KR930008458B1 - 착색 알루미나 세라믹 조성물 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

착색 알루미나 세라믹 조성물

제 1 도는 본 발명에 사용되는 고용체 성분인 CoO-TiO₂의 상평형도.

본 발명은 전자부품용 착색알루미나 세라믹 조성물, 특히 암색계로 착색시킨 알루미나 절연체 세라믹 조성물에 관한 것이다. 전자부품, 예로는 반도체 집적회로용 팩키지 Package 등의 전자부품에 사용되는 세라믹스로서는, 절연특성이 우수하고, 기계적 강도가 크며, 열전도도가 양호한 것이 요구된다. 특히 기계적 강도가 요구되는 경우 알루미나가 적당하다. 사용 목적에 따라 위의 여러특성 이외에도 축열을 방지하기 위해 열방산이 양호하고, 광투과가 되지 않도록 암색계로 착색하는 것이 필요하다. 본 발명체 의 알루미나 절연체 세라미 조성물은 통상적인 알루미나의 소성온도인 1600~1700℃보다 저온인 1350~1500℃의 온도에서 소결이 가능하며, 치밀하고 우수한 전기적 물성을 나타내므로 집적회로용 기판 및 팩키지등의 전자부품용 절연체로서 사용될 수 있으며, 구조용 부품으로도 사용될 수 있다.

종래 알루미나계 세라믹을 이용한 IC기판 집적회로용 기판 및 팩키지등의 전자부품용 재료 또는 고강도 고인성이 요구되는 치공구를 제조하는 경우 1600~1700℃정도의 고온에서 소성하며, 이에 따른 전기로 수명의 저하, 소모 전력량의 증가, 제조단가의 증가, 입성장 증가에 의한 표면 평활도의 저하등의 문제점이 발생하며, 또한 광흡수성이 요구되는 경우나 오염으로 인한 변색방지가 요구되는 경우 착색을 하게 되는데, 이때 착색제의 영향으로 절연저항등의 전기적 물성이 저하되는 결점이 발생된다. 이를 위해 보다 저온에서 소성되고 착색 가능한 알루미나계 세라믹 조성물이 요구되어져 왔다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하고, 요구를 충족시키고자, CoO, TiO₂및 MgO로 이루어지는 고용체가 2~10wt% 함유되고 잔부를 Al₂O₃로 하는 착색 알루미나계 세라믹 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명자는 알루미나계 세라믹스에 착색되는 소결조제를 검토한 결과, CoO, TiO₂, MgO의 분말을 혼합하여 하소한 상태에서 소결조제로서 사용하는 것이 특히 유효한 것을 인식하게 되었는데, CoO, TiO₂의 융점은 단독으로는 AL₂O₃의 소결 온도보다 높지만, 제 1 도에서 보는 바와같이 Ti₂O와 CoO의 조합비에 따라 공융점이 존재하는데, 착안하여 CoO와 TiO₂를 동시 첨가함으로써, 액상 소결을 일으켰다.

즉, 본 발명에 있어서는 CoO와 TiO₂를 동시 첨가함에 따라 소결 온도를 1350~1500℃로 낮추는 것이 가능하게 되었다.

상기 목적을 달성하고자 본 발명의 착색알루미나 세라믹 조성물은 CoO, TiO₂및 MgO로 이루어지는 고용체가 2~10wt%함유하고, 나머지가 Al₂O₃로 구성된다.

상기 CoO-TiO₂-MgO계 고용체를 Al₂O₃중량에 대하여 5~8wt% 첨가하면 특히 바람직하다.

첨가량을 2~10wt%로 한정하는 것은 2wt% 이하에서는 착색의 정도와 밀도가 낮아지며, 10wt% 이상에서는 절연저항등의 전기적 물성과 더불어 알루미나 고유의 기계적 물성이 저하된다.

좀 더 상세한 본 발명의 조성물을 설명하면, CoO가 20~80wt%, TiO₂가 80~20wt%인 CoO-TiO₂계 조성물에 MgO를 5~20wt% 첨가한 CoO-TiO₂-MgO계 고용체 2~20wt%와 Al₂O₃가 98~90wt%로 구성된다.

CoO-TiO₂계 조성물의 구성비를 한정시킨 것은, TiO₂가 제 20wt%보다 적은 경우 융점이 상승하여 액상소결이 발생되지 못하여 밀도가 작게되며, 또한 TiO₂가 80wt%를 넘는 경우 유전손실이 크게 증가하고 착색의 농도가 낮아지게 된다. 또한 상기 CoO-TiO₂혼합물에 첨가하는 MgO를 5~20wt%로 한정하는 것은 5wt% 이하에서는 MgO의 결정립 미세화 효과가 발휘되지 못하고, 또한 20wt% 이상에서는 소결을 저해하여 밀도를 감소시키기 때문이다.

상기 CoO-TiO₂-MgO고용체는 해당 구성비로 평량된 조성물을 800~1000℃에서 1~3시간 하소후 볼밀이나 진동밀등의 수단에 의해 분쇄하여 제조되는 바, 상기 하소온도가 800℃ 이하에서는 CoO-TiO₂상호간의 고용반응이 제대로 진행치 못하며, 1000℃ 이상에서는 생성되는 하소물의 입자가 커지고 경도가 높아져서 분쇄하기가 곤란하고 첨가제로서 좋지 못하다.

이렇게 제조된 CoO-TiO₂-MgO계 고용체는 Al₂O₃중량에 대해 2~10wt% 특히, 5~8wt%가 첨가되는 것이 좋으며,이 고용체-Al₂O₃조성물은 대기중 1350~1500℃ 특히 1400~1500℃에서 소성되는 것이 좋고 담청색 계통의 색조를 띄며, 밀도 3.85gcm³이상, 절연저항10¹⁴Ω·cm이상, 유전상수 8~10, 유전손실 1×10^-3이하의 착색알루미나가 제조될 수 있다.

상기 소성온도가 1350℃ 이하에서는 소결이 진행되지 못하면 1500℃ 이상에서는 입성장이 현저하고 오히려 물성이 저하된다.

본 발명에 따른 착색알루미나 세라믹 조성물은 다음과 같은 효과를 나타낸다.

가 저온소결 : 알루미나 소결체의 소성온도를 현저히 낮출수 있어 제조원가 절감이 가능하다.

나 우수한 전기적 물성 : 저온 소성에도 불구하고 절연저항등의 전기적 특성이 우수하다.

다 착색 : 광 흡수성 보유 및 오염으로 인한 변색장지를 할 수 있다.

다음의 실시예에서 본 발명의 조성물의 제조방법 및 그 효과에 대하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 다음의 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

[실시예 및 비교실시예]

하기 표1에 기재된 바와같이 CoO TiO₂비에 따라 MgO첨가량을 종류별로 변화시켜 배합하고, 볼밀 혼합하여 900℃ 1시간 하소한다.

하소분말은 진동밀에 의해 분쇄하여 첨가제로 사용한다. 평균입경 1㎛의 Al₂O₃에 첨가제의 종류량을 변화하여 배합하고 볼밀로 혼합한다.

각각의 제조된 혼합분말 100중량부에 대하여 용제로서 에탄올 300중량부, 결합제로서 폴리비닐부티랄 PVB 1중량부에 첨가하여 혼합부 건조시켜 2t cm²의 성형압으로 성형하여 1300~1550℃의 온도에서 소성한다.

이렇게 제조된 착색알루미나 세라믹 조성물의 전기적 특성을 표1에 나타내었는바, 유전상수와 유전손실계수는 LCR Meter를 이용하여 상온(25℃), 1MHz에서의 측정치이며, 절연저항은 DC500V, 25℃, 부하시간 1분하에서의 측정치이고, 육안으로 색조관찰 하였다.

아울러 본 발명에 따른 조성물과 대비할 목적으로 본 발명의 범위를 벗어난 조성물을 상기 방법과 동일하게 제조하여 같은 방법으로 물성들을 측정하여 표1에 기재하였다.(비교예 : 1, 5, 6, 11, 12, 14, 18)

[표 1]

○은 본 발명에 해당되는 표시임.

3wt% SiO₂·CaO첨가됨.

Claims (2)

1. Al₂O₃주성분으로 하는 알루미나 세라믹 조성물에 있어서, CoO-TiO₂-MgO로 이루어진 고용체를 2~20wt% 첨가하는 것을 특징으로 하는 착색알루미나 세라믹 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, CoO-TiO₂-MgO의 고용체는 CoO 20~80wt%, TiO₂80~20wt%의 조성물에 MgO를 5~20wt% 첨가하는 것을 특징으로 하는 착색알루미나 세라믹 조성물.

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