JP2023004412A - 電子デバイス用基板、電子デバイス、チップ抵抗器および電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面が十分平坦化されていると共に、アルミナ基板と平坦化層の密着性に優れ、熱伝導性にも優れた電子デバイス用基板を提供する。【解決手段】アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板と、前記アルミナ基板の上面に積層された、複数の平坦化層とを備え、前記複数の平坦化層のうち、少なくとも１つは、主成分がアルミナの平坦化層であることを特徴とする電子デバイス用基板。【選択図】図１

Description

本開示は、電子デバイス用基板、電子デバイス、チップ抵抗器および電子デバイスの製造方法に関する。

アルミナ基板は良好な絶縁性と熱伝導性を有しているため、従来から電子デバイス、例えばチップ抵抗器における基板（絶縁基板）として多く用いられている。一般的に、チップ抵抗器は、絶縁基板と、この絶縁基板の上面の両端部に設けられた一対の上部電極と、絶縁基板の上面に設けられ、かつ一対の上部電極間に接続された抵抗体とを備えている。

前記チップ抵抗器は、更に、少なくとも抵抗体を覆うように設けられた保護膜と、一対の上部電極と電気的に接続されるように絶縁基板の両端面に設けられた一対の端面電極と、上部電極の一部と一対の端面電極の表面に形成されためっき層とを備えている。

通常、上記チップ抵抗器を製造する場合、アルミナからなる大判基板上に、複数組の上部電極等の表電極と抵抗体を一括して形成した後、該表電極等の形成された大判基板を、格子状に延びる一次分割溝と二次分割溝に沿って分割（ブレイク）するか、分割溝の代わりにダイシングブレードを用いて格子状に切断することで、個々のチップ素体を得る。

ところでアルミナ基板の表面は、微細な凹凸やうねりがあり平滑でない。よって、アルミナ基板の表面に形成される表電極と抵抗体の形状が安定しにくいという問題があった。特に、表電極と抵抗体をフォトリソグラフィにより薄膜として形成する場合、薄膜である表電極と抵抗体がアルミナ基板の表面状態の影響を受けて、歪、断線、クラック等が発生するという問題があった。

上記問題を解決するため、例えば特許文献１では、アルミナ基板自体にわずかなシリカガラスを含有させ、このアルミナ基板の表面全体にガラスコートを形成し、ガラスコート上に上部電極や抵抗体等を形成する技術が提案されている。

特開２０１７－１６８７４９号公報

特許文献１の技術では、アルミナ基板とガラスコートの界面に空孔が生じた。アルミナ基板とガラスコートの間に空孔が存在すると、アルミナ基板とガラスコートの密着性に劣り、例えば、チップ抵抗器製造の後工程で、ガラスコート上面に形成された抵抗体等の機能膜が、アニール処理や繰り返しの熱負荷の影響を受けたときに、抵抗体の断線等の不具合が生じ、その結果、チップ抵抗器の歩留まりが低下するという問題があった。本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、平坦化に優れていると共に、アルミナ基板と平坦化層の密着性に優れ、熱伝導性にも優れた電子デバイス用基板、該電子デバイス用基板を備えた電子デバイスとチップ抵抗器、および電子デバイスの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成できた本開示の電子デバイス用基板は、
アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板と、
前記アルミナ基板の上面に積層された、複数の平坦化層とを備え、
前記複数の平坦化層のうち、少なくとも１つは、主成分がアルミナの平坦化層であることを特徴とする。

本開示によれば、表面が十分平坦化されていると共に、電子デバイス用基板を構成するアルミナ基板と平坦化層の密着性に優れ、熱伝導性にも優れた電子デバイス用基板と、該電子デバイス用基板を備えた電子デバイスとチップ抵抗器、および電子デバイス用の製造方法を提供できる。

図１は、本開示の一実施形態に係る電子デバイス用基板の断面模式図である。 図２は、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔の長さの割合を求める方法を説明するための断面模式図である。 図３は、高温で焼成した平坦化層の表面性状の一例を示す上面写真である。 図４は、本開示の一実施形態に係る電子デバイスとして、チップ抵抗器の断面模式図である。 図５は、実施例１における電子デバイス用基板の断面の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。 図６は、比較例１における電子デバイス用基板の断面の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。 図７は、比較例２における電子デバイス用基板の断面の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。

上記特許文献１の技術では、上述の通り、チップ抵抗器における抵抗体の断線等の不具合が生じ、抵抗値のバラツキが生じた。本発明者らが、その原因を分析したところ、アルミナ基板とガラスコートの界面に空孔が確認された。空孔が存在する部分は、ガラスコートとアルミナ基板との密着性が低く、熱伝導率が悪化して抵抗体の溶断が発生したと考えられる。

本発明者らは、これらの事情に鑑みて、表面が十分平坦化されていると共に、電子デバイス用基板を構成するアルミナ基板と平坦化層の密着性に優れ、熱伝導性にも優れた電子デバイス用基板を得るために鋭意検討を行った。そしてその結果、上記チップ抵抗器等の電子デバイスに用いられる電子デバイス用基板を、アルミナ基板上に、複数の平坦化層が積層され、前記複数の平坦化層のうちの少なくとも１層はアルミナが主成分であるものとすればよいことを見出した。以下、本開示の実施形態における電子デバイス用基板についてまず説明する。

［電子デバイス用基板］
以下では、本開示の実施形態に係る電子デバイス用基板について、図１を参照しながら説明する。なお、本開示の実施形態は、図１に示した形態に限定されず、本開示の効果を損なわない範囲で適宜変更することができる。

図１は、本開示の実施形態に係る電子デバイス用基板１１の断面模式図である。図１は、アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板１１ａの上面に、複数の平坦化層（多層平坦化層）１１ｂが積層された構造を示している。また図１において、複数の平坦化層１１ｂは、第１平坦化層１１１ｂと第２平坦化層１１２ｂの２層が積層して構成された例を示している。なお平坦化層の積層数はこれに限定されず、３層以上であってもよい。本明細書において、「アルミナ基板と接する平坦化層」とは、電子デバイス用基板の断面において、第１平坦化層１１１ｂの通り、アルミナ基板に最も近い層をいう。また、アルミナ基板１１ａと接する面積が最も多い層でもある。「最表面の平坦化層」とは、電子デバイス用基板の断面において、第２平坦化層１１２ｂの通り、アルミナ基板から最も遠い平坦化層をいう。以下、アルミナ基板１１ａと、複数の平坦化層１１ｂのそれぞれについて説明する。
（アルミナ基板）
電子デバイス用基板に用いられるアルミナ基板１１ａは、アルミナ粒子の焼結体からなる。上記焼結体は、耐熱性および絶縁性に優れた純度が９６％以上のアルミナで形成されていることが好ましい。更にアルミナ基板は、表面に凹凸を有する。このアルミナ基板の表面における凹凸は、焼結体を構成するアルミナ粒子の形状に起因する。上記凹凸を、最大高さＲｚで表すと、例えば数百ｎｍから数千ｎｍ程度である。前記最大高さＲｚは例えばＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で測定することができる。

（複数の平坦化層）
本開示の電子デバイス用基板１１は、複数の平坦化層１１ｂが積層した構成を有する。本開示の実施形態では、上記アルミナ基板１１ａの上に、複数の平坦化層１１ｂを設けることにより、例えば電極や抵抗体といった機能膜を、アルミナ基板１１ａの表面状態の影響を受けることなく形成することができる。なお、本明細書において、単に「平坦化層」とは、焼成して得られた電子デバイス用基板の平坦化層をいい、焼成前の平坦化層とは区別される。

（平坦化層の成分組成）
複数の平坦化層のうち、少なくとも１つは、主成分がアルミナの平坦化層である。複数の平坦化層のうち、少なくとも１つの平坦化層を、主成分がアルミナの平坦化層とすることによって、熱負荷を受けたときに、アルミナ基板との熱膨張係数の差が生じにくい。更に、主成分がアルミナの平坦化層は、アルミナ基板と材質が似ているため、アルミナ基板と同様の優れた絶縁性と熱伝導性を示す。その結果、電子デバイスにおいて、優れた絶縁性と熱伝導性といったアルミナ基板の特徴を存分に発揮させることができる。ここで「主成分」とは、例えば上記主成分がアルミナの平坦化層の場合、１つの平坦化層に占めるアルミナの割合が５０質量％以上であることをいう。前記割合は、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上である。

主成分がアルミナの平坦化層は、主成分のアルミナ以外に、例えばＳｉＯ_２（シリカ）、ＺｒＯ_２（ジルコニア）、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｙｂ_２Ｏ_３等の金属酸化物であるセラミックス、有機または無機のバインダー等が含まれていてもよい。主成分がアルミナの平坦化層は、好ましくは、主成分のアルミナ以外に、シリカとジルコニアのうちの１以上を含む。

複数の平坦化層のうち、少なくとも１つは、主成分がアルミナの平坦化層であるが、残りの平坦化層は、主成分がアルミナの平坦化層であってもよいし、主成分がアルミナ以外のセラミックスの平坦化層であってもよい。すなわち、複数の平坦化層のうち、少なくとも１つは、主成分がアルミナ以外のセラミックスの平坦化層であってもよい。最も好ましくは、複数の平坦化層のいずれもが、主成分がアルミナの平坦化層である。

主成分がアルミナ以外のセラミックスの平坦化層は、電子デバイス用基板の表面の平滑性と、アルミナ基板との優れた密着性、更には優れた熱伝導性を確保できるものであればく、主成分が、例えばＳｉＯ_２（シリカ）、ＺｒＯ_２（ジルコニア）、ＴｉＯ_２、ＭｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｙｂ_２Ｏ_３等の金属酸化物であるセラミックスでありうる。主成分がアルミナ以外のセラミックスの平坦化層は、好ましくは、主成分がシリカまたはジルコニアである。

複数の平坦化層のうち、アルミナ基板と接する平坦化層は、主成分がアルミナの平坦化層とすることが好ましい。それによって、アルミナ基板と平坦化層が同質となり、また同等の熱膨張率となり良好な界面が得られるため好ましい。または、複数の平坦化層のうち、アルミナ基板から最も遠い、最表面の平坦化層を、主成分がアルミナの平坦化層としてもよい。それによって、電極や抵抗体といった機能膜で発生した発熱が良好に平坦化層に放熱されるため好ましい。アルミナ基板と接する平坦化層と最表面の平坦化層の両方を主成分がアルミナの平坦化層としてもよい。

本開示の電子デバイス用基板では、複数の平坦化層が積層され、多層構造を形成する。多層とは、２層以上の平坦化層が積層した構成であることをいう。積層数の上限は特に制限されないが、工程が複雑になることから５層以下であることが好ましい。

（複数の平坦化層の合計厚さ、各平坦化層の厚さ）
複数の平坦化層を構成する各平坦化層の厚さは、平坦化層の本来の目的である、アルミナ基板の表面の平坦化を図ることができれば特に限定されない。一般的なアルミナ基板の表面の最大高さＲｚは、上述の通り、焼結体を構成するアルミナ粒子の形状に起因して、数百ｎｍから数千ｎｍの範囲にある。よって、複数の平坦化層の合計厚さは、上記最大高さＲｚよりも大きいことが好ましい。上記最大高さＲｚは、上記焼結体を構成するアルミナ粒子の粒子径でもあり得ることから、複数の平坦化層の合計厚さは、例えば、上記焼結体を構成するアルミナ粒子の平均粒子径以上とすることが好ましいともいえる。複数の平坦化層の合計厚さは、上記最大高さＲｚ、上記焼結体を構成するアルミナ粒子の平均粒子径にもよるが、例えば２．０μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは２．５μｍ以上である。複数の平坦化層の合計厚さの上限は特に限定されず、例えば２０μｍ以下とすることができる。

前記複数の平坦化層のうち、アルミナ基板と接する平坦化層の厚さが最も薄くてもよい。アルミナ基板と接する平坦化層の厚さは、アルミナ基板との密着性を高めて空孔の形成を抑制する観点から、１０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲とすることが好ましい。

複数の平坦化層の各層の主成分が異なる例として、例えば２層構造である場合、アルミナ基板と接する平坦化層がシリカを主成分とし、最表面の平坦化層がアルミナを主成分とすることが挙げられる。また例えば３層構造である場合、平坦化層の主成分が、アルミナ基板側から順に、アルミナ／シリカ／アルミナといった構造とすることが挙げられる。これらの構造では、平坦化層の間で化合物が生じて結着性が向上するため好ましい。シリカとアルミナの場合、ムライトが形成される。シリカは熱伝導性がアルミナより劣るため、シリカを主成分とする平坦化層の厚さを、例えば１μｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以下、更に好ましくは３００ｎｍ以下とすることで、熱伝導率の低下を抑制できる。

平坦化層は、電子デバイス用基板の例えば抵抗体を配置させる最表面が平坦化されていればよく、連続した一面であってもよいし、不連続な面を有していてもよい。不連続な面を有する場合として、例えばアルミナ基板と接する平坦化層が、アルミナ基板の凹凸の少なくとも凹部に位置し、アルミナ基板の一部が露出してもよく、電子デバイス用基板を上面からみたときに、平坦化層またはアルミナ基板が複数の島状に存在する場合も含みうる。平坦化層は、その直下のアルミナ基板または下地となる平坦化層の５０面積％以上を覆っていることが好ましい。

複数の平坦化層は、いずれも主成分がアルミナの平坦化層であって、少なくとも１つの平坦化層は粒子形状が他の平坦化層と異なっていてもよい。また、複数の平坦化層のうち、アルミナ基板と接する平坦化層は、該平坦化層を構成する粒子が、他の平坦化層を構成する粒子よりも、平均粒子径が小さくかつ長辺と短辺のアスペクト比が小さいことが好ましい。

本実施形態の電子デバイス用基板は、複数の平坦化層の積層方向断面において、アルミナ基板の、平坦化層により被覆された表面線に占める、前記アルミナ基板と前記平坦化層の間の空孔の長さの割合が、５０％以下であることが好ましい。図２は、本実施形態の電子デバイス用基板の一例として、アルミナ基板１１ａの平坦化層形成側表面の全てが複数の平坦化層１１ｂで覆われず、アルミナ基板の露出部１９を有している場合の、上記割合を求める方法を説明する断面模式図である。上記図２において、前記割合は、アルミナ基板１１ａの、平坦化層１１ｂにより被覆された表面を表す表面線、すなわちＰ１からＰ４までの実線の長さとＰ５からＰ８までの実線の長さの合計に占める、アルミナ基板１１ａと平坦化層１１ｂの間の空孔と接している、Ｐ２からＰ３までの実線の長さとＰ６からＰ７までの実線の長さの合計の割合を求めることで算出される。図２において、点線で示されたアルミナ基板の露出部１９は、上記平坦化層１１ｂにより被覆された表面線に含まれない。

［電子デバイス］
本開示の実施形態には、上記電子デバイス用基板を備えていることを特徴とする電子デバイスが含まれる。前記電子デバイスとして、チップ抵抗器が挙げられる。上記チップ抵抗器として、上記電子デバイス用基板の平坦化層の上面に、抵抗体が少なくとも配置されていることを特徴とするチップ抵抗器が挙げられる。またサーミスタとして上記電子デバイス用基板の平坦化層の上面に、測温抵抗体が少なくとも配置されていることを特徴とするサーミスタが挙げられる。それらの抵抗体の材料は平坦化層の少なくとも最表面との反応性が低いことが要求されるが、それ以外に特に制限されず、後に例示する材料を用いることができる。

［電子デバイスの製造方法］
本実施形態に係る電子デバイスの製造方法は、アルミナ基板の上面に、セラミックス粒子を、下記に例示する方法により塗布し、乾燥させた後、焼成すること、詳細には、下記の第１実施形態または第２実施形態の方法で複数の平坦化層を形成して、本実施形態に係る電子デバイス用基板を製造することを含む。

（第１実施形態）
第１実施形態の電子デバイスの製造方法は、
アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板の上面に、
セラミックス粒子を塗布し、乾燥させることを繰り返し実施して、焼成前の複数の平坦化層が積層した焼成用基板を得ることと、
前記焼成用基板を、結晶化が進む温度で焼成することにより、
複数の平坦化層が形成された電子デバイス用基板を得ることを含む。

（第２実施形態）
第２実施形態の電子デバイスの製造方法は、
アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板の上面に、
セラミックス粒子を塗布し、乾燥させて、焼成前の平坦化層を１層形成した焼成用基板を得ることと、
前記焼成用基板を、結晶化が進む温度で焼成することを、繰り返し実施することにより、
複数の平坦化層が形成された電子デバイス用基板を得ることを含む。

まず、電子デバイス用基板の製造方法について、以下で説明するが、第１実施形態と第２実施形態で重複する部分についてはまとめて説明する。

（アルミナ基板の準備）
電子デバイス用基板を構成する基板として、アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板を用意する。アルミナ基板１１ａの製造方法は特に限定されない。アルミナ基板は、アルミナ粒子を成型、焼結することによって作製される。なお、アルミナ基板１１ａを構成する焼結体の製造に用いられるアルミナ粒子は、求める特性によって異なる粒径のアルミナ粒子や添加剤を含むものを利用できる。

（複数の平坦化層の形成）
第１実施形態では、電子デバイス用基板の複数の平坦化層を形成する工程で、
（１）前記アルミナ基板の上面に、セラミックス粒子を塗布し、
（２）乾燥させること
を繰り返し実施して、焼成前の複数の平坦化層が積層した焼成用基板を得る工程と、
前記焼成用基板を、結晶化が進む温度で焼成する工程とを少なくとも実施する。

第２実施形態では、電子デバイス用基板の複数の平坦化層を形成する工程で、
［１］前記アルミナ基板の上面において、セラミックス粒子を塗布し、乾燥させて、焼成前の平坦化層が１層形成された焼成用基板を得る工程と、
［２］前記焼成用基板を、結晶化が進む温度で焼成する工程と
を繰り返し実施することを少なくとも含む。

アルミナ基板上に、平坦化層を形成するためのセラミックス粒子を塗布する方法は特に限定されない。例えばゾルゲル法を用いることができる。ゾルゲル法はセラミック合成法の一つであり、従来の溶融法や焼結法に比べて低い温度で平坦化層を作製できる。また溶液状態の原料を用いるため、膜厚の薄い平坦化層を作製することができる。または粒子の分散液を利用することもできる。よって、後述する異なる形状の粒子や複数の異なる成分の粒子を加えることができる。更には、焼結性や焼結後の膜質を制御するための添加物、例えば有機バインダーを加えることができる。

平坦化層を構成するためのセラミックス粒子は、前述した平坦化層の成分組成と同様の成分のセラミックス粒子を用いればよい。

前記複数の平坦化層のうち、アルミナ基板と接する平坦化層は、長辺と短辺のアスペクト比が１以上５以下であるか、概球状であるセラミックス粒子を用いて形成することが好ましい。前記形状のセラミックス粒子を用いることで、アルミナ基板の凹凸にセラミックス粒子が侵入しやすく、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔の発生を抑制して、アルミナ基板と平坦化層の密着性を高め、熱伝導性などの、電子デバイス用基板と電子デバイスの特性を高めることができる。

アルミナ基板と接する平坦化層は、平均粒子径が５０ｎｍ以下であるセラミックス粒子を用いて形成することが好ましい。この場合も、アルミナ基板の凹凸にセラミックス粒子が侵入しやすく、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔の発生を抑制して、アルミナ基板と平坦化層の密着性を高め、熱伝導性などの、電子デバイス用基板と電子デバイスの特性を高めることができる。平均粒子径の下限は、上記作用効果を確保する観点からは特に限定されないが、現在の製造可能な粒子サイズとして、平均粒子径（一次粒子径）の下限は５ｎｍ程度である。前記平均粒子径は、例えばＴＥＭを用いて測定することが挙げられる。

アルミナ基板と接する平坦化層は、長辺と短辺のアスペクト比が１以上５以下であるか概球状であって、かつ、平均粒子径が５０ｎｍ以下であるアルミナ粒子を用いて形成することがより好ましい。

一実施形態として、アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層の厚さは、例えば１０ｎｍ以上、最大高さＲｚ×１．０以下の範囲とすることが挙げられる。アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層の厚さを上記範囲とすれば、アルミナ基板との界面の空孔が生じ難いため好ましい。

一実施形態として、焼成前の複数の平坦化層は、いずれも、サイズと形状が同じアルミナ粒子で構成され、厚さのみが異なっていてもよい。

一実施形態として、複数の平坦化層は、いずれも主成分がアルミナのセラミックス粒子（例えばアルミナ粒子）で形成され、各平坦化層を構成するセラミックス粒子の形状が異なっていることが挙げられる。例えば２層構造の平坦化層の場合、アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層を球状のセラミックス粒子で形成し、最表面の焼成前の平坦化層を板状または羽毛状のセラミックス粒子で形成することが挙げられる。この様に形状の異なるセラミックス粒子を用いて複数の平坦化層を形成することで、アルミナ基板と接する平坦化層は、アルミナ基板との密着力が高く、最表面は優れた平滑性を示す電子デバイス用基板が得られる。更に、いずれも主成分がアルミナのセラミックス粒子を用いることで、焼成した際に平坦化層どうしの結着性も良好となる。

以下では、平坦化層を形成するためのセラミックス粒子を塗布する方法の一例として、ゾルゲル法について説明するが、本実施形態に係る平坦化層の形成方法はこれに限定されず、他の方法で形成することも含まれる。

ゾルゲル法では、ゾル材をアルミナ基板１１ａ上に塗布し、乾燥させることによって多層平坦化層１１ｂを形成することができる。粒子分散液を用いる場合でも粒子分散液をアルミナ基板１１ａに塗布し、乾燥させることにより多層平坦化層１１ｂを形成することができる。塗布の方式としては、スピンコート法、ディッピング法、スプレー法、転写塗布法、ダイ塗布、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷法などの各種手段が可能である。

上記方法によれば、平坦化層を形成する際に塗布液のレベリング効果が発揮されて、例えば、平坦化層の厚さがアルミナ基板の最大高さＲｚとほぼ同じであっても、平滑な表面の平坦化層を得ることができる。

レベリング効果を効率良く発現させるには、レベリングに至るまでの時間の制御を目的に、乾燥による増粘制御のための添加剤を加えることができる。また、表面張力の低下によるレベリングの促進も可能であるため、表面張力低下を促進させる添加剤を加えてもよい。添加剤の添加は消泡の効果も期待できる。具体的にはシリコーン系の添加剤やフッ素系の添加剤を用いることができるが、それらに制限されない。また界面活性剤にも陽イオン（アニオン）、陰イオン性（カチオン）、両性、ノニオン系等があるが、添加元の塗布液の特性を悪化させない限り特に制限されない。

上記では、多層平坦化層１１ｂを構成する材料について述べたが、これに限らず、アルミナ基板側に処理を行うことも可能である。例えば濡れ性改善のために、多層平坦化層を構成する材料の特性に応じて、アルミナ基板の、多層平坦化層を形成する面に対し、親水化処理や親油化処理などを行うこともできる。例えば水性の塗布液の場合はアルミナ基板１１ａに対して親水化処理、具体的にはプラズマ処理を行うことにより濡れ性を向上させることができる。

アルミナゾルとして、種々の製造方法により得られる、ベーマイト結晶、擬ベーマイト結晶、γアルミナ、或いは非結晶のコロイダルアルミナ粒子のゾルが挙げられる。また、その形状が、棒状、繊維状、羽毛状、粒状など種々の形状を有するコロイダルアルミナ粒子のゾルが挙げられる。

アルミナ基板１１ａ上に上記アルミナゾルなどの塗布液を塗布し、乾燥させる。本明細書において、１回の塗布等により層を形成し、乾燥することで得られる、焼成前の平坦化層、またはこれを焼成して得られる平坦化層を、１層とする。

（焼成前の平坦化層）
第１実施形態と第２実施形態のいずれにおいても、焼成前の平坦化層は、平坦化層の形成に用いた原料に由来の粒子形状等を有する。例えば、アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層は、長辺と短辺のアスペクト比が１以上５以下、または概球状の粒子で構成されていることが好ましい。該構成によれば、前述のとおり、アルミナ基板の凹凸にセラミックス粒子が侵入しやすく、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔の発生を抑制して、アルミナ基板と平坦化層の密着性を高め、熱伝導性などの、電子デバイス用基板と電子デバイスの特性を高めることができる。

アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層は、平均粒子径が５０ｎｍ以下であるセラミックス粒子で構成されていることが好ましい。この場合も、アルミナ基板の凹凸にセラミックス粒子が侵入しやすく、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔の発生を抑制して、アルミナ基板と平坦化層の密着性を高め、熱伝導性などの、電子デバイス用基板と電子デバイスの特性を高めることができる。平均粒子径の下限は、上記作用効果を確保する観点からは特に限定されないが、現在の製造可能な粒子サイズとして、平均粒子径（一次粒子径）の下限は５ｎｍ程度である。

アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層は、長辺と短辺のアスペクト比が１以上５以下であるか概球状であって、かつ、平均粒子径が５０ｎｍ以下であるアルミナ粒子で形成されていることがより好ましい。

一実施形態として、アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層の厚さは、例えば１０ｎｍ以上、最大高さＲｚ×１．０以下の範囲であることが挙げられる。アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層の厚さが上記範囲であれば、アルミナ基板との界面の空孔が生じ難いため好ましい。

一実施形態として、焼成前の複数の平坦化層は、いずれも、サイズと形状が同じアルミナ粒子で構成され、厚さのみが異なっていてもよい。

一実施形態として、複数の焼成前の平坦化層は、いずれも主成分がアルミナのセラミックス粒子（例えばアルミナ粒子）で形成され、各平坦化層を構成するセラミックス粒子の形状が異なっていることが挙げられる。例えば２層構造の平坦化層の場合、アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層は球状のセラミックス粒子で形成され、最表面の焼成前の平坦化層は板状または羽毛状のセラミックス粒子で形成されていることが挙げられる。この様に形状の異なるセラミックス粒子で複数の平坦化層が形成されていることで、アルミナ基板と接する平坦化層は、アルミナ基板との密着力が高く、最表面は優れた平滑性を示す電子デバイス用基板が得られる。更に、いずれも主成分がアルミナのセラミックス粒子で形成されることで、焼成した際に平坦化層どうしの結着性も良好となる。

（焼成）
焼成を行うことによって、より緻密な平坦化層を実現することができる。焼成は、複数の平坦化層の上面に形成される抵抗体に、焼成による体積収縮の影響が及ばないように、抵抗体の形成前に実施する。第１実施形態と第２実施形態のいずれの場合も、この焼成は後工程で行うアニール処理と同等以上の温度で行うことが好ましい。結晶化が進む温度での焼成は、例えば主成分がアルミナの場合、γアルミナ、θアルミナ、αアルミナに結晶化が進むことが挙げられ、例えば６００～１８００℃の温度範囲で行うことが挙げられる。焼成の時間は、後記の実施例の通り、例えば３時間とすることが挙げられる。

第１実施形態の通り、焼成前の平坦化層を複数層形成してから焼成する場合、焼成により各層の間で結合が生じる。平坦化層の主成分が同じであれば結合が進みやすい。また複数の平坦化層の主成分が互いに異なっていれば、化合物・中間組成物が形成されうる。

第２実施形態の通り、セラミックス粒子を塗布し、乾燥させて平坦化層を１層形成する毎に焼成を行ってもよい。例えば、アルミナ基板の上面に、第１平坦化層を形成するためのアルミナ粒子を塗布し、乾燥させた後に、例えば１１００℃以上の高温、例えば１２８０℃で３時間以上焼成することが挙げられる。それによって、例えば図３の、上記高温焼成後の平坦化層の上面写真の通り、αアルミナの生成に伴う収縮によるクラックを意図的に生じさせてもよい。図３は、株式会社日立ハイテクノロジーズの走査型電子顕微鏡（製品名Ｓ－４８００）を用いて、倍率２０，０００倍で観察し撮影した電子顕微鏡写真である。上記クラックを形成後、第２平坦化層を形成するための例えばアルミナ粒子含有溶液を、第１平坦化層のクラックに入り込むよう塗布してから、焼成を行うことによって、アンカー効果が生じ、第１平坦化層と第２平坦化層の結着性を向上させることができる。

（チップ抵抗器とその製造方法）
以下では、本開示の実施形態に係る電子デバイス用基板を備えた電子デバイスとして、チップ抵抗器について、図面を参照しながら説明する。なお、本開示の実施形態は、下記図面に示した形態に限定されず、本開示の効果を損なわない範囲で適宜変更することができる。以下の説明において、同じ構成部分には同じ符号を付して、適宜説明を省略している。

まず、図４を用いて本開示の一実施形態における電子デバイス用基板を備えたチップ抵抗器について説明する。本開示の一実施形態におけるチップ抵抗器２１は、図４に示す構成を有している。すなわち、チップ抵抗器２１は、アルミナ基板１１ａと多層平坦化層１１ｂからなる電子デバイス用基板１１と、一対の上部電極１２と、一対の下部電極１３と、抵抗体１４と、一対の端面電極１５とを備えた構成としている。一対の上部電極１２は、アルミナ基板１１ａの一面（上面）の両端部に設けられている。また図４に示すように、一対の下部電極１３が、電子デバイス用基板１１の裏面の両端部に設けられていてもよい。多層平坦化層１１ｂはアルミナ基板１１ａの上面全体に設けられており、抵抗体１４は、多層平坦化層１１ｂの上面に設けられ、かつ一対の上部電極１２間に接続されている。一対の端面電極１５は、一対の上部電極１２と電気的に接続されるように電子デバイス用基板１１の両端面に設けられている。なお、前記図４に例示したチップ抵抗器２１は、下部電極１３が設けられているが、本開示に係るチップ抵抗器は、下部電極１３が設けられていなくてもよい。

本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の一例として、チップ抵抗器の製造方法が挙げられる。本開示の好ましい一実施形態に係るチップ抵抗器の製造方法は、上述の通り、アルミナ基板の上面に、セラミックス粒子を、ゾルゲル法または粒子分散液を用いる方法等により塗布し、乾燥させた後、焼成すること、詳細には、第１実施形態または第２実施形態の方法で電子デバイス用基板を製造する工程を含む。チップ抵抗器を含む本実施形態に係る電子デバイスの製造方法は、電子デバイス用基板を、第１実施形態または第２実施形態の方法で製造する以外は特に限定されない。

上記焼成して得られた電子デバイス用基板の平坦化層の上に、例えば後述する実施例に示す通り、スパッタリングなどによりＮｉＣｒＡｌＳｉ合金からなる薄膜を形成し、続いて、フォトリソ工法（レジスト塗布、乾燥、露光、現像、エッチングおよびレジスト剥離）により、上記薄膜をミアンダ形状に加工するパターン形成を行い、抵抗体１４を形成することができる。抵抗体１４を構成する材料として、上記ＮｉＣｒＡｌＳｉ合金の他に、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕの各金属の純金属と各金属を５０質量％以上含む合金、例えばＰｔ－Ｃｏ合金が挙げられる。これらは抵抗温度係数（ＴＣＲ）が大きい材料であり、これらの材料で形成された抵抗体は、チップ抵抗器としての機能を発揮する以外に、温度計測用の抵抗体としても利用が可能である。

図４における上記アルミナ基板１１ａ、平坦化層１１ｂ、抵抗体１４以外の形成方法も特に限定されない。例えば上部電極１２は、銅からなる材料を、平坦化層１１ｂ上にスパッタリングなどの方法で成膜して形成されうる。その他の電極、保護膜、めっき層も、一般的に行われている通り形成することができる。

上記チップ抵抗器２１の製造工程では、上記抵抗体１４の形成後であって上部電極１２等形成前、または、上記抵抗体１４と上記電極１２等を形成後、アニール処理が施されうる。

以下、実施例を挙げて本開示をより具体的に説明する。本開示は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前述および後述する趣旨に合致し得る範囲で、適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本開示の技術的範囲に包含される。

［実施例１］
まず、基材となるアルミナ基板上に、次の通り２層の平坦化層を積層したサンプルを作製した。基材となるアルミナ基板は純度が９６％以上のアルミナで形成されており、最大高さＲｚは２．４μｍであった。本実施例では、アルミナ基板の上面に形成する平坦化層の合計厚さが、アルミナ基板の最大高さＲｚの値以上の場合を、平滑性を確保できていると判断し、上記平坦化層の合計厚さがアルミナ基板の最大高さＲｚよりも小さい場合を、平滑性を確保できていないと判断した。

上記アルミナ基板の上面に、川研ファインケミカル株式会社製のアルミナゾル（商品名：アルミナゾル－１０Ａ、結晶形：擬ベーマイト、（短径×長径）：１０ｎｍ×５０ｎｍ）をスピンコーター（ミカサ株式会社製）にて回転数３０００ｒｐｍで２０秒間処理して塗布を行い、室温乾燥させて、第１平坦化層を形成した。この第１平坦化層の厚さは約１．７μｍであった。次いで、日産化学株式会社製のアルミナゾル（商品名：アルミナゾルＡＳ－２００、羽毛状粒子、長さ：２００ｎｍ以上）をスピンコーター（ミカサ株式会社製）にて回転数１０００ｒｐｍで２０秒間処理して塗布を行い、室温乾燥させて、第２平坦化層を形成し、焼成前サンプルを得た。乾燥後の第２平坦化層の厚さは約３．７μｍであった。

（アルミナ基板と平坦化層の間の空孔状態の確認）
上記焼成前サンプルの平坦化層表面に垂直な断面において、アルミナ基板と平坦化層の界面を観察できるようにミリング加工を施し、上記界面を含む断面を、株式会社日立ハイテクノロジーズの走査型電子顕微鏡（製品名Ｓ－４８００）を用いて観察を行い、断面ＳＥＭ画像を得た。その結果を図５に示す。図５では、アルミナ基板１１ａ上に焼成前の多層平坦化層１１ｃ、すなわち、アルミナ基板１１ａ上に焼成前の第１平坦化層１１１ｃ、その上に焼成前の第２平坦化層１１２ｃが積層された構造を有している。なお最表層には薄い層が形成されているが、これは、上記ミリング加工で生じた堆積物１６である。

［焼成］
上記サンプルに対し、電気乾燥炉にて７００℃で３時間のアニール処理を実施し、積層基板試料を得た。

（平坦化層とアルミナ基板の密着性の評価）
上記積層基板試料を用い、平坦化層とアルミナ基板の密着性を次の通り評価した。

薄膜密着強度試験機（Ｑｕａｄ Ｇｒｏｕｐ社Ｓｅｂａｓｔｉａｎ）を用い、スタッドピンを接着剤であるエポキシ樹脂で積層基板試料の第２平坦化層の表面に固定させ、スタッドピンを引っ張って荷重をかけ、剥離した時点での強度（破壊強度）を測定するスタッドピン法で、平坦化層とアルミナ基板の密着性を評価した。リファレンスとして、平坦化層を形成せず、スタッドピンをエポキシ樹脂でアルミナ基板の表面に固定させて、上記と同様の試験を行ったときの破壊強度を基準とした。そして、このリファレンスの破壊強度と同等の破壊強度を示した場合を、平坦化層とアルミナ基板の密着性に優れているとして「○」、リファレンスの破壊強度よりも低い破壊強度を示した場合を、平坦化層とアルミナ基板の密着性に劣るとして「×」と評価した。

［発熱試験用サンプルの作製（抵抗体の形成）］
上記積層基板試料の第２平坦化層の上面に、次の通り抵抗体を形成した。詳細には、スパッタリングなどによりＮｉＣｒＡｌＳｉ合金からなる薄膜を第２平坦化層の上に作製し、続いて、フォトリソ工法（レジスト塗布、乾燥、露光、現像、エッチングおよびレジスト剥離）により、上記薄膜を、線幅４０μｍの線状に加工するパターン形成を行って抵抗体を形成した。また線状の抵抗体の両端にはＣｕからなる電極を形成して、発熱試験用試料を得た。電極間距離は１．１ｍｍとした。得られた発熱試験用試料を用い、以下に詳述する発熱試験を行った。

（発熱試験）
上記発熱試験用試料を用い、熱伝導性を評価するため、通電時の発熱状態を評価した。初期抵抗値が異なるため初期抵抗値を測定し、投入電力が一定となるように通電を行ったときの発熱状態を、サーモグラフィ（アビオニクス社、Ａｄｖａｎｃｅｄｔｈｅｒｍｏ ＴＶＳ－５００ＥＸ）にて測定し、最も発熱している箇所の温度を求め、投入電力が１Ｗの場合に換算した。この発熱試験では、投入電力１Ｗあたりに換算したときの値がリファレンス（アルミナ基板）の値と同程度以下である場合を、良好な熱伝導性を示すと判断した。

［比較例１］
比較例１では、川研ファインケミカル株式会社製のアルミナゾル（商品名：アルミナゾル－１０Ａ、結晶形：擬ベーマイト、（短径×長径）：１０ｎｍ×５０ｎｍ）を用いて、平坦化層を１層のみ（厚さ１．７４μｍ）、スピンコートの回転数１０００ｒｐｍで形成した以外は、実施例１と同様に、サンプルを得て、断面顕微鏡観察、平坦化層とアルミナ基板の密着性の評価、および発熱試験を実施した。

［比較例２］
比較例２では、日産化学株式会社製のアルミナゾル（商品名：アルミナゾル２００（ＡＳ－２００）、羽毛状粒子、長さ：２００ｎｍ以上）を用いて、平坦化層を１層のみ（厚さ３．４８μｍ）、スピンコートの回転数１０００ｒｐｍで形成した以外は、実施例１と同様に、サンプルを得て、断面顕微鏡観察、平坦化層とアルミナ基板の密着性の評価、および発熱試験を実施した。

［リファレンス］
実施例１で用いたアルミナ基板のみをリファレンスとして用意した。このアルミナ基板を用い、上述の通り密着性試験を行うとともに、発熱試験用試料を形成して発熱試験を行い、リファレンスとしての各測定値を得た。

前記図５と同様に観察し撮影した、比較例１および比較例２の断面顕微鏡観察写真を図６、図７にそれぞれ示す。図６および図７に示す通り、比較例１および比較例２では、焼成前の多層平坦化層１１ｃの代わりに、焼成前の単層平坦化層１７を形成している。上記図５～図７の断面顕微鏡観察写真において、白線状部分が空孔である。これら図５～図７から、アルミナ基板の、平坦化層により被覆された表面線に占める、前記アルミナ基板と前記平坦化層の間の空孔の長さの割合は、実施例１と比較例１は、５０％以下であるが、比較例２は５０％を超えていることがわかる。なお、本実施例では、空孔の長さの割合を焼結前のサンプルで評価したが、この評価結果は、焼結後のサンプルにおいてもほぼ同じであることを別途確認済みである。

実施例１、比較例１および比較例２の、平坦化層の合計厚さ、および平坦化層とアルミナ基板の密着性の評価結果（表１では「密着性試験」と表記）を表１に示す。さらに、実施例１、比較例１、比較例２およびリファレンスの発熱試験の結果も表１に併記する。

表１から明らかなように、実施例１は、平坦化層の合計厚さがアルミナ基板の最大高さＲｚの値（２．４μｍ）を超えており、電子デバイス用基板表面の平滑性を確保できていることがわかる。また、図５から明らかなように、実施例１では、アルミナ基板と第１平坦化層の間の空孔が十分に抑制され、その結果、アルミナ基板と平坦化層の密着性が高く、発熱試験において、熱伝導性にも優れており、リファレンス（アルミナ基板のみ）とほぼ同じであった。

一方、比較例１では、図６から明らかなように、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔が抑制され、アルミナ基板と平坦化層の密着性を確保できた。また、発熱試験の結果もリファレンス（アルミナ基板のみ）とほぼ同じであった。しかし、平坦化層の厚さがアルミナ基板の最大高さＲｚの値よりも小さく、平滑性を確保できなかった。

比較例２では、表１の結果から、平坦化層の厚さがアルミナ基板の最大高さＲｚの値を超えており、平滑性は確保されている。しかし図７に示される通り、アルミナ基板と平坦化層の間に空孔が連続的に発生しており、アルミナ基板と平坦化層の密着性が悪くなった。また発熱試験において、熱伝導性に劣る結果となった。比較例２において、密着性が悪く、かつ熱伝導性がリファレンス（アルミナ基板のみ）よりも劣る理由としては、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔が原因であると推定できる。空孔が多数存在すると、アルミナ基板との密着性が劣るだけではなく、空孔（空気の層）が断熱として機能するため、部分的な熱伝導しか得られず熱伝導性に劣ると考えられる。

比較例１と比較例２はどちらもアルミナで形成された単層の平坦化層である。しかし、平坦化層の形成に使用したアルミナの粒子形状は異なっており、比較例１の方が、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔が抑制された結果となった。この結果から、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔をより抑制するには、比較例１で平坦化層の形成に使用したアルミナの粒子形状の通り、球形に近く、また粒径が小さい粒子を用いることが有効であることがわかる。

本開示の電子デバイス用基板は、表面が十分平坦化されていると共に、アルミナ基板と平坦化層の密着性に優れ、熱伝導性にも優れている。よって、優れた耐久性の求められる電子デバイスに用いる基板部品として有用である。

１１ 電子デバイス用基板
１１ａ アルミナ基板
１１ｂ 多層平坦化層
１１１ｂ 第１平坦化層
１１２ｂ 第２平坦化層
１１ｃ 焼成前の多層平坦化層
１１１ｃ 焼成前の第１平坦化層
１１２ｃ 焼成前の第２平坦化層
１２ 上部電極
１３ 下部電極
１４ 抵抗体
１５ 端面電極
２１ チップ抵抗器
１６ 堆積物
１７ 焼成前の単層平坦化層
１８ 空孔
１９ アルミナ基板の露出部

Claims (15)

1. アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板と、
   前記アルミナ基板の上面に積層された、複数の平坦化層とを備え、
   前記複数の平坦化層のうち、少なくとも１つは、主成分がアルミナの平坦化層であることを特徴とする電子デバイス用基板。
2. 前記主成分がアルミナの平坦化層は、アルミナ基板と接する平坦化層である、請求項１に記載の電子デバイス用基板。
3. 前記複数の平坦化層のうち、アルミナ基板と接する平坦化層の厚さが最も薄い、請求項１または２に記載の電子デバイス用基板。
4. 前記主成分がアルミナの平坦化層は、主成分のアルミナ以外に、シリカとジルコニアのうちの１以上を含む、請求項１～３のいずれかに記載の電子デバイス用基板。
5. 前記複数の平坦化層のうち、少なくとも１つは、主成分がアルミナ以外のセラミックスの平坦化層である、請求項１～４のいずれかに記載の電子デバイス用基板。
6. 前記主成分がアルミナ以外のセラミックスの平坦化層は、主成分がシリカまたはジルコニアである、請求項５に記載の電子デバイス用基板。
7. 前記複数の平坦化層は、いずれも主成分がアルミナの平坦化層であって、少なくとも１つの平坦化層は粒子形状が他の平坦化層と異なる、請求項１～４のいずれかに記載の電子デバイス用基板。
8. 前記複数の平坦化層のうち、アルミナ基板と接する平坦化層は、該平坦化層を構成する粒子が、他の平坦化層を構成する粒子よりも、平均粒子径が小さくかつ長辺と短辺のアスペクト比が小さい、請求項１～７のいずれかに記載の電子デバイス用基板。
9. 前記複数の平坦化層の積層方向断面において、
   前記アルミナ基板の、前記平坦化層により被覆された表面線に占める、前記アルミナ基板と前記平坦化層の間の空孔の長さの割合が、５０％以下である、請求項１～８のいずれかに記載の電子デバイス用基板。
10. 請求項１～９のいずれかに記載の電子デバイス用基板を備えていることを特徴とする電子デバイス。
11. 請求項１～９のいずれかに記載の電子デバイス用基板の平坦化層の上面に、抵抗体が少なくとも配置されていることを特徴とするチップ抵抗器。
12. 請求項１０の電子デバイスの製造方法であって、
    アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板の上面に、
    セラミックス粒子を塗布し、乾燥させることを繰り返し実施して、焼成前の複数の平坦化層が積層した焼成用基板を得ることと、
    前記焼成用基板を、結晶化が進む温度で焼成することにより、
    複数の平坦化層が形成された電子デバイス用基板を得ることを含む、ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
13. 請求項１０の電子デバイスの製造方法であって、
    アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板の上面に、
    セラミックス粒子を塗布し、乾燥させて、焼成前の平坦化層を１層形成した焼成用基板を得ることと、
    前記焼成用基板を、結晶化が進む温度で焼成することを、繰り返し実施することにより、
    複数の平坦化層が形成された電子デバイス用基板を得ることを含む、ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
14. 前記複数の平坦化層のうち、アルミナ基板と接する平坦化層は、長辺と短辺のアスペクト比が１以上５以下であるか概球状であるセラミックス粒子を用いて形成する、請求項１２または１３に記載の電子デバイスの製造方法。
15. 前記複数の平坦化層のうち、アルミナ基板と接する平坦化層は、平均粒子径が５０ｎｍ以下であるセラミックス粒子を用いて形成する、請求項１２～１４のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。

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