JP4422067B2 - Manufacturing method of ceramic substrate - Google Patents
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Description
本発明は、セラミクス基板とグラファイトシートを一体化するセラミクス基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic substrate in which a ceramic substrate and a graphite sheet are integrated.
近年、携帯電話の電子機器にみられるように小型高機能化が進められ、このような電子機器を構成する各種電子部品においては、関連する電子部品の複合化が進められている。 In recent years, as seen in mobile phone electronic devices, miniaturization and higher functionality have been promoted, and in various electronic components constituting such electronic devices, related electronic components have been combined.
そして、このような電子部品の複合化においては、特にセラミクス基板の内層に適宜内部電極を設け高周波スイッチなどの電子回路を形成した機能性セラミクス部品に対して、高周波増幅器などの発熱部品を複合化する形態などが増えてきている。 And in the compounding of such electronic parts, heat generating parts such as high-frequency amplifiers are compounded with functional ceramic parts in which electronic circuits such as high-frequency switches are formed by providing appropriate internal electrodes on the inner layer of the ceramic substrate. The form to do is increasing.
そして、機能性セラミクス部品を形成するセラミクス基板上に発熱部品を実装する場合、セラミクス基板が発熱部品のヒートシンクとなることから、発熱部品に生じる熱を効率よくセラミクス基板内に分散させる必要が生じることから、従来、セラミクス基板は発熱部品が実装される上面にグラファイトシートを貼り付けていた。 When mounting a heat-generating component on a ceramic substrate that forms a functional ceramic component, the ceramic substrate serves as a heat sink for the heat-generating component, so it is necessary to efficiently dissipate the heat generated in the heat-generating component within the ceramic substrate. Therefore, conventionally, a ceramic substrate has a graphite sheet attached to the upper surface on which a heat generating component is mounted.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
しかしながら、セラミクス基板にグラファイトシートを貼り付けた複合部品において、グラファイトシートをセラミクス基板に貼り付ける際に接着剤を使用するため、発熱部品からセラミクス基板に至る熱伝達経路に樹脂接着層が介在することになり十分な熱伝達効果を得ることが困難なものとなっていた。 However, in a composite part in which a graphite sheet is attached to a ceramic substrate, an adhesive is used when the graphite sheet is attached to the ceramic substrate. Therefore, it has been difficult to obtain a sufficient heat transfer effect.
そこで、本発明はこのような問題を解決しセラミクス基板とグラファイトシートからなる複合部品における熱伝導性を向上させることを目的とする。 Accordingly, the present invention aims to solve such problems and improve the thermal conductivity in a composite part composed of a ceramic substrate and a graphite sheet.
そして、この目的を達成するために本発明は、特にグラファイトシートの接合面に予め酸化金属層を形成し、この酸化金属層を未焼結状態にあるセラミクス基板に当接させ、この状態で焼成することにより、或いはこの酸化金属層を焼結状態にあるセラミクス基板に当接させ、この状態で加熱することにより、セラミクス基板とグラファイトシートを一体化するものとしたのである。 In order to achieve this object, the present invention particularly forms a metal oxide layer in advance on the joint surface of the graphite sheet, contacts the metal oxide layer with an unsintered ceramic substrate, and fires in this state. In other words, the ceramic oxide substrate and the graphite sheet are integrated by bringing the metal oxide layer into contact with the ceramic substrate in a sintered state and heating in this state .
この方法によれば、グラファイトシートに形成された金属酸化物が焼成段階においてセラミクス基板と結合しこれらが一体化されるため、従来、熱伝導を阻害していた接着層を排除できることからセラミクス基板とグラファイトシートを一体化したセラミクス基板の熱伝導性を高められるのである。 According to this method, since the metal oxide formed on the graphite sheet is combined with the ceramic substrate in the firing stage and integrated with each other, it is possible to eliminate the adhesive layer that has heretofore hindered heat conduction. The thermal conductivity of the ceramic substrate integrated with the graphite sheet can be increased.
以下、本発明の一実施形態について図を用いながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、セラミクス基板1を用いた機能性セラミクス部品の一例である積層型高周波スイッチ2の上面にグラファイトシート3を設けた複合部品4に対して発熱部品の一例である高周波増幅器5を実装した高周波モジュールを示した模式図である。
In FIG. 1, a high-frequency amplifier 5, which is an example of a heat-generating component, is mounted on a
また、積層型高周波スイッチ2は複数の誘電体層から構成されたセラミクス基板1の内層部分において電極パターン6によりインダクタやコンデンサやストリップラインを形成したセラミクス基板1に加えて基板内で形成しにくいダイオードなどの回路素子7をセラミクス基板1の上面に実装することで高周波スイッチ回路を形成したもので、この積層型高周波スイッチ2の上面には高周波増幅器5から生じる熱を高周波増幅器5の実装面における面内方向に分散するためのグラファイトシート3が設けられた構成となっている。
The multilayer high-frequency switch 2 is a diode that is difficult to form in the substrate in addition to the ceramic substrate 1 in which the inductor, capacitor, and strip line are formed by the electrode pattern 6 in the inner layer portion of the ceramic substrate 1 composed of a plurality of dielectric layers. A high frequency switch circuit is formed by mounting circuit elements 7 such as the above on the upper surface of the ceramic substrate 1, and heat generated from the high frequency amplifier 5 is formed on the upper surface of the laminated high frequency switch 2 on the surface of the mounting surface of the high frequency amplifier 5. The
つまり、この高周波モジュールが積層型高周波スイッチ2を形成するセラミクス基板1の上面にグラファイトシート3を設けた複合部品4に高周波増幅器5が実装された構成となっている。
That is, the high-frequency module has a configuration in which the high-frequency amplifier 5 is mounted on the
なお、グラファイトシート3としてはポリイミド等の高分子樹脂シートを1200度以上の温度で炭化させ、その後、2600度以上の温度でグラファイト化し、図2に示されるように炭素が2次元的に密な結合した炭素層の多層構造体とし、炭素の結合面内において高い熱伝導特性を示すものや、膨張黒鉛を層状に成形したものや、グラファイトファイバーを層状に成形したものなどが挙げられる。
As the
そして、積層型高周波スイッチ2とグラファイトシート3からなる複合部品4においては、図1に示されるごとくグラファイトシート3と積層型高周波スイッチ2の間に酸化金属層8が設けられた構造となっており、この構造により複合部品4上に実装された高周波増幅器5から生じる熱を効率よく積層型高周波スイッチ2に分散させることが出来るのである。
The
この点については図3に示されるように、酸化金属層8がグラファイトシート3上にメッキ工法やスパッタリング工法により金属層を形成した後に、この金属層を化学的処理或いは酸化雰囲気中で加熱処理することで表面酸化させ、この酸化金属層8を設けたグラファイトシート3を積層型高周波スイッチ2を形成するセラミクス基板1の未焼結体の上面に積み重ねこれらを一体焼成することで、焼成段階において酸化金属層8または酸化金属層8中に含まれる酸素がセラミクス基板1を形成する組成、例えばアルミナやシリカといった酸化性物質と結合し焼成後においてはセラミクス基板1とグラファイトシート3が一体化されると考えており、従来のようなセラミクス基板1とグラファイトシート3を接着するための樹脂接着層を設ける必要性がなくなり、グラファイトシート3からセラミクス基板1への熱伝導効率が高められるのである。
In this regard, as shown in FIG. 3, after the metal oxide layer 8 is formed on the
また、焼結状態にあるセラミクス基板1とグラファイトシート3を一体化する場合には、グラファイトシート3を焼結状態にあるセラミクス基板1に配置して再度加熱処理することにより、先に述べたものと同様に酸化金属層8がセラミクス基板1と結合するため、これらを一体化でき、グラファイトシート3からセラミクス基板1への熱伝導効率が高められるのである。
When the ceramic substrate 1 in the sintered state and the
すなわち、高周波増幅器5で生じた局所的な熱をグラファイトシート3にてシート面内方向に素早く分散し、この分散された熱をヒートシンクとなる積層型高周波スイッチ2に伝達するので、高周波増幅器5に対する熱伝導性をより高いものと出来るのである。
That is, the local heat generated in the high frequency amplifier 5 is quickly dispersed in the sheet surface direction by the
なお、グラファイトシート3はその微細構造が層状となっておりセラミクス基板1より軟質なものであるため、高周波増幅器5を硬質なセラミクス基板1からなる積層型高周波スイッチ2上に実装した場合においても、グラファイトシート3が高周波増幅器5に対する落下衝撃などの外部応力に対する緩衝材としても機能することとなり、これらを一体化した高周波スイッチモジュールの信頼性を高めることが出来るのである。
Since the
また、上述した一実施形態においてはセラミクス基板1を用いた積層型高周波スイッチ2を、発熱部品として高周波増幅器5を挙げて説明したが、本発明はこのような限定にとらわれるものではなく、発熱部品が実装されるセラミクス基板1にグラファイトシート3を一体化させた複合部品4において同様の作用、効果を奏するものである。
In the above-described embodiment, the multilayer high-frequency switch 2 using the ceramic substrate 1 has been described with the high-frequency amplifier 5 as a heat-generating component. However, the present invention is not limited to such a limitation. In the
また、この一実施形態においてはグラファイトシート3をセラミクス基板1の上面に配置した構造を挙げて説明したが、これとは別に特に図示はしていないがグラファイトシート3をセラミクス基板1の内層部分に埋設した構造とした場合においてもほぼ同様の効果を奏するものである。ただし、この場合においては上述した外部応力に対する緩衝機能は働かないこととなる。
In this embodiment, the structure in which the
本発明は、セラミクス基板とグラファイトシートからなるセラミクス基板に関し、複合部品における熱伝導性を高められるという効果を有し、特に小型高機能化の進む電子機器に用いられるセラミクス基板に有用である。 The present invention relates to a ceramic substrate made of a ceramic substrate and the graphite sheet has the effect of increased thermal conductivity in the composite component, useful for ceramic substrate used for electronic devices, particularly travel of small high functionality.
1 セラミクス基板
3 グラファイトシート
4 複合部品
8 酸化金属層
1
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