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JP6885705B2 - Ceramic sintered body and wiring board using it, and mounting components, modules and electronic devices equipped with this wiring board. - Google Patents
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JP6885705B2 - Ceramic sintered body and wiring board using it, and mounting components, modules and electronic devices equipped with this wiring board. - Google Patents

Ceramic sintered body and wiring board using it, and mounting components, modules and electronic devices equipped with this wiring board. Download PDF

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Description

本発明は、セラミック焼結体およびこれを用いた配線基板、ならびに、この配線基板を備えた実装部品、モジュールおよび電子機器に関する。 The present invention relates to a ceramic sintered body, a wiring board using the ceramic sintered body, and mounting components, modules, and electronic devices provided with the wiring board.

従来より、LSIなどの電気素子を収納するパッケージとしてセラミック製の配線基板が用いられている。 Conventionally, a ceramic wiring board has been used as a package for accommodating an electric element such as an LSI.

パッケージとなる配線基板は、収納された電気素子を外部からの衝撃、湿度、熱、ガスおよび光線などから守ること、外周部に設けられた接続端子によって外部との間で正しく信号や電源を伝えること、等を目的として使用されている。 The wiring board that becomes the package protects the stored electric elements from external shocks, humidity, heat, gas, light rays, etc., and the connection terminals provided on the outer circumference correctly transmit signals and power to the outside. It is used for the purpose of things, etc.

近年、例えば、自動車は、安全性や快適性などの要求から電子制御システムに各種のセンサ素子が用いられるようになってきている。 In recent years, for example, in automobiles, various sensor elements have come to be used in electronic control systems due to demands such as safety and comfort.

この場合、センサ素子によっては、特性の異なる複数のセンサ素子を一つの配線基板上に搭載する必要がある。このためサイズの大きい配線基板が要求されている。 In this case, depending on the sensor element, it is necessary to mount a plurality of sensor elements having different characteristics on one wiring board. Therefore, a wiring board having a large size is required.

また、センサ素子の中には角速度センサなどに代表されるように、外部からの振動に対して共振し難いという特性が必要なものもある。そのため配線基板としては剛性の高いものが要求されている。 Further, some sensor elements, such as an angular velocity sensor, need to have a characteristic that they are hard to resonate with external vibration. Therefore, a wiring board having high rigidity is required.

さらに、LSIなどに対しては、伝送信号の高速化を図るために、絶縁層の比誘電率を低くする必要がある。 Further, for LSIs and the like, it is necessary to lower the relative permittivity of the insulating layer in order to increase the speed of the transmission signal.

こうした要求に応える配線基板としては、熱膨張係数が大きく、機械的強度が高く、かつ比誘電率が低い、といった特性が必要となる。 A wiring board that meets these requirements is required to have characteristics such as a large coefficient of thermal expansion, high mechanical strength, and a low relative permittivity.

このような配線基板を形成するための絶縁材料として、例えば、アルミナやガラスセラミックスが候補材料として挙げられる(例えば、特許文献1、2を参照)。 Examples of the insulating material for forming such a wiring board include alumina and glass ceramics as candidate materials (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開平10−158032号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-158032. 特開2000−188453号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-188453

ところが、アルミナやガラスセラミックスは、上記した3つの特性をバランス良く発現させることが困難である。つまり、アルミナは基本的に熱膨張係数が小さいことが問題である。一方、ガラスセラミックスはガラス相の組成やフィラーである無機粒子の添加量によって、上記3つの特性を大きく変化させることが可能であるが、例えば、フィラーの添加量を変化させて熱膨張係数を向上させると、機械的強度が大きく低下してしまうという問題がある。 However, it is difficult for alumina and glass ceramics to exhibit the above-mentioned three characteristics in a well-balanced manner. That is, the problem with alumina is that it basically has a small coefficient of thermal expansion. On the other hand, glass ceramics can greatly change the above three characteristics depending on the composition of the glass phase and the amount of inorganic particles added as a filler. For example, the amount of the filler added can be changed to improve the coefficient of thermal expansion. If this is done, there is a problem that the mechanical strength is greatly reduced.

従って、本発明は、熱膨張係数が大きく、機械的強度が高く、かつ比誘電率が低い新た
なセラミック焼結体およびこれを用いた配線基板、ならびに、この配線基板を備えた実装部品、モジュールおよび電子機器を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention presents a new ceramic sintered body having a large coefficient of thermal expansion, high mechanical strength, and a low relative permittivity, a wiring board using the same, and mounting components and modules provided with the wiring board. And to provide electronic devices.

本発明のセラミック焼結体は、フォルステライトの結晶相が45〜58質量%、スピネルの結晶相が9〜28質量%、正方晶のジルコニアの結晶相が23〜37質量%含まれており、残部が酸化珪素であるものである。
Ceramic sintered body of the present invention, the crystalline phase of the false Terai bets is 45-58 wt%, the crystal phase of spinel is 9-28 wt%, the crystal phase of tetragonal zirconia contains 23-37 wt% cage, the remainder being silicon oxide der shall.

本発明の配線基板は、絶縁層の表面に配線を備えている配線基板であって、前記絶縁層が上記のセラミック焼結体であるものである。 The wiring board of the present invention is a wiring board provided with wiring on the surface of the insulating layer, and the insulating layer is the above-mentioned ceramic sintered body.

本発明の実装部品は、上記の配線基板の表面または内部に、半導体素子、センサ素子および受動部品のうちの少なくとも1つの電子部品が配置されているものである。 The mounting component of the present invention is one in which at least one electronic component of a semiconductor element, a sensor element, and a passive component is arranged on the surface or inside of the wiring board.

本発明のモジュールは、マザーボード上に上記の実装部品が実装されているものである。 The module of the present invention has the above-mentioned mounting components mounted on a motherboard.

本発明の電子機器は、筐体と、該筐体の内部から表面に露出するようにそれぞれ設けられた電源部および表示部と、前記電源部および表示部に電気的に接続され、前記表示部を機能させる制御部とを有している電子機器であって、前記制御部が上記のモジュールを有しているものである。 The electronic device of the present invention is electrically connected to a housing, a power supply unit and a display unit provided so as to be exposed from the inside of the housing to the surface, and the power supply unit and the display unit, respectively, and the display unit. An electronic device having a control unit for functioning the above-mentioned module.

本発明によれば、熱膨張係数が大きく、機械的強度が高く、かつ比誘電率が低いセラミック焼結体およびこれを用いた配線基板、ならびに、この配線基板を備えた実装部品、モジュールおよび電子機器を得ることができる。 According to the present invention, a ceramic sintered body having a large coefficient of thermal expansion, high mechanical strength, and a low relative permittivity, a wiring board using the ceramic sintered body, and mounting components, modules, and electronics provided with the wiring board. You can get the equipment.

本実施形態の配線基板を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the wiring board of this embodiment. (a)は、本実施形態の実装部品を模式的に示す斜視図であり、(b)は、(a)のX−X線断面図である。(A) is a perspective view schematically showing a mounted component of the present embodiment, and (b) is a sectional view taken along line XX of (a). 本実施形態のモジュールを模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the module of this embodiment. 本実施形態の電子機器を模式的に示した分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows typically the electronic device of this embodiment.

本実施形態のセラミック焼結体は、フォルステライトを主結晶相とし、これにスピネルの結晶相と、ジルコニアの結晶相とを含んでいる。セラミック焼結体がフォルステライトを主結晶相とするものであることから、熱膨張係数が7.2×10−6/K以上を示すセラミック焼結体を得ることができる。これに副結晶相として、スピネルの結晶相とジルコニアの結晶相とを含んでいることから機械的強度の高いものが得られる。 The ceramic sintered body of the present embodiment has forsterite as a main crystal phase, which contains a spinel crystal phase and a zirconia crystal phase. Since the ceramic sintered body has forsterite as the main crystal phase, it is possible to obtain a ceramic sintered body having a coefficient of thermal expansion of 7.2 × 10-6 / K or more. Since this contains a spinel crystal phase and a zirconia crystal phase as the by-crystal phase, one having high mechanical strength can be obtained.

ここで、主結晶相とはセラミック焼結体において含有量の最も多い結晶相のことを言い、上記のように、3つの結晶相が共存するセラミック焼結体においては40質量%以上含まれているものを言う。副結晶相とは主結晶相よりも含有量の少ないものを言う。 Here, the main crystal phase refers to the crystal phase having the highest content in the ceramic sintered body, and as described above, in the ceramic sintered body in which the three crystal phases coexist, it is contained in an amount of 40% by mass or more. Say what you have. The subcrystal phase has a lower content than the main crystal phase.

本実施形態のセラミック焼結体が高熱膨張かつ高強度を示すのは、スピネルの結晶相がダイヤモンドと同様の等軸晶系であるため、単体でも機械的強度が高いからであり、しかも主結晶相であるフォルステライトとの間の融点の差が200℃以内であることから両結晶相が焼結しやすいからである。 The ceramic sintered body of the present embodiment exhibits high thermal expansion and high strength because the crystal phase of the spinel is an equiaxed crystal system similar to that of diamond, and therefore the mechanical strength is high even by itself, and the main crystal. This is because the difference in melting point between the phase and the forsterite is within 200 ° C., so that both crystal phases are easily sintered.

また、ジルコニアの結晶相は、元々、結晶に機械的な圧力が加わると、結晶構造が例え
ば正方晶系から単斜晶系へ変態する傾向を示すものである。このため結晶に圧力が加わった際に応力が分散されやすいことから靱性が高くなる性質がある。このセラミック焼結体では、上記のような性質を示すジルコニアの結晶相がフォルステライトおよびスピネルの各結晶相の間に介在することになることから機械的強度の高いものが得られる。その結果、このセラミック焼結体は、熱膨張係数が7.2×10−6/K以上で、機械的強度が288MPa以上と、高熱膨張かつ高強度の特性を有するセラミック焼結体を得ることができる。
Further, the crystal phase of zirconia originally shows a tendency that the crystal structure is transformed from, for example, a tetragonal system to a monoclinic system when a mechanical pressure is applied to the crystal. Therefore, when pressure is applied to the crystal, the stress is easily dispersed, which has the property of increasing toughness. In this ceramic sintered body, a zirconia crystal phase exhibiting the above-mentioned properties is interposed between the forsterite and spinel crystal phases, so that a ceramic sintered body having high mechanical strength can be obtained. As a result, this ceramic sintered body has a thermal expansion coefficient of 7.2 × 10-6 / K or more and a mechanical strength of 288 MPa or more, so that a ceramic sintered body having high thermal expansion and high strength characteristics can be obtained. Can be done.

また、このセラミック焼結体は、比誘電率が11以下であるとともに、耐薬品性に優れるという特性を有している。 Further, this ceramic sintered body has a characteristic that the relative permittivity is 11 or less and the chemical resistance is excellent.

本実施形態のセラミック焼結体について、各結晶相の割合を特定すると、熱膨張係数および機械的強度がさらに高く、かつ比誘電率がより低いものとなる。 When the ratio of each crystal phase is specified for the ceramic sintered body of the present embodiment, the coefficient of thermal expansion and the mechanical strength are further higher, and the relative permittivity is lower.

例えば、X線回折パターンにおいて、フォルステライトの主結晶相のピーク強度の大きい方から5つを合わせたピーク強度の合計をIF、スピネルの結晶相について、ピーク強度の大きい方から5つを合わせたピーク強度の合計をISとしたときに、IS/IF比が0.35〜0.55であると、熱膨張係数が7.3×10−6/K以上、機械的強度が303MPa以上であり、比誘電率が9.8以下のセラミック焼結体を得ることができる。 For example, in the X-ray diffraction pattern, the total of the peak intensities of the main crystal phase of forsterite, which is the sum of the five from the one with the largest peak intensity, is IF, and for the crystal phase of spinel, the five from the one with the largest peak intensity are combined. When the total peak intensity is IS, when the IS / IF ratio is 0.35 to 0.55, the coefficient of thermal expansion is 7.3 × 10-6 / K or more, and the mechanical intensity is 303 MPa or more. , A ceramic sintered body having a relative dielectric constant of 9.8 or less can be obtained.

この場合、X線回折パターンから各結晶相を同定する際の化合物の化学式は、フォルステライトをMgSiO、スピネルをMgAl、また、ジルコニアをZrOとして解析を行うが、陽イオンに対する酸素の割合は各結晶相の本来の構造が変化しない範囲で多少変動しても良い。 In this case, the chemical formula of the compound when identifying each crystal phase from the X-ray diffraction pattern is that forsterite is Mg 2 SiO 4 , spinel is Mg Al 2 O 4 , and zirconia is ZrO 2 , but cations are analyzed. The ratio of oxygen to oxygen may vary slightly as long as the original structure of each crystal phase does not change.

また、このセラミック焼結体において、ジルコニアの結晶相は正方晶系であるのが良い。ジルコニアの結晶相が正方晶系であると、セラミック焼結体に機械的な負荷が加わった際に応力が分散されやすいことから靱性が高くなる。これにより機械的強度をさらに高めることができる。具体的には、セラミック焼結体に含まれるジルコニアの結晶相が正方晶系であると、IS/IF比が0.37〜0.55である範囲において、熱膨張係数が7.3×10−6/K以上、機械的強度が308MPa以上のセラミック焼結体を得ることができる。 Further, in this ceramic sintered body, the crystal phase of zirconia is preferably tetragonal. When the crystal phase of zirconia is tetragonal, the toughness is increased because stress is easily dispersed when a mechanical load is applied to the ceramic sintered body. As a result, the mechanical strength can be further increased. Specifically, when the crystal phase of zirconia contained in the ceramic sintered body is tetragonal, the coefficient of thermal expansion is 7.3 × 10 in the range where the IS / IF ratio is 0.37 to 0.55. A ceramic sintered body having a mechanical strength of -6 / K or more and a mechanical strength of 308 MPa or more can be obtained.

さらに、IS/IF比は0.40〜0.50であるのが良い。IS/IF比が0.40〜0.50であると、機械的強度が308MPa以上、熱膨張係数が8.0×10−6/K以上であり、比誘電率が9.7以下のセラミック焼結体を得ることができる。 Further, the IS / IF ratio is preferably 0.40 to 0.50. When the IS / IF ratio is 0.40 to 0.50, the mechanical strength is 308 MPa or more, the coefficient of thermal expansion is 8.0 × 10-6 / K or more, and the relative permittivity is 9.7 or less. A sintered body can be obtained.

ここで、本実施形態のセラミック焼結体の製造方法について説明する。このセラミック焼結体の作製には、原料粉末として、フォルステライト粉末、ジルコニア粉末およびアルミナ粉末を用いる。この場合、スピネル粉末を用いなくても、添加したアルミナ粉末がフォルステライト粉末と反応してフォルステライトの結晶相に隣接するかたちでスピネルの結晶相が形成される。これをMg−Al系スピネルと言う。一方、ジルコニア粉末は、焼成後にもそのままの組成割合で結晶相として残り、フォルステライトの結晶相およびスピネルの結晶相と共存した結晶組織となる。こうして、フォルステライトを主結晶相とし、これにスピネルの結晶相とジルコニアの結晶相とを含むセラミック焼結体を得ることができる。 Here, a method for producing the ceramic sintered body of the present embodiment will be described. Forsterite powder, zirconia powder, and alumina powder are used as raw material powders for producing this ceramic sintered body. In this case, even if the spinel powder is not used, the added alumina powder reacts with the forsterite powder to form a spinel crystal phase adjacent to the forsterite crystal phase. This is called Mg-Al spinel. On the other hand, the zirconia powder remains as a crystal phase in the same composition ratio even after firing, and has a crystal structure coexisting with the forsterite crystal phase and the spinel crystal phase. In this way, a ceramic sintered body containing forsterite as the main crystal phase and containing the spinel crystal phase and the zirconia crystal phase can be obtained.

なお、このセラミック焼結体を構成するフォルステライト、スピネルおよびジルコニアの各結晶相の組成は、後述する実施例の調合組成に基づくならば、ジルコニアの結晶相が23〜37質量%、フォルステライトの結晶相が45〜58質量%、スピネルの結晶相が
9〜28質量%となり、残部がフォルステライトから分離した酸化ケイ素となる。酸化ケイ素はこれらフォルステライト、スピネルおよびジルコニアの各結晶相の粒界に結晶相または非晶質相として存在する。これによりフォルステライト、スピネルおよびジルコニアの各結晶相間が強固に結合したものとなる。その結果、熱膨張係数が大きくかつ機械的強度の高いセラミック焼結体を得ることができる。
The composition of each crystal phase of forsterite, spinel, and zirconia constituting this ceramic sintered body is such that the crystal phase of zirconia is 23 to 37% by mass and that of forsterite is based on the compounding composition of Examples described later. The crystal phase is 45 to 58% by mass, the crystal phase of spinel is 9 to 28% by mass, and the balance is silicon oxide separated from forsterite. Silicon oxide exists as a crystalline phase or an amorphous phase at the grain boundaries of each of these forsterite, spinel and zirconia crystal phases. As a result, the crystal phases of forsterite, spinel and zirconia are firmly bonded to each other. As a result, a ceramic sintered body having a large coefficient of thermal expansion and high mechanical strength can be obtained.

図1は、本実施形態の配線基板を模式的に示す斜視図である。本実施形態の配線基板Aは、絶縁層1の表面1aに、パッド2、このパッド2に接続するように設けられた配線3を備えたものを基本構造とし、絶縁層1に上記のセラミック焼結体を適用したものである。この場合、絶縁層1となるセラミック焼結体が高い熱膨張係数と高い機械的強度を有していることから、これにより高熱膨張かつ高強度の配線基板Aを得ることができる。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing a wiring board of the present embodiment. The wiring board A of the present embodiment has a basic structure in which a pad 2 and a wiring 3 provided so as to be connected to the pad 2 are provided on the surface 1a of the insulating layer 1, and the insulating layer 1 is fired with the above-mentioned ceramic. It is the one to which the union is applied. In this case, since the ceramic sintered body to be the insulating layer 1 has a high coefficient of thermal expansion and high mechanical strength, it is possible to obtain a wiring board A having high thermal expansion and high strength.

配線基板Aを構成するパッド2および配線3としては、銅および銀などの低融点金属もしくはタングステンおよびモリブデンなどの高融点金属のいずれでも適用することが可能であるが、絶縁層1と、パッド2および配線3とを同時焼成したときの焼結性の適正化を図り、パッド2および配線3を緻密にして高い導電性を引き出すという点から、これらを複合化または合金化させた金属材料を用いるのが良い。図1に示す配線基板Aでは、配線3は絶縁層1の表面に設けたものとなっているが、これに限らず、絶縁層1の内部にビア導体を介して配置される構造であっても良い。 As the pads 2 and wiring 3 constituting the wiring substrate A, any low melting point metal such as copper and silver or high melting point metals such as tungsten and molybdenum can be applied, but the insulating layer 1 and the pad 2 A metal material obtained by compounding or alloying these is used from the viewpoint of optimizing the sinterability when the wiring 3 and the wiring 3 are fired at the same time and making the pad 2 and the wiring 3 dense to bring out high conductivity. Is good. In the wiring board A shown in FIG. 1, the wiring 3 is provided on the surface of the insulating layer 1, but the wiring 3 is not limited to this, and has a structure in which the wiring 3 is arranged inside the insulating layer 1 via a via conductor. Is also good.

図2は、(a)は、本実施形態の実装部品を模式的に示す斜視図であり、(b)は、(a)のX−X線断面図である。本実施形態の実装部品Bは、上記の配線基板Aの表面1aに、半導体素子、センサ素子および受動部品のうちの少なくとも1つの電子部品5が配置されているものである。この場合、電子部品5は、配線基板Aを構成する絶縁層1の表面1aに設けられた配線3との間で接続端子6を介して接続されている。この場合、接続端子6としては、接続端子6の配線長を短くできるという点から半田ボールが好適なものとなる。この実装部品Bにおいて、電子部品5は配線基板Aを構成する絶縁層1の表面1aだけではなく、絶縁層1の内部に配置されていても良い。 2A is a perspective view schematically showing a mounted component of the present embodiment, and FIG. 2B is a sectional view taken along line XX of FIG. 2A. In the mounting component B of the present embodiment, at least one electronic component 5 of a semiconductor element, a sensor element, and a passive component is arranged on the surface 1a of the wiring board A. In this case, the electronic component 5 is connected to the wiring 3 provided on the surface 1a of the insulating layer 1 constituting the wiring board A via the connection terminal 6. In this case, as the connection terminal 6, a solder ball is suitable from the viewpoint that the wiring length of the connection terminal 6 can be shortened. In the mounting component B, the electronic component 5 may be arranged not only on the surface 1a of the insulating layer 1 constituting the wiring board A but also inside the insulating layer 1.

図3は、本実施形態のモジュールを模式的に示す斜視図である。本実施形態のモジュールCは、マザーボード7上に上記した実装部品Bが実装されているものである。この場合、実装部品Bはマザーボード7上に所定の接続部材を介して接続されている。接続部材としては、半田ボール、ピンおよびソケットなどが用いられる。 FIG. 3 is a perspective view schematically showing the module of the present embodiment. The module C of the present embodiment has the above-mentioned mounting component B mounted on the motherboard 7. In this case, the mounting component B is connected to the motherboard 7 via a predetermined connecting member. As the connecting member, solder balls, pins, sockets and the like are used.

マザーボード7としては、有機樹脂を絶縁材とし、この表面に銅箔が配線部材として形成された回路基板が好適なものとなる。絶縁材に有機樹脂を用いたマザーボード7は、熱膨張係数が15〜30×10−6/Kほどになる。マザーボード7にこのように熱膨張係数の大きいものを適用した場合にも、実装信頼性の高いモジュールCを得ることができる。これは表面に実装する実装部品Bが上記したセラミック焼結体を絶縁層1とする配線基板Aによって形成されたものであるため、絶縁層1としてアルミナやガラスセラミックスを適用した配線基板に比較して、熱膨張係数および機械的強度がともに高いことから、配線基板Aとマザーボードとを接続する接続部材にもクラックが生じ難く、実装信頼性の高いモジュールCを得ることができる。 As the motherboard 7, a circuit board in which an organic resin is used as an insulating material and a copper foil is formed as a wiring member on the surface thereof is suitable. The motherboard 7 using an organic resin as an insulating material has a coefficient of thermal expansion of about 15 to 30 × 10-6 / K. Even when a motherboard 7 having such a large coefficient of thermal expansion is applied, a module C having high mounting reliability can be obtained. This is because the mounting component B to be mounted on the surface is formed by the wiring board A having the above-mentioned ceramic sintered body as the insulating layer 1, so that it is compared with the wiring board to which alumina or glass ceramics are applied as the insulating layer 1. Since both the thermal expansion coefficient and the mechanical strength are high, the connecting member connecting the wiring board A and the motherboard is less likely to crack, and the module C with high mounting reliability can be obtained.

図4は、本実施形態の電子機器を模式的に示した分解斜視図である。電子機器Dの例として、携帯電話、スマートフォンおよびタブレットなどを挙げることができる。本実施形態の電子機器Dは、上下から組まれる筐体11a、11bの内部に上記したモジュールCが内蔵される構成となっている。この場合、電子機器Dは筐体11aの表面に露出するように設けられた表示部13と、一方の筐体11b内に設置された電源部15と、これら表示部13および電源部15を制御するために筐体11b内に設置された制御部17とを有
している。これにより電子機器DはモジュールCの高い実装信頼性に基づいて、長期の使用に耐え得るものとなる。
FIG. 4 is an exploded perspective view schematically showing the electronic device of the present embodiment. Examples of the electronic device D include mobile phones, smartphones and tablets. The electronic device D of the present embodiment has a configuration in which the above-mentioned module C is built in the housings 11a and 11b assembled from above and below. In this case, the electronic device D controls a display unit 13 provided so as to be exposed on the surface of the housing 11a, a power supply unit 15 installed in one housing 11b, and the display unit 13 and the power supply unit 15. It has a control unit 17 installed in the housing 11b for the purpose of doing so. As a result, the electronic device D can withstand long-term use based on the high mounting reliability of the module C.

以下、本実施形態に係るセラミック焼結体を具体的に作製し、次いで、かかるセラミック焼結体を適用した配線基板を作製した。 Hereinafter, the ceramic sintered body according to the present embodiment was specifically produced, and then a wiring board to which the ceramic sintered body was applied was produced.

まず、グリーンシートを作製するための混合粉末として、平均粒径が4μmのフォルステライト粉末、平均粒径が3μmのアルミナ粉末および平均粒径が0.3μmのイットリア安定化ジルコニア粉末を準備し、表1に示す割合で添加してスラリーを調製した。スラリーの調製にはアクリル系バインダーとトルエンとを用いた。 First, as a mixed powder for preparing a green sheet, forsterite powder having an average particle size of 4 μm, alumina powder having an average particle size of 3 μm, and yttria-stabilized zirconia powder having an average particle size of 0.3 μm were prepared. A slurry was prepared by adding in the ratio shown in 1. An acrylic binder and toluene were used to prepare the slurry.

次に、調製したスラリーを用いて、ドクターブレード法により厚み120μmのグリーンシートを作製した。 Next, using the prepared slurry, a green sheet having a thickness of 120 μm was prepared by the doctor blade method.

得られたグリーンシートを複数枚重ねて所定厚みになるように加圧積層した。この後、特性評価用の試料となるように所定のサイズに切断して成形体を作製した。 A plurality of the obtained green sheets were stacked and pressure-laminated so as to have a predetermined thickness. After that, a molded product was prepared by cutting into a predetermined size so as to be a sample for characteristic evaluation.

次に、作製した成形体を所定の条件にて焼成し、特性評価用の試料となるセラミック焼結体を作製した。この場合、焼成の最高温度を1350℃とし、露点温度を19℃に設定して、窒素−水素の混合雰囲気中にて、最高温度での保持時間を1時間として焼成を行った。 Next, the produced molded product was fired under predetermined conditions to prepare a ceramic sintered body as a sample for characteristic evaluation. In this case, the maximum temperature for firing was set to 1350 ° C., the dew point temperature was set to 19 ° C., and firing was performed in a nitrogen-hydrogen mixed atmosphere with a holding time at the maximum temperature of 1 hour.

次に、作製したセラミック焼結体の試料について特性の評価を行った。相対密度はアルキメデス法によって求めたかさ密度を理論密度で除して求めた。この場合、理論密度は、セラミック焼結体中に含まれるフォルステライト、スピネルおよびジルコニアの各結晶相の割合に基づいた値とした。フォルステライト、スピネルおよびジルコニアの各結晶相の割合はリートベルト法を用いて測定した。この場合、各結晶相の理論密度として、フォルステライトは3.0g/cm、スピネルは3.6g/cmおよびジルコニアは6.0g/cmという値をそれぞれ用いた。 Next, the characteristics of the prepared ceramic sintered body sample were evaluated. The relative density was obtained by dividing the bulk density obtained by the Archimedes method by the theoretical density. In this case, the theoretical density was set to a value based on the ratio of each crystal phase of forsterite, spinel and zirconia contained in the ceramic sintered body. The proportions of each crystal phase of forsterite, spinel and zirconia were measured using the Rietveld method. In this case, as the theoretical density of each crystal phase, forsterite 3.0 g / cm 3, spinels 3.6 g / cm 3 and zirconia was used, respectively a value of 6.0 g / cm 3.

また、X線回折法を用いてセラミック焼結体中に含まれる結晶相の同定を行い、次いで、フォルステライトに対するスピネルの比率をピーク強度比から求めた。X線回折パターンにおいて、フォルステライトの主結晶相のピーク強度の大きい方から5つを合わせたピーク強度の合計をIF、スピネルの結晶相について、ピーク強度の大きい方から5つを合わせたピーク強度の合計をISとして、IS/IF比を求めた。 In addition, the crystal phase contained in the ceramic sintered body was identified by using an X-ray diffraction method, and then the ratio of spinel to forsterite was determined from the peak intensity ratio. In the X-ray diffraction pattern, the total of the peak intensities of the five from the largest peak intensities of the main crystal phase of forsterite is IF, and for the crystal phase of spinel, the peak intensities of the five from the one with the largest peak intensities are combined. The IS / IF ratio was calculated by using the total of IS as IS.

また、作製したセラミック焼結体を加工して、JISR1601に基づき3点曲げ強度を測定した。 Further, the produced ceramic sintered body was processed, and the three-point bending strength was measured based on JIS R1601.

また、セラミック焼結体を直径10mmのサイズに加工し、周波数1MHzにて比誘電率を測定した。 Further, the ceramic sintered body was processed into a size of 10 mm in diameter, and the relative permittivity was measured at a frequency of 1 MHz.

また、セラミック焼結体を加工し、熱機械分析装置(TMA)を用いて線熱膨張係数の測定を行った。 In addition, the ceramic sintered body was processed, and the coefficient of linear thermal expansion was measured using a thermomechanical analyzer (TMA).

また、セラミック焼結体の耐薬品性を以下の方法により評価した。耐薬品性試験は、メッキ膜の形成工程を除いた前処理および後処理の工程を経る前と後との間の試料片の重量減少率を求めた。前処理および後処理の条件は、硫酸および過硫酸アンモニウムを含むエッチング液を用いた表面処理、フッ化アンモニウム溶液を用いたエッチング処理、水洗、
アルカリ脱脂および酸処理である。結果を表1に示した。
Moreover, the chemical resistance of the ceramic sintered body was evaluated by the following method. In the chemical resistance test, the weight loss rate of the sample piece between before and after the pretreatment and posttreatment steps excluding the plating film forming step was determined. The conditions for pretreatment and posttreatment are surface treatment using an etching solution containing sulfuric acid and ammonium persulfate, etching treatment using an ammonium fluoride solution, washing with water, and so on.
Alkaline degreasing and acid treatment. The results are shown in Table 1.

また、試料No.5のグリーンシートを用いて、図1に示した構成の配線基板を作製した。配線を形成するための導体材料として、銅とタングステンとをそれぞれ50体積%含むものを適用した。 In addition, sample No. Using the green sheet of No. 5, a wiring board having the configuration shown in FIG. 1 was produced. As a conductor material for forming the wiring, a material containing 50% by volume of copper and tungsten was applied.

Figure 0006885705
Figure 0006885705

表1に示すように、フォルステライトを主結晶相とし、これにスピネルの結晶相と、ジルコニアの結晶相とが含まれているセラミック焼結体を元に作製した試料No.1〜13では、3点曲げ強度が288MPa以上、熱膨張係数が7.2×10−6/K以上であり、比誘電率が10.2以下であった。また、耐薬品性試験での重量変化率が0.14%以下であった。 As shown in Table 1, Sample No. 1 was prepared from a ceramic sintered body in which forsterite was used as the main crystal phase, and the crystal phase of spinel and the crystal phase of zirconia were contained therein. In 1 to 13, the three-point bending strength was 288 MPa or more, the coefficient of thermal expansion was 7.2 × 10 -6 / K or more, and the relative permittivity was 10.2 or less. In addition, the weight change rate in the chemical resistance test was 0.14% or less.

この中で、フォルステライトの主結晶相についてのX線回折パターンのピーク強度IFに対するスピネルの結晶相のピーク強度ISの比(IS/IF比)が0.35〜0.55である試料No.2〜8、10〜13では、熱膨張係数が7.3×10−6/K以上、機械的強度が303MPa以上であり、比誘電率が9.8以下であった。 Among these, Sample No. 1 in which the ratio (IS / IF ratio) of the peak intensity IS of the spinel crystal phase to the peak intensity IF of the X-ray diffraction pattern for the main crystal phase of forsterite is 0.35 to 0.55. In 2 to 8 and 10 to 13, the coefficient of thermal expansion was 7.3 × 10 -6 / K or more, the mechanical strength was 303 MPa or more, and the relative permittivity was 9.8 or less.

また、セラミック焼結体を構成するジルコニアの結晶相を正方晶系とした試料の中で、IS/IF比を0.40〜0.50とした試料(試料No.3〜7、10および11)は、機械的強度が308MPa以上、熱膨張係数が8.0×10−6/K以上、比誘電率が9.7以下であった。 Further, among the samples in which the crystal phase of zirconia constituting the ceramic sintered body is a tetragonal system, the samples having an IS / IF ratio of 0.40 to 0.50 (Sample Nos. 3 to 7, 10 and 11). ), The mechanical strength was 308 MPa or more, the coefficient of thermal expansion was 8.0 × 10 -6 / K or more, and the relative permittivity was 9.7 or less.

これに対し、セラミック焼結体中に、フォルステライト、スピネルおよびジルコニアの各結晶相のうちのいずれかを含まない試料(試料No.14〜16)では、3点曲げ強度が288MPa以上、熱膨張係数が7.2×10−6/K以上および比誘電率が10.2以下のいずれかの特性を満たさないものになった。 On the other hand, in the sample (Sample Nos. 14 to 16) containing no one of the crystal phases of forsterite, spinel and zirconia in the ceramic sintered body, the three-point bending strength is 288 MPa or more and thermal expansion The coefficient does not satisfy any of the characteristics of 7.2 × 10-6 / K or more and the relative permittivity of 10.2 or less.

試料No.5のセラミック焼結体を絶縁層として作製した配線基板においても、絶縁層の各特性は表1の試料No.5と同等であった。 Sample No. Even in the wiring board produced by using the ceramic sintered body of No. 5 as an insulating layer, each characteristic of the insulating layer is the sample No. It was equivalent to 5.

A・・・・・・・配線基板
B・・・・・・・実装部品
C・・・・・・・モジュール
D・・・・・・・電子機器
1・・・・・・・絶縁層
1a・・・・・・(絶縁層の)表面
2・・・・・・・パッド
3・・・・・・・配線
5・・・・・・・電子部品
6・・・・・・・接続端子
7・・・・・・・マザーボード
11a、11b・筐体
13・・・・・・表示部
15・・・・・・電源部
17・・・・・・制御部
A ... Wiring board B ... Mounting component C ... Module D ... Electronic equipment 1 ... Insulation layer 1a・ ・ ・ ・ ・ ・ Surface 2 (of the insulating layer) ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Pad 3 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Wiring 5 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Electronic parts 6 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Connection terminal 7 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Motherboards 11a, 11b ・ Housing 13 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Display unit 15 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Power supply unit 17 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Control unit

Claims (7)

フォルステライトの結晶相が45〜58質量%、スピネルの結晶相が9〜28質量%、正方晶のジルコニアの結晶相が23〜37質量%含まれており、残部が酸化珪素であることを特徴とするセラミック焼結体。 False Terai bets crystalline phase 45-58% by weight, scan crystal phase of spinel is 9-28 wt%, the crystal phase of tetragonal zirconia contains 23-37 wt%, Ru balance silicon oxide der A ceramic sintered body characterized by that. X線回折パターンにおいて、前記フォルステライトの結晶相のピーク強度の大きい方から5つを合わせたピーク強度の合計をIF、前記スピネルの結晶相について、ピーク強度の大きい方から5つを合わせたピーク強度の合計をISとしたときに、IS/IF比が0.35〜0.55であることを特徴とする請求項1に記載のセラミック焼結体。 In X-ray diffraction pattern, IF the total peak intensity of the combined five from the largest peak intensity of binding phase of the forsterite, the crystal phase of the spinel, the combined five from the direction of the peak intensity greater The ceramic sintered body according to claim 1, wherein the IS / IF ratio is 0.35 to 0.55, where IS is the total peak intensity. 前記IS/IF比が0.40〜0.50であることを特徴とする請求項2に記載のセラミック焼結体。 The ceramic sintered body according to claim 2, wherein the IS / IF ratio is 0.40 to 0.50. 絶縁層の表面に配線を備えている配線基板であって、前記絶縁層が請求項1乃至のうちいずれかに記載のセラミック焼結体であることを特徴とする配線基板。 A wiring board having wiring on the surface of the insulating layer, wherein the insulating layer is the ceramic sintered body according to any one of claims 1 to 3. 請求項に記載の配線基板の表面または内部に、半導体素子、センサ素子および受動部品のうちの少なくとも1つの電子部品が配置されていることを特徴とする実装部品。 A mounting component characterized in that at least one electronic component among a semiconductor element, a sensor element, and a passive component is arranged on the surface or inside of the wiring board according to claim 4. マザーボード上に請求項に記載の実装部品が実装されていることを特徴とするモジュール。 A module characterized in that the mounting component according to claim 5 is mounted on a motherboard. 筐体と、該筐体の内部から表面に露出するようにそれぞれ設けられた電源部および表示部と、前記電源部および表示部に電気的に接続され、前記表示部を機能させる制御部とを有している電子機器であって、前記制御部が請求項に記載のモジュールを有していることを特徴とする電子機器。 A housing, a power supply unit and a display unit provided so as to be exposed from the inside of the housing to the surface, and a control unit electrically connected to the power supply unit and the display unit to function the display unit. An electronic device having the module according to claim 6 , wherein the control unit has the module.
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