JPH05301760A

JPH05301760A - アルミナ基板の製造方法

Info

Publication number: JPH05301760A
Application number: JP4105161A
Authority: JP
Inventors: Takusane Ueda; 卓実上田; Keizou Makio; 圭造槙尾; Masayuki Ishihara; 政行石原
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1993-11-16
Anticipated expiration: 2015-12-18
Also published as: JP3117535B2

Abstract

(57)【要約】【目的】従来の純度９６重量％のアルミナ基板と同等
の誘電特性及び熱伝導率であって、且つ、アルミナ基板
の表面に厚膜法等により導体を形成した際の導体の密着
強度が優れたものとなり、かつ、表面粗度が小さいアル
ミナ基板を製造する方法を提供する。【構成】アルミナ粉末とＳｉＯ₂及びＭｇＯを含有す
る焼結助剤とを混合し、シート成形した後、焼成して純
度９６重量％のアルミナ基板を製造するアルミナ基板の
製造方法において、前記アルミナ粉末として平均粒径が
０．８〜１．０μｍのアルミナ粉末を使用し、前記焼結
助剤として焼成後の組成がＳｉＯ₂として６４〜７３重
量％、ＭｇＯとして２５〜３６重量％、ＣａＯとして０
〜５重量％である焼結助剤を使用し、１４５０〜１５５
０℃の温度で焼成するアルミナ基板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子材料分野におい
て、回路基板として用いるアルミナ基板の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、アルミナ基板は、表面に導体ペー
ストを印刷する厚膜法、蒸着及びスパッタ等による薄膜
法、またはメッキによる湿式法等によって回路を描き、
回路基板として使用されている。近年、回路基板の小
型、多機能化に伴い、回路パターンのファインパターン
化が進んでいる。それに伴い、表面粗度の小さいアルミ
ナ基板が要求されてきている。

【０００３】従来、回路基板用に使用されている純度９
６重量％のアルミナ基板の表面粗度は、例えば「家田，
神戸：実務表面技術Vol.29,No12(1982),p541」に記載さ
れているように、中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ
程度である。この純度９６重量％のアルミナ基板はＡｌ
₂Ｏ₃の成分が９６重量％であり、残部はＳｉＯ₂及び
ＭｇＯの成分で構成されているのが一般的であり、この
ようなアルミナ基板の製造においては、主原料としてア
ルミナ粉末を用い、焼結助剤としてタルク粉末を使用す
ることが知られている。そして、この純度９６重量％の
アルミナ基板の表面粗度を小さくする方法として、アル
ミナ基板の表面にガラス粉末ペーストを印刷し、焼成し
た、いわゆるグレーズ基板が知られている。また、非常
に細かい粒径のアルミナ粉末を原料として用いた高純度
アルミナ基板（９９．５重量％以上）も表面粗度が小さ
いアルミナ基板として知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のグレ
ーズ基板では、基板の表面にガラス相があるために、表
面にガラス相がないアルミナ基板に比べ、誘電特性及び
熱伝導率が劣るという問題があり、また、高純度アルミ
ナ基板（９９．５重量％以上）では、電気特性は優れる
が、基板内にＳｉＯ₂、ＭｇＯ等のガラス成分がないの
で、アルミナ基板の表面に厚膜法等により導体を形成し
た際に、導体の密着強度が劣るという問題があった。

【０００５】本発明は、従来の純度９６重量％のアルミ
ナ基板と同等の誘電特性及び熱伝導率であって、且つ、
アルミナ基板の表面に厚膜法等により導体を形成した際
の導体の密着強度が優れたものとなり、かつ、表面粗度
が小さいアルミナ基板を製造する方法を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、アルミナ粉末
とＳｉＯ₂及びＭｇＯを含有する焼結助剤とを混合し、
シート成形した後、焼成して純度９６重量％のアルミナ
基板を製造するアルミナ基板の製造方法において、前記
アルミナ粉末として平均粒径が０．８〜１．０μｍのア
ルミナ粉末を使用し、前記焼結助剤として焼成後の組成
がＳｉＯ₂として６４〜７３重量％、ＭｇＯとして２５
〜３６重量％、ＣａＯとして０〜５重量％である焼結助
剤を使用し、１４５０〜１５５０℃の温度で焼成するこ
とを特徴とするアルミナ基板の製造方法である。

【０００７】本発明は、原料として使用するアルミナ粉
末の平均粒径、焼成温度及び焼結助剤の成分を検討する
ことにより、従来の純度９６重量％のアルミナ基板と同
等の性能を有し、且つ、表面粗度が小さいアルミナ基板
を製造する方法を見出したものである。そして、本発明
ではアルミナ基板の原料としてＳｉＯ₂及びＭｇＯを含
有する焼結助剤を使用しているため、アルミナ基板内に
ＳｉＯ₂、ＭｇＯ等のガラス成分が存在し、従ってアル
ミナ基板の表面に厚膜法等により導体を形成した際に
は、導体の密着強度は優れたものとなる。なお、本発明
の純度９６重量％のアルミナ基板とはいわゆる９６％ア
ルミナ基板を意味しており、この場合の９６重量％とい
う数値はある程度の幅を持っている概念であり、具体的
には９４〜９８重量％までを代表している数値である。

【０００８】また、本発明でアルミナ粉末として平均粒
径が０．８〜１．０μｍのものを使用することは、表面
粗度が小さいアルミナ基板を製造するためには重要であ
る。アルミナ粉末の平均粒径が０．８μｍ未満である
と、アルミナ基板の原料としてＳｉＯ₂及びＭｇＯを含
有する焼結助剤を使用している場合には、焼成中にグレ
インが異常に粒成長しやすいという問題があり、全面に
わたって表面粗度の小さいアルミナ基板を製造すること
が困難である。そして、アルミナ粉末の平均粒径が１．
０μｍを越えると原料の粒子自体が大きいので、焼成し
て得られるグレインのグレインサイズが大きくなり、従
って、アルミナ基板の表面粗度が大きいという問題が生
じる。

【０００９】また、本発明でＳｉＯ₂及びＭｇＯを含有
する焼結助剤として、焼成後の組成がＳｉＯ₂として６
４〜７３重量％、ＭｇＯとして２５〜３６重量％、Ｃａ
Ｏとして０〜５重量％である焼結助剤を使用することが
重要である。この理由としては、ＳｉＯ₂が６４重量％
未満では焼成による緻密化がされにくい問題があり、Ｓ
ｉＯ₂が７３重量％を越える場合には焼結が進み過ぎ、
焼成して得られるグレインのグレインサイズが大きくな
りアルミナ基板の表面粗度が大きくなる問題がある。ま
た、ＭｇＯが２５重量％未満では焼成による緻密化がさ
れにくい問題があり、ＭｇＯが３６重量％を越える場合
には得られるアルミナ基板の誘電特性等の電気特性が劣
るという問題がある。さらにまた、ＣａＯが５重量％を
越える場合には焼結が進み過ぎ、焼成して得られるグレ
インのグレインサイズが大きくなりアルミナ基板の表面
粗度が大きくなる問題がある。なお、ＣａＯの成分が焼
成後の組成として存在するようにするには焼結助剤の一
部として例えば炭酸カルシウム粉末等を使用すればよ
く、ＣａＯの成分を有する焼結助剤を使用することは低
い温度での焼結性を良くする作用がある。

【００１０】また、本発明で１４５０〜１５５０℃の温
度で焼成することは、表面粗度が小さいアルミナ基板を
製造するためには重要である。なぜならば、１４５０℃
未満の焼成温度では焼結が十分に行われないため、かさ
密度が低く、従って強度の弱いアルミナ基板しか得られ
ないという問題があり、１５５０℃を越える焼成温度で
は、焼結が進み過ぎ、焼成して得られるグレインのグレ
インサイズが大きくなりアルミナ基板の表面粗度が大き
くなる問題があるからである。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。勿
論、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。（実施例１〜１２及び比較例１〜５）アルミナ粉末、タ
ルク粉末、シリカ粉末及び炭酸カルシウム粉末を原料と
して使用し、その中のアルミナ粉末としては、住友化学
社製のものであって、後記表１に示した平均粒径のもの
を使用した。まず、アルミナ粉末９６重量部と焼結助剤
４重量部とを湿式混合し、充分に乾燥して混合粉末を得
た。。なお、焼結助剤としては表１に示した焼結助剤の
組成（焼結助剤の予測される焼結後組成）となるよう
に、タルク粉末、シリカ粉末及び炭酸カルシウム粉末を
配合したものを使用した。表１中でＡと示しているのは
シリカ粉末であり、Ｂと示しているのは炭酸カルシウム
粉末である。

【００１２】次に、前記の混合粉末にバインダー、可塑
剤及び溶剤を加えた後、ボールミルで混合し、スラリー
を得た。本実施例及び比較例ではバインダーとして、ポ
リビニールブチラール、可塑剤としてジブチルフタレー
ト、溶剤としてエタノールを使用したが、本発明はこれ
らの原料のみに限定されるものではない。得られた、ス
ラリーをドクターブレード法で、厚み１ｍｍのシートに
成型した。次いで後記の表１に示す焼成温度で１時間焼
成してアルミナ基板を得た。

【００１３】得られたアルミナ基板についてかさ密度、
グレインサイズ、中心線平均粗さ（Ｒａ），最大高さに
よる表面粗さ（Ｒｍａｘ）を評価した。その結果を後記
の表２に示す。なお、かさ密度はJIS-C2141 に準じて測
定した。また、グレインサイズの測定は、アルミナ基板
を研磨した後、熱エッチングした試料をＳＥＭ観察し
て、ＳＥＭ写真を撮影し、このＳＥＭ写真をもとに、い
わゆるインターセプトコード法と呼ばれる方法によって
求めた。この場合のグレインサイズは、次式で得られる
数値であり、表２に示した値はこうして得られた５回の
測定値の平均値である。

【００１４】グレインサイズ＝（Ａ／ｎ）×１．５（μｍ）Ａ：ＳＥＭ写真に引いた直線の長さ／ＳＥＭ写真の倍率
（μｍ）ｎ：ＳＥＭ写真に引いた直線と粒界との交点の数また、表面粗さ（Ｒａ及びＲｍａｘ）はJIS-B0601 に準
じて測定した。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】表２で明らかなように、実施例１〜１２の
アルミナ基板は比較例１〜４のアルミナ基板に比べ低表
面粗度であることが確認された。また比較例５で得られ
たアルミナ基板は緻密化が不十分なため、かさ密度が
３．６ｇ／ｃｍ³と低く、強度不足のため実用性のない
ものであった。

【００１８】

【発明の効果】本発明に係る純度９６重量％のアルミナ
基板はアルミナ粉末として平均粒径が０．８〜１．０μ
ｍのアルミナ粉末を使用し、焼結助剤として焼成後の組
成がＳｉＯ₂として６４〜７３重量％、ＭｇＯとして２
５〜３６重量％、ＣａＯとして０〜５重量％である焼結
助剤を使用し、１４５０〜１５５０℃の温度で焼成して
製造されるので、得られるアルミナ基板は従来の純度９
６重量％のアルミナ基板と同等の誘電特性及び熱伝導率
であって、且つ、アルミナ基板の表面に厚膜法等により
導体を形成した際の導体の密着強度が優れたものとな
り、かつ、表面粗度が小さいアルミナ基板となる。その
ため、本発明のアルミナ基板の製造方法は、電気部品を
製造するための基板材料の製造方法として非常に有用な
ものである。

【手続補正書】

【提出日】平成４年６月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。勿
論、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。（実施例１〜１２及び比較例１〜５）アルミナ粉末、タ
ルク粉末、シリカ粉末及び炭酸カルシウム粉末を原料と
して使用し、その中のアルミナ粉末としては、住友化学
社製のものであって、後記表１に示した平均粒径のもの
を使用した。まず、アルミナ粉末９６重量部と焼結助剤
４重量部とを湿式混合し、充分に乾燥して混合粉末を得
た。。なお、焼結助剤としては表１に示した焼結助剤の
組成（焼結助剤の予測される焼結後組成）となるよう
に、タルク粉末、シリカ粉末及び炭酸カルシウム粉末を
配合したものを使用した。表１中でＳと示しているのは
シリカ粉末であり、Ｃと示しているのは炭酸カルシウム
粉末である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ粉末とＳｉＯ₂及びＭｇＯを含
有する焼結助剤とを混合し、シート成形した後、焼成し
て純度９６重量％のアルミナ基板を製造するアルミナ基
板の製造方法において、前記アルミナ粉末として平均粒
径が０．８〜１．０μｍのアルミナ粉末を使用し、前記
焼結助剤として焼成後の組成がＳｉＯ ₂として６４〜７
３重量％、ＭｇＯとして２５〜３６重量％、ＣａＯとし
て０〜５重量％である焼結助剤を使用し、１４５０〜１
５５０℃の温度で焼成することを特徴とするアルミナ基
板の製造方法。