JP2579333B2

JP2579333B2 - セラミック組成物

Info

Publication number: JP2579333B2
Application number: JP63005375A
Authority: JP
Inventors: 道夫堀内; 剛待井; みち代徳武
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 1988-01-13
Filing date: 1988-01-13
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JPH01183457A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はセラミック組成物に関し、特に電子部品材料
として好適に用いることのできる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には様々な特性が要求される
ようになり、これらの要求に対応して窒化アルミニウ
ム、炭化ケイ素等の新しいセラミックが開発されてい
る。しかしながら、従来のアルミナセラミックは、物理
的、化学的な諸性質のバランスの良さ、および低コス
ト、作業性の良さ等の点から、特にパッケージ材料とし
てはいまだに主流を占めており、近年新たに開発されて
いる窒化アルミニウム等は用途に応じて部分的に用いら
れるているに過ぎない。

上述したアルミナセラミックは比較的長い期間を費や
して技術蓄積がなされ、品質改善がなされてきている
が、近年は従来品よりもさらに高強度、高表面平滑性を
有するとともに、高いメタライズ強度を保証できるもの
が望まれている。また、用途によってはさらに遮光性が
要求されている。

（発明が解決しようとする問題点）アルミナセラミックの機械的強度は、従来技術からも
わかる通り、アルミナの純度がより高いほど、また、焼
成体の組織がより均一かつより緻密であるほど、そして
焼結粒がより微細であるほど高い値となる。また、表面
平滑性も機械的強度とほぼ同様の傾向で向上する。

しかしながら、相対的に高アルミナ純度のセラミック
は高い抗折強度を有する反面、良好なメタライズ性を保
証できず、実際、従来技術によってつくられている95重
量パーセント以上のアルミナを含有するセラミックは、
同時焼成によるメタライズ層の形成が難しく、もっぱら
後焼成または蒸着法等によってメタライズ層を形成する
セラミック基板として用いられていた。

一方、これに対し90〜92重量パーセントのアルミナを
含有するセラミックでは同時焼成によって良好なメタラ
イズ強度は得られるものの満足できる抗折強度が得られ
ない。

ここで、メタライズの接着機構としては、焼成時にセ
ラミック中に生成する液相がメタライズ層に浸透しアン
カーを形成することが主と考えられるため、焼成中にあ
る程度の量の液相が生成しないとアンカーの形成が不十
分となりメタライズ強度の低下につながる。そこで、十
分なメタライズ強度を保証するためにアルミナ純度を92
重量％程度以下とし、さらに十分な機械的強度を保証す
る目的で焼結粒のサイズを小さくするために原料中のア
ルミナ粉末として粒径の微細なものを用いることが考え
られるが、粒径の微細なものを用いる場合は一般に緻密
化が阻害される。

また、従来から焼成時に液相を生成させるために添加
されている無機成分添加物（焼結助剤）は、炭酸カルシ
ウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素等が主であり、こ
れらを試薬としてそのまま添加するか、または白石灰、
タルク、純硅石等の天然鉱物として添加していたが、こ
れら焼結助剤を粒径約２μｍ以下のアルミナ粉末に適用
すると、アルミナ純度が92重量％以下の組成物の場合は
緻密化が阻害され、液相の組成および粘度、焼成温度に
もよるが焼成体にふくれが生じてしまう。また、アルミ
ナ純度が96重量％以上の組成物に適用すると緻密で高強
度を有する焼成体は得られるものの、そのメタライズ性
は著しく低く、使用に耐えるものが得られない。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みて成されたもので
あり、その目的とするところは、アルミナセラミックで
あって高強度、高表面平滑性を有するとともに、優れた
メタライズ性を有するセラミック組成物を提供するにあ
る。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するため次の構成をそなえ
る。

すなわち、アルミナ粉末とムライト粉末との原料混合
物にたいして、アルカリ土類元素化合物または希土類元
素化合物のうちの少なくとも１種を0.1〜10.0重量％含
み、かつ該原料混合物中の前記ムライト粉末中のアルミ
ナ成分を含む全アルミナ成分が88.0〜99.0重量％である
原料混合物を焼成して成ることを特徴とする。

また、さらに前記原料混合物に酸化ニオブを0.1〜3.0
重量％添加して焼成して成ることを特徴とする。

（発明の概要）前述したように、従来より焼成中の液相生成のために
用いられている無機成分として主流をなしているのはCa
O−MgO−SiO₂の三成分系であり、本発明者らは粒径２μ
ｍ以下、アルミナ純度94重量パーセント以下の組成物中
での液相の粘度および生成時期（温度）を制御すべく、
三成分系相図をもとに実験を行ったが、原料の粉砕混合
処理条件を変えることによりやや緻密な焼成体が得られ
たものの製造工程上安定に製造することが困難であり、
相対密度も94％以下と低いものであった。

一方、これまでに知られているムライトセラミックは
原料組成中に３重量パーセント以下の焼結助剤を加える
だけで十分に緻密化し、かつ良好なメタライズ性が得ら
れている。本発明者らは、これに着目し、これらの系で
生成する液相をアルミナ純度94重量％以下のアルミナセ
ラミックに応用とたところ、微細なアルミナ粉末を用い
た場合でも十分な緻密化（相対密度約98％）が得られ、
さらに、アルミナ純度が96％を越えるアルミナセラミッ
クにおいても十分な緻密化とともに良好なメタライズ性
が得られることを見出した。

本発明のセラミック組成物は、アルミナ粉末とムライ
ト粉末とに0.1〜10.0重量％の無機成分添加物を添加し
た原料混合物を焼成して得られるものである。

無機成分添加物としては、アルカリ土類元素化合物ま
たは希土類元素化合物が用いられ、これらは焼成中の液
相の生成に関与し、それぞれ単独で添加しても十分な緻
密体が得られる。アルカリ土類元素化合物の中ではMgO
やMgF₂等のマグネシウム化合物が最もその効果が大き
く、CaO、CaCO₃、BaCO₃等では同じ効果を得るのに添加
量をやや多くする必要がある。希土類元素化合物の中で
はY₂O₃、YF₃、CeO₂等でほぼMgOと同じ程度の緻密化が得
られ、La₂O₃ではCaCO₃と同じ程度の緻密化が得られる
が、Ce以上の質量数の元素化合物では電子材料で問題と
なるアルファ線発生量が高まるので好ましくない。

また、酸化ニオブは焼成体組織の均一性を制御するの
に効果を発揮する。すなわち、焼成体はアルミナ含有量
が90重量％以下の場合や、アルミナ粉末とムライト粉末
の各粒径に大きな差がある場合または焼成条件によりし
ばしば不均一な組織を示し、染みや斑点状の変色部を呈
するが、酸化ニオブの添加により組織を均一に保つこと
ができる。このときの添加量はアルミナ純度や焼成条件
にもよるが0.1〜3.0重量％程度で十分な効果が得られ
る。

なお、とくに焼成体を着色し遮光性をもたせたい場合
には酸化クロムやモリブデン化合物を添加するが、これ
らの添加による電気特性への影響を考慮すると、酸化ク
ロム、モリブデン化合物を合わせても１重量％以内に抑
えることが望ましく、一般にはアルカリ土類元素化合物
や希土類元素化合物と同時に添加して効果が認められ
る。

（実施例）以下本発明の実施例について詳細に説明する。

〔実施例１〕平均粒径約２μｍのアルミナ粉末77.3重量部、平均粒
径約２μｍのムライト粉末（アルミナ含有量約72重量
％）17.7重量部、無機成分添加物として酸化イットリウ
ム粉末５重量部からなる原料粉末を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。焼
成は1570℃、大気圧、弱還元性雰囲気中にて４時間行っ
た。

〔実施例２〕実施例１の原料組成中の無機成分添加物を酸化イット
リウム4.5重量部、酸化ニオブ0.5重量部とし、これを実
施例１と同様な手順によりシート成形し焼成体を得た。

〔実施例３〜６、８〕実施例１で用いたと同じアルミナ粉末およびムライト
粉末を用い、原料組成としてアルミナ粉末84.4重量部、
ムライト粉末10.6重量部、酸化イットリウム５重量部と
したもの（実施例３）、アルミナ粉末91.5重量部、ムラ
イト粉末3.5重量部、酸化イットリウム５重量部とした
もの（実施例４）、アルミナ粉末86.4重量部、ムライト
粉末10.6重量部、酸化イットリウム３重量部としたもの
（実施例５）、アルミナ粉末86.4重量部、ムライト粉末
10.6重量部、酸化マグネシウム３重量部としたもの（実
施例６）、アルミナ粉末90.9重量部、ムライト粉末7.1
重量部、酸化イットリウム２重量部としたもの（実施例
８）を、それぞれ実施例１と同じ手順によりシート成形
し、焼成体を得た。

〔実施例７、９〕実施例８の組成において、酸化イットリウムを同一重
量部の酸化マグネシウムまたは酸化ランタンと置き換え
たものをそれぞれ実施例１と同様な手順によりシート成
形し、焼成体を得た。

〔比較例１〕平均粒径約４μｍのアルミナ粉末92.0重量部、二酸化
ケイ素粉末5.4重量部、酸化マグネシウム2.1重量部、炭
酸カルシウム0.9重量部を原料組成として実施例１と同
様な手順によりシートを成形し焼成体を得た。

〔比較例２〕平均粒径２μｍのアルミナ粉末を用い、比較例１と同
じ組成および手順によって焼成体を得た。

〔比較例３、４〕比較例２と同一のアルミナ粉末を用い、二酸化ケイ
素、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム（CaO換算）を
それぞれ3.7、1.9、2.4重量部または3.9、3.7、0.5重量
部加えた組成物を用いて、実施例１と同様な手順によっ
て焼成体を得た。

〔比較例５〕比較例２と同一のアルミナ粉末94重量部に、二酸化ケ
イ素2.4重量部、酸化マグネシウム1.2重量部、炭酸カル
シウム0.6重量部、酸化クロム1.0重量部、酸化モリブデ
ン1.0重量部を加え、実施例１と同様な手順によって焼
成体を得た。

〔比較例６〕比較例５の原料組成中、酸化クロム、酸化モリブデン
を除いたものを用い、他はまったく同一として焼成体を
得た。

上記各実施例および比較例の焼成体の密度、抗折強
度、リードろう付け強度の測定結果を第１表に示す。

なお、第１表に示す各実施例および比較例で使用した
原料アルミナの粒径と使用された添加物を第２表に示
す。

第１表、第２表からわかるように、従来法では、92重
量％の同一組成のアルミナセラミック焼成体でもアルミ
ナ原料粉末の粒径が４μｍから２μｍになることにより
緻密化が困難になりCaO−MgO−SiO₂系の組成を変えても
あまり緻密性は向上しない。一方、アルミナ純度を94〜
96重量％に上げると、緻密化は容易になり、抗折強度の
向上は認められるものの、リードろう付け強度は著しく
低く、この場合、剥離はすべてセラミック−メタライズ
界面で起こっていた。

これに対し、本発明による焼成体では、アルミナ純度
が92重量％以下でも十分な緻密化が得られるばかりでな
く、アルミナ純度が94重量％以上の焼成体においても十
分なリードろう付け強度が得られた。

（発明の効果）本発明によるセラミック組成物によれば、上述したよ
うに、アルミナにムライトと無機成分添加物を所定量含
有させることにより、十分に大きな抗折強度と、高表面
平滑性と、高メタライズ接着強度とを合わせもつという
条件をすべて満たすことのできるアルミナセラミックを
提供することができ、電子部品用セラミックとして好適
に使用することができる。また、酸化ニオブを原料混合
物に添加することにより、焼成体組織の均一性を向上さ
せることができる等の著効を奏する。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて種々説明
したが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
く、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し
得るのはもちろんのことである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ粉末とムライト粉末との原料混合
物にたいして、アルカリ土類元素化合物または希土類元
素化合物のうちの少なくとも１種を0.1〜10.0重量％含
み、かつ該原料混合物中の前記ムライト粉末中のアルミ
ナ成分を含む全アルミナ成分が88.0〜99.0重量％である
原料混合物を焼成して成るセラミック組成物。
【請求項２】前記原料混合物に酸化ニオブを0.1〜3.0重
量％添加して焼成して成る請求項１記載のセラミック組
成物。