(57)【要約】  本発明は、２５０℃以上、特に４００℃以上の温度範囲での高温適用のための電子部品に関する。本発明の電子部品は、セラミック支持体（１２）と半導体素子（１６）とを含み、前記セラミック支持体（１２）は、含量０．５％以下、例えば０．０５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板を含み、前記セラミック基板は、アルミニウム酸化物と、灰長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、アルミニウム酸化物と、重土長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むアルカリ土類ケイ酸塩ガラスと、ホウ素酸化物と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とを含むセラミック基板のグループから選択されている。
2014505881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５０℃以上、例えば４００℃以上の温度範囲での高温適用のための電子部品であって、
前記電子部品は、セラミック支持体（１２）と半導体素子（１６）とを含み、
前記セラミック支持体（１２）は、含量０．５％以下、例えば０．０５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板を含み、
前記セラミック基板は、
・アルミニウム酸化物と、灰長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・アルミニウム酸化物と、重土長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むアルカリ土類ケイ酸塩ガラスと、ホウ素酸化物と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とを含むセラミック基板
のグループから選択されている
ことを特徴する電子部品。
【請求項２】
前記セラミック基板は、３．０×１０−６Ｋ−１以上４．５×１０−６Ｋ−１以下の範囲、特に有利には４．０×１０−６Ｋ−１以上４．２×１０−６Ｋ−１以下の範囲の熱膨張係数を有する、請求項１記載の電子部品。
【請求項３】
前記セラミック基板に含まれる前記充填物質は、菫青石もしくはムル石もしくはケイ素窒化物もしくはケイ素炭化物もしくは５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むガラスもしくは石英ガラスのグループから選択されている、請求項１または２記載の電子部品。
【請求項４】
前記セラミック基板は、さらに、焼結補助剤、例えば二酸化チタンもしくは二酸化ジルコニウムを含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の電子部品。
【請求項５】
前記セラミック支持体（１２）の内部に、電気的加熱を行うことのできるヒータ素子（２０）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電子部品。
【請求項６】
前記ヒータ素子（２０）は貴金属もしくは貴金属合金と少なくとも１つの高抵抗性材料とを含む金属材料を含む、請求項５記載の電子部品。
【請求項７】
前記ヒータ素子（２０）は、ガラスと導電性金属酸化物、例えば二酸化ルテニウムとの合成物を含む、請求項５記載の電子部品。
【請求項８】
前記電子部品（１０）はセンサの一部であり、例えば排気ガスセンサの一部である、請求項１から７までのいずれか１項記載の電子部品。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項記載の電子部品の製造方法において、
含量０．５％以下、例えば０．０５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板であって、
・アルミニウム酸化物と、灰長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・アルミニウム酸化物と、重土長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むアルカリ土類ケイ酸塩ガラスと、ホウ素酸化物と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とを含むセラミック基板
のグループから選択されるセラミック基板
を用意するステップと、
前記セラミック基板の引き出しもしくは射出成形によってグリーンボディを成形するステップと、
少なくとも１つの機能層、例えば金属導体路などを前記グリーンボディに設けるステップと、
前記グリーンボディを焼結するステップと、
を含む
ことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項１０】
含量０．５％以下、例えば０．０５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板であって、
・アルミニウム酸化物と、灰長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・アルミニウム酸化物と、重土長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むアルカリ土類ケイ酸塩ガラスと、ホウ素酸化物と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とを含むセラミック基板
のグループから選択されているセラミック基板
を含むセラミック支持体（１２）を、２５０℃以上、例えば４００℃以上の温度範囲での高温適用のための半導体素子に対する支持体基板として用いる、
セラミック支持体（１２）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセラミック支持体を含む電子部品およびセラミック支持体の使用に関する。
【０００２】
従来技術
特にケイ素またはケイ素炭化物をベースとした半導体素子をセラミック支持体に固定するには、たいていの場合、相応の固定手段が用いられる。これは特に駆動温度が高い半導体の適用分野で問題となりやすい。なぜなら、半導体材料の熱膨張係数とセラミック支持体の熱膨張係数とがしばしば大きく異なっているために、例えば応力断裂によって電子部品が損傷を受ける危険があるためである。
【０００３】
独国公開第１０２００８００８５３５号明細書からは、二酸化ジルコニウムＺｒＯ２またはアルミニウム酸化物Ａｌ２Ｏ３のセラミックから成るセラミック支持体上に、銀などの金属をベースとした固定手段を介して、ケイ素炭化物またはサファイアをベースとした電界効果トランジスタを固定することが知られる。ここでの固定手段は、少なくとも５００℃までの駆動温度で固定性を維持するように構成されている。
【０００４】
また、独国公開第１０３５１１９６号明細書からは、熱膨張係数が一貫してケイ素の熱膨張係数に適合化されたＬＴＣＣ材料を支持体材料として用いることが知られる。このために、ナトリウムを含むホウケイ酸塩ガラスから成る基礎材料に加え、ケイ素チップとのアノードボンディングに適したアルミニウム酸化物Ａｌ２Ｏ３が用いられる。材料の熱膨張係数をケイ素の熱膨張係数に適合化するには、アルミニウム酸化物を菫青石および／または硅石ガラスによって置換する定義された部分的置換が行われる。
【０００５】
発明の開示
本発明の対象は、２５０℃以上、特に４００℃以上の温度範囲での高温適用のための電子部品である。本発明の電子部品は、セラミック支持体と半導体素子とを含み、セラミック支持体は、含量０．５％以下、特に０．０５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板を含み、このセラミック基板は、
・アルミニウム酸化物と、灰長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・アルミニウム酸化物と、重土長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むアルカリ土類ケイ酸塩と、ホウ素酸化物と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とを含むセラミック基板
のグループから選択されている。
【０００６】
本発明によれば、半導体素子をセラミック支持体上に配設した電子部品が設けられている。ここで、セラミック支持体は特にＬＴＣＣ材料から製造されている。本発明によれば、ＬＴＣＣ（低温焼成セラミクス）材料とは、特に、多層積層構造体を基礎とした焼結セラミック支持体を製造するために使用される材料のことである。この場合、個々のセラミック層の間に、複数の導体路、複数のコンデンサ、複数の抵抗、複数のコイルその他の機能素子を設けることができる。ＬＴＣＣ材料は、特に、たいていの場合に反応焼結プロセスにおいて合成材料へ変換される、ガラスおよびアルミニウム酸化物の混合物をベースとしている。当該合成材料は、元のアルミニウム酸化物粒子およびガラス相の成分のほかに、新たに形成される第３の結晶層を含む。第３の結晶層が新たに形成されるため、ＬＴＣＣ材料の熱膨張係数は、純粋なアルミニウム酸化物の（２０℃から５００℃までの範囲で）７．９×１０−６Ｋ−１程度の熱膨張係数より低い。
【０００７】
本発明のセラミック基板の組成により、結晶層は例えば灰長石または重土長石を含む。これにより、セラミック基板の熱膨張係数は、理想的には著しく低減される。さらに、この種のセラミック材料は、５００℃を大きく越える温度までの熱耐性を有し、当該温度領域においてその特性を維持することができる。
【０００８】
本発明では、セラミック基板の熱膨張係数は所望の適用分野に適合するように調整可能であり、つまり、特には、ケイ素もしくはケイ素炭化物などの半導体材料の熱膨張係数へ所望に応じて適合化可能である。このため、セラミック基板は、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質を含む。この充填物質はセラミック基板において少なくとも部分的にアルミニウム酸化物を置換しており、これにより、充填物質としてアルミニウム酸化物のみを使用するバリエーションに比べてより低い熱膨張係数を有する材料が得られる。
【０００９】
特に、セラミック支持体の熱膨張係数が半導体材料、すなわち、特にケイ素Ｓｉもしくはケイ素炭化物ＳｉＣに適合化されることにより、少なくとも５００℃までの温度範囲でケイ素もしくはケイ素炭化物をベースとした半導体素子ないし半導体チップをセラミック支持体に固定しつつ、高温および温度変化に対して耐性を有するようにでき、接合部の機械的ローバスト性を高めたうえで、電気的接続を確実に行うことができる。
【００１０】
本発明によれば、さらに、セラミック支持体は、アルカリ金属化合物を含量０．５％以下、特には０．０５％以下で含むセラミック基板を含む。この場合、本発明によれば、特に、ＬＴＣＣ材料のガラス相におけるアルカリ金属酸化物の含量が記述される。結果として、セラミック支持体内にはアルカリ金属化合物がほとんど無くなり、使用される生物質の技術的純粋性による僅かな量が残るだけとなる。こうして、セラミック支持体の高い電気的絶縁品質が得られ、本発明の部品は一連の適用分野に対して重要なものとなる。この絶縁特性は本発明の高い使用温度のもとでもほぼ不変であってさほど低下しないので、本発明の部品は特に高温での適用に好適である。これにより、例えば、当該部品内に配置された導体路を介して、誤りのない良好な信号伝送が達成される。
【００１１】
本発明の部品の導体路は、特に、銀もしくは銀／パラジウム合金をベースとした金属ペーストによって、上述したガラスセラミック合成物から成るセラミックグリーンシート上に、印刷プロセス、例えばスクリーンプリンティング法を用いて設けられ、ＬＴＣＣ多層デバイスの製造で通常行われているようにさらに処理（積層、バインダ除去、焼結）される。外部へのコンタクト形成が実行されると、ＬＴＣＣ技術と同様に、シートに打ち抜かれたもしくは穿孔されたスルーホールが充填されるが、この充填には、セラミックの焼結特性に特に適した金もしくは金合金をベースとしたペーストが用いられる。外部へ通じるコンタクトに金を使用することは、水分もしくは障害ガス成分を含む雰囲気への銀の電子マイグレーションプロセスを阻止するのに有利である。内部に存在する導体路は、密に焼結されたセラミック材料により化学的影響から保護されるので、ここでは、低コストの銀合金もしくは純銀から成るペーストを使用できる。同様に、セラミックの焼結プロセスが酸素を排除して行われるケースでは、いかなる場合にも銀マイグレーションを防止するため、導体路が、金もしくは金合金、または、ニッケルおよび銅、または、他の金属を含む合金を含んでもよい。
【００１２】
本発明の部品のセラミック基板は例えば反応焼結プロセスにより簡単に製造できる。この場合、出発物質として、アルミニウム酸化物とガラスとの混合物をベースとしたＬＴＣＣ材料が用いられる。ガラスの組成、例えばカルシウム酸化物ＣａＯ，バリウム酸化物ＢａＯ，ストロンチウム酸化物ＳｒＯ，ホウ素酸化物Ｂ２Ｏ３，ケイ素酸化物ＳｉＯ２およびアルミニウム酸化物Ａｌ２Ｏ３を含む組成に応じて、反応焼結プロセスで相応のセラミック基板が形成される。主としてカルシウム酸化物、ホウ素酸化物、ケイ素酸化物およびアルミニウム酸化物を含むガラスが用いられる場合、主としてアルミニウム酸化物を含みかつ残りの成分としてガラス相および灰長石（ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）を含むセラミック基板が生じる。主としてバリウム酸化物および／またはストロンチウム酸化物、ホウ素酸化物、ケイ素酸化物およびアルミニウム酸化物を含むガラスが用いられる場合、主としてアルミニウム酸化物を含みかつ残りの成分としてガラス相および重土長石（ＢａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８および／またはＳｒＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）を含むセラミック基板が生じる。高い熱膨張係数を有するアルミニウム酸化物は、灰長石および／または重土長石の形成時に少なくとも部分的に消費される。ここで、灰長石および／または重土長石は結晶層として析出し、これにより、ガラス相成分が低下して特に良好な熱耐性が得られ、同時に、熱膨張係数が低下する。本発明によれば、さらに、熱耐性および低い熱膨張係数を有する充填物質が混合物に添加される。添加される充填物質は例えば菫青石である。なぜなら、菫青石は、高い熱膨張係数を有するアルミニウム酸化物を少なくとも部分的に置換するからである。これにより、熱膨張係数を所望に応じて半導体基板の熱膨張係数に適合させることができる。こうして、温度変化がある場合にも、設けられている半導体素子にかかる機械的応力を小さく維持するかもしくは回避することができる。
【００１３】
さらに、本発明でのセラミック基板の選定により、さらに、セラミック支持体を製造する際に、低い領域の焼結温度を利用することができる。例えば、セラミックの焼結温度は特には１２００℃より低く、特に有利には８００℃以上１０００℃以下の範囲である。セラミック支持体の製造プロセスに必要な温度が比較的低いため、銀（Ａｇ）もしくは銀パラジウム合金（ＡｇＰｄ）などの低コストの貴金属もしくは合金を導体路もしくは抵抗ヒータ素子等に用いることができる。ここで、セラミック材料は、低い焼結温度に基づき、例えば内部に埋め込まれた低コストの導体路とともに焼結される。また、コスト上いっそう有利な非貴金属である銅もしくはニッケルなどを、内部の導体路もしくは抵抗素子として、保護ガス中の処理にかけることもできる。ただし、この場合、プロセスコストが高くなるので、費用のメリットが少なくとも部分的に相殺されてしまうことがある。
【００１４】
含量５０ｍｏｌ％より大きい二酸化ケイ素と、ホウ素酸化物と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とを含むアルカリ土類ケイ酸塩ガラスを含むセラミック基板は、アルミニウム酸化物を全く用いずに製造できる。このセラミック基板は、ほぼアモルファスであり、有利にはきわめて高いガラス転移温度Ｔｇ、特に７００℃以上８５０℃以下のガラス転移温度を有する。さらに、セラミック基板は有利には３．０×１０−６Ｋ−１以上４．５×１０−６Ｋ−１以下の低い熱膨張係数、特に有利には４．０×１０−６Ｋ−１以上４．２×１０−６Ｋ−１以下の熱膨張係数を有する。ここでの熱膨張係数とは、特に、２０℃から５００℃の温度範囲での熱膨張係数である。熱耐性および良好な電気的絶縁性は、ガラスの高いガラス転移温度とアルカリ化合物の小さい含量とによって定められる。
【００１５】
したがって、本発明によれば、高温でも問題なく動作可能な電子部品が実現される。特にセラミック基板の熱膨張係数が半導体材料の熱膨張係数に適合化される。ここで、セラミック基板はその耐性と半導体素子に対する支持体基板として機能するのに必要な電気的絶縁性を維持できる。
【００１６】
チップないし半導体素子と基板との直接接続も可能となる。例えば、特に近い熱膨張係数を有するガラスないしガラスはんだ、一般的なセラミック接着剤、または、セラミック製の栓パッキンなどを使用できる。さらに、測定すべき媒体に対して高温耐性の構成および／または気密に閉鎖される構成を実現できる。なぜなら、段階的な熱膨張係数を考慮した複雑な段階構造を省略し、金属などの高価な延性材料を使用せずに済むからである。基本的には低コストのコンタクト接続ないし継ぎ手接合を行うことができる。
【００１７】
本発明の電子部品の有利な実施形態では、セラミック基板は、３．０×１０−６Ｋ−１以上４．５×１０−６Ｋ−１以下の範囲、特に有利には４．０×１０−６Ｋ−１以上４．２×１０−６Ｋ−１以下の範囲の熱膨張係数を有する。なお、ここでは特に２０℃から５００℃までの温度範囲の熱膨張係数を考察している。これにより、セラミック基板は半導体材料の熱膨張係数に特に良好に適合化される。例えば、ケイ素炭化物の熱膨張係数は（２０℃から５００℃の範囲で）約４．２×１０−６Ｋ−１であり、ケイ素の熱膨張係数は（２０℃から５００℃の範囲で）約３．５×１０−６Ｋ−１である。こうして、応力破断などの温度変化による損傷の危険をほぼ完全に排除できるので、本発明の電子部品は高温での適用に特に好適である。
【００１８】
本発明の電子部品の別の有利な実施形態では、セラミック基板に含まれる充填物質は、菫青石（Ｍｇ４Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ２０）もしくはムル石（３Ａｌ２Ｏ３＊２ＳｉＯ２から２Ａｌ２Ｏ３＊１ＳｉＯ２）もしくはケイ素窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）もしくはケイ素炭化物（ＳｉＣ）もしくは５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むガラスもしくは石英ガラス（ＳｉＯ２ガラス）のグループから選択されている。これらは安価な材料であり、本発明の部品の製造を低コストに行うことができる。また、こうした充填物質は、完成したセラミック基板においてこれらの充填物質によって置換されるアルミニウム酸化物などの熱膨張係数よりも著しく小さい熱膨張係数を有している。典型的には、合成菫青石材料の熱膨張係数は（２０℃から５００℃の範囲で）１．５×１０−６Ｋ−１から２．５×１０−６Ｋ−１である。さらに、上述した充填物質は、熱耐性、焼結能力、絶縁能力などのセラミック基板の特性に対する悪影響を殆どまたは僅かしか有さないという利点を有する。
【００１９】
本発明の電子部品の別の有利な実施形態では、セラミック基板は、さらに、焼結補助剤、例えば二酸化チタンもしくは二酸化ジルコニウムを含む。これらの物質は、焼結過程および結晶化の制御に用いられ、低温での焼結を可能にする。
【００２０】
本発明の電子部品の別の有利な実施形態では、セラミック支持体の内部に、電気的加熱を行うことのできるヒータ素子が配置される。ここで、ヒータ素子は、特に、ＬＴＣＣ材料の多層構造体のうち、半導体素子の電気コンタクトのための導体路が存在するのとは別の層平面に配置されている。ヒータ素子は例えば蛇行状抵抗素子もしくは平面形抵抗素子として導体路間に構成される。ヒータ素子での電気的加熱によって、電子部品の周囲温度から独立に、半導体素子（例えば半導体センサ）の領域における調整可能な温度領域が形成され、これが一定に保持される。こうした構成は、良好かつ安定したセンサ信号を形成するために高い温度が必要なことが多いセンサにおいて特に有利である。
【００２１】
ここで、特に有利には、ヒータ素子は貴金属もしくは貴金属合金および少なくとも１つの高抵抗性材料を含む金属材料を含む。特に、高抵抗性材料は、金属材料に分散されているかもしくは金属材料を置換する電気的絶縁性のセラミック粒子および／またはガラス粒子を含む。これにより、金属材料の電気抵抗が所望に応じて定義された状態で高められ、よって、所定の電圧が印加された場合に所定の電流ないし所定の加熱力が得られる。特に有利には、抵抗を高める粒子はセラミック基板と同じＬＴＣＣ材料から成る。これに代わる抵抗を高める材料として、混合される金属に比べて高い比抵抗を有する導電性金属酸化物、例えばルテニウム酸化物もしくはルテニウム酸化物の化合物を用いてもよい。また、ランタンクロム化物、ランタンマンガン化物、ランタンコバルト化物、ランタン鉄化物、ランタンニッケル化物など、特に高温燃料電池を製造する際に使用される他の導電性混合酸化物をこのために用いることもできる。金属材料として、銀、パラジウム、金、またはこれらの貴金属の合金が、例えば小片および／またはナノ結晶粒子の形態で用いられる。
【００２２】
保護ガス、例えば形成ガス中でＬＴＣＣを焼結する場合、金属である銅およびニッケルは、導体路およびヒータ抵抗素子の要素として有利であり、前述した貴金属成分、とりわけ金および銀の成分とともに、低温領域での焼結特性を改善するために用いられる。ＬＴＣＣ内のヒータ抵抗素子は焼結後に気密に閉鎖されるので、酸素の流入は起こらず、非貴金属に耐久性を持たせることができる。このように、ヒータの領域で焼損率および熱膨張特性の最適化が達成され、高い熱負荷を受ける領域を最大限までローバストに構成できる。特に、最適な焼結接合体と、類似ないし同等の膨張特性とが達成される。これにより、導電性の金属粒子の含量を低減でき、ひいては、印刷された導体路断面積における全抵抗を高めることができる。
【００２３】
本発明の別の有利な実施形態では、ガラスと導電性金属酸化物、特に二酸化ルテニウムＲｕＯ２もしくはその他の導電性のルテニウム酸化物の合成物を含む。この場合、導電性物質は、ガラス母材への充填物質として構成される。この実施形態では、ヒータ素子は特に高い比抵抗のために平面状に構成される。二酸化ルテニウムに加え、ランタンマンガン化物、例えばＬａ０．５Ｓｒ１．５ＭｎＯ４−ｘなどの別の導電性セラミックの物質を用いることもできる。また、金、銀、パラジウムのグループから選択された少量の金属との組み合わせも可能である。この場合、ヒータ材料の焼損率および熱膨張係数は、ヒータ材料の特性がセラミック基板のＬＴＣＣ材料の特性にできる限り近くなるように選定される。このために、例えば、４．０×１０−６Ｋ−１より小さい範囲の熱膨張係数を有する充填物質がヒータ材料、例えば菫青石に埋め込まれる。これにより、特に良好な熱耐性と確実性とが得られ、長期安定性が著しく高まる。
【００２４】
本発明の別の有利な実施形態では、電子部品はセンサの一部であり、特に排気ガスセンサの一部である。本発明の電子部品はこうした適用分野に特に好適である。なぜなら、セラミック基板の良好な熱耐性および絶縁性と良好な信号伝送とが達成されるからである。
【００２５】
本発明はさらに、上述した電子部品の製造方法に関する。本発明の製造方法は、
ａ）含量０．５％以下、特に０．０５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板であって、
・アルミニウム酸化物と、灰長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・アルミニウム酸化物と、重土長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むアルカリ土類ケイ酸塩ガラスと、ホウ素酸化物と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とを含むセラミック基板
のグループから選択されているセラミック基板
を用意するステップと、
ｂ）セラミック基板の引き出しもしくは射出成形によってグリーンボディを成形するステップと、
ｃ）少なくとも１つの機能層、例えば金属導体路などをグリーンボディに設けるステップと、
ｄ）グリーンボディを焼結するステップと、
を含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明の方法は、電子部品の製造を行っている当業者に充分に知られた別のステップを含んでもよい。したがって、グリーンボディに対して、例えば焼結前に、研磨工程もしくはダイシング工程などによって形状適合化を行うことができる。また、グリーンボディからバインダを除去してもよい。機能層として、導体路のほか、例えばセラミック基板と同じセラミック材料を含む絶縁層を設けることもできる。さらに、ヒータ素子、例えばヒータ抵抗層を形成することもできる。これらの機能層は印刷などによってグリーンボディ上に設けられる。さらに、ＬＴＣＣ技術で知られているように、焼結前に複数の層を上下方向に積層し、機能素子について内部でパターニングを行うこともできる。
【００２７】
また、本発明は、含量０．５％以下、特に０．０５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板であって、
・アルミニウム酸化物と、灰長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・アルミニウム酸化物と、重土長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むアルカリ土類ケイ酸塩ガラスと、ホウ素酸化物と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とを含むセラミック基板
のグループから選択されているセラミック基板
を含むセラミック支持体を、２５０℃以上、特に４００℃以上の温度範囲での高温適用のための半導体素子に対する支持体基板として用いる、セラミック支持体の使用にも関する。
【００２８】
例えば、本発明によれば、化学ＦＥＴ半導体チップの適用、または、焼結されたＬＴＣＣ上のケイ素炭化物もしくはケイ素から成る圧力センサなどのメンブレインベースのセンサの適用、または、半導体素子に対して気密性および高温耐性を有するパッケージング法の適用を含む。
【００２９】
第１には、排気ガスセンサの分野におけるケイ素炭化物ベースの電界効果トランジスタチップへの適用が考えられる。ただし、基本的には、例えば圧力センサとして高温のもとで利用されるケイ素チップもしくはケイ素炭化物チップなど、他の分野での適用も可能である。さらに、周囲雰囲気に対して気密でありかつ高圧に対して密であって、圧力フリーの側ないし障害ガスに接しない側から信号を取り出せるように構成されなければならない半導体素子での適用も可能である。
【００３０】
本発明の他の利点および有利な実施形態を図示し、以下に詳細に説明する。ただし、図は説明のためのものであって、本発明を限定するものでないことに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の電子部品の実施例の概略的平面図である。
【図２】図１の実施例をＡ−Ｂ平面で切断した概略的断面図である。
【００３２】
図１には、本発明の電子部品１０が示されている。電子部品１０は、２５０℃以上、特に４００℃以上の温度範囲での高温適用に適したものである。電子部品１０は、セラミック支持体１２を含み、このセラミック支持体１２上に例えば電気コンタクトのための複数のプラグインコンタクト１４を配置できる。セラミック支持体１２は、含量０．５％以下、特に０．０５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板を備え、このセラミック基板は、
・アルミニウム酸化物と、灰長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・アルミニウム酸化物と、重土長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むアルカリ土類ケイ酸塩ガラスと、ホウ素酸化物と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とを含むセラミック基板
のグループから選択されている。
【００３３】
特に有利には、セラミック基板は、３．０×１０−６Ｋ−１以上４．５×１０−６Ｋ−１以下の範囲、さらに、きわめて有利には、４．０×１０−６Ｋ−１以上４．２×１０−６Ｋ−１以下の範囲の熱膨張係数を有する。
【００３４】
ここで、充填物質は、菫青石もしくはムル石もしくはケイ素窒化物もしくはケイ素炭化物もしくは５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲のケイ素酸化物を含むガラスもしくは石英ガラスのグループから選択することができる。セラミック基板は、さらに、焼結補助剤、例えば二酸化チタンもしくは二酸化ジルコニウムを含む。
【００３５】
例えば、セラミック支持体１２のうちプラグインコンタクト１４とは反対側に、例えば半導体素子１６が配置されており、この半導体素子１６は例えば自身の電気コンタクトのための複数のスルーホール１８を含む。実施例に応じて、複数の半導体素子１６をセラミック支持体１２上に配置してもよい。
【００３６】
電気コンタクトは、電子半導体素子１６の実装位置に隣接して配置される複数のスルーホール１８が導電性材料によって充填されている形式の装置が選択される場合、例えばワイヤボンディングプロセスにより形成される。複数のスルーホール１８は半導体素子１６の下方に配置され、例えば低温焼結可能な貴金属ペーストによって直接にセラミック支持体１２の方向へ向いた電子半導体素子１６のコンタクト面に電気的に接続される。
【００３７】
１つまたは複数の半導体素子１６に依存して、電子部品１０はセンサの一部、特に排気ガスセンサの一部であってよい。特にセンサの場合、有利には、図２に示されているように、セラミック支持体１２の内部に、電気的加熱を行うことのできるヒータ素子２０が配置される。ヒータ素子２０は例えば加熱抵抗層として構成でき、貴金属もしくは貴金属合金と少なくとも１つの高抵抗性材料とを含む金属材料を含む。これに代えて、ヒータ素子２０が、ガラスと、少なくとも１つの導電性金属酸化物、特に二酸化ルテニウムとの合成物を含んでもよい。
【００３８】
図２には、電子部品１０の機能に応じて構成される２つの導体路２２，２４の例が示されている。例えば、導体路２２は、スルーホール１８を、プラグインコンタクト１４へ接続するかまたはプラグインコンタクト１４に接続されたスルーホール２６へ接続する。これに対して、導体路２４はスルーホール２８を介してヒータ素子２０を外部端子３０へ接続している。
【図１】
2014505881.tif 000003
【図２】
2014505881.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月31日(2013.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５０℃以上の温度範囲での高温適用のための電子部品であって、
前記電子部品は、セラミック支持体（１２）と半導体素子（１６）とを含み、
前記セラミック支持体（１２）は、含量０．５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板を含み、
前記セラミック基板は、
・アルミニウム酸化物と、灰長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・アルミニウム酸化物と、重土長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むアルカリ土類ケイ酸塩ガラスと、ホウ素酸化物と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とを含むセラミック基板
のグループから選択されている
ことを特徴する電子部品。
【請求項２】
前記温度範囲が４００℃以上である、請求項１記載の電子部品。
【請求項３】
前記セラミック支持体（１２）は、含量０．０５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板を含む、請求項１または２記載の電子部品。
【請求項４】
前記セラミック基板は、３．０×１０−６Ｋ−１以上４．５×１０−６Ｋ−１以下の範囲の熱膨張係数を有する、請求項１から３までのいずれか記載の電子部品。
【請求項５】
前記セラミック基板は、４．０×１０−６Ｋ−１以上４．２×１０−６Ｋ−１以下の範囲の熱膨張係数を有する、請求項４記載の電子部品。
【請求項６】
前記セラミック基板に含まれる前記充填物質は、菫青石もしくはムル石もしくはケイ素窒化物もしくはケイ素炭化物もしくは５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むガラスもしくは石英ガラスのグループから選択されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の電子部品。
【請求項７】
前記セラミック基板は、さらに、焼結補助剤を含む、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子部品。
【請求項８】
前記焼結補助剤は、二酸化チタンもしくは二酸化ジルコニウムである、請求項７記載の電子部品。
【請求項９】
前記セラミック支持体（１２）の内部に、電気的加熱を行うことのできるヒータ素子（２０）が配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の電子部品。
【請求項１０】
前記ヒータ素子（２０）は貴金属もしくは貴金属合金と少なくとも１つの高抵抗性材料とを含む金属材料を含む、請求項９記載の電子部品。
【請求項１１】
前記ヒータ素子（２０）は、ガラスと導電性金属酸化物との合成物を含む、請求項９記載の電子部品。
【請求項１２】
前記導電性金属酸化物は二酸化ルテニウムである、請求項１１記載の電子部品。
【請求項１３】
前記電子部品（１０）はセンサの一部である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の電子部品。
【請求項１４】
前記電子部品（１０）は排気ガスセンサの一部である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の電子部品。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項記載の電子部品の製造方法において、
含量０．５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板であって、
・アルミニウム酸化物と、灰長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・アルミニウム酸化物と、重土長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むアルカリ土類ケイ酸塩ガラスと、ホウ素酸化物と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とを含むセラミック基板
のグループから選択されるセラミック基板
を用意するステップと、
前記セラミック基板の引き出しもしくは射出成形によってグリーンボディを成形するステップと、
少なくとも１つの機能層を前記グリーンボディに設けるステップと、
前記グリーンボディを焼結するステップと、
を含む
ことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項１６】
前記セラミック支持体（１２）は、含量０．０５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板を含む、請求項１５記載の電子部品の製造方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの機能層は金属導体路である、請求項１５または１６記載の電子部品の製造方法。
【請求項１８】
含量０．５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板であって、
・アルミニウム酸化物と、灰長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・アルミニウム酸化物と、重土長石と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とガラスとを含むセラミック基板、
・５０ｍｏｌ％より大きい含量範囲の二酸化ケイ素を含むアルカリ土類ケイ酸塩ガラスと、ホウ素酸化物と、熱膨張係数４．０×１０−６Ｋ−１以下の充填物質とを含むセラミック基板
のグループから選択されているセラミック基板
を含むセラミック支持体（１２）を、２５０℃以上の温度範囲での高温適用のための半導体素子に対する支持体基板として用いる、
セラミック支持体（１２）の使用方法。
【請求項１９】
前記セラミック支持体（１２）は、含量０．０５％以下のアルカリ金属化合物を含むセラミック基板を含む、請求項１８記載のセラミック支持体の使用方法。
【請求項２０】
前記温度範囲が４００℃以上である、請求項１８または１９記載のセラミック支持体の使用方法。
【国際調査報告】
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2014505881.tif 000006
2014505881.tif 000007
2014505881.tif 000008
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