JP3472419B2 - 着色アルミナ質焼結体及びその製造方法 - Google Patents

着色アルミナ質焼結体及びその製造方法

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    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子収納用パ
ッケージ等の絶縁基体、特に高周波領域で用いられる多
層配線基板や半導体素子収納用パッケージ等の絶縁基体
に好適な着色アルミナ質焼結体とその製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来よりセラミックス素材に要求される
特性としては、耐熱性等の熱的性質、強度等の機械的性
質、耐食性等の化学的性質、導電性等の電磁気的性質が
挙げられ、係る特性から各種配線基板や半導体素子収納
用パッケージ等における絶縁基体としては、Al2 3
を主成分とし、焼結助剤としてMgO、SiO2 、Ca
O等を適量添加して焼結したアルミナ質焼結体が多用さ
れてきた。
【0003】近年、LSIの高速化や通信分野での情報
量の増加により、高周波領域での損失が少ない基体材料
が求められており、このような用途には従来から高純度
アルミナ材料が用いられている。
【0004】前記高純度アルミナ材料は、添加物が少な
いことからAl2 3 が有する電気的に優れた特性をそ
のまま活かすことができるが、Al2 3 自体は白色で
あるので高純度アルミナ質焼結体も白色を呈している。
【0005】一方、電子部品、半導体製造用部品、各種
測定装置等においては、黒色等の着色アルミナ質焼結体
が要求されている。その理由は、わずかな塵埃がこれら
部品の精度や性能に大きく影響するため、着色された焼
結体の場合にはこれらの塵埃の存在をいち早く見出すこ
とができる他、部品の摩耗や破損の場合には、その部分
を容易に識別できるという利点があるからである。
【0006】また、半導体素子収納用パッケージ等の製
造時には、光学的にワイヤーボンディング位置を見分け
るためにもコントラストが必要であり、白色のアルミナ
質焼結体よりも着色されたアルミナ質焼結体の方が好適
である。
【0007】このような着色アルミナ質焼結体として
は、従来よりAl2 3 を主成分とし、WO3 やMoO
3 等の顔料を添加した原料から成る成形体を、1300
℃以上の温度で焼成することにより着色されていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
着色アルミナ質焼結体では、着色剤としてWO3 やMo
3 等の顔料を添加することから、電気的特性の低下や
高温物性、即ち機械的特性の低下等を引き起こす場合が
あり、特に1GHz以上の高周波領域においては誘電損
失が増大する等、アルミナ質焼結体特有の電気的、機械
的、熱的特性を損なってしまうという課題があった。
【0009】
【発明の目的】本発明は前記課題を解決するために成さ
れたもので、その目的は高周波領域において多層配線基
板や半導体素子収納用パッケージ等の絶縁基体として本
来のアルミナ質焼結体が有する電気的特性を損なうこと
なく、かつ黒色系の識別容易な色を呈した着色アルミナ
質焼結体を得ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者等は前記課題に
鑑み鋭意検討した結果、着色成分として、Nb又はNb
化合物と、それにYあるいはY化合物、Yb、Yb化合
物の1種以上を添加したアルミナ質焼結体では、黒色系
の識別容易な色彩が得られるとともに高周波領域におけ
る誘電損失をアルミナ本体の誘電損失よりも低減できる
上、従来の高純度アルミナ質焼結体よりも機械的特性を
も向上できることを見出し本発明に至った。
【0011】即ち、本発明の着色アルミナ質焼結体は、
Nbを酸化物換算で0.05〜5重量%と、Y、Ybの
うち少なくとも1種を酸化物換算で総量0.02〜5重
量%の割合で含有し、残部がAl23と不可避不純物と
から成るもので1GHz以上の高周波領域に用いられ
る回路基板絶縁基体用に用いられることを特徴とするも
ので、特に測定周波数8.5GHzにおける誘電損失が
4.2×10 -4 以下であることが望ましく、さらにその
製造方法としては、Nb又はNb化合物を酸化物換算で
0.05〜5重量%と、Y、Yb、Y化合物、Yb化合
物のうち少なくとも1種を酸化物換算で総量0.02〜
5重量%の割合で含有し、残部がAl23から成る成形
体を、還元性雰囲気中で焼成することを特徴とするもの
である。
【0012】
【作用】本発明の着色アルミナ質焼結体及びその製造方
法は、従来から焼結助剤として用いられるSiO2 、C
aO、MgO等を添加しない高純度アルミナ質焼結体で
あり、これに着色成分としてNb又はNb化合物を酸化
物換算で0.05〜5重量%添加し、それにY、Yb、
Y化合物、Yb化合物うち少なくとも1種を酸化物換算
で総量0.02〜5重量%の割合で添加含有させること
により、高周波領域で従来の高純度アルミナ質焼結体よ
りも誘電損失の低減化と、高強度化を図ることができる
と同時に、識別可能な色彩に着色させることができる。
【0013】これにより、特に1GHz以上の高周波領
域に用いられる配線基板や高速処理LSI等の半導体素
子収納用パッケージや高周波用の各種回路基板の絶縁基
体として有効に利用できる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明のアルミナ質焼結体は、N
b又はNb化合物を酸化物換算で0.05〜5重量%、
特に0.1〜2重量%と、Y、Yb、Y化合物、Yb化
合物のうち少なくとも1種を酸化物換算で総量0.02
〜5重量%、特に0.05〜2重量%の割合で含有し、
残部がAl2 3 と不可避不純物とから成るものであ
る。
【0015】ここで、前記Nb又はNb化合物の含有量
が酸化物換算で0.05重量%よりも少ないと黒色系の
着色効果又は誘電損失の低減効果が小さく、5重量%を
越えると誘電損失が大きくなり、誘電損失の低減という
点からは0.1〜2重量%がより望ましい。
【0016】また、Y、Yb、Y化合物、Yb化合物の
うち少なくとも1種の含有量が酸化物換算で総量が0.
02重量%よりも少なくなると誘電損失の低減効果が小
さく、5重量%を越えるとアルミナ質焼結体の焼結性が
悪化するとともに誘電損失も大きくなり、機械的特性も
低下する。
【0017】従って、前記総量は0.02〜5重量%に
特定され、諸特性を満足する点からは0.05〜2重量
%であることがより望ましい。
【0018】尚、Al2 3 に対して、一般に焼結助剤
として添加されるMgO、SiO2、CaO等は、高周
波領域での損失を著しく増加させる場合があるため、本
発明の着色アルミナ質焼結体では、これら焼結助剤等を
実質的に含まず、Nb、Nb化合物及びY、Yb、Y化
合物、Yb化合物以外の成分としては、Al2 3 と不
可避不純物から成るものである。
【0019】ここにいう不可避不純物とは、出発原料中
に含有される不可避不純物又は製造工程中に不可避的に
混入する成分であって、これらは総量で0.2重量%以
下であることが望ましい。
【0020】また、原料粉末として使用するAl2 3
としては、良好な高周波特性を得るためには、純度が9
9.9%以上であることが望ましく、平均粒径も焼結性
を高めるためには2.0μm以下であることが望まし
い。
【0021】本発明における着色アルミナ質焼結体の製
造に際し、主成分のAl2 3 粉末に対して、Nb又は
Nb化合物と、Y、Yb、Y化合物、Yb化合物のうち
少なくとも1種を所定量添加する場合には、前記Nb化
合物として、酸化物、あるいは焼成工程により前記のよ
うな酸化物となり得る酸化物等の他、炭化物、窒化物、
臭化物等を用いても良く、またY化合物、Yb化合物も
酸化物の他、炭化物、窒化物、フッ化物等を用いても良
い。
【0022】次に、前記組成物に有機バインダー等を添
加して十分に混合した後、所望の成形手段、例えば金型
プレス法、冷間静水圧プレス法、押し出し成形法、ドク
ターブレード法等により任意の形状に成形し、これを望
ましくは水蒸気含有雰囲気中で熱処理して有機バインダ
ーの除去を行った後、焼成する。
【0023】前記焼成は、還元性雰囲気、1200〜1
700℃の温度で0.5〜24時間程度焼成することに
より、相対密度が97%以上の緻密質な黒色系に着色さ
れた識別効果に優れた高純度の着色アルミナ質焼結体を
得ることができる。
【0024】
【実施例】原料粉末として、純度が99.9%、平均粒
径が2μmのAl2 3 粉末に対して、添加物としてN
b、Nb化合物、Y、Yb、Y化合物、Yb化合物を表
1に示すような割合となるように秤量後、ボールミルで
混合し、これを乾燥造粒後、1000kg/cm2 の圧
力でプレス成形し、次いで表1に示すような条件で焼成
した。
【0025】尚、Al2 3 単味及び添加物として従来
のWO3 やMoO3 を用いて作製したアルミナ質焼結体
を比較例とした。
【0026】
【表1】
【0027】得られた焼結体に対して色調を判定すると
ともに、該焼結体よりJIS規格のR1601に準じて
抗折試験片を切り出して3点曲げ抗折強度を、またアル
キメデス法により相対密度を算出した。
【0028】また、各試料を直径15mm、厚さ7.5
mmの円柱体形状に加工し、両端面を銅板で挟み、誘電
体共振法により測定周波数を8.5GHzとした場合の
TE011モードの共振特性条件で比誘電率及び誘電正
接を測定し、誘電率及び誘電損失を評価した。
【0029】
【表2】
【0030】表の結果から明らかなように、比較例の試
料番号1では、白色でしかもボイドが認められ、誘電損
失も15×10-4と大で、抗折強度も300MPaと低
いものであり、これに焼結助材と着色剤としてWO3
MoO3 を添加した試料番号2、3の従来の着色アルミ
ナ質焼結体でも誘電損失は大きいものであった。
【0031】また、同じくNb成分が酸化物換算で本発
明の範囲外である試料番号4、9ではいずれも誘電損失
が大となり、また、Y、Yb成分の酸化物換算の添加量
が本発明の範囲外である試料番号10、17、18は、
いずれも焼結が不十分となり磁器強度が低下し、誘電損
失も大である。
【0032】これに対して、本発明に基づき着色剤とし
てNb成分を含有させ、更にこれにY、Yb成分を含有
させることにより、識別可能な着色ができ、かつ磁器強
度も向上し、誘電損失も大幅に低下する結果が得られ
た。
【0033】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の着色アルミ
ナ質焼結体及びその製造方法は、高周波領域で従来の高
純度アルミナ質焼結体よりも誘電損失の低減化と、高強
度化を実現できると同時に、黒色系の識別効果に優れた
色調が得られ、特に1GHz以上の高周波領域に用いら
れる配線基板や高速処理LSI用の半導体素子収納用パ
ッケージや高周波用の各種回路基板等の絶縁基体として
有効に利用できる。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Nbを酸化物換算で0.05〜5重量%
    と、Y、Ybのうち少なくとも1種を酸化物換算で総量
    0.02〜5重量%の割合で含有し、残部がAl23
    不可避不純物とから成ることを特徴とする1GHz以上
    の高周波領域に用いられる回路基板絶縁基体用の着色ア
    ルミナ質焼結体。
  2. 【請求項2】測定周波数8.5GHzにおける誘電損失
    が4.2×10 -4 以下であることを特徴とする請求項1
    または請求項2記載の着色アルミナ質焼結体。
  3. 【請求項3】 Nb又はNb化合物を酸化物換算で0.0
    5〜5重量%と、Y、Yb、Y化合物、Yb化合物のう
    ち少なくとも1種を酸化物換算で総量0.02〜5重量
    %の割合で含有し、残部がAl23から成る成形体を、
    還元性雰囲気中で焼成することを特徴とする1GHz以
    上の高周波領域に用いられる回路基板絶縁基体用の着色
    アルミナ質焼結体の製造方法。
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