JP2015151325A

JP2015151325A - セラミック焼結体およびたパッケージ

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Publication number: JP2015151325A
Application number: JP2014028627A
Authority: JP
Inventors: 山本　浩司; Koji Yamamoto; 浩司山本; 慎也寺尾; Shinya Terao
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2015-08-24
Anticipated expiration: 2034-02-18
Also published as: JP6204219B2

Abstract

【課題】反射率が低く、熱伝導性、熱膨張係数および絶縁抵抗の高いセラミック焼結体とこれを用いたパッケージを提供する。【解決手段】酸化マグネシウムを主成分とし、希土類元素（ＲＥ）をＲＥ２Ｏ３換算で２〜１０質量％含有する主材とともに、該主材を１００質量部としたときに、モリブデンをＭｏＯ３換算で０．１〜２．０質量部含有する。パッケージは上記のセラミック焼結体を絶縁基体３として備えている。これにより熱伝導率、熱膨張率および絶縁抵抗が高く、反射率の低いセラミック焼結体およびパッケージを得ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック焼結体およびパッケージに関する。

デジタルカメラ等の撮像装置において、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子収納用パッケージとしては連射撮影および長時間動画撮影時の発熱量増大による画像品質劣化を抑制するために、高熱伝導性（≧３０Ｗ／ｍ・Ｋ）を有した基板が求められている。また大きいサイズの撮像素子（３５ｍｍフルサイズ）を搭載したときでも２次実装信頼性を確保するために、高熱膨張係数（≧８×１０^−６／℃）を有しつつ、反射率の低い基板が求められている。

このような要求に対し、従来では、着色剤としてＭｏを含有させたアルミナ質焼結体を基板として備えているものが提案されているが、このアルミナ質焼結体は、Ｍｏの添加により黒色化が図られ、基板としての反射率は低くなるものの、熱伝導性および熱膨張係数の点で上記の要求を満たすものではない。また、反射率が低く、熱伝導性、熱膨張係数および絶縁抵抗の高いセラミック焼結体は得られていない。

特開２０１０−１７７３３５号公報

従って、本発明は、反射率が低く、熱伝導性、熱膨張係数および絶縁抵抗の高いセラミック焼結体およびパッケージを提供することを目的とする。

本発明のセラミック焼結体は、酸化マグネシウムを主成分とし、希土類元素（ＲＥ）をＲＥ_２Ｏ_３換算で２〜１０質量％含有する主材とともに、該主材を１００質量部としたときに、モリブデンをＭｏＯ_３換算で０．１〜２．０質量部含有することを特徴とする。

本発明のパッケージは、上記のセラミック焼結体を絶縁基体として備えていることを特徴とする。

本発明によれば、反射率が低く、熱伝導性、熱膨張係数および絶縁抵抗の高いセラミック焼結体とこれを用いたパッケージを得ることができる。

本発明のパッケージの一例を示す断面図である。

本実施形態のセラミック焼結体は、酸化マグネシウムを主成分とし、これに希土類元素（ＲＥ）がＲＥ_２Ｏ_３換算で２〜１０質量％含有するものを主材とするものであり、さらに、上記した主材を１００質量部としたときに、モリブデンをＭｏＯ_３換算で０．１〜２．０質量部含有する。

これにより熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、熱膨張係数が８×１０^−６／℃以上であるとともに、近紫外光領域から可視光領域の波長の範囲（３６０〜７００ｎｍ）における反射率が３５％以下、絶縁抵抗が１×１０^９Ω以上のセラミック焼結体を得ることができる。以下、反射率という場合には、近紫外光領域から可視光領域の波長の範囲（３６０〜７００ｎｍ）における反射率のこととする。

これに対し、希土類元素（ＲＥ）やモリブデンの含有量が上記の範囲を外れる場合には、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、熱膨張係数が８×１０^−６／℃以上および反射率が３５％以下、絶縁抵抗が１×１０^９Ω以上のうちのいずれかの特性を満足しないものとなってしまう。

なお、このセラミック焼結体では、モリブデンの含有量をＭｏＯ_３換算で０．１〜１．０質量部とすると、セラミック焼結体の熱伝導率を３８Ｗ／ｍ・Ｋ以上にすることができる。

また、このセラミック焼結体について、モリブデンの含有量をＭｏＯ_３換算で０．５〜１．０質量部とした上で、主材中にマンガンおよび珪素から選ばれる少なくとも１種を特定の割合で含有させると、熱伝導率、熱膨張係数および絶縁抵抗をさらに高めることができるとともに、反射率をさらに低くすることができる。この場合、希土類元素（ＲＥ）およびモリブデンを含む主材中に含まれるマンガンおよび珪素の含有量はＭｎ_２Ｏ_３換算およびＳｉＯ_２換算した割合で２．５〜７質量％であることが望ましい。これにより熱伝導率を３９Ｗ／ｍ・Ｋ以上、熱膨張係数を１２×１０^−６／℃以上および反射率を３０％以下にできる。また、セラミック焼結体の絶縁抵抗を６．３×１０^１０Ω以上にすることができる。

このときセラミック焼結体に含有させる希土類元素（ＲＥ）としては、セラミック焼結体の反射率を低くできるという点で、イオン半径が０．１０７ｎｍ以下の希土類元素（ＲＥ）を選択することが望ましいが、この中でとりわけイッテルビウム（Ｙｂ）が好ましい。

なお、このセラミック焼結体は、熱伝導率、反射率および熱膨張係数を所望のレベルから低下させないものであれば、上記した添加成分以外に、マグネシウム以外のアルカリ土類金属元素、遷移金属元素などの元素およびガラスを含ませることもできる。

次に、本実施形態のセラミック焼結体を撮像素子収納用のパッケージに適用した例について説明する。図１は、本実施形態のパッケージの一例を示す断面図である。

本実施形態のパッケージとしては、撮像素子（図示せず）などのデバイスを搭載するための搭載部１を備えた絶縁基体３と、絶縁基体３の上面および下面に設けられた導体層５と、絶縁基体３の上面および下面に設けられた導体層５同士を接続するための貫通導体７とを有するものであり、この中で絶縁基体３が本実施形態のセラミック焼結体からなるものである。

上述したように、本実施形態のセラミック焼結体は、熱伝導率、熱膨張係数および絶縁抵抗が高く、一方で反射率が低いために、駆動中に高熱となり、撮像素子のようなデバイスが搭載されている付近で不要な光の反射を嫌うような装置に好適なものとなる。

このセラミック焼結体は、撮像素子のようなデバイスが搭載されるパッケージの絶縁基体３として適用したときに、デバイスの発熱量が大きくなっても熱を効率良く放散出来ることから、デバイスの熱暴走や画像の劣化を防ぐことができる。また、絶縁基体３の反射
率が低いことから、絶縁基体３からの反射光がデバイスへ入射することも抑制することができる。この点からも撮像素子からの画像の品質低下を小さくすることができる。このような理由から、本実施形態のセラミック焼結体を適用したパッケージは、撮像素子を収納するようなパッケージに好適なものとなる。また、このセラミック焼結体は高熱膨張性であることから、マザーボードとなるプリント基板への実装信頼性を向上させることもできる。

次に、本実施形態のセラミック焼結体およびこれを絶縁基体３とするパッケージの製造方法について説明する。まず、原料粉末として、酸化マグネシウム、希土類元素（ＲＥ）の酸化物および酸化モリブデンの各原料粉末を準備する。

次に、上記した原料粉末所定の割合で混合し、これに有機ビヒクルを加えて、ボールミルなどの攪拌混合機を用いて成形用の混合体を調製する。

次に、調製した成形用の混合体をシート状に成形した後、１４００〜１６００℃の温度で焼成することによって本実施形態のセラミック焼結体を得ることができる。

なお、このシート状成形体に導体層５や貫通導体７を付与し、同時焼成した場合には、図１に示すようなパッケージを得ることができる。

また、本実施形態のセラミック焼結体およびパッケージでは、熱伝導率、熱膨張係数および絶縁抵抗をさらに高め、かつ反射率をさらに低くするときには、上記した原料粉末にさらに酸化マンガンおよび酸化珪素のうちの少なくとも一種を所定の割合で加えるようにする。

まず、原料粉末として、ＭｇＯ粉末、Ｙｂ_２Ｏ_３粉末、Ｙ_２Ｏ_３粉末、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末、ＳｉＯ_２粉末およびＭｏＯ_３粉末を準備し、表１の組成となるように秤量し、次に、この混合粉末にアクリルバインダーを１４質量部、可塑剤としてＤＯＰを５質量部、溶剤としてトルエンを３０質量部含む有機ビヒクルを添加し、ボールミルを用いて４０時間ほど混合し、スラリーを作製した。次に、このスラリーをドクターブレード法を用いて成形して平均厚みが０．２ｍｍのシート状成形体を作製した。

次に、このシート状成形体を１０枚貼り合わせ、加圧積層することにより、生の積層体を作製した後、大気中、１５００℃の温度で１時間焼成して、縦、横、厚みが、それぞれ６０ｍｍ、５０ｍｍ、２ｍｍのセラミック焼結体を作製した。

作製したセラミック焼結体を反射率測定用基板のサイズ（直径１２ｍｍ×厚み１．５ｍｍ）に加工し、分光測色計（コニカミノルタ製ＣＭ−３７００ｄ）を用いて波長３６０〜７２０ｎｍの範囲にて反射率を測定した。ここでは波長が３６０ｎｍ、４００ｎｍおよび７４０ｎｍにおける全反射率を「反射率」として示した。

また、セラミック焼結体の熱伝導率はレーザーフラッシュ法により測定した。また、熱膨張係数は熱機械分析装置（ＴＭＡ）を用いて測定した。

また、セラミック焼結体の絶縁抵抗は、反射率の測定に用いたものと同様のサイズの基板両面にＩｎ−Ｇａを塗布し、この電極間の抵抗を絶縁抵抗計（ＨＩＯＫＩ電機製ＤＳＭ−８１０４）を用いて測定した。

これらの反射率、熱伝導率測定および絶縁抵抗測定はいずれも室温（２０〜２５℃）に
おいて行った。熱膨張係数測定は４０〜４００℃の範囲の平均熱膨張係数を測定した。得られたセラミック焼結体の組成をＩＣＰ分析により求めたところ、表１に示す組成に一致した。

比較例として、ＭｇＯ粉末の代わりアルミナ粉末を用いた試料を、上記と同様の方法にて作製し、同様の評価を行った（表１の試料Ｎｏ．１４）。

表１の結果から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜１３および１９〜２３では、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、熱膨張係数が８×１０^−６／℃以上、絶縁抵抗が１．２×１０^９Ω以上、近紫外光領域から可視光領域の波長の範囲（３６０〜７００ｎｍ）における反射率が３５％以下であった。

また、このセラミック焼結体において、モリブデンのＭｏＯ_３換算した含有量を、主材を１００質量部としたときの割合で０．１〜１．０質量部とした試料（試料Ｎｏ．１〜６、８〜９、１２、１３および１９〜２３）では、セラミック焼結体の熱伝導率が３８Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。

さらに、モリブデンの含有量をＭｏＯ_３換算で０．５〜１．０質量部とし、主材中に含まれるマンガンおよび珪素から選ばれる少なくとも１種の含有量がＭｎ_２Ｏ_３換算およびＳｉＯ_２換算した割合で２．５〜７質量％とした試料（試料Ｎｏ．１２、１３、１９および２０）では、熱伝導率が３９Ｗ／ｍ・Ｋ以上、熱膨張係数が１２×１０^−６／℃以上および反射率が３０％以下、セラミック焼結体の絶縁抵抗が６．３×１０^１０Ω以上であった。

さらに、セラミック焼結体に含有させる希土類元素（ＲＥ）としてイッテルビウム（Ｙｂ）を適用した試料は、同組成において、イットリウム（Ｙ）の場合よりも反射率が低かった。

これに対し、主成分としてアルミナを用いた試料（試料Ｎｏ．１４）やモリブデンを含有させなかった試料などは、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、熱膨張係数が８×１０^−６／℃以上および近紫外光領域から可視光領域の波長の範囲（３６０〜７００ｎｍ）における反射率が３５％以下のうちのいずれかの特性を満足しないものとなった。

１・・・・搭載部
３・・・・絶縁基体
５・・・・導体層
７・・・・貫通導体
９・・・・枠体

Claims

酸化マグネシウムを主成分とし、希土類元素（ＲＥ）をＲＥ_２Ｏ_３換算で２〜１０質量％含有する主材とともに、該主材を１００質量部としたときに、モリブデンをＭｏＯ_３換算で０．１〜２．０質量部含有することを特徴とするセラミック焼結体。
前記モリブデンをＭｏＯ_３換算で０．１〜１．０質量部含有することを特徴とする請求項１に記載のセラミック焼結体。
前記主材が、さらに、マンガンおよび珪素から選ばれる少なくとも１種を含有するとともに、前記マンガンおよび前記珪素をＭｎ_２Ｏ_３換算およびＳｉＯ_２換算した合計量で２．５〜７質量％、前記モリブデンをＭｏＯ_３換算で０．５〜１．０質量部含有することを特徴とする請求項１または２に記載のセラミック焼結体。
前記希土類元素（ＲＥ）がイッテルビウムであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載のセラミック焼結体。
請求項１乃至４のうちいずれかに記載のセラミック焼結体を絶縁基体として備えていることを特徴とするパッケージ。