KR100350365B1

KR100350365B1 - 세라믹 기재

Info

Publication number: KR100350365B1
Application number: KR1019990027635A
Authority: KR
Inventors: 마스히로 나쯔하라; 히로히꼬 나까따; 모또유끼 다나까; 야스히로 무라세
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2002-08-28
Also published as: KR20000011588A; CA2276951A1; US20080039312A1; US20080277841A1; EP0970932A1

Abstract

본 발명은 소결 보조제를 포함하는 세라믹 기재로서 형광 X선에 의한 그의 한쪽 주면측 및 다른쪽 주면측의 주성분 원소의 검출 강도에 대한 소결 보조제 성분 원소의 검출 강도비를 각각 a 및 b로 하고 a>b로 했을 경우 a/b≤1.3인, 고온에서의 열처리시에 발생하는 변형량이 적은 세라믹 기재를 제공한다.

Description

세라믹 기재{Ceramic Base}

본 발명은 부성분으로서 소결 보조제를 포함하는 세라믹 기재에 관한 것으로, 상기 성분이 균일하게 분포된 열변형이 적은 세라믹 기재에 관한 것이다.

종래부터 세라믹 소결에는 이를 용이하게 촉진하기 위하여 소결 보조제를 첨가한다. 특히, 그의 주성분이 질화물 및 탄화물 등의 비산화물인 경우에는 난소결성(難燒結性) 때문에 치밀한 것을 얻기 위해서 소결 보조제가 불가결하다. 특히, 질화알루미늄 및 질화규소와 같은 질화물을 주성분으로 하는 세라믹은 주성분 단독으로는 고온 고압하에서 소결되지 않으면 치밀화될 수 없다. 따라서, 이 종류의 세라믹은 소결 보조제의 역할이 크다. 예를 들어, 주성분이 질화알루미늄인 질화알루미늄 세라믹은 일본 특허 공개 제88-190761호 공보, 동 제 86-10071호 공보, 동 제85-71575호 공보, 일본 특허 제2666942호 공보 등에 기재되어 있는 바와 같이 종래부터 알칼리 토류(IIa 족) 원소 화합물 및 희토류(IIIa 족) 원소 화합물이 통상 사용되어 왔다. 질화규소 세라믹도 거의 마찬가지이다. 이들 성분은 소결 중에 주성분 중의 불순물과 반응하여 용융되고 치밀화를 촉진하여 최종적으로 주성분 결정 입자의 입계상을 형성한다.

균질한 세라믹 소결체를 얻기 위해서는 소결 보조제 성분을 포함하는 입계상을 소결체 전체에 걸쳐 균일하게 분포시키는 것이 필요하다. 따라서, 종래부터 조제 성분량을 적게 하고, 원료 분말을 균일하게 혼합하는 등, 여러 가지의 방법이 연구되어 왔다. 예를 들어 (1) 일본 특허 공고 제95-121829호 공보에 의하면, 소결 보조제를 포함하는 성형체를 탄소 중에 매설하여 4시간 이상 장시간 소성함으로써 잔류 소결 보조제의 양을 줄여 최소한으로 하고 높은 열전도율을 얻음과 동시에, 전체의 균질화를 꾀하고 있다. 또한, (2) 일본 특허 공개 제89-203270호 공보에 의하면, 소결 보조제에 미세한 유기 금속염을 소량 첨가하여 원료 성분 혼합의 균일화를 꾀하고 있다.

그러나, (1)의 방법은 장시간 소성에 의해 소결체 표면에서의 소결 보조제의 발열이 많고, 소성이 완료된 후의 소결체 내의 그 분포가 불균일해진다. 또, 에너지 비용도 과대해진다. 또한, (2)의 방법은 당초부터 소결 보조제의 양이 적기 때문에 고온에서의 소성이 필요해진다. 그 결과 동일한 문제가 발생하기 쉽다. 질화알루미늄 세라믹 및 질화규소 세라믹와 같이 그 치밀화에 있어서 소결 보조제의이용이 불가결한 세라믹에 대해서는 종래부터 그 실용 특성을 개선(예를 들어, 질화알루미늄 세라믹은 고열전도화, 질화규소 세라믹은 고강도화)하기 위한 소결 보조제의 연구가 주체가 되었다. 따라서, 여러 종류의 소결 보조제 및 그 양의 조절에 대해서는 여러 가지의 연구가 행해져 왔다. 그러나, 소결 보조제 성분을 균일하게 분포시키기 위한 연구는 적어 아직 그 충분한 성과는 얻지 못하고 있다.

본 발명자들은 이 점에 착안하여 연구를 거듭한 결과, 소결체 내의 소결 보조제 성분의 분포가 충분히 균일하지 않을 경우, 소결 후의 열처리에 의해 소결체의 변형이 조장되는 것을 확인하였다. 특히, 질화물을 주성분으로 하는 세라믹의 경우, 산화성 분위기에서의 열처리에 의해 변형이 쉽게 발생하는 것을 확인하였다. 세라믹 기재가 소결된 상태의 얇은 판상이라면 소결 시점에서의 휘어짐 양이 증가한다. 또한, 판상의 기재인 경우, 양 주면을 평행 연삭해도 그 후의 열처리에 의해 휘어짐이 재발된다. 예를 들어, 질화알루미늄 세라믹의 얇은 판을 사용하여 하이브리드 IC용 기판을 제조할 때, 동 세라믹 기판상에 Ag, Ag-Pd, Cu 등의 성분을 포함한 후막 회로 패턴을 형성한 후, 산화물 유리의 절연층을 페이스트 인쇄하고, 이것을 대기 중에서 베이킹하는 경우, 세라믹 기재의 휘어짐 양 증가가 확인되었다. 본 발명은 이러한 사실에 근거하여 이루어진 것으로, 본 발명의 과제는 소결 후의 세라믹 기재 내의 소결 보조제 성분을 균일화함으로써 이상 설명한 소결 후의 열처리에 따른 증가 변형량을 저감하는 것이다.

도 1은 본 발명의 판상 기재의 휘어짐 양을 확인하는 순서를 설명하는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1 세라믹 기재 2 받침대

3 레이저 발신원 4 레이저광

이상의 과제를 해결하기 위하여 본 발명이 제공하는 세라믹 기재는 한쪽의 주면측 소결 보조제량과 다른쪽 주면측의 소결 보조제량의 차이가 작은 것이다. 즉, 본 발명의 세라믹 기재는 소결 보조제를 포함하고 형광 X선에 의한 한쪽 주면측 및 다른쪽 주면측의 주성분 원소의 검출 강도에 대한 소결 보조제 성분 원소의 검출 강도비를 각각 a 및 b로 하고, a>b로 했을 경우, a/b≤1.3인 세라믹 기재이다. 따라서, 본 발명의 세라믹 기재의 양 주면 사이의 소결 보조제 성분의 양 차이는 30 % 이내이다.

상기 기재는 그 중에서도 특히 세라믹의 주성분이 질화물인 기재이고, 또한 세라믹이 질화알루미늄 세라믹인 기재이다.

본 발명이 제공하는 세라믹 기재는 상술한 바와 같이 소결 보조제를 포함하고, 한쪽의 주면측 소결 보조제량과 다른쪽 주면측 소결 보조제량과의 차이가 30 % 이내이다. 본 발명에서의 소결 보조제량이란, 소결 보조제를 구성하는 성분 원소의 형광 X선 피크의 합산 강도와 주성분 원소의 동일 강도에 대한 비를 나타낸다. 이 원데이터는 화학 분석치는 아니지만, 확인한 범위에서는 동일 개체 내 및 동일 제조 로트 내의 개체 사이에서는 강도비(즉, 양적 비율에 상당한다)를 얻을 수 있으면 형광 X선 피크 강도라도 또는 화학 분석치라도 양자에 거의 차이는 없으며, 그다지 문제될 것이 없다고 생각된다.

형광 X선의 피크 강도비의 확인 순서를 이하 사례에 따라서 설명하겠다. 예를 들어, 소결 보조제로서 산화이트륨(Y₂O₃)을 첨가한 질화알루미늄 세라믹 소결체의 경우에는 소결 보조제 성분인 산화이트륨의 Y원소의 형광 X선에 의한 피크강도(카운트수 또는 기록 피크의 면적)를 Y, 주성분인 질화알루미늄의 Al 원소의 동일 강도를 X로 하면, 소결 보조제량(즉, 측정 지점에서의 소결 보조제의 농도에 상당하는 양)은 Y/(X+Y)로 표시하기로 한다. 또, 예를 들어 질화알루미늄 세라믹에서 소결 보조제로서 산화칼슘(CaO)과 산화이트륨(Y₂O₃)을 조합하는 경우에는, Ca 원소의 형광 X선 피크 강도를 Y₁, Y원소의 동일 강도를 Y₂, 주성분의 Al 원소의 동일 강도를 X로 하면, 소결 보조제량은 (Y₁+Y₂)/(X+Y₁+Y₂)로 표시하기로 한다. 이하, 소결 보조제 성분이 다수 있어도 모든 성분 원소의 피크 강도의 총합을 ΣY로 하면, ΣY/(X+ΣY)로 표시된다.

또한, 소결체에서는 주성분의 일부 또는 주성분 중에 포함되는 불순물 원소와 소결 보조제 성분 사이에 통상 반응 화합물이 형성되지만(예를 들어, 주성분이 질화알루미늄이고, 소결 보조제가 산화이트륨이면 알루민산이트륨이, 산화칼슘과 산화이트륨이 소결 보조제이면 알루민산이트륨, 알루민산칼슘, 알루민산이트륨칼슘 등이 화합물로서 생성된다), 본 발명의 소결 보조제량의 산정에 있어서는 화합물 생성의 여하를 불문하고 소결 보조제량은 상기 성분 원소의 존재량으로서 표시하기로 한다. 또한, 사용하는 형광 X선의 피크는 최대 강도의 것을 사용하기로 하고, 다수의 보조제를 포함하고 그들의 피크 위치가 서로 겹치는 경우에는 겹친 소결 보조제 성분 원소의 피크 강도치를 상기 Y의 값으로서 대용하기로 한다. 또한, 주성분 원소의 피크 위치와 조소결제 성분의 피크 위치가 겹친 경우에는 편의상 겹친 피크 강도치를 배합시의 주성분과 동 소결 보조제의 중량 비율로 배분하여 주성분원소의 강도 배분치와 상기 소결 보조제 성분 원소의 강도 배분치를 각각의 강도 데이터 수치로서 사용하기로 한다.

앞에서 설명한 바와 같이, 소결 보조제를 포함하는 세라믹 기재에서는 한쪽 주면측에서의 소결 보조제량과 다른쪽 주면측의 소결 보조제량의 차이가 커짐에 따라서, 열처리 후의 소결체의 변형량 증가 현상이 나타난다. 예를 들어, 상술한 바와 같이 2개의 주면을 갖는 판상의 기재인 경우, 양 주면에서의 소결 보조제 성분량의 차이에 의해 소결 시점의 휘어짐 양이 그 후의 열처리에 의해 더욱 커진다. 또한, 변형 정도는 기재 주면의 크기 및 기재 형상에 의해 영향을 받지만, 소성 횟수에 의해서도 증가한다. 확인한 바에 따르면, 그 차이가 30 %를 넘으면 변형(예를 들어 판상 기재에서의 휘어짐)정도가 현저히 증가하고, 그 차이가 30 % 이내이면 대략 변형 증가는 작아진다. 그 차이가 15 % 이내이면 특히 변형 증가량은 적어져 보다 바람직하다. 다시 말해서, 본 발명의 세라믹 기재는 소결 보조제를 포함하고, 형광 X선에 의한 그 한쪽 주면측 및 다른쪽 주면측의 주성분 원소의 검출 강도에 대한 소결 보조제 성분 원소의 검출 강도비를 각각 a 및 b로 하고, a>b로 했을 경우, a/b≤1.3인 세라믹 기재를 사용함으로써, 소결 후의 열처리에 의한 변형량의 증가를 줄일 수 있다. 특히 a/b≤1.15인 세라믹 기재를 사용함으로써, 더욱 변형량의 증가를 줄일 수 있다.

그 메카니즘에 대해서는 명확하지는 않지만, 특히 비산화물 세라믹 소결체를 산화성 분위기에서 열처리하는 경우에 현저히 나타나므로, 기재의 산화 현상이 소결 보조제량의 차이에 의해 기재의 변형을 조장하는 것이라고 생각된다. 예를 들어, 기재의 산화 속도에 차가 생기는 것은 아닐까 추측된다. 또한, 확인한 바에 의하면, 비산화물 세라믹 중에서도 특히 질화물을 주성분으로 하는 세라믹의 경우 현저히 나타난다. 이것은 질화물을 주성분으로 하는 세라믹의 경우, 소결 분위기가 비산화성 분위기이기 때문에 첨가된 산화물계의 소결 보조제가 휘산되기 쉽다. 따라서, 소결 기재 내에 소결 보조제의 농도 차가 생기기 쉽다고 추측된다. 이와 관련하여 탄화규소 세라믹와 질화규소 세라믹을 비교하면, 이 현상은 후자쪽이 현저하다. 질화물 중에서는 특히 질화알루미늄 세라믹에서 현저해진다.

이러한 현상은 소결체의 소결 방법에 의해 좌우된다. 이하, 본 발명의 세라믹 기재의 제조 방법에 대해서 설명하겠다. 우선, 소결 보조제량의 분포 편차를 저감하기 위한 제1 방법은 성형체의 소결 충전시에 개개의 성형체 사이에 섹터를 개재시킨다. 이 섹터에는 소결체 성분과 소결 조건하에서 반응하지 않고, 연화 변형되지 않은 고융점 금속제 또는 고융점 세라믹제의 통기성이 있는 것을 사용한다. 이에 따라서 성형체끼리 직접 접촉한 상태에서 다수 겹쳐 소결하는 경우에 비하여, 겹친 면과 직접 분위기에 노출된 면 사이에서의 소결 보조제의 휘산 속도차가 작아져, 양면 사이의 소결 후의 소결조제량의 차를 줄일 수 있다. 이 경우 성형체와 섹터를 교대로 겹치고, 최상부에도 섹터를 설치함으로써 모든 성형체의 양면을 섹터와 접촉시킨다. 이에 따라서 성형체의 양면에서 스며 나오는 소결 보조제를 동일한 정도로 흡수시킬 수도 있다.

또한, 성형체의 소결시 변형을 억제하기 위해서는, 섹터 표면은 평활하고, 그의 면 전체의 굴곡 및 요철이 작은 것이 바람직하다. 또한, 이 두께 부분의 표면 조도는 소결체에서 얻고자 하는 표면 조도에 필적하는 정도로 하면 된다. 기재의 용도에도 영향을 받지만, 기재를 반도체 장치 탑재용 기판으로 하는 경우, 통상 그 표면 조도는 R_최대로 5 ㎛이하로 설정해 두는 것이 바람직하다. 이러한 섹터 재질로서는 예를 들어, 텅스텐, 몰리브덴 등의 고융점 금속 및 탄소질을 사용한다. 또한, 섹터의 형태로서는 단섬유상의 것을 묶던가, 또는 울 및 크로스에 성형체와 고온에서 반응하지 않고 안정된 세라믹 성분을 포함시키고, 프레스 성형한 것을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 성형체의 크기 및 그 형상에 따라서는, 고온에서 안정된 다공질 질화붕소(BN) 등의 질화물 세라믹로 이루어지는 성형된 시트 및 두께부가 치밀한 상기 세라믹제의 얇고 상하에 관통공을 뚫은 통기성이 좋은 판재를 개재시켜도 좋다.

소결 보조제량의 분포 편차를 저감하기 위한 제2 방법은, 개개의 성형체를 겹쳐 베이킹하는 경우, 그들 겹치는 면 사이에 소결 조건하에서 성형체와 반응하지 않는 분말 재료(예를 들어 상기한 성분을 포함하는 재료) 또는 성형체의 순수 주성분 분말에 매설하여 소결하는 방법이다. 이 경우, 최하부의 성형체 밑에는 성형체 세트의 하중 유지를 위하여 동일 재료의 섹터 또는 동일 재료로 부피 밀도가 낮고, 성형시에 형상 유지가 가능한 시트 등을 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우 개개의 성형체 사이에는 성형체와 반응하지 않는 섹터재의 얇은 층을 미리 형성해 두어도 좋다. 이렇게 함으로써, 분위기에 노출되어 있는 성형체 면과 서로 상대되어 있는 성형체 면 사이의 분위기 가스의 접촉 상태가 평준화되어, 양쪽 면 모두 거의 균일한 분위기·가열 조건이 된다.

이상 제1·제2 소결 방법에 의해 크기에 상관없이 소결체의 상기 a/b 값을 1.30 이하로, 또 비교적 작은 크기의 성형체인 경우에는 a/b 값을 1.15 이하로 저감할 수 있다. 또한, 소결 보조제의 용융점 이상의 온도에서 분위기 가스의 흐름을 거의 멈추던가 또는 상기 가스의 외부로부터의 공급 속도를 떨어뜨려 분위기 가스 흐름에 따른 영향을 줄이는 것도 유효하다. 예를 들어, 상기의 요령으로 성형체를 충전하고, 소결 보조제를 포함하는 화합물의 용융점 이상의 온도에 달하면 분위기 가스의 유속을 저하시킨다. 예를 들어, 연속 전달 방식의 질소 가스 상압 소결에서는 질화알루미늄 세라믹의 경우, 승온시의 가스 유속은 20 내지 50 ℓ/분 정도이지만, 소결 보조제의 용융점 이상의 온도에서 그 유속을 그 5 내지 30 % 정도(소결 보조제의 용융점 이상에서 가스 유속의 승온시의 가스 유속에 대한 비율 r)까지 떨어뜨리는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 로(爐)내의 가스 압력은 거의 대기압으로 유지한다. 다른 세라믹에서도 이 r은 동일 정도로 하는 것이 바람직하다. 제1·제2의 충전 방법과 그 분위기 조건을 병용함으로써 성형체 크기에 상관없이 동일 편차를 20 %이하로, 작은 크기에서는 10 % 이하로 저감할 수 있다. 또한, 본 발명에서 소결체에 사용하는 섹터는 수명이 길고 반복 사용에 견딜 수 있는 것이다.

본 발명의 기재를 얻기 위한 수단은 상기 이외에도 여러 가지로 생각할 수 있다. 예를 들어, 성형체의 형상 및 처리량에 따라서 충전 방법 및 소성 조건을 연구하는 것이 가능하다. 요컨데, 용융 후의 소결 보조제 성분의 성형체 내 이동 및 성형체 밖으로의 이동 비율을 좌우하는 분위기·온도 조건을 조절하는 것에 추가하여, 성형체 각 표면의 물질과 주변 물질과의 균등한 교환을 실현하는 적절한 수단을 취하면 좋다. 본 발명이 제공하는 세라믹 기재의 제조 방법은 이 기본 원리를 만족하는 수단이면 되고, 상기한 제조 방법 및 이하에 예시하는 실시예로 한정되지 않는다.

또한, 본 발명에서의 세라믹 기재의 휘어짐 양의 확인 순서는 구체적으로는 도 1에 나타낸 바와 같이 정반(2)상에 세라믹 기재(1)를 얹고, 레이저 발신원(3)에서 레이저광(4)을 발신시키고, 이것을 기재(1)의 단부에서 대각선 방향(또는 원 형상·타원상의 주면인 경우에는 직경 방향 또는 장경 방향)으로 주사하여 거리 d를 연속 확인한다. 이 거리 d의 최대 차이 d_최대를 ㎛ 단위까지 계량한다(도1에서는 예를 들어, a의 위치에서 d가 최대이면 그 값을 d_a로 하고, b의 위치에서 d가 최소이면 그 값을 d_b로 했을 때, d_최대는 d_a-d_b가 된다.)

이 d_최대값을 주사한 전체 거리(mm 단위, 예를 들어 도 1에서 L이 대각선 방향이면 그 길이)로 나눈 값을 휘어짐 양으로 하였다(단위는 ㎛/mm).

또한, 본 발명에서 소결 직후의 휘어짐을 계량하는 경우에는 원칙적으로 소결한 상태의 것을 대상으로 한다. 단, 이 소결 표면의 표면 조도가 큰 경우에는 양면을 간단히 연마하여 표면 조도를 R_a에서 0.3 ㎛ 이하로 한 것을 대상으로 한다. 간단히 연마한 것은 연마에서의 완성도를 높이면 소결 후의 휘어짐 상태가 변화하는 경우도 있을 수 있기 때문이다.

<실시예>

<실시예 1>

주성분으로서 평균 입경이 모두 1 ㎛인 질화알루미늄(AlN) 분말, 질화규소(Si₃N₄) 분말 및 산화알루미늄(Al₂O₃)분말을 소결 보조제 성분으로서 평균 입경 0.6 ㎛의 Y₂O₃분말, 평균 입경 0.3 ㎛의 CaO 분말, 평균 입경 0.5 ㎛의 Nd₂O₃, 평균 입경 0.6 ㎛의 Yb₂O₃분말, 평균 입경 0.8 ㎛의 SiO₂분말 및 평균 입경 0.7 ㎛의 MgO 분말을 각각 준비하였다. 이들 분말을 표 1의 좌측란 각행에 기재한 조합·중량비 조성으로 칭량하고, 에탄올 용매 중에서 볼 밀로 24시간 혼합하였다. 또한, 산화알루미늄을 주성분으로 하는 시료 번호 26 내지 29에 대해서는 표 1의 같은 란에 성분과 중량비를 각각 명기하였다. 화학식의 나중 수치는 배합 중량%이다. 혼합 분말에는 분말 칭량 총 중량 100에 대하여 유기 결합제로서 PVB(Poly Vinyl Butylal)를 10 중량% 첨가하여 혼합 슬러리로 하였다. 이 슬러리를 닥터 블레이드법에 의해 성형하여 시트로 하였다. 이 시트의 두께는 소결 후의 두께가 0.5 mm가 되도록 조제하였다. 다시 완성된 시트에서 소결 후의 칫수가 100 mm각이 되는 칫수의 성형체를 잘라낸 후, 성형체 시료 중의 결합제를 제거하였다.

별도로 표 1의 '소결 충전법, 섹터'란에 기재한 섹터·삽입용 각종 소재를 준비하였다. 이들 소재를 사용하여 표 1에 기재한 각종 충전 방법 및 소결 분위기로 각각 4시간 유지하여 소성하였다. 단, 분위기 가스는 표에 기재한 바와 같이 모두 질소(N₂)이고, 그 공급 유량은 소결 보조제의 용융점 미만의 승온 과정 및 강온시의 동 용융점 미만의 냉각 과정에서는 30 ℓ/분으로 하고, 소결 보조제의 용융점 이상의 과정에서는 표에 기재한 r를 동 유량에 곱한 공급 유량으로 하였다. 예를 들어, 시료 (1)의 경우는 4.5 ℓ/분, 시료 (16)의 경우는 15 ℓ/분으로, 각각 소결 보조제의 용융점 이상의 과정에서 질소 가스의 유량을 저하시켰다. 또한, 시료(17)의 경우는 r이 100 %이고, 그 유량은 전체 소결 공정에서 30 ℓ/분으로 일정하게 하였다. 단, 표에 기재한 온도는 최고 유지 온도를 나타내고, 같은 온도에서 4시간 유지하였다.

시료 (1) 내지 (17), (21), (26) 및 (27)에서는 표면 조도가 R_최대로 5 ㎛인 BN 소결체제 깔판상에 성형체를 5장을 겹치고, 성형체 사이 및 최상부의 성형체 위에 각각 표에 기재한 소재를 주성분으로 하는 섹터를 배치하였다. 또한, 이 섹터의 두께는 모두 0.5 mm이다. 섹터 중, 시료 (1) 내지 (8), (21), (26) 및 (27)은 모두 표에 기재한 소재를 프레스 성형하고, 여기에 순 BN 분말을 주성분으로 하는 페이스트를 충전하고, 다시 가열 프레스에 의해 시트상으로 한 것으로, 시료(9)의 것은 미리 두께 방향으로 관통하는 구멍을 뚫은 상대 습도 70 %의 두께부를 갖는 소결체이다. 또한, 시료 (10) 내지 (17)의 섹터는 기재한 소재 분말의 성형체를 질소 중에서 1800 ℃로 소성한 것이다. 또한, 시료 (18) 내지 (20)의 충전 방법은 성형체 5장을 겹치지만, 상기와 마찬가지의 BN 소결체제 깔판상에 배치하였다. 단, 소결 충전란에 기재한 소재에 성형체를 삽입한 것이다. 또한, 이 경우 성형체 사이에도 이들 소재로 이루어지는 분말층을 배치하였다. 시료 (22), (23) 및 (28)은 표면 조도가 R_최대로 5 ㎛인 BN 소결체제 깔판상에 성형체를 5장 수직으로 겹친 충전법이고, 시료 (24), (25) 및 (29)는 상기 깔판과 동일한 BN 소결체제의 밀폐 케이스내에 섹터를 사용하지 않고 성형체 1장만을 배치한 충전법이다. 또한, 표 중, R_최대는 섹터 표면의 표면 조도를 나타낸다.

이상과 같이 제조된 각 시료에 대하여 그 표리 양면 부근의 소결 보조제 원소의 양 a 및 b의 값, 두께 방향의 휘어짐 양을 상술한 방법으로 확인하였다. 확인에 있어서 양면을 간단히 브러쉬 연마로 표면 조도 Ra에서 0.3 ㎛로 완성하였다. 또한, 몇가지의 시료에 대하여 연마 전후의 상기 휘어짐 양을 확인했지만, 거의 차이는 없었다. 그 후, 이 시료를 대기 중에서 850 ℃에서 1시간 열처리하였다. 표 2에는 a/b의 계량치를 그 소결 보조제량비의 란에, 또한 소결 후의 휘어짐 양 및 열처리 후의 휘어짐의 증가량을 각각의 란에 표시하였다.

이상의 데이터로부터 섹터의 개재가 소결체의 변형량(휘어짐 양) 저감에 유효하다는 것을 알았다. 또, 산화알루미늄 세라믹의 경우, 섹터를 개재시킴으로써 소결 후의 휘어짐 양이 현저히 저하되고, 소결 후의 열처리에 의한 증가도 적기 때문에, 본 발명의 방법이 꽤 유효하다는 것도 알았다. 또한, 소결 후의 산화성 분위기 하에서의 열처리에 의한 휘어짐의 증가 비율을 보면, 주성분이 질화물인 세라믹에 비하여 산화알루미늄 세라믹은 매우 작은 것을 알았다(반대로, 조금 감소하는경우도 있다). 이것은 산화물을 주성분으로 하는 세라믹은 열처리가 산화성 분위기이기 때문에 분위기 중의 산소 영향이 작기 때문이라고 생각된다. 그러나, 질화물을 주성분으로 하는 세라믹은 섹터 삽입에 의한 변형량에 대한 효과, 열처리에 의한 그 증가량 저감의 효과 모두 큰 것을 알았다. 이것을 질화알루미늄 세라믹와 질화규소 세라믹로 대비하면 전자가 효과가 큰 것도 알 수 있다. 이상의 결과로부터 소결 보조제 성분량의 양면 차 a/b를 1.3 이하로 함으로써 소결 후의 변형량을 줄일 수 있고, 특히 질화물을 주성분으로 하는 세라믹은 소결 후의 산화성 분위기하에서의 열처리에 의한 변형량 증가가 작게 억제되는 것을 알았다. 또한, 시료 번호 (24), (25) 및 (29)와 같이 1장 간격으로 충전해도, 소결 후의 소결 보조제 성분 분포의 균일화를 꾀할 수 없으며, 변형량의 수준도 작아지지 않는 것을 알았다.

<실시예 2>

실시예 1의 각각의 기재 시료의 휘어짐 방향에 대하여 오목면측의 주면에 90 mm각의 패턴으로 Ag 페이스트를 인쇄 도포하고, 건조 후 대기 중에서 850 ℃로 30분간 가열 소성하여 이것을 베이킹하였다. 그 결과 소성 후의 휘어짐 양의 증가는 모든 시료에서 상기 표 2에 기재된 정도의 수준이었다. 그 후, 이 Ag층이 장치된 기판상에 SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃계 유리 페이스트를 인쇄 도포하고, 건조 후 대기 중에서 800 ℃로 30분간 가열 소성하여 이것을 베이킹하였다. 그 결과 소성 후의 휘어짐 양의 증가 비율은 모든 시료에서 상기 표 2에 기재한 1/2 정도의 수준이었다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 세라믹 기재 내의 소결 보조제 분포를 균일하게 조절할 수 있고, 그 결과 소결 시점에서의 변형량을 실용상 장해가 없을 정도로 억제할 수 있다. 또한, 기재 실장시의 대기 중에서 열처리를 행하는 경우 기재의 변형량 증가를 종래보다 한층 더 낮게 억제할 수 있다. 따라서, 우수한 칫수 정밀도를 갖고, 실장시·실용시 모두 그것을 안정하게 유지할 수 있는 신뢰성이 높은 세라믹 기재를 제공할 수 있다.

Claims

알칼리 토류 원소 화합물 및 알칼리 희토류 원소 화합물로 이루어진 군에서 선택된 소결 보조제를 포함하는 비산화물계 세라믹 기재로서, 형광 X선에 의한 그의 한쪽 주면측 및 다른쪽 주면측의 주성분 원소의 검출 강도에 대한 소결 보조제 성분 원소의 검출 강도비를 각각 a 및 b로 하고, a>b로 했을 경우, a/b≤1.3인 것을 특징으로 하는 세라믹 기재.
제1항에 있어서, 세라믹의 주성분이 질화물인 것을 특징으로 하는 세라믹 기재.
제2항에 있어서, 세라믹이 질화알루미늄 세라믹인 것을 특징으로 하는 세라믹 기재.