JP2024005959A - セラミック基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】 高い絶縁抵抗性、熱伝導率、および機械的強度を併せ有するセラミック基板を提供する。【解決手段】 セラミック基板は、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算した含有量が７０ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下のセラミック基板であって、ＺｒをＺｒＯ２換算した含有量が５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、ＳｉをＳｉＯ２換算した含有量が１．４ｗｔ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算した含有量が０．７ｗｔ％以下、ＣａをＣａＯ換算した含有量が０．０５ｗｔ％以上である。【選択図】図１
Description
本発明は、セラミック基板に関し、金属層を介して、半導体素子、発熱素子、ペルチェ素子等の各種電子部品を実装するための基板に用いられるセラミック基板に関する。
金属層を介して、半導体素子、発熱素子、ペルチェ素子等の各種電子部品を実装するための基板(実装用基板)として、セラミック基板が広く用いられている。そして、実装用基板に用いられるセラミック基板として、ジルコニアを含むアルミナ基板が知られている。
例えば、特許文献１には、アルミナを主成分としてジルコニアを添加し、これにイットリア，カルシア，マグネシア，セリアからなる群より選択された１種以上の添加剤を添加して作製したセラミックス焼成体よりなることを特徴とする半導体装置用基板が開示されている。
例えば、特許文献１には、アルミナを主成分としてジルコニアを添加し、これにイットリア，カルシア，マグネシア，セリアからなる群より選択された１種以上の添加剤を添加して作製したセラミックス焼成体よりなることを特徴とする半導体装置用基板が開示されている。
本発明は、高い絶縁抵抗性、熱伝導率、および機械的強度を併せ有するセラミック基板を提供することにある。
本発明に係るセラミック基板は、ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算した含有量が７０ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下のセラミック基板であって、ＺｒをＺｒＯ２換算した含有量が５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、ＳｉをＳｉＯ２換算した含有量が１．４ｗｔ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算した含有量が０．７ｗｔ％以下、ＣａをＣａＯ換算した含有量が０．０５ｗｔ％以上である。
好適には、前記ＳｉをＳｉＯ２換算した含有量が０．２ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算した含有量が０．１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下である。
好適には、前記ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算した含有量が８３％以上８９ｗｔ％以下のセラミック基板であって、ＺｒをＺｒＯ2換算した含有量が１１ｗｔ％以上１７ｗｔ％以下、ＳｉをＳｉＯ２換算した含有量が１．０ｗｔ％以上１．４ｗｔ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算した含有量が０．５％以上０．７ｗｔ％以下である。
好適には、前記ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算した含有量が８３％以上８９ｗｔ％以下のセラミック基板であって、ＺｒをＺｒＯ２換算した含有量が１１ｗｔ％以上１７ｗｔ％以下、ＳｉをＳｉＯ２換算した含有量が０．１ ｗｔ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算した含有量が０．０４ｗｔ％以下である。
また、本発明に係る電子装置は、上記いずれかのセラミック基板を実装用基板とし、該実装用基板の金属層上に位置する電子部品とを備える。
本発明によれば、高い絶縁抵抗性、熱伝導率、および機械的強度を併せ有するセラミック基板を得ることができる。
近年では、電子部品の高出力化が進んできており、電子部品の出力時に生じる熱量が大きくなっている。これに伴い、実装用基板を構成するセラミック基板には、優れた放熱特性、すなわち高い熱伝導率を有することが求められている。
また、近年では、実装用基板の金属層上に電子部品が実装された電子装置の小型化が進んできている。これに伴い、実装用基板を構成するセラミック基板の薄肉化が求められているが、セラミック基板を薄肉化するには、セラミック基板の電気絶縁性、および機械的強度が優れている必要がある。そのため、セラミック基板には、高い熱伝導率、高い電気絶縁性、および高い機械的強度を兼ね備えていることが求められている。
また、近年では、実装用基板の金属層上に電子部品が実装された電子装置の小型化が進んできている。これに伴い、実装用基板を構成するセラミック基板の薄肉化が求められているが、セラミック基板を薄肉化するには、セラミック基板の電気絶縁性、および機械的強度が優れている必要がある。そのため、セラミック基板には、高い熱伝導率、高い電気絶縁性、および高い機械的強度を兼ね備えていることが求められている。
上記目的を達成するためになされた本実施形態のセラミック基板は、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算した含有量が原料仕込み重量比７０ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下のセラミック基板であって、ＺｒをＺｒＯ２換算した含有量が原料仕込み重量比５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下であることを特徴としている。
アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)は、ジルコニア(ＺｒＯ２)よりも熱伝導率と電気絶縁性に優れ、ジルコニアは、アルミナよりも機械的強度に優れる。本例のセラミック基板は、上記含有量であることで、高い熱伝導率、高い電気絶縁性、および高い機械的強度を兼ね備える。
アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)は、ジルコニア(ＺｒＯ２)よりも熱伝導率と電気絶縁性に優れ、ジルコニアは、アルミナよりも機械的強度に優れる。本例のセラミック基板は、上記含有量であることで、高い熱伝導率、高い電気絶縁性、および高い機械的強度を兼ね備える。
さらに、本のセラミック基板は、ＳｉをＳｉＯ２換算した含有量が原料仕込み重量比０．２ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算した含有量が原料仕込み重量比０．１ｗｔ%以上０．３ｗｔ％以下であることを特徴としている。鋭意検討した結果、ＳｉをＳｉＯ２換算した含有量が０．２ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算した含有量が０．１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下とすることによって、高い電気絶縁性を備えることを見出した。
ＳｉをＳｉＯ２換算した含有量で原料仕込み重量比０．２ｗｔ％以上、ＭｇをＭｇＯ換算した含有量で原料仕込み重量比０．１ｗｔ％以上とすることによって、焼成温度を過剰に高くしなくてもセラミック基板を焼結でき、Ａｌ２Ｏ３粒子及びＺｒＯ２粒子の粗大化を抑制できると考えられる。その結果、セラミック基板の機械的強度を向上できると考えられる。
焼結助剤相の生成によって熱伝導率を低下させる原因となる。焼結助剤相は、熱伝導率が非常に小さいものであるために、Ａｌ２Ｏ３粒界に介在すると、熱伝導率を大きく低下せしめる。ＳｉをＳｉＯ２換算した含有量で原料仕込み重量比０．６ｗｔ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算した含有量で原料仕込み重量比０．３ｗｔ％以下とすることによって、セラミック基板の熱伝導率を向上できると考える。
（実施例）
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
セラミック原料粉末として、Ａｌ２Ｏ３粉末と、安定化剤成分であるＹ２Ｏ３を１ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下含むＺｒＯ２粉末を準備した。また、焼結助剤として、ＭｇＯ粉末とＳｉＯ２粉末とＣａＣＯ３粉末を準備した。そして、それら５種の粉末のうち４種又は５種を図１の割合にて用いた。
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
セラミック原料粉末として、Ａｌ２Ｏ３粉末と、安定化剤成分であるＹ２Ｏ３を１ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下含むＺｒＯ２粉末を準備した。また、焼結助剤として、ＭｇＯ粉末とＳｉＯ２粉末とＣａＣＯ３粉末を準備した。そして、それら５種の粉末のうち４種又は５種を図１の割合にて用いた。
３種又は４種の原料粉末１００ｗｔ％に対して、分散剤としての界面活性剤３ｗｔ％、溶媒としてのトルエンと2-プロパノールとの混合液４４ｗｔ％を、ボールミル内に投入して粉砕混合せしめた。その後、更にバインダとしてのアクリルポリマー２０ｗｔ％と可塑剤としてのフタル酸ジブチル１ｗｔ％とを、更に投入して粉砕混合せしめスラリーを調製した。
その後、それぞれのスラリーから、ドクターブレード法により常法に従ってグリーンシートを形成した後、得られた各種のグリーンシートから、プレス加工により所定の形状に型抜きすることにより、それぞれ所定形状のグリーン成形品を作製した。
そして、その得られた各種のグリーン成形品に対して、それぞれ、焼成操作を施すことにより、対応する実施例や比較例に係るセラミック基板を得た。なお、焼成操作は、５００℃までの温度にゆっくりと加熱昇温して、バインダや可塑剤を溶媒と共に完全に除去せしめた後、１，４７５℃以上１，６００℃以下の最高温度まで、１００℃/時間程度の昇温速度にて昇温して、更に、３時間保持することにより、得られる焼結基板(焼結体)の緻密化の促進を行った後、得られた基板が変形したり、破壊されたりしないように、ゆっくりと降温する手法に従って、目的とする対応する実施例や比較例に係るセラミック基板を得た。
そして、その得られた各種のグリーン成形品に対して、それぞれ、焼成操作を施すことにより、対応する実施例や比較例に係るセラミック基板を得た。なお、焼成操作は、５００℃までの温度にゆっくりと加熱昇温して、バインダや可塑剤を溶媒と共に完全に除去せしめた後、１，４７５℃以上１，６００℃以下の最高温度まで、１００℃/時間程度の昇温速度にて昇温して、更に、３時間保持することにより、得られる焼結基板(焼結体)の緻密化の促進を行った後、得られた基板が変形したり、破壊されたりしないように、ゆっくりと降温する手法に従って、目的とする対応する実施例や比較例に係るセラミック基板を得た。
かくして得られた、各種のセラミック基板について、それらの電気抵抗率、熱伝導率、及び曲げ強度をそれぞれ測定して、それらの結果を図１に併せ示した。
なお、それぞれの特性の測定に際して、電気抵抗率は、JIS C 2139(固体電気絶縁材料の誘電特性及び抵抗特性)と、JIS C 2141(電気絶縁用セラミック材料試験方法)とに基づいて測定し、また熱伝導率は、JIS R 1611(ファインセラミックスのフラッシュ法による熱拡散率・比熱容量・熱伝導率の測定方法)に基づいて測定し、更に、曲げ強度は、JIS R 1601(ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法)に基づいて測定した。
なお、それぞれの特性の測定に際して、電気抵抗率は、JIS C 2139(固体電気絶縁材料の誘電特性及び抵抗特性)と、JIS C 2141(電気絶縁用セラミック材料試験方法)とに基づいて測定し、また熱伝導率は、JIS R 1611(ファインセラミックスのフラッシュ法による熱拡散率・比熱容量・熱伝導率の測定方法)に基づいて測定し、更に、曲げ強度は、JIS R 1601(ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法)に基づいて測定した。
Claims (5)
- ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算した含有量が７０ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下のセラミック基板であって、ＺｒをＺｒＯ２換算した含有量が５ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下、ＳｉをＳｉＯ２換算した含有量が１．４ｗｔ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算した含有量が０．７ｗｔ％以下、ＣａをＣａＯ換算した含有量が０．０５ｗｔ％以上であるセラミック基板。
- 前記ＳｉをＳｉＯ２換算した含有量が０．２ｗｔ％以上０．６ｗｔ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算した含有量が０．１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下である請求項１に記載のセラミック基板。
- 前記ＡｌをＡｌ2Ｏ3換算した含有量が８３％以上８９ｗｔ％以下のセラミック基板であって、ＺｒをＺｒＯ2換算した含有量が１１ｗｔ％以上１７ｗｔ％以下、ＳｉをＳｉＯ２換算した含有量が１．０ｗｔ％以上１．４ｗｔ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算した含有量が０．５％以上０．７ｗｔ％以下である請求項１に記載のセラミック基板。
- 前記ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算した含有量が８３％以上８９ｗｔ％以下のセラミック基板であって、ＺｒをＺｒＯ２換算した含有量が１１ｗｔ％以上１７ｗｔ％以下、ＳｉをＳｉＯ２換算した含有量が０．１ ｗｔ％以下、ＭｇをＭｇＯ換算した含有量が０．０４ｗｔ％以下である請求項１に記載のセラミック基板。
- 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセラミック基板を実装用基板とし、該実装用基板の金属層上に位置する電子部品とを備える電子装置。
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2022
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