JP5189988B2

JP5189988B2 - セラミック部材および電子部品用基板

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Description

本発明は、溝を有するセラミック部材、たとえば溝において分割することにより複数の電子部品用基板を得るためのセラミック部材およびセラミック製の電子部品用基板に関するものである。

電子部品用基板は、効率的に生産するために、分割溝を有するセラミック部材に導体パターン形成を行なった後に、分割溝において分割することにより多数個取りされるのが一般的である。

セラミック部材における分割溝の形成は、未焼成のセラミックグリーンシートに、金型に備えられた刃を押し当てることによって形成することが主流である。しかしながら、セラミックグリーンシートは、その後に焼成されるため、焼結による製品の収縮バラツキに起因して、寸法精度が劣るという問題がある。その一方で、セラミック部材から一度に多くの電子部品用基板を得るために、セラミック部材を大型化する必要があるが、セラミック部材を大型化した場合には、寸法精度はより大きな問題となる。

一方、分割溝を形成する方法としては、被加工物に対してレーザ光を照射する方法も採用されている。レーザ加工方法としては、レーザアブレーションと呼ばれる方法がある。この方法は、被加工物を局所的に溶融・蒸発させることによりレーザ照射部位から被加工物の構成成分を除去するものであり、レーザスポットを移動させることにより溝を形成することができる（たとえば特許文献１参照）。

ここで、セラミック部材は、主成分であるセラミックと、焼結助剤を含むものである。そのため、上述のレーザ加工方法をセラミック部材に適用した場合には、レーザ光を照射した部分は瞬時に爆発的に除去され、溝の表面からは焼結助剤として添加されていた成分の多くが気化して消失する。

特開２００６−１９８６６４号公報

しかしながら、レーザアブレーション法は、被加工物をその主成分の沸点を越える温度で加工するものであるため、図１３に示したように、溝８０の表層８１は、シリカ等の焼結助剤が著しく失われたシリカプアーな状態となる。その結果、溝８０の表層８１は、主成分であるセラミックの結合が低下する。そのため、セラミック部材８を溝８０において分割して得られる電子部品用基板などの分割ピースは、分割した端面において、接触等によるチッピングを生じやすいものとなる。

また、比較的に厚みのあるセラミック部材８に溝８０を形成する場合には、大きなパワーを必要とするためにＣＯ_２レーザなどのレーザ出力の大きなパルス発振方式を採用せざるを得ない。このような大きなパワーのレーザ光を用いてセラミック部材８をその主成分の融点以上で加工した場合には、溝８０はレーザ光の移動方向に複数のスポット８２が連なったミシン目状となる。そのため、セラミック部材８を溝８０において分割して得られる電子部品用基板などの分割ピースは、図１４に示したように分割した端面９０がリップル状となる。このようにして分割ピース９の端面９０がリップル状となった場合には、端面９０における接触等によるチッピングを生じやすくなるばかりか、抗折強度が低下してしまう。

本発明のセラミック部材は、複数の電子部品用基板を得るための分割用の溝を有し、アルミナを主成分とし、かつシリカを含み、前記溝の表面からの法線方向における少なくとも１μｍ以上１０μｍ以下までの領域を表層としたとき、該表層は、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域よりも、シリカの含有率が高く、かつシリカの平均含有率が１．４倍以上１．６倍以下とされる。

本発明のセラミック部材は、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域におけるアルミナの平均含有率は、たとえば９２．６質量％以上９９．６質量％以下とされ、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域におけるシリカの平均含有率は、たとえば０．３質量％以上５．０質量％以下とされる。

本発明のセラミック部材は、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域おける平均含有率が０質量％以上０．４質量％以下のカルシア、および前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域おける平均含有率が０．１質量％２．０質量％のマグネシアをさらに含んでいてもよい。

本発明のセラミック部材は、複数の電子部品用基板を得るための分割用の溝を有し、ジルコニアを主成分とし、かつイットリアを含み、前記溝の表面からの法線方向における少なくとも１μｍ以上１０μｍ以下までの領域を表層としたとき、該表層は、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域よりも、イットリアの含有率が高く、かつイットリアの平均含有率が１．２倍以上１．６倍以下とされる。

本発明のセラミック部材は、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域におけるジルコニアの平均含有率は、たとえば９４．２質量％以上９４．８質量％以下とされ、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域のイットリアの平均含有率は、たとえば５．２質量％以上５．８質量％以下とされる。

本発明の電子部品用基板は、アルミナを主成分としかつシリカを含むセラミック部材またはジルコニアを主成分としかつイットリアを含むセラミック部材を分割してなる。

従来のレーザ加工による溝の形成では、主成分のセラミックを蒸発させるほどの温度で行なわれるため、セラミック部材の溝の表層は、主成分のセラミックより沸点の低い焼結助剤の含有率が著しく減少する。特に、シリカやイットリア等の焼結助剤の減少が著しく、主成分のセラミック粒子の相互結合力が低下する。そのため、溝の表層は、焼結助剤の欠乏により、強度が小さなものなる。

これに対して、本発明のセラミック部材では、少なくとも１μｍ以上１０μｍ以下までの領域（表層）におけるシリカあるいはイットリアの含有率が、溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域の平均含有率よりも高くなっている。シリカやイットリアは、アルミナやジルコニアを主成分とするセラミックスを焼結形成する際の焼結助剤である。そのため、表層におけるシリカやイットリアなどの焼結助剤の含有率が高められていれば、表層において、アルミナやジルコニアの相互結合力が高くなる。その結果、本発明のセラミック部材では、分割して得られる分割ピースの端面でのチッピングを防止することができるとともに、分割ピースの抗折強度が高くなる。

同様に、本発明の電子部品用基板は、表層におけるシリカあるいはイットリアの含有率が全体における平均含有率よりも高くなっているため、端面でのチッピングを防止することができるとともに、抗折強度が高くなっている。

本発明に係るセラミック部材の一例を示す全体斜視図である。図１のII−II線に沿う断面図である。本発明に係る電子部品用基板の一例を示す全体斜視図である。図２のIV−IV線に沿う断面図である。セラミック部材に溝を形成する方法を説明するための全体斜視図である。セラミック部材に溝を形成する方法を説明するための要部を拡大して示した斜視図である。セラミック部材に溝を形成する方法を説明するための要部を拡大して示した正面図である。レーザ光を出射するためのパルス波形の一例を説明するためのグラフである。チッピングの評価方法を説明するための要部を示す斜視図である。坑折強度の測定方法を説明するための正面図である。図１１Ａは試料３における溶融固化物を除去する前のＳＥＭ写真であり、図１１Ｂは溶融固化物を除去した後のＳＥＭ写真である。図１２Ａは試料１９における溶融固化物を除去する前のＳＥＭ写真であり、図１２Ｂは溶融固化物を除去した後のＳＥＭ写真である。従来のレーザ加工方法によりセラミック部材に溝を形成した状態の要部を示す斜視図である。図１３に示したセラミック部材を溝において切断したときの要部を示す斜視図である。

符号の説明

１セラミック部材
２溝
２０（溝の）表層
２１（溝の）表面
３電子部品用基板
３１（電子部品用基板の）主面
３２（電子部品用基板の）周縁部
３３（周縁部の）表層

以下、本発明について、図面を参照しつつ説明する。

図１および図２に示したセラミック部材１は、複数の溝２において分割することにより、図３および図４に示したように複数の電子部品用基板３を得るためのものである。このセラミック部材１は、図３および図4に示したように複数の溝２によって規定される領域４に形成された導体パターン（図示略）を有している。導体パターンは、複数の溝２を形成した後において、スクリーン印刷や薄膜蒸着により形成した膜を、所定の温度で焼成することにより形成される。

セラミック部材１は、アルミナあるいはジルコニアなどのセラミックを主成分としており、焼結助剤としてシリカやイットリアを含んでいる。セラミック部材１の主成分としては、アルミナ、ジルコニアの他に、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、窒化珪素、アルミナジルコニア等を適用することができる。

セラミック部材１における主成分の平均含有率（導体パターンを除く）は、溝２の表面２１からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域において、たとえばアルミナについては９２．６質量％以上９９．６質量％以下とされ、ジルコニアについては９４．２質量％以上９４．８質量％以下とされる。

焼結助剤としては、アルミナを主成分とする場合にはシリカが使用され、ジルコニアを主成分とする場合にはイットリアが使用される。焼結助剤の平均含有率（導体パターンを除く）は、たとえば溝２の表面２１からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域において、シリカについては０．３質量％以上５．０質量％以下とされ、イットリアについては５．２質量％以上５．８質量％以下とされる。焼結助剤としては、シリカやイットリアに加えて、マグネシアやカルシアを使用してもよい。マグネシアおよびカルシアの平均含有率は、溝２の表面２１からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域において、それぞれ０質量％以上０．４質量％以下および０．１質量％２．０質量％とされる。

溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域でのアルミナやジルコニアなどの主成分、あるいはシリカやイットリアなどの焼結助剤の平均含有率は、ＦＩＢ加工などで溝の表面から法線方向の深さが６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域までエッチングし、５０μｍ角領域について波長分散型ＥＰＭＡ分析を用いて測定することができる。先の領域における主成分や焼結助剤の平均含有率は、溝の表面から法線方向の深さが６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域を断面加工し、５μｍ角領域について波長分散型ＥＰＭＡ分析を用いて測定することもできる。なお、ＥＰＭＡ分析に当たっては、被測定面にはカーボンなどの蒸着処理を行ない、測定条件は加速電圧１０〜２０ＫＶ、プローブ電流２〜４×１０^−７Ａとするので適当である。

複数の溝２は、セラミック部材１に負荷を作用させることによりセラミック部材１を分割するためものであり、Ｘ方向に延びるとともにＹ方向に等間隔で並んだ複数のＸ溝と、Ｙ方向に延びるとともにＸ方向に等間隔で並んだ複数のＹ溝と、を含んでいる。すなわち、複数の溝２においてセラミック部材１を分割して得られる電子部品用基板３は、同様な形状なものとなる。

各溝２は、たとえば幅Ｗが１１０〜１５０μｍ、深さＤが１２０〜１８０μｍに形成されている。各溝２は、その表層２０における所定の焼結助剤の含有率が、溝２の表面２１からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域での平均含有率よりも高く、たとえば１．２倍以上１．６倍以下とされている。より具体的には、セラミック部材１がアルミナを主成分とする場合には、表層２０におけるセリアの含有率は、たとえば０．３６質量％８．０質量％とされ、セラミック部材１がジルコニアを主成分とする場合には、表層２０におけるイットリアの含有率は、たとえば６．２４質量％９．２８質量％とされる。表層２０におけるシリカやイットリアの含有率を溝２の表面２１からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域での平均含有率の１．２倍以上１．６倍以下とすれば、表層２０においてセラミック粒子の間に過不足なくシリカやイットリアが均一に介在しているため、焼結性が高く強度が高いセラミック部材１となる。

ここで、溝２の表層２０とは、少なくとも溝２の表面２１から、法線方向へ１０μｍ以下の深さ範囲を含んでいる。ただし、表層２０におけるシリカやイットリアの含有率を定義するに当たっては、溝２の表面２１から法線方向へ１μｍよりも小さい深さ領域でのシリカやイットリアの含有率については考慮しないものとする。これは、溝２の表面２１から１μｍよりも小さい領域は、コンタミによりシリカやイットリアの含有率を正確に把握しにくいからである。したがって、本発明でいう溝２の表層２０でのシリカやイットリアの含有率は、表面２０からの法線方向の深さが１μｍ以上１０μｍ以下の範囲において測定した値となる。好ましくは、溝２の表層２０における含有率は、溝２の表面２１から法線方向へ深さ１μｍ以上３μｍ以下の領域で測定される。

また、溝２の表層２０における各成分の含有率は、波長分散型ＥＰＭＡ分析（波長分散型Ｘ線マイクロアナライザ分析）により、所定の深さ位置での５０μｍ角領域について定量分析される。ＥＰＭＡ分析に当たっては、被測定面にはカーボンの蒸着処理を行ない、測定条件は加速電圧１５ＫＶ、プローブ電流３．０×１０^−７Ａとされる。

従来のレーザ加工による溝の形成は、主成分のセラミックを蒸発させるほどの温度で行なわれているため、セラミック部材の溝の表層は、主成分のセラミックより沸点の低い焼結助剤の含有率が著しく減少する。特に、シリカやイットリア等の焼結助剤の減少が著しいため、主成分のセラミック粒子の結合状態が低下している。そのため、従来の加工方法による溝の表層は、焼結助剤の欠乏により、強度が小さなものなる。

これに対して、本発明のセラミック部材１では、溝２の表層２０におけるシリカあるいはイットリアの含有率が、溝２の表面２１からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域での含有率よりも高くなっている。シリカやイットリアは、アルミナやジルコニアを主成分とするセラミックスを焼結形成する際の焼結助剤である。そのため、表層２０におけるシリカやイットリアなどの焼結助剤の含有率が高められていれば、表層２０において、アルミナやジルコニアの相互結合力が高くなる。その結果、セラミック部材１では、これを分割して得られる図３および図４の電子部品用基板３の端面３０でのチッピングを防止することができるとともに、電子部品用基板３の抗折強度が高くなる。

図１および図２に示した複数の溝２は、たとえば次のようにして形成することができる。

図５ないし図７に示したように、溝２は、ガスを吹き付けつつセラミック部材１の主面１０に熱線を照射し、その熱線を所定の経路で移動させることにより行なわれる。

熱線は、たとえばレーザ光として照射される。レーザ光を発振させるための装置５としては、たとえばＣＯ_２レーザ発振装置、窒素レーザ発振装置、エキシマレーザ発振装置、あるいはＹＡＧレーザ発振装置を使用することができるが、高出力のレーザ光を得るために、ＣＯ_２レーザ発振装置を使用するのが好ましい。また、レーザ発振装置５における光出射面５０とセラミック部材１の主面１０との間の距離Ｌは、たとえば１ｃｍ前後に設定される。もちろん、レーザ光以外の熱線を用いてセラミック部材１の主面１０に熱エネルギを照射して溝２を形成してもよい。

セラミック部材１に対するレーザ光の照射は、レーザ光の照射部分の温度がセラミック部材１の主成分の融点以上沸点以下の温度となるように行なわれる。たとえばアルミを主成分とするセラミック部材１については、２０５０℃以上２９８０℃以下とされ、好ましくは２１００℃以上２９００℃以下とされる。ジルコニアを主成分とするセラミック部材１については、３３００℃以上４４００℃以下とされ、好ましくは３３５０℃以上４３００℃以下とされる。

レーザ光の照射部分の温度をセラミック部材１の主成分の融点以上沸点以下とすれば、セラミック部材１の目的部位に適切に溶融させて溝２を形成しつつ、主成分および焼結助剤の蒸発を抑制することができる。その一方で、セラミック部材１におけるレーザ光の照射部分では、主成分であるアルミナやジルコニアが溶融する温度に達する前に、焼結助剤であるセリアやイットリアが先に溶融する。そのため、レーザ光の照射部分では、溶融した焼結助剤がアルミナ結晶粒子やジルコニア結晶粒子と反応しながら内部に含浸していく。その結果、溝２の表層２０における焼結助剤の含有率は、セラミック部材１の全体における焼結助剤の平均含有率よりも高くなる。これにより、溝２の表層２０におけるアルミナやジルコニアといった主成分の相互結合力が高くなるため、溝に２おいてセラミック部材１を分割して得られる電子部品用基板３では、端面３０（図３および図４参照）でのチッピングを防止することができるとともに、分割ピースの抗折強度が高くなる。

また、焼結助剤が内部に含浸していくことにより、溝２の表層２０では深さが大きくなるにつれて、焼結助剤の濃度がなだらかに低くなる。そのため、溝２の表層２０は、明確な界面がなく、界面が存在する場合のようなにおける応力の集中もないため、表層２０が剥離しにくいという効果がある。

レーザ光の照射部分の温度は、たとえばパワー、発振周波数、ＤＵＴＹ、励起時間（応答時間）スポット形状、およびレーザ光移動速度により設定することが可能である。これらの要素は、全てを変数とする必要はなく、たとえばパワー、励起時間、スポット形状を固定し、周波数、ＤＵＴＹ、レーザ光の移動速度を変数としてレーザ光照射部分の温度を制御してもよい。ここでＤＵＴＹとは、１００×（オン信号時間Ｔ３）／（パルス周期Ｔ１）の値で表される（図８参照）。

パワー２００Ｗ、励起時間１００μｓｅｃ、スポット形状を直径７６μｍの真円と固定した場合、アルミナやジルコニアを主成分とするセラミック部材１に必要な照射温度である２０００℃〜４０００℃付近の温度は、発振周波数を９０００〜２５０００Ｈｚ、ＤＵＴＹを５０〜８５％、移動速度を８〜７０ｍ／分とすることにより達成することができる。

レーザ光の照射部分の温度は、レーザ光照射条件と温度と換算表を用いて換算することができる。換算表は、溶融温度が約２０００〜４０００付近の種々の材質で複数の標準サンプルを作製し、種々のレーザ光照射条件において各標準サンプルにレーザ光を照射し、標準サンプルの溶融を確認することにより作成することができる。すなわち、換算表は、該標準サンプルの溶融が開始したときの加工条件と、対応する標準サンプルの融点と、を関連付けて作成することができる。もちろん、可能であれば、換算表を用いることなく、レーザ光の照射部分の温度を直接あるいは間接的に測定してもよい。

ここで、レーザ光のスポットＳの移動速度は、たとえば９ｍ／分以上７０ｍ／分以下とされ、好ましくは１０ｍ／分以上６０ｍ／分以下とされる。スポットＳの移動速度が小さ過ぎる場合には、同一箇所に必要以上の熱がかかるために主成分や焼結助剤の一部が消失し、従来のレーザ加工品に見られるような溝２の表層２０が熱エッチングされた状態となり、レーザ光の照射部分の温度が主成分であるセラミックの主成分の沸点以上となってしまう可能性がある。その一方で、スポットＳの移動速度が大き過ぎる場合には、溝２の幅の最大値と最小値の差を抑えることは難しくなる。その理由は、現存するパルス発振方式のレーザ出力の変調能力の限界は２５ｋＨｚであるため、このレーザ出力の変調能力で対応できない速度で加工した場合は、前記溝２の幅Ｗの最大値と最小値の差が、従来レーザ加工品と同様なミシン目状の溝（図１３参照）に近いものとなってしまうからである。したがって、スポットＳの移動速度を９ｍ／分以上７０ｍ／分以下、好ましくは１０ｍ／分以上６０ｍ／分以下とすれば、レーザ光の照射部分を所望の温度に制御できることから、過度の熱照射によりセラミック部材１の蒸発を起こさせることがなく、セラミック部材１を連続的に溶融させて溝２を形成することができる。そのため、溝幅Ｗおよび深さＤともに安定した連続する溝２を得ることができる。すなわち、溝２は、従来のレーザ加工のようなミシン目（図１３参照）とはならないので、セラミック部材１を分割して得られる電子部品用基板３（図３および図４参照）では、抗折強度が低下することを抑制できる。

また、図８に示したように、レーザ光を照射するためのパルス発振周波数は、５０００Ｈｚ以上（パルス周期Ｔ１が２００μｓｅｃ以下）であるのが好ましく、さらに好ましくは１００００Ｈｚ以上（パルス周期Ｔ１が１００μｓｅｃ以下）とされる。また、パルス周波数の上限は２５０００Ｈｚ（パルス周期Ｔ１が４０μｓｅｃ以上）で使用することが可能である。

パルスとしては、励起時間Ｔ２が長く、オン信号時間Ｔ３が短い波形のもの、たとえばパルス周期Ｔ１が８０〜２００μｓｅｃ、レーザ発振から最高温度域に達するまでの励起Ｔ２が８０〜２００μｓｅｃ．、オン信号時間Ｔ３が４０〜１７０μｓｅｃ．である波形のものを採用するのが好ましい（ここでＴ３≦Ｔ２≦Ｔ１である）。なお、図８における実線は実際に制御されるレーザパワーの履歴であり、破線は立ち上がりが完了Ｔ２するまでの仮想的な履歴である。すなわち、レーザ光発振装置５では、立ち上がりが完了Ｔ２する前にオフ信号Ｔ３とされるが、励起時間Ｔ２は立ち上がりが完了するまでの時間として定義している。

このようなＯＮ信号時間Ｔ３が短く励起時間Ｔ２の長いパルス波形のレーザ光を発振することにより、最高温度域を制御した熱は照射が可能となる。また、パルス周期Ｔ１を２００μｓｅｃ．以下とすることによりＣＷ（ＣｏｎｔｉｎｕｉｔｙＷａｖｅ）連続発振に近似したレーザーパルス波形が得られ、このパルス波形を採用して形成された溝２は、溝２の深さＤや幅Ｗのバラツキが抑制されたものとなる。

一方、レーザ光などの熱線の照射部分に対するガスの吹き付けは、溶融したセラミックを除去するために行なわれるものであり、ガス噴霧装置６を用いて行なわれる。

ガス噴霧装置６は、熱線のスポット径ＤＳよりも広い範囲おいてガスを吹き付けることが可能とされている。ガスの吹き付け範囲は、たとえばレーザ光の移動方向についてレーザ光のスポット径ＤＳの６０倍から１００倍とされ、前記移動方向に直交する方向についてはスポット径ＤＳの３０倍から５０倍とされる。吹き付けガスとして、圧縮空気、アルゴンガス、あるいは酸素ガスを用いることができる。このような範囲へのガスの吹き付けは、ガス噴出口の形状を楕円、長矩形とすることにより行なうことができる。この場合、ガス吹き口は、たとえば長軸方向（レーザ光の移動方向）の寸法が２．０〜３．３ｍｍとされ、短軸方向（レーザ光の移動方向に直交する方向）の寸法が１．０〜１．６ｍｍとされる。

吹きつけガスの圧力は、たとえば０．４〜０．６ＭＰａとされる。このような範囲に吹き付けガスの圧力を設定することにより、レーザ光の照射により溶融した成分を、レーザ光の照射部分の外部に適切に押し出し、滑らかな表面を有する溝２を形成することができる。

ガスを吹き付けは、セラミック部材１の主面１０における法線方向に対して、平行あるいは斜め方向から行なわれ、好ましくは前記法線方向に対する傾斜角度θが、５５度以上７５度以下となるように斜め方向に行なわれる。セラミック部材１に対して斜め方向にガスを吹き付けた場合には、溶融あるいは蒸発したセラミック成分がレーザ発振装置５の側方に追いやられるため、レーザ発振装置５の光出射面５０とセラミック部材１の主面１０との距離Ｌが１ｃｍ前後に設定されていても、溶融あるいは蒸発したセラミック成分が光出射面５０などの光学系に付着し、光学系を汚損することもない。

このようにして溝２を形成した後には、必要に応じて、溝２の周辺に付着した溶融固化物を除去する。溶融固化物は、たとえば切削あるいはレーザエッチングにより除去することができる。

上述したセラミック部材１は、溝２において分割することにより、図３および図４に示したような電子部品用基板３とされるのは上述した通りである。その一方で、溝２の表層２０は、焼結助剤であるシリカやイットリアの含有率が、溝２の表面２１からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域での平均含有率よりも高くなっている。そのため、セラミック部材１を分割して得られる電子部品用基板３は、主面３１の周縁部３２の表層３３でのシリカやイットリアなどの焼結助剤の含有率が、電子部品用基板３（導体パターンを除く）における溝２の表面２１からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域での平均含有率よりも高くなっている。

より具体的には、主面３１の周縁部３２の表層３３でのシリカやイットリアなどの焼結助剤の含有率は、たとえば溝２の表面２１からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域でのシリカやイットリアの平均含有率の１．２倍以上１．６倍以上とされている。

このとき、電子部品用基板３がアルミナを主成分とする場合には、たとえば溝２の表面２１からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域において、アルミナの平均含有率が９２．６質量％以上９９．６質量％以下、シリカの平均含有率が０．３質量％以上５．０質量％以下、ＣａＯの平均含有率が０質量％以上０．４質量％以下、ＭｇＯの平均含有率が０．１質量％以上２．０質量％以下とされている。周縁部３２の表層３３におけるシリカの含有率は、たとえば０．３６質量％以上８．０質量％以下とされている。

一方、電子部品用基板３がジルコニアを主成分とする場合には、たとえば溝２の表面２１からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域におけるジルコニアの平均含有率が９４．２重量％以上９４．８質量％以下、イットリアの平均含有率が５．２重量％以上５．８質量％以下とされている。周縁部３２の表層３３におけるイットリアの含有率は、たとえば６．２４質量％９．２８質量％とされている。

なお、電子部品用基板３における溝２の表面２１からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域での各成分の平均含有率の測定方法、および周縁部３２の表層３３におけるセリアやイットリアの含有率の測定方法について、先に説明したセラミック部材１（図１および図２参照）と同様である。

このような電子部品用基板３では、主面３１の周縁部３２の表層３３における焼結助剤の含有率が溝２の表面２１からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域での平均含有率よりも高いため、アルミナやジルコニアといった主成分の相互結合力が高くなっている。その結果、電子部品用基板３では、端面３０でのチッピングを防止することができるとともに、抗折強度が高くなる。また、セラミック部材１の溝２は、その表面が平滑な連続溝として形成することが可能であるため、その場合には、電子部品用基板３の端面３０が平滑なものとなる。そのため、端面３０でのチッピングをより適切に防止することができるとともに、抗折強度がより高くなる。

本発明は、上述した実施の形態には限定されず、種々に変更可能である。たとえば、本実施の形態では、電子部品用基板を得るためのセラミック部材については説明したが、本発明は電子部品用基板以外のものを得るためのセラミック部材に対しても適用することができる。

本実施例では、アルミナを主成分とするセラミック焼結体に対してレーザ光を照射して溝を形成したセラミック部材において、レーザ光の照射部分の温度が、セラミック部材を溝において分割した単体のチッピングの発生および抗折強度に与える影響について検討した。本実施例ではさらに、前記溝の表面からの法線方向における少なくとも１μｍ以上１０μｍ以下までの領域、及び、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域におけるシリカの含有率を測定するとともに、セラミック部材における溝およびその近傍での断面をＳＥＭにより撮影した。

（セラミック焼結体の作製）
セラミック焼結体は、主成分としてのアルミナ粉末、および添加剤としてのシリカ粉末、およびマグネシア粉末、必要に応じて添加されるカルシア粉末の混合粉末から作製したセラミックグリーンシートを、所定の形状に切断した後に約１６００℃の温度で焼成することにより形成した。なお、セラミック焼結体は、１５２．４ｍｍ×１５２．４ｍｍ×０．６３５ｍｍの矩形板状に形成した。

（溝の形成）
溝は、ガスを吹き付けつつセラミック焼結体の主面にレーザ光を照射するとともに、そのレーザ照射部位を移動させることにより、５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍの矩形単体を９個得られるように形成した。

レーザ光は、ＣＯ_２レーザ発振装置を用いて、図８に示すような立ち上がりの遅く（Ｔ２＝１００μｓｅｃ）、ＯＮ信号時間Ｔ３が５０μｓｅｃであるパルス波形となるように発振した。パルス発振周波数のパルス周期およびレーザ光の移動速度は、表１に示した通りとした。

ガスの吹き付けは、ガス圧０．５ＭＰａの圧縮空気を、長軸寸法がレーザ光の照射部位に対して前記法線方向に対する傾斜角度θが７０度となるように行なった。

なお、ガスの吹き付けにより溝の周辺に押し出された溶融固化物は、切削により除去した後に、後に説明する評価を行なった。

（チッピングの評価）
チッピングの評価は、各試料について、複数のセラミック部材を溝において分割して５０個の単体を得た後、それらの単体を網の中へ入れ、水中で超音波振動装置により振動をかることにより行なった。超音波振動の条件は、発振周波数２８ｋＨｚ、出力１．５ＫＷ、１０分間とした。チッピングの有無は、各単体の周縁部について、工具顕微鏡を用いて倍率１０倍で確認することにより行なった。チッピング評価の結果については、表２に同時に示した。図９に示すように、チッピングの評価は、長さＡおよび幅Ｂがいずれも０．４ｍｍ以上となる欠け３４が発生しているものを不良として×、欠け３４の長さＡおよび幅Ｂが０．４ｍｍ未満のものを使用可として△、確認されなかったものを○として表した。

（抗折強度の評価）
抗折強度は、セラミック部材を溝において分割した単体について、「デジタル荷重試験機１８４０Ｄ型」（アイコーエンジニアリング株式会社製）を用いて測定した。図１０に示すように、抗折強度の測定においては、スパンＳを３０ｍｍ、クロスヘッドスピードを０．５ｍｍ／分とし評価した。また、各試料は、溝の形成されていた面を下向きにし、溝に起因する周縁部の状態が抗折荷重に最も影響するその反対面から荷重をかける方法で実施した。抗折強度の評価結果については、表２に示した。

（シリカなどの含有率の測定）
シリカの含有率は、溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域である非表層、および溝の表層の含有率として測定した。非表層でのシリカの含有率は、ＦＩＢ加工により溝の表面から法線方向の深さが６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域までエッチングし、５０μｍ角領域について、波長分散型ＥＰＭＡ分析を用いて測定した。なお、ＥＰＭＡ分析に当たっては、被測定面にはカーボンなどの蒸着処理を行ない、測定条件は加速電圧１５ＫＶ、プローブ電流３×１０^−７Ａとした。

溝の表層のシリカの含有率は、波長分散型ＥＰＭＡ分析を用いて、溝の表面から法線方向の深さが２μｍでの位置における５０μｍ角領域について測定した。ＥＰＭＡ分析に当たっては、被測定面にはカーボンの蒸着処理を行ない、測定条件は加速電圧１５ＫＶ、プローブ電流３．０×１０^−７Ａとした。非表層および溝の表層の含有率の測定結果については、表２に示した。表２においては、非表層におけるシリカの平均含有率と溝の表層のシリカの含有率との比率を計算した結果を同時に示した。

また、アルミナ、カルシアおよびマグネシアについての非表層での平均含有率についても、非表層におけるシリカの平均含有率と同様にして測定した。それらの非表層での平均含有率の測定結果については表２に示した。

（ＳＥＭによる断面撮影）
ＳＥＭによる断面撮影は、試料３および試料１９について、溶融固化物を除去する前および除去した後のそれぞれにおいて行なった。試料に対してＣ、Ａｕの蒸着を施し、エネルギー分散型の電子反射像により１５０倍率で測定した。ＳＥＭによる断面を撮影した結果については、試料３については図１１（ａ）および図１１（ｂ）に、試料１９については図１２（ａ）および図１２（ｂ）にそれぞれ示した。なお、図１１（ａ）および図１２（ａ）は、それぞれ溶融固化物を除去する前のものであり、図１１ｂ（ａ）および図１２（ｂ）は、それぞれ溶融固化物を除去した後のものである。

表２から分かるように、試料１〜１７については、チッピングが発生しないか、あるいはチッピングが発生していても使用可能な程度であり、抗折強度も実用上問題のない程度に高いものとなった。

この結果から、チッピングの発生を抑制しつつ、高い抗折強度を確保するためには、レーザ光の照射部分の温度は２０５０℃以上２９８０以下とすればよいことが分かる。とくに、レーザ光の照射部分の温度が２１００℃以上２９００以下である試料２〜４、試料７〜９および試料１２〜１４は、チッピングが全く発生しておらず、抗折強度が高いものとなった。したがって、レーザ光の照射部分の温度が、２１００℃以上２９００以下とするのがさらに好ましいことが分かる。

一方、レーザ光の照射部分の移動速度に着目すると、移動速度が９ｍ／分以上７０ｍｍ／分以下である試料１〜１７において、チッピングの発生が抑制され、高い抗折強度が確保されている。とくに、移動速度が１０ｍ／分以上６０ｍｍ／分以下である試料２〜４、試料７〜９および試料１２〜１４は、チッピングが全く発生しておらず、抗折強度が高いものとなった。したがって、レーザ光の照射部分の移動速度は、９ｍ／分以上７０ｍ／分以下とするのが好ましく、１０ｍ／分以上６０ｍ／分以下するのがさらに好ましい。

また、試料３，１６，１７を比較すれば分かるように、前記レーザ光照射のパルス発振周波数が１００００Ｈｚ以上とすれば、抗折強度が高くなることがわかる。

また、溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域である非表層と溝の表層のシリカの含有率に着目した場合、チッピングが発生しにくく、抗折強度の高い試料１〜１７では、非表層の平均含有率に比べて、溝の表層の含有率のほうが高くなっており、その比率は１．３倍から１．６倍の範囲であった。

これに対して、試料１８については、レーザ光の照射部分の温度が低すぎるために溝が形成できなかった。また、試料１９については、移動速度が遅く、照射温度が高くなりすぎて、チッピングや抗折強度に劣化が確認された。試料１８ではさらに、非表層のシリカの平均含有率に比べて、溝の表層のシリカの含有率のほうが低くなっていた。

したがって、チッピングの発生を抑制し、抗折強度を高く確保するためには、非表層の全体のシリカの平均含有率に比べて、溝の表層のシリカの含有率のほうを高くするのが好ましく、その比率は１．２倍以上１．６倍以下とするのが好ましい。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）から分かるように、チッピングが発生せず、抗折強度の高い試料３では、キレイな連続溝が形成されており、溝の表面および溝の周辺も滑らかなものとなっていた。一方、図１２（ａ）および図１２（ｂ）から分かるように試料３８では、溝がミシン目状となっており、溶融固化物を除去した後の溝の周辺は、比較的粗い面となっていた。

本実施例では、ジルコニアを主成分とするセラミック焼結体に対してレーザ光を照射して溝を形成したセラミック部材において、レーザ光の照射部分の温度が、セラミック部材を溝において分割した単体のチッピングの発生および抗折強度に与える影響について検討した。

セラミック焼結体は、ジルコニア粉末およびイットリア粉末の混合粉末により、その他の条件については、実施例１と同様として溝を有するセラミック部材を形成した。

溝の形成条件は、表３に示した通りであり、その他の条件については実施例１と同様とした。

チッピングおよび抗折強度についても実施例１と同様に行なった。それらの結果については表４に示した。また、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域である非表層および溝の表層におけるイットリアの含有率を実施例１と同様の手法により測定し、その結果を表４に示した。表４においては、非表層におけるイットリアの平均含有量と溝の表層のイットリアの含有率との比率を計算した結果を同時に示した。

表４から分かるように、試料２０〜３６については、チッピングが全く発生しないか、あるいはチッピングが発生しているが使用可能な程度であり、抗折強度も実用上問題のない程度に高いものとなった。

この結果から、チッピングの発生を抑制しつつ、高い抗折強度を確保するためには、レーザ光の照射部分の温度は３３００℃以上４４００以下とすればよいことが分かる。とくに、レーザ光の照射部分の温度が３３５０℃以上４３００以下である試料２１〜２３、試料２６〜２８および試料３１〜３３は、チッピングが全く発生しておらず、抗折強度が高いものとなった。したがって、レーザ光の照射部分の温度が、３３５０℃以上４３００以下とするのがさらに好ましいことが分かる。

一方、レーザ光の照射部分の移動速度に着目すると、移動速度が９ｍ／分以上７０ｍｍ／分以下である試料２０〜３６において、チッピングの発生が抑制され、高い抗折強度が確保されている。とくに、移動速度が１０ｍ／分以上６０ｍｍ／分以下である試料２１〜２３、試料２６〜２８および試料３１〜３３は、チッピングが発生しておらず、抗折強度が高いものとなった。したがって、レーザ光の照射部分の移動速度は、９ｍ／分以上７０ｍ／分以下とするのが好ましく、１０ｍ／分以上６０ｍ／分以下するのがさらに好ましい。

また、試料２３，３５，３６を比較すれば分かるように、前記レーザ光照射のパルス発振周波数が１００００Ｈｚ以上とすれば、抗折強度が高くなることがわかる。

また、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域である非表層と溝の表層のシリカの含有率に着目した場合、チッピングが発生しにくく、抗折強度の高い試料１〜１７では、非表層の平均含有率に比べて、溝の表層の含有率のほうが高くなっており、その比率は１，３倍から１，６倍の範囲であった。

これに対して、試料３８については、レーザ光の照射部分の温度が低すぎるために溝が形成できなかった。また、試料１９については、移動速度が遅く、照射温度が高くなりすぎて、チッピングや抗折強度に劣化が確認された。試料１８ではさらに、非表層のイットリアの平均含有率に比べて、溝の表層のイットリアの含有率のほうが低くなっていた。

したがって、チッピングの発生を抑制し、抗折強度を高く確保するためには、非表層のイットリアの平均含有率に比べて、溝の表層のイットリアの含有率のほうを高くするのが好ましく、その比率は１．２倍以上１．６倍以下とするのが好ましい。

Claims

複数の電子部品用基板を得るための分割用の溝を有し、アルミナを主成分としかつシリカを含むセラミック部材であって、
前記溝の表面からの法線方向における少なくとも１μｍ以上１０μｍ以下までの領域を表層としたとき、該表層は、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域よりも、シリカの含有率が高く、かつシリカの平均含有率が１．４倍以上１．６倍以下である、セラミック部材。
前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域におけるアルミナの平均含有率が９２．６質量％以上９９．６質量％以下であり、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域におけるシリカの平均含有率が０．３質量％以上５．０質量％以下である、請求項１に記載のセラミック部材。
前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域におけるカルシアの平均含有率が０質量％以上０．４質量％以下であり、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域におけるマグネシアの平均含有率が０．１質量％以上２．０質量％以下である、請求項２に記載のセラミック部材。
複数の電子部品用基板を得るための分割用の溝を有し、ジルコニアを主成分としかつイットリアを含むセラミック部材であって、
前記溝の表面からの法線方向における少なくとも１μｍ以上１０μｍ以下までの領域を表層としたとき、該表層は、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域よりも、イットリアの含有率が高く、かつイットリアの平均含有率が１．２倍以上１．６倍以下である、セラミック部材。
前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域におけるジルコニアの平均含有率が９４．２質量％以上９４．８質量％以下であり、前記溝の表面からの法線方向の６０μｍ以上７０μｍ以下までの領域のイットリアの平均含有率が５．２質量％以上５．８質量％以下である、請求項４に記載のセラミック部材。
請求項１に記載のセラミック部材を分割してなる、電子部品用基板。
請求項４に記載のセラミック部材を分割してなる、電子部品用基板。