DE602004001729T2

DE602004001729T2 - Maschinell verarbeitbare Keramik

Info

Publication number: DE602004001729T2
Application number: DE602004001729T
Authority: DE
Inventors: Shunichi Etoh; Tadahisa Arahori; Kazumasa Mori
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Ferrotec Material Technologies Corp
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: KR20050030552A; US7160825B2; TW200512169A; KR100616001B1; EP1518844B1; EP1518844A1; DE602004001729D1; TWI276618B; US20050130829A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine maschinell bearbeitbare Keramik und insbesondere eine maschinell bearbeitbare Keramik hoher Festigkeit, die gleichmäßig eingefärbt werden kann, so dass sie einen niedrigen optischen Reflexionsgrad hat und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der so gesteuert werden kann, dass er abhängig von dem geplanten Einsatz in einem erwünschten Bereich liegt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen maschinell bearbeitbaren Keramik und ein maschinell bearbeitetes Teil, beispielsweise eine Sondenführung, die aus einer solchen Keramik durch maschinelles Bearbeiten wie Schneiden, Fräsen und/oder Bohren hergestellt wird.
Technischer Hintergrund
Im Allgemeinen weisen Keramiken ausgezeichnete mechanische und elektrisch isolierende Eigenschaften sowie ausgezeichnete Eigenschaften bei hohen Temperaturen auf und haben als Materialien zur Verwendung als Teile von Geräten zur Herstellung von Halbleitern Aufmerksamkeit gefunden. Aufgrund eines großen Schrumpfungsbetrags während des Sinterns zum Herstellen von Keramik müssen diese Teile durch maschinelles Bearbeiten, beispielsweise Schleifen, aus einem Sinterkörper hergestellt werden, um eine erwünschte Form und erwünschte Maße mit hoher Präzision vorzusehen. Die meisten Keramiken lassen sich aber schwer maschinell bearbeiten.
Die maschinelle Bearbeitbarkeit einer Keramik kann durch Integrieren eines spaltbaren Keramikbestandteils wie Glimmer oder Bornitrid verbessert werden, der in der Keramik oder im Fall einer kristallisierten Glaskeramik in deren Glasmatrix dispergiert ist. Diese Keramikarten werden allgemein als maschinell bearbeitbare Keramiken bezeichnet. Im Hinblick auf ihre gute maschinelle Bearbeitbarkeit werden sie oft zur Herstellung einiger Teile von Halbleiterprüfgeräten verwendet, die gute Isoliereigenschaften aufweisen müssen und einer Feinbearbeitung mit hoher Präzision unterziehbar sein müssen.
Es gibt aber wenige Materialien, die die Kombination aus hoher Festigkeit und ausgezeichneter maschineller Bearbeitbarkeit, die für eine Hochpräzisionsfeinbearbeitung erforderlich sind, zusammen mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten nahe dem von Silicium aufweisen. Ferner ist die Farbe herkömmlicher maschinell bearbeitbarer Keramiken nicht gleichmäßig, und diese weisen daher ein mangelhaftes Erscheinungsbild auf, was den Wert eines aus den Materialien gefertigten Handelsprodukts mindert. Zudem weisen diese Keramiken eine weiße oder blasse Farbe mit hohem Reflexionsgrad auf, was eine präzise Prüfung und Messung durch Bildverarbeitung der aus den Keramiken gebildeten, maschinell bearbeiteten Teile verhindert.
Die elektrischen Eigenschaften von Halbleiterelementen wie integrierten Schaltungen und hochintegrierten Schaltungen werden typischerweise mit Hilfe einer Prüfkarte geprüft, die für die Prüfung eine große Anzahl an Sonden aufweist. Die Prüfung wird ausgeführt, indem alle Sonden der Prüfkarte gleichzeitig in Kontakt mit den Elektrodenpads eines Halbleiterelements gebracht werden.
1a ist eine schematische vertikale Querschnittansicht einer Prüfkarte mit Prüfsonden zur Verwendung bei der Prüfung eines Halbleiterelements. Eine Prüfkarte 1, die aus einem isolierenden Material wie einer Keramik gefertigt ist, hat in etwa in ihrer Mitte eine Öffnung 10 mit Abmessungen, die nahezu gleich oder größer als die eines zu prüfenden Halbleiterelements sind. Die Öffnung 10 ist normalerweise wie dargestellt nach außen geweitet. Prüfsonden 10, die in gleicher Anzahl wie die auf dem Halbleiterelement ausgebildeten Elektrodenpads vorliegen, sind an der oberen Fläche der Prüfkarte 1 zum Beispiel durch einen Klebstoff befestigt.
Die Prüfsonden 2 sind normalerweise aus einem leitenden Metallmaterial hergestellt. Die Spitzen der Sonden 2, die in etwa zur Form eines L gebogen sind, ragen etwas von der unteren Fläche der Prüfkarte 1 durch die Öffnung 10 hervor, so dass sie mit dem gleichen Muster wie die Elektrodenpads des Halbleiterelements angeordnet sind. Wenngleich dies nicht gezeigt ist, sind die anderen Enden der Sonden 2 durch Lot oder dergleichen mit einem elektrisch leitenden Kreis elektrisch verbunden, der auf der oberen Fläche der Prüfkarte 1 ausgebildet ist. Um zu verhindern, dass die Sonden 2 einander berühren, kann der Umfang jeder Sonde 2 mit Ausnahme ihrer Spitze mit einem wärmbeständigen Harz oder einem ähnlichen Material abgedeckt werden.
Die elektrischen Eigenschaften eines (nicht dargestellten) Halbleiterelements werden durch Platzieren der Prüfkarte 1 oben auf das zu prüfende Halbleiterelement und Abwärtsdrücken der Prüfkarte 1, so dass die durch die Öffnung 10 ragenden Spitzen der Prüfsonden 2 die Elektrodenpads des Halbleiterelements berühren, geprüft. Um die Prüfung präzis auszuführen, ist es wesentlich, dass alle der großen Anzahl an Prüfsonden gleichzeitig zuverlässig die Elektrodenpads des darunter angeordneten Halbleiterelements berühren. Die Sonden sind aber normalerweise aus einem dünnen Metallmaterial gefertigt, so dass sie sich leicht verbiegen, wenn die Prüfkarte 1 abwärts gedrückt wird, und aufgrund des Biegens passiert es leicht, dass die Positionen der Spitzen der Sonden 2 verrutschen. Dadurch ist es schwierig, dass die Sonden 2 die Elektrodenpads zuverlässig kontaktieren.
Wie in 1b gezeigt, kann zum einfachen Ermöglichen einer präzisen Ausrichtung der Prüfsonden 2 mit den Elektrodenpads eines Halbleiterelements eine aus einer isolierenden Platte gebildete Sondenführung 3 in die Öffnung 10 der Prüfkarte 1 eingesetzt werden, um die Öffnung 10 zu blockieren. Die Sondenführung 3 weist Durchgangsbohrungen 12 auf, durch welche die Sonden 2 treten, so dass die Spitzen der Sonden 2 aus der unteren Fläche der Sondenführung 3 ragen. Die Durchgangsbohrungen 12 sind mit dem gleichen Muster wie die Elektrodenpads angeordnet. Die Sondenführung 3 dient zum Begrenzen der seitlichen Bewegung der Sonden 2 aufgrund von Biegen und ermöglicht den Sonden 2, die Elektrodenpads präziser zu kontaktieren.
Die Durchgangsbohrungen 12, die einen etwas größeren Durchmesser als die Prüfsonden 2 haben, sind in der Sondenführung 3 mit dem gleichen Abstand wie die Elektrodenpads ausgebildet. In den neuesten hochintegrierten Schaltungen, die wesentliche höhere Montagedichten erreichen, ist es nicht ungewöhnlich, dass der Abstand der Elektrodenpads bei 100 Mikrometer oder weniger liegt.
Wie zum Beispiel in 1c bzw. 1d in Draufsicht und Querschnittansicht gezeigt wird, wird bei einem Abstand der Elektrodenpads von 70 Mikrometer, wenn der Durchmesser jeder Durchgangsbohrung 12 60 Mikrometer beträgt, die Wandstärke zwischen benachbarten Durchgangsbohrungen (der Mindestabstand zwischen Bohrungen) ein äußerst kleiner Wert von 10 Mikrometer. Somit ist es erforderlich, dass solche Durchgangsbohrungen mit kleinem Durchmesser und dünner Wand in einer Sondenführung mit hoher Präzision mittels zum Beispiel Bohren gebildet werden.
In 2 wird eine andere Art von Sondenführung in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. In 2 weist eine rahmenförmige Sondenführung 3a, die entweder ein integraler isolierender Teil sein kann oder aus isolierenden Platten montiert sein kann, vertikale Schlitze 14 an mindestens einem Seitenelement, für gewöhnlich an zwei oder vier Seitenelementen, des Rahmens mit dem gleichen Abstand wie die Elektrodenpads eines (nicht dargestellten) zu prüfenden Halbleiterelements auf. Die Sondenführung 3a kann in die Öffnung einer (nicht dargestellten) Prüfkarte eingesetzt werden, indem sie von unten so in die Öffnung der Prüfkarte eingeführt wird, dass sich jede Sonde 2 der Prüfkarte durch den entsprechenden Schlitz 14 erstreckt. Eine seitliche Bewegung der Sonden 2 wird wiederum durch die Schlitze der Sondenführung beschränkt, und es kann ein zuverlässigeres Kontaktieren der Elektrodenpads ermöglicht werden.
3 ist ein schematischer Querschnitt eines Seitenelements einer rahmenförmigen Sondenführung 3a mit Schlitzen 14, wie sie in 2 gezeigt wird. Wie dargestellt ist die Form der Schlitze 14 allgemein durch die Tiefe und Breite jedes Schlitzes und die Wandstärke, die der Abstand zwischen benachbarten Schlitzen ist, festgelegt. Die Schlitze einer Sondenführung sind für gewöhnlich tief und fein, mit einer dünnen Wandstärke. Wie zum Beispiel in 3 gezeigt wird, können die Schlitze 14 eine Dicke von 300 Mikrometer und eine Breite von 40 Mikrometer mit einer Wandstärke von 15 Mikrometer haben. Solche Schlitze werden allgemein durch Schleifen mit Hilfe eines Schleifsteins und/oder einer Schleifscheibe gebildet.
Natürlich muss eine Sondenführung elektrisch isolierend sein, um Kurzschlüsse zwischen Prüfsonden zu verhindern. Ihr Durchgangswiderstand muss mindestens 1,0 × 10¹⁰ Ω·cm betragen
Herkömmliche Sondenführungen wurden aus Kunststoff oder einer maschinell bearbeitbaren, kristallisierten Glaskeramik, die Al₂O₃, SiO₂ und K₂O umfasst, hergestellt. In den letzten Jahren wurden sie aus einer bornitridhaltigen, maschinell bearbeitbaren Keramik hergestellt.
Zur Prüfung bei einer hohen Temperatur kann eine Kunststoffsondenführung allgemein nicht verwendet werden. Ferner ist es nicht möglich, eine ausreichende Maßhaltigkeit von Durchgangsbohrungen oder Schlitzen zum Prüfen von Halbleiterelementen höherer Dichten mit kleineren Abständen der Elektrodenpads zu verwirklichen.
Eine aus einer kristallisierten Glaskeramik hergestellte Sondenführung kann eine Hochtemperaturprüfung ausführen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient einer kristallisierten Glaskeramik ist aber verglichen mit dem eines Halbleiterelements groß und abhängig von der Prüftemperatur kann eine Positionsabweichung zwischen den Prüfsonden und den Elektrodenpads eines einer Prüfung unterzogenen Halbleiterelements eintreten. Ferner ist die Festigkeit einer kristallisierten Glaskeramik nicht so hoch, so dass es während Bohrens oder einer anderen maschinellen Bearbeitung leicht zu Absplittern oder Rissbildung kommen kann und keine ausreichende Maßhaltigkeit erhalten werden kann. Siehe JP-A 58-165056 (1983).
Weiterhin ist eine herkömmliche kristallisierte Glaskeramik weiß. Daher wird bei Ausführen von Bildverarbeitung zum Prüfen der Maße winziger Durchgangsbohrungen oder Schlitze, die in einer Sondenführung ausgebildet sind, oder zum Ausführen einer Positionierung einer Sondenführung an einer Prüfkarte Licht leicht von der Keramikoberfläche der Sondenführung reflektiert, wodurch das Erhalten eines präzisen Bilds erschwert wird. Aufgrund der weißen Farbe hebt sich ferner Schmutz auf dem Äußeren der Keramik schnell ab und mindert den Wert eines aus der Keramik hergestellten Produkts. Siehe JP-A 58-165056 (1983).
Ein zusammengesetztes Keramikmaterial, das Aluminiumnitrid und Bornitrid umfasst, hat eine Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem von Silicium nahe kommt. Daher sind bei Verwenden einer aus einem solchen Material hergestellten Sondenführung durch Wärmeausdehnung verursachte Positionsabweichungen klein. Die maschinelle Bearbeitbarkeit dieses Materials ist aber mangelhaft, so dass es nicht für Hochpräzisionsfeinbearbeitung geeignet ist. Ferner weist es eine unregelmäßige Einfärbung auf, die den Wert eines daraus hergestellten Produkts mindert. Siehe JP-A 60-195059 (1985).
Ein maschinell bearbeitbares Siliciumnitrid/Bornitrid-Verbundkeramikmaterial hoher Festigkeit wurde vorgeschlagen, sein Wärmeausdehnungskoeffizient ist aber verglichen mit dem von Silicium klein. Bei dessen Verwendung in einer Haltevorrichtung zum Prüfen von Halbleitern wie zum Beispiel einer Sondenführung kann es daher abhängig von der Prüftemperatur schnell zu Positionsabweichungen kommen. Siehe JP-A 2000-327402.
Demgemäß besteht immer noch Bedarf an einer maschinell bearbeitbaren Keramik hoher Festigkeit, die durch Feinbearbeitung mit hoher Präzision bearbeitet werden kann und die gleichmäßig gefärbt werden kann, so dass sie einen niedrigen optischen Reflexionsgrad aufweist, und die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem von Silicium nahe kommt.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung gibt eine maschinell bearbeitbare Keramik hoher Festigkeit mit einer Festigkeit von 240 MPa an die Hand. Sie weist ferner bei Testen durch maschinelles Bearbeiten über 5 Minuten mit einem Hartmetallwerkzeug des Typs K-10, gemessen anhand einer Verschleißmarkenbreite (VB) von höchstens 0,2 mm und einer Oberflächenrauheit Rmax der maschinell bearbeiteten Oberfläche von höchstens 5 Mikrometer, eine gute maschinelle Bearbeitbarkeit auf. Eine solche maschinell bearbeitbare Keramik hoher Festigkeit erlaubt das Durchführen von Fein- oder Hochpräzisionsbearbeitung auf Mikronebene. Sie weist auch eine gleichmäßige schwärzliche Farbe und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten nahe dem von Silicium auf, so dass sie als elektrisch isolierendes Material, zum Beispiel zur Verwendung in Sondenführungen und ähnlichen Geräten, brauchbar ist.
In einer erfindungsgemäßen Ausführung umfasst eine maschinell bearbeitbare Keramik hoher Festigkeit einen Hauptbestandteil und ein Sinterhilfsmittel, wobei der Hauptbestandteil 30 – 59,95 Masseprozent Bornitrid, 40 – 69,95 Masseprozent Zirconiumoxid, 0 – 20 Masseprozent Siliciumnitrid und 0,05 – 2,5 Masseprozent (berechnet als Element) mindestens eines farbgebenden Zusatzes umfasst und die Keramik eine schwärzliche Farbe hat. Die Keramik weist bevorzugt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3 – 5 × 10^-6/°C im Temperaturbereich von 25 – 600°C auf.
Die schwärzliche Farbe der Keramik wird durch Integrieren eines farbgebenden Zusatzes im Hauptbestandteil der Keramik vorgesehen. Der farbgebende Zusatz ist mindestens ein Element gewählt aus der Gruppe bestehend aus C, Si, Elementen der Gruppen 3 bis 14 der vierten Periode, Elementen der Gruppen 4 bis 15 der fünften Periode, Elementen der Gruppen 4 bis 16 der sechsten Periode des Langperiodensystems. Diese Elemente können entweder in Elementform oder in einer Verbindungsform vorhanden sein. Die Gesamtmenge des farbgebenden Zusatzes beträgt 0,05 – 2,5 Masseprozent als Element beruhend auf dem Hauptbestandteil der Keramik.
Der hierin verwendete Begriff „Hauptbestandteil" bezeichnet Feststoffpartikel, die die Masse einer Keramik bilden, und umfasst kein Sinterhilfsmittel. Der Hauptbestandteil einer erfindungsgemäßen Keramik ist eine Kombination aus Bornitrid, Zirconiumoxid und optional Siliciumnitrid und einem farbgebenden Zusatz.
Der hierin verwendete Begriff „Sinterhilfsmittel" bezeichnet ein Material, das während des Sinters eine Flüssigphase bildet und das Sintern fördert. Bei Beendigung des Sinterns bleibt es in den Grenzen der Hauptbestandteilkörner in einem amorphen Zustand und ein Teil desselben kann sich während des Sinterns verflüchtigen.
Zirconiumoxid weist drei Kristallformen auf, eine monokline, eine tetragonale und eine kubische Form bei steigenden Temperaturen. Die Normalform von Zirconiumoxid ist bei Raumtemperatur monoklin. Um die Bildung von Rissen aufgrund der Ausdehnung oder des Schrumpfens von Volumen zu vermeiden, das durch Kristallumwandlung verursacht wird, wird eine Zirconiumoxidkeramik normalerweise in der Form eines stabilisierten Zirconiumoxids verwendet, das bei Raumtemperatur die tetragonale Form oder die kubische Form oder beide hat. Ein solches stabilisiertes Zirconiumoxid umfasst vollstabilisiertes Zirconiumoxid (FSZ, fully stabilized zirconia, kubische Form), ein teilstabilisiertes Zirconiumoxid (PSZ, partially stabilized zirconia, kubische und tetragonale Formen) sowie tetragonale Zirconiumoxidpolykristalle (TZP, tetragonale Form). Im Allgemeinen weisen PSZ und TZP eine größere Zähigkeit als FSZ auf.
Um sowohl hohe Festigkeit als auch freie maschinelle Bearbeitbarkeit bei einer erfindungsgemäßen Keramik zu verwirklichen, ist es wünschenswert, dass das Zirconiumoxid vorrangig die kubische Form wie FSZ hat, das verglichen mit PSZ oder TZP relativ einfach maschinell zu bearbeiten ist.
Die erfindungsgemäße maschinell bearbeitbare Keramik kann durch einen Prozess hergestellt werden, der das Mischen des Hauptbestandteils, der Bornitrid, Zirconiumoxid und optional Siliciumnitrid und mindestens einen farbgebenden Zusatz oder deren Vorstufen umfasst, mit 1 – 15 Masseprozent eines Sinterhilfsmittels basierend auf dem Hauptbestandteil zum Erhalten eines Rohmaterialpulvers und das Sintern des Rohmaterialpulvers bei einer hohen Temperatur unter Druck umfasst. Ein maschinell bearbeitetes Teil, beispielsweise eine Sondenführung, kann durch maschinelles Bearbeiten, das Schneiden und Schleifen zum Bilden von Schlitzen und/oder Bohren zum Bilden von Durchgangsbohrungen umfassen kann, hergestellt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1a ist ein schematischer vertikaler Querschnitt einer herkömmlichen Prüfkarte.
1b ist ein schematischer vertikaler Querschnitt einer Prüfkarte, die mit einer Sondenführung mit Durchgangsbohrungen ausgestattet ist, durch welche sich Sonden erstrecken.
1c ist eine Draufsicht, die die Anordnung von Durchgangsbohrungen in einer Sondenführung zeigt.
1d ist eine schematische vertikale Querschnittansicht der Sondenführung von 1c.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer anderen Art einer Sondenführung, die rahmenförmig ist und an jeder Seite Schlitze zum Aufnehmen von Sonden aufweist.
3 ist eine schematische vertikale Querschnittansicht eines Seitenelements der in 2 gezeigten rahmenförmigen Sondenführung.
Eingehende Beschreibung der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Keramik kann zum Herstellen der folgenden neuartigen keramischen maschinell bearbeiteten Teile (1) und (2) verwendet werden, die jeweils einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3 – 5 × 10^-6/°C im Temperaturbereich von 25 – 600°C, was nahe dem von Silicium liegt, zusammen mit einer gleichmäßigen schwärzlichen Farbe aufweisen:

(1) einen keramischen maschinell bearbeiteten Teil mit mehren durch Schleifen gebildeten Schlitzen, wobei die Dicke der zwischen benachbarten Schlitzen ausgebildeten Wände mindestens 5 Mikrometer und weniger als 20 Mikrometer beträgt, das Verhältnis der Schlitztiefe zur Wandstärke mindestens 15 beträgt und die Präzision des Abstands der Schlitze bei maximal ± 4 Mikrometer liegt; und
(2) einen keramischen maschinell bearbeiteten Teil mit mehren durch Bohren gebildeten Löchern, wobei der Lochdurchmesser höchstens 65 Mikrometer beträgt, der Mindestabstand zwischen den Löchern (Wandstärke) bei mindesten 5 Mikrometer und weniger als 20 Mikrometer liegt, das Verhältnis der Lochtiefe zur Wandstärke mindestens 15 beträgt und die Präzision des Lochdurchmessers und des Lochabstands jeweils bei maximal ± 4 Mikrometer liegen.

Ein Beispiel für ein keramisches maschinell bearbeitetes Teil ist eine Sondenführung mit mehreren Schlitzen und/oder Löchern, durch welche Sonden zum Prüfen eines Halbleiterelements geführt werden können.
Ein solches maschinell bearbeitetes Teil kann durch einen Prozess hergestellt werden, der das Erzeugen eines Rohmaterialpulvers zum Sintern, das Rohmaterialien eines Hauptbestandteils (einschließlich Bornitrid, Zirconiumoxid und optional Siliciumnitrid sowie eines farbgebenden Zusatzes) und ein geeignetes Sinterhilfsmittel umfasst, das Sintern des Rohmaterialpulvers bei einer hohen Temperatur unter Druck mit Hilfe zum Beispiel einer Heißpresse oder HIP zum Erzeugen eines keramischen Sinterkörpers und das maschinelle Bearbeiten des keramischen Sinterkörpers durch Schleifen und/oder Bohren einschließt.
Das Bornitrid und das Zirconiumoxid in dem Rohmaterialpulver haben bevorzugt einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von weniger als 1 Mikrometer. Bornitrid verleiht der resultierenden Keramik eine hohe Wärmeleitfähigkeit neben seiner inhärenten guten maschinellen Bearbeitbarkeit, und diese beiden Eigenschaften verleihen der Keramik in Kombination eine ausgezeichnete maschinelle Bearbeitbarkeit. Zirconiumoxid hat eine hohe Festigkeit, aber sein Wärmeausdehnungskoeffizient ist höher als der von Silicium. Siliciumnitrid ist ein optionaler Bestandteil und sein Wärmeausdehnungskoeffizient ist niedriger als der von Silicium, und es hat eine hohe Festigkeit.
Dadurch kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der Keramik durch Anpassen der Mengen an Zirconiumoxid, Bornitrid und Siliciumnitrid, die dem Rohmaterialpulver zugegeben werden, gesteuert werden. Die Zugabe von Siliciumnitrid dient auch der Verbesserung der Festigkeit der Keramik.
Der farbgebende Zusatz ist mindestens ein Element gewählt aus C, Si, Elmenten der Gruppen 3 bis 14 in der vierten Periode, Elementen der Gruppen 4 bis 15 in der fünften Periode und Elementen der Gruppen 4 bis 16 in der sechsten Periode des Langperiodensystems. Jedes dieser Elemente kann entweder in Elementform oder in Form einer Verbindung wie einem Nitrid, einem Carbid, einem Borid, einem Oxid, einem Silicid, einem Säurehydrat, einem Nitrat, einem Carbonat, einem Acetat oder einem Sulfat verwendet werden. Der farbgebende Zusatz umfasst keine im Hauptbestandteil vorhandenen Verbindungen. Eine Keramik mit gleichmäßiger schwärzlicher Farbe mit einem niedrigen Reflexionsgrad kann nicht allein mit Bornitrid und Zirconiumoxid erzeugt werden.
Das Rohmaterial eines farbgebenden Zusatzes kann durch Erhitzen vor dem Sintern und/oder während des Sinterns eine Reaktion durchlaufen. Somit kann das Rohmaterial eine Vorstufe des farbgebenden Zusatzes sein, der in einer gesinterten Keramik vorhanden ist. Zum Beispiel kann ein organisches Harz als Vorstufe von C verwendet werden oder es kann ein Metallsalz als Vorstufe eines Metalloxids verwendet werden. Insbesondere im letzteren Fall kann das Rohmaterialpulver in Luft oder einer anderen oxidierenden Atmosphäre kalziniert werden, um das Metallsalz oder eine andere Vorstufe vor dem Sintern zu einem Metalloxid umzuwandeln. Ein solches Kalzinieren kann entweder vor und nach der Zugabe eines Sinterhilfsmittels ausgeführt werden.
C und Si können in Form von elementarem Kohlenstoff oder Silicium oder in Form von Siliciumcarbid zugegeben werden. In anderen Fällen, wenn sie als Metallcarbid oder Silicid enthalten sind, werden sie als Carbid oder Silicid des Metallelements behandelt.
Beispiele für Elemente der Gruppen 3 bis 14 in der vierten Periode sind Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga und Ge. Beispiele für Elemente der Gruppen 4 bis 15 in der fünften Periode sind Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn und Sb. Beispiele für Elemente der Gruppen 4 bis 16 in der sechsten Periode sind Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi und Po.
Von diesen Elementen ist ein Übergangselement wie Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo oder W in elementarer Form und/oder als Oxid bevorzugt. Wenn ein solches Übergangselement oder dessen Oxid als farbgebender Zusatz zugegeben wird, wird insbesondere das Oxid während des Sinterns zu seinem Metall oder einem Oxid geringerer Wertigkeit reduziert, wodurch ein Schwärzen verursacht und es dem sich ergebenden keramischen Sinterkörper ermöglicht wird, eine besonders gleichmäßige schwärzliche Farbe aufzuweisen. Weiterhin sind Metalloxide allgemein weniger hart als Metallnitride, Carbide oder Boride und beeinträchtigen die maschinelle Bearbeitbarkeit der Keramik weniger nachteilig.
Ti ist als farbgebender Zusatz besonders geeignet, da die Zugabe von Ti in elementarer Form und/oder als Oxid eine besonders gleichmäßige Färbung erzeugt, bei der keine unregelmäßigen Farben hervorstechen, und es hat eine minimale Wirkung auf die Bearbeitbarkeit.
Die Zugabe von C (Kohlenstoff) ist ebenfalls bevorzugt, da es eine minimale Wirkung auf die maschinelle Bearbeitbarkeit hat. Kohlenstoff wird bevorzugt in Form eines Kohlenstoffpulvers oder eines karbonisierbaren Harzes verwendet. Wenn ein karbonisierbares Harz verwendet wird, kann seine Menge so angepasst werden, dass nach dem Karbonisieren ein erwünschter Anteil erhalten wird.
Eine erfindungsgemäße Keramik weist eine hohe Festigkeit von mindestens 240 MPa auf und hat eine gute maschinelle Bearbeitbarkeit. Daher kann sie einer Feinbearbeitung hoher Präzision unterzogen werden. Sie weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3 – 5 × 10^-6/°C in dem Temperaturbereich von 25 – 600°C auf, was dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4 × 10^-6/°C von Silicium nahe kommt. Wenn es als Material einer Sondenführung in einer Halbleiterprüfvorrichtung verwendet wird, erzeugt sie daher keine Positionsabweichungen bezüglich des geprüften Halbleiterelements, selbst wenn eine Temperaturänderung eintritt. Daher kann eine Prüfvorrichtung für Halbleiterelemente realisiert werden, die effektiv mit hochintegrierten Schaltungen hoher Dichte verwendet werden kann.
Eine erfindungsgemäße Keramik kann zu einer gleichmäßigen schwärzlichen Farbe eingefärbt werden, so dass eine Messung oder Prüfung eines maschinell bearbeiteten Teils durch Bildverarbeitung präzis ausgeführt werden kann. Ferner weist sie ein ausgezeichnetes Erscheinungsbild auf, so dass der Wert eines aus der Keramik hergestellten Produkts gesteigert wird.
Um keramische maschinell bearbeitete Teile einzufärben, ist es denkbar, die maschinell bearbeiteten Teile durch Aufdampfen mit einem Metall oder einer Keramik durch Beschichten mit einem Harz zu beschichten. Diese einfachen Beschichtungsverfahren haben aber eine Reihe von Problemen. Zum Beispiel kann eine aufgebrachte Schicht leicht abblättern, die aufgebrachte Schicht hat selbst eine Dicke in der Größenordnung von 10 Mikrometer und die Schichtdicke wird schnell ungleichmäßig, so dass es schwierig ist, die Maßhaltigkeit eines maschinell bearbeiteten Teils zu wahren. Daher ist es bevorzugt, das Keramikmaterial selbst zu färben.
Wenn die zugegebene Menge an farbgebendem Zusatz zu klein ist, kann kein Sinterkörper mit gleichmäßiger Farbe mit geringem Reflexionsgrad erhalten werden. Wenn dagegen die Menge des farbgebenden Zusatzes zu hoch ist, sinkt die Festigkeit des Sinterkörpers und seine maschinelle Bearbeitbarkeit nimmt ab, so dass seine Feinbearbeitbarkeit beeinträchtigt wird. Zudem verschlechtern sich auch die Isoliereigenschaften der Keramik, und wenn sie als Sondenführung für eine Halbleiterprüfvorrichtung verwendet wird, können Probleme wie Kurzschlüsse zwischen benachbarten Sonden eintreten.
In der vorliegenden Erfindung umfasst eine gleichmäßige schwärzliche Farbe mit niedrigem Reflexionsgrad schwarz, grau, dunkelblau, dunkelviolett, dunkelgrün und ähnliche Farben. Im Einzelnen ist die schwärzliche Farbe als Munsell-Wert von höchstens 8,5 in dem Munsell-Farbsystem definiert (einem Farbsystem, das drei Farbfaktoren verwendet, die in JIS/872 angegeben sind).
Um eine erfindungsgemäße maschinell bearbeitbare Keramik zu erzeugen, wird ein Rohmaterialpulver zum Sintern durch Zugabe eines Sinterhilfsmittels zu einem Pulver des Hauptbestandteils erzeugt, das 30 – 59,95 Masseprozent Bornitrid, 40 – 69,95 Masseprozent Zirconiumoxid, 0 – 20 Masseprozent Siliciumnitrid und einen farbgebenden Zusatz umfasst.
Die Bestandteile des Rohmaterialpulvers können mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einer Nasskugelmühle, sorgfältig gemischt werden.
Das Bornitrid kann von hexagonaler Art (h-BN) sein. Um eine für Feinbearbeitung erforderliche hohe Festigkeit zu erhalten, weist das Rohmaterialpulver des Hauptbestandteils und insbesondere das Bornitridpulver bevorzugt einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von unter 1 Mikrometer auf. Analog haben Zirconiumoxidpulver und bei Verwendung Siliciumnitridpulver bevorzugt einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von unter 1 Mikrometer und bevorzugter von unter 0,5 Mikrometer, um eine erwünschte maschinell bearbeitbare Keramik hoher Festigkeit zu erhalten.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Sinterhilfsmittel kann aus den herkömmlicherweise beim Sintern von Bornitrid oder Siliciumnitrid verwendeten Sinterhilfsmitteln gewählt werden. Ein bevorzugtes Sinterhilfsmittel ist eines oder mehrere von Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Yttriumoxid, Oxide von Lanthanoidmetallen und Verbundoxide wie Spinell. Bevorzugter ist eine Mischung aus Aluminiumoxid und Yttriumoxid oder eine Mischung aus Aluminiumoxid, Yttriumoxid und Magnesiumoxid.
Die Menge des dem Hauptbestanteil-Rohmaterialpulver zugegebenen Sinterhilfsmittels beträgt 1 – 15 Masseprozent und liegt bevorzugt in dem Bereich von 3 – 10 Masseprozent des Hauptbestandteil-Rohmaterialpulvers. Wenn die Menge des Sinterhilfsmittels zu klein ist, kann kein hinreichendes Sintern ausgeführt werden und die Festigkeit des Sinterkörpers sinkt. Wenn die Menge des Sinterhilfsmittels zu groß ist, bildet sich eine Korngrenzenglasphase geringer Festigkeit in größerer Menge, was zu einer Abnahme der Festigkeit des Sinterkörpers führt.
Wenn das Rohmaterialpulver kalziniert wird, um ein Metallsalz als Vorstufe des farbgebenden Zusatzes in ein Metalloxid umzuwandeln, nachdem diesem ein Sinterhilfsmittel zugegeben wurde, kann das Pulver normalerweise während des Kalzinierens agglomeriert werden, so dass das sich ergebende kalzinierte Pulver erneut einem Nasskugelvermahlen zur Deagglomeration unterzogen wird.
Das Rohmaterialpulver, das ein Pulvergemisch des Hauptbestandteil-Rohmaterialpulvers und des Sinterhilfsmittels ist, wird bei einer hohen Temperatur unter Druck gesintert. Ein Verfahren zum Sintern bei einer hohen Temperatur unter Druck ist das Heißpressen, das in einer Stickstoffatmosphäre oder in einer Hochdruck-Stickstoffatmosphäre ausgeführt werden kann. Ein geeigneter Bereich für die Heißpresstemperatur ist 1.400 – 1.800°C. Wenn die Sintertemperatur zu niedrig ist, ist das Sintern ungenügend, und wenn sie zu hoch ist, können Probleme wie Ausfließen von geschmolzenem Sinterhilfsmittel auftreten. Ein geeigneter Druck liegt in dem Bereich von 20 – 50 MPa. Die Zeitdauer, über die Heißpressen ausgeführt wird, hängt von der Temperatur und den Maßen des zu bildenden Sinterkörpers ab, beträgt aber normalerweise etwa 1 – 4 Stunden.
Hochdrucksintern bei hoher Temperatur kann auch durch HIP (isostatisches Heißpressen) ausgeführt werden. Die Sinterbedingungen für HIP können ebenfalls durch einen Fachmann geeignet gewählt werden.
Der sich ergebende Sinterkörper kann eine gleichmäßige schwärzliche Farbe haben, wenn darin ein farbgebender Zusatz vorhanden ist. Sein Wärmeausdehnungskoeffizient kann in dem Bereich von 3 – 5 × 10^-6/°C für den Temperaturbereich von 25 – 600°C gebracht werden, indem die Art und Menge eines Sinterhilfsmittels und die Anteile an Zirconiumoxid und Siliciumnitrid (falls zugegeben) geeignet gewählt werden.
Die Beurteilung der Mikrostruktur einer erfindungsgemäßen gesinterten Keramik unter einem Rasterelektronenmikroskop (REM) zeigte auf, dass das gesamte Bornitrid, Zirconiumoxid und die optionalen Bestandteile Siliciumnitrid und ein farbgebender Zusatz, die den Hauptbestandteil der Keramik bilden, einen durchschnittlichen Korndurchmesser von höchstens 5 Mikrometer hatten.
Die gesinterte Keramik weist ausgezeichnete maschinelle Bearbeitbarkeit und eine hohe Festigkeit auf und sie kann zur Bildung feiner Schlitze und Durchgangsbohrungen mit hoher Präzision maschinell bearbeitet werden. Daher ist sie zur Verwendung zur Herstellung einer Sondenführung mit feinen Schlitzen oder Durchgangsbohrungen mit einer dünnen Wandstärke geeignet, wobei die Sondenführung in einer Halbleiterprüfvorrichtung verwendet wird. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Sondenführung kann so gesteuert werden, dass er dem von Silicium nahe kommt, um eine Positionsabweichung zwischen Prüfsonden und den Elektrodenpads eines einer Prüfung unterzogenen Halbleiterelements zu verhindert, selbst wenn Temperaturschwankungen auftreten. Ferner weist sie durch Aufnahme eines farbgebenden Zusatzes in den Hauptbestandteil eine gleichmäßige schwärzliche Farbe mit einem niedrigen Reflexionsgrad auf. Dadurch kann die Prüfung und Positionierung der Sondenführung durch Bildverarbeitung ohne die Notwendigkeit einer speziellen Färbebehandlung, wie Aufdampfen oder Beschichten nach der maschinellen Bearbeitung, präzis ausgeführt werden. Eine solche Behandlung mindert die Maßhaltigkeit eines maschinell bearbeiteten Teils. Zudem weist sie ein ausgezeichnetes gleichmäßiges Erscheinungsbild auf und ihr Wert als Handelsprodukt ist hoch.
Ein keramisches maschinell bearbeitetes Teil wie eine Sondenführung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die allgemeine Form einer Platte oder eines Rahmens haben, der in 1b und 2 gezeigt wird. Es weist mehrere Schlitze auf, die durch Schleifen gebildet werden, und/oder mehrere Durchgangsbohrungen, die durch Bohren gebildet werden. Die Außenform einer Sondenführung kann so bestimmt werden, dass sie in die Öffnung einer Prüfkarte passt, an der die Sondenführung angebracht ist.
Die Dicke der Wand zwischen den Schlitzen oder Durchgangsbohrungen ist sehr klein, beispielsweise mindestens 5 Mikrometer und weniger als 20 Mikrometer, und eine erwünschte Wandstärke kann mit guter Präzision erreicht werden. Wenn daher ein erfindungsgemäßes maschinell bearbeitetes Teil als Sondenführung verwendet wird, können die Positionen der Prüfsonden mit hoher Genauigkeit gewahrt werden, die Genauigkeit der Ausrichtung zwischen Sonden und Elektrodenpads eines einer Prüfung unterzogenen Halbleiterelements wird verbessert und die Zuverlässigkeit einer die Sondenführung einsetzenden Prüfvorrichtung wird erhöht.
Wenngleich es keine bestimmten Grenzwerte zu den Verwendungen einer maschinell bearbeitbaren Keramik hoher Festigkeit gibt, die auf diese Weise hergestellt wird und eine gleichmäßige schwärzliche Farbe hat und die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten nahe dem von Silicium aufweisen kann, ist sie als Sondenführung geeignet, die an einer Prüfkarte zur Verwendung bei der Prüfung von Halbleiterelementen angebracht ist.
Beispiele
Die folgenden Beispiele zeigen die vorliegende Erfindung, ohne sie einschränken zu wollen. Sofern in der folgenden Beschreibung nichts anderes angegeben wird, bedeuten % Masseprozent und Teile bedeuten Masseteile.
[Beispiel 1]
Pulver von hexagonalem Bornitrid (h-BN) mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,9 Mikrometer und einer Reinheit von 99%, Zirconiumoxidpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,1 Mikrometer und Kohlenstoffpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,1 Mikrometer wurden in den in Tabelle 1 gezeigten Anteilen gemischt, um ein Hauptbestandteil-Rohmaterialpulver zu erzeugen. Ein aus 2% Aluminiumoxid und 6% Yttriumoxid basierend auf dem Hauptbestandteil-Rohmaterialpulver bestehendes Sinterhilfsmittel wurde dem Hauptbestandteil-Rohmaterialpulver zugegeben und damit in einer Nasskugelmühle unter Verwendung von Ethylalkohol als Lösungsmittel gemischt. Die Kugelmühle hatte einen Polyethylentopf und als Mischmedium wurden Zirconiumoxidkugeln verwendet. Der sich ergebende Schlicker wurde in einem Vakuumverdampfer getrocknet, um Rohmaterialpulver zu erhalten.
Eine Graphitform wurde mit dem Rohmaterialpulver gefüllt, und es wurde 2 Stunden lang Heißpresssintern bei 1.600°C unter Ausüben eines Drucks von 30 MPa in einer Stickstoffatmosphäre ausgeführt, um einen keramischen Sinterkörper mit den Maßen 65 × 65 mm mit einer Dicke von 10 mm zu erhalten.
Aus dem Sinterkörper wurde ein Teststück geschnitten, und die Bruchfestigkeit des Teststücks wurde mit einem Dreipunktbiegetest gemessen. Die Bruchfestigkeit wird in Tabelle 1 als die Biegefestigkeit angezeigt.
Zur Beurteilung der maschinellen Bearbeitbarkeit wurde durch Schleifen mit einem Hartmetallwerkzeug des Typs K-10 bei einer Schleifgeschwindigkeit von 18 m/min. und einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,03 mm/U. und mit einer Schnittiefe von 0,1 mm ein Bearbeitungstest an dem Sinterkörper vorgenommen. Nach 5 Minuten wurden die Oberflächenrauheit des maschinell bearbeiten Materials und die Verschleißmarkenbreite des Werkzeugs (die den Grad des Verschleißes des Werkzeugs anzeigt) gemessen.
Ferner wurde der Wärmeausdehnungskoeffizient des Sinterkörpers in dem Temperaturbereich von Raumtemperatur (25°C) bis 600°C gemessen, und ihr Durchgangswiderstand bei Raumtemperatur wurde ebenfalls gemessen.
Die Qualität der Farbe wurde durch visuelle Begutachtung nach Abtrag durch Schleifen der Oberflächenschicht eines Sinterkörpers mit den Maßen 65 mm × 65 mm beurteilt. In der in Tabelle 1 mit „Gleichmäßigkeit" bezeichneten Spalte zeigt O, dass eine Färbung ohne Unregelmäßigkeit erreicht wurde, und X zeigt, dass in der Farbe Unregelmäßigkeit vorhanden war. Der Farbton wurde ebenfalls beurteilt. In Tabelle 1 in der Spalte mit der Bezeichnung „Farbton" zeigt O an, dass die Bildverarbeitungsmessung einer maschinell bearbeiteten Form (Lochform, Lochposition, etc.) gleichmäßig ausgeführt werden konnte, und X zeigt an, dass die Messung aufgrund der Reflexion von Licht nicht gleichmäßig ausgeführt werden konnte. Ferner wurde die Farbe der geschliffenen Oberfläche jedes Sinterkörpers bezüglich des in dem Munsell-Farbsystem (JIS Z 8721) festgelegten Munsell-Farbwerts durch Vergleichen der Farbe mit einer Standardfarbkarte beurteilt.
Mit Hilfe einer Schleifscheibe (harzgebundener Diamantschleifstein Nr.200, Dicke 40 Mikrometer, Außendurchmesser 50 mm) wurden 100 Schlitze mit der in 3 gezeigten Form (Breite 40 Mikrometer, Wandstärke 15 Mikrometer, Tiefe 300 Mikrometer und Abstand 55 Mikrometer) in dem Sinterkörper gebildet. In der Spalte mit der Bezeichnung „Schlitze" in Tabelle 1 zeigt X an, dass keine Schlitze gebildet werden konnte, Δ zeigt an, dass Schlitze gebildet werden konnten, dass aber die Präzision der Schlitze ungenügend war (die Abstandsgenauigkeit überstieg ± 4 Mikrometer) oder dass es zu Rissen und/oder Abblättern kam, und 0 zeigt an, dass die Schlitze mit ausreichender Präzision gebildet werden konnten und dass es nicht zu Rissbildung oder Abblättern kam.
In einem anderen Bearbeitungstest wurde eine dünne Platte mit einer Dicke von 300 Mikrometer aus dem Sinterkörper geschnitten, und es wurden 20 Reihen von Durchgangsbohrungen (insgesamt 200 Löcher), wie in den 1c und 1d gezeigt, mit einer Wandstärke von 10 Mikrometer und einem Abstand von 70 Mikrometer unter Verwendung eines Hartmetallbohrers (aus SKH9 gefertigt) mit einem Durchmesser von 50 Mikrometer in der Platte gebildet. Jedes Loch hatte einen Durchmesser von 60 Mikrometer und eine Tiefe von 300 Mikrometer.
Die Präzision des Lochdurchmessers und der Lochabstand der resultierenden Durchgangsbohrungen wurden gemessen. In der in Tabelle 1 mit „Löcher" bezeichneten Spalte zeigt O an, dass die Präzision höchstens ± 4 Mikrometer betrug und dass keine Rissbildung oder Abblättern eintrat, Δ zeigt an, dass Löcher gebildet werden konnten, dass aber die Präzision der Löcher ungenügend war oder dass es zum Auftreten von Rissbildung oder Abblättern kam, und X zeigt an, dass keine Löcher gebildet werden konnten.
Die Ergebnisse dieser Tests werden ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.
[Beispiele 2 – 24]
In diesen Beispielen wurden keramische Sinterkörper in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben erzeugt und getestet, es wurde lediglich ein anderer farbgebender Zusatz verwendet und/oder das Hauptbestandteil-Rohmaterialpulver enthielt weiterhin Siliciumnitridpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,1 Mikrometer.
Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 zusammen mit den Anteilen an Bornitrid, Zirconiumoxid und Siliciumnitrid gezeigt.
Der zur Erzeugung des Hauptbestandteil-Rohmaterialpulvers jedes Beispiels verwendete farbgebende Zusatz war wie folgt und wurde in einer Menge zugegeben, um den Anteil des in Tabelle 1 gezeigten Elements vorzusehen.

Beispiel 2: Kohlenstoffpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,1 Mikrometer;
Beispiel 3: ein Phenolharz in einer ausreichenden Menge, um den in Tabelle 2 gezeigten Anteil an C nach Karbonisieren vorzusehen;
Beispiel 4: Molybdänsäure (H₂MoO₄);
Beispiele 5 – 8: Titanoxid (TiO₂);
Beispiel 9: Titancarbid (TiC);
Beispiel 10: Titannitrid (TiN);
Beispiel 11: Titanborid (TiB₂);
Beispiel 12: Wolframcarbid (WC);
Beispiel 13: basisches Kobalt(II)-carbonat;
Beispiel 14: Nickelpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,1 Mikrometer und einer Reinheit von 99,9%;
Beispiel 15: Mangan(II)-acetattetrahydrat;
Beispiel 16: Kupfer(II)-nitrattrihydrat;
Beispiel 17: Silber(I)-oxid (Ag₂O);
Beispiel 18: Scandiumoxid (Sc₂O₃);
Beispiel 19: Vanadiumoxid (V₂O₅);
Beispiel 20: Zinkoxid (ZnO);
Beispiel 21: Gallium(III)-oxid (Ga₂O₃);
Beispiel 22: Eisen(III)-nitratnanohydrat;
Beispiel 23: Chromoxid (Cr₂O₃); und
Beispiel 24: Zinn(II)-oxid (SnO).

[Vergleichsbeispiele 1 – 3]
Zum Vergleich wurde ein Sinterkörper in gleicher Weise wie in den Beispiele 1 – 24 erzeugt und beurteilt, lediglich die Massenverhältnisse von Bornitrid, Zirconiumoxid, Siliciumnitrid und eines farbgebenden Zusatzes lagen außerhalb der Bereiche der vorliegenden Erfindung. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
[Vergleichsbeispiel 4]
Schlitzbildung und Lochbildung wurden an einem herkömmlichen maschinell bearbeitbaren kristallisierten Glaskeramikmaterial in gleicher Weise wie in den Beispielen ausgeführt. Die Festigkeit des Materials war gering, es trat Abblättern während der Feinbearbeitung auf und die Lochbildung konnte nicht präzis durchgeführt werden. Die verschiedenen Eigenschaften und Ergebnisse dieses herkömmlichen maschinell bearbeitbaren Keramikmaterials werden in Tabelle 1 gezeigt.
[Vergleichsbeispiel 5]
Schlitzbildung und Lochbildung wurden an einem herkömmlichen maschinell bearbeitbaren Keramikmaterial, das eine Zusammensetzung aus Aluminiumnitrid und Bornitrid enthielt, in gleicher Weise wie in den Beispielen ausgeführt. Die Bearbeitbarkeit des Materials war mangelhaft und es konnten keine Löcher mit guter Präzision gebildet werden. Die verschiedenen Eigenschaften und Ergebnisse der Bearbeitung dieses Keramikmaterials werden in Tabelle 1 gezeigt.

Claims

Maschinell bearbeitbare Keramik, welche einen Hauptbestandteil und ein Sinterhilfsmittel umfasst, wobei der Hauptbestandteil 30 – 59,95 Masseprozent Bornitrid, 40 – 69,95 Masseprozent Zirconiumoxid, 0 – 20 Masseprozent Siliciumnitrid und 0,05 – 2,5 Masseprozent (berechnet als Element) mindestens eines farbgebenden Zusatzes umfasst und die Keramik eine schwärzliche Farbe hat.
Maschinell bearbeitbare Keramik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine farbgebende Zusatz aus der Gruppe bestehend aus C, Si, Elementen der Gruppen 3 bis 14 der vierten Periode, Elementen der Gruppen 4 bis 15 der fünften Periode, Elementen der Gruppen 4 bis 16 der sechsten Periode des Langperiodensystems und aus Verbindungen dieser Elemente gewählt wird.
Maschinell bearbeitbare Keramik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine farbgebende Zusatz aus den Metallen Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo und W sowie aus Oxiden dieser Metalle gewählt wird.
Maschinell bearbeitbare Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welche in dem Temperaturbereich 25°C – 600°C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3 – 5 × 10^-6/°C aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer maschinell bearbeitbaren Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches zum Erhalten eines Rohmaterialpulvers das Mischen eines Hauptbestandteil-Rohmaterialpulvers, das Bornitrid, Zirconiumoxid, mindestens einen farbgebenden Zusatz und optional Siliciumnitrid umfasst, mit einem Sinterhilfsmittel in einer Menge von 1 – 15 Masseprozent basierend auf dem Hauptbestandteil-Rohmaterialpulver und zum Erhalten einer gesinterten Masse das Sintern des Rohmaterialpulvers bei einer hohen Temperatur unter Druck umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptbestandteil-Rohmaterialpulver weiterhin Siliciumnitrid umfasst.
Maschinell bearbeitetes Teil, das eine maschinell bearbeitbare Keramik nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfasst.
Maschinell bearbeitetes Teil nach Anspruch 7, das eine Sondenführung mit mehreren Schlitzen und/oder Löchern ist, durch welche Sonden treten können.
Maschinell bearbeitetes Teil nach Anspruch 7 oder 8, welches (a) mehrere Schlitze aufweist, wobei die Dicke der zwischen benachbarten Schlitzen ausgebildeten Wände mindestens 5 Mikrometer und weniger als 20 Mikrometer beträgt, das Verhältnis der Schlitztiefe zur Wanddicke mindestens 15 beträgt und die Genauigkeit des Abstands der Schlitze bei höchstens ± 4 Mikrometer liegt; oder (b) mehrere Löcher aufweist, wobei der Lochdurchmesser höchstens 65 Mikrometer beträgt, der Mindestabstand zwischen den Löchern (Wanddicke) mindestens 5 Mikrometer und weniger als 20 Mikrometer beträgt, das Verhältnis der Lochtiefe zur Wanddicke mindestens 15 beträgt und die Genauigkeit des Lochdurchmessers und des Lochabstands jeweils bei höchstens ± 4 Mikrometer liegen.