KR0143070B1

KR0143070B1 - Colored ceramic composition for electronic parts

Info

Publication number: KR0143070B1
Application number: KR1019900021175A
Authority: KR
Inventors: 박찬욱; 황종희
Original assignee: 한형수; 삼성코닝주식회사
Priority date: 1990-12-20
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1998-07-15
Also published as: KR920011958A

Abstract

본 발명은 전자부품 착색 세라믹 조성물에 관한 것으로, 기본재료로 Al₂O₃가 함유되어 있고 착색 첨가성분이 함유되어 있는 전자부품용 착색 세라믹 조성물에 있어서, 그 기본재료로서 Al₂O₃가 88 ∼ 94 중량 % 함유되어 있고, 여기에 착색 첨가제로서 TiO₂가 0.5 ∼ 4 중량 %, MnO₂가 1.5 ∼ 5 중량 %, SiO₂가 1 ∼ 5 중량 %, Te₂O₃가 0.5 ∼ 4 중량 %, CoO 가 0.1 ∼ 3 중량 %, 그리고 MgO 가 0.1 ∼ 1.5 중량 % 함유되어 있어서, 종래에 비해 제반특성이 저하됨이 없이 10 % 이상 향상된 기게적 강도를 갖는 세라믹 소결체를 얻을 수 있도록 한 반도체 IC 회로를 보호하는 세라믹 흑색 소결체로 유용한 전자부품용 착색세라믹 조성물에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic component coloring ceramic composition, wherein in the coloring ceramic composition for electronic parts containing Al ₂ O ₃ as a base material and containing a coloring additive component, Al ₂ O ₃ is 88 to ₃ as the base material. contained 94% by weight, and a coloring additive herein TiO ₂ 0.5 to 4% by weight, MnO ₂ is 1.5 to 5% by weight, SiO ₂ is 1 to 5% by weight, 0.5 to 4% by weight of Te ₂ O _3, Containing 0.1 to 3% by weight of CoO and 0.1 to 1.5% by weight of MgO, the semiconductor IC circuit is protected so that a ceramic sintered body having a mechanical strength of 10% or more can be obtained without compromising overall characteristics. The present invention relates to a colored ceramic composition for electronic parts useful as a ceramic black sintered body.

Description

Colored ceramic composition for electronic parts

본 발명은 잔자부품용 착색 세라믹 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주로 반도체 IC 회로를 보호하는 세라믹 포장재로 사용되는 세라믹 조성물의 조성을 개선시켜 줌으로써, 전기절연 특성이 우수하고 색상안정이 가능하며 특히 기계적인 강도면에서도 우수한 특성을 지닌 새로운 조성의 착색 세라믹 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a colored ceramic composition for residue parts, and more particularly, by improving the composition of a ceramic composition mainly used as a ceramic packaging material for protecting semiconductor IC circuits, and having excellent electrical insulation properties and color stability, and in particular, mechanical The present invention relates to a colored ceramic composition of a new composition having excellent properties in terms of its strength.

일반적으로 착색 세라믹 조성물은 전기적 특성이나 착색특성 그리고 기계적 특성이 우수하여 각종 전기·전자제품의 IC 회로 보호용 패키지 등으로 이용되어 왔다.In general, the colored ceramic composition has been used as a package for protecting IC circuits of various electrical and electronic products due to its excellent electrical, coloring, and mechanical properties.

그 예로서, 일본특허공고 소 47-45158 호에서는 그 세라믹 조성이 Al₂O₃90.7 ∼ 98.5%, MnO₂1.2 ∼ 9.0%, CoO 0.3 ∼ 5%, Cr₂O₃1.2 ∼ 9.0%, V₂O₅1.2 ∼9.0%의 중량비로 이루어져 있어서, 전기적, 기계적 및 열적특성이 우수하고 환원분위기 중에서도 절연특성이 열화되지 않도록 하는 기술이 개시되어 있다.As an example, in Japanese Patent Publication No. 47-45158, the ceramic composition is Al ₂ O ₃ 90.7 to 98.5%, MnO ₂ 1.2 to 9.0%, CoO 0.3 to 5%, Cr ₂ O ₃ 1.2 to 9.0%, V ₂ O ₅ consists of 1.2 to 9.0% by weight, excellent in electrical, mechanical and thermal properties, and a technique for preventing insulation properties from deteriorating in a reducing atmosphere is disclosed.

그러나, 이러한 조성물은 알루미나 함량이 높아 절연특성은 우수하나 소성온도가 너무 높기 때문에 제조단가에 악영향을 미치며, 또 알루미나 함량이 높음에도 불구하고 곡강도 값이 최대 2,700 ㎏/㎠로 낮기 때문에 문제점이 있는 것으로 지적되고 있다.However, this composition has a high alumina content and excellent insulation properties but adversely affects the manufacturing cost because the firing temperature is too high, and despite the high alumina content, there is a problem because the bending strength value is up to 2,700 kg / ㎠ It is pointed out.

또한, 최근에 개발된 기술로서는 세라믹 조성이 Al₂O₃88 ∼ 94%, MnO₂1.2 ∼ 5%, CoO 0.2 ∼ 2%, TiO2 0.8 ∼ 4%, Fe₂O₃1 ∼ 2.5%, SiO₂0.5 ∼ 5%의 중량비로 구성되어, 저온소결, 전기절연특성, 열전도성 등의 기본특성을 만족시키면서 특히, 극히 적은 α-선을 방출하고 산화 및 환원분위기에서 안정한 색상을 가질 수 있도록 된 착색 세라믹 조성물이 제안되어 있다.In addition, recently developed technologies include ceramic composition of Al ₂ O ₃ 88-94%, MnO ₂ 1.2-5%, CoO 0.2-2%, TiO 2 0.8-4%, Fe ₂ O ₃ 1-2.5%, SiO ₂ It is composed of 0.5 to 5% by weight, and it meets basic characteristics such as low temperature sintering, electrical insulation, and thermal conductivity, and in particular, it is a colored ceramic which emits very little α-ray and has a stable color in an oxidation and reduction atmosphere. A composition is proposed.

이 조성물의 경우에도 소성온도가 낮고 α-선 방출의 암흑색 소결체를 얻을 수 있는 점에서 진보적인 기술이라 할 수는 있지만, 기계적 강도면에서 곡강도 값이 3,000 ㎏/㎠ 이하이므로 강도면에서는 개선의 여지가 있었다.In the case of this composition, it is an advanced technique in that the firing temperature is low and a dark sintered body having α-ray emission can be obtained. However, in terms of mechanical strength, the bending strength value is 3,000 kg / cm 2 or less, which is why There was room.

따라서, 본 발명은 종래와는 다른 조성을 갖도록 하므로써, 전자부품용 세라믹 소결체에 요구되는 절연특성 및 색상특성을 만족시키면서도 높은 기계적 강도를 갖는 개선된 착색 세라믹 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an improved colored ceramic composition having high mechanical strength while satisfying the insulating and color characteristics required for ceramic sintered compacts for electronic components.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 기본재료로 Al₂O₃가 함유되어 있고, 착색 첨가성분이 함유되어 있는 전자부품용 착색 세라믹 조성물에 있어서, 그 기본재료로서 Al₂O₃가 88 ∼ 94 중량% 함유되어 있고, 여기에 착색 첨가제로서 TiO₂가 0.5 ∼ 4 중량%, MnO₂가 1.5 ∼ 5 중량%, SiO₂가 1 ∼ 5 중량%, Fe₂O₃가 0.5 ∼ 4 중량%, CoO가 0.1 ∼ 3 중량%, 그리고 MgO가 0.1 ∼ 1.5 중량% 함유되어 있는 것을 그 특징으로 한다.The present invention relates to a colored ceramic composition for an electronic component containing Al ₂ O ₃ as a base material and a coloring additive component, wherein 88 to 94% by weight of Al ₂ O ₃ is contained as the base material. TiO ₂ is 0.5 to 4% by weight, MnO ₂ is 1.5 to 5% by weight, SiO ₂ is 1 to 5% by weight, Fe ₂ O ₃ is 0.5 to 4% by weight, CoO is 0.1 to 3% by weight, And it is characterized by containing 0.1-1.5 weight% of MgO.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.

본 발명은 착색 세라믹 조성의 기본재료인 알루미나 성분 Al₂O₃에 착색을 위한 성분으로 TiO₂, MnO₂, SiO₂, Fe₂O₃, CoO 및 MgO가 첨가 구성되어 있는 것이다.In the present invention, TiO ₂ , MnO ₂ , SiO ₂ , Fe ₂ O ₃ , CoO, and MgO are added to the alumina component Al ₂ O ₃ , which is a basic material of the colored ceramic composition, for coloring.

이러한 본 발명에 있어서, 상기 세라믹 조성물의 성분 중 MnO₂가 1.5% 미만이면 착색농도가 옅어지고 5%를 넘으면 세라믹의 기계적 강도에 악영향을 미친다. 또, TiO₂의 경우도 0.5% 미만이면 착색농도가 떨어지고 4%를 넘으면 세라믹의 기계적 강도가 떨어지고, TiO₂가 변화되어 형성된 Ti₃O₅, TiO에 의해 반도체화되기 때문에 주위분위기에 민감해지고 전기절연성이 크게 떨어지게 되어 좋지 못하다.In the present invention, when the MnO ₂ of the components of the ceramic composition is less than 1.5%, the coloring concentration becomes thinner, and if it exceeds 5%, it adversely affects the mechanical strength of the ceramic. Also, in case of TiO _2, the coloring concentration drops below 0.5%, and the mechanical strength of the ceramic falls below 4%, and the TiO ₂ changes into semiconductors due to Ti ₃ O ₅ and TiO formed, which makes it sensitive to the ambient atmosphere. It is not good because the insulation is greatly reduced.

또한, Fe₂O₃의 경우에는 0.5% 미만이면 검은색상을 발현시키는데 지장을 초래하고 4% 이상이면 소결체가 환원분위기하에 놓일 경우 Fe₂O₃가 Fe₂O 등으로 환원되기 쉽기 때문에 Al₂O₃와 고용체를 만들기 못하여 전기절연 특성 저하 및 색상의 변색을 초래하게 된다.In the case of Fe ₂ O ₃ is so easy to be reduced to Fe ₂ O ₃ is Fe ₂ O, etc. When hindered sikineunde express the black color is less than 0.5%, and placed under not less than 4%, the sintered body is reduced atmosphere Al ₂ O ₃ and solid solution can not be produced, resulting in deterioration of electrical insulation properties and discoloration of colors.

그리고, CoO는 그 함량이 0.1% 미만에서는 CoO가 Al₂O₃에 고용되거나 안정한 소지(matrix)상을 형성하여 착색효과를 나타내는 것을 기대할 수 없고, CoO 첨가에 의한 결정성장억제 효과를 기대할 수 없으며, 3% 이상이면 오히려 소결밀도를 저하시켜 기계적 강도나 전기절연특성에 악영향을 미치게 된다.In addition, when the content of CoO is less than 0.1%, CoO cannot be dissolved in Al ₂ O ₃ or form a stable matrix to exhibit a coloring effect, and the effect of inhibiting crystal growth by adding CoO cannot be expected. If it is more than 3%, the sintered density is lowered, which adversely affects mechanical strength or electrical insulation properties.

그외에도 SiO₂의 함량이 1% 이하이면 첨가효과가 나타나지 않으며 5% 미만에서는 함량이 증가될수록 유리상의 생성이 많아져 기공을 채워주기 때문에 강도증진에 효과가 있으며, 만일 함량이 5% 이상이면 소결밀도가 저하되고 색상이 암흑색에서 벗어나게 된다.In addition, if the content of SiO ₂ is 1% or less, no additive effect is observed. If the content is less than 5%, the glass phase increases as the content is increased, thereby filling the pores. The density decreases and the color leaves the dark.

또한, MgO의 경우 0.1% 이하면 첨가효과가 나타나지 않으며 1.5% 이상이면 암흑색에서 크게 벗어나 갈색의 색상을 띄게 된다.In addition, in the case of MgO, the addition effect is less than 0.1%, and in the case of 1.5% or more, it is largely out of dark black to have a brown color.

한편, 본 발명이 고온 산화분위기에서 소결되어 암흑색으로 착색되는 이유는 첨가해준 산화물들이 Mn₂O₃, Ti₂O₃, Fe₂O₃등으로 변화되어 Al₂O₃와 반응하고 고용체를 형성하면 이 고용체가 흑색으로 발현되기 때문이다. 그리고 이러한 본 발명의 조성이 높은 기계적 강도를 얻을 수 있는 이유는 SiO₂함량의 증가로 유리상이 많이 생성되어 기공을 많이 채워줌으로서 치밀한 구조를 얻을 수 있기 때문이며, 그러한 미세구조적으로 볼 때 첨가해준 CoO 조성 중 일부는 쐐기(Pinning)효과를 나타내어 알루미나의 입자 성장을 막아주고 여기에 첨가해준 MgO 조성의 Mg²⁺이온이 입계에 분리되어 입계(grain boundary)의 이동속도를 선택적으로 조절해주는 결과를 나타내어 전반적으로 고른 입자성장이 되고 미세한 구조로 가질 수 있기 때문이다.On the other hand, the present invention sintered at a high temperature oxidizing atmosphere, the reason that colored in dark colors is oxide haejun added have been changed such as _{_{_{Mn 2 O 3, Ti 2 O}}} 3, Fe 2 O 3 to form a reaction with Al ₂ O _3, and solid solutions This is because this solid solution is expressed in black. And the reason why the composition of the present invention can obtain a high mechanical strength is because the glass phase is generated by increasing the content of SiO ₂ to fill a lot of pores to obtain a dense structure, CoO added in view of such a microstructure Part of the composition showed a pinning effect, which prevented the growth of alumina particles, and added Mg ²⁺ ions of MgO composition to the grain boundary to selectively control the movement speed of grain boundary. This is because the overall grain growth is even and have a fine structure.

이러한 본 발명의 세라믹 조성물을 소결하는 과정을 살펴보면, 1,000 ㎏/㎠의 압력으로 성형 후 공기중에서 1,420℃로 2시간 소결하여 착색 세라믹 소결체를 얻을 수가 있다.Looking at the process of sintering the ceramic composition of the present invention, it is possible to obtain a colored ceramic sintered body by sintering at 1,420 ℃ for 2 hours in air after molding at a pressure of 1,000 kg / ㎠.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 착색 세라믹 조성의 성분을 달리 구성하므로써, 종래의 경우보다 제반특성이 저하됨이 없이 10% 이상 향상된 높은 기계적 강도를 갖는 세라믹 소결체를 얻을 수 있게 되며, 이러한 세라믹 조성물로 형성된 소결체는 반도체 IC 회로를 보호하는 세라믹 포장재로 매우 유용하며, 특히 흑색의 착색효과가 우수하여 흑색 소결체를 요구하는 소비자의 기호를 쉽게 만족시킬 수가 있다. 이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.As described above, according to the present invention, by constituting the components of the colored ceramic composition differently, it is possible to obtain a ceramic sintered body having a high mechanical strength improved by 10% or more without deteriorating overall characteristics compared with the conventional case. The formed sintered body is very useful as a ceramic packaging material for protecting a semiconductor IC circuit, and in particular, it is excellent in black coloring effect and can easily satisfy the preference of consumers who demand a black sintered body. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.

[실시예 1 ∼ 2][Examples 1 and 2]

다음 표 1 에 나타낸 바와 같은 조성으로 이루어진 세라믹 원료분말 100 g중량부와 물 45 g중량부를 혼합한 후 알루미나 볼밀로 분쇄하여 슬러리를 만들고, 이 슬러리에 유기바인더를 가해 혼합한 뒤 스프레이 건조기로 분무건조하여 100 ㎛ 정도 크기의 과립을 만든 다음, 1,000 ㎏/㎠의 압력으로 성형한 뒤 1,420℃ 산화분위기에서 2 시간동안 가열하여 소결체를 얻는다.Next, 100 g parts by weight of a ceramic raw material powder and 45 g parts by weight of water having a composition as shown in Table 1 were mixed, pulverized with an alumina ball mill to make a slurry, mixed with an organic binder, and then spray dried with a spray dryer. To form granules having a size of about 100 μm, and then molded at a pressure of 1,000 kg / cm 2 and then heated in an oxidation atmosphere at 1,420 ° C. for 2 hours to obtain a sintered body.

그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.The results are shown in Table 1 below.

[비교예 1 ∼ 2][Comparative Examples 1-2]

세라믹 조성물의 원료분말을 다음 표 1 에 나타낸 바와 같은 조성으로하고 이를 이용하여 상기 실시예와 동일한 방법으로 실시하여 소결체를 제조하였다.The raw powder of the ceramic composition was prepared in the same manner as shown in Table 1 below, and the sintered compact was prepared by the same method as in the above example.

그 결과를 다음 표 1 에 나타내었다.The results are shown in Table 1 below.

곡강도는 KS I, 2115 방법으로 측정하였다. The bending strength was measured by KS I, 2115 method.

저항은 KS I, 1307 방법으로 측정하였다. Resistance was measured by KS I, 1307 method.

상기표 1에서 알수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 경우 기계적 강도가 향상됨으로써 IC회로를 효과적으로 보호할 수 있게 된다.As can be seen in Table 1, in the embodiment according to the present invention it is possible to effectively protect the IC circuit by improving the mechanical strength.

Claims

In the colored ceramic composition for electronic components containing Al ₂ O ₃ as a base material and a coloring additive component, 88 to 94% by weight of Al ₂ O ₃ is contained as the base material, and as a coloring additive 0.5 to 4% by weight of TiO ₂ , 1.5 to 5% by weight of MnO ₂ , 1 to 5% by weight of SiO ₂ , 0.5 to 4% by weight of Fe ₂ O ₃ , 0.1 to 3% by weight of CoO, and 01 to MgO -1.5 weight% is contained, The coloring ceramic composition for electronic components characterized by the above-mentioned.