JP2814104B2 - セラミック基板およびその製造方法 - Google Patents
セラミック基板およびその製造方法Info
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- JP2814104B2 JP2814104B2 JP1156373A JP15637389A JP2814104B2 JP 2814104 B2 JP2814104 B2 JP 2814104B2 JP 1156373 A JP1156373 A JP 1156373A JP 15637389 A JP15637389 A JP 15637389A JP 2814104 B2 JP2814104 B2 JP 2814104B2
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- ceramic
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセラミック基板に関し、特にサーディップ型
半導体パッケージ用のセラミック基板およびその製造方
法に関するものである。
半導体パッケージ用のセラミック基板およびその製造方
法に関するものである。
〔従来の技術〕 サーディップ型の半導体パッケージのベース、キャッ
プにはセラミック基板が用いられていた。このセラミッ
ク基板は通常黒色アルミナセラミックスからなり、その
製法は、主成分とするAl2O3にSiO、MgO、CaO、TiO2等の
焼結助剤と、MnO2、Cr2O2、CoO、Fe2O3などの着色剤を
添加してなるセラミック原料をプレス成形によって所定
形状に成形し、その生成形体を電気式トンネル炉で焼成
するものであった。
プにはセラミック基板が用いられていた。このセラミッ
ク基板は通常黒色アルミナセラミックスからなり、その
製法は、主成分とするAl2O3にSiO、MgO、CaO、TiO2等の
焼結助剤と、MnO2、Cr2O2、CoO、Fe2O3などの着色剤を
添加してなるセラミック原料をプレス成形によって所定
形状に成形し、その生成形体を電気式トンネル炉で焼成
するものであった。
ところが、従来のセラミック基板の焼成に用いる電気
式トンネル炉は、炉断面積に対する被焼成物の占める割
合が大きいこと、被焼成物は台板上をプッシャーにより
押し込まれて炉内を進行すること、および被焼成物を高
く積み上げて焼成することなどのために、均熱化ができ
ず、焼成時間が長いものであった。実際、従来の焼成時
の温度プロファイルを第２図に示すように、昇温開始か
ら降温終了までの時間は12時間程度必要であった。
式トンネル炉は、炉断面積に対する被焼成物の占める割
合が大きいこと、被焼成物は台板上をプッシャーにより
押し込まれて炉内を進行すること、および被焼成物を高
く積み上げて焼成することなどのために、均熱化ができ
ず、焼成時間が長いものであった。実際、従来の焼成時
の温度プロファイルを第２図に示すように、昇温開始か
ら降温終了までの時間は12時間程度必要であった。
このように焼成時間が長いことにより、セラミックス
表面の析出結晶相はα−Al2O3の他にMnTiO3、MnAl2O4、
Mn2O3、Mn3O4等が混在しており、そのため破壊靭性が低
く、耐チッピング性も低いものであった。
表面の析出結晶相はα−Al2O3の他にMnTiO3、MnAl2O4、
Mn2O3、Mn3O4等が混在しており、そのため破壊靭性が低
く、耐チッピング性も低いものであった。
したがってこれらのセラミック基板は半導体パッケー
ジの組立工程などにおいて、各セラミック基板同士が衝
突してピッチングが発生しやすく、歩留まり低下、信頼
性低下を招くという問題点があった。
ジの組立工程などにおいて、各セラミック基板同士が衝
突してピッチングが発生しやすく、歩留まり低下、信頼
性低下を招くという問題点があった。
また、この問題点を解消するためにセラミックス基板
のエッジリリーフ形状や外辺形状を工夫することが行わ
れてきたが、大幅な改善は望めなかった。
のエッジリリーフ形状や外辺形状を工夫することが行わ
れてきたが、大幅な改善は望めなかった。
上記に鑑みて本発明は、アルミナを主成分とし、着色
剤を含有するセラミック基板の焼成工程において、ロー
ラハースキルンを用いて、最高焼成温度を1450℃以上と
し、昇温開始から降温終了までの焼成時間を６時間以下
としたものであり、このように高温、高速焼成を行うこ
とによって、表面析出結晶相のうちα−Al2O3を除く残
部の大部分をMnTiO3にすることができ、チッピング発生
最小応力が1.70×10-10以上のセラミック基板を得られ
ることを見い出したものである。
剤を含有するセラミック基板の焼成工程において、ロー
ラハースキルンを用いて、最高焼成温度を1450℃以上と
し、昇温開始から降温終了までの焼成時間を６時間以下
としたものであり、このように高温、高速焼成を行うこ
とによって、表面析出結晶相のうちα−Al2O3を除く残
部の大部分をMnTiO3にすることができ、チッピング発生
最小応力が1.70×10-10以上のセラミック基板を得られ
ることを見い出したものである。
以下、本発明実施例を説明する。
サーディップ型の半導体パッケージ用セラミック基板
として、黒色アルミナセラミックスからなるセラミック
ス基板を作成した。
として、黒色アルミナセラミックスからなるセラミック
ス基板を作成した。
Al2O391重量％で、残部がSiO2、MgO、CaO、TiO2等の
焼結助剤および、MnO、Cr2O3、CoO、Fe2O3などの着色剤
からなり、粒径などが異なる２種類のアルミナセラミッ
クス原料（アルミナＡ、アルミナＢ）を用意した。これ
らのアルミナセラミック原料に所定のバインダーを加え
て、プレス成形によってセラミック基板の形状に成形
し、この生成形態をローラハースルキンを用いて、アル
ミナＡについては第１図（ａ）に示す温度プロファイル
で、アルミナＢについては第１図（ｂ）に示す温度プロ
ファイルで、それぞれ高速焼成を行った。
焼結助剤および、MnO、Cr2O3、CoO、Fe2O3などの着色剤
からなり、粒径などが異なる２種類のアルミナセラミッ
クス原料（アルミナＡ、アルミナＢ）を用意した。これ
らのアルミナセラミック原料に所定のバインダーを加え
て、プレス成形によってセラミック基板の形状に成形
し、この生成形態をローラハースルキンを用いて、アル
ミナＡについては第１図（ａ）に示す温度プロファイル
で、アルミナＢについては第１図（ｂ）に示す温度プロ
ファイルで、それぞれ高速焼成を行った。
なお、上記ローラハースキルンとは、チェーンで自転
する複数のローラ上を被焼成物を載置した棚板が移動し
てゆくようにしたものであり、被焼成物を上下左右から
均一に加熱でき、被焼成物に対する炉断面積が充分に大
きいことから、高温、高速焼成を行うことができる。ま
た、焼成炉としては、上記ローラハースキルンに限らず
高速バッジ炉を用いることもできる。
する複数のローラ上を被焼成物を載置した棚板が移動し
てゆくようにしたものであり、被焼成物を上下左右から
均一に加熱でき、被焼成物に対する炉断面積が充分に大
きいことから、高温、高速焼成を行うことができる。ま
た、焼成炉としては、上記ローラハースキルンに限らず
高速バッジ炉を用いることもできる。
さらに、比較例として、同じアルミナＡ、アルミナＢ
の原料を用い、焼成工程のみ第２図に示す従来の温度プ
ロファイルにより、電気式トンネル炉で焼成したセラミ
ック基板を用意した。
の原料を用い、焼成工程のみ第２図に示す従来の温度プ
ロファイルにより、電気式トンネル炉で焼成したセラミ
ック基板を用意した。
これらの本発明実施例および比較例のセラミック基板
に対し、ビッカース硬度（Hv）、破壊靭性（K1c）を測
定し、チッピング発生最小応力（Ｐ＊）を求めた。チッ
ピング発生最小応力（Ｐ＊）とは、チッピングを発生さ
せるために必要な最小の応力のことであり、K1c4（Hv×
9.8）３で与えられる数値である。また、各セラミック
基板に対し、下記に示す２種類のチッピングテストを行
いカケ発生率を調べた。結果は表１表、表２表に示す通
りである。なお、本発明実施例、比較例ともにセラミッ
ク基板の大きさは36mm×14mm×1.2mmとし、エッジリリ
ーフ形状、外辺形状も同一のものとした。また、カケ発
生率とは200個のセラミック基板に対してピッチングテ
ストを行った後、0.25mm以上のカケが発生していたもの
の割合である。
に対し、ビッカース硬度（Hv）、破壊靭性（K1c）を測
定し、チッピング発生最小応力（Ｐ＊）を求めた。チッ
ピング発生最小応力（Ｐ＊）とは、チッピングを発生さ
せるために必要な最小の応力のことであり、K1c4（Hv×
9.8）３で与えられる数値である。また、各セラミック
基板に対し、下記に示す２種類のチッピングテストを行
いカケ発生率を調べた。結果は表１表、表２表に示す通
りである。なお、本発明実施例、比較例ともにセラミッ
ク基板の大きさは36mm×14mm×1.2mmとし、エッジリリ
ーフ形状、外辺形状も同一のものとした。また、カケ発
生率とは200個のセラミック基板に対してピッチングテ
ストを行った後、0.25mm以上のカケが発生していたもの
の割合である。
チッピングテストＡ（チューブロックテスト） 樹脂製のIC搬送用チューブ内に、４個のセラミック基
板を入れて、このチューブを水平に対し上下方向に各52
゜の範囲で振り、23サイクル／分の速度で100サイクル
行った後、カケの発生率を調べるテストを２回くりかえ
した。
板を入れて、このチューブを水平に対し上下方向に各52
゜の範囲で振り、23サイクル／分の速度で100サイクル
行った後、カケの発生率を調べるテストを２回くりかえ
した。
チッピングテストＢ（ドライタンブリングテスト） 可傾式回転バレル機中に本発明実施例と比較例のセラ
ミック基板をそれぞれ200個ずつ同時に投入し、水平に
設定して35回転／分の速度で60秒間回転させた後、それ
ぞれのカケの発生率を調べるテストを３回くりかえし
た。
ミック基板をそれぞれ200個ずつ同時に投入し、水平に
設定して35回転／分の速度で60秒間回転させた後、それ
ぞれのカケの発生率を調べるテストを３回くりかえし
た。
第１表中、No.1とNo.3、またはNo.2とNo.4を対比すれ
ば明らかなように、同じ原料を用いても、本発明のよう
に高温、高速焼成を行うことによって、破壊靭性（K
1c）の値が向上し、チッピング発生最小応力（Ｐ＊）が
２倍程度となることがわかる。実際にカケ発生率を調べ
た第２表の結果からも、本発明のセラミック基板はカケ
発生率が低く、耐チッピング性にすぐれていることが確
認された。
ば明らかなように、同じ原料を用いても、本発明のよう
に高温、高速焼成を行うことによって、破壊靭性（K
1c）の値が向上し、チッピング発生最小応力（Ｐ＊）が
２倍程度となることがわかる。実際にカケ発生率を調べ
た第２表の結果からも、本発明のセラミック基板はカケ
発生率が低く、耐チッピング性にすぐれていることが確
認された。
また、第１表中、本発明実施例であるNo.1のセラミッ
ク基板、および比較例であるNo.3のセラミック基板につ
いて、それぞれＸ線回折により表面析出結晶相を調べ
た。その結果、比較例のセラミック基板はチャート図を
第４図に示すように、α−Al2O3、MnTiO3、MnAl2O4、Mn
2O3、Mn3O4などさまざまな結晶相が析出していたのに対
し、本発明のセラミック基板はチャート図を第３図に示
すように、析出結晶相の大部分がα−Al2O3とMnTiO3の
みからっていた。この表面析出結晶相は耐チッピング性
と密接な関係があることから、結局、本発明のように表
面析出結晶相のうちα−Al2O3を除く残部の大部分がMnT
iO3からなるものが、耐チッピング性に優れていること
がわかる。さらに種々実験の結果、表面析出結晶相のう
ちα−Al2O3を除く残部の主結晶相が、MnTiO3であれ
ば、最小チッピング発生応力（Ｐ＊）が1.70×10-10以
上となり、優れた耐チッピング性を有することが確認さ
れた。
ク基板、および比較例であるNo.3のセラミック基板につ
いて、それぞれＸ線回折により表面析出結晶相を調べ
た。その結果、比較例のセラミック基板はチャート図を
第４図に示すように、α−Al2O3、MnTiO3、MnAl2O4、Mn
2O3、Mn3O4などさまざまな結晶相が析出していたのに対
し、本発明のセラミック基板はチャート図を第３図に示
すように、析出結晶相の大部分がα−Al2O3とMnTiO3の
みからっていた。この表面析出結晶相は耐チッピング性
と密接な関係があることから、結局、本発明のように表
面析出結晶相のうちα−Al2O3を除く残部の大部分がMnT
iO3からなるものが、耐チッピング性に優れていること
がわかる。さらに種々実験の結果、表面析出結晶相のう
ちα−Al2O3を除く残部の主結晶相が、MnTiO3であれ
ば、最小チッピング発生応力（Ｐ＊）が1.70×10-10以
上となり、優れた耐チッピング性を有することが確認さ
れた。
また、このように表面析出結晶相のうち、α−Al2O3
を除く残部の大部分がMnTiO3となるのは、本発明のよう
に高速焼成を行うためであり、焼成条件を変化させて種
々の実験を行ったところ、最高焼成温度が1450℃以上
で、焼成時間６時間以下であれば、表面析出結晶相のう
ち、α−Al2O3を除く残部の主結晶相をMnTiO3とするこ
とができ、特に、第１図（ａ）〜（ｄ）に示すように最
高焼成温度1450℃以上、焼成時間80〜150分としたもの
が最も優れた結果を示した。
を除く残部の大部分がMnTiO3となるのは、本発明のよう
に高速焼成を行うためであり、焼成条件を変化させて種
々の実験を行ったところ、最高焼成温度が1450℃以上
で、焼成時間６時間以下であれば、表面析出結晶相のう
ち、α−Al2O3を除く残部の主結晶相をMnTiO3とするこ
とができ、特に、第１図（ａ）〜（ｄ）に示すように最
高焼成温度1450℃以上、焼成時間80〜150分としたもの
が最も優れた結果を示した。
さらに、上記実施例はサーディップ型半導体パッケー
ジ用のセラミック基板についてのみ述べたが、プラグイ
ン型半導体パッケージ用、あるいは電子部品搭載用のセ
ラミック基板についても同様である。
ジ用のセラミック基板についてのみ述べたが、プラグイ
ン型半導体パッケージ用、あるいは電子部品搭載用のセ
ラミック基板についても同様である。
叙上のように本発明によれば、アルミナを主成分と
し、着色剤を含有するセラミック基板の焼成工程におい
て、ローラハースーキルンを用いて最高焼成温度を1450
℃以上とし、昇温開始から降温終了までの焼成時間を６
時間以下としたことによって、セラミック基板の表面析
出結晶相のうちα−Al2O3を除く残部の大部分をMnTiO3
とし、チッピング発生最小応力を1.70×10-10以上とす
ることができることから、耐チッピング性に優れ、半導
体パッケージ組立工程中などにカケやワレの発生しにく
いセラミック基板を提供できる。また、焼成時間を短く
することから、製造工程の簡略化により生産性の向上、
低コスト化が図れる効果もある。
し、着色剤を含有するセラミック基板の焼成工程におい
て、ローラハースーキルンを用いて最高焼成温度を1450
℃以上とし、昇温開始から降温終了までの焼成時間を６
時間以下としたことによって、セラミック基板の表面析
出結晶相のうちα−Al2O3を除く残部の大部分をMnTiO3
とし、チッピング発生最小応力を1.70×10-10以上とす
ることができることから、耐チッピング性に優れ、半導
体パッケージ組立工程中などにカケやワレの発生しにく
いセラミック基板を提供できる。また、焼成時間を短く
することから、製造工程の簡略化により生産性の向上、
低コスト化が図れる効果もある。
第１図（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明のセラミック基
板の焼成工程における温度プロファイルを示す図であ
る。第２図は従来のセラミック基板焼成工程における温
度プロファイルを示す図である。 第３図は本発明実施例に係るセラミック基板の表面析出
結晶相を示すＸ線回折チャート図である。第４図は従来
のセラミック基板の表面析出結晶相を示すＸ線回折チャ
ート図である。
板の焼成工程における温度プロファイルを示す図であ
る。第２図は従来のセラミック基板焼成工程における温
度プロファイルを示す図である。 第３図は本発明実施例に係るセラミック基板の表面析出
結晶相を示すＸ線回折チャート図である。第４図は従来
のセラミック基板の表面析出結晶相を示すＸ線回折チャ
ート図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 23/12,23/14 H05K 1/03 C04B 35/10
Claims (2)
- 【請求項１】アルミナを主成分とするセラミックスから
なり、表面析出結晶相のうちα−Al2O3を除く残部の主
結晶相がMnTiO3からなることを特徴とするセラミック基
板、 - 【請求項２】アルミナを主成分とするセラミック原料を
所定形状に成形した後、最高焼成温度1450℃以上で、昇
温開始から降温終了まで炉中で６時間以下焼成すること
を特徴とするセラミック基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1156373A JP2814104B2 (ja) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | セラミック基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1156373A JP2814104B2 (ja) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | セラミック基板およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0321044A JPH0321044A (ja) | 1991-01-29 |
| JP2814104B2 true JP2814104B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=15626335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1156373A Expired - Fee Related JP2814104B2 (ja) | 1989-06-19 | 1989-06-19 | セラミック基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2814104B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW327149B (en) * | 1995-03-17 | 1998-02-21 | Desmarquest Ceramiques Tech | Alumina-based ceramic for sintering |
| FR2731700B1 (fr) * | 1995-03-17 | 1997-06-13 | Desmarquest Ceramiques Tech | Ceramique a fritter a base d'alumine, procede de fabrication et pieces de frottement ainsi obtenues |
| FR2735768B1 (fr) * | 1995-06-22 | 1997-09-12 | Desmarquest Ceramiques Tech | Ceramique a fritter a base d'alumine, procede de fabrication et pieces de frottement ainsi obtenues |
| JP5902292B2 (ja) * | 2012-03-29 | 2016-04-13 | 日本碍子株式会社 | セラミック素地及びその製造方法 |
| RU2738880C9 (ru) * | 2020-03-17 | 2021-02-03 | Андрей Михайлович Абызов | Способ получения и материал алюмооксидной керамики |
| CN114262212B (zh) * | 2021-12-27 | 2022-10-28 | 广东泛瑞新材料有限公司 | 一种黑色氧化铝陶瓷颗粒料及其制备方法和应用 |
| CN114560685B (zh) * | 2022-03-23 | 2023-03-14 | 合肥商德应用材料有限公司 | 氧化铝陶瓷及其制备方法与应用 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6121965A (ja) * | 1984-07-11 | 1986-01-30 | イビデン株式会社 | アルミナ質焼結体とその製造方法 |
-
1989
- 1989-06-19 JP JP1156373A patent/JP2814104B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0321044A (ja) | 1991-01-29 |
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