JP3904758B2 - セラミック基板 - Google Patents

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックスから成る基体の表面に、この基体と色調の異なるレーザマーキング用セラミック皮膜を形成してなるセラミック基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば半導体素子等の電子部品を搭載するためのセラミック基板は、酸化アルミニウム質焼結体から成る基体の内部や表面にタングステンやモリブデン等の高融点金属メタライズから成る配線導体が配設されて成るのが一般的である。
【0003】
基体を構成する酸化アルミニウム質焼結体は、着色剤を混入しなければ本来白色であり、光や紫外線を透過させ易い性質を有している。
【0004】
しかしながら、電子部品の中には、光や紫外線により悪影響を受けるものも多くあり、このような電子部品を搭載するためのセラミック基板に使用される基体は、例えば酸化クロム等の着色剤を混入させることにより暗褐色等の暗色系の色に着色されている。暗色系の色に着色することにより基体を不要な光や紫外線が透過して電子部品に悪影響を及ぼすことを防止しているのである。
【0005】
なお、酸化アルミニウム質焼結体中に酸化クロムを含有させると、酸化クロムが酸化アルミニウム質焼結体中に固溶してガーネットを形成し、このガーネットにより酸化アルミニウム質焼結体が着色される。
【0006】
ところで、セラミック基板の表面には、このセラミック基板を使用した製品の製造者名や製品名・製造日・ロット番号等を示すためのマークが形成される。
【0007】
セラミック基板へのマークの形成は、例えば基体の表面にインクをゴム製のスタンプ等で捺印することによってマークを形成したり、あるいは基体の表面にレーザビームを所望のパターンに沿って照射することにより基体の一部を溶融飛散させ、これによって基体表面にマークを刻印する方法が採用されている。
【0008】
しかしながら、基体の表面にインクでマークを形成する場合は、マークが摩擦等により潰れたり、かすれたりし易いという問題点がある。また、熱等によりマークが変質したり消失したりして認識できなくなったりするという問題点もある。
【0009】
また、基体の表面にレーザビームを照射してマークを形成する場合には、マークは基体の一部を溶融飛散させることにより基体の表面に刻印されているだけなので、マークと基体との色調差やコントラストが小さく、例えばこのマークを肉眼で識別する際にその識別が困難であるという欠点を有していた。
【0010】
そこで、これらの欠点を解消するために酸化アルミニウム質焼結体から成る基体の表面に、例えば窒化珪素質焼結体や炭化珪素質焼結体等の異種セラミック被膜をスパッタにより被着させ、この異種セラミック被膜をレーザビームで所定パターンに除去することによって下地の基体を露出させ、これによりマークを形成するようにしたセラミック基板が提案されている。
【0011】
このセラミック基板によれば、マークは、酸化アルミニウム質焼結体から成る基体の表面にスパッタされた窒化珪素質焼結体や炭化珪素質焼結体等の異種セラミック被膜をレーザビームで所定パターンに除去することにより形成されるのでマークが摩擦により潰れたり、かすれたり、あるいは熱等により変質したり、消失したりしにくい。また、基体と異種セラミック被膜とは色調が異なるので、異種セラミック被膜を所定パターンに除去すると、露出した基体と残った異種セラミック被膜との間で色調差やコントラストの大きなマークが得られる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、酸化アルミニウム質焼結体から成る基体の表面に窒化珪素質焼結体や炭化珪素質焼結体等の異種セラミック被膜をスパッタにより被着させ、この異種セラミック被膜をレーザビームで所定パターンに除去することによってマークを形成するようになしたセラミック基板によれば、基体と異種セラミック被膜とは別々の工程で形成されることとなり、セラミック基板の製作工程が煩雑なものとなってしまう問題点を有していた。
【0013】
また、基体が酸化物系セラミックスであるのに対し、これにスパッタされる異種セラミック膜が窒化物系セラミックスや炭化物系セラミックスであり、これらの化学的な構成が大きく異なることから、基体と異種セラミック被膜とが化学的に強固に接合されず、その結果、異種セラミック被膜内に内在するスパッタの応力や外力等により異種セラミック被膜が基体から剥離したり、異種セラミック被膜にクラックが発生したりしやすいという問題点を有していた。
【0014】
本発明はかかる従来の欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は、セラミックから成る基体とセラミック被膜とを同じ工程で形成することにより、セラミック基板の製作工程を煩雑化させることがないとともに、基体とセラミック被膜とが化学的に強固に接合され、丈夫で画像認識装置による認識性に優れるマークを形成可能なセラミック基板を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック基板は、着色剤を混合した酸化アルミニウム質焼結体から成る基体の表面に、着色剤によって着色されていない酸化アルミニウム質焼結体から成るレーザマーキング用セラミック被膜を、前記基体と同時焼成により形成して成ることを特徴とするものである。
【0016】
また、本発明のセラミック基板は、上記構成において好ましくは、前記レーザマーキング用セラミック被膜の一部が除去されて、前記基体が露出されていることを特徴とするものである。
【0018】
また、本発明のセラミック基板は、上記構成において好ましくは、タングステンおよびモリブデンの少なくとも一方が前記着色剤として用いられていることを特徴とするものである。
【0019】
また、本発明のセラミック基板は、上記構成において好ましくは、前記レーザマーキング用セラミック被膜は、その厚みが5〜50μmであることを特徴とするものである。
【0020】
本発明のセラミック基板によれば、セラミックから成る基体とレーザマーキング用セラミック被膜とが同時焼成により形成されるのでセラミック基板の製作工程が極めて簡素である。
【0021】
また、本発明のセラミック基板によれば、同時焼成により形成される基体とレーザマーキング用セラミック被膜とがともに同質であることから、両者が極めて強固に接合する。
【0022】
さらに、本発明のセラミック基板によれば、セラミックスから成る基体に含有される着色剤としてのタングステンやモリブデンは、金属粉末として存在し、焼成中に大きく拡散移動することはないので厚みが5〜50μmのレーザマーキング用セラミック被膜側に拡散移動したとしてもその拡散量は極めて微量であり、レーザマーキング用セラミック被膜が着色されることは殆どない。
【0023】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のセラミック基板を添付の図面を基に詳細に説明する。
【0024】
図1は本発明のセラミック基板を半導体素子等の電子部品を搭載するための配線基板に適用した場合の実施の形態の一例の断面図である。
【0025】
図1において、1はセラミックスから成る基体、2は配線導体であり、主にこれらで電子部品3を搭載するための配線基板が構成される。
【0026】
基体1は、着色剤としてタングステンやモリブデンを含む酸化アルミニウム質焼結体から成る略四角平板であり、例えば暗灰色に着色されている。
【0027】
また、その上面中央部には半導体素子等の電子部品3を搭載するための搭載部1aを有しており、搭載部1aには電子部品3が例えば半田バンプ4を介して搭載される。
【0028】
なお、基体1は、酸化アルミニウム粉末・酸化珪素粉末・酸化カルシウム粉末・酸化マグネシウム粉末等の原料粉末に着色剤としてタングステン粉末やモリブデン粉末および有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤等を添加混合して泥漿状となすとともに、この泥漿物を従来周知のドクターブレード法を採用してシート状となすことにより複数枚のセラミックグリーンシートを得、しかる後、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに上下に積層し、最後にこれを約1600℃の高温で焼成することによって製作される。
【0029】
また、基体1の搭載部1aから下面にかけては、タングステンやモリブデン等の高融点金属メタライズから成る複数の配線導体2が、その両端を搭載部1aおよび基体1下面に導出するようにして配設されている。
【0030】
配線導体2は、搭載部1aに搭載された電子部品3の各電極を外部の電気回路基板に電気的に接続するための導電路として機能し、その搭載部1aに導出した部位には電子部品の電極が半田バンプ4を介して電気的に接続され、またその基体1下面に導出した部位には外部電気回路基板の配線導体が電気的に接続される。
【0031】
配線導体2は、例えばタングステンメタライズから成る場合であれば、タングステン粉末に有機バインダ・溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、基体1となるセラミックグリーンシートに従来周知のスクリーン印刷法を採用して所定のパターンに印刷しておき、これをセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって基体1の搭載部1aから下面にかけてその両端を基体1の搭載部1aおよび下面に導出するようにして配設される。
【0032】
なお、配線導体2は、その露出表面にニッケルや金等の耐食性に優れ、かつ半田との濡れ性に優れる金属をめっき法により1〜20μm程度の厚みに被着させておくと、配線導体2の酸化腐食が有効に防止されるとともに半田バンプ4との接続や外部電気回路基板の配線導体との接続が容易かつ強固なものとなる。従って、配線導体2には、その露出表面にニッケルや金等の耐食性に優れ、かつ半田との濡れ性に優れる金属をめっき法により1〜20μm程度の厚みに被着させておくことが好ましい。
【0033】
さらに、基体1の上面外周部には、厚みが5〜50μmのレーザマーキング用セラミック被膜5が被着されている。
【0034】
レーザマーキング用セラミック被膜5は、図2に要部拡大平面図で示すように、この上にレーザビームを照射してその一部を溶融飛散させることによりマーク6を形成するためのものであり、着色剤を殆ど含まない略白色の酸化アルミニウム質焼結体から形成されている。
【0035】
マーク6は、例えばセラミック基板を使用した製品の製造者名やシンボルマーク・品名や製造日・ロット番号等を示すものであり、レーザマーキング用セラミック被膜5の上にレーザビームをコンピュータ制御により所定のパターンに照射し、セラミック被膜5の一部を溶融飛散させて下地のセラミックスから成る基体1を露出させることによって形成される。
【0036】
この場合、マーク6は、基体1の上に被着されたセラミック被膜5をレーザビームにより溶融飛散させて除去することにより形成されることから、マーク6が摩擦等により滲んだり、かすれたり、あるいは熱等により変質したり消失したりするようなことはない。
【0037】
また、レーザビームはコンピュータ制御により所定のパターンに照射されるので、文字や図形・バーコード等のさまざまな形状・パターンのマーク6を容易に形成することができる。
【0038】
さらにセラミックスから成る基体1が暗灰色であるのに対してレーザマーキング用セラミック被膜5が略白色であることから、レーザマーキング用セラミック被膜5が溶融飛散されて下地の基体1が露出した部分は、その周囲のレーザマーキング用セラミック被膜5が残っている部分との間の色調やコントラストに大きな差が出て、画像認識装置でマーク6を容易に認識することが可能となる。
【0039】
このとき、基体1とレーザマーキング用セラミック被膜5とのコントラスト比が20%未満であると、肉眼や画像認識装置でマーク6を認識する際にマーク6を良好に認識することができず、誤認識してしまう危険性が大きなものとなる。従って、基体1とレーザマーキング用セラミック被膜5とのコントラスト比は20%以上あることが好ましい。
【0040】
なお、基体1とレーザマーキング用セラミック被膜5とのコントラスト比を20%以上とするには、基体1に含有される着色剤の添加量を0.5 重量%〜25重量%程度とするとともに、レーザマーキング用セラミック被膜5の厚みを5〜50μm程度とすればよい。
【0041】
レーザマーキング用セラミック被膜5は、酸化アルミニウム粉末・酸化珪素粉末・酸化カルシウム粉末・酸化マグネシウム粉末等の原料粉末に有機バインダ・溶剤等を添加混合して得たセラミックペーストを基体1となるセラミックグリーンシートに従来周知のスクリーン印刷法を採用して印刷塗布し、これを基体1となるセラミックグリーンシートと同時に焼成することによって基体1の表面に被着される。
【0042】
この場合、レーザマーキング用セラミック被膜5と基体1とは同時焼成により形成されるので、セラミック基板を製作する工程は極めて簡素なものとなる。
【0043】
また、レーザマーキング用セラミック被膜5と基体1とはともに酸化アルミニウム質焼結体から成り、化学的構成が近いことから、同時焼成されることにより互いに化学的に強固に接合し、両者が剥離するようなことはない。
【0044】
さらに、基体1となるグリーンシートに着色剤として含有されるタングステンやモリブデンは、酸化アルミニウム質焼結体中で光を分散吸収することにより基体1を着色するが、焼成によって大きく拡散移動することはないのでレーザマーキング用セラミック被膜5を着色することは殆どない。
【0045】
従って、本発明のセラミック基板においては、レーザマーキング用セラミック被膜5は着色されることなく略白色を呈し、基体1との間で大きな色調差およびコントラスト差を得ることができる。
【0046】
なお、レーザマーキング用セラミック被膜5は、その厚みが5μm未満であると、下地の基体1の色が透けて見えやすいものとなり、このためレーザマーキング用セラミック被膜5と基体1とのコントラスト比を20%以上とすることが困難となる傾向にある。また、その厚みが50μmを超えると、レーザマーキング用セラミック被膜5にレーザビームを照射してレーザマーキング用セラミック被膜5を溶融飛散させてマーク6を形成する際に下地の基体1を露出させることが困難となる傾向にある。従って、レーザマーキング用セラミック被膜5は、その厚みが5〜50μmの範囲に特定される。
【0047】
かくして、本発明のセラミック基板によれば、セラミックスから成る基体1の表面に形成したレーザマーキング用セラミック被膜5の上にレーザビームを所定パターンに照射してレーザマーキング用セラミック被膜5の一部を下地の基体1が露出するように溶融飛散させて除去することにより、肉眼や画像認識装置により良好に認識可能なマーク6が形成される。
【0048】
【発明の効果】
本発明のセラミック基板によれば、セラミックスから成る基体とレーザマーキング用セラミック被膜とが同時焼成により形成されるのでセラミック基板の製作工程が極めて簡素なものとなる。
【0049】
また本発明のセラミック基板によれば、セラミックスから成る基体とレーザマーキング用セラミック被膜とが同質のセラミック材料から成るので、両者が化学的に強固に接合し、レーザマーキング用セラミック被膜が基体から剥離したりレーザマーキング用セラミック被膜にクラックが発生したりすることがない。
【0050】
さらに、本発明のセラミック基板によれば、基体に含有されるタングステンやモリブデンは焼成中に大きく拡散移動することはないので、厚みが5〜50μmのレーザマーキング用セラミック被膜側に拡散移動したとしても極微量であり、レーザマーキング用セラミック被膜が着色されることはない。従って、レーザマーキング用セラミック被膜と基板との色調差およびコントラスト差が大きなセラミック基板を得ることができ、レーザマーキング用セラミック皮膜上にレーザビームを照射してレーザマーキング用セラミック皮膜の一部を下地の基体が露出するように溶融飛散させることによりマークを形成すると、肉眼および画像認識装置で容易に認識可能な色調差やコントラスト比の大きいマークを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のセラミック基板を半導体素子等の電子部品を搭載するための配線基板に適用した場合の実施の形態の一例の断面図である。
【図2】 図1に示すセラミック基板の要部拡大平面図である。
【符号の説明】
1・・・基体
5・・・レーザマーキング用セラミック被膜

Claims (4)

  1. 色剤を混合した酸化アルミニウム質焼結体から成る基体の表面に、着色剤によって着色されていない酸化アルミニウム質焼結体から成るレーザマーキング用セラミック被膜を、前記基体と同時焼成により形成して成ることを特徴とするセラミック基板。
  2. 前記レーザマーキング用セラミック被膜の一部が除去されて、前記基体が露出されてい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. タングステンおよびモリブデンの少なくとも一方が前記着色剤として用いられていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のセラミック基板。
  4. 前記レーザマーキング用セラミック被膜は、その厚みが5〜50μmであることを特徴とする請求項1乃至請求項4に記載のセラミック基板。
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