JP6640112B2 - セラミック素地及びその製造方法 - Google Patents
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- C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
Description
(a) 曲げ強度が高く、しかも、ヤング率が低い。
(b) 高周波用回路基板にも好適である。
(c) チップ分割時のチッピング発生率も小さい。
(d) パッケージ部品等として搭載された際の曲げ応力による破壊がし難い。
(e) ロウ付けする際のクラックが発生し難い。
(f) 歩留りを向上させることができ、セラミック素地を用いた製品(セラミックパッケージ、高周波用回路基板等)の小型化を低コストで実現することができる。
(g) 低温焼成のため、電極や配線として例えばCu(銅)−W(タングステン)等の低抵抗導体を用いることができる。
原料粉末を準備した。原料粉末は、平均粒径1.7μmの3Al2O3・2SiO2(ムライト)粉末、平均粒径0.5μmのZrO2粉末、平均粒径1.0μmのMnO粉末である。
原料粉末に対し、添加剤として平均粒径1.0μmのBaO粉末を1.4質量%添加した点以外は、上述した実施例1と同様にして実施例2に係るセラミック素地を作製した。すなわち、実施例2の磁器組成は、Al2O3、ZrO2、SiO2及びMnOの合計を100質量%としたとき、BaをBaO換算で1.4質量%含む。
原料粉末の磁器組成として、AlをAl2O3換算で50.4質量%、ZrをZrO2換算で24.1質量%、SiをSiO2換算で19.8質量%、MnをMnO換算で5.7質量%含む点以外は、上述した実施例2と同様にして実施例3に係るセラミック素地を作製した。
原料粉末の磁器組成として、AlをAl2O3換算で41.8質量%、ZrをZrO2換算で36.1質量%、SiをSiO2換算で16.4質量%、MnをMnO換算で5.7質量%を含む点以外は、上述した実施例2と同様にして実施例4に係るセラミック素地を作製した。
以下の点以外は、上述した実施例2と同様にして実施例5に係るセラミック素地を作製した。
(a) 原料粉末の磁器組成として、AlをAl2O3換算で51.5質量%、ZrをZrO2換算で24.6質量%、SiをSiO2換算で20.2質量%、MnをMnO換算で3.6質量%を含む。
(b) 添加剤として、BaをBaO換算で0.9質量%含む。
(c) 焼成温度(最高温度)を1320℃とした。
以下の点以外は、上述した実施例2と同様にして実施例6に係るセラミック素地を作製した。
(a) 原料粉末の磁器組成として、AlをAl2O3換算で51.1質量%、ZrをZrO2換算で24.4質量%、SiをSiO2換算で20.1質量%、MnをMnO換算で4.5質量%含む。
(b) 添加剤として、BaをBaO換算で1.1質量%含む。
以下の点以外は、上述した実施例2と同様にして実施例7に係るセラミック素地を作製した。
(a) 原料粉末の磁器組成として、AlをAl2O3換算で49.6質量%、ZrをZrO2換算で23.7質量%、SiをSiO2換算で19.5質量%、MnをMnO換算で7.2質量%を含む。
(b) 添加剤として、BaをBaO換算で1.8質量%含む。
(c) 焼成温度(最高温度)を1240℃とした。
原料粉末に対し、添加剤として平均粒径0.3μmのTiO2粉末を0.5質量%添加した点以外は、上述した実施例3と同様にして実施例8に係るセラミック素地を作製した。すなわち、実施例8の磁器組成は、Al2O3、ZrO2、SiO2及びMnOの合計を100質量%としたとき、TiをTiO2換算で0.5質量%含む。
原料粉末に対し、添加剤として平均粒径1.0μmのCaO粉末を0.5質量%添加した点以外は、上述した実施例3と同様にして実施例9に係るセラミック素地を作製した。すなわち、実施例9の磁器組成は、Al2O3、ZrO2、SiO2及びMnOの合計を100質量%としたとき、CaをCaO換算で0.5質量%含む。
原料粉末に対し、添加剤として平均粒径1.0μmのY2O3粉末を0.5質量%添加した点以外は、上述した実施例3と同様にして実施例10に係るセラミック素地を作製した。すなわち、実施例10の磁器組成は、Al2O3、ZrO2、SiO2及びMnOの合計を100質量%としたとき、YをY2O3換算で0.5質量%含む。
原料粉末に対し、添加剤として平均粒径0.35μmのMgO粉末を0.5質量%添加した点以外は、上述した実施例3と同様にして実施例11に係るセラミック素地を作製した。すなわち、実施例11の磁器組成は、Al2O3、ZrO2、SiO2及びMnOの合計を100質量%としたとき、MgをMgO換算で0.5質量%含む。
以下の点以外は、上述した実施例1と同様にして比較例1に係るセラミック素地を作製した。
(a) 原料粉末の磁器組成として、AlをAl2O3換算で60.9質量%、ZrをZrO2換算で7.2質量%、SiをSiO2換算で27.7質量%、MnをMnO換算で4.1質量%含む。
(b) 添加剤として、BaをBaO換算で1.0質量%含む。
(c) 焼成温度(最高温度)を1340℃とした。
以下の点以外は、上述した実施例1と同様にして比較例2に係るセラミック素地を作製した。
(a) 原料粉末の磁器組成として、AlをAl2O3換算で50.0質量%、ZrをZrO2換算で23.9質量%、SiをSiO2換算で22.7質量%、MnをMnO換算で3.4質量%含む。
(b) 添加剤として、BaをBaO換算で0.9質量%含む。
(c) 焼成温度(最高温度)を1340℃とした。
<結晶相の確認>
実施例1〜11並びに比較例1及び2の各第1セラミック素地を、X線回折により同定した。結晶相が含まれているかどうかの判定基準として、アルミナ(92%以上のAl2O3)のメインピーク(104面)の強度に対し、3%以上のメインピーク強度を持つものとした。すなわち、アルミナのメインピークの強度に対し、3%以上のメインピーク強度の位置(ピーク位置)とミラー指数並びに格子定数等に基づいて、含まれる結晶相を確認した。
上述のように、実施例1〜11、比較例1及び2について、X線回折によって結晶相の確認を行うと共に、以下のピーク強度を確認した。
(a) 基準として、92%以上のAl2O3を含むセラミック基板の(113)面のピーク強度Pa
(b) 3Al2O3・2SiO2の(240)面のピーク強度Pb
(c) Al2O3の(113)面のピーク強度Pc
(d) t−ZrO2の(111)面のピーク強度Pt
(e) m−ZrO2の(/111)面のピーク強度Pm1
(f) m−ZrO2の(111)面のピーク強度Pm2
実施例1〜11並びに比較例1及び2の各第2セラミック素地を、JISR1601の4点曲げ強度試験に基づいて室温にて測定した。
実施例1〜11並びに比較例1及び2の各第3セラミック素地を、JISR1602の静的弾性率試験方法に基づいて室温にて測定した。
実施例1〜11並びに比較例1及び2の各第4セラミック素地を、JISC2138の静電容量方式により、室温での周波数1MHzで測定した。
実施例1〜11並びに比較例1及び2の各第4セラミック素地を、JISC2138の静電容量方式により、室温での周波数1MHzで測定した。
Claims (11)
- 結晶相が、3Al2O3・2SiO2を主結晶相とし、その他、Al2O3及びZrO2を含むセラミック素地であって、
AlをAl 2 O 3 換算で40.0〜70.0質量%、ZrをZrO 2 換算で5.0〜40.0質量%、SiをSiO 2 換算で10.0〜30.0質量%、MnをMnO換算で2.0〜8.0質量%を含み、
92%以上のAl 2 O 3 を含むセラミック基板のX線回折結果における(113)面のピーク強度をPa、当該セラミック素地のX線回折結果における3Al 2 O 3 ・2SiO 2 の(240)面のピーク強度をPbとしたとき、
前記ピーク強度Paに対する前記ピーク強度Pbの比(Pb/Pa)が5〜50%であり、
曲げ強度が450MPa以上、ヤング率が240GPa以下である、セラミック素地。 - 結晶相が、3Al 2 O 3 ・2SiO 2 を主結晶相とし、その他、Al 2 O 3 及びZrO 2 を含むセラミック素地であって、
AlをAl 2 O 3 換算で40.0〜70.0質量%、ZrをZrO 2 換算で5.0〜40.0質量%、SiをSiO 2 換算で10.0〜30.0質量%、MnをMnO換算で2.0〜8.0質量%を含み、
92%以上のAl 2 O 3 を含むセラミック基板のX線回折結果における(113)面のピーク強度をPa、当該セラミック素地のX線回折結果におけるAl 2 O 3 の(113)面のピーク強度をPcとしたとき、
前記ピーク強度Paに対する前記ピーク強度Pcの比(Pc/Pa)が5〜25%であり、
曲げ強度が450MPa以上、ヤング率が240GPa以下である、セラミック素地。 - 結晶相が、3Al 2 O 3 ・2SiO 2 を主結晶相とし、その他、Al 2 O 3 及びZrO 2 を含むセラミック素地であって、
AlをAl 2 O 3 換算で40.0〜70.0質量%、ZrをZrO 2 換算で5.0〜40.0質量%、SiをSiO 2 換算で10.0〜30.0質量%、MnをMnO換算で2.0〜8.0質量%を含み、
92%以上のAl 2 O 3 を含むセラミック基板のX線回折結果における(113)面のピーク強度をPa、
当該セラミック素地のX線回折結果におけるt−ZrO 2 の(111)面のピーク強度をPt、m−ZrO 2 の(/111)面のピーク強度をPm1、m−ZrO 2 の(111)面のピーク強度をPm2としたとき、
前記ピーク強度Paに対する前記ピーク強度Pt、Pm1及びPm2の合計の比{(Pt+Pm1+Pm2)/Pa)}が15〜200%であり、
曲げ強度が450MPa以上、ヤング率が240GPa以下である、セラミック素地。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のセラミック素地において、
Ba、Ti、Y、Ca及びMgのうち、少なくとも1種の元素を含み、
Al2O3、ZrO2、SiO2及びMnOの合計を100質量%としたとき、
Baを含む場合は、BaO換算で1.5質量%以下含み、
Tiを含む場合は、TiO2換算で1.5質量%以下含み、
Yを含む場合は、Y2O3換算で1.5質量%以下含み、
Caを含む場合は、CaO換算で1.5質量%以下含み、
Mgを含む場合は、MgO換算で1.5質量%以下含む、セラミック素地。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のセラミック素地において、
温度1200〜1400℃にて焼結されている、セラミック素地。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のセラミック素地において、
曲げ強度が450MPa以上900MPa以下、ヤング率が170GPa以上240GPa以下である、セラミック素地。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のセラミック素地において、
誘電正接が、1MHzにおいて、50×10−4以下であり、比誘電率が7〜13である、セラミック素地。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載のセラミック素地を製造する方法であって、
AlをAl2O3換算で40.0〜70.0質量%、ZrをZrO2換算で5.0〜40.0質量%、SiをSiO2換算で10.0〜30.0質量%、MnをMnO換算で2.0〜8.0質量%を含有する成形体を作製する成形体作製工程と、
前記成形体を1200〜1400℃にて焼成する焼成工程とを備える、セラミック素地の製造方法。 - 請求項8記載のセラミック素地の製造方法において、
前記成形体は、Ba、Ti、Y、Ca及びMgのうち、少なくとも1種の元素を含み、
Al2O3、ZrO2、SiO2及びMnOの合計を100質量%としたとき、
Baを含む場合は、BaO換算で1.5質量%以下含み、
Tiを含む場合は、TiO2換算で1.5質量%以下含み、
Yを含む場合は、Y2O3換算で1.5質量%以下含み、
Caを含む場合は、CaO換算で1.5質量%以下含み、
Mgを含む場合は、MgO換算で1.5質量%以下含む、セラミック素地の製造方法。 - 請求項8又は9記載のセラミック素地の製造方法において、
前記成形体作製工程の後に、前記成形体に、金属を含む導体層を形成する工程をさらに備え、
前記焼成工程では、前記導体層が形成された成形体を焼成する、セラミック素地の製造方法。 - 請求項8〜10のいずれか1項に記載のセラミック素地の製造方法において、
前記焼成工程は、水素を5%以上含む、水素と窒素のフォーミングガス中で行う、セラミック素地の製造方法。
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