JP7713097B2

JP7713097B2 - セラミック配線部材

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Publication number: JP7713097B2
Application number: JP2024512917A
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Inventors: 浩河野; 淳間瀬
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Description

本開示は、セラミック配線部材に関するものである。

板状部を有するセラミック製の本体部と、板状部に接触して配置された金属を含む材料から構成される導電部とを含むセラミック配線部材が知られている。このようなセラミック配線部材は、電子部品を保持する部材として使用される。導電部は、電子部品へ、または電子部品からの電流の経路の一部を構成する。このようなセラミック配線部材では、導電部の電気抵抗を低減することが重要である。一方で、本体部を構成するセラミックと導電部を構成する金属との線膨張係数の差異に起因して、セラミック配線基板に反りが生じる場合がある。この反りが大きくなると、導電部が本体部から剥離する等の不具合が生じるおそれがある。そのため、反りの低減が望まれる。

たとえば、導電部内にセラミック製のガラス相を導入して導電部の線膨張係数を本体部の線膨張係数に近づけることにより、上記反りを低減することができる。本体部を構成するセラミックのうち、主に焼結助剤として添加される成分からなるガラス相が、セラミック配線部材の製造プロセスにおいて導電部内に形成されることが知られている（たとえば、特開２００３－３４７７１０号公報（特許文献１）参照）。ガラス相の形成により導電部の電気抵抗が大きくなるものの、適量のガラス相を形成することにより、電気抵抗の上昇を許容可能な範囲としつつ、反りを低減することができるものと考えられる。

特開２００３－３４７７１０号公報

しかし、上記のように導電部におけるガラス相の割合を適切な範囲とした場合でも、電気抵抗が許容範囲を超えて上昇する場合や、反りが十分に低減できない場合がある。

反りの低減と導電部の電気抵抗の低減とを両立することが可能なセラミック配線部材を提供することが、本開示の目的の１つである。

本開示に従ったセラミック配線部材は、板状部を有するセラミック製の本体部と、板状部に接触して配置された導電部と、を備える。導電部の組織は、Ｗ（タングステン）およびＭｏ（モリブデン）の少なくとも一方を含む金属成分からなり、互いに離れて分散する複数の空隙を有する導電相と、上記複数の空隙を充填し、板状部の厚み方向の断面における面積率で３％以上２０％以下のガラス相と、を含む。板状部の厚み方向の断面において、ガラス相の全個数のうちアスペクト比が１．５以下のガラス相の個数の割合は４０％以上である。

上記セラミック配線部材によれば、反りの低減と導電部の電気抵抗の低減とを両立することが可能なセラミック配線部材を提供することができる。

図１は、セラミック配線部材の構造を示す概略断面図である。図２は、本体部（板状部）と導電部との界面付近の構造を示す概略断面図である。図３は、セラミック配線部材の製造方法の概略を示すフローチャートである。図４は、実施の形態２におけるセラミック配線部材の構造を示す概略断面図である。図５は、実施の形態３におけるセラミック配線部材の構造を示す概略断面図である。図６は、導電部におけるガラス相の存在状態の分析について説明するための図である。

［実施形態の概要］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の第１の局面におけるセラミック配線部材は、板状部を有するセラミック製の本体部と、板状部に接触して配置された導電部と、を備える。導電部の組織は、ＷおよびＭｏの少なくとも一方を含む金属成分からなり、互いに離れて分散する複数の空隙を有する導電相と、上記複数の空隙を充填し、板状部の厚み方向の断面における面積率で３％以上２０％以下のガラス相と、を含む。板状部の厚み方向の断面において、ガラス相の全個数のうちアスペクト比が１．５以下のガラス相の個数の割合は４０％以上である。

上記第１の局面のセラミック配線部材において、板状部の厚み方向の断面において、上記ガラス相の全個数のうちアスペクト比が２以下のガラス相の個数の割合は６５％以上であってもよい。

本発明者は、導電部におけるガラス相の割合を適切な範囲とした場合でも、電気抵抗が許容範囲を超えて上昇したり、反りが十分に低減できなくなったりする原因について検討を行った。その結果、以下のような知見が得られた。

上記電気抵抗や反りの値については、上記空隙を充填するガラス相の形状が影響する。具体的には、各ガラス相の形状が球状から遠い場合、すなわち板状部の厚み方向の断面において、ガラス相のアスペクト比が大きい場合、電気抵抗の値や反りの値の上昇への影響が大きい。この理由は、たとえば以下のようなものが考えられる。ガラス相のアスペクト比が大きい場合、ガラス相の長手方向の先端付近に応力の集中が生じやすい。そのため、本体部および導電部の焼成後におけるセラミック配線部材の製造プロセスにおいて導電部に応力が負荷されると、上記先端付近において応力が集中し、導電相に微小なクラックが生じる。このクラックの発生により、導電部の電気抵抗が上昇する。また、ガラス相のアスペクト比が大きい場合、長径方向と短径方向との間で膨張量に差が生じる。そうすると、ガラス相が３次元的に等方収縮(または等方膨張)しなくなる。その結果、不均一な応力が発生し、反りの値が大きくなる。

これに対し、上記ガラス相のアスペクト比が１に近い場合、すなわちガラス相の形状が球形に近い場合、ガラス相の存在が電気抵抗の値や反りの値の上昇に及ぼす影響が小さい。より具体的には、板状部の厚み方向の断面において、ガラス相の全個数のうちアスペクト比が１．５以下のガラス相の個数の割合が４０％以上であること、好ましくはアスペクト比が１．５以下のガラス相の個数の割合が４０％以上であり、かつアスペクト比が２以下のガラス相の個数の割合が６５％以上であることにより、ガラス相の存在が電気抵抗の値や反りの値の上昇に及ぼす影響が小さくなる。その結果、本開示のセラミック配線部材によれば、反りの低減と導電部の電気抵抗の低減とを両立することが可能なセラミック配線部材を提供することができる。

ここで、本願において、ガラス相のアスペクト比とは、各ガラス相を内部に含む最小面積の楕円において、当該楕円の短径に対する長径の比を意味する。このアスペクト比は、たとえば導電部について、板状部の厚み方向の断面を走査型電子顕微鏡にて観察し、得られた画像データを画像処理ソフトウェアにて白黒二値化したうえで各ガラス相を内部に含む最小面積の楕円を決定し、当該楕円の短径に対する長径の比（長径／短径）を算出することにより得ることができる。画像データ中には、１５０以上のガラス相が含まれるように、データを取得する。また、本願において、ガラス相とは、本体部内に含まれているガラス成分の他に、本体部内に含まれているセラミック主成分（アルミナ）の結晶や、導電部内の金属成分が若干量含まれるものであっても良い。また、ガラス相には、本体部内に含まれていないガラス成分を含んでいても良い。

上記セラミック配線部材において、導電部は、板状部の第１主面に接触する第１部分と、板状部の厚み方向において第１主面とは反対側に位置する第２主面に接触する第２部分と、を含んでいてもよい。このように、電気抵抗が低減された導電部により板状部の第１主面側と第２主面側とが電気的に接続されることにより、省電力化や通信速度の高速化に対応可能な高性能なセラミック配線部材を得ることができる。

［実施形態の具体例］
次に、本開示のセラミック配線部材の具体的な実施形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本開示の一実施の形態におけるセラミック配線部材の構造を示す概略断面図である。図１を参照して、本実施の形態のセラミック配線部材１は、セラミック製の本体部１０と、導電部２０とを備える。本体部１０を構成するセラミックは、特に限定されるものではないが、たとえば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を採用することができる。また、本体部１０を構成するセラミックは、焼結助剤としてＳｉを含む酸化物、Ｃａを含む酸化物、Ｍｇを含む酸化物、Ｍｎを含む酸化物およびＢａを含む酸化物からなる群から選択される少なくとも１つのガラス成分を含んでいてもよい。

本体部１０は、板状の形状を有する第１板状部としての底壁部１１と、板状の形状を有する第２板状部としての側壁部１２とを含む。底壁部１１は、平板状の形状を有する。底壁部１１は、第１主面１１Ａと、第１主面１１Ａとは厚み方向において反対側に位置する第２主面１１Ｂとを含む。底壁部１１の平面形状（第１主面１１Ａに対して垂直な方向に見た形状）は、たとえば矩形である。

側壁部１２は、底壁部１１の第１主面１１Ａの外縁から立ち上がる板状の形状を有する。より具体的には、たとえば平面形状が矩形である底壁部１１の第１主面１１Ａの外縁の各辺に対応する４つの平板が互いに接続された形状を有する。第１主面１１Ａに垂直な方向にみて、側壁部１２は、たとえば第１主面１１Ａ上の空間であるキャビティ１０Ａを取り囲むように配置されていてもよい。側壁部１２は、平面状の第１端面１２Ａと、底壁部１１の厚み方向において第１端面１２Ａとは反対側の平面状の端面である第２端面１２Ｂとを含む。側壁部１２は、第２端面１２Ｂにおいて底壁部１１の第１主面１１Ａと接続されている。第１端面１２Ａは、全域にわたって単一の平面上に位置している。その結果、平板状の蓋部材を第１端面１２Ａ上に載置することにより、キャビティ１０Ａを閉塞することができる。キャビティ１０Ａには気密性が要求される水晶振動子などの電子部品を収納することができる。このようなセラミック配線部材１はセラミックパッケージとして用いられる。

本実施の形態において、セラミック配線部材１は、一対の導電部２０を含む。各導電部２０は、第１主面１１Ａに接触して配置される第１部分としての内部端子２１と、第２主面１１Ｂに接触して配置される第２部分としての外部端子２５と、底壁部１１の内部に配置される内部配線２３とを含む。各導電部２０は、さらに内部端子２１と内部配線２３とを接続する第１接続部２２と、内部配線２３と外部端子２５とを接続する第２接続部２４とを含む。内部配線２３、第１接続部２２および第２接続部２４は、第１部分としての内部端子２１と第２部分としての外部端子２５とを接続する第３部分である。内部端子２１、外部端子２５、内部配線２３、第１接続部２２および第２接続部２４は、いずれも第１板状部としての底壁部１１に接触して配置される導電部２０の一部である。なお、第１接続部２２、第２接続部２４の変形例として、例えば、底壁部１１の側面にキャスタレーションを設け、キャスタレーション表面に導電部を設けてもよい。

図２を参照して、導電部２０を構成する内部端子２１、外部端子２５、内部配線２３、第１接続部２２および第２接続部２４のうち少なくとも１つ、好ましくは全ての組織は、ＷおよびＭｏの少なくとも一方を含む金属成分からなり、互いに離れて分散する複数の空隙３１Ａを有する導電相３１と、複数の空隙３１Ａを充填し、底壁部１１の厚み方向の断面における面積率で３％以上２０％以下のガラス相３２と、を含んでいる。ガラス相３２の面積率が２０％以下であることにより、導電部２０の電気抵抗の上昇を抑制し、ガラス相３２の面積率が３％以上、望ましくは８％以上であることにより導電部２０と本体部１０との線膨張係数の差を低減することができる。導電部２０内のガラス相３２は、基本的には焼結時に本体部より毛細管現象によって侵入してくるものだが、ガラス相３２に、本体部１０に含まれないガラス成分が含まれていてもよい。電気抵抗や強度の観点より、ガラス相３２が充填されていない空隙３１Ａは、導電部２０の断面における面積率で５％以下であることが望ましく、１％以下であることがより望ましい。底壁部１１の厚み方向の断面（図２に示す断面）において、ガラス相３２の全個数のうちアスペクト比が１．５以下のガラス相３２の個数の割合は４０％以上である。なお、ガラス相３２に関して、後述する楕円フィッティングにより求めた楕円の長径は０．１μｍ以上４μｍ以下であることが望ましい。楕円の長径を０．１μｍ以上とすることにより、導電部２０内の空隙３１Ａが抑制され、導電部２０の強度が上昇する。また、楕円の長径を４μｍ以下とすることにより、導電部２０の電気抵抗を低下させることができる。

本実施の形態のセラミック配線部材１においては、板状部としての底壁部１１の厚み方向の断面において、ガラス相３２の全個数のうちアスペクト比が１．５以下のガラス相３２の個数の割合が４０％以上となっている。これにより、ガラス相３２の存在が導電部２０の電気抵抗の値や反りの値の上昇に及ぼす影響が小さくなる。その結果、本実施の形態のセラミック配線部材１は、反りの低減と導電部２０の電気抵抗の低減とが両立されたセラミック配線部材となっている。

上記本実施の形態のセラミック配線部材１において、ガラス相３２の全個数のうちアスペクト比が２以下のガラス相の個数の割合が６５％以上であることが好ましい。これにより、ガラス相３２の存在が導電部２０の電気抵抗の値や反りの値の上昇に及ぼす影響がより確実に小さくなる。その結果、本実施の形態のセラミック配線部材１を、一層確実に反りの低減と導電部２０の電気抵抗の低減とが両立されたセラミック配線部材とすることができる。

次に、本実施の形態におけるセラミック配線部材１の製造方法の一例について説明する。図３は、セラミック配線部材の製造方法の概略を示すフローチャートである。図３を参照して、本実施の形態のセラミック配線部材１の製造方法では、まず工程Ｓ１０としてグリーンシート準備工程が実施される。この工程Ｓ１０では、本体部１０となるべきグリーンシートが準備される。具体的には、本体部１０を構成するセラミック粉末の主成分であるＡｌ_２Ｏ_３と、焼結助剤粉末、さらには、本体部１０を構成しない（すなわち、焼成時に消失する）樹脂、溶剤等とをボールミルにて混合し、スラリーを得る。このスラリーを、ドクターブレード法によりグリーンシートに加工する。これにより、本体部１０となるべきグリーンシートが得られる。ここで、図１を参照して、底壁部１１となるべきグリーンシートとして平面形状が矩形のグリーンシートが複数枚準備される。また、側壁部１２となるべきグリーンシートも複数枚準備される。側壁部１２となるべきグリーンシートとしては、矩形の平面形状を有し、キャビティ１０Ａに対応する部分（中央部）が除去された環状のグリーンシートが準備される。

次に、工程Ｓ２０として導電部印刷工程が実施される。この工程Ｓ２０では、工程Ｓ１０において準備されたグリーンシートに、導電部２０となるべきペーストが印刷される。具体的には、まずＷおよびＭｏの少なくとも一方の第１金属成分と、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅからなる群から選択される少なくとも１つの第２金属成分と、添加材、樹脂、溶剤などとを配合し、さらに必要に応じてセラミック粉末を添加し、混錬することによりペーストを作成する。セラミック粉末は本体部１０を構成するものと同じであってもよく、また、異なっていてもよい。

このペーストを、工程Ｓ１０において準備されたグリーンシートに、たとえばスクリーン印刷により印刷する。これにより、図１を参照して、底壁部１１となるべきグリーンシートとして、外部端子２５に対応する領域に上記ペーストが印刷されたグリーンシート、第２接続部２４に対応する領域に上記ペーストが印刷されたグリーンシート、内部配線２３に対応する領域に上記ペーストが印刷されたグリーンシート、第１接続部２２に対応する領域に上記ペーストが印刷されたグリーンシート、内部端子２１に対応する領域に上記ペーストが印刷されたグリーンシートが作製され、乾燥された後、この順に積層される。乾燥は、たとえば１１０℃に加熱し、５分間保持する条件にて実施することができる。

さらに、工程Ｓ１０にて準備された側壁部１２となるべきグリーンシート（キャビティ１０Ａに対応する部分が除去された環状のグリーンシート）がさらに複数枚積層される。このようにして、グリーンシートの積層体が得られる。

次に、工程Ｓ３０として、焼成工程が実施される。この工程では、工程Ｓ２０において準備されたグリーンシートの積層体が、焼成される。焼成は、たとえば水素、窒素および水蒸気が混合された雰囲気中において８００℃以上１６００℃以下の温度に加熱することにより実施することができる。加熱温度は、導電部２０の組織に第１金属成分と第２金属成分との金属間化合物からなる金属間化合物相が形成されることを抑制できる温度域から、焼結の十分な進行を考慮して選択される。以上の手順により、本実施の形態のセラミック配線部材１を製造することができる。

本実施の形態のセラミック配線部材１の製造方法においては、工程Ｓ２０において、導電相３１を構成する金属成分として、第１金属成分に加えて第２金属成分が採用される。第２金属成分は、第１金属成分に対して、０．１％以上１０％以下の割合で添加される。第１金属成分および第２金属成分以外の金属成分の残部は、不可避的不純物のみである。上記第２金属成分の添加により、工程Ｓ３０において、導電部２０内に本体部１０を構成する焼結助剤を含むガラス相が侵入することを抑制することができる。また、上記第２金属成分の添加により、導電部２０の原料粉末である金属粉末の焼結を促進することができる。これにより、隣り合う空隙３１Ａ同士を充填するガラス相３２同士が接続されることが抑制され、ガラス相３２のアスペクト比が小さくなる。本実施の形態のセラミック配線部材１の製造方法は、上記製造方法に限定されるものではないが、上記製造方法により、本実施の形態のセラミック配線部材１を容易に製造することができる。

（実施の形態２）
次に、本開示の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図４は、実施の形態２におけるセラミック配線部材の構造を示す概略断面図である。図４は、実施の形態１の説明において参照した図１に対応する図である。図４および図１を参照して、実施の形態２のセラミック配線部材１は、基本的には実施の形態１と同じ構成を有し、同じ効果を奏する。しかし、実施の形態２のセラミック配線部材１は、主に導電部の配置および構造において実施の形態１の場合とは異なっている。以下、実施の形態１との相違点を中心に実施の形態２について説明する。

図４を参照して、実施の形態２のセラミック配線部材１の導電部２０は、第１端面１２Ａに接触して配置される第１部分としての上部端子２６と、第２端面１２Ｂに接触して配置される第２部分としての下部端子２８と、上部端子２６と下部端子２８とを接続する第３接続部２７とを含む。下部端子２８は、底壁部１１の第１主面１１Ａにも接触するように配置される。上部端子２６、下部端子２８および第３接続部２７は、いずれも第２板状部としての側壁部１２に接触して配置される導電部２０の一部である。

導電部２０を構成する上部端子２６、下部端子２８および第３接続部２７のうち少なくとも１つ、好ましくは全ての組成は、実施の形態１の内部端子２１等と同様に、ＷおよびＭｏの少なくともいずれか１つである主成分としての第１金属成分と、合計で第１金属成分に対して０．１％以上１０％以下のＮｉ、ＣｏおよびＦｅからなる群から選択される少なくとも１つの第２金属成分とを含む。さらに、導電部２０を構成する上部端子２６、下部端子２８および第３接続部２７の組織のうち上記少なくとも１つ、好ましくは全ての組織は、実施の形態１の内部端子２１等と同様に、第１金属成分と第２金属成分との合金からなる導電相を含む。さらに、導電部２０を構成する上部端子２６、下部端子２８および第３接続部２７の組織のうち上記少なくとも１つ、好ましくは全ての組織は、導電部２０の断面における面積率で３％以上２０％以下のセラミック成分からなるガラス相３２を含む。

本実施の形態のセラミック配線部材１においても、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態のセラミック配線部材１は、主に導電部２０の配置を変更する点を除いて、実施の形態１の場合と同様に製造することができる。なお、本実施の形態においては、底壁部１１は絶縁体であるセラミック製であるが、底壁部１１を構成する材料として金属などの導電体が採用されてもよい。

（実施の形態３）
次に、本開示のさらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図５は、実施の形態３におけるセラミック配線部材の構造を示す概略断面図である。図５は、実施の形態１の説明において参照した図１に対応する図である。図５および図１を参照して、実施の形態３のセラミック配線部材１は、基本的には実施の形態１と同じ構成を有し、同じ効果を奏する。しかし、実施の形態３のセラミック配線部材１は、主に本体部の構造、導電部の配置および構造において実施の形態１の場合とは異なっている。以下、実施の形態１との相違点を中心に実施の形態３について説明する。

図５を参照して、実施の形態３のセラミック配線部材１の側壁部１２は、キャビティ１０Ａを挟んで互いに向かい合う領域に向けて突出する突出部１２１を含んでいる。突出部１２１は、底壁部１１の第１主面１１Ａに向かい合う第１の面１２１Ｂと、底壁部１１の厚み方向において第１の面１２１Ｂとは反対側に位置する第２の面１２１Ａと、第１の面１２１Ｂと第２の面１２１Ａとを繋ぐ先端面である第３の面１２１Ｃとを含んでいる。第１の面１２１Ｂのうち第３の面１２１Ｃに接続される先端を含む領域が第１主面１１Ａと向かい合っており、他の領域（突出部１２１の根元付近に対応する領域）は第１主面１１Ａと向かい合っていない。

導電部２０は、第１端面１２Ａに接触して配置される第１部分としての上部端子２６と、第２端面１２Ｂに接触して配置される第２部分としての下部端子２８と、上部端子２６と下部端子２８とを接続する第３接続部２７とを含む。導電部２０は、第１の面１２１Ｂに接触して配置される中間端子３０と、中間端子３０と第３接続部２７とを接続する第４接続部２９とをさらに含む。中間端子３０は、底壁部１１の第１主面１１Ａにも接触するように配置される。上部端子２６、下部端子２８、第３接続部２７、中間端子３０および第４接続部２９は、いずれも側壁部１２に接触して配置される導電部２０の一部である。

導電部２０を構成する上部端子２６、下部端子２８、第３接続部２７、中間端子３０および第４接続部２９のうち少なくとも１つ、好ましくは全ての組成は、実施の形態１の内部端子２１等と同様に、ＷおよびＭｏの少なくともいずれか１つである主成分としての第１金属成分と、合計で第１金属成分に対して０．１％以上１０％以下のＮｉ、ＣｏおよびＦｅからなる群から選択される少なくとも１つの第２金属成分とを含む。さらに、導電部２０を構成する上部端子２６、下部端子２８および第３接続部２７の組織のうち上記少なくとも１つ、好ましくは全ての組織は、実施の形態１の内部端子２１等と同様に、第１金属成分と第２金属成分との合金からなる導電相を含む。なお、ここでの合金とは、第1金属成分と第２金属成分とからなる固溶体の他に、固溶化していない第１金属成分と第２金属成分との混合体をも含めたものを指す。さらに、導電部２０を構成する上部端子２６、下部端子２８、第３接続部２７、中間端子３０および第４接続部２９のうち少なくとも１つ、好ましくは全ての組織は、導電部２０の断面における面積率で３％以上２０％以下のセラミック成分からなるガラス相３２を含む。

本実施の形態のセラミック配線部材１においても、実施の形態１の場合と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態のセラミック配線部材１は、主に本体部１０の構造および導電部２０の配置を変更する点を除いて、実施の形態１の場合と同様に製造することができる。なお、本実施の形態においては、底壁部１１は絶縁体であるセラミック製であるが、底壁部１１を構成する材料として金属などの導電体が採用されてもよい。また、上記実施の形態において、本体部１０の形状を例示したが、本開示の本体部の形状はこれらに限られない。本体部の形状としては、たとえば直方体状の形状、球体状の形状、膜状の形状など、種々の形状を採用することができる。

ガラス相の面積率およびアスペクト比が導電部の抵抗率、セラミック配線部材の反りおよび導電部の本体部に対する密着強度に及ぼす影響について調査する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。

上記実施の形態において説明した製造方法と同様の手順で本体部１０に接触して配置される導電部２０を形成し、導電部２０の抵抗率、セラミック配線部材１の反りおよび導電部２０の本体部１０に対する密着強度を調査した。具体的には、工程Ｓ１０においてＡｌ_２Ｏ_３粉末と、焼結助剤であるＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯおよびＢａＯからなる群から選択される少なくとも１つの粉末と、樹脂、溶剤等を含むグリーンシートを準備した。

次に、工程Ｓ２０において、工程Ｓ１０において準備されたグリーンシート上に、第１金属成分を含むペーストを印刷し、乾燥させた。ペーストには、セラミック成分は添加しなかった。乾燥は、１１０℃に加熱し、５分間保持する条件にて実施した。このとき、第１金属成分としてＷおよびＭｏの少なくとも一方を採用した。また、ガラス相の面積率およびアスペクト比を変化させる観点から、第２金属成分としてのＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅの添加量を変化させた。また、第２金属成分を添加しないサンプルも作製した。

そして、工程Ｓ３０において、ペーストが印刷されたグリーンシートを焼成した。焼成は、水素、窒素および水蒸気が混合された雰囲気中において、室温から所定の温度まで加熱し、その後、室温まで冷却することにより実施した。この結果、板状部を有するセラミック製の本体部の一方の主面に導電部が配置されたサンプルが得られた。なお、本サンプルでは、他方の主面への導電部や内部配線は施さなかった。焼成後の導電部について、ガラス相が充填されていない空隙は面積率で１％以下であった。

得られたサンプルについて、板状部の厚み方向の断面における導電部内のガラス相の面積率、ガラス相の全個数のうちアスペクト比が１．５以下のガラス相の個数の割合、およびアスペクト比が２以下のガラス相の個数の割合を調査した。具体的には、得られたサンプルについて、導電部２０の断面を走査型電子顕微鏡にて観察した。そして、得られた画像データについて、画像処理ソフトウェアにて白黒二値化したうえで、ガラス相３２の面積を合計し、導電部２０に占めるガラス相３２の面積率を算出した。また、各ガラス相を内部に含む最小面積の楕円を決定（楕円フィッティング）し、当該楕円の短径に対する長径の比（長径／短径）を算出することにより、各ガラス相のアスペクト比を得た。そして、得られた各ガラス相のアスペクト比に基づいて、アスペクト比が１．５以下のガラス相の個数を算出した。この結果に基づいて、走査電子顕微鏡で観察した視野内における、ガラス相の全個数に対する、アスペクト比が１．５以下のガラス相の個数の割合、およびアスペクト比が２以下のガラス相の個数の割合を算出した。上記画像処理には、ＩｍａｇｅＪ（フリーソフトウェア）を用いた。

さらに、得られたサンプルについて、導電部２０の抵抗率を調査した。具体的には、得られたサンプルについて、まず４端子法により導電部２０の電気抵抗を測定した。電気抵抗の測定には、日置電機株式会社製ＲＭ３５４４－０１を使用した。そして、得られた電気抵抗と、導電部２０の長さおよび長手方向に垂直な断面積とから、抵抗率を算出した。

また、得られたサンプルについて、反りを測定した。具体的には、株式会社キーエンス製３次元形状測定装置（型番ＶＫ－Ｘ１０００）を用いて、サンプルの反りの値を調査した。導電部が配置された一方の主面が上、他方の主面が下になるように平面上にサンプルを設置した場合に、一方の主面側に凸となる状態を負、他方の主面側に凸となる状態を正として、反りの値を測定した。

さらに、得られたサンプルについて、導電部２０の本体部１０に対する密着強度を調査した。具体的には、幅２ｍｍ、長さ５ｍｍの導電部に、２～３μｍの厚みを有するＮｉめっき層を施し、幅０．７ｍｍ、長さ５ｍｍ、長さ方向と垂直な方向に高さ２．５ｍｍの金属製のＬ字型形状の保持部材の、長さ５ｍｍの部分をロウ付けにより接合した。次に、保持部材とサンプルとをそれぞれ保持し、導電部と本体部との界面に垂直な方向に保持部材の高さ２．５ｍｍの先端部分を引張り、導電部が本体部から剥離した時点における荷重を密着強度として測定した。測定には、株式会社イマダ製デジタルフォースゲージ（型番ＺＰ２００Ｎ）を用いた。密着強度は、９．８Ｎ（１ｋｇｆ）以上であれば十分、９．８Ｎ未満であれば不十分であると判断することができる。上記実験結果を表１に示す。

表１において、抵抗率については、０．１５Ω・μｍ未満をＡ、０．１５Ω・μｍ以上０．２Ω・μｍ未満をＢ、０．２Ω・μｍ以上をＣと評価した。反りについては、絶対値が３０μｍ未満をＡ、３０μｍ以上をＣと評価した。密着強度については、９．８Ｎ以上をＡ、９．８Ｎ未満をＣと評価した。総合判定については、上記３つの評価項目のうち、１つでもＣと評価されたサンプルについてはＣ、Ｃと評価された項目が無かったサンプルをＡと評価した。すなわち、Ａは優れており、Ｃは劣っており、Ｂはそれらの中間ということを意味する。また、導電部２０におけるガラス相３２の存在状態についての画像処理ソフトウェアを用いた分析の一例を図６に示す。

図６には、サンプル５および２の導電部２０と本体部１０との界面付近の断面の二次電子像、導電部２０の二次電子像を二値化した状態、および二値化された画像に基づいて楕円フィッティングを行った状態が示されている。図６の左の列には、各サンプルの断面の写真（二次電子像）、中央の列には、導電部の断面の二次電子像を二値化した結果、右の列には、二値化した結果を楕円フィッティングした結果を示している。二次電子像の白い領域は、金属成分（Ｗ）であり、黒い領域はガラス相である。二値化結果の黒い領域はガラス相である。楕円フィッティング結果の黒い線で囲まれた領域はガラス相である。

図６を参照して、サンプル２に比べて、サンプル５のガラス相の面積率は少なく、またアスペクト比の小さいガラス相３２の割合が高いことが分かる。このような画像データに基づき、導電部２０の画像データについて二値化および楕円フィッティングを行い、ガラス相３２の面積率およびアスペクト比を算出した。

表１を参照して、サンプル１においては、ガラス相の面積率が本開示の範囲である３％以上２０％以下の範囲外となっている。具体的にはガラス相の面積率が２０％を超えている。その結果、抵抗率が０．２Ω・μｍ以上となり、電気抵抗の観点からサンプル１は好ましいとはいえない。サンプル２および３においては、サンプル１に比べてガラス相３２の面積率が小さくなっている。その結果、抵抗率が０．１５Ω・μｍ未満となっており、電気抵抗の観点からは好ましい状態であるといえる。しかし、ガラス相の全個数のうちアスペクト比が１．５以下のガラス相の個数の割合、およびアスペクト比が２以下のガラス相の個数の割合が、それぞれ４０％および６５％未満となっている。その結果、反りの値の絶対値が３０μｍを超えており、反りの観点からサンプル２および３は好ましいとはいえない。

これに対し、サンプル４～１２においては、ガラス相３２の面積率が本開示の範囲である３％以上２０％以下の範囲内であり、かつガラス相３２の全個数のうちアスペクト比が１．５以下のガラス相３２の個数の割合、およびアスペクト比が２以下のガラス相３２の個数の割合が、それぞれ４０％以上および６５％以上となっている。その結果、これらのサンプルは抵抗率、反りおよび密着強度の全ての項目において判定がＡまたはＢとなっており、好ましい特性が得られているといえる。特に、ガラス相３２の面積率が８％以上２０％以下であるサンプルに関しては、密着強度が１９．６Ｎ（２ｋｇｆ）以上であるため、より好ましい特性が得られているといえる。

サンプル１３においては、ガラス相の面積率が本開示の範囲である３％以上２０％以下の範囲外となっている。具体的には、ガラス相の面積率が３％未満となっている。その結果、密着強度が９．８Ｎ未満（１ｋｇｆ未満）となっており、導電部２０の本体部１０への密着強度の観点から、サンプル１３は好ましいとはいえない。このことから、本体部１０の焼結助剤に由来するガラス相３２の形成は、導電部２０の本体部１０への密着強度の上昇に寄与しており、本開示の範囲の下限を下回る程度にまでガラス相３２が低減されると、密着強度が不十分となることが確認される。

また、サンプル１４～１６では、第１金属成分としてサンプル１～１３のＷに代えて、Ｍｏが採用されている。これらの実験結果から、第１金属成分としてＭｏが採用された場合でも、Ｗが採用された場合と同様の傾向が確認される。

以上の実験結果から、本開示のセラミック配線部材によれば、反りの低減と導電部の電気抵抗の低減とを両立することが可能であることが確認される。

なお、上記実施の形態では、本体部１０が側壁部１２を含む場合について説明したが、本開示のセラミック配線部材はこれに限られず、側壁部１２が省略された平板状の本体部１０を含むものであってもよい。このようなセラミック配線部材は電子部品を搭載するセラミック配線基板として用いられる。また、内部端子２１および外部端子２５の表面には、接触抵抗を低減する等の観点から、Ｎｉ（ニッケル）層、Ａｕ（金）層などからなるめっき層が形成されていてもよい。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって規定され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１セラミック配線部材、１０本体部、１０Ａキャビティ、１１底壁部、１１Ａ第１主面、１１Ｂ第２主面、１２側壁部、１２Ａ第１端面、１２Ｂ第２端面、２０導電部、２１内部端子、２２第１接続部、２３内部配線、２４第２接続部、２５外部端子、２６上部端子、２７第３接続部、２８下部端子、２９第４接続部、３０中間端子、３１導電相、３１Ａ空隙、３２ガラス相、１２１突出部、１２１Ａ第２の面、１２１Ｂ第１の面、１２１Ｃ第３の面。

Claims

板状部を有するセラミック製の本体部と、
前記板状部に接触して配置された導電部と、を備え、
前記導電部の組織は、
ＷおよびＭｏの少なくとも一方を含む金属成分からなり、互いに離れて分散する複数の空隙を有する導電相と、
前記複数の空隙を充填し、前記板状部の厚み方向の断面における面積率で３％以上２０％以下のガラス相と、を含み、
前記板状部の厚み方向の断面において、前記ガラス相の全個数のうちアスペクト比が１．５以下の前記ガラス相の個数の割合は４０％以上である、セラミック配線部材。
前記板状部の厚み方向の断面において、前記ガラス相の全個数のうちアスペクト比が２以下の前記ガラス相の個数の割合は６５％以上である、請求項１に記載のセラミック配線部材。
前記導電部は、
前記板状部の第１主面に接触する第１部分と、
前記板状部の厚み方向において前記第１主面とは反対側に位置する第２主面に接触する第２部分と、を含む、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のセラミック配線部材。