JP2017165619A - Glass ceramic substrate and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、ＬＥＤ素子搭載用基板、電子部品のセラミックパッケージ、無線通信モジュール、制御回路用基板、半導体検査装置等に用いることができるガラスセラミック配線基板及びガラスセラミック基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a glass ceramic wiring board that can be used for, for example, a substrate for mounting an LED element, a ceramic package of an electronic component, a wireless communication module, a control circuit board, a semiconductor inspection apparatus, and the like, and a method for manufacturing the glass ceramic board.
従来、電子部品の収納に用いられるセラミックパッケージ基板としては、アルミナを９０重量％以上含有し、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）を電極材として使用したものが主流である。また、近年では、ＬＴＣＣ（Low Temperature Cofired Ceramic）と呼ばれる、銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）を電極材として使用するセラミック基板の材料が開発されている。 Conventionally, ceramic package substrates used for storing electronic components are mainly those containing 90% by weight or more of alumina and using tungsten (W) or molybdenum (Mo) as an electrode material. In recent years, a ceramic substrate material called silver (Ag) or copper (Cu), which is called LTCC (Low Temperature Cofired Ceramic), has been developed.
また、最近では、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子の高輝度化や高効率化に伴い、携帯電話や液晶ＴＶ等のバックライトなどに、ＬＥＤ素子を用いた発光装置が用いられている。
この発光装置では、ＬＥＤ素子を搭載する基板として、樹脂基板やセラミック基板が用いられており、このうち、セラミック基板は、熱や光に対する耐久性に優れているので、発光装置の基板として有望とされている。
In recent years, light emitting devices using LED elements have been used for backlights of mobile phones, liquid crystal TVs, and the like as light emitting diode (LED) elements increase in brightness and efficiency.
In this light emitting device, a resin substrate or a ceramic substrate is used as a substrate on which the LED element is mounted, and among these, the ceramic substrate is excellent in durability against heat and light, and therefore is promising as a substrate for the light emitting device. Has been.
しかし、セラミック基板は、樹脂基板に比べて反射率が低いため、ＬＥＤ素子からの光が基板の裏側に漏れてしまい、基板の表面側の光度が低いという問題がある。
これに関して、上述したＬＴＣＣは、低温で焼成でき、しかも、基板反射性の高い基板を得ることができる材料であるため、近年では、ＬＴＣＣについて特に反射率を高める研究がなされている（特許文献１〜３参照）。
However, since the ceramic substrate has a lower reflectance than the resin substrate, the light from the LED element leaks to the back side of the substrate, and there is a problem that the light intensity on the surface side of the substrate is low.
In this regard, since the LTCC described above is a material that can be baked at a low temperature and can obtain a substrate with high substrate reflectivity, in recent years, research has been conducted on the LTCC that particularly increases the reflectance (Patent Document 1). To 3).
しかしながら、上述した従来技術でも必ずしも十分ではなく、基板の反射率を高める技術の一層の改善が求められていた。
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高い反射率を有するガラスセラミック基板及びその製造方法を提供することである。
However, the above-described prior art is not always sufficient, and further improvement of the technique for increasing the reflectance of the substrate has been demanded.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a glass ceramic substrate having a high reflectance and a method for manufacturing the same.
（１）本発明の第１局面は、アルミナとガラスとを含むとともに、更に他の無機成分を含むガラスセラミック基板であって、前記アルミナの屈折率Ａと前記ガラスの屈折率Ｇと前記無機成分の屈折率Ｍとが、下記式（１）の関係を満たしている。 (1) A first aspect of the present invention is a glass ceramic substrate containing alumina and glass and further containing other inorganic components, wherein the refractive index A of the alumina, the refractive index G of the glass, and the inorganic component And the refractive index M satisfy the relationship of the following formula (1).
｜Ｇ−Ｍ｜＞｜Ｇ−Ａ｜・・・（１）
本第１局面では、アルミナの屈折率Ａとガラスの屈折率Ｇと無機成分の屈折率Ｍとが、前記式（１）の関係を満たしているので、後述する実験例からも明らかもように、ガラスセラミック基板の反射率が高いという効果がある。例えば、可視光の波長領域である４００ｎｍ〜７００ｎｍでの反射率を高くすることも可能である。
| GM-> | GA- | (1)
In the first aspect, since the refractive index A of alumina, the refractive index G of glass, and the refractive index M of the inorganic component satisfy the relationship of the above formula (1), it will be apparent from the experimental examples described later. There is an effect that the reflectance of the glass ceramic substrate is high. For example, the reflectance in the visible light wavelength region of 400 nm to 700 nm can be increased.
一般的に、ガラスに所定の物質が添加される場合には、ガラスの屈折率とその添加物質の屈折率との差が大きいほど、ガラスと添加物質との界面での拡散反射が大きいことが知られている。 In general, when a predetermined substance is added to glass, the larger the difference between the refractive index of the glass and the refractive index of the additive substance, the greater the diffuse reflection at the interface between the glass and the additive substance. Are known.
本第１局面では、アルミナとガラスとを含むガラスセラミック基板において、ガラスの屈折率と無機成分の屈折率との差（絶対値）が、ガラスの屈折率とアルミナの屈折率との差（絶対値）よりも大きい無機成分が用いられている。 In the first aspect, in a glass ceramic substrate containing alumina and glass, the difference (absolute value) between the refractive index of glass and the refractive index of the inorganic component is the difference between the refractive index of glass and the refractive index of alumina (absolute An inorganic component larger than (value) is used.
従って、本第１局面のガラスセラミック基板は、アルミナとガラスとからなるガラスセラミック基板よりも反射率が高いという効果を奏する。また、従来のアルミナ基板に比べて、例えば８６０℃〜９００℃の低温焼成が可能である。 Therefore, the glass ceramic substrate of the first aspect has an effect that the reflectance is higher than that of the glass ceramic substrate made of alumina and glass. Moreover, compared with the conventional alumina substrate, low temperature baking of 860 degreeC-900 degreeC, for example is possible.
なお、ここで、アルミナ及び（アルミナやガラスの成分以外の）無機成分とは、ガラス中に存在する無機フィラー（固定成分）であり、このアルミナや無機成分の表面で、光を拡散反射することが可能である。
つまり、無機成分としては、ガラスセラミック基板中で光を反射することが可能で、且つ、前記式（１）を満たす各種の無機成分を用いることができる。
Here, alumina and inorganic components (other than alumina and glass components) are inorganic fillers (fixed components) present in the glass, and light is diffusely reflected on the surface of the alumina and inorganic components. Is possible.
That is, as the inorganic component, various inorganic components that can reflect light in the glass ceramic substrate and satisfy the formula (1) can be used.
また、前記ガラスは、ガラス状の状態（非結晶質）で存在しているものである。
（２）本発明の第２局面では、更に、前記ガラスの屈折率Ｇと前記無機成分の屈折率Ｍとが、下記式（２）の関係を満たしている。
The glass is present in a glassy state (noncrystalline).
(2) In the second aspect of the present invention, the refractive index G of the glass and the refractive index M of the inorganic component satisfy the relationship of the following formula (2).
｜Ｇ−Ｍ｜≧０．５・・・（２）
本第２局面では、更に、ガラスの屈折率Ｇと無機成分の屈折率Ｍとが、前記式（２）の関係を満たしているので、後述する実験例からも明らかもように、ガラスセラミック基板の反射率が一層向上する。
| GM | ≧ 0.5 (2)
In the second aspect, since the refractive index G of the glass and the refractive index M of the inorganic component satisfy the relationship of the formula (2), as will be apparent from the experimental examples described later, the glass ceramic substrate The reflectance is further improved.
つまり、本第２局面では、ガラスの屈折率と無機成分の屈折率との差（絶対値）が、０．５以上と大きいので、一層反射率が大きいという利点がある。
（３）本発明の第３局面では、前記無機成分は、前記ガラス中に粒子状に存在している。
That is, in the second aspect, the difference (absolute value) between the refractive index of the glass and the refractive index of the inorganic component is as large as 0.5 or more, so that there is an advantage that the reflectance is further increased.
(3) In the third aspect of the present invention, the inorganic component is present in the form of particles in the glass.
本第３局面では、無機成分は、粒子状の物体（粒）として、ガラス中に分散して存在しているので、ガラスと粒子状の無機成分との界面で、効果的に拡散反射が行われる（図２参照）。
（４）本発明の第４局面では、前記無機成分の粒径は、Ｄ５０で０．５μｍ〜１．０μｍの範囲である。
In the third aspect, since the inorganic component is dispersed in the glass as a particulate object (grain), effective diffuse reflection is performed at the interface between the glass and the particulate inorganic component. (See FIG. 2).
(4) In 4th aspect of this invention, the particle size of the said inorganic component is the range of 0.5 micrometer-1.0 micrometer by D50.
本第４局面は、無機成分の好ましい粒径（累積５０％粒径：Ｄ５０）を例示している。このような粒径の無機成分を用いることにより、効果的に光を反射することができる。
また、アルミナの粒径としても、Ｄ５０で０．５μｍ〜１．０μｍの範囲を採用できる。
The fourth aspect exemplifies a preferable particle size (cumulative 50% particle size: D50) of the inorganic component. By using an inorganic component having such a particle size, light can be effectively reflected.
Further, the particle diameter of alumina can be in the range of 0.5 μm to 1.0 μm at D50.
（５）本発明の第５局面では、前記無機成分は、ＺｒＯ２及びＴｉＯ２のうち少なくとも１種である。
本第５局面は、無機成分として好適なものを例示している。つまり、無機成分として、ＺｒＯ２やＴｉＯ２を用いることにより、高い反射率が得られる。例えば、ＺｒＯ２を添加したものは、可視光の全領域において９０％以上の反射率が得られる。
(5) In the fifth aspect of the present invention, the inorganic component is at least one of ZrO 2 and TiO 2 .
The fifth aspect exemplifies a suitable inorganic component. That is, a high reflectance can be obtained by using ZrO 2 or TiO 2 as the inorganic component. For example, when ZrO 2 is added, a reflectance of 90% or more is obtained in the entire visible light region.
（６）本発明の第６局面では、前記ＺｒＯ２の含有量は、５．０体積％〜９．０体積％の範囲である。
本第６局面は、好ましいＺｒＯ２の含有量を例示している。つまり、ＺｒＯ２の含有量が上述した範囲の場合には、高い反射率が得られる。
In a sixth aspect of (6) the present invention, the content of the ZrO 2 is in the range of 5.0 vol% to 9.0 vol%.
The sixth aspect exemplifies a preferable ZrO 2 content. That is, when the content of ZrO 2 is in the above range, a high reflectance can be obtained.
（７）本発明の第７局面では、前記ＴｉＯ２の含有量は、５．０体積％〜１９．０体積％の範囲である。
本第７局面は、好ましいＴｉＯ２の含有量を例示している。つまり、ＴｉＯ２の含有量が上述した範囲の場合には、高い反射率が得られる。
(7) In a seventh aspect of the present invention, the content of the TiO 2 is in the range of 5.0 vol% ～19.0 vol%.
The seventh aspect exemplifies a preferable TiO 2 content. That is, when the content of TiO 2 is in the above range, a high reflectance can be obtained.
（８）本発明の第８局面は、アルミナの粉末とガラスの粉末とを用いるとともに、更に他の無機成分の粉末を用いて混合粉末を作製し、該混合粉末を用いて成形体を作製し、該成形体を焼成してガラスセラミック基板を製造するガラスセラミック基板の製造方法であって、前記アルミナの屈折率Ａと前記ガラスの屈折率Ｇと前記無機成分の屈折率Ｍとが、下記式（１）の関係を満たしている。 (8) In the eighth aspect of the present invention, an alumina powder and a glass powder are used, a mixed powder is prepared using a powder of another inorganic component, and a molded body is prepared using the mixed powder. A method for producing a glass ceramic substrate by firing the formed body to produce a glass ceramic substrate, wherein the refractive index A of the alumina, the refractive index G of the glass, and the refractive index M of the inorganic component are expressed by the following formula: The relationship of (1) is satisfied.
｜Ｇ−Ｍ｜＞｜Ｇ−Ａ｜・・・（１）
本第８局面では、上述した製造方法によって、反射率の高いガラスセラミック基板を容易に製造することができる。
| GM-> | GA- | (1)
In the eighth aspect, a glass ceramic substrate having a high reflectance can be easily manufactured by the manufacturing method described above.
（９）本発明の第９局面では、前記無機成分は、ＺｒＯ２及びＴｉＯ２のうち少なくとも１種であり、前記無機成分の粉末の粒径は、Ｄ５０で０．５μｍ〜１．０μｍの範囲である。 (9) In the ninth aspect of the present invention, the inorganic component is at least one of ZrO 2 and TiO 2 , and the particle size of the inorganic component powder is in the range of 0.5 μm to 1.0 μm at D50. It is.
本第９局面は、好ましい無機成分や無機成分の粒径を例示したものである。
（１０）本発明の第１０局面では、前記焼成の温度は、８６０℃〜９００℃の範囲である。
本第１０局面は、好ましい焼成温度の範囲を例示したものである。
The ninth aspect exemplifies preferred inorganic components and particle sizes of the inorganic components.
(10) In the tenth aspect of the present invention, the firing temperature is in the range of 860 ° C to 900 ° C.
The tenth aspect exemplifies a preferable firing temperature range.
つまり、上述したガラスセラミック基板は、比較的低温での焼成が可能なＬＴＣＣ基板であるので、電極材として、例えば銀や銅等を使用することができる。 That is, since the glass ceramic substrate described above is an LTCC substrate that can be fired at a relatively low temperature, for example, silver or copper can be used as the electrode material.
［１．実施形態］
［１−１．構成］
まず、実施形態のガラスセラミック基板の構成について説明する。
[1. Embodiment]
[1-1. Constitution]
First, the configuration of the glass ceramic substrate of the embodiment will be described.
図１に示すように、実施形態のガラスセラミック基板１は、所定の厚みの平板な基板である。
このガラスセラミック基板１は、ガラスを含むとともに、フィラー（無機フィラー）として、アルミナと（アルミナ以外の）無機成分とを含んでいる。
As shown in FIG. 1, the glass ceramic substrate 1 of the embodiment is a flat substrate having a predetermined thickness.
The glass ceramic substrate 1 contains glass and contains alumina and an inorganic component (other than alumina) as a filler (inorganic filler).
つまり、このガラスセラミック基板１では、図２に示すように、ガラスが非晶質のマトリックスを構成しており、ガラスマトリックス中に、無機フィラーとして、粒子状のアルミナ（アルミナ粒子）や無機成分（無機成分粒子：無機固形物）が存在している。 That is, in this glass ceramic substrate 1, as shown in FIG. 2, the glass constitutes an amorphous matrix, and particulate alumina (alumina particles) or inorganic components (inorganic particles) are used as inorganic fillers in the glass matrix. Inorganic component particles: inorganic solids) are present.
また、ガラスセラミック基板１は、アルミナの屈折率Ａとガラスの屈折率Ｇと無機成分の屈折率Ｍとが、下記式（１）及び（２）の関係を満たしている。なお、下記式（１）のみを満たしていてもよい。 Further, in the glass ceramic substrate 1, the refractive index A of alumina, the refractive index G of glass, and the refractive index M of the inorganic component satisfy the relationship of the following formulas (1) and (2). Note that only the following formula (1) may be satisfied.
｜Ｇ−Ｍ｜＞｜Ｇ−Ａ｜・・・（１）
｜Ｇ−Ｍ｜≧０．５ ・・・（２）
更に、アルミナ粒子及び無機成分粒子の粒径は、例えばＤ５０で、０．５μｍ〜１．０μｍの範囲である。
| GM-> | GA- | (1)
| GM | ≧ 0.5 (2)
Furthermore, the particle diameters of the alumina particles and the inorganic component particles are, for example, D50 and are in the range of 0.5 μm to 1.0 μm.
また、無機成分粒子としては、例えば、ＺｒＯ２及びＴｉＯ２の少なくとも一方を用いる。なお、ＺｒＯ２の含有量は、例えば、５．０体積％〜９．０体積％の範囲であり、ＴｉＯ２の含有量は、例えば、５．０体積％〜１９．０体積％の範囲である。 As the inorganic component particles, for example, at least one of ZrO 2 and TiO 2 is used. The content of ZrO 2 is, for example, in the range of 5.0 vol% to 9.0 vol%, the content of TiO 2, for example, in the range of 5.0 vol% ～19.0 vol% is there.
以下、各構成について詳細に説明する。
前記ガラスは、上述のようにガラスセラミック基板１中に非晶質の状態で存在する。なお、このガラスセラミック基板１は、１０００℃以下の温度で焼成を行っても、ガラスセラミック基板１に含まれるガラスは実質的に結晶化しない。
Hereinafter, each configuration will be described in detail.
The glass exists in an amorphous state in the glass ceramic substrate 1 as described above. In addition, even if this glass ceramic substrate 1 performs baking at the temperature of 1000 degrees C or less, the glass contained in the glass ceramic substrate 1 does not crystallize substantially.
前記ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３を主成分とするホウケイ酸系ガラスを採用できる。詳しくは、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏを含有するものを採用できる。そして、ガラス全体を１００とした場合に、これらの各構成物質の含有量としては、例えば、ＳｉＯ２が４９モル％〜５４モル％、Ａｌ２Ｏ３が８モル％〜１３モル％（好ましくは８．２モル％〜１３モル％）、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏとの合計が０．２モル％より大きく２モル％以下（好ましくは１モル％以上２モル％以下）の範囲を採用できる。 As the glass, for example, borosilicate glass mainly composed of SiO 2 , Al 2 O 3 , and B 2 O 3 can be adopted. Specifically, for example, a material containing SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , ZnO, CaO, Na 2 O, and K 2 O can be employed. Then, when the entire glass is 100, the content of each of these constituents, for example, SiO 2 is 49 mol% to 54 mol%, Al 2 O 3 8 mol% to 13 mol% (preferably 8.2 mol% to 13 mol%), and the total of Na 2 O and K 2 O is greater than 0.2 mol% and 2 mol% or less (preferably 1 mol% or more and 2 mol% or less). .
前記ガラス中に存在するＡｌ２Ｏ３の量が８モル％以上であると、ガラスセラミック基板の機械的強度が高く、さらにはガラスの安定性が向上するので、好ましい。一方、ガラス中に存在するＡｌ２Ｏ３の量が１３モル％を下回ると、焼成できる温度が低くなり、ガラス化されやすくなる。 It is preferable that the amount of Al 2 O 3 present in the glass is 8 mol% or more because the mechanical strength of the glass ceramic substrate is high and the stability of the glass is improved. On the other hand, when the amount of Al 2 O 3 present in the glass is less than 13 mol%, the temperature at which it can be fired becomes low and vitrification tends to occur.
前記ガラス中に、Ｂ２Ｏ３が存在する場合には、他の成分の含有量に応じて適宜決定される。例えば、ガラス中のＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの合計が１００モル％となるように、Ｂ２Ｏ３の含有量が決定される。好ましくは、ガラス中に存在するＢ２Ｏ３の量は、９モル％〜１８モル％である。つまり、Ｂ２Ｏ３が過少であると、焼結できる温度が高くなり易く、Ｂ２Ｏ３が過多であると、ガラスの化学的安定性が低下し易い。 When B 2 O 3 is present in the glass, it is appropriately determined according to the content of other components. For example, the content of B 2 O 3 is determined so that the total of SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , ZnO, CaO, Na 2 O, and K 2 O in the glass is 100 mol%. Is done. Preferably, the amount of B 2 O 3 present in the glass is 9 mol% to 18 mol%. That is, if B 2 O 3 is too small, the temperature at which sintering can be performed tends to be high, and if B 2 O 3 is excessive, the chemical stability of the glass tends to decrease.
前記ガラス中に、ＳｉＯ２とＣａＯとＺｎＯとが存在する場合には、ＳｉＯ２とＣａＯ及びＺｎＯの合計とのモル比率は、ＳｉＯ２／（ＣａＯ＋ＺｎＯ）＞２．０を満たすことが望ましい。Ｃａの含有量が過少であると、ガラスの溶融性が十分に向上にくい。Ｃａの含有量が過多であると、グリーンシートの熱膨張係数が大きくなり、製品不良を引き起こすことがある。
また、上述したガラス以外に、例えばＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏなど、各種の組成のガラスを使用することができる。
The glass, when the SiO 2 and CaO and ZnO are present, the molar ratio of the sum of SiO 2 and CaO and ZnO, it is preferable to satisfy the SiO 2 /(CaOtasuZnO)>2.0. If the Ca content is too small, the melting property of the glass is not sufficiently improved. If the Ca content is excessive, the thermal expansion coefficient of the green sheet increases, which may cause product defects.
In addition to the glass described above, glasses having various compositions such as MgO, Na 2 O, and K 2 O can be used.
前記無機フィラーとしては、上述のように、アルミナ及び無機成分が用いられる。この無機フィラーの種類及び含有量等によって、反射率を高めることができる。
無機フィラーを形成する無機成分としては、前記式（１）及び（２）の関係のうち、少なくとも式（１）を満たす無機化合物を採用できる。
As the inorganic filler, as described above, alumina and an inorganic component are used. The reflectance can be increased depending on the type and content of the inorganic filler.
As the inorganic component forming the inorganic filler, an inorganic compound satisfying at least the formula (1) among the relationships of the formulas (1) and (2) can be adopted.
つまり、前記ＺｒＯ２やＴｉＯ２を用いることができるが、前記式（１）を満たす限りは、これに限定されるものではなく、例えばＺｎＯ、ＣａＴｉＯ３を用いることもできる。また、これらの無機化合物はその一種単独で用いることができ、また、それら二種以上の無機化合物を混合して用いてもよい。 That is, the can be used ZrO 2 and TiO 2, as long as it satisfies the formula (1) is not limited to this, for example ZnO, can also be used CaTiO 3. Moreover, these inorganic compounds can be used individually by 1 type, and may mix and use these 2 or more types of inorganic compounds.
また、無機フィラーの形状としては、粒子状が好ましいが、光を反射できれば、鱗片上、繊維状等種々の形状でもよい。無機フィラーの粒径としては、上述のように、Ｄ５０で０．５μｍ〜１．０μｍの範囲を採用できる。無機フィラーの粒径が小さいと反射率が大きくなるが、基板材料であるスラリーを作製しにくい傾向がある。尚、無機フィラーは、通常、製造時に添加された形状及び大きさのままでガラスセラミック基板中に存在する。 The shape of the inorganic filler is preferably particulate, but may be various shapes such as a scale or a fiber as long as it can reflect light. As mentioned above, the particle diameter of the inorganic filler can be in the range of 0.5 μm to 1.0 μm at D50. When the particle size of the inorganic filler is small, the reflectance increases, but it tends to be difficult to produce a slurry that is a substrate material. The inorganic filler is usually present in the glass ceramic substrate with the shape and size added during production.
無機フィラーの含有量としては、無機フィラーとガラスとの合計を１００質量％とした場合に、２０質量％〜６０質量％の範囲を採用できる。なお、好ましくは、３０質量％〜６０質量％、より好ましくは、４０質量％〜５５質量％である。 As content of an inorganic filler, when the sum total of an inorganic filler and glass is 100 mass%, the range of 20 mass%-60 mass% is employable. In addition, Preferably, they are 30 mass%-60 mass%, More preferably, they are 40 mass%-55 mass%.
［１−２．製造方法］
本実施形態のガラスセラミック基板１は、例えば次のようにして製造することができる。
＜原料粉末の調製＞
まず、ガラス粉末及び無機フィラー粉末の原料粉末の調製をする。
[1-2. Production method]
The glass ceramic substrate 1 of this embodiment can be manufactured as follows, for example.
<Preparation of raw material powder>
First, raw material powders of glass powder and inorganic filler powder are prepared.
ガラス粉末を調製する場合には、例えば、ＳｉＯ２粉末、Ｂ２Ｏ３粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末を加えるとともに、ガラスの組成に応じて、ＺｎＯ粉末、ＣａＯ粉末、Ｎａ２Ｏ粉末、Ｋ２Ｏ粉末等を加えて、混合する。 When preparing glass powder, for example, SiO 2 powder, B 2 O 3 powder, Al 2 O 3 powder are added, and according to the composition of the glass, ZnO powder, CaO powder, Na 2 O powder, K 2 Add O powder and mix.
各粉末の割合は、原料粉末全体に対して、例えば、ＳｉＯ２が４モル％〜５４モル％、Ａｌ２Ｏ３が８モル％〜１３モル％、ＮａＯ２とＫ２Ｏとの合計が０．２モル％より大きく、２モル％以下とすることができる。 The proportion of each powder is, for example, 4 mol% to 54 mol% of SiO 2 , 8 mol% to 13 mol% of Al 2 O 3 , and the total of NaO 2 and K 2 O is 0 with respect to the entire raw material powder. More than 2 mol% and 2 mol% or less can be used.
ＳｉＯ２、ＣａＯ及びＺｎＯについては、原料粉末中におけるＳｉＯ２とＣａＯ及びＺｎＯの合計とのモル比率が、ＳｉＯ２／（ＣａＯ＋ＺｎＯ）＞２．０を満たすようにしてもよい。 The SiO 2, CaO and ZnO, the molar ratio of SiO 2 and the sum of CaO and ZnO in the raw material powder is, may satisfy the SiO 2 /(CaOtasuZnO)>2.0.
Ｂ２Ｏ３については、例えば、原料粉末中のＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏ等の合計が１００モル％となるように、Ｂ２Ｏ３の含有量を適宜決定することができる。例えば、原料粉末中に含められるＢ２Ｏ３の量を、９モル％〜１８モル％とすることができる。 For B 2 O 3 , for example, the total of SiO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , ZnO, CaO, Na 2 O, K 2 O, etc. in the raw material powder is 100 mol%, The content of B 2 O 3 can be determined as appropriate. For example, the amount of B 2 O 3 included in the raw material powder can be 9 mol% to 18 mol%.
そして、混合により得られた原料粉末は、加熱溶融し、その後に、急速冷却することによりフリットにし、このフリットを粉砕することによりガラス粉末を得ることができる。
このガラス粉末の粒度は、後述する無機フィラー粉末との均一な混合及び混合粉末の成形が可能で、かつ低温焼成で十分緻密に焼結できる限りにおいて特に限定されるものではない。例えば、Ｄ５０で４．０±０．５μｍのものを採用できる。或いは、平均粒径が１．０μｍ〜１０．０μｍのものを採用できる。
The raw material powder obtained by mixing is heated and melted, and then rapidly cooled to form a frit, and the frit is pulverized to obtain a glass powder.
The particle size of the glass powder is not particularly limited as long as it can be uniformly mixed with the inorganic filler powder to be described later and the mixed powder can be molded, and can be sintered sufficiently densely by low-temperature firing. For example, a D50 of 4.0 ± 0.5 μm can be adopted. Or a thing with an average particle diameter of 1.0 micrometer-10.0 micrometers can be employ | adopted.
なお、ガラス粉末の粒径が１０μｍを越えると、無機フィラーとガラスとを含有するグリーンシートに形成するのに支障を生じることがあり、また、ガラス粉末の粒径が１μｍよりも小さいと、フリットを粉砕する時間が長くなって非効率になると共に、取扱いに困難を生じることがある。 If the particle size of the glass powder exceeds 10 μm, it may hinder the formation of a green sheet containing an inorganic filler and glass. If the particle size of the glass powder is smaller than 1 μm, the frit The time required for pulverizing becomes inefficient and may cause difficulty in handling.
また、無機フィラー粉末の１種として、例えばアルミナ粉末を用意する。このアルミナ粉末の粒径としては、Ｄ５０が例えば０．５μｍ〜１．０μｍのものを採用できる。
同様に、他の無機フィラー粉末として、ＺｒＯ２粉末及びＴｉＯ２粉末の少なくとも一方を用意する。このＺｒＯ２粉末及びＴｉＯ２粉末の粒径としては、Ｄ５０が例えば０．５μｍ〜１．０μｍのものを採用できる。
For example, alumina powder is prepared as one kind of inorganic filler powder. As the particle diameter of the alumina powder, one having D50 of 0.5 μm to 1.0 μm, for example, can be adopted.
Similarly, at least one of ZrO 2 powder and TiO 2 powder is prepared as another inorganic filler powder. As the particle diameters of the ZrO 2 powder and the TiO 2 powder, those having a D50 of 0.5 μm to 1.0 μm, for example, can be adopted.
＜スラリーの作製＞
次に、前記ガラス粉末と無機フィラー粉末とを混合する。
混合操作は、各種の混合器、例えばボールミル等を使用して行うことができる。ガラス粉末と無機フィラー粉末との配合割合としては、無機フィラー粉末を３０質量％〜６０質量％、好ましくは４０質量％〜５０質量％を採用できる。ガラス粉末としては、４０質量％〜７０質量％、好ましくは４５質量％〜６０質量％を採用できる。
<Preparation of slurry>
Next, the glass powder and the inorganic filler powder are mixed.
The mixing operation can be performed using various mixers such as a ball mill. As a compounding ratio of the glass powder and the inorganic filler powder, the inorganic filler powder may be 30% by mass to 60% by mass, preferably 40% by mass to 50% by mass. As a glass powder, 40 mass%-70 mass%, Preferably 45 mass%-60 mass% are employable.
前記ガラス粉末と無機フィラー粉末とを混合して得られる基板用組成物は、ガラス粉末と無機フィラー粉末とからなる組成物であってもよく、また、ガラス粉末及び無機フィラー粉末とともに、バインダー、溶剤、可塑剤及び分散剤等を含有していても良い。 The composition for a substrate obtained by mixing the glass powder and the inorganic filler powder may be a composition comprising the glass powder and the inorganic filler powder, and together with the glass powder and the inorganic filler powder, a binder, a solvent Further, it may contain a plasticizer, a dispersant and the like.
前記バインダーとしては、ポリビニルブチラール等のポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂及びメタアクリル樹脂等のメタクリル樹脂等を使用することができる。溶剤としてはベンゼン、トルエン及びキシレン等の芳香族溶剤、並びにアルコール類、ケトン類等を使用することができる。可塑剤としては、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル等のカルボン酸ジアルキル、ポリエチレングルコール等を挙げることができる。 As the binder, polyolefin resins such as polyvinyl butyral, methacrylic resins such as acrylic resin and methacrylic resin, and the like can be used. As the solvent, aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene, alcohols, ketones and the like can be used. Examples of the plasticizer include dialkyl carboxylates such as dioctyl phthalate and dibutyl phthalate, and polyethylene glycol.
＜グリーンシートの作製＞
前記基板用組成物を用いて、例えばドクターブレード法によって、シート形状に成形し、所定の形状に調製する。その後、６０℃〜８０℃の適宜の温度で乾燥することによりグリーンシートを形成する。なお、グリーンシートの厚みとしては、例えば、０．０２５ｍｍ〜０．２００ｍｍを採用できる。
<Production of green sheet>
Using the substrate composition, for example, by a doctor blade method, it is formed into a sheet shape and prepared into a predetermined shape. Then, a green sheet is formed by drying at an appropriate temperature of 60 ° C. to 80 ° C. In addition, as thickness of a green sheet, 0.025 mm-0.200 mm is employable, for example.
＜焼結体の作製＞
前記グリーンシートを、所定枚数積層して積層体を作製する。
次に、積層体を、所定の雰囲気（例えば大気）にて所定温度（例えば８６０℃〜９００℃）で焼成することによって、ガラスセラミック基板１が得られる。
<Preparation of sintered body>
A predetermined number of green sheets are laminated to produce a laminate.
Next, the glass ceramic substrate 1 is obtained by firing the laminate in a predetermined atmosphere (for example, air) at a predetermined temperature (for example, 860 ° C. to 900 ° C.).
［１−３．効果］
次に、実施形態の効果について説明する。
本実施形態のガラスセラミック基板１は、ガラスマトリックス中にアルミナ粒子を含むとともに、他の無機成分として、ＺｒＯ２粒子やＴｉＯ２粒子を含んでいる。また、アルミナの屈折率Ａとガラスの屈折率Ｇと無機成分の屈折率Ｍとが、前記式（１）及び式（２）の関係を満たしている。
[1-3. effect]
Next, effects of the embodiment will be described.
The glass ceramic substrate 1 of the present embodiment includes alumina particles in a glass matrix and also includes ZrO 2 particles and TiO 2 particles as other inorganic components. Moreover, the refractive index A of alumina, the refractive index G of glass, and the refractive index M of an inorganic component satisfy the relationship of the above formulas (1) and (2).
従って、ガラスセラミック基板１は高い反射率を有するという顕著な効果を奏する。例えば、可視光の波長領域である４００ｎｍ〜７００ｎｍでの反射率が高いという利点がある。
更に、ＺｒＯ２粒子やＴｉＯ２粒子の粒径は、Ｄ５０で０．５μｍ〜１．０μｍの範囲である。しかも、ＺｒＯ２の含有量は、５．０体積％〜９．０体積％の範囲である。或いは、ＴｉＯ２の含有量は、５．０体積％〜１９．０体積％の範囲である。
Therefore, the glass ceramic substrate 1 has a remarkable effect of having a high reflectance. For example, there is an advantage that the reflectance in the visible light wavelength region of 400 nm to 700 nm is high.
Furthermore, the particle size of ZrO 2 particles or TiO 2 particles is in the range of 0.5 μm to 1.0 μm at D50. Moreover, the content of ZrO 2 is in the range of 5.0% by volume to 9.0% by volume. Alternatively, the content of TiO 2 is in the range of 5.0 vol% ～19.0 vol%.
従って、この点からも、効果的に光を反射することができる。
［１−４．実験例］
以下、本発明例（実施例１〜５）及び比較例を用いて行った反射率の実験例について説明する。
Therefore, light can be effectively reflected also from this point.
[1-4. Experimental example]
Hereinafter, the experiment example of the reflectance performed using the example of the present invention (Examples 1 to 5) and the comparative example will be described.
＜実験に用いるガラスセラミック基板の作製＞
（１）原料粉末の調製
実施例１〜５のガラスセラミック基板の原料粉末として、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするホウケイ酸系ガラス粉末（下記表１参照）と、アルミナ粉末と、アルミナ以外の無機フィラー粉末（即ち無機成分粉末）とを用意した（下記表２参照）。なお、比較例では、ホウケイ酸系ガラス粉末及びアルミナ粉末を用いる。
<Preparation of glass ceramic substrate used for experiment>
(1) Preparation of raw material powder As raw material powders of the glass ceramic substrates of Examples 1 to 5, borosilicate glass powder (see Table 1 below) containing SiO 2 , B 2 O 3 , and Al 2 O 3 as main components, Alumina powder and inorganic filler powder other than alumina (that is, inorganic component powder) were prepared (see Table 2 below). In the comparative example, borosilicate glass powder and alumina powder are used.
また、シート形成時のバインダーとしてアクリル系バインダーを用意し、可塑剤としてＤＯＰ（ジ・オクチル・フタレート）を用意し、溶剤としてＭＥＫ（メチルエチルケトン）を用意した。 In addition, an acrylic binder was prepared as a binder during sheet formation, DOP (dioctyl phthalate) was prepared as a plasticizer, and MEK (methyl ethyl ketone) was prepared as a solvent.
なお、ガラス粉末としては、Ｄ５０：４．０±０．５μｍのものを使用した。アルミナ粉末としては、平均粒径３μｍ、比表面積１．６ｍ２／ｇのものを用意した。無機成分粉末（ＺｒＯ２粉末、ＴｉＯ２粉末）としては、Ｄ５０：０．６μｍのものを用意した。 In addition, as glass powder, the thing of D50: 4.0 +/- 0.5micrometer was used. Alumina powder having an average particle size of 3 μm and a specific surface area of 1.6 m 2 / g was prepared. As an inorganic component powder (ZrO 2 powder, TiO 2 powder), a D50: 0.6 μm powder was prepared.
次に、実施例１〜５の材料として、アルミナ製のポットに、ホウケイ酸ガラス粉末、アルミナ粉末、無機成分粉末を、下記表２の割合で、総量１ｋｇとなるように秤量して入れた。なお、比較例では、ホウケイ酸ガラス粉末及びアルミナ粉末を、下記表２の割合で、総量１ｋｇとした。
更に、ポットに、前記アクリル樹脂を１２０ｇ入れるとともに、適当なスラリー粘度とシート強度とを持たせるために必要な量の溶剤（ＭＥＫ）と可塑剤（ＤＰＯ）を入れた。
そして、ポットで５時間混合することにより、セラミックスラリーを得た。
Further, 120 g of the acrylic resin was added to the pot, and an amount of a solvent (MEK) and a plasticizer (DPO) required to give an appropriate slurry viscosity and sheet strength were added.
And the ceramic slurry was obtained by mixing for 5 hours with a pot.
次に、このセラミックスラリーを用いて、ドクターブレード法により、厚み０．１５ｍｍのグリーンシートを作製した。
（３）ガラスセラミック基板の作製
次に、このグリーンシートを例えば８枚積層して積層体を作製した。
Next, a green sheet having a thickness of 0.15 mm was produced by using this ceramic slurry by a doctor blade method.
(3) Production of Glass Ceramic Substrate Next, for example, 8 sheets of this green sheet were laminated to produce a laminate.
次に、前記積層体を、例えば９００℃にて１時間焼成して、前記ガラスセラミック基板１を得た。なお、実施例４のみ、焼成温度は８６０℃とした。このガラスセラミック基板１の寸法は、例えば縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚み１ｍｍである。 Next, the said laminated body was baked at 900 degreeC for 1 hour, for example, and the said glass ceramic substrate 1 was obtained. In Example 4 only, the firing temperature was 860 ° C. The dimensions of the glass ceramic substrate 1 are, for example, 50 mm long × 50 mm wide × 1 mm thick.
＜反射率の評価＞
そして、上述した製造方法にて製造した実施例１〜４及び比較例の反射率を評価した。
具体的には、実施例１〜４及び比較例のガラスセラミック基板に対して、下記表２に記載の波長の光を照射してその反射率、即ち、照射した光に対する反射光の割合（基板反射率）を求めた。
<Evaluation of reflectance>
And the reflectance of Examples 1-4 and the comparative example which were manufactured with the manufacturing method mentioned above was evaluated.
Specifically, the glass ceramic substrates of Examples 1 to 4 and Comparative Example were irradiated with light having the wavelengths described in Table 2 below, and the reflectance, that is, the ratio of the reflected light to the irradiated light (substrate) Reflectance).
反射率の測定には、ＫＯＮＩＣＡ ＭＩＮＯＲＵＴＡ製の分光測色計（ＣＭ−３６００ｄ）を用いた。その結果を、下記表２に記す。なお、実施例２と実施例４とは、組成は同じであるが、焼成温度のみ異なる。 For the measurement of reflectance, a spectrocolorimeter (CM-3600d) manufactured by KONICA MINORUTA was used. The results are shown in Table 2 below. Note that Example 2 and Example 4 have the same composition, but differ only in the firing temperature.
この実験例から明らかなように、実施例１〜５では、前記式（１）の条件、更には前記式（２）の条件も満たしているので、比較例に比べて、基板反射率が大きく好適であることが分かる。
As is clear from this experimental example, in Examples 1 to 5, since the condition of the formula (1) and further the condition of the formula (2) are satisfied, the substrate reflectance is larger than that of the comparative example. It turns out that it is suitable.
これに比べて、比較例では、特に４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長の光の反射率が小さく、好ましくない。
なお、本発明は前記実施形態や実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
In contrast, the comparative example is not preferable because the reflectance of light with a wavelength of 450 nm to 700 nm is particularly small.
The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.
（１）例えば、無機フィラーとして、ジルコニアやチタニアに限らず、前記式（１）の条件を満たす各種の無機成分を採用できる。
（２）また、ガラスの種類も、上述したガラス以外に、前記式（１）の条件を満たす各種のガラスを採用できる。
（３）なお、上述した実施形態の構成要素を適宜組み合わせることも可能である。
(1) For example, as an inorganic filler, not only zirconia and titania, but also various inorganic components that satisfy the condition of the formula (1) can be adopted.
(2) In addition to the glass described above, various types of glass that satisfy the formula (1) can be adopted as the glass type.
(3) It should be noted that the constituent elements of the above-described embodiment can be appropriately combined.
１…ガラスセラミック基板 1 ... Glass ceramic substrate
Claims (10)
前記アルミナの屈折率Ａと前記ガラスの屈折率Ｇと前記無機成分の屈折率Ｍとが、下記式（１）の関係を満たすことを特徴とするガラスセラミック基板。
｜Ｇ−Ｍ｜＞｜Ｇ−Ａ｜・・・（１） A glass ceramic substrate containing alumina and glass and further containing other inorganic components,
A glass ceramic substrate, wherein the refractive index A of the alumina, the refractive index G of the glass, and the refractive index M of the inorganic component satisfy the relationship of the following formula (1).
| GM-> | GA- | (1)
｜Ｇ−Ｍ｜≧０．５・・・（２） Furthermore, the refractive index G of the said glass and the refractive index M of the said inorganic component satisfy | fill the relationship of following formula (2), The glass ceramic substrate of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
| GM | ≧ 0.5 (2)
前記アルミナの屈折率Ａと前記ガラスの屈折率Ｇと前記無機成分の屈折率Ｍとが、下記式（１）の関係を満たすことを特徴とするガラスセラミック基板の製造方法。
｜Ｇ−Ｍ｜＞｜Ｇ−Ａ｜・・・（１） While using an alumina powder and a glass powder, a mixed powder is prepared using a powder of another inorganic component, a molded body is manufactured using the mixed powder, and the molded body is fired to form a glass ceramic substrate. A method of manufacturing a glass ceramic substrate,
The method for producing a glass-ceramic substrate, wherein the refractive index A of the alumina, the refractive index G of the glass, and the refractive index M of the inorganic component satisfy the relationship of the following formula (1).
| GM-> | GA- | (1)
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