JP5321066B2 - セラミック組成物およびセラミック基板 - Google Patents

Description

この発明は、セラミック組成物およびセラミック組成物を用いて構成されるセラミック基板に関するものである。

この発明にとって興味あるセラミック組成物として、たとえば、特開２００２−１７３３６２号公報（特許文献１）に記載のものがある。この特許文献１に記載のセラミック組成物は、具体的には、Ｓｉ成分をＳｉＯ_２に換算して３５．０〜６５．０重量％、Ｂａ成分をＢａＣＯ_３に換算して２０．０〜５０．０重量％、Ｍｎ成分をＭｎＣＯ_３に換算して５．０〜３５．０重量％、Ａｌ成分をＡｌ_２Ｏ_３に換算して３．０〜１０．０重量％、Ｃｒ成分をＣｒ_２Ｏ_３に換算して０．３〜３．０重量％、およびＣａ成分をＣａＣＯ_３に換算して０．３〜３．０重量％含み、Ｂ_２Ｏ_３すなわちＢ成分を含まない。

上記Ｂ成分は焼成時に飛散しやすいため、これを含むセラミック組成物の場合には、雰囲気を閉じることができる容器状のさやに入れて焼成しなければならず、したがって、さやの寸法および形状の精度のばらつきにより、さやの内外を連通させる隙間の大きさが変動し、その結果、焼成後のセラミック組成物の組成にばらつきが生じることがあるが、上記特許文献１に記載のセラミック組成物では、このような問題に遭遇しない。

他方、上述の特許文献１に記載されたセラミック組成物によれば、飛散しやすいＢ成分の代わりにＭｎ成分を含有させているので、容器状のさやに入れての焼成が強いられることがなく、セッターと呼ばれる単なる棚板上での焼成が可能となる。

しかしながら、特許文献１に記載のセラミック組成物では、得られた焼結体の曲げ強度が１５０〜２００ＭＰａ程度であり、強度が十分でない。また、マイクロ波帯（たとえば、３ＧＨｚ）でのＱ値が十分でなく、高いＱ×ｆ値が得られない。
特開２００２−１７３３６２号公報

そこで、この発明の目的は、上述した問題を解決し得るセラミック組成物を提供しようとすることである。

この発明の他の目的は、上記セラミック組成物を用いて構成されるセラミック基板を提供しようとすることである。

この発明に係るセラミック組成物は、上述した技術的課題を解決するため、
（１）Ｓｉ成分をＳｉＯ_２に換算して４７．０〜６７．０重量％、Ｂａ成分をＢａＯに換算して２１．０〜４１．０重量％、およびＡｌ成分をＡｌ_２Ｏ_３に換算して１０．０〜１８．０重量％含むとともに、
（２）ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分および前記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、第１添加物としてのＣｅ成分をＣｅＯ_２に換算して１．０〜５．０重量部、
（３）ＳｉＯ_２、ＢａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３およびＣｅＯ_２にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分、前記Ａｌ成分および前記第１添加物の合計１００重量部に対して、第２添加物としてのＭｎ成分をＭｎＯに換算して２．５〜５．５重量部、
（４）ＳｉＯ _２ 、ＢａＯおよびＡｌ _２ Ｏ _３ にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分および前記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、第３添加物としてのＺｒ成分、Ｔｉ成分、Ｚｎ成分、Ｎｂ成分、Ｍｇ成分およびＦｅ成分の少なくとも１種を、それぞれ、ＺｒＯ _２ 、ＴｉＯ _２ 、ＺｎＯ、Ｎｂ _２ Ｏ _５ 、ＭｇＯおよびＦｅ _２ Ｏ _３ に換算して、０．１〜５．０重量部含み、かつ、
（５）Ｃｒを実質的に含まないことを特徴としている。

この発明に係るセラミック組成物は、さらに、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分および前記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、第４添加物としてのＣｏ成分および／またはＶ成分を、それぞれ、ＣｏＯおよびＶ_２Ｏ_５に換算して、０．１〜５．０重量部含むことが好ましい。

この発明に係るセラミック組成物は、より限定的に、前記Ａｌ成分をＡｌ_２Ｏ_３に換算して１５．０〜１７．０重量％含み、かつ、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分および前記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、前記第３添加物を、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯおよびＮｂ_２Ｏ_５の各々に換算して、０．５〜２．０重量部含むことが好ましい。

この発明に係るセラミック組成物は、他の実施態様では、より限定的に、前記Ｓｉ成分をＳｉＯ_２に換算して４７．０〜５７．０重量％含み、前記Ａｌ成分をＡｌ_２Ｏ_３に換算して１０．０〜１５．０重量％含み、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分および前記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、前記第３添加物を、前記Ｚｒ成分の場合はＺｒＯ_２に換算して２．０〜４．０重量部、前記Ｔｉ成分の場合はＴｉＯ_２に換算して０．１〜２．０重量部、前記Ｚｎ成分および前記Ｎｂ成分の各場合はＺｎＯおよびＮｂ_２Ｏ_５の各々に換算して０．１〜５．０重量部含むことが好ましい。

この発明に係るセラミック組成物は、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ａｌ成分およびＣｅ成分を仮焼してなる仮焼粉と、仮焼していないＭｎ成分とを混合してなるものであることが好ましい。

この発明は、また、上述したこの発明に係るセラミック組成物を焼結させてなるセラミック層を備える、セラミック基板にも向けられる。

この発明に係るセラミック基板は、複数のセラミック層を積層してなる積層体を備え、積層体の表面および／または内部に所定の導体パターンを有することが好ましい。

上述の導体パターンは、金、銀または銅を主成分とすることが好ましい。

この発明は、所定の熱膨張係数α１を有する第１および第２の表層セラミック部と、上記熱膨張係数α１よりも大きい熱膨張係数α２を有しかつ第１および第２の表層セラミック部の間に位置される内層セラミック部とを備える積層構造を有する、といった特定的な構成のセラミック基板にも向けられる。このようなセラミック基板において、第１および第２の表層セラミック部ならびに内層セラミック部のいずれもが、この発明に係るセラミック組成物の焼結体から構成されることを特徴としている。

この発明に係るセラミック組成物を焼成して得られた焼結体、具体的には、この発明に係るセラミック組成物を焼結させてなるセラミック層を備える、セラミック基板によれば、特許文献１に記載のものに比べて、高い曲げ強度を得ることができる。すなわち、特許文献１に記載のものでは１５０〜２００ＭＰａ程度であった曲げ強度を、たとえば２３０ＭＰａ以上に向上させることができる。これは、この発明に係るセラミック組成物に含まれるＡｌ成分が、特許文献１に記載のものより多いためであると考えられる。

また、この発明に係るセラミック組成物によれば、Ｃｒを実質的に含まないので、マイクロ波帯でのＱ値低下を抑制し、たとえば、３ＧＨｚで１０００以上のＱ×ｆ値を得ることができる。

また、この発明に係るセラミック組成物によれば、特許文献１に記載のものと同様、実質的にＢ成分を含まない構成とすることができるので、焼成にあたって容器状のさやを用いる必要がなく、単なる棚板上での焼成が可能である。したがって、容器状のさやの精度ばらつきにより、焼成後のセラミック焼結体の組成がばらつくといった問題に遭遇することはない。さらに、高温、高湿などの耐環境性が向上し、めっき液への溶出を抑制できるといった耐薬品性も向上させることができる。

この発明に係るセラミック組成物において、前述した第４添加物を含むと、焼結体の曲げ強度をより向上させることができる。

この発明に係るセラミック組成物において、Ａｌ成分をＡｌ_２Ｏ_３に換算して１５．０〜１７．０重量％含み、かつ、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算してのＳｉ成分、Ｂａ成分およびＡｌ成分の合計１００重量部に対して、第３添加物を、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯおよびＮｂ_２Ｏ_５の各々に換算して、０．５〜２．０重量部含むというように、より限定的な組成に選ばれると、３ＧＨｚで１０００以上のＱ×ｆ値が維持されながら、２８０ＭＰａ以上の曲げ強度を得ることができる。

この発明に係るセラミック組成物において、Ｓｉ成分をＳｉＯ_２に換算して４７．０〜５７．０重量％含み、Ａｌ成分をＡｌ_２Ｏ_３に換算して１０．０〜１５．０重量％含み、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算してのＳｉ成分、Ｂａ成分およびＡｌ成分の合計１００重量部に対して、第３添加物を、Ｚｒ成分の場合はＺｒＯ_２に換算して２．０〜４．０重量部、Ｔｉ成分の場合はＴｉＯ_２に換算して０．１〜２．０重量部、Ｚｎ成分およびＮｂ成分の各場合はＺｎＯおよびＮｂ_２Ｏ_５の各々に換算して０．１〜５．０重量部含むというように、より限定的な組成に選ばれると、２３０ＭＰａ以上の曲げ強度が維持されながら、３ＧＨｚで１２００以上のＱ×ｆ値を得ることができる。

この発明に係るセラミック基板において、導体パターンを有し、導体パターンが、金、銀または銅を主成分とするとき、この発明に係るセラミック組成物との同時焼成が可能であるばかりでなく、導体パターンの電気抵抗を低くすることができ、導体パターンの電気抵抗に起因する挿入損失を低減することができる。

この発明に係るセラミック基板が、所定の熱膨張係数α１およびα２をそれぞれ有する第１および第２の表層セラミック部ならびに内層セラミック部を備える積層構造を有するとき、その製造のための焼成後の冷却過程において、第１および第２の表層セラミック部の各々に内層セラミック部からの圧縮応力がもたらされるので、セラミック基板の抗折強度を向上させることができる。そして、第１および第２の表層セラミック部ならびに内層セラミック部のいずれもが、この発明に係るセラミック組成物の焼結体から構成されるので、前述した利点がそのまま、当該セラミック基板においても保有される。

この発明に係るセラミック組成物を製造するため、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ａｌ成分およびＣｅ成分を仮焼してなる仮焼粉を得てから、仮焼していないＭｎ成分を上記仮焼粉に添加するようにすると、仮焼粉の粒径を微小化することができる。したがって、仮焼粉の粉砕工程を簡略化することができるとともに、これを用いて作製されるセラミックグリーン層の薄層化を容易に進めることができる。これは、仮焼時にＭｎ成分が存在していると、仮焼合成が促進されるが、仮焼時にＭｎ成分が存在しないと、仮焼合成の反応が抑制されるためである。

また、仮焼時にＭｎ成分が存在していると、Ｍｎの酸化反応（Ｍｎ^2＋→Ｍｎ^3＋）が起こるため、仮焼粉の色がこげ茶色になる傾向がある。したがって、このような仮焼粉を用いてセラミックグリーン層を作製した場合、このセラミックグリーン層の色彩がたとえばＣｕ電極の色彩と類似することになり、画像認識工程において不具合が生じることがある。しかしながら、上述のように、仮焼時にＭｎ成分が存在しないようにすると、クリーム色のセラミックグリーン層を得ることができ、そのため、上記のような不具合を有利に回避することができる。

この発明に係るセラミック組成物を用いて構成される第１の実施形態による多層セラミック基板１を図解的に示す断面図である。 この発明に係るセラミック組成物を用いて構成される第２の実施形態によるセラミック基板２１を図解的に示す断面図である。

符号の説明

１ 多層セラミック基板
２ セラミック層
３ 積層体
４，５ 外部導体膜
６ 内部導体膜
７ ビアホール導体
２１ セラミック基板
２２，２３ 表層セラミック部
２４ 内層セラミック部

図１は、この発明に係るセラミック組成物を用いて製造されるセラミック基板の一例としての多層セラミック基板１を図解的に示す断面図である。

多層セラミック基板１は、積層された複数のセラミック層２をもって構成される積層体３を備えている。この積層体３において、セラミック層２の特定のものに関連して種々の導体パターンが設けられている。

上述した導体パターンとしては、積層体３の積層方向における端面上に形成されるいくつかの外部導体膜４および５、セラミック層２の間の特定の界面に沿って形成されるいくつかの内部導体膜６、ならびにセラミック層２の特定のものを貫通するように形成されるいくつかのビアホール導体７等がある。

上述した外部導体膜４は、積層体３の外表面上に搭載されるべき電子部品８および９への接続のために用いられる。図１では、たとえば半導体デバイスのように、バンプ電極１０を備える電子部品８、およびたとえばチップコンデンサのように面状の端子電極１１を備える電子部品９が図示されている。

また、外部導体膜５は、この多層セラミック基板１を実装するマザーボード（図示せず。）への接続のために用いられる。

このような多層セラミック基板１に備える積層体３は、セラミック層２となるべき複数の積層されたセラミックグリーン層と、導電性ペーストによって形成された内部導体膜６およびビアホール導体７とを備え、場合によっては、導電性ペーストによって形成された外部導体膜４および５をさらに備える、生の積層体を焼成することによって得られるものである。

上述した生の積層体におけるセラミックグリーン層の積層構造は、典型的には、セラミックスラリーを成形して得られた複数枚のセラミックグリーンシートを積層することによって与えられ、導体パターン、特に内部の導体パターンは、積層前のセラミックグリーンシートに設けられる。

セラミックスラリーは、後述するようなこの発明において特徴となる組成を有するセラミック組成物に、ポリビニルブチラールのような有機バインダと、トルエンおよびイソプロピルアルコールのような溶剤と、ジ−ｎ−ブチルフタレートのような可塑剤と、その他、必要に応じて、分散剤等の添加物とを加えてスラリー化することによって、得ることができる。

セラミックスラリーを用いてセラミックグリーンシートを得るための成形にあたっては、たとえば、ポリエチレンテレフタレートのような有機樹脂からなるキャリアフィルム上で、ドクターブレード法を適用して、セラミックスラリーをシート状に成形することが行なわれる。

導体パターンをセラミックグリーンシートに設けるにあたっては、たとえば、金、銀または銅を導電成分の主成分として含む導電性ペーストが用いられ、セラミックグリーンシートにビアホール導体７のための貫通孔が設けられ、貫通孔に導電性ペーストが充填されるとともに、内部導体膜６のための導電性ペースト膜、ならびに必要に応じて外部導体膜４および５のための導電性ペースト膜がたとえばスクリーン印刷法によって形成される。

このようなセラミックグリーンシートは、所定の順序で積層され、積層方向に、たとえば１０００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力をもって圧着されることによって、生の積層体が得られる。

この生の積層体には、図示しないが、他の電子部品を収容するためのキャビティや、電子部品８および９等を覆うカバーを固定するための接合部分が設けられてもよい。

生の積層体は、セラミックグリーン層に含まれるセラミック組成物が焼結可能な温度以上、たとえば９００℃以上であって、導体パターンに含まれる金属の融点以下、たとえば銅または金であれば、１０３０℃以下の温度域で焼成される。

また、導体パターンに含まれる金属が銅である場合、焼成は、窒素雰囲気のような非酸化性雰囲気中で行なわれ、９００℃以下の温度で脱バインダを完了させ、また、降温時には、酸素分圧を低くして、焼成完了時に銅が実質的に酸化しないようにされる。

焼成温度がたとえば９８０℃以上であるならば、導体パターンに含まれる金属として、銀を用いることができないが、パラジウムが２０重量％以上のＡｇ−Ｐｄ系合金を用いることができる。この場合には、焼成を空気中で実施することができる。

焼成温度がたとえば９５０℃以下であるならば、導体パターンに含まれる金属として、銀を用いることができる。

以上のように、焼成工程を終えたとき、図１に示した積層体３が得られる。

その後、必要に応じて、外部導体膜４および５が形成され、電子部品８および９が実装され、それによって、図１に示した多層セラミック基板１が完成される。

なお、この発明は、上述したような積層構造を有する積層体を備える多層セラミック基板に限らず、単に１つのセラミック層を備える単層構造のセラミック基板にも適用することができる。

前述したセラミックスラリーに含まれるセラミック組成物として、
（１）Ｓｉ成分をＳｉＯ_２に換算して４７．０〜６７．０重量％、Ｂａ成分をＢａＯに換算して２１．０〜４１．０重量％、およびＡｌ成分をＡｌ_２Ｏ_３に換算して１０．０〜１８．０重量％含むとともに、
（２）ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分および前記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、第１添加物としてのＣｅ成分をＣｅＯ_２に換算して１．０〜５．０重量部含み、
（３）ＳｉＯ_２、ＢａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３およびＣｅＯ_２にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分、前記Ａｌ成分および前記第１添加物の合計１００重量部に対して、第２添加物としてのＭｎ成分をＭｎＯに換算して２．５〜５．５重量部含み、さらに、
（４）ＳｉＯ _２ 、ＢａＯおよびＡｌ _２ Ｏ _３ にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分および前記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、第３添加物としてのＺｒ成分、Ｔｉ成分、Ｚｎ成分、Ｎｂ成分、Ｍｇ成分およびＦｅ成分の少なくとも１種を、それぞれ、ＺｒＯ _２ 、ＴｉＯ _２ 、ＺｎＯ、Ｎｂ _２ Ｏ _５ 、ＭｇＯおよびＦｅ _２ Ｏ _３ に換算して、０．１〜５．０重量部含み、かつ、
（５）Ｃｒを実質的に含まないものが用いられる。

また、焼結体すなわち前述したセラミック層２を備える積層体３の曲げ強度をさらに高めるためには、さらに第４添加物としてのＣｏ成分および／またはＶ成分を、それぞれ、ＣｏＯおよびＶ_２Ｏ_５に換算して、０．１〜５．０重量部含むものが用いられる。なお、これらの第４添加物は着色料としても機能する。

また、焼結体すなわち前述したセラミック層２を備える積層体３の曲げ強度をより高めるためには、セラミック組成物として、より限定的に、上記Ａｌ成分をＡｌ_２Ｏ_３に換算して１５．０〜１７．０重量％含み、かつ、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算しての上記Ｓｉ成分、上記Ｂａ成分および上記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、上記第３添加物を、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯおよびＮｂ_２Ｏ_５の各々に換算して、０．５〜２．０重量部含むものが用いられる。

また、Ｑ値を向上させるためには、セラミック組成物として、より限定的に、上記Ｓｉ成分をＳｉＯ_２に換算して４７．０〜５７．０重量％含み、上記Ａｌ成分をＡｌ_２Ｏ_３に換算して１０．０〜１５．０重量％含み、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算しての上記Ｓｉ成分、上記Ｂａ成分および上記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、上記第３添加物を、上記Ｚｒ成分の場合はＺｒＯ_２に換算して２．０〜４．０重量部、上記Ｔｉ成分の場合はＴｉＯ_２に換算して０．１〜２．０重量部、上記Ｚｎ成分および上記Ｎｂ成分の各場合はＺｎＯおよびＮｂ_２Ｏ_５の各々に換算して０．１〜５．０重量部含むものが用いられる。

この発明に係るセラミック組成物は、上述のように出発成分としてガラスを含まず、焼成後にはガラスを含むものであってもよい。このような構成にすると、高価であるガラスを用いることなく、安定した低温焼成セラミック基板を作製することができる。また、この発明に係るセラミック組成物は、アルカリ金属を含まないものであってもよい。このような構成とすると、高温、高湿などに対する耐環境性が向上し、めっき液への溶出を抑制できるといった耐薬品性をも向上させることができる。

このセラミック組成物は、Ｂ（ホウ素）を実質的に含んでいないことが好ましい。Ｂ（たとえばＢ_２Ｏ_３）を原料成分として含んでいる場合、Ｂは焼成時に揮発しやすい成分であるため、焼結体の組成、ひいてはその特性がばらつく原因になることがある。このセラミック組成物はＢを実質的に含んでいないので、焼成ばらつきが少なく、特性の安定した焼結体（セラミック基板）を効率良く得ることができる。

以上のような組成を有するセラミック組成物は、好ましくは、
（１）前述した組成比率をもって、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ａｌ成分およびＣｅ成分を混合した混合物を仮焼し、それによって仮焼粉を作製する工程と、
（２）上記仮焼粉に、Ｍｎ成分を添加する工程と
を経て製造される。

また、上述のようなセラミック組成物を含むセラミックグリーン層は、好ましくは、
（１）前述した組成比率をもって、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ａｌ成分およびＣｅ成分を混合した混合物を仮焼し、それによって仮焼粉を作製する工程と、
（２）上記仮焼粉に、ＭｎＣＯ_３ を添加するとともに、有機バインダを添加し、それによってセラミックスラリーを作製する工程と、
（３）前記セラミックスラリーを成形し、それによってセラミックグリーン層を形成する工程と
を経て製造される。

上述のように、セラミック組成物またはセラミックグリーン層を製造するにあたって、Ｓｉ成分、Ｂａ成分、Ａｌ成分およびＣｅ成分を仮焼してなる仮焼粉を得てから、仮焼していないＭｎ成分を上記仮焼粉に添加するようにすれば、仮焼時に仮焼合成の反応が抑制されるため、仮焼粉の粒径を微小化することができる。したがって、仮焼粉の粉砕工程を簡略化することができるとともに、これを用いて作製されるセラミックグリーン層の薄層化を容易に進めることができる。

また、仮焼粉の色がこげ茶色に変色することを防止でき、したがって、このような仮焼粉を用いて作製されたセラミックグリーン層の画像認識性を向上させることができる。

なお、セラミック組成物には、さらに、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＣＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯおよびＶ_２Ｏ_５の少なくとも１種を添加してもよい。この場合、上記添加物を、ＳｉＯ_２、ＢａＣＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３およびＣｅＯ_２と混合し、仮焼することによって、仮焼粉を作製してから、この仮焼粉とＭｎＣＯ_３とを混合する、あるいは、この仮焼粉とＭｎＣＯ_３と有機バインダとを混合してセラミックスラリーを作製してセラミックグリーン層を形成することにより、上記効果を得ることができる。

次に、この発明による効果を確認するために実施した実験例について説明する。

［実験例１］
まず、出発原料として、いずれも粒径２．０μｍ以下のＳｉＯ_２、ＢａＣＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＭｎＣＯ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯおよびＮｂ_２Ｏ_５の各粉末を準備した。次に、これら出発原料粉末を、焼成後に表１に示す組成比率となるように秤量し、湿式混合粉砕した後、乾燥し、得られた混合物を８００〜１０００℃で１〜３時間仮焼して原料粉末を得た。上記ＢａＣＯ_３は、焼成後に、ＢａＯになり、上記ＭｎＣＯ_３は、焼成後に、ＭｎＯになるものである。

表１において、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３は、「重量％」を単位として示され、これらの合計は、１００重量％である。他方、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５およびＭｎＯは、「重量部」を単位として示されている。そして、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯおよびＮｂ_２Ｏ_５については、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３の合計１００重量部に対する重量比率で示され、ＭｎＯについては、ＳｉＯ_２、ＢａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３およびＣｅＯ_２の合計１００重量部に対する重量比率で示されている。

次に、上述の各試料に係る原料粉末に、適当量の有機バインダ、分散剤および可塑剤を加えて、セラミックスラリーを作製し、次いで、スラリー中の粉末粒径が１．５μｍ以下となるように混合粉砕した。

次に、セラミックスラリーを、ドクターブレード法によってシート状に成形し、乾燥し、適当な大きさにカットして、厚さ５０μｍのセラミックグリーンシートを得た。

次に、得られたセラミックグリーンシートを所定の大きさにカットした後、積層し、次いで、温度６０〜８０℃および圧力１０００〜１５００ｋｇ／ｃｍ^２の条件で熱圧着し、生の積層体を得た。

次に、生の積層体を、窒素−水素の非酸化性雰囲気中において９００〜１０００℃の温度で焼成し、板状のセラミック焼結体試料を得た。

次に、得られた試料について、摂動法により、３ＧＨｚにおける比誘電率ε_ｒおよびＱを測定し、Ｑについては、これに共振周波数ｆを乗じたＱ×ｆ値を求めた。また、ＤＣ１００Ｖでの絶縁抵抗（ρ）を測定し、ｌｏｇρを求めた。さらに、３点曲げ強度試験（ＪＩＳ−Ｒ１０６１）によって曲げ強度を測定した。

これらの評価結果が表２に示されている。

表２および前掲の表１において、この発明の範囲から外れた試料については、試料番号に＊を付している。また、表２には、この発明の範囲から外れた試料について、この発明の範囲から外れる原因となった評価結果にも、＊が付されている。なお、試料９については、表２において、いずれの評価結果にも＊が付されていないが、表１に示したＢａＯが２０重量％となっている点でこの発明の範囲から外れたものである。また、試料２６については、表２において、いずれの評価結果にも＊が付されていないが、表１に示したＺｒＯ _２ 、ＴｉＯ _２ 、ＺｎＯ、およびＮｂ _２ Ｏ _５ のいずれもが含まれていない点でこの発明の範囲から外れたものである。さらに、試料３１、試料３７、試料４３および試料４９については、表２において、いずれの評価結果にも＊が付されていないが、表１に示したＺｒＯ _２ 、ＴｉＯ _２ 、ＺｎＯ、およびＮｂ _２ Ｏ _５ の少なくとも１種が５．０重量部を超えて含まれている点でこの発明の範囲から外れたものである。

表１および表２を参照して、
（１）ＳｉＯ_２が４７．０〜６７．０重量％、ＢａＯが２１．０〜４１．０重量％、およびＡｌ_２Ｏ_３が１０．０〜１８．０重量％であるとともに、
（２）ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３の合計１００重量部に対して、第１添加物としてのＣｅＯ_２が１．０〜５．０重量部であり、さらに、
（３）ＳｉＯ_２、ＢａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３およびＣｅＯ_２の合計１００重量部に対して、第２添加物としてのＭｎＯが２．５〜５．５重量部であり、かつ、
（４）Ｃｒを含まない
という条件を満たす、試料２〜６、１０、１４〜１７、２１〜２４、２６〜４９、５１〜５３、および５５〜５７は、２３０ＭＰａ以上の優れた曲げ強度を示し、かつＱ×ｆ値についても、１０００以上の値を示している。

上記の試料のうち、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３の合計１００重量部に対して、第３添加物としてＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯおよびＮｂ_２Ｏ_５の少なくとも１種を０．１〜５重量部含む試料２〜６、１０、１４〜１７、２１〜２４、２７〜３０、３２〜３６、３８〜４２、４４〜４８、５１〜５３、および５５〜５７については、この発明の範囲内にあり、２４０ＭＰａ以上の優れた曲げ強度を示す。

第３添加物を含んでいなくても、２３０ＭＰａ以上の優れた曲げ強度を示し、かつＱ×ｆ値についても、１０００以上の値を示すが、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯおよびＮｂ_２Ｏ_５の少なくとも１種を含んでいると、焼結性が向上して、Ｑ値が向上し、特に、その範囲が０．１〜５重量％であると、曲げ強度が２４０ＭＰａ以上となる。ただし、試料３１、３７、４３および４９のように、５重量％を超えて含むと、曲げ強度が向上しない傾向がある。

上記のこの発明の範囲内の試料のうち、Ａｌ_２Ｏ_３が１５．０〜１７．０重量％であり、かつ、第３添加物としてのＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯおよびＮｂ_２Ｏ_５のいずれか１種が０．５〜２．０重量部である、というより限定的な条件を満たす、試料１５、および１６については、２８０ＭＰａ以上の曲げ強度が得られ、より好ましい結果を与えている。

また、この発明の範囲内の試料のうち、ＳｉＯ_２が４７．０〜５７．０重量％であり、かつＡｌ_２Ｏ_３が１０．０〜１５．０重量％であるとともに、第３添加物として、ＺｒＯ_２を含む場合には、これが２．０〜４．０重量部であり、ＴｉＯ_２を含む場合には、これが０．１〜２．０重量部であり、ＺｎＯを含む場合には、これが０．１〜５．０重量部であり、Ｎｂ_２Ｏ_５を含む場合には、これが０．１〜５．０重量部である、というより限定的な条件を満たす、試料２８、２９、３２〜３４、３８〜４２、および４４〜４８については、１２００以上のＱ×ｆ値が得られ、より好ましい結果を与えている。

これらに対して、試料１のように、ＳｉＯ_２が４７．０重量％未満であると、曲げ強度が２３０ＭＰａ未満となる。他方、試料７のように、ＳｉＯ_２が６７．０重量％を超えると、Ｑ×ｆ値が１０００未満となる。

また、試料８のように、ＢａＯが２１．０重量％未満であると、１０００℃以下の焼成温度では焼結しない。他方、試料１１のように、ＢａＯが４１．０重量％を超えると、曲げ強度が２３０ＭＰａ未満となる。

また、試料１２および１３のように、Ａｌ_２Ｏ_３が１０．０重量％未満になると、曲げ強度が２３０ＭＰａ未満となる。他方、試料１８のように、Ａｌ_２Ｏ_３が１７．０重量％を超えると、１０００℃以下の焼成温度では焼結しない。

また、試料１９のように、ＣｅＯ_２を含まないと、１０００℃以下の焼成温度では焼結せず、試料２０のように、ＣｅＯ_２をたとえ含んでも、それが１．０重量部未満であると、曲げ強度が２３０ＭＰａ未満となる。他方、試料２５のように、ＣｅＯ_２が５．０重量部を超えると、Ｑ×ｆ値が１０００未満となり、曲げ強度が２３０ＭＰａ未満となる。

また、試料５０のように、ＭｎＯが２．５重量部未満になると、１０００℃以下の焼成温度では焼結せず、他方、試料５４のように、ＭｎＯが５．５重量部を超えると、曲げ強度が２３０ＭＰａ未満となる。

［実験例２］
まず、出発原料として、いずれも粒径２．０μｍ以下のＳｉＯ_２、ＢａＣＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＭｎＣＯ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＣＯ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯおよびＶ_２Ｏ_５の各粉末を準備した。次に、これら出発原料粉末を、焼成後に表３に示す組成比率となるように秤量し、湿式混合粉砕した後、乾燥し、得られた混合物を８００〜１０００℃で１〜３時間仮焼して原料粉末を得た。上記ＢａＣＯ_３は、焼成後に、ＢａＯになり、上記ＭｇＣＯ_３は、焼成後に、ＭｇＯになるものである。

表３において、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３は、「重量％」を単位として示され、これらの合計は、１００重量％である。他方、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、Ｖ_２Ｏ_５およびＭｎＯは、「重量部」を単位として示されている。そして、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯおよびＶ_２Ｏ_５については、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３の合計１００重量部に対する重量比率で示され、ＭｎＯについては、ＳｉＯ_２、ＢａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３およびＣｅＯ_２の合計１００重量部に対する重量比率で示されている。

次に、実験例１の場合と同様の処理手順に従って、上述の各試料に係る原料粉末を用いて、セラミックスラリーを作製し、次いで、セラミックスラリーを、ドクターブレード法によってシート状に成形し、厚さ５０μｍのセラミックグリーンシートを得た。

次に、実験例１の場合と同様の要領によって、得られたセラミックグリーンシートから生の積層体を作製し、これを焼成し、板状のセラミック焼結体試料を得た。

次に、得られた試料について、実験例１の場合と同様の評価を行なった。その評価結果が表４に示されている。

表４および前掲の表３において、この発明の範囲から外れた試料については、試料番号に△を付している。

表３および表４を参照して、試料１０１〜１２４のすべてについて、
（１）ＳｉＯ_２が４７．０〜６７．０重量％、ＢａＯが２１．０〜４１．０重量％、およびＡｌ_２Ｏ_３が１０．０〜１８．０重量％であるとともに、
（２）ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３の合計１００重量部に対して、第１添加物としてのＣｅＯ_２が１．０〜５．０重量部であり、さらに、
（３）ＳｉＯ_２、ＢａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３およびＣｅＯ_２の合計１００重量部に対して、第２添加物としてのＭｎＯが２．５〜５．５重量部であり、かつ、
（４）Ｃｒを含まない
という条件を満たしている。これら試料１０１〜１２４は、２８０ＭＰａ以上の優れた曲げ強度を示し、かつＱ×ｆ値についても、１０００以上の値を示している。

上記の試料のうち、ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３の合計１００重量部に対して、第３添加物としてＺｒＯ_２、ＭｇＯおよびＦｅ_２Ｏ_３の少なくとも１種を０．１〜５重量部含む試料１０１〜１０５、１０７〜１１１、１１３〜１１７、および１１９〜１２３については、２９０ＭＰａ以上の優れた曲げ強度を示す。

第３添加物を含んでいなくても、比較的高い曲げ強度を得られるが、ＺｒＯ_２、ＭｇＯおよびＦｅ_２Ｏ_３の少なくとも１種を含んでいると、焼結性が向上して、Ｑ値が向上し、特に、その範囲が０．１〜５重量％であると、曲げ強度が２９０ＭＰａ以上となる。ただし、△を付した試料１０６、１１２、１１８および１２４のように、５重量％を超えて含むと、曲げ強度が向上しない傾向がある。

［実験例３］
出発原料として、いずれも粒径２．０μｍ以下のＳｉＯ_２、ＢａＣＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５およびＭｎＣＯ_３の各粉末を準備した。次に、これら出発原料粉末を、ＳｉＯ_２が５７重量％、ＢａＣＯ_３が３１重量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１２重量％となり、かつ、これらＳｉＯ_２、ＢａＣＯ_３およびＡｌ_２Ｏ_３の合計１００重量部に対して、ＣｅＯ_２が３重量部、ＺｒＯ_２が０．５重量部、ＴｉＯ_２が０．５重量部、Ｎｂ_２Ｏ_５が０．５重量部およびＭｎＣＯ_３が６．５重量部となるように秤量した。

次に、この実験例３におけるより好ましい実施例である試料Ａでは、上記ＭｎＣＯ_３以外のＳｉＯ_２、ＢａＣＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２およびＮｂ_２Ｏ_５の各粉末を湿式混合粉砕した後、乾燥し、得られた混合物を８００℃、８４０℃および８８０℃の各温度で２時間仮焼して仮焼粉を得た。

他方、この発明の範囲内のものであるが、上記試料Ａと比較するための試料Ｂでは、ＳｉＯ_２、ＢａＣＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５およびＭｎＣＯ_３の各粉末すべてを湿式混合粉砕した後、乾燥し、得られた混合物を８００℃、８４０℃および８８０℃の各温度で２時間仮焼して仮焼粉を得た。

このようにして得られた試料Ａおよび試料Ｂに係る各仮焼粉について、粒径（Ｄ５０）を測定したところ、以下の表５に示すような結果が得られた。

表５から、試料Ａによれば、試料Ｂに比べて、仮焼粉の粒径を微小化できることがわかる。

［実験例４］
上記実験例３において得られた試料Ａに係る仮焼粉１００重量部に対して、ＭｎＣＯ_３粉末を６．５重量部、有機バインダを１４重量部、分散剤を２．６重量部、および可塑剤を６重量部加え、混合してセラミックスラリーを得た。次いで、このセラミックスラリーをドクターブレード法によってシート状に成形し、乾燥して、試料Ａに係るセラミックグリーンシートを得た。このセラミックグリーンシートは、クリーム色を呈していた。

他方、上記実験例３において得られた試料Ｂに係る仮焼粉１００重量部に対して、有機バインダを１４重量部、分散剤を２．６重量部、および可塑剤を６重量部加え、混合してセラミックスラリーを得た。次いで、このセラミックスラリーをドクターブレード法によってシート状に成形し、乾燥して、試料Ｂに係るセラミックグリーンシートを得た。このセラミックグリーンシートは、こげ茶色を呈していた。

次に、上記試料Ａおよび試料Ｂの各々に係るセラミックグリーンシート上に、Ｃｕを導電成分とする導電性ペーストを印刷することによって、１ｍｍ×１ｍｍの目印を設け、カメラによって、この目印を画像認識させた。

その結果、試料Ａに係るセラミックグリーンシートでは、目印を明確に画像認識できたが、試料Ｂに係るセラミックグリーンシートでは、目印を画像認識することが困難であった。

図２は、この発明に係るセラミック組成物を用いて構成される第２の実施形態によるセラミック基板２１を図解的に示す断面図である。

セラミック基板２１は、所定の熱膨張係数α１を有する第１および第２の表層セラミック部２２および２３と、上記熱膨張係数α１よりも大きい熱膨張係数α２を有しかつ第１および第２の表層セラミック部２２および２３の間に位置される内層セラミック部２４とを備える積層構造を有している。

このようなセラミック基板２１において、第１および第２の表層セラミック部２２および２３ならびに内層セラミック部２４のいずれもが、この発明に係るセラミック組成物の焼結体から構成される。

セラミック基板２１において、第１および第２の表層セラミック部２２および２３の熱膨張係数α１と、内層セラミック部２４の熱膨張係数α２との関係が、上述のように選ばれることにより、セラミック基板２１の製造のために実施される焼成工程の後の冷却過程において、第１および第２の表層セラミック部２２および２３の各々に内層セラミック部２４からの圧縮応力がもたらされる。このことから、セラミック基板２１の抗折強度を向上させることができる。

なお、上記のような作用効果が確実に達成されるには、前述の熱膨張係数α１と熱膨張係数α２との差は、０．５ｐｐｍ／℃以上であることが好ましく、表層セラミック部２２および２３の各厚みは、１５０μｍ以下であることが好ましい。

また、上述のように、第１および第２の表層セラミック部２２および２３ならびに内層セラミック部２４のいずれもが、この発明に係るセラミック組成物の焼結体から構成されるので、比較的低温で焼成可能であり、また、セラミック基板２１を高周波特性に優れたものとすることができる。さらに、表層セラミック部２２および２３と内層セラミック部２４とが互いに実質的に同組成のセラミック焼結体からなるため、前述のように、熱膨張係数が互いに異なっていても、クラックや反りが発生することを抑えることができ、セラミック基板２１を信頼性に優れたものとすることができる。

なお、図２では、セラミック基板２１に関連して設けられる導体パターンの図示が省略されている。導体パターンとしては、セラミック基板２１の外表面上に設けられる外部導体膜の他、セラミック基板２１の内部に設けられる内部導体膜やビアホール導体等がある。

上述のように、内部導体膜やビアホール導体が設けられる場合、セラミック基板２１に備える表層セラミック部２２および２３の各々が複数層からなる積層構造を有していたり、内層セラミック部２４が複数層からなる積層構造を有していたりすることが通常であるが、これらの積層構造についても、図２では図示が省略されている。

次に、上記図２に示したセラミック基板２１に備える特定的な構成による効果を確認するために実施した実験例について説明する。

［実験例５］
第１および第２の表層セラミック部２２および２３を、前述の実験例１における試料３０に係る組成をもって形成し、内層セラミック部２４を、実験例１における試料４８に係る組成をもって形成して、表層セラミック部２２および２３と内層セラミック部２４とを積層した状態で焼成工程を実施し、試料となるセラミック基板２１を得た。

このセラミック基板２１において、第１および第２の表層セラミック部２２および２３の各々の厚みは７０μｍとし、内層セラミック部２４の厚みは８６０μｍとした。したがって、表層セラミック部２２および２３の各厚みが１５０μｍ以下であるという条件を満たしている。

また、試料３０に係るセラミック組成物の焼結体の熱膨張係数は、１０．５ｐｐｍ／℃である。他方、試料４８に係るセラミック組成物の焼結体の熱膨張係数は、１２．０ｐｐｍ／℃である。したがって、表層セラミック部２２および２３の熱膨張係数α１より内層セラミック部２４の熱膨張係数α２の方が大きいという条件を満たし、さらに、熱膨張係数α１と熱膨張係数α２との差が０．５ｐｐｍ／℃以上であるという条件も満たしている。

得られたセラミック基板２１の抗折強度を測定したところ、３５０ＭＰａであった。これに対して、表２に示すように、試料３０単独での抗折強度は２４０ＭＰａであり、また、試料４８単独での抗折強度は、２４０ＭＰａであった。このことから、表層セラミック部２２および２３ならびに内層セラミック部２４の各々単独の場合に比べて、セラミック基板２１の抗折強度を向上させ得ることがわかる。

Claims (9)

1. Ｓｉ成分をＳｉＯ_２に換算して４７．０〜６７．０重量％、
   Ｂａ成分をＢａＯに換算して２１．０〜４１．０重量％、および
   Ａｌ成分をＡｌ_２Ｏ_３に換算して１０．０〜１８．０重量％含むとともに、
   ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分および前記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、第１添加物としてのＣｅ成分をＣｅＯ_２に換算して１．０〜５．０重量部、ならびに
   ＳｉＯ_２、ＢａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３およびＣｅＯ_２にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分、前記Ａｌ成分および前記第１添加物の合計１００重量部に対して、第２添加物としてのＭｎ成分をＭｎＯに換算して２．５〜５．５重量部含み、
   ＳｉＯ _２ 、ＢａＯおよびＡｌ _２ Ｏ _３ にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分および前記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、第３添加物としてのＺｒ成分、Ｔｉ成分、Ｚｎ成分、Ｎｂ成分、Ｍｇ成分およびＦｅ成分の少なくとも１種を、それぞれ、ＺｒＯ _２ 、ＴｉＯ _２ 、ＺｎＯ、Ｎｂ _２ Ｏ _５ 、ＭｇＯおよびＦｅ _２ Ｏ _３ に換算して、０．１〜５．０重量部含み、かつ、
   Ｃｒを実質的に含まない、セラミック組成物。
2. ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分および前記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、第４添加物としてのＣｏ成分および／またはＶ成分を、それぞれ、ＣｏＯおよびＶ_２Ｏ_５に換算して、０．１〜５．０重量部含む、請求項１に記載のセラミック組成物。
3. 前記Ａｌ成分をＡｌ_２Ｏ_３に換算して１５．０〜１７．０重量％含み、かつ、
   ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分および前記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、前記第３添加物を、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｎＯおよびＮｂ_２Ｏ_５の各々に換算して、０．５〜２．０重量部含む、請求項１に記載のセラミック組成物。
4. 前記Ｓｉ成分をＳｉＯ_２に換算して４７．０〜５７．０重量％含み、
   前記Ａｌ成分をＡｌ_２Ｏ_３に換算して１０．０〜１５．０重量％含み、
   ＳｉＯ_２、ＢａＯおよびＡｌ_２Ｏ_３にそれぞれ換算しての前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分および前記Ａｌ成分の合計１００重量部に対して、前記第３添加物を、前記Ｚｒ成分の場合はＺｒＯ_２に換算して２．０〜４．０重量部、前記Ｔｉ成分の場合はＴｉＯ_２に換算して０．１〜２．０重量部、前記Ｚｎ成分および前記Ｎｂ成分の各場合はＺｎＯおよびＮｂ_２Ｏ_５の各々に換算して０．１〜５．０重量部含む、請求項１に記載のセラミック組成物。
5. 前記Ｓｉ成分、前記Ｂａ成分、前記Ａｌ成分および前記Ｃｅ成分を仮焼してなる仮焼粉と、仮焼していない前記Ｍｎ成分とを混合してなる、請求項１に記載のセラミック組成物。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のセラミック組成物を焼結させてなるセラミック層を備える、セラミック基板。
7. 複数の前記セラミック層を積層してなる積層体を備え、前記積層体の表面および／または内部に所定の導体パターンを有する、請求項６に記載のセラミック基板。
8. 前記導体パターンは、金、銀または銅を主成分とする、請求項７に記載のセラミック基板。
9. 所定の熱膨張係数α１を有する第１および第２の表層セラミック部と、前記熱膨張係数α１よりも大きい熱膨張係数α２を有しかつ前記第１および第２の表層セラミック部の間に位置される内層セラミック部とを備える積層構造を有する、セラミック基板であって、
   前記第１および第２の表層セラミック部ならびに前記内層セラミック部のいずれもが請求項１ないし５のいずれかに記載のセラミック組成物を焼結させてなるものである、セラミック基板。

Images