JP6912188B2 - Ceramic porcelain, wiring boards and electronic components - Google Patents

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Description

本発明は、セラミック磁器、配線基板および電子部品に関する。 The present invention relates to ceramic porcelain, wiring boards and electronic components.

情報機器、通信機器および家電機器に至る各種電子機器は、高性能化のために配線基板が大型化する傾向がある。例えば、センサ装置では、種類の異なる複数のセンサ素子を搭載するために大きな配線基板が用いられる。配線基板の絶縁体としては、機械的強度および熱伝導性等の観点からセラミック磁器が好適である。 In various electronic devices such as information devices, communication devices, and home appliances, the wiring board tends to be large in order to improve the performance. For example, in a sensor device, a large wiring board is used to mount a plurality of different types of sensor elements. As the insulator of the wiring board, ceramic porcelain is suitable from the viewpoint of mechanical strength, thermal conductivity and the like.

セラミック磁器による配線基板が大型化した場合、実装するプリント配線基板等との熱膨張率の違いにより、熱応力が生じて配線基板が割れてしまう。 When the size of the wiring board made of ceramic porcelain is increased, thermal stress is generated due to the difference in the coefficient of thermal expansion from the printed wiring board or the like to be mounted, and the wiring board is cracked.

特許文献１には、主結晶相として、ＭｇＡｌ２Ｏ４結晶相と、Ｍｇ３Ｂ２Ｏ６結晶相およびＭｇ２Ｂ２Ｏ５結晶相の少なくとも１種と、が析出している絶縁体磁器が記載されており、高熱膨張係数を実現している。また、特許文献２には、アルミナ粒子中にジルコニア粒子を分散させ、内部欠陥のサイズを規定した複合セラミック体が記載されており、高機械的強度を実現している。 In Patent Document 1, an insulator porcelain in which MgAl 2 O 4 crystal phase and at least one of Mg 3 B 2 O 6 crystal phase and Mg 2 B 2 O 5 crystal phase are precipitated as the main crystal phase. Is described, and a high coefficient of thermal expansion is realized. Further, Patent Document 2 describes a composite ceramic body in which zirconia particles are dispersed in alumina particles to specify the size of internal defects, and high mechanical strength is realized.

特開２００２−２９８３４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-29834 特開２０１２−１６６９８７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-166987

特許文献１記載の絶縁体磁器は、熱膨張率が高く実装基板との熱膨張率差を小さくして生じる熱応力を抑制している。特許文献２記載の複合セラミック体は、機械的強度を高めて、熱応力が生じても割れにくくしている。 The insulator porcelain described in Patent Document 1 has a high coefficient of thermal expansion and suppresses thermal stress generated by reducing the difference in coefficient of thermal expansion from the mounting substrate. The composite ceramic body described in Patent Document 2 has increased mechanical strength to prevent cracking even when thermal stress is generated.

しかしながら、熱膨張係数を高くすれば機械的強度が低下してしまう。機械的強度を高くするためにジルコニアを含むと寄生容量が大きくなり、配線基板に設けられた配線を伝送する信号の伝送速度が遅くなってしまう。 However, if the coefficient of thermal expansion is increased, the mechanical strength will decrease. If zirconia is contained in order to increase the mechanical strength, the parasitic capacitance becomes large, and the transmission speed of the signal for transmitting the wiring provided on the wiring board becomes slow.

本発明の実施形態である配線基板は、複数の結晶粒子と、粒界相と、を有するセラミック磁器を含む絶縁体と、
前記絶縁体の表面および内部に設けられた配線導体と、を備える配線基板であって、
前記複数の結晶粒子は、フォルステライト結晶粒子であるか、または、フォルステライト結晶粒子およびスピネル結晶粒子であり、
前記粒界相には、複数のジルコニア結晶粒子が含まれ、
前記複数の結晶粒子の体積比率は７４〜９０％で、前記ジルコニア結晶粒子の体積比率は１０〜２６％であり、
前記複数の結晶粒子の粒子径は１〜７μｍで、前記ジルコニア結晶粒子の粒子径は０．１〜０．７μｍであり、
前記複数のジルコニア結晶粒子が、互いに接して連なって前記結晶粒子を取り囲んでいることを特徴とする。 The wiring board according to the embodiment of the present invention includes an insulator containing ceramic porcelain having a plurality of crystal particles, a grain boundary phase, and the like.
A wiring board including a wiring conductor provided on the surface and inside of the insulator .
The plurality of crystal particles are forsterite crystal particles, or forsterite crystal particles and spinel crystal particles.
The grain boundary phase contains a plurality of zirconia crystal particles, and the grain boundary phase contains a plurality of zirconia crystal particles.
The volume ratio of the plurality of crystal particles is 74 to 90%, and the volume ratio of the zirconia crystal particles is 10 to 26%.
The particle size of the plurality of crystal particles is 1 to 7 μm, and the particle size of the zirconia crystal particles is 0.1 to 0.7 μm.
The plurality of zirconia crystal particles are in contact with each other and are connected to surround the crystal particles.

本発明の実施形態である電子部品は、上記の配線基板と、
前記配線基板に実装され、前記配線導体と電気的に接続する電子素子と、を備えることを特徴とする。 The electronic component according to the embodiment of the present invention includes the above wiring board and
It is characterized by including an electronic element mounted on the wiring board and electrically connected to the wiring conductor.

本発明の実施形態である配線基板によれば、フォルステライト結晶粒子周辺の粒界相に、複数のジルコニア結晶粒子が、互いに接して連なって前記結晶粒子を取り囲んでいるセラミック磁器が、高い熱膨張係数と、高い機械的強度と、低い比誘電率を実現でき、このようなセラミック磁器を用いることにより、信頼性が高く、高速な信号伝送を実現できる。 According to the wiring substrate according to the embodiment of the present invention, in the grain boundary phase around the forsterite crystal particles, a ceramic porcelain in which a plurality of zirconia crystal particles are in contact with each other and surround the crystal particles has high thermal expansion. can coefficient, and high mechanical strength, a low relative dielectric constant achieved, by using such a ceramic porcelain, reliable, it can realize a high-speed signal transmission.

本発明の実施形態である電子部品によれば、上記の配線基板を用いることにより、信頼性が高く、高速な信号処理を実現できる。 According to the electronic component according to the embodiment of the present invention, highly reliable and high-speed signal processing can be realized by using the above wiring board.

本実施形態のセラミック磁器を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the ceramic porcelain of this embodiment. 本実施形態の配線基板を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the wiring board of this embodiment. 本実施形態の電子部品の模式図であり、（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。It is a schematic view of the electronic component of this embodiment, (a) is a perspective view, and (b) is a sectional view taken along line XX of (a).

（セラミック磁器）
本実施形態のセラミック磁器は、複数の結晶粒子と、粒界相と、を有している。複数の結晶粒子は、フォルステライト結晶粒子を含み、結晶粒界は、複数のジルコニア結晶粒子を含んでいる。複数のジルコニア結晶粒子の少なくとも一部は、互いに接して連なっている。 (Ceramic porcelain)
The ceramic porcelain of the present embodiment has a plurality of crystal particles and a grain boundary phase. The plurality of crystal particles include forsterite crystal particles, and the grain boundaries contain a plurality of zirconia crystal particles. At least a part of the plurality of zirconia crystal particles are in contact with each other.

本実施形態のセラミック磁器は、以下のような作用により、高い熱膨張係数と、高い機械的強度と、低い比誘電率を実現できる。フォルステライト結晶粒子を含むことにより、アルミナ結晶粒子を含む構成に比べて高い熱膨張係数を実現できる。ジルコニア結晶粒子は、比較的高い比誘電率を示すが、粒界相に存在しており、比較的低い比誘電率を示すフォルステライト結晶粒子を含むことにより、セラミック磁器全体としては、アルミナ結晶粒子を含む構成と同程度の比誘電率に抑えられる。 The ceramic porcelain of the present embodiment can realize a high coefficient of thermal expansion, a high mechanical strength, and a low relative permittivity by the following actions. By including the forsterite crystal particles, a higher coefficient of thermal expansion can be realized as compared with the configuration including the alumina crystal particles. Zirconia crystal particles exhibit a relatively high relative permittivity, but are present in the grain boundary phase, and by containing forsterite crystal particles exhibiting a relatively low relative permittivity, the ceramic porcelain as a whole contains alumina crystal particles. The relative permittivity can be suppressed to the same level as that of the configuration including.

また、フォルステライト結晶粒子の機械的強度は比較的小さいが、ジルコニア結晶粒子が、粒界相において、互いに接して連なった状態で存在することにより、フォルステライト結晶粒子を取り囲み、セラミック磁器全体としては、比較的高い機械的強度を実現できる。フォルステライト結晶粒子においてクラックが発生したときに、粒界相に存在するジルコニア結晶粒子が、クラックの進展を抑制し、機械的強度の低下を抑制する。ジルコニア結晶粒子は、必ずしもフォルステライト結晶粒子の１つ１つを取り囲んでいなくてもよい。例えば隣接する２つ以上のフォルステライト結晶粒子の周りを複数のジルコニア粒子で取り囲んでいてもよい。 Further, although the mechanical strength of the forsterite crystal particles is relatively small, the zirconia crystal particles are present in a state of being in contact with each other in the grain boundary phase, so that the forsterite crystal particles are surrounded by the ceramic porcelain as a whole. , A relatively high mechanical strength can be achieved. When cracks occur in the forsterite crystal particles, the zirconia crystal particles present in the grain boundary phase suppress the growth of the cracks and suppress the decrease in mechanical strength. The zirconia crystal particles do not necessarily have to surround each of the forsterite crystal particles. For example, a plurality of zirconia particles may surround two or more adjacent forsterite crystal particles.

本実施形態のセラミック磁器は、熱膨張係数が７．０×１０−６／Ｋ以上、機械的強度が２７０ＭＰａ以上、比誘電率が１１以下の特性を有する。 The ceramic porcelain of the present embodiment has characteristics of a coefficient of thermal expansion of 7.0 × 10-6 / K or more, a mechanical strength of 270 MPa or more, and a relative permittivity of 11 or less.

他の実施形態として、粒界相に存在するジルコニア結晶粒子同士は、互いに結合しており、その結合部分がネック構造を有していることにより、さらに機械的強度を向上させることができる。ネック構造は、焼結による結合状態であり、ジルコニア結晶粒子同士が強固に結合されている。また、粒界相は、フォルステライト結晶粒子間に３次元網目状に存在し、粒界相において、互いに結合したジルコニア結晶粒子も３次元網目状の結合状態となる。ジルコニア結晶粒子が、フォルステライト結晶粒子の周囲を取り囲み、３次元網目状構造に結合することにより、セラミック磁器全体としてさらに機械的強度を向上させる。 As another embodiment, the zirconia crystal particles existing in the grain boundary phase are bonded to each other, and the bonded portion has a neck structure, so that the mechanical strength can be further improved. The neck structure is in a bonded state by sintering, and the zirconia crystal particles are firmly bonded to each other. Further, the grain boundary phase exists in a three-dimensional network between the forsterite crystal particles, and in the grain boundary phase, the zirconia crystal particles bonded to each other are also in a three-dimensional network-like bonded state. The zirconia crystal particles surround the forsterite crystal particles and are bonded to the three-dimensional network structure to further improve the mechanical strength of the ceramic porcelain as a whole.

ジルコニア結晶粒子の結晶構造には、単斜晶系、正方晶系、立方晶系があり、どのような結晶構造であっても、機械的強度を向上させるが、他の実施形態として、ジルコニア結晶粒子の結晶構造を正方晶系とすることにより、さらに機械的強度を向上させることができる。ジルコニア結晶粒子は、外部からの圧力印加によって、その結晶構造が、正方晶系から単斜晶系へと相転移する。この相転移において、体積膨張が生じる。ジルコニア結晶粒子の結晶構造が、正方晶系である場合、クラックは、すなわち外部圧力の印加であるので、フォルステライト結晶粒子で生じたクラックがジルコニア結晶粒子に達すると、その部分において、正方晶系から単斜晶系に相転移して体積が膨張し、クラックの進展が抑制される。したがって、粒界相に存在するジルコニア結晶粒子は、その結晶構造が、正方晶系であることが好ましい。 The crystal structure of the zirconia crystal particles includes a monoclinic system, a tetragonal system, and a cubic system, and any crystal structure improves the mechanical strength, but as another embodiment, the zirconia crystal By making the crystal structure of the particles tetragonal, the mechanical strength can be further improved. The crystal structure of zirconia crystal particles undergoes a phase transition from a tetragonal system to a monoclinic system when pressure is applied from the outside. Volume expansion occurs in this phase transition. When the crystal structure of the zirconia crystal particles is tetragonal, the cracks are, that is, the application of external pressure. Therefore, when the cracks generated in the forsterite crystal particles reach the zirconia crystal particles, the cracks are tetragonal in that portion. The phase transitions from to the monoclinic system to expand the volume, and the growth of cracks is suppressed. Therefore, it is preferable that the crystal structure of the zirconia crystal particles existing in the grain boundary phase is tetragonal.

他の実施形態として、複数の結晶粒子が、さらにスピネル結晶粒子を含んでいる。この場合のセラミック磁器の断面を模式的に図１に示す。スピネル結晶粒子は、フォルステライト結晶粒子と同様に、アルミナ結晶粒子を含む構成に比べて高い熱膨張係数を実現できる。さらにスピネル結晶粒子は、フォルステライト結晶粒子と同様に、比較的低い比誘電率を示し、フォルステライト結晶粒子よりも機械的強度が高い。したがって、スピネル結晶粒子を含むことにより、高い熱膨張係数と、低い比誘電率を実現と、を実現し、さらに、高い機械的強度を実現できる。 In another embodiment, the plurality of crystal particles further include spinel crystal particles. The cross section of the ceramic porcelain in this case is schematically shown in FIG. Similar to the forsterite crystal particles, the spinel crystal particles can realize a higher coefficient of thermal expansion than the configuration containing the alumina crystal particles. Furthermore, spinel crystal particles, like forsterite crystal particles, exhibit a relatively low relative permittivity and have higher mechanical strength than forsterite crystal particles. Therefore, by including the spinel crystal particles, a high coefficient of thermal expansion and a low relative permittivity can be realized, and further, high mechanical strength can be realized.

ジルコニア結晶粒子は、複数の結晶粒子の間の粒界相に存在するので、スピネル結晶粒子を含む場合は、スピネル結晶粒子も取り囲み、スピネル結晶粒子で発生したクラックの進展を抑制し、機械的強度の低下を抑制する。この場合も、ジルコニア結晶粒子は、必ずしもフォルステライト結晶粒子およびスピネル結晶粒子の１つ１つを取り囲んでいなくてもよい。例えば隣接するフォルステライト結晶粒子とスピネル結晶粒子の周りを複数のジルコニア粒子で取り囲んでいてもよい。 Since the zirconia crystal particles are present in the grain boundary phase between the plurality of crystal particles, when the spinel crystal particles are contained, the spinel crystal particles are also surrounded, the growth of cracks generated in the spinel crystal particles is suppressed, and the mechanical strength is suppressed. Suppresses the decrease in. In this case as well, the zirconia crystal particles do not necessarily have to surround each of the forsterite crystal particles and the spinel crystal particles. For example, a plurality of zirconia particles may surround adjacent forsterite crystal particles and spinel crystal particles.

粒界相に存在するジルコニア結晶粒子の粒子径は、フォルステライト結晶粒子の粒子径およびスピネル結晶粒子の粒子径よりも小さい。フォルステライト結晶粒子およびスピネル結晶粒子の粒子径は、例えば、１〜７μｍであり、ジルコニア結晶粒子の粒子径は、例えば、０．１〜０．７μｍである。粒界相は、ジルコニア結晶粒子以外の部分として、例えばシリカ（ＳｉＯ２）を含んでいてもよい。粒界相におけるジルコニア結晶粒子に対するシリカの比率は、例えば、体積比率で２％〜１０％とすることができる。シリカはセラミック磁器を作製する際の原料粉末として加えたものであってもよいし、スピネル結晶粒子を含むセラミック磁器を作製する際に、原料のフォルステライト粉末とアルミナ粉末とからスピネル結晶粒子が生成される際に生成されるものであってもよい。 The particle size of the zirconia crystal particles present in the grain boundary phase is smaller than the particle size of the forsterite crystal particles and the particle size of the spinel crystal particles. The particle size of the forsterite crystal particles and the spinel crystal particles is, for example, 1 to 7 μm, and the particle size of the zirconia crystal particles is, for example, 0.1 to 0.7 μm. The grain boundary phase may contain , for example, silica (SiO 2 ) as a portion other than the zirconia crystal particles. The ratio of silica to zirconia crystal particles in the grain boundary phase can be, for example, 2% to 10% by volume. Silica may be added as a raw material powder when producing ceramic porcelain, or spinel crystal particles are generated from the raw material forsterite powder and alumina powder when producing ceramic porcelain containing spinel crystal particles. It may be generated when it is made.

本実施形態のセラミック磁器に含まれる各結晶相の含有比率（体積比率）は、フォルステライト結晶粒子とジルコニア結晶粒子とを含みスピネル結晶粒子を含まない場合は、フォルステライト結晶粒子が８０〜９０％であり、ジルコニア結晶粒子が１０〜２０％である。さらにスピネル結晶粒子を含む場合は、フォルステライト結晶粒子が２３〜５０％であり、スピネル結晶粒子が、３０〜５８％であり、ジルコニア結晶粒子が１０〜２６％である。
The content ratio (volume ratio) of each crystal phase contained in the ceramic porcelain of the present embodiment is 80 to 90% of forsterite crystal particles when it contains forsterite crystal particles and zirconia crystal particles and does not contain spinel crystal particles. The zirconia crystal particles are 10 to 20%. When further containing spinel crystal particles, forsterite crystal particles are 23 to 50%, spinel crystal particles are 30 to 58 %, and zirconia crystal particles are 10 to 26 %.

（測定方法）
・結晶相の特定
本実施形態のセラミック磁器に含まれる結晶粒子について、その結晶相の特定方法は、公知の方法を用いることができ、例えば、Ｘ線回折法によって結晶相を特定することができる。 (Measuring method)
-Specification of crystal phase For the crystal particles contained in the ceramic porcelain of the present embodiment, a known method can be used as the method for specifying the crystal phase, and for example, the crystal phase can be specified by the X-ray diffraction method. ..

・結晶相含有比率
本実施形態のセラミック磁器に含まれる各結晶相の含有比率について、その測定方法は、公知の方法を用いることができ、例えば、ＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analysis）マッピングを利用する。セラミック磁器の断面を、コロイダルシリカなどのポリシング研磨剤またはイオンミリング加工で加工し、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）により倍率×１０，０００で観察する。ＥＰＭＡマッピングによりＭｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒをマッピングし、断面画像における各結晶の領域を可視化する。可視化した各領域の面積および面積比率を算出し、面積比率をフォルステライト、スピネル、ジルコニアの各結晶相の含有比率とみなすことができる。面積比率からさらに体積比率を算出して含有比率とみなすこともできる。 -Crystal phase content ratio For the content ratio of each crystal phase contained in the ceramic porcelain of the present embodiment, a known method can be used as the measurement method, and for example, EPMA (Electron Probe Micro Analysis) mapping is used. The cross section of the ceramic porcelain is processed by a polishing abrasive such as colloidal silica or an ion milling process, and is observed by a SEM (Scanning Electron Microscope) at a magnification of 10,000. Mg, Al, Si, and Zr are mapped by EPMA mapping, and the region of each crystal in the cross-sectional image is visualized. The area and area ratio of each visualized region can be calculated, and the area ratio can be regarded as the content ratio of each crystal phase of forsterite, spinel, and zirconia. The volume ratio can be further calculated from the area ratio and regarded as the content ratio.

・結晶粒子径測定
本実施形態のセラミック磁器に含まれる各結晶粒子の粒子径について、その測定方法は、公知の方法を用いることができ、例えば、切片法を利用する。セラミック磁器の断面を、コロイダルシリカなどのポリシング研磨剤またはイオンミリング加工で加工し、ＳＥＭにより倍率×１０，０００で観察する。 -Measurement of crystal particle size As for the particle size of each crystal particle contained in the ceramic porcelain of the present embodiment, a known method can be used, for example, the section method is used. The cross section of the ceramic porcelain is processed by a polishing abrasive such as colloidal silica or an ion milling process, and is observed by SEM at a magnification of × 10,000.

単位面積１３μｍ×９μｍの画像として、画像に含まれる結晶粒子に対して、長さ１０μｍの直線を引き、その直線上に存在する粒子数を計数する。直線の長さ１０μｍを、計数した粒子数で除した長さを粒子径として算出する。対象となる画像を変更して、３回繰り返し、平均値を本実施形態における各結晶粒子の粒子径とする。 As an image having a unit area of 13 μm × 9 μm, a straight line having a length of 10 μm is drawn with respect to the crystal particles included in the image, and the number of particles existing on the straight line is counted. The length obtained by dividing the length of the straight line of 10 μm by the counted number of particles is calculated as the particle size. The target image is changed and repeated three times, and the average value is taken as the particle size of each crystal particle in the present embodiment.

（セラミック磁器の製造方法）
ここで、本実施形態のセラミック磁器の製造方法について説明する。このセラミック焼結体の作製には、原料粉末として、フォルステライト粉末、ジルコニア粉末およびアルミナ粉末を用いる。セラミック磁器が、フォルステライト結晶粒子とジルコニア結晶粒子とを含みスピネル結晶粒子を含まない場合は、原料粉末として、フォルステライト粉末およびジルコニア粉末を用い、スピネル結晶粒子を含む場合は、フォルステライト粉末、ジルコニア粉末およびアルミナ粉末を用いる。スピネル結晶粒子を含む場合、スピネル粉末を用いなくても、添加したアルミナ粉末がフォルステライト粉末と反応してフォルステライト結晶粒子に隣接してスピネル結晶粒子が形成される。このようなスピネル結晶をＭｇ−Ａｌ系スピネル結晶と言う。一方、ジルコニア粉末は、焼成後にも原料の組成割合のままで結晶相として残り、フォルステライト結晶およびスピネル結晶相と共存した結晶組織となる。 (Ceramic porcelain manufacturing method)
Here, the method for manufacturing the ceramic porcelain of the present embodiment will be described. Forsterite powder, zirconia powder, and alumina powder are used as raw material powders for producing this ceramic sintered body. When the ceramic porcelain contains forsterite crystal particles and zirconia crystal particles and does not contain spinel crystal particles, forsterite powder and zirconia powder are used as raw material powders, and when spinel crystal particles are contained, forsterite powder and zirconia are used. Use powder and alumina powder. When spinel crystal particles are contained, the added alumina powder reacts with the forsterite powder to form spinel crystal particles adjacent to the forsterite crystal particles without using the spinel powder. Such spinel crystals are called Mg-Al spinel crystals. On the other hand, the zirconia powder remains as a crystal phase in the composition ratio of the raw material even after firing, and has a crystal structure coexisting with the forsterite crystal and the spinel crystal phase.

（配線基板）
図２は、本実施形態の配線基板を模式的に示す斜視図である。本実施形態の配線基板Ａは、絶縁体１の第１面１ａに、接続パッド２および接続パッド２に接続するように設けられた配線導体３を備えたものを基本構造とし、絶縁体１に上記のセラミック磁器を適用したものである。この場合、絶縁体１となるセラミック磁器が高い熱膨張係数と高い機械的強度と低い比誘電率を有していることから、これにより、信頼性が高く、高速な信号伝送を実現できる配線基板Ａを得ることができる。 (Wiring board)
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the wiring board of the present embodiment. The wiring board A of the present embodiment has a basic structure in which a first surface 1a of the insulator 1 is provided with a connection pad 2 and a wiring conductor 3 provided so as to connect to the connection pad 2, and the insulator 1 has a basic structure. The above ceramic porcelain is applied. In this case, since the ceramic porcelain serving as the insulator 1 has a high coefficient of thermal expansion, a high mechanical strength, and a low relative permittivity, a wiring board capable of realizing highly reliable and high-speed signal transmission can be realized. A can be obtained.

（電子部品）
図３は、本実施形態の電子部品の模式図であり、（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。本実施形態の電子部品Ｂは、上記の配線基板Ａの表面に、半導体素子、センサ素子および受動部品などの電子素子５が実装されているものである。この場合、電子素子５は、配線基板Ａを構成する絶縁体１の表面１ａに設けられた配線導体３との間で接続部材６を介して電気的に接続されている。この場合、接続部材６としては、接続部材６の配線長を短くできるという点からはんだボールを用いることができる。この電子部品Ｂにおいて、電子素子５は配線基板Ａを構成する絶縁体１の表面１ａだけではなく、絶縁体１の内部に配置されていてもよい。信頼性が高く、高速な信号伝送を実現できる配線基板Ａを有していることから、信頼性が高く、高速な信号処理を実現できる電子部品Ｂを得ることができる。搭載される電子素子５は複数であってもよい。 (Electronic components)
3A and 3B are schematic views of electronic components of the present embodiment, FIG. 3A is a perspective view, and FIG. 3B is a sectional view taken along line XX of FIG. 3A. In the electronic component B of the present embodiment, an electronic element 5 such as a semiconductor element, a sensor element, and a passive component is mounted on the surface of the wiring board A. In this case, the electronic element 5 is electrically connected to the wiring conductor 3 provided on the surface 1a of the insulator 1 constituting the wiring board A via the connecting member 6. In this case, as the connecting member 6, a solder ball can be used from the viewpoint that the wiring length of the connecting member 6 can be shortened. In the electronic component B, the electronic element 5 may be arranged not only on the surface 1a of the insulator 1 constituting the wiring board A but also inside the insulator 1. Since it has a wiring board A that is highly reliable and can realize high-speed signal transmission, it is possible to obtain an electronic component B that is highly reliable and can realize high-speed signal processing. There may be a plurality of electronic elements 5 mounted.

以下、本実施形態のセラミック磁器を具体的に作製し、次いで、セラミック磁器を適用した配線基板を作製した。 Hereinafter, the ceramic porcelain of the present embodiment was specifically produced, and then a wiring board to which the ceramic porcelain was applied was produced.

まず、グリーンシートを作製するための混合粉末として、平均粒径が４μｍのフォルステライト粉末、平均粒径が３μｍのアルミナ粉末および平均粒径が０．３μｍのイットリア安定化ジルコニア粉末を準備し、表１に示す割合で添加してスラリーを調製した。また、平均粒径が２μｍのシリカ粉末をイットリア安定化ジルコニア粉末に対して、体積比率で２％添加した。スラリーの調製にはアクリル系バインダーとトルエンとを用いた。 First, as a mixed powder for preparing a green sheet, forsterite powder having an average particle size of 4 μm, alumina powder having an average particle size of 3 μm, and yttria-stabilized zirconia powder having an average particle size of 0.3 μm were prepared. A slurry was prepared by adding in the ratio shown in 1. Further, 2% by volume of silica powder having an average particle size of 2 μm was added to yttria-stabilized zirconia powder. An acrylic binder and toluene were used to prepare the slurry.

次に、調製したスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚さ１２０μｍのグリーンシートを作製した。 Next, using the prepared slurry, a green sheet having a thickness of 120 μm was prepared by the doctor blade method.

得られたグリーンシートを複数枚重ねて所定厚みになるように加圧積層した。この後、特性評価用の試料となるように所定のサイズに切断して成形体を作製した。 A plurality of the obtained green sheets were stacked and pressure-laminated so as to have a predetermined thickness. After that, a molded product was prepared by cutting into a predetermined size so as to be a sample for characteristic evaluation.

次に、作製した成形体を所定の条件にて焼成し、特性評価用の試料となるセラミック磁器を作製した。この場合、焼成の最高温度を１３５０℃とし、露点温度を１９℃に設定して、窒素−水素の混合雰囲気中にて、最高温度での保持時間を１時間として焼成を行った。 Next, the produced molded product was fired under predetermined conditions to produce ceramic porcelain as a sample for characteristic evaluation. In this case, the maximum temperature of firing was set to 1350 ° C., the dew point temperature was set to 19 ° C., and firing was performed in a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere with a holding time at the maximum temperature of 1 hour.

Ｘ線回折法を用いてセラミック磁器中に含まれる結晶相の特定を行った。 The crystal phase contained in the ceramic porcelain was identified by using the X-ray diffraction method.

また、作製したセラミック磁器を加工して、ＪＩＳＲ１６０１に基づき３点曲げ強度を測定した。 Further, the produced ceramic porcelain was processed and the three-point bending strength was measured based on JIS R1601.

また、セラミック磁器を直径１０ｍｍのサイズに加工し、周波数１ＭＨｚにて比誘電率を測定した。 Further, the ceramic porcelain was processed into a size of 10 mm in diameter, and the relative permittivity was measured at a frequency of 1 MHz.

また、セラミック磁器を加工し、熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用いて線熱膨張係数の測定を行った。 In addition, ceramic porcelain was processed and the coefficient of linear thermal expansion was measured using a thermomechanical analyzer (TMA).

Figure 0006912188
Figure 0006912188

試料Ｎｏ．１およびＮｏ．８は、フォルステライト結晶粒子とジルコニア結晶粒子とを含みスピネル結晶粒子を含まない実施例である。試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．７は、フォルステライト結晶粒子、スピネル結晶粒子およびジルコニア結晶粒子を含む実施例である。試料Ｎｏ．９は、フォルステライト結晶粒子を含まない比較例であり、焼成の最高温度は１６００℃で作製したものである。 Sample No. 1 and No. No. 8 is an example containing forsterite crystal particles and zirconia crystal particles and not containing spinel crystal particles. Sample No. 2-No. No. 7 is an example containing forsterite crystal particles, spinel crystal particles and zirconia crystal particles. Sample No. Reference numeral 9 denotes a comparative example containing no forsterite crystal particles, which was produced at a maximum firing temperature of 1600 ° C.

試料Ｎｏ．９は、機械的強度は高いが、比誘電率が高過ぎるので、配線基板としたときに、信号の伝送速度が大きく遅延してしまう。試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８は、高い熱膨張係数と、高い機械的強度と、低い比誘電率を実現している。これらのうち、スピネル結晶粒子を含まない試料Ｎｏ．１およびＮｏ．８は、より高い熱膨張係数を示した。また、ジルコニア結晶粒子の結晶構造が単斜晶を含まず、正方晶のみが含まれる試料Ｎｏ．２およびＮｏ．３は、より高い機械的強度を示した。 Sample No. In No. 9, although the mechanical strength is high, the relative permittivity is too high, so that the signal transmission speed is greatly delayed when used as a wiring board. Sample No. 1-No. No. 8 realizes a high coefficient of thermal expansion, a high mechanical strength, and a low relative permittivity. Of these, sample No. which does not contain spinel crystal particles. 1 and No. 8 showed a higher coefficient of thermal expansion. Further, the sample No. in which the crystal structure of the zirconia crystal particles does not contain monoclinic crystals but contains only tetragonal crystals. 2 and No. 3 showed higher mechanical strength.

１ 絶縁体
２ 接続パッド
３ 配線導体
５ 電子素子
６ 接続部材
Ａ 配線基板
Ｂ 電子部品 1 Insulator 2 Connection pad 3 Wiring conductor 5 Electronic element 6 Connection member A Wiring board B Electronic component

Claims (6)

複数の結晶粒子と、粒界相と、を有するセラミック磁器を含む絶縁体と、
前記絶縁体の表面および内部に設けられた配線導体と、を備える配線基板であって、
前記複数の結晶粒子は、フォルステライト結晶粒子であるか、または、フォルステライト結晶粒子およびスピネル結晶粒子であり、
前記粒界相には、複数のジルコニア結晶粒子が含まれ、
前記複数の結晶粒子の体積比率は７４〜９０％で、前記ジルコニア結晶粒子の体積比率は１０〜２６％であり、
前記複数の結晶粒子の粒子径は１〜７μｍで、前記ジルコニア結晶粒子の粒子径は０．１〜０．７μｍであり、
前記複数のジルコニア結晶粒子が、互いに接して連なって前記結晶粒子を取り囲んでいることを特徴とする配線基板。 An insulator containing ceramic porcelain having a plurality of crystal particles and a grain boundary phase,
A wiring board including a wiring conductor provided on the surface and inside of the insulator .
The plurality of crystal particles are forsterite crystal particles, or forsterite crystal particles and spinel crystal particles.
The grain boundary phase contains a plurality of zirconia crystal particles, and the grain boundary phase contains a plurality of zirconia crystal particles.
The volume ratio of the plurality of crystal particles is 74 to 90%, and the volume ratio of the zirconia crystal particles is 10 to 26%.
The particle size of the plurality of crystal particles is 1 to 7 μm, and the particle size of the zirconia crystal particles is 0.1 to 0.7 μm.
A wiring board characterized in that the plurality of zirconia crystal particles are in contact with each other and are connected to surround the crystal particles. 前記ジルコニア結晶粒子同士は互いに結合していることを特徴とする請求項１記載の配線基板。 The wiring board according to claim 1, wherein the zirconia crystal particles are bonded to each other. 前記ジルコニア結晶粒子は３次元網目状の結合状態であることを特徴とする請求項２記載の配線基板。 The wiring board according to claim 2, wherein the zirconia crystal particles are in a three-dimensional network-like bonded state. 前記ジルコニア結晶粒子の結晶構造が、正方晶系であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の配線基板。 The wiring board according to any one of claims 1 to 3, wherein the crystal structure of the zirconia crystal particles is a tetragonal system. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の配線基板と、
前記配線基板に実装され、前記配線導体と電気的に接続する電子素子と、を備えることを特徴とする電子部品。 The wiring board according to any one of claims 1 to 4.
An electronic component that is mounted on the wiring board and includes an electronic element that is electrically connected to the wiring conductor. 複数の結晶粒子と、粒界相と、を有するセラミック磁器であって、A ceramic porcelain having a plurality of crystal particles and a grain boundary phase.
前記複数の結晶粒子は、フォルステライト結晶粒子およびスピネル結晶粒子であり、The plurality of crystal particles are forsterite crystal particles and spinel crystal particles, and are
前記粒界相には、複数のジルコニア結晶粒子が含まれ、The grain boundary phase contains a plurality of zirconia crystal particles, and the grain boundary phase contains a plurality of zirconia crystal particles.
前記フォルステライト結晶粒子の体積比率は２３〜５０％で、前記スピネル結晶粒子の体積比率は３０〜５８％で、前記ジルコニア結晶粒子の体積比率は１０〜２６％であり、The volume ratio of the forsterite crystal particles is 23 to 50%, the volume ratio of the spinel crystal particles is 30 to 58%, and the volume ratio of the zirconia crystal particles is 10 to 26%.
前記フォルステライト結晶粒子および前記スピネル結晶粒子の粒子径は１〜７μｍで、前記ジルコニア結晶粒子の粒子径は０．１〜０．７μｍであり、The forsterite crystal particles and the spinel crystal particles have a particle size of 1 to 7 μm, and the zirconia crystal particles have a particle size of 0.1 to 0.7 μm.
前記複数のジルコニア結晶粒子が、互いに接して連なっていることを特徴とするセラミック磁器。A ceramic porcelain in which the plurality of zirconia crystal particles are in contact with each other and connected to each other.
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