KR0139794B1

KR0139794B1 - Ceramic composition of colored alumina

Info

Publication number: KR0139794B1
Application number: KR1019900019532A
Authority: KR
Inventors: 성상현
Original assignee: 한형수; 삼성코닝 주식회사
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1998-06-01
Also published as: KR920009731A

Abstract

본 발명은 전자부품용 착색 세라믹스 특히, 집적회로용 팩키지(package), 다층기판등의 고밀도 전자부품용으로 주로 사용되는 흑갈색 계통으로 착색된 알루미나 자기조성물에 관한 것으로, 90~94wt%의 Al₂O₃와 6~10wt%의 SiO₂+MgO+CaO로 구성되는 세라믹 조성물 100wt%에 대하여 착색제로서 1~2wt%의 Cr₂O₃, 0.2~0.8wt%의 TiO₂, 0.1~0.4wt%의 W 또는 Mo의 금속산화물을 첨가하여 전기적 절연특성을 저하시키지 않으며 흑갈색 계통의 착색 특성을 향상시킨 것이다.The present invention of electronic components colored ceramics in particular, an integrated circuit package (package), on the high density of electronic components, primarily colored with a dark brown system used alumina magnetic in composition, such as multi-layer substrates for, of Al ₂ O 90 ~ 94wt% 1 to 2 wt% Cr ₂ O ₃ , 0.2 to 0.8 wt% TiO ₂ , 0.1 to 0.4 wt% W as a colorant to 100 wt% of the ceramic composition consisting of ₃ and 6 to 10 wt% SiO ₂ + MgO + CaO Or Mo metal oxide is added to improve the coloring properties of the black brown system without lowering the electrical insulation properties.

Description

Colored Alumina Self Composition

본 발명은 전자부품용 착색 세라믹스 특히, 집적회로용 팩키지(package), 다층기판등의 고밀도 전자부품용으로 주로 사용되는 흑갈색 계통으로 착색된 알루미나 자기조성물에 관한 것으로, 좀더 구체적으로 90~94wt%의 Al₂O₃와 6~10wt%의 SiO₂+MgO+CaO로 구성되는 세라믹 조성물 100중량부에 대하여 착색제로서 1~2중량부의 Cr₂O₃, 0.2~0.8중량부의 TiO₂, 0.1~0.4중량부의 W 또는 Mo의 금속산화물을 첨가한 것으로 전기적 절연특성을 저하시키지 않으며 흑갈색 계통의 착색 특성도 우수한 착색 알루미나 자기조성물에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to alumina magnetic compositions colored in a dark brown system, which are mainly used for high density electronic components such as colored ceramics for electronic components, in particular, packages for integrated circuits and multilayer boards. 1 to 2 parts by weight of Cr ₂ O ₃ , 0.2 to 0.8 parts by weight of TiO ₂ , 0.1 to 0.4 parts by weight, based on 100 parts by weight of a ceramic composition composed of Al ₂ O ₃ and 6 to 10 wt% of SiO ₂ + MgO + CaO. The present invention relates to a colored alumina self-composition having the addition of negative W or Mo metal oxides, which does not deteriorate the electrical insulation properties and which has excellent black-brown coloration.

일반적으로 전자부품용 세라믹스, 예를들어 집적회로용 팩키지, 기판 등의 용도로 사용되는 세라믹스 전기적 절연특성이 우수하고 기계적 강도가 크며 열전도도가 높아야만 한다. 또한, 열방산성이 우수하여 반도체로부터 발산되는 열을 외부로 쉽게 방출할 수 있어야 하며, 외부광원으로부터 팩키지 내부의 회로소자를 보호하기 위하여 빛의 투과가 적은 흑갈색 계통의 색으로 착색되는 것이 바람직하다.In general, ceramics for electronic components, for example, ceramics for use in integrated circuit packages, substrates, etc. should have excellent electrical insulation properties, high mechanical strength, and high thermal conductivity. In addition, the heat dissipation is excellent to be able to easily dissipate heat emitted from the semiconductor to the outside, it is preferable to be colored in a dark brown color of the light transmission is less in order to protect the circuit elements inside the package from an external light source.

상술한 특성들을 만족시키기 위하여 종래에 많이 사용되는 방법은 보통 천이금속의 산화물을 착색제로 사용하여 세라믹의 조성을 형성시키는 방법을 사용하고 있으며, 반도체 팩키지용의 다층 세라믹 부품은 W, Mo등과 같은 높은 융점을 갖는 금속을 도체로 사용하여 세라믹스와 함께 환원성 분위기에서 동시 소성시키는 금속화 공정을 행하므로서 환원성의 소성분위기에 의하여 세라믹스내의 착색제 성분인 천이금속 산화물을 환원되어 색을 발현시켰으나, 이는 세라믹스 부품의 전기적 특성을 열화시키는 경우가 있었다.In order to satisfy the above-mentioned characteristics, a method commonly used in the art generally uses a method of forming a ceramic composition using an oxide of a transition metal as a colorant, and multilayer ceramic parts for semiconductor packages have high melting points such as W and Mo. The metallization process of co-firing together with ceramics in a reducing atmosphere using a metal having a conductive material reduced the transition metal oxide, which is a colorant component in the ceramics, to develop color due to a reductive minor component crisis. There was a case of deteriorating characteristics.

즉, 종래에는 전자부품용 착색 세라믹스를 제조하기 위해서는 일반적으로 천이금속 특히, Ti의 산화물인 TiO₂를 이용하여 환원성 분위기에서 1500~1600℃의 온도로 소결하여 TiO₂의 환원을 유발시켜 TiO_2-n의 결함구조 형태로 존재하게 함으로써 착색시키는 방법이 주로 사용되어 왔으나, 세라믹스를 흑갈색 계통으로 착색시키는데에는 효과적이지만 TiO₂격자결함에 의한 물질의 전기적 저항이 낮아지므로 세라믹스 부품전체의 전기적 특성이 열화되어 고밀도, 고신뢰도를 요구하는 집적회로용 다충 세라믹 팩키지 재료로 사용하기에는 큰 문제점으로 되고 있다.That is, conventionally, by typically using a transition metal in particular, the oxides of Ti TiO ₂ sintered at a temperature of 1500 ~ 1600 ℃ in a reducing atmosphere causes the reduction of TiO ₂ in order to manufacture the electronic components for coloring ceramic TiO _{2- The} method of coloring by making it exist in the form of a defect structure of _n has been mainly used, but it is effective in coloring the ceramic to a blackish brown system, but the electrical resistance of the material due to the TiO ₂ lattice defect is lowered, so that the electrical properties of the entire ceramic part are deteriorated. It is a big problem to use as a multi-package ceramic package material for integrated circuits requiring high density and high reliability.

또한, 상기 결함을 극복하기 위하여 착색제인 TiO₂의 사용량을 적게 사용하는 방법이 있지만, 이는 착색효과가 저하되는 문제점이 있었다.In addition, there is a method of using a small amount of TiO ₂ as a colorant in order to overcome the defect, but this has a problem that the coloring effect is lowered.

따라서, 본 발명은 전기적 특성의 열화를 방지하고 동시에 흑갈색으로 착색시킬 수 있는 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a composition which can prevent deterioration of electrical properties and at the same time color it into blackish brown.

상기 목적 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 다른 목적들을 성취하기 위하여 90~94wt%의 Al₂O₃와 6~10wt%의 SiO₂+MgO+CaO로 구성되는 세라믹 조성물 100중량부에 대하여 착색제로서 1~2중량부의 Cr₂O₃, 0.2~0.8중량부의 TiO₂, 0.1~0.4중량부의 W 또는 Mo의 금속산화물을 첨가함으로서 세라믹스 부품의 전기적 절연특성을 저하시키지 않으면서도 흑갈색 계통으로의 착색특성도 우수한 착색 알루미나 자기 조성물을 얻을 수 있었다.As a colorant based on 100 parts by weight of a ceramic composition composed of 90 to 94wt% Al ₂ O ₃ and 6 to 10wt% SiO ₂ + MgO + CaO to achieve the above objects as well as other objects that can be easily expressed. The addition of ˜2 parts by weight of Cr ₂ O ₃ , 0.2 to 0.8 parts by weight of TiO ₂ , and 0.1 to 0.4 parts by weight of metal oxides of W or Mo provides excellent coloring characteristics to the black-brown system without deteriorating the electrical insulation properties of ceramic components. A colored alumina ceramic composition was obtained.

본 발명의 조성물에 있어서, Al₂O₃가 90wt% 이하가 되면 조성자체의 전기적 절연특성이 저하되어 고밀도 집적회로용 팩키지로 사용할 수 없고, 94wt% 이상이 되면 사용되는 금속도체와의 금속화(metallizing) 특성이 저하되어 접합강도 등에 악영향을 미치게 된다.In the composition of the present invention, when the Al ₂ O ₃ is 90wt% or less, the electrical insulating properties of the composition itself is lowered and cannot be used as a package for a high density integrated circuit, and when it is 94wt% or more, metallization with the metal conductor used ( Metallizing) is deteriorated, which adversely affects joint strength.

한편, TiO₂가 과량 첨가되면 우수한 발색특성을 나타내는 반면에 전기적 특성이 열화되게 되므로, 소량의 TiO₂와 Cr₂O₃를 동시에 첨가함으로서 Ti의 과량 사용으로 인한 전기적 특성의 열화를 방지하며 Cr과 Ti의 혼합사용으로 인하여 착색효과를 향상시킨다.On the other hand, when TiO ₂ is added excessively, it exhibits excellent color development characteristics while deteriorating electrical properties. Therefore, by adding a small amount of TiO ₂ and Cr ₂ O ₃ simultaneously, the degradation of electrical properties due to excessive use of Ti is prevented. The mixing effect of Ti improves the coloring effect.

그러나, 착색제로서 TiO₂와 Cr₂O₃만을 사용할 경우에는 착색효과도 뛰어나지 못할 뿐아니라 전기적 특성도 요구되는 만큼 나타나지 못하게 되어 제 3의 착색제 성분으로 W 또는 Mo의 금속산화물을 소량첨가하여 착색특성 및 전기적 특성을 향상시키는 것이 본 발명의 특징이다.However, when only TiO ₂ and Cr ₂ O ₃ are used as the colorant, not only the coloring effect is excellent, but also the electrical properties are not required as required, so that a small amount of W or Mo metal oxide is added as a third colorant component. It is a feature of the present invention to improve the electrical properties.

그러나, 상기 세라믹 조성물 100중량부에 대하여 TiO₂를 0.8중량부 이상으로 사용하면 부품의 전기적 절연특성이 열화되고, 0.2중량부 이하로 사용시에는 착색효과가 나타나지 않고, Cr₂O₃를 2중량부 이상으로 사용하면 TiO₂와의 상호작용에 의해 전기적 특성이 저하되고, 1중량부 이하로 사용할 때에는 착색효과가 나타나지 않았다.However, the ceramic composition based on 100 parts by weight By using the TiO ₂ less than 0.8 parts by weight and deterioration of the electrical insulation properties of the components, and 0.2 without the there coloring effect when using not more than parts by weight, Cr ₂ O ₃ to 2 parts by weight using more than the electrical characteristics is reduced by the interaction with the TiO _2, was no coloring effect when using more than 1 parts by weight.

또한, 제 3의 착색제 성분 즉, W나 Mo의 금속산화물을 0.4중량부 이상 사용하면 환원성 분위기에서 소성시 금속으로 환원되는 양이 증가하여 부품 적재용으로 사용하는 Mo 플레이트(plate)와 반응하게 되는 문제가 발생하며, 0.1중량부 이하로 사용하면 전기적 특성 발현 및 착색효과 발현에 영향을 미치지 못하게 된다.In addition, when the third colorant component, that is, W or Mo metal oxide of 0.4 parts by weight or more, the amount of reduction to the metal when firing in a reducing atmosphere increases and reacts with the Mo plate used for loading parts. Problem occurs, and when used in less than 0.1 parts by weight will not affect the expression of electrical properties and the coloring effect.

다음의 실시예 및 비교예는 본 발명의 착색 알루미나 자기조성물 및 이의 효과를 좀 더 구체적으로 설명하는 것이지만, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.The following examples and comparative examples more specifically describe the colored alumina magnetic composition of the present invention and its effects, but do not limit the scope of the present invention.

실시예 1Example 1

92wt%의 Al₂O₃와 8wt%의 SiO₂+MgO+CaO로 구성되는 원료조성 100중량부에 대하여 하기 표1에 기재된 바와 같이 착색제로서 Cr₂O₃1.5중량부, TiO₂, 0.6중량부와 MoO₃0.1중량부를 첨가한 착색 세라믹 조성물에 무기원료 100wt%에 대하여 10wt%의 유기물이 되도록 유기결합제로서 폴리비닐부티랄(PVB), 가소제로서 부틸벤질푸탈레이트(BBP), 분산제등을 첨가하고 볼 밀(ball mill)로 혼합하여 슬러리를 제조한후, 닥터 블레이드(Doctor blade) 방법을 사용하여 0.6mm 두께의 그린 시이트(green sheet)로 캐스팅(casting)한 다음, 가습수소의 환원분위기하에서 1575℃로 2시간동안 소결하여 시험편을 제조하였다.1.5 parts by weight of Cr ₂ O ₃ , TiO ₂ , 0.6 parts by weight of Cr ₂ O ₃ as a colorant, as shown in Table 1, based on 100 parts by weight of a raw material composition consisting of 92 wt% Al ₂ O ₃ and 8 wt% SiO ₂ + MgO + CaO. And polyvinyl butyral (PVB) as an organic binder, butylbenzyl phthalate (BBP) as a plasticizer, and a dispersing agent were added to the colored ceramic composition to which 0.1 parts by weight of MoO ₃ was added so as to be 10 wt% of organic matter with respect to 100 wt% of inorganic raw materials. The slurry was prepared by mixing in a ball mill, cast into a 0.6 mm thick green sheet using a doctor blade method, and then 1575 under a reducing atmosphere of humidified hydrogen. The specimen was prepared by sintering at 2 ° C. for 2 hours.

제조된 시험편에 대한 전기적 특성 즉, 유전상수, 절연저항, 유전손실율을 본 발명이 속하는 기술분야에서 사용되는 통상의 방법을 사용하여 측정하고, 착색정도를 육안으로 관찰하여 그 결과를 하기 표1에 기재하였다.The electrical properties, ie dielectric constant, insulation resistance and dielectric loss rate of the prepared test piece were measured using conventional methods used in the technical field to which the present invention belongs, and the coloration was visually observed and the results are shown in Table 1 below. Described.

실시예 2~3 및 비교예 1~9Examples 2-3 and Comparative Examples 1-9

착색제의 조성을 하기 표 1에 기재된 바와 동일하게 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 시험편을 제조하고 제조된 시편의 전기적 물성치와 착색정도를 측정 및 관찰하여 하기 표1에 기재하였다.Except that the composition of the colorant was the same as described in Table 1, except that the test piece was prepared in the same manner as in Example 1, and measured and observed the electrical properties and the degree of coloring of the prepared specimens are shown in Table 1 below.

상술한 실시예 및 비교예로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 착색 알루미나 자기 조성물을 사용하여 전자부품용 착색 알루미나 세라믹스를 제조할 경우 유전손실이 낮고, 유전율도 낮으며 절연저항이 큰 것 등의 전기적 특성이 우수하고, 흑갈색으로의 착색효과도 뛰어남을 알 수 있으며, 이로인하여 발열량이 많거나 고품위가 요구되는 핀 그리드 어레이 팩키지(pin grid array package)나 리드리스 칩 캐리어(leadless chip carrier) 등의 다층 세라믹 팩키지(multilayer ceramic package) 제조에 효과적으로 사용될 수 있다.As can be seen from the above-described examples and comparative examples, when manufacturing colored alumina ceramics for electronic components using the colored alumina magnetic composition of the present invention, the dielectric loss is low, the dielectric constant is low, and the insulation resistance is large. It can be seen that the electrical characteristics are excellent and the coloring effect to black brown is also excellent, which leads to the development of a pin grid array package or a leadless chip carrier which requires high heat generation or high quality. It can be effectively used in the manufacture of multilayer ceramic packages.

Claims

1 to 2 parts by weight of Cr ₂ O ₃ , 0.2 to 0.8 parts by weight of TiO ₂ as a colorant based on 100 parts by weight of a ceramic composition composed of 90 to 94 wt% of Al ₂ O ₃ and 6 to 10 wt% of SiO ₂ + MgO + CaO. And 0.1-0.4 parts by weight of a metal oxide of W or Mo is added colored alumina porcelain composition.