JP2512474B2 - 着色ムライトセラミック組成物 - Google Patents

着色ムライトセラミック組成物

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JP2512474B2 JP62140444A JP14044487A JP2512474B2 JP 2512474 B2 JP2512474 B2 JP 2512474B2 JP 62140444 A JP62140444 A JP 62140444A JP 14044487 A JP14044487 A JP 14044487A JP 2512474 B2 JP2512474 B2 JP 2512474B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、着色ムライトセラミック組成物に関し、と
くに電子部品用セラミックとして好適に用い得る着色ム
ライトセラミック組成物に関する。
(従来の技術) 近年、電子部品の高密度実装化、低コスト化に伴い、
パッケージおよび基板材料は低誘電率で高熱伝導性を有
し、機械的強度も高く、熱膨張係数が半導体素子の熱膨
張率に近く、低コストであることが要求されている。ま
た、気密性などの信頼性が要求されることはいうまでも
ない。これらの要求に対応して最近、窒化アルミニウム
セラミック、炭化ケイ素セラミック、低温焼成セラミッ
クおよびムライトセラミック等が開発されている。
(発明が解決しようとする問題点) 上記材料のうちムライトセラミックは低誘電率および
低熱膨張率を有する点で低温焼成セラミックと同等に優
れており、また、熱伝導率は低温焼成セラミックよりも
優れている。また、メタライズや外部リードのろう付け
及び後焼成による抵抗体の形成が従来のアルミナセラミ
ックに適用した方法を用いて信頼性高く行えるという利
点を有している。
ところで、これまでムライト組成物はムライトの構成
成分であるAl2O3とSiO2の混合粉末を原料とし、これを1
600℃前後で焼成して得る方法が採用されているが、得
られる組成物中のムライト生成率は十分ではなく、機械
的強度や耐湿性の劣化につながっている。
これに対して、電融法などによるムライト粉末はムラ
イト生成率が高く、電子部品のパッケージや基板材料等
として有効である。そして、これらムライト粉末に焼結
助剤成分としてアルカリ土類金属化合物を添加したもの
があるが、このアルカリ土類金属化合物の添加では十分
な機械的強度を有する焼結体が得られない。なお、アル
カリ土類金属化合物に加えてジルコニアを添加すること
によって機械的強度の高いセラミックが得られている
が、強度は向上するものの、ジルコニアに起因するα線
量が半導体素子の誤動作につながるという問題点を有し
ている。
また、半導体装置のパッケージとしてセラミック基板
を用いる場合は、紫外線を含む短波長領域の光による半
導体素子の誤動作を防ぐ必要があり、遮光性が求められ
る場合があるが、従来のムライトセラミックはすべて白
色系で遮光性に劣るという問題があった。
本発明はこれら問題点を解消すべくなされたものであ
り、その目的とするところは、低誘電率、低熱膨張率と
いったムライト本来の優れた特性を損なうことなく、緻
密で機械的強度に優れかつ好適な遮光性を有する着色ム
ライトセラミック組成物を提供することを特徴とする。
(発明の概要) 上記目的を達成するため、本発明では次の構成を備え
る。
すなわち、ムライト粉末に添加剤として酸化イットリ
ウムを0.1〜20重量%、着色剤として酸化モリブデンと
酸化クロムのうち、少なくとも酸化モリブデンを0.1〜
1重量%加え、これを1300〜1750℃の温度範囲で焼成し
て成ることを特徴とする。
また、前記添加剤にさらにアルカリ土類金属酸化物の
うち少なくとも一種以上が0.1〜5重量%含有されてい
ることを特徴とする。
本発明では、上記のように原料ムライト粉末の焼結助
剤として酸化イットリウム(Y2O3)を0.1〜20重量%の
範囲で添加し、着色剤を加えて1300〜1750℃の温度範囲
で焼成する。金属導体を形成する場合は、従来のタング
ステン、モリブデン−マンガン等をメタライズし、1500
〜1600℃の温度範囲で金属導体を同時焼成することがで
きる。
原料ムライト粉末としては、アルミナと酸化ケイ素と
を混合して仮焼成によりムライト化し、これを粉砕した
粉末を用いることができる。本発明では上記のように酸
化イットリウムを添加することによって、上記の原料ム
ライト粉末を用いて十分な抗折強度を有するムライトセ
ラミック組成物を得ることができる。
なお、最近では電融法等によって高純度のムライト粉
末が得られている。これら高純度のムライト粉末を用い
れば、緻密でかつ一層抗折強度を高いムライトセラミッ
ク組成物を得ることができる。なお、コスト面を考えな
ければ、AlやSiのアルコキシドや塩類からなる中間生成
物を噴霧分解するなどの方法により、高純度、微小粒子
化したムライト粉末を利用することもできる。
酸化イットリウムの添加量は原料ムライト粉末の粒度
や純度等によって最適添加量が変わる。たとえば、原料
ムライト粉末が粒径1μm程度のものであれば、酸化イ
ットリウムの添加量は0.5〜3重量%程度が良好とな
る。一般に、原料ムライト粉末の粒径が大きくなる程酸
化イットリウムの添加量が多くなる傾向にあるが、良好
なムライト相生成とのからみで一概にはいえない。
ムライトセラミック組成物で、原料ムライト粉末とし
て粒径2μm以下の粉末を用いた場合、着色剤を使用し
ない場合の焼結体は白色であり透光性を有する。未着色
の厚さ約0.5mmの焼結基板を印刷物の上にのせた場合、2
mm角程度の大きさの文字が判読できた。
アルミナセラミックの着色剤として従来用いられてい
るものとしてはTiO2、Fe2O3、Cr2O3等がある。ムライト
セラミック組成物にこれら着色剤を添加する場合は、ム
ライト本来の特性を損なわない着色剤を選択する必要が
ある。上記着色剤のうち、Cr2O3は1重量%程度添加し
ても十分な着色が得られず、Fe2O3、TiO2は焼結体の誘
電特性を劣化させ、とくにTiO2は著しく誘電率を上昇さ
せてしまうので好ましくなかった。
これに対し、MoO3を用いた場合は1重量%程度の添加
量でも十分な着色性を有し、また、Cr2O3を同時に添加
することによって微量でも着色性に優れ、ムライト本来
の誘電特性を大きく損うことなく、かつ、抗折強度をむ
しろ向上させる作用を有していた。
この場合、従来のアルミナセラミックでは、合計4重
量%程度の多量の着色剤を添加しなければ十分な遮光性
が得られず、これが誘電率を上昇させる一因となってい
たが、本発明ではMoO3が1重量%程度の微量でも十分な
遮光性が得られ、この微量の添加でもよいということが
誘電率の上昇を抑える重要な一因となっている。
このように、本発明に係るMoO3単独またはCr2O3を同
時に添加した着色ムライトセラミック組成物は、十分な
遮光性を有するセラミックパッケージ材料として得るこ
とができ、ムライト本来の低熱膨張率、低誘電率といっ
た特性を有し、かつ、抗折強度が高い焼結体として得る
ことができる。
また、熱膨張率としてムライト本来の特性よりもさら
に低い値を得る目的のために、これら組成物にさらに従
来知られているアルカリ土類金属化合物、好ましくはMg
Oの添加により良好に達成することができる。
本発明に係る着色ムライトセラミック組成物は、上記
特性に加えてメタライズ性に優れ、外部リードをろう付
けした場合のろう付け強度(引き剥がし強度)も従来知
られているMgOを添加したムライトセラミックの場合の
およそ2倍程度になる。
焼成後のメタライズ強度を外部リードの引き剥がし強
度でみたところ、従来のMgOを添加したムライトセラミ
ック組成物の場合には400(g/リード)程度であったの
が、本発明のムライトセラミック組成物の場合は、酸化
イットリウム2重量%添加の場合で700(g/リード)程
度に向上した。また、酸化イットリウムを5重量%添加
した場合はほぼ外部リードの引張り強度と同程度の大き
さにまで格段に向上し、引き剥がし試験でメタライズ部
が剥離せず、外部リードの部分で切断が生じたものが90
%以上となった。
このように、本発明によるムライトセラミック組成物
ではメタライズ強度、ろう付け強度が格段に向上し、電
子部品材料として好適に使用できる。
本発明をさらに具体的に説明するために、以下実施例
を挙げて説明するが、本発明はこの実施例に限定される
ものではない。
(比較例1) 平均粒径約1μmの電融ムライト粉末98重量部に酸化
イットリウム2重量部を加え、n−ブタノール−トルエ
ン混合溶液を分散媒体として24時間ボールミル混合した
後、これにフタル酸−ジ−n−ブチル3重量部とポリビ
ニルブチラール8重量部を加え、さらに24時間のボール
ミル混合を行った。得られた混合物を真空脱泡した後、
ドクターブレード法によってシートに成形した。得られ
たグリーンシートの密度は1.92g/cm3であった。次に、
これを1560℃、大気圧、弱還元性雰囲気中にて4時間の
焼成を行い、焼結体を得た。焼結体の密度は3.14g/cm3
であった。
(実施例1) 上記比較例1と同じ原料組成にMoO3を1重量部添加
し、これを比較例1と同様な手順によりシート成形し、
焼成を行った。グリーンシートの密度は1.94g/cm3、焼
結体の密度は3.16g/cm3であった。
(比較例2) 平均粒径約1μmの電融ムライト粉末98重量部に、Mg
Oを2重量部加え、これを比較例1と同様な方法によっ
て焼結体を得た。グリーンシートの密度は1.92g/cm3
焼結体の密度は3.11g/cm3であった。
(比較例3) 平均粒径2μm以下のアルミナ粉末72重量部と平均粒
径約4μmのシリカ粉末28重量部を樹脂製ポット中で、
アルミナボールと共に10時間ボールミル中で粉砕混合し
た。得られた粉末を大気中1300℃、40分の熱処理後、樹
脂製ポットとアルミナボールで24時間ボールミル粉砕
し、この工程を2度繰り返してムライト粉末を得た。こ
の粉末98重量部にMgOを2重量部加え、これを比較例1
と同様な手順に従って焼結体を得た。グリーンシートの
密度は1.86g/cm3、焼結体の密度は2.91g/cm3であった。
以上の各方法によって得られた各焼結体の特性を表1
に示す。表1から明らかなように、本発明に係る着色ム
ライトセラミック組成物は、誘電特性および熱膨張特性
が優れ、従来のものにくらべて抗折強度が優れている。
誘電率は1MHz、20℃での値。抗折強度の単位は(kg/m
m2)、試料は7mm幅×2mm厚、span 40mm。熱膨張係数の
単位は(×10-6/℃)で、20〜320℃の値。
(発明の効果) 以上説明した如く、本発明の着色ムライトセラミック
組成物は優れた誘電特性および熱膨張特性を有し、抗折
強度および表面平滑性も従来品よりも優れ、かつムライ
ト本来の特性を備え、十分な遮光性を有する製品として
提供でき、電子部品材料として好適に使用することがで
きる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ムライト粉末に添加剤として酸化イットリ
    ウムを0.1〜20重量%、着色剤として酸化モリブデンと
    酸化クロムのうち、少なくとも酸化モリブデンを0.1〜
    1重量%加え、これを1300〜1750℃の温度範囲で焼成し
    て成ることを特徴とする着色ムライトセラミック組成
    物。
  2. 【請求項2】前記添加剤にさらにアルカリ土類金属酸化
    物のうち少なくとも一種以上が0.1〜5重量%含有され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の着
    色ムライトセラミック組成物。
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