JPH01183461A - ムライトセラミック組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体素子を搭載する回路基板や半導体装置用
セラミックパッケージ等の電子部品材料として好適なム
ライトセラミック組成物に関する。

（従来の技術） 近年電子部品の高密度実装化、低コスト化に伴い、パフ
ケージおよび基板材料は低誘電率で高熱伝導性を有し、
機械的強度も高く、熱膨張率は半導体素子の熱膨張率に
より近く、しかも低コストであることが要求されるよう
になってきた。

これらの要求に対応して最近ムライトセラミックが開発
されている。

ムライトセラミックは、低誘電率および低熱膨張率とい
う点で種々の低温焼成セラミックと同等に優れ、また熱
伝導率は低温焼成セラミックより優れている。さらにメ
タライズや外部リード等のろう付は性にも優れ、また後
焼成による抵抗体の形成も従来のアルミナセラミックと
同様の方法を用いて信頼性高（行えるという利点を有し
ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記従来のムライトセラミックには次のよ
うな問題点がある。

すなわち、ムライトセラミックはムライト粉末に焼結助
剤として酸化マグネシウム等のアルカリ土類元素化合物
を添加して焼成するのであるが、焼成後の反りを矯正す
るための再焼成時のフラットニングの工程で表面にシミ
が発生する問題点がある。特に白色のムライトセラミッ
クでは、このようなシミの発生は商品価値を下落させる
。また着色剤を添加して着色をしてもシミが原因の色ム
ラが発生する。

また発明者は上記従来のムライトセラミックの機械的強
度（抗折強度）をさらに向上させるべく、焼結助剤をア
ルカリ土類元素化合物に代えて酸化イツトリウム等の希
土類元素化合物を用いたムライトセラミック組成物を開
発し、特許出願をしている（特願昭６２−１４０４４４
号）。

しかしこのムライトセラミックは高い抗折強度を有する
ものの、やはり焼成体に斑点が生じる問題点があること
が判明した。

特にムライトセラミック表面に形成するメタライズ層に
対して高いろう付は強度を得る場合、希土類元素化合物
の添加量を多くする必要があるが、添加量が多いとフラ
ットニング以前の焼成時の段階で斑点が生じる。添加量
が少ないと第１次の焼成時の段階では斑点の発生が見ら
れないが、第２次焼成のフラットニングの段階でやはり
斑点が生じてしまう。また焼成温度が低い場合にも斑点
が生じ易く、焼成条件の設定が容易でない、さらに着色
剤を添加して着色した場合にあってもやはり前記と同様
に色ムラが生じる問題があった。

本発明は上記問題点を解消すべくなされたもので、その
目的とするところは、焼成体に、シミ、斑点、色ムラ等
が生じず、かつムライトセラミック本来の優れた特性を
損わないムライトセラミック組成物を提供するにある。

（発明の概要） 上記目的による本発明では、ムライト粉末に焼結助剤と
して希土類元素化合物またはアルカリ土類元素化合物の
うち少なくとも１種類を添加し、さらに５ａ族化合物の
バナジウム化合物、ニオブ化合物またはタンタル化合物
の少なくとも１種類を添加して焼成して成ることを特徴
としている。

このように本発明では、従来の材料に、さらに５ａ族化
合物のり２０５、ＶＦｓ、、ＶＣｌ５等のバナジウム化
合物、Ｎｂ２Ｏ５、ＮｂＦ　ｓ、ＮｂＣｊ２ｓ等のニオ
ブ化合物、またはＴａ２Ｑ６、ＴａＦ５、ＴａＣｊ！ｓ
等のタンタル化合物の少なくとも１種類を添加して焼成
することを特徴とする。これによりフラットニングの工
程を経ても、また酸化イツトリウム等の添加量が増えて
も、さらには焼成温度等が多少変動しても従来見られた
シミ、斑点等の発生は全く見られなかった。またＭｏ０
ａ等の着色剤′を添加して着色した際にも色ムラの発生
が全くなかった。

シミ、斑点、色ムラが生じる原因は定かではないが、焼
結助剤を状態図で調べると１２５０℃以下の共有組成に
なろうとして反応を開始することが判り、これにより液
相の生成温度が低下すると同時にムライト粒子間で起る
反応速度が一様でな（なり、部分的に液相の組成に違い
が生じてくるため焼成体にシミ等が生じるものと考えら
れる。本発明でシミ等の発生を防止できるのは、バナジ
ウム化合物、ニオブ化合物、タンタル化合物の添加によ
り上記液相の生成温度が引き上げられるためではないか
と考えられる。

バナジウム化合物、ニオブ化合物、またはタンタル化合
物の総添加量は特に限定されるものではないが０．１〜
１０重量％の範囲で有効である。これよりも添加量が多
くなると得られる焼成体が黄ばんでくるので好ましくな
い。

これらバナジウム化合物、ニオブ化合物、タンタル化合
物の添加量は、ムライト粉末の粒度や純度、また焼結助
剤の種類や添加量により最適添加量が変わる。例えばム
ライト粉末の粒径が約１μｍのものであり、焼結助剤と
して酸化イツトリウムを０．５〜３重量％添加した場合
、ニオブ化合物として酸化ニオブの添加量は０．１〜２
重量％程度が良好となる。

焼結助剤としての希土類元素化合物、アルカリ土類元素
化合物の添加量は総量で０．１〜２０重量％の範囲が良
好である。希土類元素化合物、アルカリ土類元素化合物
は単独でも混合して用いてもよい。

希土類元素化合物としては、Ｙ２Ｏ３、ＹＦｓ　、ＹＣ
ｌ　３、Ｌａ２１１３、Ｅ、ａＦ３、Ｌａ（ＣＯ３）３
　、Ｃｅ２（ＣＯ３）３　、ＣｅＯ２、ＣａＦ４．５ｅ
２０３等が有効であり、またアルカリ土類元素化合物と
してはＭｇＯ、ＣａＯｌＭｇＦ　２、ＭｇＣｌ２、Ｃａ
ＣＯ３、ＣａＦ２、ＳｒＯ、ＳｒＣＯ３、ＢａＯ、Ｂａ
ＣＯ５等を良好に用いることができる。

この場合の焼結助剤の添加量は、ムライト粉末の粒度や
純度等によって最適添加量が変る。例えばムライト粉末
が粒径１μｍ程度のものであれば、酸化イツトリウムの
添加量は０．５〜３ｆｆｉ量％程度が良好となる。一般
にムライト粉末の粒径が大きくなる程酸化イツトリウム
の添加量が多くなる傾向にあるが、良好なムライト相生
成とのからみで一概にはいえない。

次に、ムライト粉末としては、アルミナと酸化ケイ素と
を混合して仮焼成によりムライト化して、これを粉砕し
た粉末を用いることができる。

なお最近では電融法等によって高純度のムライト粉末が
得られている。これら高純度のムライト粉末を用いれば
、緻密で抗折強度の高いムライトセラミック組成物を得
ることができる。なおコスト的な面を考えなければ、Ａ
ｌやＳｔのアルコキシドや塩類からなる中間生成物を噴
霧熱分解するな工゛の方法により、高純度、微小粒子化
したムライト粉末を利用することもできる。

焼成は１３００〜１８５０℃の温度範囲で行える。

その際、金属導体として、従来のタングステン、モリブ
デン−マンガン等をメタライズして好適には１５００〜
１６００℃の温度範囲とすることで金属導体を従来と同
一の条件で同時焼成することができる。

得られた焼成体の特性も従前のムライトセラミックの優
れた特性と同等以上の特性を有する。

すなわち、誘電率は低く、抗折強度も従前よりはむしろ
向上し、またろう付は性も従前と同様の特性が得られた
。ただ熱膨張率は若干上昇したが問題とする程ではなか
った。

なお焼結助剤としてはアルカリ土類元素化合物を用いる
よりも、希土類元素化合物あるいは希土類元素化合物と
アルカリ土類元素化合物を併用した方が、抗折強度、メ
タライズ強度、ろう付は強度が格段に向上した。例えば
ろう付は強度は、焼結助剤として酸化イツトリウムを用
いた場合、酸化マグネシウムを用いた場合のおよそ２倍
程度の強度を有している。また焼成後のメタライズ強度
を電子部品の外部リードの引き剥し強度でみたところ、
酸化マグネシウム添加の場合には４００ｇ／リード程度
であったのが、酸化イツトリウム２重量％添加の場合で
７００ｇ／リード程度と向上し、また酸化イツトリウム
５重量％添加の場合にあってはほぼ外部リードの引張り
強度と同程度の大きさにまで格段に向上し、引き剥し試
験でメタライズ部分が剥離せず、外部リードの部分で切
断が生じたものが９０％以上となった。

なお、一般にムライトセラミック組成物は白色であるが
、ムライト粉末として粒径２μｍ以下の粉末を用いた場
合、焼成体は優れた透光性を有し、厚さ約０．５ｍｎ＋
の焼成基板を印刷物の上に載せた場合、２１１１１１角
程度の大きさの文字が判読できる程であった。したがっ
てこのムライトセラミック組成物は、電子部品用基板お
よびセラミックパッケージ材料としてだけでなく、アー
ク管用包囲体など、透光性を要求される材料としても好
適に使用され得る。一方、この場合、遮光性が要求され
る用途には着色剤を添加して着色する。この場合にあっ
ても、着色剤を添加してもムライト本来の特性を損わな
い着色剤を選択する必要がある。

この着色剤として従来よりアルミナセラミック等に用い
られている、ＴｉＯ２、Ｆｅ２ｅ３、Ｃｒ２Ｏ３等のう
ち、Ｃｒ２Ｏ３は１重量％程度添加しても充分な着色が
得られず、またＦｅ＋０３、ＴｉＯ２は焼成体の誘電特
性を劣化させ、特にＴｉＯ２は著しく誘電率を上昇させ
てしまうので好ましくなかった。これに対し、ＭｏＱ３
を用いた場合は１重量％程度の添加量でも充分な着色性
を有し、またＣｒ２Ｏ３を同時に添加することにより微
量でも着色性に優れ、ムライト本来の誘電特性を大きく
損うことなく、かつ、抗折強度をむしろ向上させる作用
を有していた。

この場合、従来のアルミナセラミックでは、合計４重量
％程度の多量の着色剤を添加しなければ充分な遮光性が
得られず、これが誘電率を上昇させる一因となっていた
が、上記の例ではＭｏＱ３が１重量％程度の微量でも充
分な遮光性が得られ、この微量の添加でもよいというこ
とが誘電率上昇を抑える重要な一因となっている。この
ようにＭｏ０ａを同時に添加した着色ムライトセラミッ
ク組成物は、遮光性の要求されるセラミックパッケージ
材料として好適に使用され得る。

本発明をさらに具体的に説明するために、以下実施例を
挙げて説明するが、本発明はこの実施例に限定されるも
のではない。

実施例１ 平均粒径約２μｍの電融ムライト粉末１００Ｍ量部に酸
化イツトリウム２重量部、酸化ニオブ１重量部を加えｎ
−ブタノール−トルエン混合溶液を分散媒体として２４
時間ボールミル混合した後、これにフタル酸−ジ−ｎ−
ブチル４重量部とポリビニルブチラール８重量部を加え
、さらに２４時間のボールミル混合を行った。得られた
混合物を真空税泡した後ドクターブレード法により、シ
ートに成形した。得られたグリーンシートの密度は、１
．９１ｇ／ｃ＋ｊであった。次にこれを１６００℃、大
気圧弱還元性雰囲気中にて４時間の焼成を行い焼成体を
得た。焼成体の密度は３．１６ｇ／ａａであった。

実施例２ 実施例１と同じ原料組成にＭＯＯ３を１重量部添加し、
これを実施例１と同様な手順によりシート成形し焼成を
行った。グリーンシートの密度は１．９３ｇ／ａｄ、焼
成密度は３．２０ｇ／ａｄであった。

実施例３ 実施例１と同じムライト粉末にＭｇＯを２重量部、酸化
ニオブを１重量部添加し、これを実施例１と同様な手順
によりシート成形し、焼成を行った。

グリーンシートの密度は１．９２ｇ／ｃＩａ、焼成密度
は３．１６ｇ／ａ＋ｌであった。

実施例４ 実施例１の酸化ニオブ１重量部の代りに酸化タンタルを
１．５重量部添加し実施例１と同様な手順により、シー
ト成形し、焼成を行った。グリーンシートの密度は１．
９４ｇ／ｒｕｄ、焼成体の密度は３．１３ｇ／ａｄであ
った。

実施例５ 実施例１の酸化ニオブＩＭ量部の代りに酸化バナジウム
を１重量部添加し実施例１と同様な手順によりシート成
形し、焼成を行った。グリーンシートの密度は１．８７
ｇ／ｃｄ、焼成体の密度は３．０５ｇ／ｃＩＡであった
。

比較例１ 平均粒径、約２μｍの電融ムライト粉末１００重量部に
Ｙ２Ｏ３を２重量部加え、これを実施例１と同様な方法
によって焼成して焼成体を得た。グリーンシートの密度
は１．９２ｇ／ａｄ、焼成体の密度は３．１４ｇ／ｃＪ
であった。

比較例２ 比較例１と同じ原料組成に、酸化モリブデン１重量部加
え、これを実施例１と同様な方法によって焼成して焼成
体を得た。グリーンシートの密度は１．９４ｇ／ａｄ、
焼成体の密度は３．１６ｇ／ｃｄであった。

比較例３ 実施例１と同じムライト粉末にＭｇＯを２重量部添加し
、これを実施例１と同様な手順によりシート成形し焼成
を行った。グリーンシートの密度は１．９２ｇ／ｃ＋Ｊ
、焼成体の密度は３．１１ｇ／ａ＋１であった。

表　　　　　１ 表　　　　　　２ ＃　７ｍｍ幅Ｘ　２ｍｍ厚、　５ｐａｎ　　４０ｍｍ※
２０〜３２０℃の値 ムライトセラミックの特性の測定結果を、表２に示した
。比較例１．２では焼成時に斑点が、比較例３ではシミ
が発生したが、実施例１〜５においてはシミも斑点も発
生しなかった。なお、焼結助剤をハロゲン化物として添
加した場合は、焼成後金て酸化物にかわっており、ハロ
ゲンは検出されなかったが効果は酸化物と全く同様であ
った。

（発明の効果） 以上のように本発明に係るムライトセラミック組成物に
よれば、シミ、斑点、色ムラなどが住じず電子部品等に
用いてその商品価値が高い。また誘電率等の緒特性にお
いても従来のムライトセラミック組成物と同等以上の優
れた特性を有している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．原料ムライト粉末に焼結助剤として希土類元素化合
   物またはアルカリ土類元素化合物のうち少なくとも１種
   類を添加し、さらに５ａ族化合物のバナジウム化合物、
   ニオブ化合物またはタンタル化合物の少なくとも１種類
   を添加して焼成して成るムライトセラミック組成物。