(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｉが酸化物換算で１〜３重量％と、Ｖが酸化物換算で０．２〜０．３５重量％と、Ｃｒが酸化物換算で２〜３重量％と、Ｃｏが酸化物換算で０．２〜０．３重量％と、Ｓｉが酸化物換算で０．２〜２．０重量％と、Ｍｎが酸化物換算で２〜５重量％と、残部がＡｌ２Ｏ３からなり、抗折強度が３０ｋｇ／ｍｍ２以上、硬度が１２９０ｋｇ／ｍｍ２以上の機械特性を有するとともに、２５℃において１×１０１１Ωｃｍ以上の絶縁抵抗を有するものであることを特徴とする着色アルミナ質焼結体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば、半導体搭載用パッケージ等の絶縁基板などに適した着色アルミナ質焼結体に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、セラミックス素材に要求される特性としては、耐熱性等の熱的性質、強度等の機械的性質、耐食性等の化学的性質、導電性等の電磁気的性質がある。近年、電子部品，半導体製造用部品、各種測定装置等においては、黒色セラミックスが要求されてきている。これはわずかな塵埃がこれらの部品の精度や性能に大きく影響するが、黒色の場合にはこれらの塵埃の存在をいち早く見出すことができるためである。また、黒色の場合には部品が摩耗したり、破損した場合、その部位をはっきりと識別することができるからである。さらに、黒色は重厚感があり、審美性に優れるからである。
【０００３】
このような黒色セラミックスのうち、黒色アルミナ質焼結体は、従来、Ａｌ２  Ｏ３  を主成分とし、ＳｉＯ２  ，ＴｉＯ２  ，ＣｕＯ，ＮｉＯ，Ｆｅ２  Ｏ３  等の顔料を添加し、成形後１３００℃以上の温度で焼成することにより製造されていた。
【０００４】
このようなアルミナ質焼結体は重厚感あふれる黒色を有しており、審美性に優れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、このような黒色アルミナ質焼結体は、良好な着色性を得るためには、原料全量に対して多量の顔料を添加する必要があった。そのため、得られる焼結体の物性は大きく低下するという問題があった。
【０００６】
即ち、多量の顔料の添加は、高温物性の低下、電気絶縁性の著しい低下等を引き起こすため、アルミナ質焼結体特有の電気的、機械的、熱的特性を損なってしまうという欠点があった。
【０００７】
また、例えば、半導体搭載用パッケージに用いられる絶縁基板等のセラミック製品を製造する工程では、搬送中に焼結体が相互に衝突したり、他の部材と衝突したりすることがあるが、この場合には、焼結体の角が欠け易く、製品不良が多くなるという問題があった。
【０００８】
従って、本発明の着色アルミナ質焼結体は、比較的多量の顔料を添加した場合でも、優れた特性を有するとともに、焼結体の破損を抑制することができる着色アルミナ質焼結体を得ることを目的とする。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】
本発明者は、上記のような問題点について鋭意検討した結果、Ｔｉの酸化物と、周期律表第５Ａ族元素の酸化物と、Ｃｒ，Ｃｏ，Ｓｉ，Ｍｎの酸化物を所定量含有するとともに、残部がＡｌ２  Ｏ３  からなる焼結体は、審美性に優れた暗色系の色彩を呈しながらも、優れた電気的、機械的および熱的特性を有するとともに、焼結体の破損を抑制することができることを見出し本発明に至った。
【００１０】
即ち、本発明の着色アルミナ質焼結体は、Ｔｉが酸化物換算で１〜３重量％と、Ｖが酸化物換算で０．２〜０．３５重量％と、Ｃｒが酸化物換算で２〜３重量％と、Ｃｏが酸化物換算で０．２〜０．３重量％と、Ｓｉが酸化物換算で０．２〜２．０重量％と、Ｍｎが酸化物換算で２〜５重量％と、残部がＡｌ２Ｏ３からなり、抗折強度が３０ｋｇ／ｍｍ２以上、硬度が１２９０ｋｇ／ｍｍ２以上の機械特性を有するとともに、２５℃において１×１０１１Ωｃｍ以上の絶縁抵抗を有するものである。
【００１１】
以下、本発明を詳述する。
本発明のアルミナ質焼結体において、Ａｌ２  Ｏ３  に対する各添加成分量を上記の範囲に限定した理由について説明すると、まず、Ｔｉは酸化物換算で１〜５重量％、特に１．０〜２．５重量％の割合で含有される。これは、Ｔｉの含有量が酸化物換算で１重量％よりも少ない場合には、黒色に対する着色効果が少なくなり、焼結温度が高くなる傾向にあり、さらに欠け易くなるからである。また、５重量％よりも多いと絶縁抵抗が低下し、絶縁基板としての用途に適しないためである。
【００１２】
さらに、周期律表第５Ａ族元素は、酸化物換算で０．２〜０．４重量％、特に０．２５〜０．３５重量％の割合で含有されるが、周期律表第５Ａ族元素量が０．２重量％よりも少ないと、焼結しにくくなり、強度が低下するからである。また、０．４重量％よりも多いと絶縁抵抗が低下するからである。この周期律表第５Ａ族元素は、焼結体に良好な黒色を付与するとともに、絶縁抵抗を安定させる特性を有しており、このような周期律表第５Ａ族元素としては、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖが挙げられる。
【００１３】
また、Ｃｒ，Ｃｏ，ＳｉおよびＭｎの群から選ばれる少なくとも１種を酸化物換算で５〜１５重量％、特に５〜８重量％の割合で含有されるが、これらの添加により色彩を調整したり、焼成温度を制御するためのものであり、これらの添加量が５重量％よりも少ない場合には焼成温度が高くなるとともに、色彩が薄くなり、重厚感溢れる色彩が得られないからであり、１５重量％よりも多い場合には絶縁抵抗が低下し、欠け易くなるからである。なお、焼成温度を低温化するためには、これらの元素のうち２種以上を含有することが望ましい。その場合、Ｃｒ２  Ｏ３  、ＳｉＯ２  およびＭｎＯ２  は合計で５．０〜１０．０重量％の割合で含有することが望ましい。
【００１４】
本発明の着色アルミナ質焼結体における最も望ましい範囲は、Ｔｉが酸化物換算で１〜３重量％と、Ｖが酸化物換算で０．２〜０．３５重量％と、Ｃｒが酸化物換算で２〜３重量％と、Ｃｏが酸化物換算で０．２〜０．３重量％と、Ｓｉが酸化物換算で０．２〜２．０重量％と、Ｍｎが酸化物換算で２〜５重量％と、残部がＡｌ２  Ｏ３  からなることが望ましい。
【００１５】
本発明における着色アルミナ質焼結体は、例えば、Ａｌ２  Ｏ３  粉末、ＴｉＯ２  粉末、周期律表第５Ａ族元素酸化物粉末、Ｃｒ２  Ｏ３  粉末、ＣｏＯ粉末、ＳｉＯ２  粉末、ＭｎＯ２  粉末や、熱処理により前記のような酸化物となり得る、例えば炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、水酸化物などを用いて、前述したような組成となるように十分に混合する。その際、ミルのボールからの他の成分の混入がある場合、各成分の組成が前述した範囲を逸脱しないように考慮することが必要である。次に、この混合物をプレス成形や押し出し成形、ドクターブレード法などの周知の成形手段により成形した後、大気などの酸化性雰囲気中で１３５０〜１６５０℃の温度で０．５〜５時間程度焼成することにより相対密度比が９８％以上の緻密質な焼結体を得ることができる。
【００１６】
【作用】
本発明の着色アルミナ質焼結体では、重量感溢れる暗色系の色彩を呈するとともに、Ｃｒ，Ｃｏ，Ｓｉ，Ｍｎなどの顔料成分を比較的多量に添加した場合でも、従来のＡｌ２  Ｏ３  焼結体の絶縁性に近い高い絶縁性を有し、Ａｌ２  Ｏ３  とほぼ同等の強度を有するとともに、半導体パッケージ用の絶縁基体として用いた場合において、基板の搬送過程での基板の角の欠けなどがなく安定した製造が可能となる。
【００１７】
以下、本発明を次の例で説明する。
【００１８】
【実施例】
原料粉末として、平均粒径が１μｍのＡｌ２  Ｏ３  粉末に対して、添加成分としてＴｉＯ２  Ｎｂ２  Ｏ５  、Ｔａ２  Ｏ５  、Ｖ２  Ｏ５  、Ｃｒ２  Ｏ３  、ＣｏＯ、ＳｉＯ２  およびＭｎＯ２  の各粉末を表１に示すような割合となるように秤量後、ボールミルで混合した。これを乾燥造粒後、１０００ｋｇ／ｃｍ２  の圧力でプレス成形した後、表１に示す条件で焼成した。
【００１９】
【表１】
0003559313.tif 000002
【００２０】
得られた焼結体に対して色調を調べるとともに、焼結体より抗折試験片を切り出しＪＩＳＲ１６０１による３点曲げ抗折強度、荷重５００ｇでのビッカース硬度Ｈｖ、及びアルキメデス法により相対密度を算出した。また、ＪＩＳＣ２１４１に基づき絶縁抵抗を測定した。さらに、欠け易さを調べる試験を行った。この欠け易さの試験は、各試料よりテスト基板（縦２５ｍｍ、横２５ｍｍ、厚み１ｍｍ、エッジ部は０．１〜０．２Ｒ処理）を作製し、図１に示すような試験機を用いて行った。この試験機は、鉄板１と樹脂よりなる３０°の傾斜を有する斜面２とから構成されている。そして、斜面２からテスト基板３を滑らせ、その４つの辺をそれぞれ鉄板１に衝突させ、１ｍｍ以上の欠けが生じた基板をカウントした。欠け易さの試験は、各々の試料について１００枚ずつ行った。
【００２１】
また、各試料を直径２０ｍｍ厚み１０ｍｍの円柱体形状に加工し、両端面を銅板で短絡し、誘電体円柱共振法により、ＴＥ０１１  モードの共振特性条件で比誘電率及び誘電正接を測定した。この結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
0003559313.tif 000003
【００２３】
この表２より、本発明における組成範囲を逸脱する試料Ｎｏ．１，６，７，１１，１２，１７，１９では、色調、強度、硬度、絶縁抵抗、欠け性などの点で満足すべきものは得られなかった。特に従来のアルミナ磁器である試料Ｎｏ．１９では色調がアイボリーであり、色調の点で満足するものではなかった。一方、本発明の組成範囲を満足する試料は、いずれも良好な暗色系の色彩を呈し、かつ強度，硬度，電気絶縁性等の物性も良好であり、３０ｋｇ／ｍｍ２  以上の抗折強度、１２９０ｋｇ／ｍｍ２  以上の硬度を有し、アルミナ単独並みの機械的特性を有するとともに、２５℃において１×１０１１Ωｃｍ以上の絶縁抵抗を有するものであった。
【００２４】
尚、試料Ｎｏ．１８について、８０℃における絶縁抵抗を測定したところ１×１０１１Ωｃｍであった。また、本発明の着色アルミナ質焼結体は、欠け難さの点で従来のアルミナ質焼結体よりも大幅に向上していることが判る。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の着色アルミナ質焼結体は、重厚感溢れる暗色系の色彩を有するとともに、高い強度，硬度，電気絶縁性等の物性を有するとともに欠け難いものであり、半導体パッケージなどの製造工程においても破損が少ないため不良率を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】欠け易さ試験機を示す側面図である。
【符号の説明】
１・・・鉄板
２・・・斜面
３・・・基板
【図１】
0003559313.tif 000004