JP3885550B2

JP3885550B2 - High frequency circuit board and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3885550B2
Application number: JP2001325497A
Authority: JP
Inventors: 正弘和田; 公明加藤; 正己越村
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: JP2003133663A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い周波数の導波路を形成するために用いられる高周波回路用基板、例えば、高周波に用いられるアンテナ基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高周波回路用基板は、比誘電率が低いことが望まれるのであり、これは、伝送損失が比誘電率に比例して増大していくためによる。したがって、比誘電率の低いテフロン（登録商標）樹脂やアルミナ多孔質体などが、高周波回路用基板を構成する材料として多く用いられている。ただし、このような高周波回路用基板にＩＣチップなどを接合する場合、一般にＡｕ−Ｓｎ合金系のろう材が用いられるため、高周波回路用基板を構成する材料には５００゜Ｃ以上の耐熱性が求められ、アルミナなどのセラミックス系材料が選択される。
このような高周波回路用基板の材料として選択されるアルミナは、真密度に近い緻密な場合、比誘電率が９〜１０と非常に大きい値を呈するが、このアルミナに気孔をもたせる、すなわち比誘電率の低い空気とアルミナとの複合体（アルミナ多孔質体）とすることによって、低い比誘電率を実現しようとしているのである。
【０００３】
アルミナ多孔質体は、例えば、特開平８−１８６４０９号公報（特開昭６３−１７５９０公報、特開平１−１７９７７７号公報）に開示されているように、平均粒径２μｍのアルミナ原料粉末に８重量％のＳｉＯ₂−ＭｇＯ−ＣａＯ系焼結助剤を添加し、さらに有機バインダーを添加して、プレス成形した後、緻密に焼結されたアルミナを得るときよりも低い温度、例えば１４００゜Ｃで短時間保持することにより、アルミナ原料粉末の焼結が完了せず、図２に示すように、アルミナ原料粉末の粒子１同士の間に気孔２を有する構造を実現したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のアルミナ多孔質体は、焼結が進行していない粒子１の接合点（ネック）で、粒子１同士の間に気孔２を有する構造を維持していることから、低い誘電率を得るために高い気孔率を有するアルミナ多孔質体を製造しようとすると、非常に強度の低いものとならざるを得ない。
そのため、例えば１ＧＨｚ以上の高周波用回路基板を得ることを目的に、気孔率が７０容量％以上のアルミナ多孔質体を形成したとしても、その強度の弱さゆえに、ハンドリング時の破損を招いてしまうことになる。
また、実際に高周波回路用基板として用いる場合、大気中の水分が気孔２内に入ると、絶縁性が劣化したり、比誘電率が変化するといった不具合が生じてしまうことから、アルミナ多孔質体の表面にコーティングを施すことによって気孔２を塞ぐなどの手法がとられるが、気孔率が７０容量％を超えるようなアルミナ多孔質体の表面にコーティングを施そうとすると、強度が低いために、アルミナ多孔質体自体が破損してしまうおそれもあった。
それゆえ、従来のアルミナ多孔質体では、その気孔率をせいぜい７０％程度にすることが限界であり、比誘電率を十分に低く保つことができないので、伝送損失が大きくならざるを得なかったのである。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、比誘電率を低くできるとともに、強度を高く保つことができる高周波回路用基板の製造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】
本発明の製造方法によって得られる高周波回路用基板は、微細粒子が焼結されてなる中実の骨格間に、互いに連通する連続気孔が形成された三次元網目構造をなすとともに、その気孔率が７２〜９８容量％の範囲に設定されたセラミックス多孔質体からなることを特徴とする。
このようなセラミックス多孔質体は、微細粒子が十分に焼結されてなる中実の骨格を有しているため、低い比誘電率を得ることを目的に気孔率を７０〜９８容量％と大きな値に設定したとしても、従来のように強度の著しい低下を招いてしまうことがない。
そして、このようなセラミックス多孔質体によって高周波回路用基板を構成したことから、その強度を十分に高く保つとともに、低い比誘電率を達成できる高周波回路用基板を得ることができる。
ここで、気孔率が７２容量％より小さくなると、比誘電率の増大を招いてしまうおそれがあり、逆に、気孔率が９８容量％より大きくなったとしても、強度の低下を招いてしまうおそれがある。
【０００７】
また、前記連続気孔は、前記高周波回路用基板の表面に開口しない閉気孔とされていると、大気中の水分が連続気孔の内部に入り込んでしまうおそれをなくし、絶縁性の低下や、比誘電率の変化といった不具合を生じることがない。
このように連続気孔を閉気孔にするためには、例えば、前記セラミックス多孔質体の表面に緻密層を形成することによって、セラミックス多孔質体の表面に開口している連続気孔を閉塞することで達成できる。
このとき、緻密層の厚みは、３〜５０μｍの範囲に設定されていることが好ましく、厚みが、３μｍ以下であると、連続気孔を閉気孔に維持することが困難となるおそれがあり、逆に、厚みが、５０μｍより大きくなっても、比誘電率の増大を招いてしまうおそれが生じる。
【０００８】
また、本発明の高周波回路用基板の製造方法は、本発明の高周波回路用基板を製造する製造方法であって、
セラミックス粉末と水溶性バインダーと界面活性剤と水と、発泡剤となる非水溶性有機溶剤からなる発泡スラリーを成形し、発泡させた後、これを乾燥させて得られた発泡層グリーンシートを焼成することによって前記セラミックス多孔質体を形成することを特徴とする。
このような製造方法を用いることによって、微細粒子が焼結されてなる中実の骨格間に、互いに連通する連続気孔が形成された三次元網目構造をなすとともに、その気孔率が７２〜９８容量％とされたセラミックス多孔質体からなる高周波回路用基板を容易に製造することができる。
【０００９】
そして、このような製造方法において、セラミックス多孔質体における連続気孔を閉気孔にしようとする場合には、以下に示すような製造方法を採用することで実現できる。
▲１▼ 前記発泡層グリーンシートの両面に、緻密層グリーンシートを積層して得られたグリーンシートを一体的に焼成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法。
▲２▼ 一方の面に緻密層グリーンシートが形成された前記発泡層グリーンシートの他方の面に、緻密層グリーンシートを積層して得られたグリーンシートを一体的に焼成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法
▲３▼ 焼成されてなる前記セラミックス多孔質体の表面に、セラミックススラリーを塗工した後、このセラミックススラリーを焼成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法。
このとき、セラミックススラリーが、連続気孔の内部まで染み込んでいって、連続気孔をうまく閉塞することができないような場合には、焼成されてなる前記セラミックス多孔質体の前記連続気孔における少なくとも該セラミックス多孔質体の表面への開口部に対して、熱分解性樹脂を充填してから、前記セラミックススラリーを塗工した後、このセラミックススラリーを焼成するとともに、前記熱分解性樹脂を熱分解して除去することで解決できる。
▲４▼ 焼成されてなる前記セラミックス多孔質体の前記連続気孔における少なくとも該セラミックス多孔質体の表面への開口部に対して、熱分解性樹脂を充填してから、前記セラミックス多孔質体の表面に、スパッタリングによってセラミックス膜を形成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法。
▲５▼ 焼成されてなる前記セラミックス多孔質体の表面に、ＣＶＤ法によってセラミックス膜を形成することを特徴とする高周波回路用基板の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態による高周波回路用基板を示す要部拡大断面図である。
【００１１】
本実施形態による高周波回路用基板１０は、図１に示すように、セラミックス多孔質体１１の表面（両面）の全面に亘って緻密層１５，１５が形成されたものであり、このセラミックス多孔質体１１は、平均粒径０．０５〜３μｍのセラミックスの微細粒子１２が焼結してなる中実の骨格１３によって三次元網目構造をなすとともに、この骨格１３間には、互いに連通する平均気孔径５〜１０００μｍの連続気孔１４が形成された発泡構造をなしており、その気孔率は、７２〜９８容量％の範囲に設定されている。
【００１２】
また、緻密層１５は、平均粒径０．０５〜３μｍのセラミックスの微細粒子が焼結されてなる中実の緻密構造をなしており、その厚みｔが、３〜５０μｍの範囲に設定されている。この緻密層１５が存在することにより、セラミックス多孔質体１１の表面に開口する連続気孔１４が閉塞させられて、この連続気孔１４が、高周波回路用基板１０の表面には開口しない閉気孔となっているのである。
【００１３】
上記のような高周波回路用基板１０は、例えば、以下に示すようにして製造される。
まず、微細粒子として平均粒径０．０５〜３μｍのセラミックス粉末と水溶性バインダーと界面活性剤と水と非水溶性有機溶剤とからなる発泡スラリーを、例えばドクターブレード法により薄板状に成形し、非水溶性有機溶剤を発泡させた後、これを乾燥させることにより、発泡層グリーンシートを得る。
次に、微細粒子として同じく平均粒径０．０５〜３μｍのセラミックス粉末と水溶性バインダーとからなる無発泡スラリー（緻密層形成スラリー）を、例えばドクターブレード法により薄板状に成形し、これを乾燥させることにより、２枚の緻密層グリーンシートを得る。
【００１４】
そして、上記のようにして得られた発泡層グリーンシートの両面に対し、２枚の緻密層グリーンシートをそれぞれの面に圧着させて積層して得られた３層構造のグリーンシートを脱脂・焼結して焼成することにより、上述したようなセラミックス多孔質体１１の両面に緻密層１５が形成された高周波回路用基板１０を得ることができる。
【００１５】
本実施形態によれば、セラミックス多孔質体１１が、微細粒子１２が十分に焼結されてなる中実の骨格１３を有することにより、低い比誘電率を得ることを目的として、気孔率が７０〜９８容量％と大きな値に設定されたセラミックス多孔質体１１を形成したとしても、強度の著しい低下を招くことがなく、従来のような焼結の完了していないセラミックス多孔質体の同じ気孔率のものと比較して、その強度を格段に向上させることが可能となる。
【００１６】
そして、本実施形態による高周波基板１０は、このようなセラミックス多孔質体１１を主体として構成されていることから、強度の高さゆえにハンドリング時の破損などを生じることがなく、これと同時に、低い比誘電率を達成できて、伝送損失の少ない高周波回路用基板１０を得ることが可能となる。
ここで、セラミックス多孔質体１１の気孔率が７０容量％より小さくなると、比誘電率の増大を招いてしまうおそれがあり、逆に、気孔率が９８容量％より大きくなっても、強度の低下を招いてしまうおそれがある。
なお、上述したような効果をより確実なものとするためには、セラミックス多孔質体１１の気孔率を、９０〜９８容量％に設定することが好ましい。
【００１７】
また、本実施形態による高周波回路基板１０は、セラミックス多孔質体１１と、この両面にそれぞれ形成された緻密層１５とによって構成されていることから、セラミックス多孔質体１１の表面に開口する連続気孔１４が、緻密層１５によって閉塞されて高周波回路用基板１０の表面に開口しない閉気孔となっている。
それゆえ、大気中の水分が連続気孔１４の内部に入り込むことがなくなり、これにより、絶縁性が低下したり、比誘電率が変化したりするといった不具合が生じることがなく安定した性能を呈することができる。
ここで、連続気孔１４が閉気孔となっている状態とは、大気中の水分が連続気孔１４の内部に入り込まないように実質的な閉塞状態を示すのであり、例えば、微少な開口部が形成されていたとしても、大気中の水分が連続気孔１４の内部に入り込まない状態であれば閉気孔の状態と考える。
【００１８】
また、緻密層１５の厚みｔが、３〜５０μｍの範囲に設定されていることから、多少の衝撃が与えられたとしても、連続気孔１４が実質的に閉塞された閉気孔の状態を安定して維持することができ、かつ、比誘電率も低く抑えることができる。
ここで、この緻密層１５の厚みｔが、３μｍより小さいと、多少の衝撃によっても、連続気孔１４の閉気孔の状態が解除されてしまうおそれがあり、逆に、厚みｔが、５０μｍより大きくなったとしても、比誘電率の増大を招いてしまうおそれが生じるほか、緻密層１５とセラミックス多孔質体１１との一体焼成時に割れが生じたり、ＣＶＤ法やスパッタリングを用いて緻密層１５を形成する場合、製造に長時間を要するおそれがある。
なお、上述したような効果をより確実なものとするためには、緻密層１４の厚みｔを、３〜１０μｍの範囲に設定することが好ましい。
【００１９】
なお、セラミックス多孔質体１１の構成要件については、セラミックスの微細粒子１２の平均粒径が０．１〜１μｍの範囲に設定され、連続気孔１４の平均気孔径が５〜５０μｍの範囲に設定されることがより好ましい。
【００２０】
また、上述したような高周波回路基板１０の製造方法を用いたことによって、微細粒子１２が焼結されてなる中実の骨格１３間に連続気孔１４を有するとともに、その気孔率が７２〜９８容量％に設定された三次元網目構造のセラミックス多孔質体１１と、このセラミックス多孔質体１１の両面に形成された緻密層１５，１５とからなる高周波回路用基板１０を容易に製造することができる。
さらには、セラミックス多孔質体１１の表面に対して、コーティングを施さなくても、連続気孔１４を閉気孔にすることができるので、従来のように、このコーティングの際に生じるセラミックス多孔質体１１の破損のおそれをなくすことが可能となる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、セラミックス多孔質体１１の両面に緻密層１５が形成されることにより、連続気孔１４が閉気孔となった高周波回路用基板１０を用いて説明しているが、例えば、この緻密層１５が存在せず、連続気孔１４が閉気孔の状態となっていない場合であっても、十分に乾燥した状態で使用するのであれば、上述したような効果を何の遜色もなく奏することができる。
【００２２】
また、本実施形態においては、セラミックス多孔質体１１における連続気孔１３を閉気孔にするために、発泡層グリーンシートの両面に対して、緻密層グリーンシートを圧着して積層して得られた３層構造のグリーンシートを一体的に焼成する方法を採用しているが、これに限定されることなく、例えば、以下に示すような製造方法を採用することによっても可能である。
【００２３】
第１には、まず、無発泡スラリー（緻密層形成スラリー）を例えばドクターブレード法により薄板状に成形していくとともに、この成形された無発泡スラリーの上に、発泡スラリーを例えばドクターブレード法により薄板状に成形してゆき、その後、発泡スラリーを発泡させた後、これらを乾燥させることにより、発泡層グリーンシートの一方の面に対して緻密層グリーンシートが形成された２層構造のグリーンシートを得る。この２層構造のグリーンシートにおける発泡層グリーンシートに対して（発泡層グリーンシートの他方の面に対して）、緻密層グリーンシートを圧着させて積層して得られた３層構造のグリーンシートを脱脂・焼結して焼成することにより、セラミックス多孔質体１１の両面に緻密層１５が形成されて連続気孔１４を閉気孔とすることができる。
【００２４】
第２には、焼成されて形成されたセラミックス多孔質体１１の表面に、セラミックススラリーを塗工（印刷、塗布など）した後、このセラミックススラリーを焼成することによって、セラミックス多孔質体１１の表面に開口する連続気孔１４を閉塞して閉気孔とする製造方法である。
このとき、セラミックススラリーが、連続気孔１４の内部まで染み込んでいって、連続気孔１４を閉塞状態にできないような場合には、焼成されて形成されたセラミックス多孔質体１１の連続気孔１４における少なくともセラミックス多孔質体１１の表面への開口部に対して、熱分解性樹脂を充填する。その後、セラミックススラリーを焼成し、これと同時に、熱分解性樹脂を熱分解して除去することにより、セラミックス多孔質体１１の表面に、セラミックス膜（緻密層）を形成して、連続気孔１４を閉気孔とすることができる。
【００２５】
第３には、焼成されて形成されたセラミックス多孔質体１１の連続気孔１４における少なくともセラミックス多孔質体１１の表面への開口部に対して、熱分解性樹脂を充填する。その後、セラミックス多孔質体１１の表面に、スパッタリングによってセラミックス膜（緻密層）を形成して、連続気孔１４を閉気孔とすることができる。
このとき、連続気孔１４の内部に充填した樹脂が、比誘電率に影響を与えてしまうような量である場合には、この充填された樹脂を熱によって分解して除去することが好ましい。
【００２６】
第４には、焼成された形成されたセラミックス多孔質体１１の表面に、ＣＶＤ法により、セラミックス膜（緻密層１５）を形成して、連続気孔１４を閉気孔とすることができる。
【００２７】
第５には、粘度を高く設定した、例えば、粘度が５０〜８０Ｐａ・ｓとなるように設定した発泡スラリーを成形し、発泡させる。このとき、発泡スラリーの粘度が高いために、非水溶性有機溶剤が発泡することによって形成される連続気孔１４は薄い膜で囲われた状態となる。その後、これを乾燥させて得られた発泡層グリーンシートを焼成することによって、連続気孔１４がセラミックス多孔質体１１の表面に開口しない閉気孔とすることができる。
【００２８】
【実施例】
発泡層グリーンシートを得るために、微細粒子としてアルミナ平均粒径０．６μｍのアルミナからなるセラミックス粉末に焼結助剤としてＳｉＯ₂−ＭｇＯ−ＣａＯ系ガラス粉末を５ｗｔ％混合し、原料粉末を用意した。さらに発泡剤となる有機溶剤（非水溶性有機溶剤）としてｎ―ヘキサン、界面活性剤としてオレイン酸ナトリウム、水溶性樹脂結合材（水溶性バインダー）としてメチルセルロース（以下、ＭＣという）、可塑剤としてグリセリンをそれぞれ用意した。
原料粉末、ＭＣ、グリセリン、界面活性剤および蒸留水を以下の表１に示す配合（実施例１〜６、比較例１〜３）で４時間混練してスラリーを作製し、さらにこのスラリーにｎ―ヘキサンを混合し、３０分間攪拌することにより発泡スラリーを作製した。
次に、この発泡スラリーをドクターブレード法により薄板状に成形し、湿度９０％、温度４０゜Ｃで５分間保持することにより、ヘキサンを気化して成形体を発泡させ、その後遠赤外線により１時間乾燥することにより、発泡層グリーンシートを得た。
【００２９】
また、緻密層グリーンシートを得るために、微細粒子としてアルミナ平均粒径０．６μｍのアルミナからなるセラミックス粉末に焼結助剤としてＳｉＯ₂−ＭｇＯ−ＣａＯ系ガラス粉末を５ｗｔ％混合し、原料粉末を用意した。さらに水溶性樹脂結合材（水溶性バインダー）としてＭＣ、可塑剤としてグリセリンをそれぞれ用意した。
原料粉末：５０％、ＭＣ：８％、グリセリン：３．５％、蒸留水：残の配合で４時間混練して無発泡スラリーを作製した。
次に、この無発泡スラリーをドクターブレード法により薄板状に成形し、遠赤外線により１時間乾燥することにより、緻密層グリーンシートを得た。
【００３０】
上記得られた発泡層グリーンシートの両面を、２枚の緻密層グリーンシートで挟むとともに、１０ｇ／ｃｍ²の圧力で加圧し、発泡層グリーンシートの両面にそれぞれ緻密層グリーンシートを積層した３層構造のグリーンシートを得て、大気中６００゜Ｃ×３０分加熱することにより脱脂し、さらに大気中１６００゜Ｃで２時間加熱することにより、厚み１ｍｍのアルミナからなるセラミックス多孔質体を得た（実施例１〜６、比較例１〜３）。
得られたセラミックス多孔質体を５０×５０ｍｍにレーザー加工機により切断し、市販の誘電率測定装置を用いて、比誘電率を測定した。
また、セラミックス多孔質体をφ１０ｍｍにレーザー加工機により切断し、圧縮強度を測定した。
【００３１】
本発明に対する従来例として、平均粒径２μｍのアルミナ粉末に５重量％のＳｉＯ₂−ＭｇＯ−ＣａＯ系焼結助剤を添加し、さらに有機バインダーとしてポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を混合粉末に対し５％加え、５０×５０ｍｍの金型でプレス成形し、大気中、１４００゜Ｃで３０分保持の条件で焼結を行い、厚み１ｍｍのセラミックス多孔質体を得た。
【００３２】
【表１】

【００３３】
表１に示されるように、気孔率及び緻密層の厚みが本発明の範囲内に設定された実施例１〜６では、その気孔率の大きさにもかかわらず、圧縮強度を高く維持できるという良好な結果が得られた。とくに、気孔率が９０〜９８容量％と好ましい範囲に設定され、かつ、緻密層の厚みが３〜１０μｍと好ましい範囲に設定された実施例２，３，６においては、比誘電率が非常に小さく、とくに良好な結果が得られた。
また、緻密層の厚みは本発明の範囲内に設定されているものの、気孔率が本発明の範囲よりも小さい６７容量％に設定された比較例１では、比誘電率が大きくなってしまった。
また、気孔率は本発明の範囲内に設定されているものの、緻密層の厚みが本発明の範囲よりも大きい７０μｍに設定された比較例２では、大気中１６００゜Ｃで２時間加熱している最中に、割れが生じてしまった。
また、緻密層の厚みは本発明の範囲内に設定されているものの、気孔率が本発明の範囲よりも大きい９９容量％に設定された比較例３では、ハンドリングする際に、セラミックス多孔質体１１に割れが生じてしまった。
さらに、従来例では、セラミックス多孔質体の気孔率を本発明の範囲よりも小さい６８容量％に設定したのにもかかわらず、比誘電率が大きくなってしまい、加えて、圧縮強度も小さく不足していた。
【００３４】
【発明の効果】
したがって、本発明によれば、微細粒子が十分に焼結されてなる中実の骨格を有するセラミックス多孔質体を高周波回路基板として用いているため、低い比誘電率を得ることを目的に気孔率を７２〜９８容量％と大きな値に設定したとしても、従来のように強度の著しい低下を招いてしまうことがない。
それゆえ、その強度を十分に高く保って、ハンドリング時の破損などを抑制できるとともに、低い比誘電率を達成して、電送損失の少ない高周波回路用基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による高周波回路用基板を示す要部拡大断面図である。
【図２】従来の高周波回路用基板を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０高周波回路用基板
１１セラミックス多孔質体
１２微細粒子
１３骨格
１４連続気孔
１５緻密層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency circuit substrate used for forming a high-frequency waveguide, for example, an antenna substrate used for high-frequency.
[0002]
[Prior art]
In general, it is desired that the high-frequency circuit board has a low relative dielectric constant, because the transmission loss increases in proportion to the relative dielectric constant. Therefore, Teflon (registered trademark) resin having a low relative dielectric constant, an alumina porous body, and the like are often used as a material constituting the high frequency circuit board. However, when bonding an IC chip or the like to such a high-frequency circuit board, since an Au—Sn alloy-based brazing material is generally used, the material constituting the high-frequency circuit board has a heat resistance of 500 ° C. or higher. Therefore, a ceramic material such as alumina is selected.
Alumina selected as a material for such a high-frequency circuit substrate exhibits a very large relative dielectric constant of 9 to 10 when it is dense close to true density, but this alumina has pores, that is, a relative dielectric. By using a composite of air and alumina with a low rate (alumina porous body), a low dielectric constant is being achieved.
[0003]
For example, as disclosed in JP-A-8-186409 (JP-A-63-17590, JP-A-1-179777), an alumina porous body is used as an alumina raw material powder having an average particle diameter of 2 μm. After adding a weight percent of SiO ₂ —MgO—CaO-based sintering aid, further adding an organic binder, and press forming, the temperature is lower than when obtaining densely sintered alumina, for example, 1400 ° C. By holding for a short time, sintering of the alumina raw material powder is not completed, and as shown in FIG. 2, a structure having pores 2 between the particles 1 of the alumina raw material powder is realized.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned conventional alumina porous body maintains a structure having pores 2 between the particles 1 at the junction (neck) of the particles 1 where the sintering has not progressed. If an alumina porous body having a high porosity is to be produced in order to obtain a rate, the strength must be very low.
For this reason, even if an alumina porous body having a porosity of 70% by volume or more is formed for the purpose of obtaining a high frequency circuit board of 1 GHz or higher, for example, damage during handling is caused due to its weakness. It will be.
Further, when actually used as a substrate for a high-frequency circuit, if moisture in the atmosphere enters the pores 2, problems such as deterioration of insulation and change of relative dielectric constant occur. A method such as closing the pores 2 by applying a coating on the surface of is taken, but when trying to coat the surface of the porous alumina body with a porosity exceeding 70% by volume, the strength is low, There was also a possibility that the porous alumina body itself was damaged.
Therefore, in the conventional alumina porous body, the porosity is limited to about 70% at the maximum, and the relative dielectric constant cannot be kept sufficiently low, so the transmission loss has to be increased. It is.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, it is possible to lower the dielectric constant, and an object thereof is to provide a method for producing a high-frequency circuit board which can be kept high strength.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The high-frequency circuit board obtained by the production method of the present invention has a three-dimensional network structure in which continuous pores communicating with each other are formed between solid skeletons formed by sintering fine particles, and the porosity thereof is It consists of a ceramic porous body set to the range of 72 to 98 volume%.
Since such a ceramic porous body has a solid skeleton formed by sufficiently sintering fine particles, the porosity is as large as 70 to 98% by volume for the purpose of obtaining a low relative dielectric constant. Even if it is set to a value, the strength is not significantly lowered unlike the conventional case.
And since the board | substrate for high frequency circuits was comprised with such a ceramic porous body, while maintaining the intensity | strength high enough, the high frequency circuit board which can achieve a low dielectric constant can be obtained.
Here, if the porosity is smaller than 72% by volume, the relative dielectric constant may be increased, and conversely, even if the porosity is larger than 98% by volume, the strength may be decreased. There is.
[0007]
Further, when the continuous pores are closed pores that do not open on the surface of the high-frequency circuit board, there is no risk that moisture in the atmosphere may enter the continuous pores, resulting in a decrease in insulation or relative dielectric constant. There is no problem of rate change.
In order to make the continuous pores closed as described above, for example, by forming a dense layer on the surface of the ceramic porous body, the continuous pores opened on the surface of the ceramic porous body are blocked. Can be achieved.
At this time, the thickness of the dense layer is preferably set in the range of 3 to 50 μm. If the thickness is 3 μm or less, it may be difficult to maintain the continuous pores as closed pores. In addition, even if the thickness is greater than 50 μm, the relative dielectric constant may be increased.
[0008]
Further, the method for producing a high-frequency circuit board of the present invention is a production method for producing the high-frequency circuit board of the present invention,
A foamed green sheet obtained by forming a foamed slurry consisting of a ceramic powder, a water-soluble binder, a surfactant, water, and a water-insoluble organic solvent used as a foaming agent, and then drying it is fired. Thus, the ceramic porous body is formed.
By using such a production method, a solid skeleton formed by sintering fine particles forms a three-dimensional network structure in which continuous pores communicating with each other are formed, and the porosity is 72 to 98 volumes. % , It is possible to easily manufacture a high-frequency circuit substrate made of a ceramic porous body.
[0009]
And in such a manufacturing method, when trying to make the continuous pore in a ceramic porous body into a closed pore, it is realizable by employ | adopting the manufacturing method as shown below.
(1) A method for producing a substrate for a high-frequency circuit, wherein a green sheet obtained by laminating a dense layer green sheet on both sides of the foam layer green sheet is integrally fired.
(2) A green sheet obtained by laminating a dense layer green sheet is integrally fired on the other surface of the foamed layer green sheet having a dense layer green sheet formed on one side. 3. Manufacturing method of high-frequency circuit substrate (3) A method of manufacturing a high-frequency circuit substrate, comprising applying a ceramic slurry to the surface of the fired porous ceramic body and then firing the ceramic slurry.
At this time, if the ceramic slurry is soaked into the continuous pores and cannot be closed well, at least the ceramic pores in the continuous pores of the fired ceramic porous body Filling the opening to the surface of the material with a thermally decomposable resin, coating the ceramic slurry, firing the ceramic slurry, and thermally decomposing and removing the thermally decomposable resin This can be solved.
(4) The surface of the ceramic porous body is filled with a thermally decomposable resin at least in the opening to the surface of the ceramic porous body in the continuous pores of the fired ceramic porous body. And forming a ceramic film by sputtering.
(5) A method for producing a substrate for a high frequency circuit, wherein a ceramic film is formed on the surface of the fired porous ceramic body by a CVD method.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the high frequency circuit board according to the present embodiment.
[0011]
As shown in FIG. 1, the high-frequency circuit board 10 according to the present embodiment has

dense layers

15 and 15 formed over the entire surface (both sides) of the ceramic porous body 11. The body 11 forms a three-dimensional network structure with a solid skeleton 13 formed by sintering fine ceramic particles 12 having an average particle diameter of 0.05 to 3 μm. It has a foamed structure in which continuous pores 14 having a pore diameter of 5 to 1000 μm are formed, and the porosity is set in the range of 72 to 98% by volume .
[0012]
The dense layer 15 has a solid dense structure formed by sintering fine particles of ceramics having an average particle size of 0.05 to 3 μm, and the thickness t is set in the range of 3 to 50 μm. Yes. Due to the presence of the dense layer 15, the continuous pores 14 opened on the surface of the ceramic porous body 11 are blocked, and the continuous pores 14 become closed pores that do not open on the surface of the high-frequency circuit substrate 10. -ing
[0013]
The high-frequency circuit substrate 10 as described above is manufactured, for example, as follows.
First, a foamed slurry composed of ceramic powder having an average particle size of 0.05 to 3 μm as fine particles, a water-soluble binder, a surfactant, water, and a water-insoluble organic solvent is formed into a thin plate by, for example, a doctor blade method, The foamed green sheet is obtained by foaming the water-insoluble organic solvent and then drying it.
Next, a non-foamed slurry (dense layer forming slurry) composed of ceramic powder having an average particle size of 0.05 to 3 μm and a water-soluble binder is formed into a thin plate shape by, for example, a doctor blade method and dried. By doing so, two dense green sheets are obtained.
[0014]
Then, a green sheet having a three-layer structure obtained by laminating two dense-layer green sheets on both surfaces of both sides of the foam-layer green sheet obtained as described above is degreased and baked. By bonding and firing, the high-frequency circuit substrate 10 in which the dense layers 15 are formed on both surfaces of the ceramic porous body 11 as described above can be obtained.
[0015]
According to the present embodiment, the ceramic porous body 11 has a solid skeleton 13 in which the fine particles 12 are sufficiently sintered, so that the porosity is 70 for the purpose of obtaining a low relative dielectric constant. Even if the ceramic porous body 11 set to a large value of ~ 98% by volume is formed, the same pores of the ceramic porous body that has not been completely sintered as in the prior art, without causing a significant decrease in strength. Compared with the rate, the strength can be remarkably improved.
[0016]
Since the high-frequency substrate 10 according to the present embodiment is mainly composed of such a ceramic porous body 11, it does not cause damage during handling due to its high strength, and at the same time, it is low. It is possible to obtain the high-frequency circuit board 10 that can achieve the relative dielectric constant and has a small transmission loss.
Here, if the porosity of the ceramic porous body 11 is smaller than 70% by volume, the relative dielectric constant may be increased. Conversely, even if the porosity is larger than 98% by volume, the strength is decreased. May be invited.
In order to make the above-described effect more reliable, it is preferable to set the porosity of the ceramic porous body 11 to 90 to 98% by volume.
[0017]
Moreover, since the high-frequency circuit board 10 according to the present embodiment is constituted by the ceramic porous body 11 and the dense layers 15 respectively formed on both surfaces thereof, the continuous pores opened on the surface of the ceramic porous body 11. 14 are closed pores that are blocked by the dense layer 15 and do not open to the surface of the high-frequency circuit board 10.
Therefore, moisture in the atmosphere does not enter the continuous pores 14, thereby providing stable performance without causing problems such as a decrease in insulation and a change in relative dielectric constant. Can do.
Here, the state where the continuous pores 14 are closed pores indicates a substantially closed state so that moisture in the atmosphere does not enter the inside of the continuous pores 14. For example, a minute opening is formed. Even if it is, it is considered as a closed pore state if moisture in the atmosphere does not enter the continuous pores 14.
[0018]
In addition, since the thickness t of the dense layer 15 is set in the range of 3 to 50 μm, the closed pores in which the continuous pores 14 are substantially closed can be stabilized even if a slight impact is applied. And the relative dielectric constant can be kept low.
Here, if the thickness t of the dense layer 15 is smaller than 3 μm, the closed pores of the continuous pores 14 may be released by some impact, and conversely, the thickness t is larger than 50 μm. Even if it becomes, it may cause an increase in relative dielectric constant, cracks may occur when the dense layer 15 and the porous ceramic body 11 are integrally fired, or the dense layer 15 is formed by CVD or sputtering. In that case, it may take a long time to manufacture.
In order to make the above-described effect more reliable, it is preferable to set the thickness t of the dense layer 14 in a range of 3 to 10 μm.
[0019]
In addition, about the structural requirements of the ceramic porous body 11, the average particle diameter of the ceramic fine particles 12 is set in the range of 0.1 to 1 μm, and the average pore diameter of the continuous pores 14 is set in the range of 5 to 50 μm. More preferably.
[0020]
Moreover, by using the manufacturing method of the high frequency circuit board 10 as described above, the continuous pores 14 are provided between the solid skeletons 13 formed by sintering the fine particles 12, and the porosity is 72 to 98 volumes. The high-frequency circuit substrate 10 including the ceramic porous body 11 having a three-dimensional network structure set to % and the

dense layers

15 and 15 formed on both surfaces of the ceramic porous body 11 can be easily manufactured. .
Further, since the continuous pores 14 can be closed without coating the surface of the ceramic porous body 11, the ceramic porous body 11 generated during the coating as in the prior art. It is possible to eliminate the risk of damage.
[0021]
In the present embodiment, the dense porous layer 15 is formed on both surfaces of the ceramic porous body 11 to describe the high-frequency circuit substrate 10 in which the continuous pores 14 become closed pores. Even if the dense layer 15 is not present and the continuous pores 14 are not in the closed pore state, the above-described effects can be obtained in any color if used in a sufficiently dry state. You can play without.
[0022]
Further, in the present embodiment, in order to make the continuous pores 13 in the ceramic porous body 11 closed pores, 3 obtained by press-bonding a dense layer green sheet on both sides of the foam layer green sheet 3 Although a method of integrally firing a green sheet having a layer structure is adopted, the present invention is not limited to this, and for example, it is possible to adopt a manufacturing method as shown below.
[0023]
First, a non-foamed slurry (dense layer forming slurry) is first formed into a thin plate by, for example, a doctor blade method, and a foamed slurry is formed on the molded non-foamed slurry by, for example, a doctor blade method. A green sheet having a two-layer structure in which a dense layer green sheet is formed on one surface of a foamed layer green sheet by forming into a thin plate and then foaming the foamed slurry and then drying them. Get. A green sheet having a three-layer structure obtained by press-bonding a dense layer green sheet to the foam layer green sheet in the two-layer structure green sheet (to the other surface of the foam layer green sheet) By degreasing, sintering, and firing, dense layers 15 are formed on both surfaces of the ceramic porous body 11, and the continuous pores 14 can be closed.
[0024]
Secondly, the surface of the ceramic porous body 11 is formed by applying a ceramic slurry to the surface of the ceramic porous body 11 formed by firing (printing, coating, etc.) and then firing the ceramic slurry. In this manufacturing method, the continuous pores 14 are closed to make closed pores.
At this time, if the ceramic slurry has penetrated into the continuous pores 14 and the continuous pores 14 cannot be closed, at least the ceramic in the continuous pores 14 of the ceramic porous body 11 formed by firing. A thermally decomposable resin is filled into the opening to the surface of the porous body 11. Thereafter, the ceramic slurry is baked, and at the same time, the thermally decomposable resin is thermally decomposed and removed, thereby forming a ceramic film (dense layer) on the surface of the ceramic porous body 11. It can be a closed pore.
[0025]
Thirdly, at least the opening to the surface of the ceramic porous body 11 in the continuous pores 14 of the ceramic porous body 11 formed by firing is filled with a thermally decomposable resin. Thereafter, a ceramic film (dense layer) is formed on the surface of the ceramic porous body 11 by sputtering, and the continuous pores 14 can be closed.
At this time, when the amount of the resin filled in the continuous pores 14 is such an amount as to affect the relative dielectric constant, it is preferable to decompose and remove the filled resin by heat.
[0026]
Fourthly, a ceramic film (dense layer 15) can be formed on the surface of the fired and formed ceramic porous body 11 by a CVD method to make the continuous pores 14 closed.
[0027]
Fifth, a foaming slurry having a high viscosity, for example, a viscosity set to 50 to 80 Pa · s, is molded and foamed. At this time, since the viscosity of the foamed slurry is high, the continuous pores 14 formed by foaming the water-insoluble organic solvent are surrounded by a thin film. Thereafter, by firing the foamed layer green sheet obtained by drying it, the continuous pores 14 can be closed pores that do not open on the surface of the ceramic porous body 11.
[0028]
【Example】
In order to obtain a foam layer green sheet, 5 wt% of SiO ₂ —MgO—CaO glass powder as a sintering aid is mixed with ceramic powder made of alumina having an average particle diameter of 0.6 μm as fine particles to prepare a raw material powder. did. Furthermore, n-hexane as an organic solvent (non-water-soluble organic solvent) that becomes a foaming agent, sodium oleate as a surfactant, methyl cellulose (hereinafter referred to as MC) as a water-soluble resin binder (water-soluble binder), and glycerin as a plasticizer Prepared.
The raw material powder, MC, glycerin, surfactant and distilled water were kneaded for 4 hours with the formulation shown in Table 1 below (Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 3) to prepare a slurry. -Hexane was mixed and stirred for 30 minutes to prepare a foaming slurry.
Next, this foamed slurry is formed into a thin plate by the doctor blade method, and is held at a humidity of 90% and a temperature of 40 ° C. for 5 minutes, thereby evaporating hexane and foaming the molded product. The foamed layer green sheet was obtained by drying.
[0029]
Further, in order to obtain a dense layer green sheet, 5 wt% of SiO ₂ —MgO—CaO glass powder as a sintering aid is mixed with ceramic powder made of alumina having an alumina average particle diameter of 0.6 μm as fine particles, and raw material powder Prepared. Further, MC was prepared as a water-soluble resin binder (water-soluble binder), and glycerin was prepared as a plasticizer.
Raw material powder: 50%, MC: 8%, glycerin: 3.5%, distilled water: the remaining mixture was kneaded for 4 hours to prepare an unfoamed slurry.
Next, this non-foamed slurry was formed into a thin plate by the doctor blade method and dried by far infrared rays for 1 hour to obtain a dense layer green sheet.
[0030]
Three layers in which both sides of the obtained foam layer green sheet are sandwiched between two dense layer green sheets and pressed with a pressure of 10 g / cm ² , and the dense layer green sheets are laminated on both sides of the foam layer green sheet, respectively. A green sheet having a structure was obtained, degreased by heating in air at 600 ° C. for 30 minutes, and further heated in air at 1600 ° C. for 2 hours to obtain a porous ceramic body made of alumina having a thickness of 1 mm. (Examples 1-6, Comparative Examples 1-3).
The obtained ceramic porous body was cut to 50 × 50 mm with a laser processing machine, and the relative dielectric constant was measured using a commercially available dielectric constant measuring apparatus.
Moreover, the ceramic porous body was cut into a diameter of 10 mm with a laser processing machine, and the compressive strength was measured.
[0031]
As a conventional example for the present invention, 5% by weight of SiO ₂ —MgO—CaO-based sintering aid is added to alumina powder having an average particle diameter of 2 μm, and polyvinyl butyral (PVB) as an organic binder is 5% of the mixed powder. In addition, it was press-molded with a 50 × 50 mm mold, and sintered in the atmosphere at 1400 ° C. for 30 minutes to obtain a porous ceramic body having a thickness of 1 mm.
[0032]
[Table 1]

[0033]
As shown in Table 1, in Examples 1 to 6 in which the porosity and the thickness of the dense layer were set within the scope of the present invention, the compressive strength can be maintained high regardless of the size of the porosity. Good results were obtained. In particular, in Examples 2, 3, and 6 in which the porosity is set to a preferable range of 90 to 98% by volume and the thickness of the dense layer is set to a preferable range of 3 to 10 μm, the relative dielectric constant is very high. Small and particularly good results were obtained.
Moreover, although the thickness of the dense layer is set within the range of the present invention, in Comparative Example 1 in which the porosity is set to 67% by volume which is smaller than the range of the present invention, the relative dielectric constant becomes large. .
Further, although the porosity is set within the range of the present invention, in Comparative Example 2 in which the thickness of the dense layer is set to 70 μm, which is larger than the range of the present invention, heating is performed at 1600 ° C. in the atmosphere for 2 hours. During the process, cracks occurred.
Moreover, although the thickness of the dense layer is set within the range of the present invention, in the comparative example 3 in which the porosity is set to 99% by volume larger than the range of the present invention, the ceramic porous body is handled when handling. 11 was cracked.
Furthermore, in the conventional example, the relative dielectric constant increases despite the porosity of the ceramic porous body being set to 68% by volume, which is smaller than the range of the present invention, and in addition, the compressive strength is small and insufficient. Was.
[0034]
【The invention's effect】
Therefore, according to the present invention, since a porous ceramic body having a solid skeleton formed by sufficiently sintering fine particles is used as a high-frequency circuit board, the porosity is set for the purpose of obtaining a low relative dielectric constant. Even if the value is set to a large value of 72 to 98% by volume , the strength is not significantly reduced as in the conventional case.
Therefore, the strength can be kept high enough to prevent breakage during handling and the like, and a low dielectric constant can be achieved to obtain a high-frequency circuit board with low transmission loss.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a high-frequency circuit board according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a conventional high-frequency circuit board.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 High frequency circuit board 11 Ceramic porous body 12 Fine particle 13 Skeleton 14 Continuous pore 15 Dense layer

Claims

Porous ceramics having a three-dimensional network structure in which continuous pores communicating with each other are formed between solid skeletons formed by sintering fine particles, and the porosity is set in the range of 72 to 98% by volume A manufacturing method for manufacturing a high-frequency circuit board comprising a body ,
A foamed green sheet obtained by molding a foamed slurry composed of ceramic powder, a water-soluble binder, a surfactant, water, and a water-insoluble organic solvent used as a foaming agent, and then drying the foamed slurry. A method for producing a substrate for a high-frequency circuit, wherein the ceramic porous body is formed by firing.

In the manufacturing method of the board | substrate for high frequency circuits of Claim 1 ,
A method for producing a substrate for a high-frequency circuit, comprising: integrally firing a green sheet obtained by laminating a dense layer green sheet on both sides of the foam layer green sheet.

In the manufacturing method of the board | substrate for high frequency circuits of Claim 1 ,
For high-frequency circuits, wherein a green sheet obtained by laminating a dense layer green sheet is integrally fired on the other side of the foam layer green sheet having a dense layer green sheet formed on one side A method for manufacturing a substrate.

In the manufacturing method of the board | substrate for high frequency circuits of Claim 1 ,
A method for producing a substrate for a high-frequency circuit, comprising: applying a ceramic slurry to the surface of the fired porous ceramic body and then firing the ceramic slurry.

In the manufacturing method of the board | substrate for high frequency circuits of Claim 4 ,
After filling the thermally decomposable resin with respect to at least the opening to the surface of the ceramic porous body in the continuous pores of the ceramic porous body that is fired,
After the ceramic slurry is applied, the ceramic slurry is fired, and the thermally decomposable resin is thermally decomposed and removed to form closed pores between the dense layer and the ceramic porous body. A method for manufacturing a high-frequency circuit board.