し副成分としてＺｎＯを１重量％以下を添加した高周波用誘電体磁器組成物が開示されている。特許文献４記載の発明は、高いＱ値と低い比誘電率を併せ持つ誘電体磁器組成物を提供することを目的とするものであり、焼成温度は１５５０℃〜１６００℃である。
特開２００６−２９０７２８号公報特開昭６１−２４２９５０号公報特開平９−１７５８５５号公報特開平８−６９７１５号公報

ところで、低温焼成可能なＬＴＣＣ基板は、安価な高周波基板として広く用いられており、部品の小型化、高集積化とともに、例えばＬＴＣＣ基板上にベアチップや表面実装部品（ＳＭＤ）等を実装したデバイス等が要求され、さらには、前記ＬＴＣＣ基板をプリント配線基板（ＰＣＢ）へ直接実装することも要求されている。

この場合、デバイスの低背化等に伴い基板自体にさらなる強度が要求されるとともに、ガラスエポキシ基板等からなるプリント配線基板との熱収縮差による基板への応力緩和のため、プリント配線基板と近い熱膨張係数を有する基板材料が求められている。しかしながら、前述の各特許文献記載の発明では、基板の熱膨張係数に関しては全く考慮されておらず、プリント配線基板と近い熱膨張係数を実現するためにＬＴＣＣ基板をどのように設計すればよいか、ほとんど検討されていないのが実情である。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、ガラスエポキシ基板等のプリント配線基板と近い熱膨張係数を有し、高周波基板に適した特性を有し、低温焼成が可能であり、さらには基板強度に優れたセラミックス基板を提供することを目的とし、さらにはその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、前述の目的を達成するために、長期に亘り研究を続けてきた。その結果、次のような知見を得るに至った。先ず第１に、誘電体材料としてＭｇ_２ＳｉＯ_４を用るとともに、低温焼成成分を適宜選定し、これらの組成を調整することで、熱膨張係数が大きく低温焼成可能なセラミックス基板を実現し得ることがわかった。ただし、この場合、強度不足が問題となる。そこで、さらに検討を進めたところ、Ａｌ_２Ｏ_３粉の少量添加が特異的に強度の改善に有効であることを見出した。

本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものである。すなわち、本発明のセラミックス基板は、主組成としてＭｇ_２ＳｉＯ_４及び低温焼成化成分を含み、熱膨張係数αが９．０ｐｐｍ／℃以上であるセラミックス基板であって、Ａｌ_２Ｏ_３を７体積％以下（零は含まず。）の割合で含有することを特徴とする。

また、本発明のセラミックス基板の製造方法は、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４及び低温焼成化成分を含む主組成に対して、平均粒径１．０μｍ以下のＡｌ_２Ｏ_３を７体積％以下（零は含まず。）の割合で添加し、電極の融点以下の温度で焼成することを特徴とする。

本発明のセラミックス基板は、主組成としてＭｇ_２ＳｉＯ_４及び低温焼成化成分を含むものであり、例えば１０００℃以下での低温焼成が可能である。また、熱膨張係数αが９．０ｐｐｍ／℃以上と通常のセラミックス基板に比べて大きく、ガラスエポキシ基板等のプリント配線基板と近い値を有するので、プリント配線基板（ＰＣＢ）へ直接実装した場合にも、熱膨張率差による応力の発生が大幅に低減される。

さらに、本発明のセラミックス基板では、前記熱膨張係数αの値を大きくすると同時に、基板強度の向上も実現される。セラミックス基板において、熱膨張係数αの値を大きくするには、例えばＭｇ_２ＳｉＯ_４の比率を増加させる必要がある。ただし、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４の比率を増加させると、基板強度が急激に低下する。そこで、本発明のセラミックス基板においては、Ａｌ_２Ｏ_３を７体積％以下（零は含まず。）の割合で添加している。Ａｌ_２Ｏ_３の添加は、基板強度向上に有効であり、基板強度に優れた低温焼成セラミックス基板が実現される。

本発明によれば、ガラスエポキシ基板等のプリント配線基板と近い熱膨張係数を有し、高周波基板に適した特性を有し、低温焼成が可能であり、さらには基板強度に優れたセラミックス基板を提供することが可能である。

以下、本発明を適用したセラミックス基板の実施形態について詳細に説明する。

本発明のセラミックス基板は、主組成としてＭｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）と低温焼成成分とを含む誘電体材料により形成される低温焼成セラミックス基板である。Ｍｇ_２ＳｉＯ_４は、単体でのＱ・ｆが２０００００ＧＨｚ以上であり、これを主成分とすることで低誘電損失材料を実現することができる。したがって、主成分を１００％Ｍｇ_２ＳｉＯ_４とすることも考えられるが、例えば誘電率の調整のため必要に応じて公知の添加物を添加することも可能である。添加物としては、比誘電率εｒ＝１７前後を有するチタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉＯ_３）や、比誘電率εｒ＝２００前後を有するチタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ_３）等を挙げることができる。この場合、両者ともＱ値がフォルステライトのＱ値よりも低いため、添加により得られる基板のＱ値が低下する傾向にあり、添加量を十分考慮する必要がある。

Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）において、化学量論的な組成はＭｇＯ：ＳｉＯ_２＝２：１であるが、必ずしもこれに限らず、前記組成から外れていてもよい。ただし、前記組成が化学量論的な組成から大きく外れると所定の特性が得られなくなるおそれがあることから、ＭｇＯ：ＳｉＯ_２＝１．９：１．１〜２．１：０．９とすることが好ましい。

前記Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）は、熱膨張係数αの観点からも主組成の構成成分として好適である。Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）は熱膨張係数αが大きく、主組成におけるＭｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）の比率を大きくすれば、熱膨張係数αの大きなセラミックス基板を実現することが可能になる。ただし、例えば１００％Ｍｇ_２ＳｉＯ_４とすると、低温焼成が難しくなり、基板強度も確保することができない。

そこで、本発明のセラミックス基板においては、前記Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）の比率を最適化するとともに、低温焼成成分を併用することで、比誘電率εｒ≦８、Ｑ≧２０００、熱膨張係数α≧９．０ｐｐｍ／℃以上で、且つ１０００℃以下の温度で低温焼成することが可能なセラミックス基板を実現している。Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）の組成や、低温焼成成分の種類や組成は、前記特性を満たす範囲で設定すればよい。特に、セラミックス基板の熱膨張係数αに関しては、α≧９．０ｐｐｍ／℃以上とすることにより、ガラスエポキシ基板の熱膨張係数（例えば９〜１４ｐｐｍ／℃程度）と近い値とすることができ、例えば本発明のセラミックス基板をプリント配線基板に直接実装した場合にも、熱膨張率差による応力の発生を抑えることが可能である。

前記低温焼成成分は、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）よりも低い温度で焼結するものであれば任意のものを使用することができ、各種酸化物から選択して使用すればよい。低温焼成成分の比率も任意であるが、本発明のセラミックス基板は、ガラス成分中にセラミックス成分が分散されたガラスセラミックスではなく、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）が焼結された低温焼成セラミックスであり、この点を考慮して低温焼成成分の比率を設定する必要がある。

また、主成分であるＭｇ_２ＳｉＯ_４は、前述の通り低誘電損失材料であり、比誘電率εｒも６〜７程度と低く、低誘電率の要求に適った材料である。ただし、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４単体であると抗折強度が低く、実用上大きな問題である。したがって、前記低温焼成成分として、適正な酸化物を選定し添加することで、抗折強度の改善を図ることが好ましい。

本発明者らが検討を重ねたところ、ＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＣｕＯ及びＲＯ（ただし、Ｒはアルカリ土類金属を表す。）を前記低温焼成成分として添加することが有効である。したがって、本発明のセラミックス基板においては、これら４つの成分を前述の主成分（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）に添加し、主組成とすることが好ましい。なお、主組成における各成分の添加量には、それぞれ最適範囲があり、所定の範囲内で添加することが好ましい。

先ず、ＺｎＯについては、添加量を８質量％〜２０質量％とすることが好ましい。すなわち、前記Ｍｇ_２ＳｉＯ_４の質量をａ、ＺｎＯの質量をｂ、Ｂ_２Ｏ_３の質量をｃ、ＣｕＯの質量をｄ、ＲＯの質量をｅとしたときに、全体の質量（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）に対するＺｎＯの質量ｂの比率ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）を８％〜２０％とすることが好ましい。ＺｎＯの添加量［ＺｎＯの質量ｂの比率ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が８質量％未満であると、所定の効果が得られず、抗折強度が不十分となるおそれがある。逆に、ＺｎＯの添加量［全体の質量に対するＺｎＯの質量ｂの比率ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が２０質量％を越えると、Ｑが低下し、Ｑ・ｆ＝２０００ＧＨｚ以上を達成することが難しくなるおそれがある。

Ｂ_２Ｏ_３については、添加量を３質量％〜１０質量％とすることが好ましい。すなわち、Ｂ_２Ｏ_３の質量をｃとしたときに、全体の質量（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）に対するＢ_２Ｏ_３の質量ｃの比率ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）を３％〜１０％とすることが好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の添加量［全体の質量に対するＢ_２Ｏ_３の質量ｃの比率ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が３質量％未満であると、Ｑが低下し、Ｑ・ｆ＝２０００ＧＨｚ以上を達成することが難しくなるおそれがある。逆に、Ｂ_２Ｏ_３の添加量［全体の質量に対するＢ_２Ｏ_３の質量ｃの比率ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が１０質量％を越えると、基板密度が十分に得られなくなり、十分な強度が得られなくなる。

ＣｕＯについては、添加量を２質量％〜８質量％とすることが好ましい。すなわち、ＣｕＯの質量をｄとしたときに、全体の質量（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）に対するＣｕＯの質量ｄの比率ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）を２％〜８％とすることが好ましい。ＣｕＯの添加量［全体の質量に対するＣｕＯの質量ｄの比率ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が２質量％未満であると、基板密度が十分に得られないため、基板焼成温度をより高温とする必要がある。この場合、電極との同時焼成が困難になるため、基板用途が制限されることになる。逆に、ＣｕＯの添加量［全体の質量に対するＣｕＯの質量ｄの比率ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が８質量％を越えると、Ｑが低下し、Ｑ・ｆ＝２０００ＧＨｚ以上を達成することが難しくなるおそれがある。

ＲＯ（ただし、Ｒはアルカリ土類金属を表す。）については、添加量を１質量％〜４質量％とすることが好ましい。すなわち、ＲＯの質量をｅとしたときに、全体の質量（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）に対するＲＯの質量ｅの比率ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）を１％〜４％とすることが好ましい。ＲＯの添加量［全体の質量に対するＲＯの質量ｅの比率ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が１質量％未満であると、基板密度が十分に得られないため、基板焼成温度をより高温とする必要がある。この場合、電極との同時焼成が困難になるため、基板用途が制限されることになる。逆に、ＲＯの添加量［全体の質量に対するＲＯの質量ｅの比率ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）］が４質量％を越えると、Ｑが低下し、Ｑ・ｆ＝２０００ＧＨｚ以上を達成することが難しくなるおそれがある。

なお、前記ＲＯにおいて、Ｒ（アルカリ土類金属）は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを挙げることができる。前記ＲＯとして、これらアルカリ土類金属の酸化物の１種、あるいは２種以上を添加すればよい。

前述のように、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）を主成分とする誘電体磁器組成物に低温焼成成分として前記４つの成分（ＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＣｕＯ及びＲＯ）を添加することにより、抗折強度を大幅に向上することができ、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）が有する誘電特性を生かすことができる。例えばＭｇ_２ＳｉＯ_４の質量をａ、ＺｎＯの質量をｂ、Ｂ_２Ｏ_３の質量をｃ、ＣｕＯの質量をｄ、ＲＯの質量をｅとしたときに、全体の質量（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）に対するＺｎＯの質量ｂの比率ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）を８％〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３の質量ｃの比率ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）を３％〜１０％、ＣｕＯの質量ｄの比率ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）を２％〜８％、ＲＯの質量ｅの比率ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）を１％〜４％とすることで、抗折強度が１００ＭＰａ以上で、比誘電率εｒが７±１、且つＱ・ｆが２０００ＧＨｚ以上の誘電体磁器組成物を提供することが可能である。

また、全体の質量（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）に対するＺｎＯの質量ｂの比率ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）を１２％〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３の質量ｃの比率ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）を３％〜９％、ＣｕＯの質量ｄの比率ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）を４％〜８％、ＲＯの質量ｅの比率ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）を２％〜４％とすることで、抗折強度２００ＭＰａ以上を実現することが可能である。

以上が本発明のセラミックス基板に用いられる主組成の構成であるが、本発明のセラミックス基板においては、さらにＡｌ_２Ｏ_３を７体積％以下（零は含まず。）の割合で含有することが大きな特徴事項である。

前述の通り、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）を用いた場合、基板強度が不足する。この基板強度の不足は、低温焼成成分を選定することである程度改善することができるが、Ａｌ_２Ｏ_３を添加することで、より一層の改善を図ることが可能である。

Ａｌ_２Ｏ_３の添加量は、主組成に対して７体積％以下（零は含まず。）とすることが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の添加量が７体積％を越えると、セラミックス基板の熱膨張係数αが低下し、要求される値を下回るおそれがある。また、抗折強度についても、Ａｌ_２Ｏ_３の添加量が７体積％を越えると却って低下する。逆に、Ａｌ_２Ｏ_３の添加量が零であると、強度改善効果が得られず、基板の抗折強度が不十分になるおそれがある。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量（添加量）のより好ましい範囲としては、１体積％〜７体積％である。

本発明のセラミックス基板を製造するには、前記Ａｌ_２Ｏ_３の粉末を主組成に加えて焼成を行うが、加えるＡｌ_２Ｏ_３粉末は、できる限り平均粒径が小さいことが好ましい。平均粒径の小さなＡｌ_２Ｏ_３粉末を用いることで、抗折強度の改善効果を大きなものとすることができる。具体的には、使用するＡｌ_２Ｏ_３粉末の平均粒径は、１．０μｍ以下とすることが好ましい。

以下、本発明のセラミックス基板の製造方法について説明する。本発明のセラミックス基板を製造するには、先ず、主組成の主成分であるＭｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）を製造する。具体的には、混合工程において、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）の原料となるＭｇＯとＳｉＯ_２とを混合する。これら原料の混合は、乾式混合により行ってもよいし、湿式混合により行ってもよい。湿式混合の場合、例えば純水やエタノールを混合溶媒とし、ボールミル等を用いて混合を行えばよい。混合時間は、例えば４時間〜２４時間程度とすればよい。

前記混合を湿式混合により行った場合には、乾燥工程において混合物を十分に乾燥する。乾燥工程では、例えば温度１００℃〜２００℃、好ましくは１２０℃〜１４０℃で、１２時間〜３６時間程度乾燥を行う。

混合・乾燥した原料混合物は、次の仮焼き工程において仮焼きを行う。仮焼きは、原料であるＭｇＯとＳｉＯ_２とを反応させ、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）の結晶を合成する工程であり、当該仮焼きを行うことによって大部分がＭｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）となった仮焼物を得ることが可能である。なお、仮焼きは、温度１０００℃〜１５００℃、好ましくは１１００℃〜１３５０℃で行う。処理時間は１時間〜２４時間程度とすることが好ましい。

前記仮焼き後、仮焼物を粉砕工程において粉砕し、さらに乾燥工程において乾燥する。粉砕工程では、乾式粉砕、あるいは湿式粉砕により仮焼物を粉砕し、粉末にする。粉砕工程４を湿式粉砕により行う場合には、例えば純水やエタノールを混合溶媒とし、ボールミル等を用いて粉砕を行えばよい。混合時間は、例えば４時間〜２４時間程度とすればよい。乾燥工程５では、例えば温度１００℃〜２００℃、好ましくは１２０℃〜１４０℃で、１２時間〜３６時間程度乾燥を行う。これにより、主成分となるＭｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）の原料粉を得ることができる。

なお、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）の原料粉としては、市販のフォルステライトを用いることも可能である。ただし、その場合には、市販のフォルステライトをそのまま用いるのではなく、例えば市販のフォルステライトをボールミル等を用いて湿式粉砕し、例えば温度１００℃〜２００℃、好ましくは１２０℃〜１４０℃で、１２時間〜３６時間程度乾燥を行ったものを用いることが好ましい。

次いで、前記Ｍｇ_２ＳｉＯ_４（フォルステライト）の原料粉に対して低温焼成成分の原料（ＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＣｕＯ及びＲＯ）を所定量添加し、混合工程において混合し、乾燥工程において乾燥する。混合工程は、先の混合工程と同様、乾式混合あるいは湿式混合により行えばよい。湿式混合の場合、例えば純水やエタノールを混合溶媒とし、ボールミル等を用いて混合を行えばよい。混合時間は、例えば４時間〜２４時間程度とすればよい。乾燥工程も、先の乾燥工程と同様の条件で行えばよく、例えば温度１００℃〜２００℃、好ましくは１２０℃〜１４０℃で、１２時間〜３６時間程度乾燥を行う。

さらに、仮焼き工程において、得られた原料混合粉末を仮焼きする。この仮焼き工程は、焼成温度以下の温度、例えば７００℃〜８００℃で行い、仮焼き時間は１時間〜１０時間程度とする。この仮焼き工程８を７００℃〜８００℃程度の温度で行うことで、仮焼物中にフォルステライトを結晶の形で含有させることができる。

その後、粉砕工程において仮焼物を粉砕し、乾燥工程において粉砕した粉末を乾燥する。粉砕工程は、、乾式粉砕あるいは湿式粉砕により行うが、粉砕工程を湿式粉砕により行う場合には、例えば純水やエタノールを混合溶媒とし、ボールミル等を用いて粉砕を行う。混合時間は、例えば４時間〜２４時間程度とすればよい。乾燥工程では、例えば温度１００℃〜２００℃、好ましくは１２０℃〜１４０℃で、１２時間〜３６時間程度乾燥を行う。このように仮焼きと粉砕を行うことにより、主成分と低温焼成成分とを均一にすることができる。

以上により主組成となる誘電体磁器組成物を得る。次に、Ａｌ_２Ｏ_３粉末を添加し、さらに、ポリビニルアルコール系、アクリル系、エチルセルロース系等の有機バインダを添加し、ボールミル等で混合を行った後、所望の形状に成形を行う。成形は、シート法や印刷法等の湿式成形の他、プレス成形等の乾式成形等により行ってもよく、成形する形状等に応じて成形方法を適宜選択することが可能である。添加するＡｌ_２Ｏ_３粉末の平均粒径は、前述の通り１．０μｍ以下とすることが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３粉末の添加量は、主組成に対して７体積％以下（零は含まず。）とする。主組成に対して前記割合でＡｌ_２Ｏ_３粉末を添加し、混合した後、所定の基板形状に成形し焼成する。なお、Ａｌ_２Ｏ_３粉末の添加は、前述の原料粉の混合の際に同時に行っても良く、これにより同様の効果が得られる。

成形した成形体は、焼成工程において焼成を行い焼結体とする。焼成は、空気中のような酸素を含む雰囲気中で行うことが好ましい。焼成温度は任意に設定することができるが、前記低温焼成成分を添加することで低温焼成化が可能であり、電極の融点以下の温度（例えば１０００℃以下）で焼成することができる。

以上の工程を経ることにより、十分な抗折強度を有し、比誘電率εｒが７±１、Ｑ・ｆが２０００ＧＨｚ以上と誘電特性にも優れたセラミックス基板を得ることができる。得られるセラミックス基板は、熱膨張係数αが９．０ｐｐｍ／℃以上であり、ガラスエポキシ基板等のプリント配線基板の熱膨張係数との差異が小さい。

以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。

主組成についての検討
原料粉末として、高純度のＭｇ_２ＳｉＯ_４、ＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、ＣａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＢａＣＯ_３を用意した。各原料粉末の平均粒径は、０．１μｍ〜１．０μｍである。Ｍｇ_２ＳｉＯ_４に対して副成分（ＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）の添加量が表１に示す配合となるように秤量し、ボールミルを用いて湿式混合を１６時間行った。得られたスラリーを十分に乾燥させた後、大気中、７００℃で２時間保持する仮焼を行い、仮焼体を得た。仮焼体が平均粒径１．０μｍになるまでボールミルにより微粉砕した後、微粉砕粉末を乾燥させた。次いで、バインダとしてＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を適量加えて造粒し、成形を行った後、９５０℃あるいは９７５℃（サンプル１，２については１３００℃あるいは１３５０℃）で４時間焼成を行い、焼結体を得た。

得られた各焼結体（サンプル１〜サンプル１７）について、抗折強度、比誘電率εｒ、Ｑ、及び熱膨張係数αを測定した。なお、抗折強度は、日本工業規格ＪＩＳＲ１６０１に準じて測定を行った。結果を表１に示す。

例えばＭｇ_２ＳｉＯ_４のみにより作製したサンプル１やサンプル２では、熱膨張係数αは大きな値となっているが、低温での焼結は難しく、焼成温度を１３００℃あるいは１３５０℃とすることで焼成が可能となった。ただし、その場合にも、抗折強度は著しく低い値であった。

これに対して、低温焼成成分を添加したサンプル３〜１７では、９５０℃あるいは９７５℃の低温での焼成においても焼成が可能であり、ある程度の抗折強度を実現することが可能であった。ただし、＊印を付したサンプル１５は、抗折強度、比誘電率εｒ、及びＱの値が要求を満たすものではなかった。

実施例
表１の結果から、サンプル７を主組成とし、主組成の微粉砕粉末にＡｌ_２Ｏ_３粉末を加えて造粒、成形を行った後、９６０℃あるいは９５０℃で４時間焼成を行い、セラミックス基板を作製した。得られたセラミックス基板（実施例１〜実施例３）の抗折強度、比誘電率εｒ、Ｑ、及び熱膨張係数αを表２に示す。

表２から明らかなように、Ａｌ_２Ｏ_３粉末を添加することで、抗折強度が大幅に改善されている。また、熱膨張係数αはいずれの実施例も９．０ｐｐｍ／℃以上であり、比誘電率εｒやＱの値も良好である。

また、図１は、Ａｌ_２Ｏ_３粉末の添加量と作製されたセラミックス基板の熱膨張係数αの関係を示すものである。Ａｌ_２Ｏ_３粉末の添加量が増加すると熱膨張係数αが低下する傾向にある。このことから、Ａｌ_２Ｏ_３粉末の添加量は、主組成に対して７体積％以下とするのが好ましいと言える。

Ａｌ _２Ｏ _３粉末の添加量についての検討
Ａｌ_２Ｏ_３粉末の添加量を０体積％〜１５体積％とし、各添加量における焼成温度と抗折強度の関係を調べた。主組成はサンプル７と同様とした。結果を図２に示す。Ａｌ_２Ｏ_３粉末の添加量が０体積％あるいは１体積％の場合、抗折強度が最大値となるのは、焼成温度９６０℃以上の高温の場合である。これに対して、Ａｌ_２Ｏ_３粉末の添加量が５体積％、あるいは７体積％の場合には、９５０℃で抗折強度が最大となった。焼成温度が９５０℃であれば、導体同時焼成が可能である。一方、Ａｌ_２Ｏ_３粉末の添加量が１０体積％以上になると、いずれの焼成温度においても抗折強度は低い値であった。

Ａｌ _２Ｏ _３粉末の平均粒径についての検討
平均粒径１．０μｍ〜５．０μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉末を用いてセラミックス基板を作製し、Ａｌ_２Ｏ_３粉末の平均粒径と得られたセラミックス基板の抗折強度の関係を調べた。使用したＡｌ_２Ｏ_３粉末の平均粒径は、平均粒径５．０μｍ、平均粒径３．０μｍ、平均粒径２．０μｍ、平均粒径１．０μｍの４種類である。主組成はサンプル７と同様とし、Ａｌ_２Ｏ_３粉末の添加量は５体積％とした。焼成温度は９９０℃とした。結果を図３に示す。

図３から明らかなように、使用したＡｌ_２Ｏ_３粉末の平均粒径が小さいほど抗折強度の値が大きくなっている。特に、Ａｌ_２Ｏ_３粉末の平均粒径を１．０μｍとすることで、より強い抗折強度の基板が得られた。

Ａｌ_２Ｏ_３粉末の添加量と作製されたセラミックス基板の熱膨張係数αの関係を示す特性図である。Ａｌ_２Ｏ_３粉末の添加量を０体積％〜１５体積％とした時の各添加量における焼成温度と抗折強度の関係を示す特性図である。Ａｌ_２Ｏ_３粉末の平均粒径とセラミックス基板の抗折強度の関係を示す特性図である。

Claims

主組成としてＭｇ_２ＳｉＯ_４及び低温焼成化成分を含み、熱膨張係数αが９．０ｐｐｍ／℃以上であるセラミックス基板であって、
Ａｌ_２Ｏ_３を７体積％以下（零は含まず。）の割合で含有することを特徴とするセラミックス基板。
Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が１体積％〜７体積％であることを特徴とする請求項１記載のセラミックス基板。
前記主組成において、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４を主成分とするとともに、ＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＣｕＯ及びＲＯ（ただし、Ｒはアルカリ土類金属を表す。）を低温焼成化成分として含み、
前記Ｍｇ_２ＳｉＯ_４の質量をａ、ＺｎＯの質量をｂ、Ｂ_２Ｏ_３の質量をｃ、ＣｕＯの質量をｄ、ＲＯの質量をｅとしたときに、全体の質量（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）に対するＺｎＯの質量ｂの比率ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）が８％〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３の質量ｃの比率ｃ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）が３％〜１０％、ＣｕＯの質量ｄの比率ｄ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）が２％〜８％、ＲＯの質量ｅの比率ｅ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）が１％〜４％であることを特徴とする請求項１または２記載のセラミックス基板。
Ｍｇ_２ＳｉＯ_４及び低温焼成化成分を含む主組成に対して、平均粒径１．０μｍ以下のＡｌ_２Ｏ_３を７体積％以下（零は含まず。）の割合で添加し、電極の融点以下の温度で焼成することを特徴とするセラミックス基板の製造方法。