JP7630103B2 - Substrate for electronic device, electronic device, chip resistor, and method for manufacturing electronic device - Google Patents
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Description
本開示は、電子デバイス用基板、電子デバイス、チップ抵抗器および電子デバイスの製造方法に関する。 This disclosure relates to substrates for electronic devices, electronic devices, chip resistors, and methods for manufacturing electronic devices.
アルミナ基板は良好な絶縁性と熱伝導性を有しているため、従来から電子デバイス、例えばチップ抵抗器における基板(絶縁基板)として多く用いられている。一般的に、チップ抵抗器は、絶縁基板と、この絶縁基板の上面の両端部に設けられた一対の上部電極と、絶縁基板の上面に設けられ、かつ一対の上部電極間に接続された抵抗体とを備えている。 Alumina substrates have good insulation and thermal conductivity, and therefore have been widely used as substrates (insulating substrates) in electronic devices, such as chip resistors. In general, a chip resistor comprises an insulating substrate, a pair of upper electrodes provided at both ends of the upper surface of the insulating substrate, and a resistor provided on the upper surface of the insulating substrate and connected between the pair of upper electrodes.
前記チップ抵抗器は、更に、少なくとも抵抗体を覆うように設けられた保護膜と、一対の上部電極と電気的に接続されるように絶縁基板の両端面に設けられた一対の端面電極と、上部電極の一部と一対の端面電極の表面に形成されためっき層とを備えている。 The chip resistor further includes a protective film provided to cover at least the resistor body, a pair of end electrodes provided on both end surfaces of the insulating substrate so as to be electrically connected to the pair of upper electrodes, and a plating layer formed on a portion of the upper electrode and on the surface of the pair of end electrodes.
通常、上記チップ抵抗器を製造する場合、アルミナからなる大判基板上に、複数組の上部電極等の表電極と抵抗体を一括して形成した後、該表電極等の形成された大判基板を、格子状に延びる一次分割溝と二次分割溝に沿って分割(ブレイク)するか、分割溝の代わりにダイシングブレードを用いて格子状に切断することで、個々のチップ素体を得る。 In general, when manufacturing the chip resistors, multiple sets of surface electrodes, such as upper electrodes, and resistors are formed together on a large substrate made of alumina, and then the large substrate on which the surface electrodes are formed is either divided (broken) along the primary and secondary dividing grooves that extend in a grid pattern, or cut into a grid pattern using a dicing blade instead of the dividing grooves, to obtain individual chip elements.
ところでアルミナ基板の表面は、微細な凹凸やうねりがあり平滑でない。よって、アルミナ基板の表面に形成される表電極と抵抗体の形状が安定しにくいという問題があった。特に、表電極と抵抗体をフォトリソグラフィにより薄膜として形成する場合、薄膜である表電極と抵抗体がアルミナ基板の表面状態の影響を受けて、歪、断線、クラック等が発生するという問題があった。 However, the surface of the alumina substrate is not smooth and has minute irregularities and undulations. This causes a problem in that the shapes of the front electrode and resistor formed on the surface of the alumina substrate are difficult to stabilize. In particular, when the front electrode and resistor are formed as thin films by photolithography, the front electrode and resistor, which are thin films, are affected by the surface condition of the alumina substrate, causing problems such as distortion, disconnection, and cracks.
上記問題を解決するため、例えば特許文献1では、アルミナ基板自体にわずかなシリカガラスを含有させ、このアルミナ基板の表面全体にガラスコートを形成し、ガラスコート上に上部電極や抵抗体等を形成する技術が提案されている。 To solve the above problems, for example, Patent Document 1 proposes a technology in which a small amount of silica glass is contained in the alumina substrate itself, a glass coating is formed over the entire surface of the alumina substrate, and an upper electrode, resistor, etc. are formed on the glass coating.
特許文献1の技術では、アルミナ基板とガラスコートの界面に空孔が生じた。アルミナ基板とガラスコートの間に空孔が存在すると、アルミナ基板とガラスコートの密着性に劣り、例えば、チップ抵抗器製造の後工程で、ガラスコート上面に形成された抵抗体等の機能膜が、アニール処理や繰り返しの熱負荷の影響を受けたときに、抵抗体の断線等の不具合が生じ、その結果、チップ抵抗器の歩留まりが低下するという問題があった。本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、平坦化に優れていると共に、アルミナ基板と平坦化層の密着性に優れ、熱伝導性にも優れた電子デバイス用基板、該電子デバイス用基板を備えた電子デバイスとチップ抵抗器、および電子デバイスの製造方法を提供することにある。 In the technology of Patent Document 1, voids were generated at the interface between the alumina substrate and the glass coat. When voids exist between the alumina substrate and the glass coat, the adhesion between the alumina substrate and the glass coat is poor. For example, in a post-process of chip resistor manufacturing, when a functional film such as a resistor formed on the upper surface of the glass coat is subjected to an annealing process or repeated heat load, defects such as disconnection of the resistor occur, resulting in a problem of a decrease in the yield of chip resistors. This disclosure has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a substrate for electronic devices that is excellent in planarization, has excellent adhesion between the alumina substrate and the planarization layer, and has excellent thermal conductivity, an electronic device and a chip resistor that include the substrate for electronic devices, and a method for manufacturing an electronic device.
上記目的を達成できた本開示の電子デバイス用基板は、
アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板と、
前記アルミナ基板の上面に積層された、複数の平坦化層とを備え、
前記複数の平坦化層のうち、少なくとも1つは、主成分がアルミナの平坦化層であることを特徴とする。
The substrate for electronic devices of the present disclosure that can achieve the above object is:
an alumina substrate made of a sintered body of alumina particles;
a plurality of planarization layers laminated on an upper surface of the alumina substrate;
At least one of the plurality of planarizing layers is characterized in that its main component is alumina.
本開示によれば、表面が十分平坦化されていると共に、電子デバイス用基板を構成するアルミナ基板と平坦化層の密着性に優れ、熱伝導性にも優れた電子デバイス用基板と、該電子デバイス用基板を備えた電子デバイスとチップ抵抗器、および電子デバイス用の製造方法を提供できる。 The present disclosure provides a substrate for electronic devices that has a sufficiently planarized surface, excellent adhesion between the alumina substrate and planarization layer that constitute the substrate for electronic devices, and excellent thermal conductivity, as well as an electronic device and a chip resistor that include the substrate for electronic devices, and a manufacturing method for the electronic device.
上記特許文献1の技術では、上述の通り、チップ抵抗器における抵抗体の断線等の不具合が生じ、抵抗値のバラツキが生じた。本発明者らが、その原因を分析したところ、アルミナ基板とガラスコートの界面に空孔が確認された。空孔が存在する部分は、ガラスコートとアルミナ基板との密着性が低く、熱伝導率が悪化して抵抗体の溶断が発生したと考えられる。 As described above, the technology of Patent Document 1 causes defects such as resistor breakage in chip resistors, resulting in variations in resistance values. When the inventors analyzed the cause, they found voids at the interface between the alumina substrate and the glass coating. It is believed that the area where the voids exist has poor adhesion between the glass coating and the alumina substrate, which deteriorates thermal conductivity and causes the resistor to melt.
本発明者らは、これらの事情に鑑みて、表面が十分平坦化されていると共に、電子デバイス用基板を構成するアルミナ基板と平坦化層の密着性に優れ、熱伝導性にも優れた電子デバイス用基板を得るために鋭意検討を行った。そしてその結果、上記チップ抵抗器等の電子デバイスに用いられる電子デバイス用基板を、アルミナ基板上に、複数の平坦化層が積層され、前記複数の平坦化層のうちの少なくとも1層はアルミナが主成分であるものとすればよいことを見出した。以下、本開示の実施形態における電子デバイス用基板についてまず説明する。 In view of these circumstances, the present inventors have conducted extensive research to obtain an electronic device substrate having a sufficiently planarized surface, excellent adhesion between the alumina substrate and the planarization layer that constitute the electronic device substrate, and excellent thermal conductivity. As a result, they have found that an electronic device substrate used in electronic devices such as the chip resistor described above can be formed by laminating multiple planarization layers on an alumina substrate, with at least one of the multiple planarization layers being composed primarily of alumina. Below, the electronic device substrate in the embodiment of the present disclosure will first be described.
[電子デバイス用基板]
以下では、本開示の実施形態に係る電子デバイス用基板について、図1を参照しながら説明する。なお、本開示の実施形態は、図1に示した形態に限定されず、本開示の効果を損なわない範囲で適宜変更することができる。
[Substrate for electronic devices]
Hereinafter, a substrate for electronic devices according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 1. Note that the embodiment of the present disclosure is not limited to the form shown in Fig. 1, and can be appropriately modified within a range that does not impair the effects of the present disclosure.
図1は、本開示の実施形態に係る電子デバイス用基板11の断面模式図である。図1は、アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板11aの上面に、複数の平坦化層(多層平坦化層)11bが積層された構造を示している。また図1において、複数の平坦化層11bは、第1平坦化層111bと第2平坦化層112bの2層が積層して構成された例を示している。なお平坦化層の積層数はこれに限定されず、3層以上であってもよい。本明細書において、「アルミナ基板と接する平坦化層」とは、電子デバイス用基板の断面において、第1平坦化層111bの通り、アルミナ基板に最も近い層をいう。また、アルミナ基板11aと接する面積が最も多い層でもある。「最表面の平坦化層」とは、電子デバイス用基板の断面において、第2平坦化層112bの通り、アルミナ基板から最も遠い平坦化層をいう。以下、アルミナ基板11aと、複数の平坦化層11bのそれぞれについて説明する。
(アルミナ基板)
電子デバイス用基板に用いられるアルミナ基板11aは、アルミナ粒子の焼結体からなる。上記焼結体は、耐熱性および絶縁性に優れた純度が96%以上のアルミナで形成されていることが好ましい。更にアルミナ基板は、表面に凹凸を有する。このアルミナ基板の表面における凹凸は、焼結体を構成するアルミナ粒子の形状に起因する。上記凹凸を、最大高さRzで表すと、例えば数百nmから数千nm程度である。前記最大高さRzは例えばAFM(原子間力顕微鏡)で測定することができる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electronic device substrate 11 according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 1 shows a structure in which a plurality of planarization layers (multi-layer planarization layers) 11b are laminated on the upper surface of an alumina substrate 11a made of a sintered body of alumina particles. FIG. 1 also shows an example in which the plurality of planarization layers 11b are configured by laminating two layers, a first planarization layer 111b and a second planarization layer 112b. The number of planarization layers is not limited to this, and may be three or more layers. In this specification, the "planarization layer in contact with the alumina substrate" refers to the layer closest to the alumina substrate in the cross section of the electronic device substrate, as in the first planarization layer 111b. It is also the layer with the largest area in contact with the alumina substrate 11a. The "topmost planarization layer" refers to the planarization layer furthest from the alumina substrate in the cross section of the electronic device substrate, as in the second planarization layer 112b. Hereinafter, the alumina substrate 11a and the plurality of planarization layers 11b will be described.
(Alumina substrate)
The alumina substrate 11a used for electronic device substrates is made of a sintered body of alumina particles. The sintered body is preferably made of alumina with a purity of 96% or more, which has excellent heat resistance and insulating properties. Furthermore, the alumina substrate has irregularities on its surface. The irregularities on the surface of the alumina substrate are due to the shape of the alumina particles that make up the sintered body. The irregularities are expressed as a maximum height Rz, which is, for example, several hundred nm to several thousand nm. The maximum height Rz can be measured, for example, by an AFM (atomic force microscope).
(複数の平坦化層)
本開示の電子デバイス用基板11は、複数の平坦化層11bが積層した構成を有する。本開示の実施形態では、上記アルミナ基板11aの上に、複数の平坦化層11bを設けることにより、例えば電極や抵抗体といった機能膜を、アルミナ基板11aの表面状態の影響を受けることなく形成することができる。なお、本明細書において、単に「平坦化層」とは、焼成して得られた電子デバイス用基板の平坦化層をいい、焼成前の平坦化層とは区別される。
(Multiple Planarization Layers)
The electronic device substrate 11 of the present disclosure has a configuration in which a plurality of planarization layers 11b are laminated. In the embodiment of the present disclosure, by providing a plurality of planarization layers 11b on the alumina substrate 11a, functional films such as electrodes and resistors can be formed without being affected by the surface state of the alumina substrate 11a. In this specification, the term "planarization layer" simply refers to the planarization layer of the electronic device substrate obtained by firing, and is to be distinguished from the planarization layer before firing.
(平坦化層の成分組成)
複数の平坦化層のうち、少なくとも1つは、主成分がアルミナの平坦化層である。複数の平坦化層のうち、少なくとも1つの平坦化層を、主成分がアルミナの平坦化層とすることによって、熱負荷を受けたときに、アルミナ基板との熱膨張係数の差が生じにくい。更に、主成分がアルミナの平坦化層は、アルミナ基板と材質が似ているため、アルミナ基板と同様の優れた絶縁性と熱伝導性を示す。その結果、電子デバイスにおいて、優れた絶縁性と熱伝導性といったアルミナ基板の特徴を存分に発揮させることができる。ここで「主成分」とは、例えば上記主成分がアルミナの平坦化層の場合、1つの平坦化層に占めるアルミナの割合が50質量%以上であることをいう。前記割合は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上である。
(Component Composition of Planarizing Layer)
At least one of the planarization layers is a planarization layer whose main component is alumina. By making at least one of the planarization layers whose main component is alumina, a difference in thermal expansion coefficient between the planarization layer and the alumina substrate is unlikely to occur when a thermal load is applied. Furthermore, since the planarization layer whose main component is alumina is similar in material to the alumina substrate, it exhibits excellent insulation and thermal conductivity similar to the alumina substrate. As a result, the characteristics of the alumina substrate, such as excellent insulation and thermal conductivity, can be fully exhibited in electronic devices. Here, the "main component" means that, for example, in the case of a planarization layer whose main component is alumina, the proportion of alumina in one planarization layer is 50% by mass or more. The proportion is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more.
主成分がアルミナの平坦化層は、主成分のアルミナ以外に、例えばSiO2(シリカ)、ZrO2(ジルコニア)、TiO2、MnO、MgO、CaO、SrO、BaO、Yb2O3等の金属酸化物であるセラミックス、有機または無機のバインダー等が含まれていてもよい。主成分がアルミナの平坦化層は、好ましくは、主成分のアルミナ以外に、シリカとジルコニアのうちの1以上を含む。 The planarizing layer whose main component is alumina may contain, in addition to the main component alumina, for example, SiO2 (silica), ZrO2 (zirconia), ceramics which are metal oxides such as TiO2 , MnO, MgO, CaO, SrO, BaO, Yb2O3 , and organic or inorganic binders. The planarizing layer whose main component is alumina preferably contains, in addition to the main component alumina, one or more of silica and zirconia.
複数の平坦化層のうち、少なくとも1つは、主成分がアルミナの平坦化層であるが、残りの平坦化層は、主成分がアルミナの平坦化層であってもよいし、主成分がアルミナ以外のセラミックスの平坦化層であってもよい。すなわち、複数の平坦化層のうち、少なくとも1つは、主成分がアルミナ以外のセラミックスの平坦化層であってもよい。最も好ましくは、複数の平坦化層のいずれもが、主成分がアルミナの平坦化層である。 At least one of the multiple planarization layers is a planarization layer whose main component is alumina, but the remaining planarization layers may be planarization layers whose main component is alumina, or may be planarization layers whose main component is a ceramic other than alumina. In other words, at least one of the multiple planarization layers may be a planarization layer whose main component is a ceramic other than alumina. Most preferably, all of the multiple planarization layers are planarization layers whose main component is alumina.
主成分がアルミナ以外のセラミックスの平坦化層は、電子デバイス用基板の表面の平滑性と、アルミナ基板との優れた密着性、更には優れた熱伝導性を確保できるものであればく、主成分が、例えばSiO2(シリカ)、ZrO2(ジルコニア)、TiO2、MnO、MgO、CaO、SrO、BaO、Yb2O3等の金属酸化物であるセラミックスでありうる。主成分がアルミナ以外のセラミックスの平坦化層は、好ましくは、主成分がシリカまたはジルコニアである。 The planarizing layer made of a ceramic other than alumina as the main component may be any ceramic whose main component is a metal oxide such as SiO2 (silica), ZrO2 (zirconia), TiO2 , MnO, MgO, CaO, SrO, BaO, Yb2O3 , etc. , as long as it can ensure the smoothness of the surface of the electronic device substrate, excellent adhesion to the alumina substrate, and further excellent thermal conductivity. The planarizing layer made of a ceramic other than alumina as the main component is preferably made of silica or zirconia.
複数の平坦化層のうち、アルミナ基板と接する平坦化層は、主成分がアルミナの平坦化層とすることが好ましい。それによって、アルミナ基板と平坦化層が同質となり、また同等の熱膨張率となり良好な界面が得られるため好ましい。または、複数の平坦化層のうち、アルミナ基板から最も遠い、最表面の平坦化層を、主成分がアルミナの平坦化層としてもよい。それによって、電極や抵抗体といった機能膜で発生した発熱が良好に平坦化層に放熱されるため好ましい。アルミナ基板と接する平坦化層と最表面の平坦化層の両方を主成分がアルミナの平坦化層としてもよい。 Of the multiple planarization layers, it is preferable that the planarization layer in contact with the alumina substrate is a planarization layer whose main component is alumina. This is preferable because the alumina substrate and the planarization layer are homogeneous and have the same thermal expansion coefficient, resulting in a good interface. Alternatively, of the multiple planarization layers, the outermost planarization layer furthest from the alumina substrate may be a planarization layer whose main component is alumina. This is preferable because heat generated in functional films such as electrodes and resistors is efficiently dissipated to the planarization layer. Both the planarization layer in contact with the alumina substrate and the outermost planarization layer may be planarization layers whose main component is alumina.
本開示の電子デバイス用基板では、複数の平坦化層が積層され、多層構造を形成する。多層とは、2層以上の平坦化層が積層した構成であることをいう。積層数の上限は特に制限されないが、工程が複雑になることから5層以下であることが好ましい。 In the electronic device substrate of the present disclosure, multiple planarization layers are stacked to form a multilayer structure. "Multilayer" refers to a structure in which two or more planarization layers are stacked. There is no particular upper limit on the number of layers, but it is preferable that the number be five or less in order to avoid complicating the process.
(複数の平坦化層の合計厚さ、各平坦化層の厚さ)
複数の平坦化層を構成する各平坦化層の厚さは、平坦化層の本来の目的である、アルミナ基板の表面の平坦化を図ることができれば特に限定されない。一般的なアルミナ基板の表面の最大高さRzは、上述の通り、焼結体を構成するアルミナ粒子の形状に起因して、数百nmから数千nmの範囲にある。よって、複数の平坦化層の合計厚さは、上記最大高さRzよりも大きいことが好ましい。上記最大高さRzは、上記焼結体を構成するアルミナ粒子の粒子径でもあり得ることから、複数の平坦化層の合計厚さは、例えば、上記焼結体を構成するアルミナ粒子の平均粒子径以上とすることが好ましいともいえる。複数の平坦化層の合計厚さは、上記最大高さRz、上記焼結体を構成するアルミナ粒子の平均粒子径にもよるが、例えば2.0μm以上であることが好ましく、より好ましくは2.5μm以上である。複数の平坦化層の合計厚さの上限は特に限定されず、例えば20μm以下とすることができる。
(Total thickness of multiple planarization layers, thickness of each planarization layer)
The thickness of each planarization layer constituting the plurality of planarization layers is not particularly limited as long as the planarization of the surface of the alumina substrate, which is the original purpose of the planarization layer, can be achieved. The maximum height Rz of the surface of a general alumina substrate is in the range of several hundred nm to several thousand nm due to the shape of the alumina particles constituting the sintered body, as described above. Therefore, the total thickness of the plurality of planarization layers is preferably larger than the maximum height Rz. Since the maximum height Rz may be the particle diameter of the alumina particles constituting the sintered body, it can be said that the total thickness of the plurality of planarization layers is preferably, for example, equal to or larger than the average particle diameter of the alumina particles constituting the sintered body. The total thickness of the plurality of planarization layers is preferably, for example, 2.0 μm or more, more preferably 2.5 μm or more, depending on the maximum height Rz and the average particle diameter of the alumina particles constituting the sintered body. The upper limit of the total thickness of the plurality of planarization layers is not particularly limited, and can be, for example, 20 μm or less.
前記複数の平坦化層のうち、アルミナ基板と接する平坦化層の厚さが最も薄くてもよい。アルミナ基板と接する平坦化層の厚さは、アルミナ基板との密着性を高めて空孔の形成を抑制する観点から、10nm~1000nmの範囲とすることが好ましい。 Of the multiple planarization layers, the planarization layer in contact with the alumina substrate may be the thinnest. The thickness of the planarization layer in contact with the alumina substrate is preferably in the range of 10 nm to 1000 nm from the viewpoint of increasing adhesion with the alumina substrate and suppressing the formation of voids.
複数の平坦化層の各層の主成分が異なる例として、例えば2層構造である場合、アルミナ基板と接する平坦化層がシリカを主成分とし、最表面の平坦化層がアルミナを主成分とすることが挙げられる。また例えば3層構造である場合、平坦化層の主成分が、アルミナ基板側から順に、アルミナ/シリカ/アルミナといった構造とすることが挙げられる。これらの構造では、平坦化層の間で化合物が生じて結着性が向上するため好ましい。シリカとアルミナの場合、ムライトが形成される。シリカは熱伝導性がアルミナより劣るため、シリカを主成分とする平坦化層の厚さを、例えば1μm以下、好ましくは500nm以下、更に好ましくは300nm以下とすることで、熱伝導率の低下を抑制できる。 For example, in the case of a two-layer structure, the planarization layer in contact with the alumina substrate is mainly composed of silica, and the planarization layer on the outermost surface is mainly composed of alumina. In the case of a three-layer structure, the planarization layers are mainly composed of alumina/silica/alumina, in that order from the alumina substrate side. These structures are preferable because compounds are generated between the planarization layers, improving the adhesion. In the case of silica and alumina, mullite is formed. Since silica has a lower thermal conductivity than alumina, the thickness of the planarization layer mainly composed of silica can be set to, for example, 1 μm or less, preferably 500 nm or less, and more preferably 300 nm or less, to suppress the decrease in thermal conductivity.
平坦化層は、電子デバイス用基板の例えば抵抗体を配置させる最表面が平坦化されていればよく、連続した一面であってもよいし、不連続な面を有していてもよい。不連続な面を有する場合として、例えばアルミナ基板と接する平坦化層が、アルミナ基板の凹凸の少なくとも凹部に位置し、アルミナ基板の一部が露出してもよく、電子デバイス用基板を上面からみたときに、平坦化層またはアルミナ基板が複数の島状に存在する場合も含みうる。平坦化層は、その直下のアルミナ基板または下地となる平坦化層の50面積%以上を覆っていることが好ましい。 The planarization layer may be a continuous surface or may have a discontinuous surface as long as it flattens the outermost surface of the electronic device substrate, for example, on which a resistor is disposed. When the planarization layer has a discontinuous surface, for example, the planarization layer in contact with the alumina substrate may be located at least in a concave portion of the unevenness of the alumina substrate, exposing a portion of the alumina substrate, or may have a plurality of islands of planarization layer or alumina substrate when the electronic device substrate is viewed from above. It is preferable that the planarization layer covers 50% or more of the area of the alumina substrate or underlying planarization layer directly below it.
複数の平坦化層は、いずれも主成分がアルミナの平坦化層であって、少なくとも1つの平坦化層は粒子形状が他の平坦化層と異なっていてもよい。また、複数の平坦化層のうち、アルミナ基板と接する平坦化層は、該平坦化層を構成する粒子が、他の平坦化層を構成する粒子よりも、平均粒子径が小さくかつ長辺と短辺のアスペクト比が小さいことが好ましい。 All of the multiple planarization layers are planarization layers whose main component is alumina, and at least one of the planarization layers may have a particle shape different from that of the other planarization layers. In addition, of the multiple planarization layers, it is preferable that the particles constituting the planarization layer in contact with the alumina substrate have a smaller average particle size and a smaller aspect ratio of the long side to the short side than the particles constituting the other planarization layers.
本実施形態の電子デバイス用基板は、複数の平坦化層の積層方向断面において、アルミナ基板の、平坦化層により被覆された表面線に占める、前記アルミナ基板と前記平坦化層の間の空孔の長さの割合が、50%以下であることが好ましい。図2は、本実施形態の電子デバイス用基板の一例として、アルミナ基板11aの平坦化層形成側表面の全てが複数の平坦化層11bで覆われず、アルミナ基板の露出部19を有している場合の、上記割合を求める方法を説明する断面模式図である。上記図2において、前記割合は、アルミナ基板11aの、平坦化層11bにより被覆された表面を表す表面線、すなわちP1からP4までの実線の長さとP5からP8までの実線の長さの合計に占める、アルミナ基板11aと平坦化層11bの間の空孔と接している、P2からP3までの実線の長さとP6からP7までの実線の長さの合計の割合を求めることで算出される。図2において、点線で示されたアルミナ基板の露出部19は、上記平坦化層11bにより被覆された表面線に含まれない。 In the electronic device substrate of this embodiment, in a cross section of the lamination direction of the multiple planarization layers, the ratio of the length of the voids between the alumina substrate and the planarization layers to the surface line of the alumina substrate covered by the planarization layers is preferably 50% or less. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for determining the above ratio when the entire surface of the planarization layer-forming side of the alumina substrate 11a is not covered with the multiple planarization layers 11b and has an exposed portion 19 of the alumina substrate, as an example of the electronic device substrate of this embodiment. In FIG. 2, the ratio is calculated by determining the ratio of the total length of the solid lines from P2 to P3 and P6 to P7 that are in contact with the voids between the alumina substrate 11a and the planarization layers 11b to the total length of the solid lines from P1 to P4 and P5 to P8 representing the surface of the alumina substrate 11a covered by the planarization layers 11b. In FIG. 2, the exposed portion 19 of the alumina substrate, shown by the dotted line, is not included in the surface line covered by the planarization layer 11b.
[電子デバイス]
本開示の実施形態には、上記電子デバイス用基板を備えていることを特徴とする電子デバイスが含まれる。前記電子デバイスとして、チップ抵抗器が挙げられる。上記チップ抵抗器として、上記電子デバイス用基板の平坦化層の上面に、抵抗体が少なくとも配置されていることを特徴とするチップ抵抗器が挙げられる。またサーミスタとして上記電子デバイス用基板の平坦化層の上面に、測温抵抗体が少なくとも配置されていることを特徴とするサーミスタが挙げられる。それらの抵抗体の材料は平坦化層の少なくとも最表面との反応性が低いことが要求されるが、それ以外に特に制限されず、後に例示する材料を用いることができる。
[Electronic Devices]
An embodiment of the present disclosure includes an electronic device comprising the above-mentioned electronic device substrate. The electronic device includes a chip resistor. The chip resistor includes a chip resistor having at least a resistor disposed on the upper surface of the planarization layer of the electronic device substrate. The thermistor includes a thermistor having at least a resistance temperature detector disposed on the upper surface of the planarization layer of the electronic device substrate. The material of the resistor is required to have low reactivity with at least the outermost surface of the planarization layer, but is not otherwise particularly limited, and the materials exemplified below can be used.
[電子デバイスの製造方法]
本実施形態に係る電子デバイスの製造方法は、アルミナ基板の上面に、セラミックス粒子を、下記に例示する方法により塗布し、乾燥させた後、焼成すること、詳細には、下記の第1実施形態または第2実施形態の方法で複数の平坦化層を形成して、本実施形態に係る電子デバイス用基板を製造することを含む。
[Electronic device manufacturing method]
The method for manufacturing an electronic device according to this embodiment includes applying ceramic particles to the upper surface of an alumina substrate by a method exemplified below, drying the applied particles, and then firing the substrate; more specifically, forming a plurality of planarization layers by the method of the first or second embodiment below, thereby manufacturing a substrate for an electronic device according to this embodiment.
(第1実施形態)
第1実施形態の電子デバイスの製造方法は、
アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板の上面に、
セラミックス粒子を塗布し、乾燥させることを繰り返し実施して、焼成前の複数の平坦化層が積層した焼成用基板を得ることと、
前記焼成用基板を、結晶化が進む温度で焼成することにより、
複数の平坦化層が形成された電子デバイス用基板を得ることを含む。
First Embodiment
The method for manufacturing an electronic device according to the first embodiment includes the steps of:
On the upper surface of an alumina substrate made of a sintered body of alumina particles,
Repeating the steps of applying ceramic particles and drying the ceramic particles to obtain a sintering substrate having a plurality of planarizing layers stacked thereon before sintering;
The firing substrate is fired at a temperature at which crystallization proceeds,
The method includes obtaining a substrate for an electronic device having a plurality of planarization layers formed thereon.
(第2実施形態)
第2実施形態の電子デバイスの製造方法は、
アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板の上面に、
セラミックス粒子を塗布し、乾燥させて、焼成前の平坦化層を1層形成した焼成用基板を得ることと、
前記焼成用基板を、結晶化が進む温度で焼成することを、繰り返し実施することにより、
複数の平坦化層が形成された電子デバイス用基板を得ることを含む。
Second Embodiment
The method for manufacturing an electronic device according to the second embodiment includes the steps of:
On the upper surface of an alumina substrate made of a sintered body of alumina particles,
A substrate for firing is obtained by applying ceramic particles and drying the applied ceramic particles to form a planarizing layer before firing.
The firing substrate is repeatedly fired at a temperature at which crystallization proceeds,
The method includes obtaining a substrate for an electronic device having a plurality of planarization layers formed thereon.
まず、電子デバイス用基板の製造方法について、以下で説明するが、第1実施形態と第2実施形態で重複する部分についてはまとめて説明する。 First, the method for manufacturing a substrate for an electronic device will be described below, but the overlapping parts between the first and second embodiments will be described together.
(アルミナ基板の準備)
電子デバイス用基板を構成する基板として、アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板を用意する。アルミナ基板11aの製造方法は特に限定されない。アルミナ基板は、アルミナ粒子を成型、焼結することによって作製される。なお、アルミナ基板11aを構成する焼結体の製造に用いられるアルミナ粒子は、求める特性によって異なる粒径のアルミナ粒子や添加剤を含むものを利用できる。
(Preparation of alumina substrate)
An alumina substrate made of a sintered body of alumina particles is prepared as a substrate for constituting an electronic device substrate. The manufacturing method of the alumina substrate 11a is not particularly limited. The alumina substrate is produced by molding and sintering alumina particles. The alumina particles used to manufacture the sintered body constituting the alumina substrate 11a may have different particle sizes or may contain additives depending on the desired characteristics.
(複数の平坦化層の形成)
第1実施形態では、電子デバイス用基板の複数の平坦化層を形成する工程で、
(1)前記アルミナ基板の上面に、セラミックス粒子を塗布し、
(2)乾燥させること
を繰り返し実施して、焼成前の複数の平坦化層が積層した焼成用基板を得る工程と、
前記焼成用基板を、結晶化が進む温度で焼成する工程とを少なくとも実施する。
(Formation of multiple planarization layers)
In the first embodiment, in a step of forming a plurality of planarization layers of a substrate for an electronic device,
(1) coating the upper surface of the alumina substrate with ceramic particles;
(2) Repeatedly drying the substrate to obtain a substrate to be fired having a plurality of planarized layers stacked thereon before firing;
At least a step of firing the substrate at a temperature at which crystallization proceeds is carried out.
第2実施形態では、電子デバイス用基板の複数の平坦化層を形成する工程で、
[1]前記アルミナ基板の上面において、セラミックス粒子を塗布し、乾燥させて、焼成前の平坦化層が1層形成された焼成用基板を得る工程と、
[2]前記焼成用基板を、結晶化が進む温度で焼成する工程と
を繰り返し実施することを少なくとも含む。
In the second embodiment, in a step of forming a plurality of planarization layers of a substrate for an electronic device,
[1] A step of applying ceramic particles to an upper surface of the alumina substrate and drying the applied ceramic particles to obtain a substrate to be fired having one pre-fired planarizing layer formed thereon;
[2] The method includes repeatedly performing a step of firing the substrate at a temperature at which crystallization proceeds.
アルミナ基板上に、平坦化層を形成するためのセラミックス粒子を塗布する方法は特に限定されない。例えばゾルゲル法を用いることができる。ゾルゲル法はセラミック合成法の一つであり、従来の溶融法や焼結法に比べて低い温度で平坦化層を作製できる。また溶液状態の原料を用いるため、膜厚の薄い平坦化層を作製することができる。または粒子の分散液を利用することもできる。よって、後述する異なる形状の粒子や複数の異なる成分の粒子を加えることができる。更には、焼結性や焼結後の膜質を制御するための添加物、例えば有機バインダーを加えることができる。 There is no particular limit to the method of applying ceramic particles to an alumina substrate to form a planarizing layer. For example, a sol-gel method can be used. The sol-gel method is one of the ceramic synthesis methods, and can produce a planarizing layer at a lower temperature than conventional melting and sintering methods. In addition, since the raw material is in a solution state, a planarizing layer with a thin film thickness can be produced. Alternatively, a particle dispersion can be used. Therefore, particles of different shapes or particles of multiple different components, as described below, can be added. Furthermore, additives for controlling the sinterability and film quality after sintering, such as organic binders, can be added.
平坦化層を構成するためのセラミックス粒子は、前述した平坦化層の成分組成と同様の成分のセラミックス粒子を用いればよい。 The ceramic particles for forming the planarization layer may be ceramic particles having the same composition as the planarization layer described above.
前記複数の平坦化層のうち、アルミナ基板と接する平坦化層は、長辺と短辺のアスペクト比が1以上5以下であるか、概球状であるセラミックス粒子を用いて形成することが好ましい。前記形状のセラミックス粒子を用いることで、アルミナ基板の凹凸にセラミックス粒子が侵入しやすく、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔の発生を抑制して、アルミナ基板と平坦化層の密着性を高め、熱伝導性などの、電子デバイス用基板と電子デバイスの特性を高めることができる。 Of the multiple planarization layers, the planarization layer in contact with the alumina substrate is preferably formed using ceramic particles that have an aspect ratio of long side to short side of 1 or more and 5 or less, or that are roughly spherical. By using ceramic particles with the above shape, the ceramic particles can easily penetrate into the irregularities of the alumina substrate, suppressing the generation of voids between the alumina substrate and the planarization layer, improving adhesion between the alumina substrate and the planarization layer, and improving the properties of the substrate for electronic devices and the electronic devices, such as thermal conductivity.
アルミナ基板と接する平坦化層は、平均粒子径が50nm以下であるセラミックス粒子を用いて形成することが好ましい。この場合も、アルミナ基板の凹凸にセラミックス粒子が侵入しやすく、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔の発生を抑制して、アルミナ基板と平坦化層の密着性を高め、熱伝導性などの、電子デバイス用基板と電子デバイスの特性を高めることができる。平均粒子径の下限は、上記作用効果を確保する観点からは特に限定されないが、現在の製造可能な粒子サイズとして、平均粒子径(一次粒子径)の下限は5nm程度である。前記平均粒子径は、例えばTEMを用いて測定することが挙げられる。 The planarization layer in contact with the alumina substrate is preferably formed using ceramic particles with an average particle diameter of 50 nm or less. In this case, too, the ceramic particles can easily penetrate the unevenness of the alumina substrate, suppressing the generation of voids between the alumina substrate and the planarization layer, improving adhesion between the alumina substrate and the planarization layer, and improving the properties of the electronic device substrate and the electronic device, such as thermal conductivity. The lower limit of the average particle diameter is not particularly limited from the viewpoint of ensuring the above-mentioned effects, but the lower limit of the average particle diameter (primary particle diameter) is about 5 nm as a particle size that can be currently manufactured. The average particle diameter can be measured, for example, using a TEM.
アルミナ基板と接する平坦化層は、長辺と短辺のアスペクト比が1以上5以下であるか概球状であって、かつ、平均粒子径が50nm以下であるアルミナ粒子を用いて形成することがより好ましい。 It is more preferable that the planarization layer in contact with the alumina substrate is formed using alumina particles that have an aspect ratio of the long side to the short side of 1 to 5 or are approximately spherical and have an average particle size of 50 nm or less.
一実施形態として、アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層の厚さは、例えば10nm以上、最大高さRz×1.0以下の範囲とすることが挙げられる。アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層の厚さを上記範囲とすれば、アルミナ基板との界面の空孔が生じ難いため好ましい。 In one embodiment, the thickness of the planarization layer before firing that contacts the alumina substrate is, for example, in the range of 10 nm or more and maximum height Rz x 1.0 or less. Setting the thickness of the planarization layer before firing that contacts the alumina substrate in the above range is preferable because it is less likely to cause voids at the interface with the alumina substrate.
一実施形態として、焼成前の複数の平坦化層は、いずれも、サイズと形状が同じアルミナ粒子で構成され、厚さのみが異なっていてもよい。 In one embodiment, the planarization layers before firing may all be composed of alumina particles of the same size and shape, differing only in thickness.
一実施形態として、複数の平坦化層は、いずれも主成分がアルミナのセラミックス粒子(例えばアルミナ粒子)で形成され、各平坦化層を構成するセラミックス粒子の形状が異なっていることが挙げられる。例えば2層構造の平坦化層の場合、アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層を球状のセラミックス粒子で形成し、最表面の焼成前の平坦化層を板状または羽毛状のセラミックス粒子で形成することが挙げられる。この様に形状の異なるセラミックス粒子を用いて複数の平坦化層を形成することで、アルミナ基板と接する平坦化層は、アルミナ基板との密着力が高く、最表面は優れた平滑性を示す電子デバイス用基板が得られる。更に、いずれも主成分がアルミナのセラミックス粒子を用いることで、焼成した際に平坦化層どうしの結着性も良好となる。 In one embodiment, the multiple planarization layers are all formed of ceramic particles (e.g., alumina particles) whose main component is alumina, and the ceramic particles constituting each planarization layer have different shapes. For example, in the case of a two-layer planarization layer, the planarization layer before firing that contacts the alumina substrate is formed of spherical ceramic particles, and the planarization layer before firing on the outermost surface is formed of plate-like or feather-like ceramic particles. By forming multiple planarization layers using ceramic particles of different shapes in this way, the planarization layer in contact with the alumina substrate has high adhesion to the alumina substrate, and the outermost surface has excellent smoothness, resulting in a substrate for electronic devices. Furthermore, by using ceramic particles whose main component is alumina, the adhesion between the planarization layers when fired is also good.
以下では、平坦化層を形成するためのセラミックス粒子を塗布する方法の一例として、ゾルゲル法について説明するが、本実施形態に係る平坦化層の形成方法はこれに限定されず、他の方法で形成することも含まれる。 Below, the sol-gel method will be described as an example of a method for applying ceramic particles to form a planarization layer, but the method for forming the planarization layer according to this embodiment is not limited to this method and also includes forming it by other methods.
ゾルゲル法では、ゾル材をアルミナ基板11a上に塗布し、乾燥させることによって多層平坦化層11bを形成することができる。粒子分散液を用いる場合でも粒子分散液をアルミナ基板11aに塗布し、乾燥させることにより多層平坦化層11bを形成することができる。塗布の方式としては、スピンコート法、ディッピング法、スプレー法、転写塗布法、ダイ塗布、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷法などの各種手段が可能である。 In the sol-gel method, a sol material is applied to the alumina substrate 11a and dried to form the multi-layer planarization layer 11b. When a particle dispersion liquid is used, the particle dispersion liquid is applied to the alumina substrate 11a and dried to form the multi-layer planarization layer 11b. Various methods of application are possible, such as spin coating, dipping, spraying, transfer coating, die coating, gravure printing, flexographic printing, offset printing, screen printing, and inkjet printing.
上記方法によれば、平坦化層を形成する際に塗布液のレベリング効果が発揮されて、例えば、平坦化層の厚さがアルミナ基板の最大高さRzとほぼ同じであっても、平滑な表面の平坦化層を得ることができる。 According to the above method, the leveling effect of the coating liquid is exerted when forming the planarization layer, and it is possible to obtain a planarization layer with a smooth surface, even if the thickness of the planarization layer is approximately the same as the maximum height Rz of the alumina substrate, for example.
レベリング効果を効率良く発現させるには、レベリングに至るまでの時間の制御を目的に、乾燥による増粘制御のための添加剤を加えることができる。また、表面張力の低下によるレベリングの促進も可能であるため、表面張力低下を促進させる添加剤を加えてもよい。添加剤の添加は消泡の効果も期待できる。具体的にはシリコーン系の添加剤やフッ素系の添加剤を用いることができるが、それらに制限されない。また界面活性剤にも陽イオン(アニオン)、陰イオン性(カチオン)、両性、ノニオン系等があるが、添加元の塗布液の特性を悪化させない限り特に制限されない。 To efficiently achieve the leveling effect, additives for controlling thickening due to drying can be added to control the time until leveling. Leveling can also be promoted by reducing surface tension, so additives that promote the reduction in surface tension may be added. Addition of additives can also be expected to have a defoaming effect. Specifically, silicone-based additives and fluorine-based additives can be used, but are not limited to these. Surfactants can also be cationic (anionic), anionic (cationic), amphoteric, nonionic, etc., but are not particularly limited as long as they do not deteriorate the properties of the original coating liquid.
上記では、多層平坦化層11bを構成する材料について述べたが、これに限らず、アルミナ基板側に処理を行うことも可能である。例えば濡れ性改善のために、多層平坦化層を構成する材料の特性に応じて、アルミナ基板の、多層平坦化層を形成する面に対し、親水化処理や親油化処理などを行うこともできる。例えば水性の塗布液の場合はアルミナ基板11aに対して親水化処理、具体的にはプラズマ処理を行うことにより濡れ性を向上させることができる。 The above describes the material that constitutes the multi-layer planarization layer 11b, but it is also possible to perform treatment on the alumina substrate side. For example, to improve wettability, depending on the characteristics of the material that constitutes the multi-layer planarization layer, a hydrophilic treatment or an oleophilic treatment can be performed on the surface of the alumina substrate on which the multi-layer planarization layer is to be formed. For example, in the case of an aqueous coating liquid, wettability can be improved by subjecting the alumina substrate 11a to a hydrophilic treatment, specifically a plasma treatment.
アルミナゾルとして、種々の製造方法により得られる、ベーマイト結晶、擬ベーマイト結晶、γアルミナ、或いは非結晶のコロイダルアルミナ粒子のゾルが挙げられる。また、その形状が、棒状、繊維状、羽毛状、粒状など種々の形状を有するコロイダルアルミナ粒子のゾルが挙げられる。 Examples of alumina sol include sols of boehmite crystals, pseudoboehmite crystals, gamma alumina, or non-crystalline colloidal alumina particles obtained by various manufacturing methods. Also included are sols of colloidal alumina particles having various shapes, such as rod-like, fibrous, feathery, and granular.
アルミナ基板11a上に上記アルミナゾルなどの塗布液を塗布し、乾燥させる。本明細書において、1回の塗布等により層を形成し、乾燥することで得られる、焼成前の平坦化層、またはこれを焼成して得られる平坦化層を、1層とする。 A coating solution such as the above-mentioned alumina sol is applied onto the alumina substrate 11a and dried. In this specification, the planarized layer obtained by forming a layer by one application or the like and drying it before firing, or the planarized layer obtained by firing this, is referred to as one layer.
(焼成前の平坦化層)
第1実施形態と第2実施形態のいずれにおいても、焼成前の平坦化層は、平坦化層の形成に用いた原料に由来の粒子形状等を有する。例えば、アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層は、長辺と短辺のアスペクト比が1以上5以下、または概球状の粒子で構成されていることが好ましい。該構成によれば、前述のとおり、アルミナ基板の凹凸にセラミックス粒子が侵入しやすく、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔の発生を抑制して、アルミナ基板と平坦化層の密着性を高め、熱伝導性などの、電子デバイス用基板と電子デバイスの特性を高めることができる。
(Planarization Layer Before Firing)
In both the first and second embodiments, the planarization layer before firing has a particle shape derived from the raw material used to form the planarization layer. For example, the planarization layer before firing that contacts the alumina substrate is preferably composed of particles having an aspect ratio of the long side to the short side of 1 to 5 or approximately spherical particles. With this configuration, as described above, the ceramic particles can easily penetrate into the irregularities of the alumina substrate, suppressing the generation of voids between the alumina substrate and the planarization layer, improving the adhesion between the alumina substrate and the planarization layer, and improving the properties of the substrate for electronic devices and the electronic device, such as thermal conductivity.
アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層は、平均粒子径が50nm以下であるセラミックス粒子で構成されていることが好ましい。この場合も、アルミナ基板の凹凸にセラミックス粒子が侵入しやすく、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔の発生を抑制して、アルミナ基板と平坦化層の密着性を高め、熱伝導性などの、電子デバイス用基板と電子デバイスの特性を高めることができる。平均粒子径の下限は、上記作用効果を確保する観点からは特に限定されないが、現在の製造可能な粒子サイズとして、平均粒子径(一次粒子径)の下限は5nm程度である。 The planarization layer before firing that contacts the alumina substrate is preferably composed of ceramic particles with an average particle size of 50 nm or less. In this case, too, the ceramic particles can easily penetrate the irregularities of the alumina substrate, suppressing the generation of voids between the alumina substrate and the planarization layer, improving adhesion between the alumina substrate and the planarization layer, and improving the properties of the electronic device substrate and the electronic device, such as thermal conductivity. The lower limit of the average particle size is not particularly limited from the viewpoint of ensuring the above-mentioned effects, but the lower limit of the average particle size (primary particle size) that can be currently manufactured is about 5 nm.
アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層は、長辺と短辺のアスペクト比が1以上5以下であるか概球状であって、かつ、平均粒子径が50nm以下であるアルミナ粒子で形成されていることがより好ましい。 It is more preferable that the planarization layer before firing that comes into contact with the alumina substrate is formed from alumina particles that have an aspect ratio of the long side to the short side of 1 to 5 or are approximately spherical and have an average particle size of 50 nm or less.
一実施形態として、アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層の厚さは、例えば10nm以上、最大高さRz×1.0以下の範囲であることが挙げられる。アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層の厚さが上記範囲であれば、アルミナ基板との界面の空孔が生じ難いため好ましい。 In one embodiment, the thickness of the planarization layer before firing that contacts the alumina substrate is, for example, in the range of 10 nm or more and maximum height Rz x 1.0 or less. If the thickness of the planarization layer before firing that contacts the alumina substrate is in the above range, it is preferable because voids are less likely to occur at the interface with the alumina substrate.
一実施形態として、焼成前の複数の平坦化層は、いずれも、サイズと形状が同じアルミナ粒子で構成され、厚さのみが異なっていてもよい。 In one embodiment, the planarization layers before firing may all be composed of alumina particles of the same size and shape, differing only in thickness.
一実施形態として、複数の焼成前の平坦化層は、いずれも主成分がアルミナのセラミックス粒子(例えばアルミナ粒子)で形成され、各平坦化層を構成するセラミックス粒子の形状が異なっていることが挙げられる。例えば2層構造の平坦化層の場合、アルミナ基板と接する焼成前の平坦化層は球状のセラミックス粒子で形成され、最表面の焼成前の平坦化層は板状または羽毛状のセラミックス粒子で形成されていることが挙げられる。この様に形状の異なるセラミックス粒子で複数の平坦化層が形成されていることで、アルミナ基板と接する平坦化層は、アルミナ基板との密着力が高く、最表面は優れた平滑性を示す電子デバイス用基板が得られる。更に、いずれも主成分がアルミナのセラミックス粒子で形成されることで、焼成した際に平坦化層どうしの結着性も良好となる。 In one embodiment, the planarization layers before firing are all formed of ceramic particles (e.g., alumina particles) whose main component is alumina, and the ceramic particles constituting each planarization layer have different shapes. For example, in the case of a planarization layer having a two-layer structure, the planarization layer before firing that contacts the alumina substrate is formed of spherical ceramic particles, and the planarization layer before firing on the outermost surface is formed of plate-like or feather-like ceramic particles. By forming the planarization layers with ceramic particles of different shapes in this way, the planarization layer that contacts the alumina substrate has high adhesion to the alumina substrate, and the outermost surface has excellent smoothness, resulting in a substrate for electronic devices. Furthermore, by forming the planarization layers all of which are mainly made of alumina ceramic particles, the adhesion between the planarization layers when fired is also good.
(焼成)
焼成を行うことによって、より緻密な平坦化層を実現することができる。焼成は、複数の平坦化層の上面に形成される抵抗体に、焼成による体積収縮の影響が及ばないように、抵抗体の形成前に実施する。第1実施形態と第2実施形態のいずれの場合も、この焼成は後工程で行うアニール処理と同等以上の温度で行うことが好ましい。結晶化が進む温度での焼成は、例えば主成分がアルミナの場合、γアルミナ、θアルミナ、αアルミナに結晶化が進むことが挙げられ、例えば600~1800℃の温度範囲で行うことが挙げられる。焼成の時間は、後記の実施例の通り、例えば3時間とすることが挙げられる。
(Firing)
By carrying out the firing, a denser planarization layer can be realized. The firing is carried out before the formation of the resistors so that the resistors formed on the upper surfaces of the planarization layers are not affected by the volumetric shrinkage caused by the firing. In both the first and second embodiments, the firing is preferably carried out at a temperature equal to or higher than that of the annealing treatment carried out in the subsequent process. For example, when the main component is alumina, firing at a temperature at which crystallization advances may advance to γ-alumina, θ-alumina, and α-alumina, and may be carried out at a temperature range of, for example, 600 to 1800°C. The firing time may be, for example, 3 hours, as in the examples described below.
第1実施形態の通り、焼成前の平坦化層を複数層形成してから焼成する場合、焼成により各層の間で結合が生じる。平坦化層の主成分が同じであれば結合が進みやすい。また複数の平坦化層の主成分が互いに異なっていれば、化合物・中間組成物が形成されうる。 As in the first embodiment, when multiple planarization layers are formed before firing and then fired, bonding occurs between each layer by firing. If the main components of the planarization layers are the same, bonding is likely to occur. Furthermore, if the main components of the multiple planarization layers are different from one another, a compound/intermediate composition can be formed.
第2実施形態の通り、セラミックス粒子を塗布し、乾燥させて平坦化層を1層形成する毎に焼成を行ってもよい。例えば、アルミナ基板の上面に、第1平坦化層を形成するためのアルミナ粒子を塗布し、乾燥させた後に、例えば1100℃以上の高温、例えば1280℃で3時間以上焼成することが挙げられる。それによって、例えば図3の、上記高温焼成後の平坦化層の上面写真の通り、αアルミナの生成に伴う収縮によるクラックを意図的に生じさせてもよい。図3は、株式会社日立ハイテクノロジーズの走査型電子顕微鏡(製品名S-4800)を用いて、倍率20,000倍で観察し撮影した電子顕微鏡写真である。上記クラックを形成後、第2平坦化層を形成するための例えばアルミナ粒子含有溶液を、第1平坦化層のクラックに入り込むよう塗布してから、焼成を行うことによって、アンカー効果が生じ、第1平坦化層と第2平坦化層の結着性を向上させることができる。 As in the second embodiment, ceramic particles may be applied, dried, and fired each time a planarization layer is formed. For example, alumina particles for forming a first planarization layer may be applied to the upper surface of an alumina substrate, dried, and then fired at a high temperature of, for example, 1100°C or higher, for example, 1280°C, for 3 hours or more. As a result, cracks due to shrinkage accompanying the formation of alpha-alumina may be intentionally generated, as shown in the top view of the planarization layer after the high-temperature firing in FIG. 3. FIG. 3 is an electron microscope photograph taken at a magnification of 20,000 times using a scanning electron microscope (product name S-4800) made by Hitachi High-Technologies Corporation. After the cracks are formed, for example, a solution containing alumina particles for forming a second planarization layer may be applied so that it penetrates into the cracks in the first planarization layer, and then fired, which creates an anchor effect and improves the adhesion between the first planarization layer and the second planarization layer.
(チップ抵抗器とその製造方法)
以下では、本開示の実施形態に係る電子デバイス用基板を備えた電子デバイスとして、チップ抵抗器について、図面を参照しながら説明する。なお、本開示の実施形態は、下記図面に示した形態に限定されず、本開示の効果を損なわない範囲で適宜変更することができる。以下の説明において、同じ構成部分には同じ符号を付して、適宜説明を省略している。
(Chip resistors and their manufacturing method)
Hereinafter, a chip resistor will be described as an electronic device having an electronic device substrate according to an embodiment of the present disclosure, with reference to the drawings. Note that the embodiment of the present disclosure is not limited to the form shown in the drawings below, and can be appropriately modified without impairing the effects of the present disclosure. In the following description, the same components are given the same reference numerals, and the description is omitted as appropriate.
まず、図4を用いて本開示の一実施形態における電子デバイス用基板を備えたチップ抵抗器について説明する。本開示の一実施形態におけるチップ抵抗器21は、図4に示す構成を有している。すなわち、チップ抵抗器21は、アルミナ基板11aと多層平坦化層11bからなる電子デバイス用基板11と、一対の上部電極12と、一対の下部電極13と、抵抗体14と、一対の端面電極15とを備えた構成としている。一対の上部電極12は、アルミナ基板11aの一面(上面)の両端部に設けられている。また図4に示すように、一対の下部電極13が、電子デバイス用基板11の裏面の両端部に設けられていてもよい。多層平坦化層11bはアルミナ基板11aの上面全体に設けられており、抵抗体14は、多層平坦化層11bの上面に設けられ、かつ一対の上部電極12間に接続されている。一対の端面電極15は、一対の上部電極12と電気的に接続されるように電子デバイス用基板11の両端面に設けられている。なお、前記図4に例示したチップ抵抗器21は、下部電極13が設けられているが、本開示に係るチップ抵抗器は、下部電極13が設けられていなくてもよい。 First, a chip resistor having an electronic device substrate according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. 4. The chip resistor 21 according to an embodiment of the present disclosure has a configuration shown in FIG. 4. That is, the chip resistor 21 is configured to include an electronic device substrate 11 consisting of an alumina substrate 11a and a multilayer planarization layer 11b, a pair of upper electrodes 12, a pair of lower electrodes 13, a resistor 14, and a pair of end electrodes 15. The pair of upper electrodes 12 are provided at both ends of one surface (upper surface) of the alumina substrate 11a. As shown in FIG. 4, the pair of lower electrodes 13 may be provided at both ends of the back surface of the electronic device substrate 11. The multilayer planarization layer 11b is provided over the entire upper surface of the alumina substrate 11a, and the resistor 14 is provided on the upper surface of the multilayer planarization layer 11b and connected between the pair of upper electrodes 12. The pair of end electrodes 15 are provided on both end surfaces of the electronic device substrate 11 so as to be electrically connected to the pair of upper electrodes 12. Although the chip resistor 21 illustrated in FIG. 4 has a lower electrode 13, the chip resistor according to the present disclosure does not necessarily have to have a lower electrode 13.
本実施形態に係る電子デバイスの製造方法の一例として、チップ抵抗器の製造方法が挙げられる。本開示の好ましい一実施形態に係るチップ抵抗器の製造方法は、上述の通り、アルミナ基板の上面に、セラミックス粒子を、ゾルゲル法または粒子分散液を用いる方法等により塗布し、乾燥させた後、焼成すること、詳細には、第1実施形態または第2実施形態の方法で電子デバイス用基板を製造する工程を含む。チップ抵抗器を含む本実施形態に係る電子デバイスの製造方法は、電子デバイス用基板を、第1実施形態または第2実施形態の方法で製造する以外は特に限定されない。 One example of a method for manufacturing an electronic device according to this embodiment is a method for manufacturing a chip resistor. As described above, the method for manufacturing a chip resistor according to a preferred embodiment of the present disclosure includes a step of applying ceramic particles to the upper surface of an alumina substrate by a sol-gel method or a method using a particle dispersion liquid, drying, and then firing, specifically, a step of manufacturing a substrate for an electronic device by the method of the first or second embodiment. The method for manufacturing an electronic device according to this embodiment, including a chip resistor, is not particularly limited except that a substrate for an electronic device is manufactured by the method of the first or second embodiment.
上記焼成して得られた電子デバイス用基板の平坦化層の上に、例えば後述する実施例に示す通り、スパッタリングなどによりNiCrAlSi合金からなる薄膜を形成し、続いて、フォトリソ工法(レジスト塗布、乾燥、露光、現像、エッチングおよびレジスト剥離)により、上記薄膜をミアンダ形状に加工するパターン形成を行い、抵抗体14を形成することができる。抵抗体14を構成する材料として、上記NiCrAlSi合金の他に、Pt、Ni、Cuの各金属の純金属と各金属を50質量%以上含む合金、例えばPt-Co合金が挙げられる。これらは抵抗温度係数(TCR)が大きい材料であり、これらの材料で形成された抵抗体は、チップ抵抗器としての機能を発揮する以外に、温度計測用の抵抗体としても利用が可能である。 On the planarized layer of the electronic device substrate obtained by the above firing, a thin film made of NiCrAlSi alloy is formed by sputtering or the like, for example, as shown in the examples described below, and then the thin film is patterned into a meandering shape by photolithography (resist application, drying, exposure, development, etching, and resist removal), to form resistor 14. In addition to the above NiCrAlSi alloy, materials constituting resistor 14 include pure metals of Pt, Ni, and Cu, and alloys containing 50 mass% or more of each metal, such as Pt-Co alloy. These are materials with a large temperature coefficient of resistance (TCR), and resistors made of these materials can be used as resistors for measuring temperature in addition to functioning as chip resistors.
図4における上記アルミナ基板11a、平坦化層11b、抵抗体14以外の形成方法も特に限定されない。例えば上部電極12は、銅からなる材料を、平坦化層11b上にスパッタリングなどの方法で成膜して形成されうる。その他の電極、保護膜、めっき層も、一般的に行われている通り形成することができる。 The methods of forming the alumina substrate 11a, planarization layer 11b, and resistor 14 in FIG. 4 are not particularly limited. For example, the upper electrode 12 can be formed by depositing a copper material on the planarization layer 11b by a method such as sputtering. The other electrodes, protective films, and plating layers can also be formed as is commonly done.
上記チップ抵抗器21の製造工程では、上記抵抗体14の形成後であって上部電極12等形成前、または、上記抵抗体14と上記電極12等を形成後、アニール処理が施されうる。 In the manufacturing process of the chip resistor 21, an annealing process can be performed after the resistor 14 is formed but before the upper electrode 12, etc. are formed, or after the resistor 14 and the electrode 12, etc. are formed.
以下、実施例を挙げて本開示をより具体的に説明する。本開示は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前述および後述する趣旨に合致し得る範囲で、適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本開示の技術的範囲に包含される。 The present disclosure will be described in more detail below with reference to examples. The present disclosure is not limited to the following examples, and may be modified as appropriate within the scope of the intent described above and below, and all such modifications are within the technical scope of the present disclosure.
[実施例1]
まず、基材となるアルミナ基板上に、次の通り2層の平坦化層を積層したサンプルを作製した。基材となるアルミナ基板は純度が96%以上のアルミナで形成されており、最大高さRzは2.4μmであった。本実施例では、アルミナ基板の上面に形成する平坦化層の合計厚さが、アルミナ基板の最大高さRzの値以上の場合を、平滑性を確保できていると判断し、上記平坦化層の合計厚さがアルミナ基板の最大高さRzよりも小さい場合を、平滑性を確保できていないと判断した。
[Example 1]
First, a sample was prepared by laminating two planarization layers on an alumina substrate as follows. The alumina substrate was made of alumina with a purity of 96% or more, and had a maximum height Rz of 2.4 μm. In this example, it was determined that smoothness was ensured when the total thickness of the planarization layer formed on the upper surface of the alumina substrate was equal to or greater than the maximum height Rz of the alumina substrate, and that smoothness was not ensured when the total thickness of the planarization layer was smaller than the maximum height Rz of the alumina substrate.
上記アルミナ基板の上面に、川研ファインケミカル株式会社製のアルミナゾル(商品名:アルミナゾル-10A、結晶形:擬ベーマイト、(短径×長径):10nm×50nm)をスピンコーター(ミカサ株式会社製)にて回転数3000rpmで20秒間処理して塗布を行い、室温乾燥させて、第1平坦化層を形成した。この第1平坦化層の厚さは約1.7μmであった。次いで、日産化学株式会社製のアルミナゾル(商品名:アルミナゾルAS-200、羽毛状粒子、長さ:200nm以上)をスピンコーター(ミカサ株式会社製)にて回転数1000rpmで20秒間処理して塗布を行い、室温乾燥させて、第2平坦化層を形成し、焼成前サンプルを得た。乾燥後の第2平坦化層の厚さは約3.7μmであった。 Alumina sol manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd. (product name: Alumina Sol-10A, crystal form: pseudo-boehmite, (minor axis x major axis): 10 nm x 50 nm) was applied to the upper surface of the alumina substrate by spin coating at 3000 rpm for 20 seconds, and then dried at room temperature to form a first planarization layer. The thickness of this first planarization layer was approximately 1.7 μm. Next, alumina sol manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd. (product name: Alumina Sol AS-200, feathery particles, length: 200 nm or more) was applied to the upper surface of the alumina substrate by spin coating at 1000 rpm for 20 seconds, and then dried at room temperature to form a second planarization layer, and a pre-fired sample was obtained. The thickness of the second planarization layer after drying was approximately 3.7 μm.
(アルミナ基板と平坦化層の間の空孔状態の確認)
上記焼成前サンプルの平坦化層表面に垂直な断面において、アルミナ基板と平坦化層の界面を観察できるようにミリング加工を施し、上記界面を含む断面を、株式会社日立ハイテクノロジーズの走査型電子顕微鏡(製品名S-4800)を用いて観察を行い、断面SEM画像を得た。その結果を図5に示す。図5では、アルミナ基板11a上に焼成前の多層平坦化層11c、すなわち、アルミナ基板11a上に焼成前の第1平坦化層111c、その上に焼成前の第2平坦化層112cが積層された構造を有している。なお最表層には薄い層が形成されているが、これは、上記ミリング加工で生じた堆積物16である。
(Confirmation of void state between alumina substrate and planarization layer)
In a cross section perpendicular to the surface of the planarization layer of the pre-fired sample, milling was performed so that the interface between the alumina substrate and the planarization layer could be observed, and the cross section including the interface was observed using a scanning electron microscope (product name S-4800) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation to obtain a cross-sectional SEM image. The result is shown in FIG. 5. In FIG. 5, a multi-layer planarization layer 11c before firing is formed on an alumina substrate 11a, that is, a first planarization layer 111c before firing is formed on the alumina substrate 11a, and a second planarization layer 112c before firing is formed on the first planarization layer 111c. A thin layer is formed on the outermost surface, which is a deposit 16 generated by the milling process.
[焼成]
上記サンプルに対し、電気乾燥炉にて700℃で3時間のアニール処理を実施し、積層基板試料を得た。
[Firing]
The above sample was subjected to an annealing treatment in an electric drying furnace at 700° C. for 3 hours to obtain a laminated substrate sample.
(平坦化層とアルミナ基板の密着性の評価)
上記積層基板試料を用い、平坦化層とアルミナ基板の密着性を次の通り評価した。
(Evaluation of adhesion between planarizing layer and alumina substrate)
Using the above laminated substrate sample, the adhesion between the planarizing layer and the alumina substrate was evaluated as follows.
薄膜密着強度試験機(Quad Group社Sebastian)を用い、スタッドピンを接着剤であるエポキシ樹脂で積層基板試料の第2平坦化層の表面に固定させ、スタッドピンを引っ張って荷重をかけ、剥離した時点での強度(破壊強度)を測定するスタッドピン法で、平坦化層とアルミナ基板の密着性を評価した。リファレンスとして、平坦化層を形成せず、スタッドピンをエポキシ樹脂でアルミナ基板の表面に固定させて、上記と同様の試験を行ったときの破壊強度を基準とした。そして、このリファレンスの破壊強度と同等の破壊強度を示した場合を、平坦化層とアルミナ基板の密着性に優れているとして「○」、リファレンスの破壊強度よりも低い破壊強度を示した場合を、平坦化層とアルミナ基板の密着性に劣るとして「×」と評価した。 The adhesion between the planarization layer and the alumina substrate was evaluated using a thin film adhesion strength tester (Quad Group, Sebastian), in which a stud pin was fixed to the surface of the second planarization layer of a laminate substrate sample with an epoxy resin adhesive, the stud pin was pulled to apply a load, and the strength (breaking strength) at the time of peeling was measured using the stud pin method. As a reference, the planarization layer was not formed, and the stud pin was fixed to the surface of the alumina substrate with epoxy resin, and the breaking strength when the same test as above was performed was used as the standard. If the breaking strength was equivalent to the breaking strength of this reference, the adhesion between the planarization layer and the alumina substrate was evaluated as excellent, with an "O"; if the breaking strength was lower than the breaking strength of the reference, the adhesion between the planarization layer and the alumina substrate was evaluated as poor, with an "X".
[発熱試験用サンプルの作製(抵抗体の形成)]
上記積層基板試料の第2平坦化層の上面に、次の通り抵抗体を形成した。詳細には、スパッタリングなどによりNiCrAlSi合金からなる薄膜を第2平坦化層の上に作製し、続いて、フォトリソ工法(レジスト塗布、乾燥、露光、現像、エッチングおよびレジスト剥離)により、上記薄膜を、線幅40μmの線状に加工するパターン形成を行って抵抗体を形成した。また線状の抵抗体の両端にはCuからなる電極を形成して、発熱試験用試料を得た。電極間距離は1.1mmとした。得られた発熱試験用試料を用い、以下に詳述する発熱試験を行った。
[Preparation of heat generation test sample (resistor formation)]
A resistor was formed on the upper surface of the second planarization layer of the laminated substrate sample as follows. In detail, a thin film made of NiCrAlSi alloy was prepared on the second planarization layer by sputtering or the like, and then the thin film was processed into a line shape with a line width of 40 μm by photolithography (resist coating, drying, exposure, development, etching, and resist peeling) to form a resistor. In addition, electrodes made of Cu were formed on both ends of the linear resistor to obtain a heat generation test sample. The distance between the electrodes was 1.1 mm. The obtained heat generation test sample was used to perform a heat generation test described in detail below.
(発熱試験)
上記発熱試験用試料を用い、熱伝導性を評価するため、通電時の発熱状態を評価した。初期抵抗値が異なるため初期抵抗値を測定し、投入電力が一定となるように通電を行ったときの発熱状態を、サーモグラフィ(アビオニクス社、Advancedthermo TVS-500EX)にて測定し、最も発熱している箇所の温度を求め、投入電力が1Wの場合に換算した。この発熱試験では、投入電力1Wあたりに換算したときの値がリファレンス(アルミナ基板)の値と同程度以下である場合を、良好な熱伝導性を示すと判断した。
(Heat generation test)
The heat generation state during energization was evaluated using the heat generation test sample to evaluate thermal conductivity. The initial resistance was measured because the initial resistance was different, and the heat generation state when energization was performed so that the input power was constant was measured using a thermograph (Advancedthermo TVS-500EX, Avionics Corporation), and the temperature of the most heated part was obtained and converted to the case where the input power was 1 W. In this heat generation test, it was determined that the value converted per 1 W of input power was equal to or less than the value of the reference (alumina substrate) exhibited good thermal conductivity.
[比較例1]
比較例1では、川研ファインケミカル株式会社製のアルミナゾル(商品名:アルミナゾル-10A、結晶形:擬ベーマイト、(短径×長径):10nm×50nm)を用いて、平坦化層を1層のみ(厚さ1.74μm)、スピンコートの回転数1000rpmで形成した以外は、実施例1と同様に、サンプルを得て、断面顕微鏡観察、平坦化層とアルミナ基板の密着性の評価、および発熱試験を実施した。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, a sample was obtained in the same manner as in Example 1, except that only one planarizing layer (thickness 1.74 μm) was formed using an alumina sol manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd. (product name: Alumina Sol-10A, crystal form: pseudo-boehmite, (minor axis × major axis): 10 nm × 50 nm) and the rotation speed of the spin coater was 1000 rpm. Cross-sectional microscopic observation, evaluation of adhesion between the planarizing layer and the alumina substrate, and heat generation tests were performed.
[比較例2]
比較例2では、日産化学株式会社製のアルミナゾル(商品名:アルミナゾル200(AS-200)、羽毛状粒子、長さ:200nm以上)を用いて、平坦化層を1層のみ(厚さ3.48μm)、スピンコートの回転数1000rpmで形成した以外は、実施例1と同様に、サンプルを得て、断面顕微鏡観察、平坦化層とアルミナ基板の密着性の評価、および発熱試験を実施した。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, a sample was obtained in the same manner as in Example 1, except that only one planarization layer (thickness 3.48 μm) was formed using an alumina sol manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. (product name: Alumina Sol 200 (AS-200), feathery particles, length: 200 nm or more) and the spin coating rotation speed was 1000 rpm. Cross-sectional microscopic observation, evaluation of adhesion between the planarization layer and the alumina substrate, and heat generation tests were performed.
[リファレンス]
実施例1で用いたアルミナ基板のみをリファレンスとして用意した。このアルミナ基板を用い、上述の通り密着性試験を行うとともに、発熱試験用試料を形成して発熱試験を行い、リファレンスとしての各測定値を得た。
[Reference]
As a reference, only the alumina substrate used in Example 1 was prepared. Using this alumina substrate, the adhesion test was carried out as described above, and a heat generation test sample was formed and a heat generation test was carried out to obtain each measured value as a reference.
前記図5と同様に観察し撮影した、比較例1および比較例2の断面顕微鏡観察写真を図6、図7にそれぞれ示す。図6および図7に示す通り、比較例1および比較例2では、焼成前の多層平坦化層11cの代わりに、焼成前の単層平坦化層17を形成している。上記図5~図7の断面顕微鏡観察写真において、白線状部分が空孔である。これら図5~図7から、アルミナ基板の、平坦化層により被覆された表面線に占める、前記アルミナ基板と前記平坦化層の間の空孔の長さの割合は、実施例1と比較例1は、50%以下であるが、比較例2は50%を超えていることがわかる。なお、本実施例では、空孔の長さの割合を焼結前のサンプルで評価したが、この評価結果は、焼結後のサンプルにおいてもほぼ同じであることを別途確認済みである。 Figures 6 and 7 show cross-sectional microscope photographs of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, which were observed and photographed in the same manner as in Figure 5. As shown in Figures 6 and 7, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, a single-layer planarization layer 17 before firing is formed instead of a multi-layer planarization layer 11c before firing. In the cross-sectional microscope photographs of Figures 5 to 7, the white line-shaped parts are voids. From these Figures 5 to 7, it can be seen that the ratio of the length of the voids between the alumina substrate and the planarization layer to the surface line of the alumina substrate covered by the planarization layer is 50% or less in Example 1 and Comparative Example 1, but exceeds 50% in Comparative Example 2. In this example, the ratio of the length of the voids was evaluated in a sample before sintering, but it has been separately confirmed that the evaluation results are almost the same in the sample after sintering.
実施例1、比較例1および比較例2の、平坦化層の合計厚さ、および平坦化層とアルミナ基板の密着性の評価結果(表1では「密着性試験」と表記)を表1に示す。さらに、実施例1、比較例1、比較例2およびリファレンスの発熱試験の結果も表1に併記する。 Table 1 shows the results of the evaluation of the total thickness of the planarization layer and the adhesion between the planarization layer and the alumina substrate (referred to as "adhesion test" in Table 1) for Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. In addition, the results of the heat generation test for Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2, and the reference are also shown in Table 1.
表1から明らかなように、実施例1は、平坦化層の合計厚さがアルミナ基板の最大高さRzの値(2.4μm)を超えており、電子デバイス用基板表面の平滑性を確保できていることがわかる。また、図5から明らかなように、実施例1では、アルミナ基板と第1平坦化層の間の空孔が十分に抑制され、その結果、アルミナ基板と平坦化層の密着性が高く、発熱試験において、熱伝導性にも優れており、リファレンス(アルミナ基板のみ)とほぼ同じであった。 As is clear from Table 1, in Example 1, the total thickness of the planarization layer exceeds the maximum height Rz of the alumina substrate (2.4 μm), and it is clear that the smoothness of the surface of the substrate for electronic devices is ensured. In addition, as is clear from FIG. 5, in Example 1, the voids between the alumina substrate and the first planarization layer are sufficiently suppressed, resulting in high adhesion between the alumina substrate and the planarization layer, and excellent thermal conductivity in the heat generation test, which was almost the same as the reference (alumina substrate only).
一方、比較例1では、図6から明らかなように、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔が抑制され、アルミナ基板と平坦化層の密着性を確保できた。また、発熱試験の結果もリファレンス(アルミナ基板のみ)とほぼ同じであった。しかし、平坦化層の厚さがアルミナ基板の最大高さRzの値よりも小さく、平滑性を確保できなかった。 On the other hand, in Comparative Example 1, as is clear from Figure 6, voids between the alumina substrate and the planarization layer were suppressed, and adhesion between the alumina substrate and the planarization layer was ensured. In addition, the results of the heat generation test were almost the same as those of the reference (alumina substrate only). However, the thickness of the planarization layer was smaller than the maximum height Rz of the alumina substrate, and smoothness could not be ensured.
比較例2では、表1の結果から、平坦化層の厚さがアルミナ基板の最大高さRzの値を超えており、平滑性は確保されている。しかし図7に示される通り、アルミナ基板と平坦化層の間に空孔が連続的に発生しており、アルミナ基板と平坦化層の密着性が悪くなった。また発熱試験において、熱伝導性に劣る結果となった。比較例2において、密着性が悪く、かつ熱伝導性がリファレンス(アルミナ基板のみ)よりも劣る理由としては、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔が原因であると推定できる。空孔が多数存在すると、アルミナ基板との密着性が劣るだけではなく、空孔(空気の層)が断熱として機能するため、部分的な熱伝導しか得られず熱伝導性に劣ると考えられる。 In Comparative Example 2, the results in Table 1 show that the thickness of the planarization layer exceeds the maximum height Rz of the alumina substrate, ensuring smoothness. However, as shown in FIG. 7, voids are continuously generated between the alumina substrate and the planarization layer, which reduces the adhesion between the alumina substrate and the planarization layer. In addition, the heat generation test showed poor thermal conductivity. It can be assumed that the reason for the poor adhesion and poorer thermal conductivity than the reference (alumina substrate only) in Comparative Example 2 is the voids between the alumina substrate and the planarization layer. The presence of a large number of voids not only reduces the adhesion to the alumina substrate, but also reduces the thermal conductivity by only partially obtaining heat because the voids (air layers) function as heat insulation.
比較例1と比較例2はどちらもアルミナで形成された単層の平坦化層である。しかし、平坦化層の形成に使用したアルミナの粒子形状は異なっており、比較例1の方が、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔が抑制された結果となった。この結果から、アルミナ基板と平坦化層の間の空孔をより抑制するには、比較例1で平坦化層の形成に使用したアルミナの粒子形状の通り、球形に近く、また粒径が小さい粒子を用いることが有効であることがわかる。 Both Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are single-layer planarization layers made of alumina. However, the particle shapes of the alumina used to form the planarization layers are different, with Comparative Example 1 resulting in greater suppression of voids between the alumina substrate and the planarization layer. These results show that in order to further suppress voids between the alumina substrate and the planarization layer, it is effective to use particles that are close to spherical and have a small particle size, as in the case of the alumina particle shape used to form the planarization layer in Comparative Example 1.
本開示の電子デバイス用基板は、表面が十分平坦化されていると共に、アルミナ基板と平坦化層の密着性に優れ、熱伝導性にも優れている。よって、優れた耐久性の求められる電子デバイスに用いる基板部品として有用である。 The electronic device substrate of the present disclosure has a sufficiently planarized surface, excellent adhesion between the alumina substrate and the planarization layer, and excellent thermal conductivity. Therefore, it is useful as a substrate component for electronic devices that require excellent durability.
11 電子デバイス用基板
11a アルミナ基板
11b 多層平坦化層
111b 第1平坦化層
112b 第2平坦化層
11c 焼成前の多層平坦化層
111c 焼成前の第1平坦化層
112c 焼成前の第2平坦化層
12 上部電極
13 下部電極
14 抵抗体
15 端面電極
21 チップ抵抗器
16 堆積物
17 焼成前の単層平坦化層
18 空孔
19 アルミナ基板の露出部
REFERENCE SIGNS LIST 11 Substrate for electronic device 11a Alumina substrate 11b Multilayer planarization layer 111b First planarization layer 112b Second planarization layer 11c Multilayer planarization layer before firing 111c First planarization layer before firing 112c Second planarization layer before firing 12 Upper electrode 13 Lower electrode 14 Resistor 15 End electrode 21 Chip resistor 16 Deposit 17 Single-layer planarization layer before firing 18 Vacancy 19 Exposed portion of alumina substrate
Claims (14)
前記アルミナ基板の上面に積層された、複数の平坦化層とを備え、
前記複数の平坦化層のうち、少なくとも1つは、主成分がアルミナの平坦化層であり、前記主成分がアルミナの平坦化層は、アルミナ基板と接する平坦化層であり、前記主成分がアルミナの平坦化層以外の平坦化層は、主成分がアルミナ、シリカまたはジルコニアであるセラミックスの平坦化層である、ことを特徴とする電子デバイス用基板。 an alumina substrate made of a sintered body of alumina particles;
a plurality of planarization layers laminated on an upper surface of the alumina substrate;
at least one of the plurality of planarization layers is a planarization layer whose main component is alumina , the planarization layer whose main component is alumina is a planarization layer that is in contact with an alumina substrate, and the planarization layers other than the planarization layer whose main component is alumina are planarization layers made of ceramics whose main component is alumina, silica, or zirconia .
前記アルミナ基板の、前記平坦化層により被覆された表面線に占める、前記アルミナ基板と前記平坦化層の間の空孔の長さの割合が、50%以下である、請求項1~7のいずれかに記載の電子デバイス用基板。 In a cross section in a stacking direction of the plurality of planarization layers,
The substrate for electronic devices according to any one of claims 1 to 7, wherein a ratio of a length of a void between the alumina substrate and the planarization layer to a surface line of the alumina substrate covered with the planarization layer is 50% or less.
アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板の上面に、
セラミックス粒子を塗布し、乾燥させることを繰り返し実施して、焼成前の複数の平坦化層が積層した焼成用基板を得ることと、
前記焼成用基板を、結晶化が進む温度で焼成することにより、
複数の平坦化層が形成された電子デバイス用基板を得ることを含む、ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。 10. The method of claim 9 for producing an electronic device, comprising:
On the upper surface of an alumina substrate made of a sintered body of alumina particles,
Repeating the steps of applying ceramic particles and drying the ceramic particles to obtain a sintering substrate having a plurality of planarizing layers stacked thereon before sintering;
The firing substrate is fired at a temperature at which crystallization proceeds,
A method for producing an electronic device, comprising obtaining a substrate for an electronic device having a plurality of planarization layers formed thereon.
アルミナ粒子の焼結体からなるアルミナ基板の上面に、
セラミックス粒子を塗布し、乾燥させて、焼成前の平坦化層を1層形成した焼成用基板を得ることと、
前記焼成用基板を、結晶化が進む温度で焼成することを、繰り返し実施することにより、
複数の平坦化層が形成された電子デバイス用基板を得ることを含む、ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。 10. The method of claim 9 for producing an electronic device, comprising:
On the upper surface of an alumina substrate made of a sintered body of alumina particles,
A substrate for firing is obtained by applying ceramic particles and drying the applied ceramic particles to form a planarizing layer before firing.
The firing substrate is repeatedly fired at a temperature at which crystallization proceeds,
A method for producing an electronic device, comprising obtaining a substrate for an electronic device having a plurality of planarization layers formed thereon.
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