JPH03112845A

JPH03112845A - セラミック基板形成用の粉末と該粉末を用いて形成したセラミック基板

Info

Publication number: JPH03112845A
Application number: JP1248699A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Nakajima; 中島　茂生; Fumio Miyagawa; 文雄宮川
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 1989-09-25
Filing date: 1989-09-25
Publication date: 1991-05-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、セラミックパッケージなどのセラミック基板
形成用の粉末と、該粉末を用いて形成したセラミック基
板に関する。

［従来の技術］セラミックパッケージなどのセラミック基板は、従来、
次のようにして形成している。

一般のセラミック基板を形成する場合は、アルミナ（Ａ
　ＱｖＯｓ＞を９９．５重量％以上含むハイアルミナ粉
末を母材として、該母材に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）
などの焼結助剤を３〜５重量％加え、ボールミルなどで
混合する。ここで、焼結助剤は、母材の焼結温度を下げ
て、母材を焼結し易くしたり、母材を焼結する際に、母
材間の隙間に存在する気泡を母材外部に追い出したりす
るために、母材に加えるものである。次に、有機溶剤な
どの溶媒に、上記母材と焼結助剤とを混合したものと、
ソルビタンエステルなどの分散剤と、ブチラール系など
のバインダーなどとを加えて、上記溶媒に上記母材と焼
結助剤とを混合したものを満遍なく均一に分散させ、ス
ラリーやスリップを形成する。その後、そのスラリーを
、ドクターブレード法などにより、グリーンシートに形
成する。

そして、そのグリーンシートを所定形状に裁断したもの
を複数枚積層して焼成し、多層構造のセラミック基板を
形成している。あるいは、上記スリップを、スプレード
ライヤーなどにかけて、粉末成形用の粉末に乾燥造粒す
る。そして、その粉末を、所定形状をしたカプセルに入
れて、高圧を掛けた状態で焼結させたり、または上記粉
末を所定形状に加圧成形した後、焼結させたりして、セ
ラミック基板を形成している。

また、熱伝導性の良いセラミック基板を形成する場合は
、窒化アルミニウム粉末を母材として、該母材にイツト
リア（ｙ　、ｏ　３）などの焼結助剤を３〜５重量％加
え、ボールミルなどで混合する。

次に、有機溶剤などの溶媒に、上記母材と焼結助剤とを
混合したものと、ヂブチルフタレートなどの可塑剤と、
ソルビタンエステルなどの分散剤と、バインダーなどと
を加えて、上記溶媒に上記母材と焼結助剤とを混合した
ものを満遍なく均一に分散させ、スラリーやスリップを
形成する。その後は、上述ハイアルミナ粉末の場合と同
様にして、上記スラリーをドクターブレード法などによ
りグリーンシートに形成したり、上記スリップをスプレ
ードライヤーなどにより粉末成形用の粉末に形成したり
して、セラミック基板を形成している。

［発明が解決しようとする課題］ところで、上述方法により、セラミック基板を形成した
場合には、母材と焼結助剤とを、ボールミルなどで、数
日以上かけて十分に満遍なく混合しなければならなかっ
た。

これは、母材と焼結助剤とを十分に満遍な（混合しない
と、その後にその母材と焼結助剤とを混合したものを用
いて上述のようにしてセラミック基板を形成した場合に
、セラミック基板の焼結密度やその抗折力などの特性が
、上記母材と焼結助剤とを満遍なく均一に混合したもの
を用いて形成したセラミック基板に比べて、大幅に低下
するからである。

また、上述後者の窒化アルミニウム粉末を母材とするセ
ラミック基板を形成しようとして、窒化アルミニウム粉
末と焼結助剤とを混合したものを、分散剤を用いて、溶
媒に分散させた場合に、その混合したものを、溶媒に満
遍なく均一に分散させることは極めて困難であった。こ
れは、窒化アルミニウム粉末などの非酸化物セラミック
粉末は、アルミナ粉末などの酸化物セラミック粉末に比
べて、該粉末を構成している粒子周囲が、溶媒に濡れに
（いからであると推測される。そして、窒化アルミニウ
ム粉末と焼結助剤とを混合したものを分散させた溶媒が
、クリーム状に泡立つ等してしまって、良好なスラリー
やスリップを形成できないことが多かった。そのため、
窒化アルミニウム粉末などの非酸化物セラミック粉末を
母材とする良好なスラリーやスリップを形成するには、
分散剤の種類やその添加量などを微妙に変えるなどする
必要があって、多大な手数と経験と熟練とを要した。

本発明は、このような問題点を解消した、セラミック基
板形成用の粉末（以下、粉末という）と、該粉末を用い
て形成した、焼結密度や抗折力などの特性が良好なセラ
ミック基板を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］上記目的のために、本発明の粉末は、セラミック粒子を
核として、その周囲の一部を酸化物である焼結助剤で覆
った粒子からなることを特徴としている。

またそれとともに、セラミック粒子周囲を、焼結助剤で
散点状に覆うようにすることを好適としている。

また、本発明のセラミック基板は、本発明の上記構成の
粉末を焼結させて形成してなることを特徴としている。

［作用］上記構成の粉末においては、その粉末を構成している粒
子の核を形成している母材であるセラミック粒子周囲の
一部を、最初から焼結助剤で覆っているので、上記粉末
を用いれば、母材と焼結助剤とを、ボールミルなどによ
り数日かけて混合せずとも、直ちに満遍なく均一に混合
できる。

また、上記粉末を構成している粒子周囲の一部を、酸化
物である焼結助剤で覆っていて、その粒子周囲を溶媒に
濡れやすい状態としているので、分散剤を全くまたは殆
ど用いずとも、上記粉末を溶媒に、容易に満遍なく均一
に分散させることができる。

また、上記粉末を構成している粒子の核を形成している
セラミック粒子周囲の一部のみを焼結助剤で覆っている
ので、その粉末を焼結させてセラミック基板を形成した
際に、上記粉末を構成している一部の粒子を焼結助剤を
介して大粒に異常成長させずに、上記粉末を構成してい
る粒子を、その周囲の焼結助剤を液相化して、その核を
形成しているセラミック粒子を互いに密着させた状態に
、均一に粒成長させながら、緻密に焼結させることがで
きる。

さらに、セラミック粒子周囲を焼結助剤で散点状に覆う
ようにした粒子からなる本発明の粉末にあっては、その
粉末を構成している粒子周囲全体を均一に溶媒に濡れ易
い状態としているので、上記粉末を溶媒により的確に満
遍なく均一に分散させることができるとともに、上記粉
末を焼結させてセラミック基板を形成した際に、より的
確に上記粉末を構成している一部の粒子を焼結助剤を介
して大粒に異常成長させずに、上記粉末を構成している
粒子を、その周囲の焼結助剤を液相化して、その核を形
成しているセラミック粒子を互いに密着させた状態に、
均一に粒成長させながら、緻密に焼結させることができ
る。

本発明のセラミック基板においては、上記各作用を持つ
本発明の粉末を焼結させてセラミック基板を形成してい
るので、該粉末を構成している粒子を、その一部を焼結
助剤を介して大粒に異常成長させずに、その周囲の焼結
助剤を液相化して、その核を形成しているセラミック粒
子を互いに密着させた状態に、均一に粒成長させながら
、緻密に焼結させてなるセラミック基板を形成できる。

［実施例］次に、本発明の実施例を図面に従い説明する。

第１図は本発明の粉末を構成している粒子の好適な実施
例を示し、詳しくはその拡大正面図を示している。以下
、この図中の実施例を説明する。

図において、１０は、本発明の粉末を構成している粒子
である。

２０は、窒化アルミニウム（Ａ　ＣＮ　）粒子またはア
ルミナ（Ａ　ｆｆ、Ｏ、）粒子などのセラミック粒子で
あって、上記粒子ｌＯの核を形成している。

３０は、酸化物である焼結助剤であって、上記セラミッ
ク粒子２０周囲の一部を覆っている。

具体的には、セラミック粒子２０が窒化アルミニウム粒
子の場合は、該粒子周囲を、イツトリア（ｙ　、ｏ　、
）からなる焼結助剤３０で散点状に覆っている。

また、セラミック粒子２０がアルミナ粒子の場合は、該
粒子周囲を、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる焼結
助剤３０で散点状に覆っている。

詳しくは、セラミック粒子２０周囲を、スパッタリング
またはＣｖＤ（ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＶＡＰＯＲＤＥＰＯ
３ＩＴＩＯＮ、日本語で化学蒸着と呼ぶ）などの薄膜技
術を用いて、イツトリアまたは酸化マグネシウムからな
る焼結助剤３０で散点状に覆っている。

なお、セラミック粒子２０がアルミナ粒子の場合は、該
粒子周囲の一部を、薄膜技術を用いて、焼結助剤３０で
、散点状でなく、局部的に幅広く覆っても良い。これは
、アルミナ粒子は、その周囲が比較的溶媒に濡れやすく
、溶媒に容易に満遍なく均一に分散させることができる
からであって、上記アルミナ粒子周囲の一部を焼結助剤
３ｏで覆う理由は、主に母材であるアルミナ粉末と焼結
助剤３０とを直ちに満遍なく均一に混合できるようにす
ることにあるからである。

第１図に示した粒子ＩＯは、以上のように構成していて
、本発明の粉末は、このような多数の粒子１０からなっ
ている。

第２図は、本発明のセラミック基板の好適な実施例を示
し、詳しくはその一部拡大断面図を示している。以下、
この図中の実施例を説明する。

図において、４０は、本発明の上述粉末を焼結させて形
成してなるセラミック基板である。

この基板４０の焼結構造を詳述すると、本発明の蜂末を
構成している上述粒子１０周囲の焼結助剤３０が液相化
して、その粒子１０の核を形成しているセラミック粒子
２０が、その周囲を互いに密着させて均一に粒成長した
状態に、緻密に焼結されている。そして、その焼結され
たセラミック粒子２０間の各所に形成された空隙５０に
、上述粒子１０周囲の液相化した焼結助材３０が浸入し
てその二次生成物３０ａが形成されている。

以下、このセラミック基板４０の形成方法を詳述する。

まず、窒化アルミニウム粒子を核として、その周囲の一
部をイツトリアで覆った粒子からなる粉末を焼結して、
熱伝導性の良いセラミック基板を形成する場合について
述べる。

有機溶剤などの溶媒に、上記粉末と、ヂブチルフタレー
トなどの可塑剤と、ソルビタンエステルなどの分散剤と
、バインダーとを加えて、混合し、スラリーまたはスリ
ップを形成する。なお場合によっては、溶媒に、分散剤
は加えな（とも良く、そのようにしても、上記粉末を溶
媒に満遍なく均一に分散させることができる。次に、上
記スラリーから、ドクターブレード法などにより、グリ
ーンシートを形成する。その後、そのグリーンシトを所
定形状に裁断したものを複数枚積層して焼成し、セラミ
ック基板を形成している。あるいは、上記スリップから
、スプレードライヤーなどにより、粉末成形用の粉末を
形成する。その後、該粉末を所定形状をしたカプセルに
収容して、高圧を掛けた状態で焼結させたり、または上
記粉末を所定形状に加圧成形した後、焼結させたりして
、セラミック基板を形成している。

実験によれば、窒化アルミニウム粉末を母材として形成
した従来のセラミック基板Ａと、窒化アルミニウム粒子
周囲の７０％前後をスパッタリングによりイツトリアで
散点状に覆った粒子からなる、本発明の粉末を焼結させ
て形成したセラミック基板Ｂとの、特性の測定値結果を
示すと、次の第１表のようになった。

第１表第１表によれば、窒化アルミニウム粒子周囲をイツトリ
アで散点状に覆った粒子からなる、本発明の粉末を焼結
さすて形成したセラミック基板Ｂは、従来の窒化アルミ
ニウム粉末を母材として形成したセラミック基板Ａに比
べて、その熱伝導度と抗折力とが共に向上していて、そ
の特性が窒化アルミニウム粒子自体が持つ特性に近いこ
とが判る。

次に、アルミナ粒子を核として、その周囲の一部を酸化
マグネシウムで覆った粒子からなる粉末を焼結させて、
セラミック基板を形成する場合について述べる。

有機溶剤などの溶媒に、上記粉末と、ヂブチルフタレー
トなどの可塑剤と、ブチラール系樹脂などのバインダー
とを加えて、混合し、スラリーまたはスリップを形成す
る。なおここでは、溶媒に分散剤を加えていない。これ
は、分散剤を加えな（とも、上記粉末を溶媒に容易に満
遍なく均一に分散させることができるからである。その
後は、前記セラミック基板と同様にして、上記スラリー
やスリップから形成したグリーンシートや粉末成形用の
粉末を用いて、セラミック基板を形成している。

実験によれば、従来のアルミナ粉末を母材として形成し
たセラミック基板Ｃと、アルミナ粒子周囲の７０％前後
をスパッタリングにより酸化マグネシウムで散点状に覆
った粒子からなる、本発明の粉末を焼結させて形成した
セラミック基板りとの、特性の測定値結果を示すと、次
の第２表のようになった。

第２表第２表によれば、アルミナ粒子周囲を酸化マグネシウム
で散点状に覆った粒子からなる、本発明の粉末を焼結さ
せて形成したセラミック基板りは、従来のアルミナ粉末
を母材として形成したセラミック基板Ｃに比べて、その
抗折力が向上していて、その特性がアルミナ粒子自体が
持つ特性に近いことが判る。

また、実験によれば、本発明の粉末を構成している粒子
の核を形成しているセラミック粒子周囲は、その７０％
前後を焼結助剤で覆うのが好適であることが判明した。

ちなみに、実験によれば、上記セラミック粒子周囲を７
０％前後より多く焼結助剤で覆った粒子からなる粉末を
焼結させてセラミック基板を形成した場合は、該粉末を
構成している一部の粒子が焼結助剤を介して大粒に異常
成長してしまい、上記粉末を構成している粒子を、その
周囲の焼結助剤を的確に液相化して、その核を構成して
いるセラミック粒子を互いに密着させた状態に、均一に
粒成長させながら、緻密に焼結させることができずに、
セラミック基板の特性が低下することが確認された。ま
た逆に、上記セラミック粒子周囲を７０％前後より少な
（焼結助剤で覆った粒子からなる粉末を焼結させてセラ
ミック基板を形成した場合は、該粉末を構成している粒
子周囲が溶媒に濡れにくくなって、溶媒に上記粉末を満
遍なく均一に分散させることが困難となり、良好なスラ
リーやスリップを形成できないことが確認された。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の粉末によれば、母材と焼
結助剤とを、手数を掛けずに直ちに満遍な（均一に混合
できる。

また、溶媒に分散剤を加えたり、あるいは溶媒に加える
分散剤の種類やその量を微妙に変えるなどせずとも、上
記粉末を溶媒に満遍なく均一に分散させて、常に良好な
セラミック基板形成用のスラリーやスリップを、手数を
掛けずに、経験や熟練を要さずに、容易かつ迅速に形成
できる。

また、上記粉末を焼結させてセラミック基板を形成した
際に、その粉末を構成している一部の粒子を焼結助剤を
介して大粒に異常成長せずに、上記粉末を構成している
粒子を、その周囲の焼結助剤を液相化して、その核を形
成しているセラミック粒子を互いに密着させた状態に、
均一に粒成長させながら、緻密に焼結させることができ
る。

さらに、セラミック粒子周囲を焼結助剤で散点状に覆う
ようにした粒子からなる本発明の粉末にあっては、その
粉末を溶媒により的確に満遍な（均一に分散させること
ができるとともに、上記粉末を焼結させてセラミック基
板を形成した際に、より的確に上記粉末を構成している
粒子の一部を焼結助剤を介して大粒に異常成長させずに
、上記粉末を構成している粒子を、その周囲の焼結助剤
を液相化して、その核を形成しているセラミック粒子を
互いに密着させた状態に、均一に粒成長させながら、緻
密に焼結させることができる。

そのため、本発明の粉末によれば、その特性がアルミナ
粒子や窒化アルミニウム粒子などのセラミック粒子自体
が持つ特性に近い、焼結密度が高（て、抗折力の大きい
、熱伝導性の良い、良好なセラミック基板を、手数を掛
けずに、経験や熟練に頼らずに、容易かつ迅速に形成す
ることが可能となる。

また、本発明のセラミック基板によれば、上記各効果を
持つ本発明の粉末を焼結させてセラミック基板を形成し
ているので、その特性がアルミナ粒子や窒化アルミニウ
ム粒子などのセラミック粒子自体が持つ特性に近い、焼
結密度が高くて、抗折力の大きい、熱伝導性の良い、高
信頼性のセラミック基板を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミック基板形成用の粉末を構成し
ている粒子の拡大正面図、第２図は本発明のセラミック
基板の一部拡大断面図である。１０・・・粒子、２０・−・セラミック粒子、３０・−
・焼結助剤、４０・・・セラミック基板。

Claims

【特許請求の範囲】１、セラミック粒子を核として、その周囲の一部を酸化
物である焼結助剤で覆った粒子からなる、セラミック基
板形成用の粉末。２、セラミック粒子周囲を、焼結助剤で散点状に覆うよ
うにした、請求項１記載のセラミック基板形成用の粉末
。３、請求項１または２記載のセラミック基板形成用の粉
末を焼結させて形成してなるセラミック基板。