JPWO2007000963A1 - 段差を有するセラミックス基板の製造方法 - Google Patents

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Abstract

段差３を有するセラミックス基板１を製造するにあたって、セラミックスグリーンシートを焼成して得た焼成基板の表面にホーニング加工を施して段差３を形成する。また、セラミックスグリーンシートへの加工やセラミックスグリーンシートの積層等により段差を形成した後、セラミックスグリーンシートを焼成して段差３を要する焼成基板（セラミックス基板）１を作製する。

Description

本発明は段差を有するセラミックス基板の製造方法に関する。
セラミックス基板は、例えば回路基板、パッケージ基体、放熱板等、様々な分野に使用されている。その使われ方に関しても、金属板、導電性薄膜、導電性厚膜等の導電層を設けた回路基板、複雑形状を有するパッケージ、圧接構造を有するモジュールの放熱板等、様々な形態で使用されている。
セラミックス基板の材質としては、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等が主として使用されている。アルミナは安価ではあるが、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度と低い。窒化アルミニウムは熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性が得られるものの、強度が３００〜４００ＭＰａ程度とアルミナより低いものが多い。
そこで、近年では窒化珪素基板が注目されている。例えば、特許文献１には熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ３点曲げ強度が７００ＭＰａ以上の高熱伝導性窒化珪素基板が記載されている。このような高熱伝導性窒化珪素基板は強度がアルミナやＡｌＮの２倍以上と高いものの、現状では熱伝導率に関してはＡｌＮに及んでいない。
前述したように、セラミックス基板は様々な分野で使用されている。セラミックス基板に求められる特性は、主として放熱性と強度である。通常、一種類のセラミックス材料で基板を形成するが、要求特性によっては一種類の材質で十分応えられない場合もある。このような場合には、例えば特許文献２や特許文献３に記載されているように、材質が異なる二種類以上のセラミックス基板を組合せて対応している。
材質が異なるセラミックス基板を組合せて使用する場合、それらの接合部は単に接触させた構造、樹脂系接着剤や金属系接合材（例えば、Ｔｉ等の活性金属を含むろう材）を用いて接合した構造となる。このような接合構造を適用したセラミックス基板は接合部の強度が弱く、用途によっては適用できないことがある。さらに、放熱性の点でも接合部が熱抵抗となるため、基板全体の放熱性を低下させる要因になる。
ところで、熱抵抗は基板の熱伝導率と厚さで決まるものである。つまり、熱伝導率が高くても基板の厚さが厚いと熱抵抗は上がり、逆に熱伝導率が低くても基板の厚さを薄くすることで熱抵抗を下げることができる。言い換えると、熱伝導率が高くかつ基板の厚さが薄い場合に最も熱抵抗が下がり、放熱性が向上することになる。このため、単一材料からなるセラミックス基板の放熱性を向上させたい部分の厚さを薄くし、強度を上げたい部分の厚さを厚くすることが試みられている。つまり、基板表面に段差を設けることによって、放熱性と強度を共に高めたセラミックス基板の作製が試みられている。
従来の段差を有するセラミックス基板は、平らな基板表面にダイヤモンド砥石等を用いた機械研磨を施すことにより作製されている。しかしながら、セラミックス材料は難加工材であることから、段差の形成に機械研磨を適用した製造方法はセラミックス基板の製造コストが高いという難点を有する。さらに、回路基板のように厚さが１ｍｍ以下の薄いセラミックス基板に機械研磨を施すと基板に割れが生じ易いことから、段差を有するセラミックス基板の製造歩留りも低下する。
特開２０００−３４１７２公報 特開平９−１２１００４号公報 特開平１０−６５２９２号公報
本発明の目的は、機械研磨を施すことなく、段差を有するセラミックス基板を製造することを可能にしたセラミックス基板の製造方法を提供することにある。
本発明の第１の態様に係る段差を有するセラミックス基板の製造方法は、セラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記セラミックスグリーンシートを焼成して焼成基板を作製する工程と、前記焼成基板の表面にホーニング加工を施して段差を形成する工程とを具備することを特徴としている。
本発明の第２の態様に係る段差を有するセラミックス基板の製造方法は、セラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記セラミックスグリーンシートに加工を施して、段差を有するセラミックスグリーンシートを作製する工程と、前記段差を有するセラミックスグリーンシートを焼成して焼成基板を作製する工程とを具備することを特徴としている。
本発明の第３の態様に係る段差を有するセラミックス基板の製造方法は、第１のセラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記第１のセラミックスグリーンシートと大きさが異なる第２のセラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記第１のセラミックスグリーンシート上に前記第２のセラミックスグリーンシートを積層して、段差を有するセラミックスグリーンシートを作製する工程と、前記段差を有するセラミックスグリーンシートを焼成して焼成基板を作製する工程とを具備することを特徴としている。
本発明の第４の態様に係る段差を有するセラミックス基板の製造方法は、セラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記セラミックスグリーンシート上にセラミックスペーストを塗布して、段差を有するセラミックスグリーンシートを作製する工程と、前記段差を有するセラミックスグリーンシートを焼成して焼成基板を作製する工程とを具備することを特徴としている。
本発明の第５の態様に係る段差を有するセラミックス基板の製造方法は、第１のセラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記第１のセラミックスグリーンシートを焼成して焼成基板を作製する工程と、前記第１のセラミックスグリーンシートと大きさが異なる第２のセラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記焼成基板上に前記第２のセラミックスグリーンシートを積層する工程と、前記焼成基板を再度焼成する工程とを具備することを特徴としている。
図１は段差を有するセラミックス基板の一例を示す斜視図である。 図２は図１に示すセラミックス基板の平面図である。 図３は図１に示すセラミックス基板の断面図である。 図４は段差を有するセラミックス基板の他の例を示す斜視図である。 図５は図４に示すセラミックス基板の平面図である。 図６は図４に示すセラミックス基板の断面図である。 図７は図１に示すセラミックス基板の変形例を示す平面図である。 図８は図４に示すセラミックス基板の変形例を示す平面図である。 図９は図４に示すセラミックス基板の他の変形例を示す平面図である。 図１０は段差を有するセラミックス基板の他の例を示す断面図である。 図１１は段差を有するセラミックス基板の他の例を示す断面図である。 図１２は段差を有するセラミックス基板の他の例を示す断面図である。 図１３は段差を有するセラミックス基板の他の例を示す断面図である。 図１４はセラミックス基板の表面に設けられる段差の他の例を示す断面図である。 図１５はセラミックス基板の表面に設けられる段差のさらに他の例を示す断面図である。 図１６はセラミックス基板の表面に設けられる段差のさらに他の例を示す断面図である。
符号の説明
１…セラミックス基板、２…凸部、３…段差。
発明を実施するための形態
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて述べるが、それらの図面は図解のみの目的のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。
本発明の製造方法は段差を有するセラミックス基板を製造する方法である。段差を有するセラミックス基板の例について、図１ないし図１３を参照して述べる。図１、図２および図３に示すセラミックス基板１は、その表面１ａの端部側に設けられた凸部２を有している。セラミックス基板１の表面１ａには、凸部２に基づいて段差３が設けられている。図４、図５および図６に示すセラミックス基板１は、その表面１ａの中央付近に設けられた凸部２を有している。セラミックス基板１の表面１ａには、中央付近に設けられた凸部２の両側に段差３、３が設けられている。
凸部２およびそれに基づく段差３の形状や形成位置は、特に限定されるものではない。上述したように、凸部２およびそれに基づく段差３はセラミックス基板１の表面１ａの任意の位置に設けることができる。表面１ａの端部側に凸部２を設ける場合、図７に示すような形状を有する凸部２であってもよい。表面１ａの中央付近に凸部２を設ける場合、図８に示す矩形状の凸部２や図９に示す円形状の凸部２であってもよい。いずれにしても、セラミックス基板１の表面１ａには凸部２に基づいて段差３が形成される。
図１ないし図９に示すセラミックス基板１は、一方の表面１ａに１個の凸部２を設け、この１個の凸部２に基づいて段差３を有している。凸部２の数や凸部２を形成する表面はこれに限られるものではない。例えば図１０ないし図１３に示すように、セラミックス基板１は複数の凸部２を有していてもよいし、またセラミックス基板１の両面に凸部２を設けてもよい。本発明の実施形態による製造方法は、このような種々の凸部２に基づく段差３を有するセラミックス基板１の製造に適用される。
図１０および図１１に示すセラミックス基板１は、一方の表面１ａに形成された２個の凸部２Ａ、２Ｂを有しており、これら２個の凸部２Ａ、２Ｂに基づいて表面１ａに段差３が設けられている。図１２および図１３に示すセラミックス基板１は、一方の表面１ａに形成された凸部２Ａと他方の表面１ｂに形成された凸部２Ｂとを有しており、これら２個の凸部２Ａ、２Ｂに基づいて各表面１ａ、１ｂに段差３が設けられている。図１０ないし図１３では２個の凸部２Ａ、２Ｂを有するセラミックス基板１を示したが、凸部２の数は３個もしくはそれ以上であってもよいことは言うまでもない。
さらに、段差３の形状は図１ないし図１３に示したように、断面矩形状の凸部２に基づく段差（垂直面を有する段差）３に限られるものではない。例えば、図１４に示すように、表面１ａと凸部２との間が傾斜面とされた段差３であってもよい。さらに、図１５や図１６に示すように、表面１ａと凸部２との間が曲面（凸状湾曲面や凹状湾曲面等）とされた段差３であってもよい。曲面状の段差３を適用する場合、断面Ｒ形状はＲ０．２ｍｍ以上またはＣ０．２ｍｍ以上であることが好ましい。
このように、段差３を有するセラミックス基板１の形状は特に限定されるものではなく、少なくとも一つの表面に１個以上の段差３を有していればよい。段差３の形状は垂直面、傾斜面、曲面等、各種の形状が適用可能である。段差３を設ける場所は任意であり、セラミックス基板１の表面の端部でもよいし、また中央付近であってもよい。さらに、段差３はセラミックス基板１の表面側に限らず、裏面側に設けてもよい。段差３を有するセラミックス基板１は少なくとも１つの段差３を有するものであればよく、段差３の数、形成箇所、形状等は任意に設定可能である。
本発明の製造方法は上述したような段差を有するセラミックス基板を製造する方法である。本発明の実施形態による段差を有するセラミックス基板の製造方法について、以下に詳述する。なお、段差を有するセラミックス基板の製造方法の各工程を説明するにあたって、各実施形態で実質的に同じ工程を示す場合には同一の工程記号で表記する。
第１の実施形態による段差を有するセラミックス基板の製造方法は、
工程Ａ：セラミックスグリーンシートを成形する工程、
工程Ｂ：セラミックスグリーンシートを焼成することによって、焼成基板（セラミックス基板）を作製する工程、
工程Ｃ：焼成基板（セラミックス基板）の表面にホーニング加工を施すことによって、段差を形成する工程、
を具備する。
まず、主成分となるセラミックス粉末と必要に応じて焼結助剤粉末、さらに樹脂バインダや溶媒を所定比率で混合してセラミックスペーストを作製する。工程Ａにおいては、このようなセラミックスペーストを用いてセラミックスグリーンシートを成形する。セラミックスグリーンシートの成形には、金型プレス法、ドクターブレード法等の様々な成形法を適用することができる。なお、セラミックス基板の厚さが１ｍｍ以下と薄い場合には、ドクターブレード法を適用することが好ましい。
次に、工程Ｂとしてセラミックスグリーンシートを焼成して焼成基板を作製する工程を行う。焼成条件（温度、時間、雰囲気等）は主成分となるセラミックス材料によって適宜選択するものとする。この後、工程Ｃとして焼成基板の表面にホーニング加工を施して段差を形成する工程を行う。ホーニング加工を適用した製造方法は、特に段差の高さが０．６ｍｍ以下と比較的小さな段差を形成する場合に有効である。
ホーニング加工はセラミック砥粒を用いて実施することが好ましい。その際のホーニング圧は０．４ＭＰａ以上とすることが好ましい。ホーニング圧の上限は材料の強度に応じて適宜に選択されるものである。ただし、必要以上にホーニング圧が高いと基板に割れや欠けが生じて歩留りが低下するおそれがある。例えば、アルミナ基板やＡｌＮ基板のように強度が低い場合には２ＭＰａ以下、窒化珪素基板のように強度が高い場合には３ＭＰａ以下とすることが好ましい。
第２の実施形態による段差を有するセラミックス基板の製造方法は、
工程Ａ：セラミックスグリーンシートを成形する工程、
工程Ｄ：グリーンシートに加工を施すことによって、段差を有するセラミックスグリーンシートを作製する工程、
工程Ｂ：段差を有するセラミックスグリーンシートを焼成することによって、段差を有する焼成基板（セラミックス基板）を作製する工程、
を具備する。
工程Ａおよび工程Ｂは第１の実施形態の製造方法と実質的に同じである。第２の実施形態の製造方法において、段差の形成工程は工程Ｄとなる。つまり、セラミックスグリーンシートに加工を施すことによって、セラミックスグリーンシートひいてはセラミックス基板に段差を設ける。焼成前のセラミックスグリーンシートは容易に加工することができるため、製造コストや製造歩留りを大幅に高めることが可能となる。
セラミックスグリーンシートへの加工を適用した製造方法は、段差の高さが０．７ｍｍ以上と比較的大きな段差を形成する場合に有効である。段差の上限は特に限定されるものではないが、製造性等を考慮すると１ｍｍ以下とすることが好ましい。１ｍｍを超える段差を有する基板を作製する場合には、厚さが１ｍｍ以下のシートを多層化する方法も有効である。これはセラミックスグリーンシートを加工する方法に限らず、セラミックスグリーンシートを積層する方法に対しても適用可能である。
第３の実施形態による段差を有するセラミックス基板の製造方法は、
工程Ａ：第１のセラミックスグリーンシートとそれとは大きさが異なる第２のセラミックスグリーンシートを成形する工程、
工程Ｅ：第１のグリーンシート上に第２のグリーンシートを積層することによって、段差を有するセラミックスグリーンシートを作製する工程、
工程Ｂ：段差を有するセラミックスグリーンシートを焼成することによって、段差を有する焼成基板（セラミックス基板）を作製する工程、
を具備する。
ここでは、工程Ａで２種類のセラミックスグリーンシートを作製するが、具体的なグリーンシートの作製工程自体は第１の実施形態と実質的に同じである。工程Ｂも第１の実施形態と実質的に同じである。第３の実施形態の製造方法において、段差の形成工程は工程Ｅとなる。つまり、第１のセラミックスグリーンシート上に例えばそれより小さい第２のセラミックスグリーンシートを積層することによって、セラミックスグリーンシートひいてはセラミックス基板に段差を設ける。セラミックスグリーンシートの積層を適用した製造方法は、厚さが厚い基板や縦横サイズが大きい基板の作製に有効である。
第４の実施形態による段差を有するセラミックス基板の製造方法は、
工程Ａ：セラミックスグリーンシートを成形する工程、
工程Ｆ：セラミックスグリーンシート上にそれとは大きさが異なるようにセラミックスペーストを塗布することによって、段差を有するセラミックスグリーンシートを作製する工程、
工程Ｂ：段差を有するセラミックスグリーンシートを焼成することによって、段差を有する焼成基板（セラミックス基板）を作製する工程、
を具備する。
工程Ａおよび工程Ｂは第１の実施形態と実質的に同じである。第４の実施形態の製造方法において、段差の形成工程は工程Ｆとなる。つまり、セラミックスグリーンシート上にそれとは大きさが異なるようにセラミックスペーストを塗布することによって、セラミックスグリーンシートひいてはセラミックス基板に段差を設ける。セラミックスペーストを使用するため、あまり大きな段差の形成には向かないが、セラミックスペーストの塗布という簡易な工程は複数の凸部を設けるときに有効である。
第５の実施形態による段差を有するセラミックス基板の製造方法は、
工程Ａ：第１のセラミックスグリーンシートとそれとは大きさが異なる第２のセラミックスグリーンシートを成形する工程、
工程Ｂ：第１のセラミックスグリーンシートを焼成することによって、焼成基板（セラミックス基板）を作製する工程、
工程Ｇ：焼成基板（セラミックス基板）上に大きさが異なる第２のセラミックスグリーンシートを積層する工程、
工程Ｈ：焼成基板を再度焼成することによって、段差を有するセラミックス基板を作製する工程、
を具備する。
ここでは、工程Ａで２種類のセラミックスグリーンシートを作製するが、具体的なグリーンシートの作製工程自体は第１の実施形態と実質的に同じである。工程Ｂも第１の実施形態と実質的に同じである。第５の実施形態の製造方法において、段差の形成工程は工程Ｇと工程Ｈとなる。つまり、一旦焼成した基板上にセラミックスグリーンシートを積層して再度焼成することによって、段差を有するセラミックス基板を作製する。一旦焼成した基板を用いているため、薄いセラミックス基板（例えば０．３ｍｍ以下）に段差を設ける場合に好適である。
上述した第１ないし第５の実施形態の製造方法によれば、いずれも機械研磨（ダイヤモンド砥石を用いた研磨等）を行うことなく、セラミックス基板上に段差を設けることができる。各実施形態の製造方法で得られるセラミックス基板は機械研磨を施さない研磨レス基板となることから、段差を有するセラミックス基板の製造コストを低減することができる。さらに、機械研磨のように強い応力を基板に加えないため、段差を有するセラミックス基板の製造歩留りを高めることができる。
各実施形態の製造方法で作製するセラミックス基板の厚さは任意であるが、特に厚さ１ｍｍ以下、さらには０．５ｍｍ以下の薄型基板に適用した場合においても良好な製造歩留りを得ることができる。段差の高さも０．３〜０．６ｍｍの小さな段差から０．７ｍｍ以上の大きな段差まで、様々なサイズの段差を１個または複数個（２個以上）設ける場合において、段差を有するセラミックス基板の製造歩留りを高めることが可能となる。なお、第１ないし第５の実施形態は必要に応じ組合せてもよい。
さらに、上述した第１ないし第５の実施形態の製造方法によれば、段差を有する表面における任意方向の表面粗さをＲａ１、それと直交する表面粗さをＲａ２としたとき、Ｒａ１／Ｒａ２の値が０．８〜１．２の範囲内であるセラミックス基板を得ることができる。機械研磨を施すと表面粗さに方向性がでるため、Ｒａ１／Ｒａ２が０．８〜１．２の範囲内にはならない。Ｒａ１／Ｒａ２が０．８〜１．２の研磨レス基板によれば、特開２００２−１７１０３７号公報に開示されているように、曲げ強度特性や耐熱サイクル（ＴＣＴ）特性等を向上させることが可能となる。
本発明の実施形態による製造方法で作製したセラミックス基板は段差を有しているため、強度を向上させたいところは厚く、また放熱性を向上させたいところは薄くすることができる。従って、種々の要求特性に対応させたセラミックス基板を提供することが可能となる。このような段差を有するセラミックス基板は、金属板、導電性薄膜、導電性厚膜（ペーストを焼成したメタライズ層等）等の導電層を設けたセラミックス回路基板、複数の段差（凸部）を有する複雑形状のパッケージ基体、圧接構造のように応力が加わる放熱板（または回路基板）に好適である。
セラミックス基板の材質についても特に限定されるものではない。主成分が酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素のいずれのセラミックス基板にも適用可能であるが、好ましくは窒化珪素基板である。前述したように、放熱性に影響を及ぼす熱抵抗は材質の熱伝導率と基板の厚さによって決まるものである。例えば、窒化アルミニウム基板は熱伝導率２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが開発されているが、強度が弱いために圧接構造や熱サイクル付加の大きい分野には使用し難い。酸化アルミニウム基板は強度が４００〜５００ＭＰａ程度であるものの、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度と低いために熱抵抗を十分に低下させることは困難である。
一方、窒化珪素基板は特許文献１等に記載されているように、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上でかつ強度が７００ＭＰａ以上と高熱伝導かつ高強度のものが開発されている。窒化珪素基板は強度が大きいことから、圧接構造や熱サイクル付加の大きい分野にも適用可能である。さらに、放熱性を向上させたい部分は薄くすることによって、熱抵抗を下げることができる。窒化珪素基板は素材としての強度が大きいことから、基板厚さが０．１〜０．３ｍｍと薄くした場合においても強度を保つことができる。従って、セラミックス基板としては窒化珪素基板が好ましい。
次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。
実施例１
まず、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ、３点曲げ強度が８００ＭＰａ、厚さが０．３２ｍｍの窒化珪素基板を用意した。この窒化珪素基板はグリーンシートを焼成して得たものである。このような窒化珪素基板にホーニング加工を施して、図１ないし図３に示した段差を有するセラミックス基板を作製した。
ホーニング加工はセラミック砥粒を用いて実施した。その際のホーニング圧は０．５ＭＰａとした。このような条件下で窒化珪素基板にホーニング加工を施すことによって、表１に示す段差を有するセラミックス基板を作製した。このときの熱抵抗および製造歩留りを調べた。さらに、Ｒａ１／Ｒａ２を測定した。これらの結果を表１に示す。
Figure 2007000963
実施例２
熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ、３点曲げ強度が３５０ＭＰａ、厚さが０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム基板の原料となるグリーンシートを用意した。このグリーンシートに加工を施して、段差を有するグリーンシートを作製した。段差は図１ないし図３に示した形状とした。この段差を有するグリーンシートを所定条件で焼成することによって、表２に示す段差を有するセラミックス基板を作製した。このときの熱抵抗および製造歩留りを調べた。さらに、Ｒａ１／Ｒａ２を測定した。これらの結果を表２に示す。
Figure 2007000963
実施例３
熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ、３点曲げ強度が８５０ＭＰａ、厚さが０．３２ｍｍの窒化珪素基板の原料となるグリーンシートを用意した。第１のグリーンシートのサイズは縦５０ｍｍ×横５０ｍｍとし、その上にサイズが異なる第２のグリーンシート（組成は同一）を積層して、段差を有するグリーンシートを作製した。段差は図１ないし図３に示した形状とした。この段差を有するグリーンシートを所定条件で焼成することによって、表３に示す段差を有するセラミックス基板を作製した。このときの熱抵抗および製造歩留りを調べた。さらに、Ｒａ１／Ｒａ２を測定した。これらの結果を表３に示す。
Figure 2007000963
実施例４
熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・Ｋ、３点曲げ強度が８３０ＭＰａ、厚さ０．３２がｍｍの窒化珪素基板の原料となるグリーンシートを用意した。このグリーンシート上に同一組成のペーストを塗布して、段差を有するグリーンシートを作製した。段差は図４ないし図６に示した形状とした。この段差を有するグリーンシートを所定条件で焼成することによって、表４に示す段差を有するセラミックス基板を作製した。このときの熱抵抗および製造歩留りを調べた。さらに、Ｒａ１／Ｒａ２を測定した。これらの結果を表４に示す。
Figure 2007000963
実施例５
熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・Ｋ、３点曲げ強度が８３０ＭＰａ、厚さが０．３２ｍｍの窒化珪素基板を用意した。窒化珪素基板はグリーンシートを焼成して得たものである。この窒化珪素基板上にサイズが異なるグリーンシート（同一組成）を積層した。段差は図４ないし図６に示した形状とした。これを所定条件で再度焼成することによって、表５に示す段差を有するセラミックス基板を作製した。このときの熱抵抗および製造歩留りを調べた。さらに、Ｒａ１／Ｒａ２を測定した。これらの結果を表５に示す。
Figure 2007000963
比較例１〜２
まず比較例１として、実施例１の試料１と同一形状および同一サイズの窒化珪素基板を、ダイヤモンド砥石を用いた機械研磨を適用して作製した。また比較例２として、実施例２の試料４と同一形状および同一サイズの窒化アルミニウム素基板を、ダイヤモンド砥石を用いた機械研磨を適用して作製した。このときの製造歩留りを調べた。さらに、Ｒａ１／Ｒａ２を測定した。これらの結果を表６に示す。
Figure 2007000963
実施例６、比較例３〜４
実施例３の試料７の窒化珪素基板において、ベースとなる基板の厚さを０．１ｍｍ（試料１３）、０．２ｍｍ（試料１４）に変更する以外は、実施例３と同様にして段差を有する窒化珪素基板を作製した。さらに、試料１３および試料１４と同一形状および同一サイズの窒化珪素基板（比較例３、４）を、ダイヤモンド砥石を用いた機械研磨を適用して作製した。このときの熱抵抗および製造歩留りを調べた。さらに、Ｒａ１／Ｒａ２を測定した。これらの結果を表７に示す。
Figure 2007000963
表７から明らかなように、比較例３、４のように薄い基板に機械研磨を施すと、基板割れが多数生じて歩留りが低下することが分かる。これに対し、実施例の製造方法によれば歩留りの低下を招くことなく、段差を有するセラミックス基板を作製することができる。
実施例７、比較例５〜６
図１０に示した２個の凸部を有する窒化珪素基板（試料１５）を、実施例４と同様の方法で作製した。また、図１１に示した２個の凸部を有する窒化珪素基板（試料１６）を、実施例５と同様の方法で作製した。さらに、試料１３および試料１４と同一形状および同一サイズの窒化珪素基板（比較例５、６）を、ダイヤモンド砥石を用いた機械研磨を適用して作製した。このときの熱抵抗および製造歩留りを調べた。さらに、Ｒａ１／Ｒａ２を測定した。これらの結果を表８に示す。
Figure 2007000963
表８から明らかなように、実施例の製造方法によれば複数の凸部およびそれらに基づく複数の段差を有するセラミックス基板についても歩留りよく作製することが可能である。
なお、本発明の製造方法は上記した実施形態に限定されるものではなく、各種形状の段差を有するセラミックス基板の製造に適用すること可能である。さらに、本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
本発明のセラミックス基板の製造方法は機械研磨を施していないので、段差を有するセラミックス基板を低コストで提供することが可能となる。さらに、機械研磨のように強い応力を付加することがないため、段差を有するセラミックス基板の製造歩留りを向上させることができる。本発明のセラミックス基板の製造方法は、各種の用途に使用させる段差を有するセラミックス基板の製造に適用されるものである。
【０００２】
でも接合部が熱抵抗となるため、基板全体の放熱性を低下させる要因になる。
［０００７］
ところで、熱抵抗は基板の熱伝導率と厚さで決まるものである。つまり、熱伝導率が高くても基板の厚さが厚いと熱抵抗は上がり、逆に熱伝導率が低くても基板の厚さを薄くすることで熱抵抗を下げることができる。言い換えると、熱伝導率が高くかつ基板の厚さが薄い場合に最も熱抵抗が下がり、放熱性が向上することになる。このため、単一材料からなるセラミックス基板の放熱性を向上させたい部分の厚さを薄くし、強度を上げたい部分の厚さを厚くすることが試みられている。つまり、基板表面に段差を設けることによって、放熱性と強度を共に高めたセラミックス基板の作製が試みられている。
［０００８］
従来の段差を有するセラミックス基板は、平らな基板表面にダイヤモンド砥石等を用いた機械研磨を施すことにより作製されている。しかしながら、セラミックス材料は難加工材であることから、段差の形成に機械研磨を適用した製造方法はセラミックス基板の製造コストが高いという難点を有する。さらに、回路基板のように厚さが１ｍｍ以下の薄いセラミックス基板に機械研磨を施すと基板に割れが生じ易いことから、段差を有するセラミックス基板の製造歩留りも低下する。
特許文献１：特開２０００−３４１７２公報
特許文献２：特開平９−１２１００４号公報
特許文献３：特開平１０−６５２９２号公報
［発明の開示］
［０００９］
本発明の目的は、機械研磨を施すことなく、段差を有するセラミックス基板を製造することを可能にしたセラミックス基板の製造方法を提供することにある。
［００１０］
本発明の第１の態様に係る段差を有するセラミックス基板の製造方法は、セラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記セラミックスグリーンシートを焼成して焼成基板を作製する工程と、前記焼成基板の表面にホーニング加工を施して、高さが０．３〜０．６ｍｍの段差を形成する工程とを具備することを特徴としている。
［００１１］
本発明の第２の態様に係る段差を有するセラミックス基板の製造方法は、セラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記セラミックスグリーンシートに加工を施して、段差を有するセラミックスグリーンシートを作製する工程と、前記段差を有するセラミッ
【０００３】
クスグリーンシートを焼成して、高さが０．７ｍｍ以上の段差を有する焼成基板を作製する工程とを具備することを特徴としている。
［００１２］
本発明の第３の態様に係る段差を有するセラミックス基板の製造方法は、第１のセラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記第１のセラミックスグリーンシートと大きさが異なる第２のセラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記第１のセラミックスグリーンシート上に前記第２のセラミックスグリーンシートを積層して、段差を有するセラミックスグリーンシートを作製する工程と、前記段差を有するセラミックスグリーンシートを焼成して、高さが０．７ｍｍ以上の段差を有する焼成基板を作製する工程とを具備することを特徴としている。
［００１３］
本発明の第４の態様に係る段差を有するセラミックス基板の製造方法は、セラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記セラミックスグリーンシート上にセラミックスペーストを塗布して、複数の段差を有するセラミックスグリーンシートを作製する工程と、前記段差を有するセラミックスグリーンシートを焼成して、複数の段差を有する焼成基板を作製する工程とを具備することを特徴としている。
［００１４］
本発明の第５の態様に係る段差を有するセラミックス基板の製造方法は、第１のセラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記第１のセラミックスグリーンシートを焼成して、厚さが０．３ｍｍ以下の焼成基板を作製する工程と、前記第１のセラミックスグリーンシートと大きさが異なる第２のセラミックスグリーンシートを成形する工程と、前記焼成基板上に前記第２のセラミックスグリーンシートを積層する工程と、前記焼成基板を再度焼成する工程とを具備することを特徴としている。
［図面の簡単な説明］
［００１５］
［図１］図１は段差を有するセラミックス基板の一例を示す斜視図である。
［図２］図２は図１に示すセラミックス基板の平面図である。
［図３］図３は図１に示すセラミックス基板の断面図である。
［図４］図４は段差を有するセラミックス基板の他の例を示す斜視図である。
［図５］図５は図４に示すセラミックス基板の平面図である。
［図６］図６は図４に示すセラミックス基板の断面図である。
［図７］図７は図１に示すセラミックス基板の変形例を示す平面図である。
［図８］図８は図４に示すセラミックス基板の変形例を示す平面図である。

Claims (20)

  1. セラミックスグリーンシートを成形する工程と、
    前記セラミックスグリーンシートを焼成して焼成基板を作製する工程と、
    前記焼成基板の表面にホーニング加工を施して段差を形成する工程と
    を具備することを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  2. 請求項１記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記焼成基板の前記段差を有する表面における任意方向の表面粗さをＲａ１、それと直交する表面粗さをＲａ２としたとき、Ｒａ１／Ｒａ２が０．８〜１．２の範囲内であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  3. 請求項１記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記段差を有するセラミックス基板は研磨レス基板であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  4. 請求項１記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記セラミックス基板は窒化珪素基板であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  5. セラミックスグリーンシートを成形する工程と、
    前記セラミックスグリーンシートに加工を施して、段差を有するセラミックスグリーンシートを作製する工程と、
    前記段差を有するセラミックスグリーンシートを焼成して焼成基板を作製する工程と
    を具備することを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  6. 請求項５記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記焼成基板の前記段差を有する表面における任意方向の表面粗さをＲａ１、それと直交する表面粗さをＲａ２としたとき、Ｒａ１／Ｒａ２が０．８〜１．２の範囲内であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  7. 請求項５記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記段差を有するセラミックス基板は研磨レス基板であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  8. 請求項５記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記セラミックス基板は窒化珪素基板であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  9. 第１のセラミックスグリーンシートを成形する工程と、
    前記第１のセラミックスグリーンシートと大きさが異なる第２のセラミックスグリーンシートを成形する工程と、
    前記第１のセラミックスグリーンシート上に前記第２のセラミックスグリーンシートを積層して、段差を有するセラミックスグリーンシートを作製する工程と、
    前記段差を有するセラミックスグリーンシートを焼成して焼成基板を作製する工程と
    を具備することを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  10. 請求項９記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記焼成基板の前記段差を有する表面における任意方向の表面粗さをＲａ１、それと直交する表面粗さをＲａ２としたとき、Ｒａ１／Ｒａ２が０．８〜１．２の範囲内であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  11. 請求項９記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記段差を有するセラミックス基板は研磨レス基板であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  12. 請求項９記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記セラミックス基板は窒化珪素基板であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  13. セラミックスグリーンシートを成形する工程と、
    前記セラミックスグリーンシート上にセラミックスペーストを塗布して、段差を有するセラミックスグリーンシートを作製する工程と、
    前記段差を有するセラミックスグリーンシートを焼成して焼成基板を作製する工程と
    を具備することを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  14. 請求項１３記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記焼成基板の前記段差を有する表面における任意方向の表面粗さをＲａ１、それと直交する表面粗さをＲａ２としたとき、Ｒａ１／Ｒａ２が０．８〜１．２の範囲内であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  15. 請求項１３記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記段差を有するセラミックス基板は研磨レス基板であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  16. 請求項１３記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記セラミックス基板は窒化珪素基板であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  17. 第１のセラミックスグリーンシートを成形する工程と、
    前記第１のセラミックスグリーンシートを焼成して焼成基板を作製する工程と、
    前記第１のセラミックスグリーンシートと大きさが異なる第２のセラミックスグリーンシートを成形する工程と、
    前記焼成基板上に前記第２のセラミックスグリーンシートを積層する工程と、
    前記焼成基板を再度焼成する工程と
    を具備することを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  18. 請求項１７記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記焼成基板の前記段差を有する表面における任意方向の表面粗さをＲａ１、それと直交する表面粗さをＲａ２としたとき、Ｒａ１／Ｒａ２が０．８〜１．２の範囲内であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  19. 請求項１７記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記段差を有するセラミックス基板は研磨レス基板であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。
  20. 請求項１７記載の段差を有するセラミックス基板の製造方法において、
    前記セラミックス基板は窒化珪素基板であることを特徴とする段差を有するセラミックス基板の製造方法。

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