JPWO2016208766A1 - セラミック基板およびこれを用いた実装用基板ならびに電子装置 - Google Patents

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Abstract

本開示のセラミック基板は、アルミナの結晶と、ジルコニアの結晶とを含み、アルミナの質量Ａと、安定化剤成分、ハフニアおよびジルコニアを含む質量Ｂとの質量比が、８９：１１〜９３：７であり、前記アルミナの平均結晶粒径が１．０μｍ以上１．５μｍ以下であり、前記ジルコニアの平均結晶粒径が０．３μｍ以上０．５μｍ以下である。【選択図】 図１

Description

本開示は、セラミック基板およびこれを用いた実装用基板ならびに電子装置に関する。
金属層を介して電子部品を実装するための基板（実装用基板）として、セラミック基板が広く用いられている。
例えば、特許文献１には、主成分としてのアルミナと、ジルコニアとを含有し、これにイットリア、カルシア、マグネシア、セリアからなる群より選択された１種以上の添加剤が添加されたセラミック基板よりなる実装用基板が開示されている。
特開平８−１９５４５０号公報
本開示のセラミック基板は、アルミナの結晶と、ジルコニアの結晶とを含む。そして、アルミナの質量Ａと、安定化剤成分、ハフニアおよびジルコニアを含む質量Ｂとの質量比が、８９：１１〜９３：７である。さらに、アルミナの平均結晶粒径が１．０μｍ以上１．５μｍ以下であり、ジルコニアの平均結晶粒径が０．３μｍ以上０．５μｍ以下である。
本開示の実装用基板の一例を示す平面図である。 図１に示す実装用基板の断面図である。 本開示の電子装置の一例を示す平面図である。 図３に示す電子装置の断面図である。
実装用基板に用いられるセラミック基板として、ジルコニアを含むアルミナ基板（ジルコニア強化型アルミナ基板：ＺＴＡ基板）が知られている。
ここで、近年では、電子部品の高出力化が進んできていることから、電子部品の出力時に生じる熱量が大きくなってきている。そのため、実装用基板を構成するセラミック基板には、セラミック基板自体が放熱特性に優れている、すなわち高い熱伝導率を有するものであることが求められている。
一方、セラミック基板は、放熱特性を重視した組成で形成した場合、機械的強度が低くなりやすく、実装用基板としての信頼性が低下してしまう。また、機械的強度が低いときには、近年求められている、実装用基板の薄肉化も図ることができない。それ故、セラミック基板には、高い熱伝導率と高い機械的強度とを兼ね備えていることが求められている。
以下に本開示のセラミック基板およびこれを用いた実装用基板ならびに電子装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本開示の実装用基板の一例を示す平面図である。図２は、図１に示す実装用基板の断面図である。
図１に示す例の実装用基板１０は、セラミック基板１と金属層２とを備える。また、セラミック基板１は、図２に示すように、厚み方向に一対の第１面４と第２面５とを有する。言い換えれば、第１面４は、第２面５の反対に位置する。第２面５は、第１面４の反対に位置する。金属層２は、第１面４上に位置している。なお、図１においては、第１面４上に金属層２が位置している例を示しているが、金属層２は、少なくとも第１面４上または第２面５上に位置していればよい。また、第１面４上および第２面５上の両方に位置していてもよい。
以下に、本開示のセラミック基板１について説明する。セラミック基板１は、アルミナの結晶と、ジルコニアの結晶とを含む。そして、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の質量Ａと、安定化剤成分、ハフニア（ＨｆＯ２）およびジルコニア（ＺｒＯ２）を含む質量Ｂとの質量比（Ａ：Ｂ）が、８９：１１〜９３：７である。そして、アルミナの平均結晶粒径が１．０μｍ以上１．５μｍ以下であり、ジルコニアの平均結晶粒径が０．３μｍ以上０．５μｍ以下である。本開示のセラミック基板１は、このような構成を満たしていることにより、高い熱伝導率と高い機械的強度とを兼ね備える。なお、以下においては、安定化剤成分、ハフニアおよびジルコニアを纏めて、ジルコニア類と記載する。
ここで、高い熱伝導率とは、ＪＩＳ Ｒ１６１１−２０１０に準拠したレーザーフラッシュ法によって求めた値が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のことである。また、高い機械的強度とは、ＪＩＳ Ｒ １６０１−２００８に準拠した３点曲げ強度の値が６００ＭＰａ以上のことである。なお、アルミナの質量Ａの質量比が８９未満（ジルコニア類の質量Ｂの質量比が１１を超える。）では、高い熱伝導率を有するものとならない。また、アルミナの質量Ａの質量比が９３を超える（ジルコニア類の質量Ｂの質量比が７未満。）ときには、高い機械的強度を有するものとならない。
また、アルミナの平均結晶粒径が１．０μｍ未満では、粒界相の増加に伴い、高い熱伝導率を有するものとならない。また、アルミナの平均結晶粒径が１．５μｍを超えるときには、高い機械的強度を有するものとならない。また、ジルコニアの平均結晶粒径が０．３μｍ未満では、粒界が増加により結晶同士の間における熱伝達が妨げられることから、高い熱伝導率を有するものとならない。また、ジルコニアの平均結晶粒径が０．５μｍを超えるときには、高い機械的強度を有するものとならない。
そして、アルミナの平均結晶粒径は、１．２μｍ以上１．４μｍ以下であってもよい。この場合、セラミック基板１の大部分を構成するアルミナの結晶同士の間である３重点に、上述した大きさのジルコニアの結晶が存在することとなり、緻密な結晶配置となる。そのため、セラミック基板１は、さらに高い熱伝導率とさらに高い機械的強度を兼ね備えるものとなる。なお、ジルコニアの平均結晶粒径が、０．３５μｍ以上０．４５μｍ以下であれば、さらに緻密な結晶配置となる。
また、本開示のセラミック基板１において、アルミナの結晶粒径の標準偏差は、０．７以下であってもよい。この場合、セラミック基板１の大部分を構成するアルミナの結晶粒径のばらつきが小さいということであり、セラミック基板１の結晶配置が均一に近づく。そのため、セラミック基板１は、さらに高い熱伝導率とさらに高い機械的強度を兼ね備えるものとなる。
また、ジルコニアの結晶における単斜晶の割合が、３．０％以上６．０％以下であってもよい。この場合は、単斜晶に相変態させる際のマイクロクラックの発生を抑制しつつ、存在するジルコニアの結晶の単斜晶によるアルミナの結晶への圧縮応力により、より高い機械的強度を有するものとなる。そして、セラミック基板１は、掛かる圧縮応力により、セラミック基板１に生じたクラックの進展を抑制できる。なお、単斜晶の割合とは、正方晶、立方晶および単斜晶の合計に対するものである。
また、隣り合うジルコニアの結晶は、重心間距離の平均値が１．８μｍ以上３．２μｍ以下であってもよい。この場合は、ジルコニアの結晶が適度に分散されていることから、機械的強度のばらつきが抑制され、セラミック基板１の信頼性が高まる。なお、ここでの重心間距離の平均値とは、隣り合うジルコニアの結晶のそれぞれの重心同士の最短距離の平均値のことである。つまり、重心間距離の平均値は、ジルコニアの結晶同士の分散度合いを示す指標である。
そして、本開示のセラミック基板１は、セラミック基板１の大部分を構成するアルミナの結晶同士の間に、アルミナよりも屈折率の高いジルコニアの結晶が存在していることから、優れた反射率を有する。よって、本開示のセラミック基板１は、高輝度であることが求められる電子部品、具体的には発光ダイオード（ＬＥＤ）素子の実装用基板として好適に用いることができる。
次に、アルミナおよびジルコニア以外の成分について説明する。まず、ジルコニアの安定化剤成分としては、ストロンチア（ＳｒＯ）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）、スカンジア（Ｓｃ２Ｏ３）およびディスプロシア（Ｄｙ２Ｏ３）等の中から選択される１種類もしくは２種類である。特に、安定化剤成分がイットリアであれば、イオン半径がジルコニアに近いことから、安定化度合が高く、ジルコニアの粗大結晶が発生しにくいため、セラミック基板１の機械的強度をより優れたものとすることができる。なお、安定化剤成分は、ジルコニア１００モル％に対して、１モル％以上１２モル％以下の範囲で含有すればよい。例えば、安定化剤成分がイットリアであれば、ジルコニア１００モル％に対して、１モル％以上５モル％以下の範囲で含有すればよい。
また、ハフニアは、ジルコニア１００質量部に対して、１質量部以上３質量部以下の範囲で含有するものである。
さらに、本開示のセラミック基板１は、アルミナおよびジルコニア類以外の成分として、焼結性を高めるべく、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）等の焼結助剤成分を含有していても構わない。なお、焼結助剤成分は、アルミナおよびジルコニア類の合計１００質量部に対して、０．１質量部以上２．０質量部以下の範囲で含有していることが好適である。
また、焼結助剤成分として少なくともシリカを含み、焼結助剤成分の含有量が上述した範囲内であるときには、粒界相にガラスが形成される。そして、金属層２となるペーストがガラス成分を含有するものであるとき、セラミック基板１の表面と、金属層２となるペーストとの濡れ性がよくなることから、セラミック基板１と金属層２との密着強度が向上する。
次に、各種測定方法の一例について説明する。
まず、アルミナ、安定化剤成分、ハフニア、ジルコニア、焼結助剤成分の含有量については、以下の方法で算出すればよい。まず、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付設のエネルギー分散型分析器（ＥＤＳ）を用いて、セラミック基板１の定性分析を行なう。次に、この定性分析により検出された元素につき、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＩＣＰ）を用いて定量分析を行なう。次に、この定量分析により測定された各元素の含有量から、それぞれ酸化物に換算することで、アルミナ、安定化剤成分、ハフニア、ジルコニア、焼結助剤成分の含有量を算出すればよい。
また、アルミナの質量Ａと安定化剤成分、ハフニアおよびジルコニアを含む質量Ｂとの質量比については、次のように算出する。まず、上述した方法により求めた含有量を用いて、質量Ａおよび質量Ｂを求める。そして、質量Ａの質量比は、（質量Ａ／（質量Ａ＋質量Ｂ））×１００、質量Ｂの質量比は、（質量Ｂ／（質量Ａ＋質量Ｂ））×１００で求めることができる。なお、質量Ａの質量比が算出されれば、質量Ｂは、１００から質量Ａを差し引いてもよい。
次に、アルミナおよびジルコニアの平均結晶粒径の測定方法については、まず、セラミック基板１の表面を鏡面加工し、焼成温度から５０〜１００℃低い温度範囲で熱処理を行なう。そして、熱処理した面を測定面として、ＳＥＭを用いて５０００倍の倍率で撮影する。次に、撮影した画像データを画像解析ソフト（例えば、三谷商事株式会社製のWin ROOF）を用いて解析する。これにより、画像データ中に存在するアルミナおよびジルコニアのそれぞれ結晶粒径のデータを得ることができる。
なお、セラミック基板１には、結晶粒径が０．０５μｍ未満の結晶が含まれている場合もあるが、上述した画像解析ソフトによる解析にあたっては、結晶粒径が０．０５μｍ以上を対象とする。また、上述したような画像解析ソフトを用いれば、アルミナの結晶粒子とジルコニアの結晶粒子とは色調に差があることから、分離計測が可能である。アルミナの各結晶粒子の面積から算出された各結晶粒子の円相当径の平均値がアルミナの平均結晶粒径であり、ジルコニアの各結晶粒子の面積から算出された各結晶粒子の円相当径の平均値がジルコニアの平均結晶粒径である。
また、アルミナの結晶粒径の標準偏差についても、上述した平均結晶粒径を求めたときと同じ方法により、画像解析ソフトを用いて得られたアルミナの結晶粒径のデータから求めることができる。
また、ジルコニアの結晶における単斜晶の割合は、セラミック基板１の表面に対してＸ線回折装置（ＸＲＤ）で測定を行ない、得られたＸ線回折強度から以下の計算式で求めることができる。
単斜晶の割合（％）＝（Ｉｍ１＋Ｉｍ２）／（Ｉｍ１＋Ｉｍ２＋Ｉｔ＋Ｉｃ）
Ｉｔ ：正方晶（１１１）面のＸ線回折強度
Ｉｃ ：立方晶（１１１）面のＸ線回折強度
Ｉｍ１：単斜晶（１１１）面のＸ線回折強度
Ｉｍ２：単斜晶（１１−１）面のＸ線回折強度
また、隣り合うジルコニアの結晶の重心間距離の平均値については、上述した平均結晶粒径を求めたときと同じ画像データを用いることで算出できる。具体的には、画像解析ソフトとして「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）を用い、この「Ａ像くん」の重心間距離法という手法を用いて算出することができる。なお、解析条件としては、粒子の明度を「明」、２値化の方法を「手動」、小図形除去を「０．０５μｍ」、閾値を「２２０」とすればよい。
また、熱伝導率については、試験片厚みが薄くなると、得られる熱伝導率の値は大きくなるものであることから、本開示のセラミック基板１の熱伝導率は、直径が１０ｍｍ、厚みが２ｍｍの円柱状の試験片におけるものであり、この試験片を用いてアルキメデス法で密度を求めた後、ＪＩＳ Ｒ１６１１−２０１０に準拠したレーザーフラッシュ法によって求めたものである。
また、機械的強度については、ＪＩＳ Ｒ １６０１−２００８に準拠した形状の試験片を作製し、ＪＩＳ Ｒ １６０１−２００８に準拠して３点曲げ強度試験を行なうことにより求めたものである。
そして、本開示の実装用基板１０は、上述した本開示のセラミック基板１と、セラミック基板１の、少なくとも第１面４上または第２面５上に位置する金属層２とを備える。セラミック基板１自体の熱伝導率が高く、これに金属層２を備えている構成であることから、高出力の電子部品の実装を可能とする。さらに、セラミック基板１が有する高い機械的強度により、長期間に亘る使用に耐え得る。また、高い機械的強度を有していることから、セラミック基板１の薄肉化にも対応可能である。
図３は、本開示の電子装置の一例を示す平面図であり、図４は、図３に示す電子装置の断面図である。図３および図４に示す例の電子装置２０は、セラミック基板１と、セラミック基板１の第１面４上に位置する金属層２とで構成された実装用基板１０における金属層２上に電子部品３を備えるものである。なお、セラミック基板１の第１面４の金属層２以外の領域に、金属からなる配線層を形成してもよい。また、セラミック基板１の第２面５において、接合層を介して金属層を形成したり、さらにヒートシンクや流路部材を形成したりしてもよい。
そして、本開示の電子装置２０は、電子部品３が有する特性を十分に発揮することができるとともに、長期間に亘る使用が可能であることから、高い信頼性を有する。
ここで、実装用基板１０における金属層２上に備える電子部品３としては、例えば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）素子、インテリジェント・パワー・モジュール（ＩＰＭ）素子、金属酸化膜型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子、ＬＥＤ素子、フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子、ジャイアント・トランジスタ（ＧＴＲ）素子、ショットキー・バリア・ダイオード（ＳＢＤ）等の半導体素子に用いることができる。また、昇華型サーマルプリンタヘッドまたはサーマルインクジェットプリンタヘッド用の発熱素子に用いることができる。さらに、ペルチェ素子に用いることができる。
次に、本開示のセラミック基板１の製造方法の一例を説明する。
まず、原料として、平均粒径が０．９μｍ以上１．３μｍ以下である第１のアルミナ粉末と、平均粒径が０．３μｍ以上０．７μｍ以下である第２のアルミナ粉末と、安定化剤成分であるイットリアを１モル％以上５モル％以下含むジルコニア粉末と、平均粒径が０．５μｍ程度の焼結助剤であるシリカ粉末とを準備する。なお、このジルコニア粉末は、平均粒径が０．１μｍ以上０．３μｍ以下であり、ジルコニア１００質量部に対して、２質量部のハフニアを含むものである。
そして、第１のアルミナ粉末と第２のアルミナ粉末とを質量比で４０：６０〜８０：２０とし、セラミック基板１において、アルミナと、安定化剤成分およびハフニアを含むジルコニアとの質量比が、８９：１１〜９３：７となるように秤量する。なお、焼結助剤成分の添加量は、アルミナおよびジルコニア類の合計１００質量部に対して、０．１質量部以上２．０質量部以下とする。
ここで、アルミナの結晶粒径の標準偏差を０．７以下とするには、第１のアルミナ粉末と第２のアルミナ粉末とを質量比で５０：５０〜７０：３０の範囲とすればよい。
そして、秤量した粉末、分散剤が添加された水等の溶媒、高純度のアルミナボールもしくはジルコニアボールを回転ミルに入れて混合・粉砕することにより、スラリーを得る。
ここで、隣り合うジルコニアの結晶の重心間距離の平均値を１．８μｍ以上３．２μｍ以下とするには、分散剤の添加量を、秤量した粉末１００質量部に対して、０．０７質量部以上０．２０質量部以下とすればよい。
次に、このスラリーを用いて、ドクターブレード法によりグリーンシートを得る。または、スプレードライヤを用いてスラリーを噴霧乾燥した造粒体を用いて、粉末プレス成形法またはロールコンパクション法によりグリーンシートを得る。
次に、金型もしくはレーザによって外形状加工を行なうことにより成形体を得る。なお、グリーンシートをそのまま成形体とし、焼成した後に、レーザによって外形状加工を行なってもよい。また、量産性を考慮すれば多数個取りの成形体とすることが好適である。
次に、得られた成形体を、大気（酸化）雰囲気の焼成炉（例えば、ローラー式トンネル炉、バッチ式雰囲気炉、プッシャー式トンネル炉）を用いて、最高温度が１５３０〜１６００℃の範囲となるように焼成することにより、本開示のセラミック基板１を得ることができる。
また、セラミック基板１に表面処理を施すことにより、ジルコニアの結晶における単斜晶の割合が３．０％以上６．０％以下となるように調整することができる。具体的には、セラミック基板１に表面処理を施すことによって、ジルコニアの結晶における正方晶または立方晶に対して相変態を促し、ジルコニアの結晶における単斜晶の割合を増やす。表面処理の方法としては、セラミック基板１の表面をダイヤモンド砥石で研削もしくは研磨する研削・研磨処理がある。また、セラミック基板１を高温下に放置した後に急冷する熱処理がある。さらに、セラミック基板１にセラミックス、ダイヤモンド、金属等の砥粒を吹きつけるブラスト処理等が挙げられる。
本開示のセラミック基板１は、上述した大きさの平均粒径が異なる２種類のアルミナ粉末と、上述した大きさのジルコニア粉末とを用いて、１５３０〜１６００℃と高い最高温度で焼成することにより、高い熱伝導率と高い機械的強度とを兼ね備えるものとなる。なお、このような効果を奏することができる理由は明らかではないが、熱伝導率の観点は、緻密な結晶配置にある。機械的強度の観点は、アルミナの平均結晶粒径が１．０μｍ以上１．５μｍ以下であることによれば、以下に起因しているものと思われる。第１のアルミナ粉末からなる第１のアルミナの結晶はあまり粒成長していないのに対し、第２のアルミナ粉末からなる第２のアルミナの結晶は粒成長しており、第２のアルミナの結晶の粒成長によって第１のアルミナの結晶に圧縮応力を与えている。また、第１のアルミナ粉末と、第２のアルミナ粉末と、ジルコニア粉末との大きさの関係により、ジルコニア粉末が分散して存在しやすくなり、分散して存在しているジルコニアの結晶の粒成長によってアルミナの結晶に圧縮応力を与えている。このように、アルミナの結晶が圧縮応力を受けた状態であることにより、セラミック基板１は、高い機械的強度を備える。
また、アルミナの平均結晶粒径を１．２μｍ以上１．４μｍ以下とするには、焼成における最高温度を１５４０〜１５９０℃の範囲とすればよい。
そして、セラミック基板１の具体的な厚みとしては、２ｍｍ以下であり、本開示のセラミック基板１は、電子部品の実装に用いる基板であれば、０．２ｍｍの厚みに対応することができる。
次に、本開示の実装用基板１０の製造方法に一例を説明する。
まず、上述したセラミック基板１を準備する。また、金属層２となる、銅、アルミニウムまたは銀の少なくとも１種を主成分とする金属ペーストを準備する。ここで、コストを考慮しつつ、より高い放熱特性を求めるときには、銅を主成分とすることが好適である。そして、セラミック基板１の、少なくとも第１面４または第２面５に、印刷法により金属ペーストを塗り、熱処理することにより金属層２を形成する。なお、金属層２は、めっき法または活性金属法による金属板接合、金属板直接接合によって形成してもよい。また、所望形状よりも広域に金属層２を形成した後、エッチングによって、金属層２を所望の形状としてもよい。このように、セラミック基板１の、少なくとも第１面４または第２面５に金属層２を形成することにより、実装用基板１０を得ることができる。
また、金属層２の表面に対して、部分的もしくは全面にめっき処理を行なってもよい。このようにめっき処理を行なえば、金属層２が酸化腐蝕するのを抑制することができる。めっきの種類としては、公知のめっきであればよく、例えば、金めっき、銀めっきまたはニッケル−金めっき等が挙げられる。
また、本開示の電子装置２０は、上述した実装用基板１０における金属層２上に電子部品３を実装することにより得ることができる。
以下、本開示の実施例を具体的に説明するが、本開示では以下の実施例に限定されるものではない。
種々構成の異なる試料を作製し、熱伝導率および３点曲げ強度の測定を行なった。まず、原料として、平均粒径が１．０μｍである第１のアルミナ粉末と、平均粒径が０．５μｍである第２のアルミナ粉末と、安定化剤成分であるイットリアを３モル％含むジルコニア粉末と、平均粒径が０．５μｍである焼結助剤のシリカ粉末とを準備した。なお、このジルコニア粉末は、平均粒径が０．２μｍであり、ジルコニア１００質量部に対して、２質量部のハフニアを含む。
そして、第１のアルミナ粉末と第２のアルミナ粉末とを質量比が表１に示す値となるように、かつ、セラミック基板において、アルミナと、ジルコニア類との質量比が、９２：８となるように秤量した。なお、焼結助剤成分の添加量は、アルミナおよびジルコニア類の合計１００質量部に対して、０．５質量部とした。
次に、秤量した粉末、分散剤が添加された水、高純度のアルミナボールを回転ミルに入れて混合・粉砕することにより、スラリーを得た。ここで、分散剤の添加量を、秤量した粉末１００質量部に対して、０．０３質量部とした。
次に、スプレードライヤを用いてスラリーを噴霧間雄した造粒体を用いて、粉末プレス成形法により成形体を得た。そして、得られた成形体を、大気（酸化）雰囲気のローラー式トンネル炉を用いて、表１に示す焼成温度で焼成することにより、焼結体を得た。そして、得られた試料に研削加工することにより、直径が１０ｍｍ、厚みが２ｍｍの熱伝導率測定用試料と、幅が４ｍｍ、厚みが３ｍｍ、長さが３０ｍｍの３点曲げ強度測定用試料を得た。
そして、熱伝導率測定用試料を用いてアルキメデス法で密度を求めた後、ＪＩＳ Ｒ１６１１−２０１０に準拠したレーザーフラッシュ法によって熱伝導率を求めた。
また、３点曲げ強度測定用試料を用いて、ＪＩＳ Ｒ １６０１−２００８に準拠して３点曲げ強度を求めた。
また、各試料の一部を用いて、ＩＣＰで測定して酸化物に換算することにより、アルミナ、安定化剤成分、ハフニア、ジルコニア、焼結助剤成分の含有量を求めた。そして、アルミナの質量Ａとジルコニア類の質量Ｂとの質量合計を分母とし、質量Ａの質量比は、（質量Ａ／（質量Ａ＋質量Ｂ））×１００、質量Ｂの質量比は、（質量Ｂ／（質量Ａ＋質量Ｂ））×１００で求めたところ、いずれの試料も質量Ａと質量Ｂとの質量比は、９２：８であった。
また、得られた試料の表面を鏡面加工し、焼成温度から７０℃低い温度で熱処理を行なった。そして、熱処理した面を測定面として、ＳＥＭを用いて５０００倍の倍率で撮影し、撮影した画像データを画像解析ソフトを用いて解析することにより、アルミナおよびジルコニアの平均結晶粒径を算出した。結果を表１に示す。
Figure 2016208766
表１に示すように、アルミナの平均結晶粒径が１．０μｍ以上１．５μｍ以下、ジルコニアの平均結晶粒径が０．３μｍ以上０．５μｍ以下の少なくともいずれかを満たさない試料Ｎｏ．１，２，８は、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ未満または３点曲げ強度が６００ＭＰａ未満であった。これに対し、試料Ｎｏ．３〜７は、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ３点曲げ強度が６００ＭＰａ以上であり、アルミナの平均結晶粒径が１．０μｍ以上１．５μｍ以下であり、ジルコニアの平均結晶粒径が０．３μｍ以上０．５μｍ以下であることにより、高い熱伝導率と高い機械的強度とを兼ね備えるものとなることがわかった。
また、アルミナの平均結晶粒径は、１．２μｍ以上１．４μｍ以下であることが好適であるとわかった。
質量Ａと質量Ｂとの質量比の異なる試料を作製し、熱伝導率および３点曲げ強度の測定を行なった。なお、質量Ａと質量Ｂとの質量比を表２に示す値となるようにしたこと以外は、実施例１に示す試料Ｎｏ．５と同様の方法により、各試料を作製した。試料Ｎｏ．１３は、試料Ｎｏ．５と同じ試料である。
そして、実施例１と同様の方法により、熱伝導率および３点曲げ強度の測定を行なった。また、質量Ａと質量Ｂとの質量比についても実施例１と同様の方法により求めた。結果を表２に示す。
Figure 2016208766
表２に示すように、アルミナの質量Ａの質量比が８９未満（ジルコニア類の質量Ｂの質量比が１１を超える）である試料Ｎｏ．９は、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であった。また、アルミナの質量Ａの質量比が９４を超える（ジルコニア類の質量Ｂの質量比が７未満）試料Ｎｏ．１５は、３点曲げ強度が６００ＭＰａ未満であった。これに対し、試料Ｎｏ．１０〜１４は、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ３点曲げ強度が６００ＭＰａ以上であり、質量Ａと質量Ｂとの質量比が、８９：１１〜９３：７であることにより、高い熱伝導率と高い機械的強度とを兼ね備えるものとなることがわかった。
第１のアルミナ粉末と第２のアルミナ粉末との質量比の異なる試料を作製し、熱伝導率および３点曲げ強度の測定を行なった。なお、第１のアルミナ粉末と第２のアルミナ粉末との質量比を表３に示す値となるようにしたこと以外は、実施例１に示す試料Ｎｏ．５と同様の方法により、各試料を作製した。試料Ｎｏ．１８は、試料Ｎｏ．５と同じ試料である。
そして、実施例１と同様の方法により、熱伝導率および３点曲げ強度の測定を行なった。結果を表３に示す。
Figure 2016208766
表３に示す結果より、アルミナの結晶粒径の標準偏差を０．７以下とするには、第１のアルミナ粉末と第２のアルミナ粉末とを質量比で５０：５０〜７０：３０の範囲とすればよく、この範囲とすることにより、高い熱伝導率と高い機械的強度とを兼ね備えるものとなることがわかった。
ジルコニアの結晶における単斜晶の割合を異ならせるために、表面処理を行なった試料を作製し、３点曲げ強度の測定を行なった。なお、表４に示す単結晶割合（ジルコニアの結晶における単斜晶の割合）となるように、焼結体の表面に対して、市販のジェットブラスト装置を用いてブラスト処理を行なったこと以外は、実施例１に示す試料Ｎｏ．５と同様の方法により、各試料を作製した。試料Ｎｏ．２１は、試料Ｎｏ．５と同じ試料である。
ここで、各試料の単斜晶割合については、各試料の表面に対してＸＲＤで測定を行ない、得られたＸ線回折強度から以下の計算式で求めた。
単斜晶割合（％）＝（Ｉｍ１＋Ｉｍ２）／（Ｉｍ１＋Ｉｍ２＋Ｉｔ＋Ｉｃ）
Ｉｔ ：正方晶（１１１）面のＸ線回折強度
Ｉｃ ：立方晶（１１１）面のＸ線回折強度
Ｉｍ１：単斜晶（１１１）面のＸ線回折強度
Ｉｍ２：単斜晶（１１−１）面のＸ線回折強度
そして、実施例１と同様の方法により、３点曲げ強度の測定を行なった。結果を表４に示す。
Figure 2016208766
表４に示す結果より、試料Ｎｏ．２２〜２４は、３点曲げ強度が６５０ＭＰａ以上であり、ジルコニアの結晶における単斜晶割合が３．０％以上６．０％以下であることにより、より高い機械的強度を有するものとなることがわかった。
分散剤の添加量が異なる試料を作製し、３点曲げ強度の測定を行なった。なお、分散剤の添加量を表５に示す値となるようにしたこと以外は、実施例４に示す試料Ｎｏ．２３と同様の方法により、各試料を作製した。試料Ｎｏ．３０は、試料Ｎｏ．２３と同じ試料である。なお、分散剤の添加量を、秤量した粉末１００質量部に対して、０．２０質量部よりも多くしても、平均重心間距離は１．８μｍより小さくならず、変わらなかった。
ここで、各試料の隣り合うジルコニアの結晶の重心間距離の平均値については、実施例１で平均結晶粒径を求めたときと同様の方法で画像データを取得し、この画像データを画像解析ソフト「Ａ像くん」の重心間距離法という手法を用いて解析することで、算出した。なお、解析条件としては、粒子の明度を「明」、２値化の方法を「手動」、小図形除去を「０．０５μｍ」、閾値を「２２０」とした。
そして、実施例１と同様の方法により、３点曲げ強度の測定を行なった。結果を表５に示す。なお、表５においては、「隣り合うジルコニアの結晶の重心間距離の平均値」を「平均重心間距離」として表記している。
Figure 2016208766
表５に示すように、試料Ｎｏ．２６〜２９は、３点曲げ強度が６８０ＭＰａ以上であり、隣り合うジルコニアの結晶は、重心間距離の平均値が１．８μｍ以上３．２μｍ以下であることにより、機械的強度のばらつきが抑制されたものなることがわかたった。
そして、本開示の実装用基板は、高い熱伝導率と高い機械的強度とを兼ね備える本開示のセラミック基板と、金属層とを備える。よって、本開示の実装用基板は、高出力の電子部品の実装を可能とするとともに、セラミック基板が有する高い機械的強度により、長期間に亘る使用に耐え得るものであることがわかった。また、本開示の電子装置は、本開示の実装用基板に電子部品を搭載したものである。よって、本開示の電子装置は、電子部品が有する特性を十分に発揮することができるとともに、長期間に亘る使用が可能であることから、高い信頼性を有するものであることがわかった。
１：セラミック基板
２：金属層
３：電子部品
４：第１面
５：第２面
１０：実装用基板
２０：電子装置

Claims (7)

  1. アルミナの結晶と、
    ジルコニアの結晶とを含み、
    アルミナの質量Ａと、
    安定化剤成分、ハフニアおよびジルコニアを含む質量Ｂとの質量比が、８９：１１〜９３：７であり、
    前記アルミナの平均結晶粒径が１．０μｍ以上１．５μｍ以下であり、前記ジルコニアの平均結晶粒径が０．３μｍ以上０．５μｍ以下であるセラミック基板。
  2. 前記アルミナの平均結晶粒径が、１．２μｍ以上１．４μｍ以下である請求項１に記載のセラミック基板。
  3. 前記アルミナの結晶粒径の標準偏差が、０．７以下である請求項１または請求項２に記載のセラミック基板。
  4. 前記ジルコニアの結晶における単斜晶の割合が、３．０％以上６．０％以下である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセラミック基板。
  5. 隣り合う前記ジルコニアの結晶は、重心間距離の平均値が１．８μｍ以上３．２μｍ以下である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセラミック基板。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のセラミック基板と、該セラミック基板上に位置する金属層とを備える実装用基板。
  7. 請求項６に記載の実装用基板と、該実装用基板における前記金属層上に位置する電子部品とを備える電子装置。
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