KR0139786B1 - 착색 알루미나 세라믹 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Al₂O₃를 주성분으로 하는 전자부품용 착색 알루미나 세라믹 조성물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 알루미나를 기본으로 하는 산화물 94~98.3wt%와 착색조제로 Cr₂O₃1~3wt%, TiO₂0.5~1.5wt%, La₂O₃0.2~1.5wt%를 첨가시킨 전자부품용 암색계 착색 알루미나 절연체 자기조성물에 관한 것이다.

Cr₂O₃, TiO₂, La₂O₃의 착색제를 동시에 사용함으로서 환원분위기중, 소성온도 1500~1650℃ 에서 소성가능하며 흑색으로 착색될 뿐만 아니라 절연저항이 10¹⁴Ω·m이상이고, 유전 상수가 9-10이며, 유전손실이 1×10^-3이하인 착색 알루미나 세라믹 조성물을 얻을 수 있었다.

Description

착색 알루미나 세라믹 조성물

본 발명은 Al₂O₃를 주성분으로 하는 전자부품용 착색 알루미나 세라믹 조성물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 알루미나를 기본으로 하는 산화물 94~98.3wt%와 착색조제로 Cr₂O₃1~3wt%, TiO₂0.5~1.5wt%, La₂O₃0.2~1.5wt%를 첨가시킨 전자부품용 암색계 착색 알루미나 절연체 자기조성물에 관한 것이다.

반도체 IC 용 팩키지등의 전자부품용 세라믹스는 전기적 절연 특성이 우수하고 기계적 강도가 크며 열전도성이 우수해야 한다.

또한, 열 방산성이 우수하며 반도체로 부터 발산되는 열을 외부로 쉽게 방출하고 광투과가 되지 않으며 빛을 잘 흡수할 수 있도록 암색계로 착색하는 것이 필요하다.

IC기판, 집적회로용 기판 및 팩키지등의 전자부품용 착색 알루미나계 세라믹스의 제조방법으로서 종래에는 일반적으로 천이금속, 특히 TiO₂를 이용하여 환원성 분위기에서 1500~1650℃의 온도를 소결하여 TiO₂의 환원을 유발시킴으로서 TiO₂가 TiO_2-X형태로 변화됨으로써 착색되는 방법을 사용하였다.

그러나, 이러한 방법은 흑색으로의 착색은 용이하나 TiO₂격자 결함에 의한 물질의 절연 저항 및 유전특성이 크게 저하되는 결점이 있었으므로 상술한 물성저하를 발생시키지 않고 보다 물성이 안정되고 착색 가능한 알루미나계 세라믹 조성물이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 환원분위기에서 소성시 세라믹스의 절연 저항 및 유전 특성을 저하시키지 않고 흑색으로 착색가능한 전자부품용 착색 세라믹스의 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 Al₂O₃를 주성분으로하고 착색제로서 Cr₂O₃1~3wt%, TiO₂0.5~1.5wt%, La₂O₃0.2~1.5wt%를 첨가함으로서 통상적인 알루미나 소성온도인 1500~1650℃에서 환원분위기중 소성가능하고 치밀하며 우수한 전기적물성을 나타냄과 동시에 흑화도가 우수하여 집적회로용 기판 및 팩키지등의 전자 부품용 절연체로서 사용가능한 알루미나 세라믹 조성물을 얻었다.

즉, 본 발명자들은 알루미나계 세라믹스에 착색되는 소결조제를 검토한 결과, 일반적인 착색제인 Cr₂O₃, TiO₂이외에 La₂O₃를 동시에 소결조제로서 사용하는 것이 절연저항과 유전특성 향상에 유효하다는 것을 인식하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 착색 알루미나 세라믹 조성물은 착색제로서 Cr₂O₃1~3wt%, TiO₂0.5~1.5wt%, La₂O₃0.2~1.5wt% 및 소량의 SiO₂, CaO, MgO 등의 소결 조제 성분이 포함된 Al₂O₃로 구성된다.

Al₂O₃에 Cr₂O₃, TiO₂, La₂O₃의 첨가량을 각각 1~3wt%, 0.5~1.5wt%, 0.2~1.5wt%로 한정하는 것은 Cr₂O₃1wt%이하에서는 착색효과가 저하되고 3wt% 이상에서는 전기적 특성을 저하시킨다. 또한, TiO₂0.5wt%이하에서는 착색효과가 저하되며 1.5wt% 이상에서는 전기적 특성이 크게 저하된다.

La₂O₃0.2wt%이하에서는 전기적 물성 증진효과가 나타나지 않으며 1.5wt%이상에서는 유전특성이 저하된다. TiO₂는 환원분위기에서 Ti₂O₃, TiO, TiO_2-X등의 여러형태를 가지며 이것이 Al₂O₃와 고온에서 고용되어 흑색을 나타내는 것으로 알려져 있다. 그러나 TiO₂만 사용할 경우 TiO_2-X의 강한 휘발성으로 인해 소결체의 치밀화가 억제되고 절연성이 크게 떨어지므로 Al₂O₃와 같은 결정구조를 갖는 Cr₂O₃를 첨가하여 고용을 촉진시킴으로써 소결정 및 물성을 증진시킨다.

상기 목적을 위하여 Cr₂O₃를 TiO₂와 더불어 동시에 첨가시키지만 Cr₂O₃는 소결시 매우 입성장에 기여하여 기계적 강도가 저하된다. 또한, 착색제로서 이 2가지 성분만을 사용할 경우 절연저항 및 유전 특성 특히, 유전손실이 요구되는 만큼 나타나지 못하게 되어 본 발명에서는 제 3 의 착색제 성분으로 La₂O₃를 첨가하여 특성이 향상되도록 하였다. 착색용 첨가제인 Cr₂O₃, TiO₂, La₂O₃를 동시에 사용한 본 발명의 Al₂O₃소결체는 환원분기중 소성온도 1500~1650℃에서 소성가능하며 흑색으로 착색되는 한편, 절연저항 10¹⁴Ω·cm이상, 유전상수 9-10, 유전손실 1×10^-3이하의 착색 알루미나가 제조될 수 있다.

다음의 실시예는 본 발명의 착색 알루미나 세라믹 조성물을 좀 더 구체적으로 설명하는 것이지만 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

(실시예 1~4)

하기 표 1에 기재된 바와 같이 산화물(Al₂O₃, SiO₂, CaO, MgO) 및 착색 첨가제 혼합분말(Cr₂O₃, TiO₂, La₂O₃) 100wt%에 대하여 용제로서 에탄올 50wt%와 결합제로서 폴리비닐부티알(PVB) 6wt%, 가소제로서 프탈레이트 3wt%, 분산제로서 글리세릴트리올레이트 1wt%를 첨가하고 볼 밀로 혼합하여 슬러리(Slurry)를 제조한 후 닥터 브레이드(Doctor Blade) 방법에 의해 두께 0.6mm의 그린 쉬이트(Green sheet)로 캐스팅(Casting)한 뒤 가습수소 및 질소 혼합 분위기 중에서 표1에 기재된 온도로 소성한다.

상술한 방법으로 제조된 착색 알루미나 세라믹 조성물에 대한 유전상수와 유전손실계수는 LCR meter를 이용하여 상온(25℃) 1MHz에서 측정하고, 절연저항은 DC 500V, 25℃, 부하시간 1분하에서 측정하였으며 색조는 육안으로 관찰하여, 그 결과를 하기의 표2에 기재하였다.

(비교예 1~3)

하기 표 1에 기재된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어난 산화물 및 착색 첨가제 혼합분말(Al₂O₃, Cr₂O₃, TiO₂, La₂O₃,SiO₂, CaO, MgO)을 사용하고 하기 표1에 기재된 소성온도로 소성한 것을 제외하고는 실시예 1~4와 동일한 방법으로 착색 알루미나 세라믹 조성물을 제조하였다.

제조된 착색 알루미나 세라믹 조성물에 대한 유전상수, 유전손실계수, 절연저항 및 색조를 실시예 1~4의 방법과 동일한 방법으로 측정하고 그 결과를 하기 표2에 기재하였다.

상술한 바와 같이 CrO, TiO, LaO의 착색제를 동시에 사용함으로서 환원분위기중, 소성온도 1500~1650℃ 에서 소성가능하며 흑색으로 착색될 뿐만 아니라 절연저항이 10 Ω·cm이상이고, 유전 상수가 9-10이며, 유전손실이 1×10 이하인 착색 알루미나 세라믹 조성물을 얻을 수 있었다.

Claims (1)

1. Al₂O₃를 주성분으로 하는 착색알루미나 세라믹 조성물에 있어서, 전체 조성중에 착색제로서 Cr₂O₃1~3wt%, TiO₂0.5~1.5wt%, La₂O₃0.2~1.5wt%를 포함함을 특징으로 하는 착색 알루미나 세라믹 조성물.