JPH0812416A - 着色アルミナ質焼結体 - Google Patents

着色アルミナ質焼結体

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JPH0812416A
JPH0812416A JP6149490A JP14949094A JPH0812416A JP H0812416 A JPH0812416 A JP H0812416A JP 6149490 A JP6149490 A JP 6149490A JP 14949094 A JP14949094 A JP 14949094A JP H0812416 A JPH0812416 A JP H0812416A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】比較的多量の顔料を添加した場合でも、優れた
特性を有するとともに、破損を抑制することができる着
色アルミナ質焼結体を提供する。 【構成】Tiを酸化物換算で1〜5重量%と、周期律表
第5A族元素を酸化物換算で0.2〜0.4重量%と、
Cr,Co,SiおよびMnの群から選ばれる少なくと
も1種を酸化物換算で5〜15重量%と、残部がAl2
3 からなる組成を有し、重厚感溢れる暗色系の色彩を
呈する半導体パッケージの絶縁基板などに適した着色ア
ルミナ質焼結体である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、半導体搭載用
パッケージ等の絶縁基板などに適した着色アルミナ質焼
結体に関するものである。
【0002】
【従来技術】従来、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あ
る。近年、電子部品,半導体製造用部品、各種測定装置
等においては、黒色セラミックスが要求されてきてい
る。これはわずかな塵埃がこれらの部品の精度や性能に
大きく影響するが、黒色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ためである。また、黒色
の場合には部品が摩耗したり、破損した場合、その部位
をはっきりと識別することができるからである。さら
に、黒色は重厚感があり、審美性に優れるからである。
【0003】このような黒色セラミックスのうち、黒色
アルミナ質焼結体は、従来、Al23 を主成分とし、
SiO2 ,TiO2 ,CuO,NiO,Fe2 3 等の
顔料を添加し、成形後1300℃以上の温度で焼成する
ことにより製造されていた。
【0004】このようなアルミナ質焼結体は重厚感あふ
れる黒色を有しており、審美性に優れている。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、この
ような黒色アルミナ質焼結体は、良好な着色性を得るた
めには、原料全量に対して多量の顔料を添加する必要が
あった。そのため、得られる焼結体の物性は大きく低下
するという問題があった。
【0006】即ち、多量の顔料の添加は、高温物性の低
下、電気絶縁性の著しい低下等を引き起こすため、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
てしまうという欠点があった。
【0007】また、例えば、半導体搭載用パッケージに
用いられる絶縁基板等のセラミック製品を製造する工程
では、搬送中に焼結体が相互に衝突したり、他の部材と
衝突したりすることがあるが、この場合には、焼結体の
角が欠け易く、製品不良が多くなるという問題があっ
た。
【0008】従って、本発明の着色アルミナ質焼結体
は、比較的多量の顔料を添加した場合でも、優れた特性
を有するとともに、焼結体の破損を抑制することができ
る着色アルミナ質焼結体を得ることを目的とする。
【0009】
【問題点を解決するための手段】本発明者は、上記のよ
うな問題点について鋭意検討した結果、Tiの酸化物
と、周期律表第5A族元素の酸化物と、Cr,Co,S
i,Mnの酸化物を所定量含有するとともに、残部がA
2 3 からなる焼結体は、審美性に優れた暗色系の色
彩を呈しながらも、優れた電気的、機械的および熱的特
性を有するとともに、焼結体の破損を抑制することがで
きることを見出し本発明に至った。
【0010】即ち、本発明の着色アルミナ質焼結体は、
Tiを酸化物換算で1〜5重量%と、周期律表第5A族
元素を酸化物換算で0.2〜0.4重量%と、Cr,C
o,SiおよびMnの群から選ばれる少なくとも1種を
酸化物換算で5〜15重量%と、残部がAl2 3 から
なるものである。
【0011】以下、本発明を詳述する。本発明のアルミ
ナ質焼結体において、Al2 3 に対する各添加成分量
を上記の範囲に限定した理由について説明すると、ま
ず、Tiは酸化物換算で1〜5重量%、特に1.0〜
2.5重量%の割合で含有される。これは、Tiの含有
量が酸化物換算で1重量%よりも少ない場合には、黒色
に対する着色効果が少なくなり、焼結温度が高くなる傾
向にあり、さらに欠け易くなるからである。また、5重
量%よりも多いと絶縁抵抗が低下し、絶縁基板としての
用途に適しないためである。
【0012】さらに、周期律表第5A族元素は、酸化物
換算で0.2〜0.4重量%、特に0.25〜0.35
重量%の割合で含有されるが、周期律表第5A族元素量
が0.2重量%よりも少ないと、焼結しにくくなり、強
度が低下するからである。また、0.4重量%よりも多
いと絶縁抵抗が低下するからである。この周期律表第5
A族元素は、焼結体に良好な黒色を付与するとともに、
絶縁抵抗を安定させる特性を有しており、このような周
期律表第5A族元素としては、Ta、Nb、Vが挙げら
れる。
【0013】また、Cr,Co,SiおよびMnの群か
ら選ばれる少なくとも1種を酸化物換算で5〜15重量
%、特に5〜8重量%の割合で含有されるが、これらの
添加により色彩を調整したり、焼成温度を制御するため
のものであり、これらの添加量が5重量%よりも少ない
場合には焼成温度が高くなるとともに、色彩が薄くな
り、重厚感溢れる色彩が得られないからであり、15重
量%よりも多い場合には絶縁抵抗が低下し、欠け易くな
るからである。なお、焼成温度を低温化するためには、
これらの元素のうち2種以上を含有することが望まし
い。その場合、Cr2 3 、SiO2 およびMnO2
合計で5.0〜10.0重量%の割合で含有することが
望ましい。
【0014】本発明の着色アルミナ質焼結体における最
も望ましい範囲は、Tiが酸化物換算で1〜3重量%
と、Vが酸化物換算で0.2〜0.35重量%と、Cr
が酸化物換算で2〜3重量%と、Coが酸化物換算で
0.2〜0.3重量%と、Siが酸化物換算で0.2〜
2.0重量%と、Mnが酸化物換算で2〜5重量%と、
残部がAl2 3 からなることが望ましい。
【0015】本発明における着色アルミナ質焼結体は、
例えば、Al2 3 粉末、TiO2粉末、周期律表第5
A族元素酸化物粉末、Cr2 3 粉末、CoO粉末、S
iO2 粉末、MnO2 粉末や、熱処理により前記のよう
な酸化物となり得る、例えば炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、
水酸化物などを用いて、前述したような組成となるよう
に十分に混合する。その際、ミルのボールからの他の成
分の混入がある場合、各成分の組成が前述した範囲を逸
脱しないように考慮することが必要である。次に、この
混合物をプレス成形や押し出し成形、ドクターブレード
法などの周知の成形手段により成形した後、大気などの
酸化性雰囲気中で1350〜1650℃の温度で0.5
〜5時間程度焼成することにより相対密度比が98%以
上の緻密質な焼結体を得ることができる。
【0016】
【作用】本発明の着色アルミナ質焼結体では、重量感溢
れる暗色系の色彩を呈するとともに、Cr,Co,S
i,Mnなどの顔料成分を比較的多量に添加した場合で
も、従来のAl2 3 焼結体の絶縁性に近い高い絶縁性
を有し、Al2 3 とほぼ同等の強度を有するととも
に、半導体パッケージ用の絶縁基体として用いた場合に
おいて、基板の搬送過程での基板の角の欠けなどがなく
安定した製造が可能となる。
【0017】以下、本発明を次の例で説明する。
【0018】
【実施例】原料粉末として、平均粒径が1μmのAl2
3 粉末に対して、添加成分としてTiO2 Nb
2 5 、Ta2 5 、V2 5 、Cr2 3 、CoO、
SiO2およびMnO2 の各粉末を表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た。これを
乾燥造粒後、1000kg/cm2 の圧力でプレス成形
した後、表1に示す条件で焼成した。
【0019】
【表1】
【0020】得られた焼結体に対して色調を調べるとと
もに、焼結体より抗折試験片を切り出しJISR160
1による3点曲げ抗折強度、荷重500gでのビッカー
ス硬度Hv、及びアルキメデス法により相対密度を算出
した。また、JISC2141に基づき絶縁抵抗を測定
した。さらに、欠け易さを調べる試験を行った。この欠
け易さの試験は、各試料よりテスト基板(縦25mm、
横25mm、厚み1mm、エッジ部は0.1〜0.2R
処理)を作製し、図1に示すような試験機を用いて行っ
た。この試験機は、鉄板1と樹脂よりなる30°の傾斜
を有する斜面2とから構成されている。そして、斜面2
からテスト基板3を滑らせ、その4つの辺をそれぞれ鉄
板1に衝突させ、1mm以上の欠けが生じた基板をカウ
ントした。欠け易さの試験は、各々の試料について10
0枚ずつ行った。
【0021】また、各試料を直径20mm厚み10mm
の円柱体形状に加工し、両端面を銅板で短絡し、誘電体
円柱共振法により、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た。この結果を表2に示
す。
【0022】
【表2】
【0023】この表2より、本発明における組成範囲を
逸脱する試料No.1,6,7,11,12,17,19
では、色調、強度、硬度、絶縁抵抗、欠け性などの点で
満足すべきものは得られなかった。特に従来のアルミナ
磁器である試料No.19では色調がアイボリーであり、
色調の点で満足するものではなかった。一方、本発明の
組成範囲を満足する試料は、いずれも良好な暗色系の色
彩を呈し、かつ強度,硬度,電気絶縁性等の物性も良好
であり、30kg/mm2 以上の抗折強度、1290k
g/mm2 以上の硬度を有し、アルミナ単独並みの機械
的特性を有するとともに、25℃において1×1011Ω
cm以上の絶縁抵抗を有するものであった。
【0024】尚、試料No.18について、80℃におけ
る絶縁抵抗を測定したところ1×1011Ωcmであっ
た。また、本発明の着色アルミナ質焼結体は、欠け難さ
の点で従来のアルミナ質焼結体よりも大幅に向上してい
ることが判る。
【0025】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の着色アルミ
ナ質焼結体は、重厚感溢れる暗色系の色彩を有するとと
もに、高い強度,硬度,電気絶縁性等の物性を有すると
ともに欠け難いものであり、半導体パッケージなどの製
造工程においても破損が少ないため不良率を少なくする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】欠け易さ試験機を示す側面図である。
【符号の説明】
1・・・鉄板 2・・・斜面 3・・・基板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Tiを酸化物換算で1〜5重量%と、周期
    律表第5A族元素を酸化物換算で0.2〜0.4重量%
    と、Cr,Co,SiおよびMnの群から選ばれる少な
    くとも1種を酸化物換算で5〜15重量%と、残部がA
    2 3 からなることを特徴とする着色アルミナ質焼結
    体。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008247672A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Toray Ind Inc セラミックス焼結体の製造方法
JP2010208943A (ja) * 2010-05-17 2010-09-24 Kyocera Corp 低熱膨張セラミックスおよびその製造方法
JP2011168420A (ja) * 2010-02-17 2011-09-01 Kikusui Chemical Industries Co Ltd アルミナ焼結体、及び該アルミナ焼結体によって形成された基板保持盤
JP2018019017A (ja) * 2016-07-29 2018-02-01 京セラ株式会社 載置用部材

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