(57)【要約】  焼結後の平坦性に優れ、反り直し焼成を不要とすることができるアルミナ質基板及び半導体装置用基板を、提供する。アルミナ質基板１の組成は、主成分としての９２〜９５重量％のアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、及び、副成分としての４〜６重量％のイットリア部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ2−Ｙ2Ｏ3 ）、０．２〜０．５重量％のマグネシア（ＭｇＯ）、０．０５〜０．２重量％のカルシア（ＣａＯ）、０．４〜１．０重量％のシリカ（ＳｉＯ2）を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分としての９２〜９５重量％のアルミナ、及び、
副成分としての４〜６重量％のイットリア部分安定化ジルコニア、０．２〜０．５重量％のマグネシア、０．０５〜０．２重量％のカルシア、及び０．４〜１．０重量％のシリカ
を含むアルミナ質基板。
【請求項２】
前記イットリア部分安定化ジルコニアが３ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニアである
請求項１記載のアルミナ質基板。
【請求項３】
易焼結アルミナ、３ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニア、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、シリカを素材としたスラリーを焼結することによって生成された請求項１記載のアルミナ質基板。
【請求項４】
前記スラリーは、前記易焼結アルミナの粉末を９４重量部、前記３ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニアの粉末を５重量部、前記水酸化マグネシウムの粉末をマグネシアに換算して０．３３重量部、前記炭酸カルシウムの粉末をカルシアに換算して０．０９重量部、前記シリカの粉末を０．５８重量部を素材としている
ことを特徴とする請求項３記載のアルミナ質基板。
【請求項５】
前記スラリーは、さらに、１５重量部のバインダー、２重量部の可塑剤及び６０重量部のトルエンを含む
ことを特徴とする請求項４記載のアルミナ質基板。
【請求項６】
主成分としての９２〜９５重量％のアルミナ、及び、
副成分としての４〜６重量％のイットリア部分安定化ジルコニア、０．２〜０．５重量％のマグネシア、０．０５〜０．２重量％のカルシア、及び０．４〜１．０重量％のシリカ
を含む半導体装置用基板。
【請求項７】
前記イットリア部分安定化ジルコニアが３ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニアである
請求項６記載の半導体装置用基板。
【請求項８】
易焼結アルミナ、３ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニア、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、シリカを素材としたスラリーを焼結することによって生成された請求項６記載の半導体装置用基板。
【請求項９】
前記スラリーは、前記易焼結アルミナの粉末を９４重量部、前記３ｍｏｌ％イットリア安定化ジルコニアの粉末を５重量部、前記水酸化マグネシウムの粉末をマグネシアに換算して０．３３重量部、前記炭酸カルシウムの粉末をカルシアに換算して０．０９重量部、前記シリカの粉末を０．５８重量部を素材としている
ことを特徴とする請求項８記載の半導体装置用基板。
【請求項１０】
前記スラリーは、さらに、１５重量部のバインダー、２重量部の可塑剤及び６０重量部のトルエンを含む
ことを特徴とする請求項９記載の半導体装置用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末冶金技術を利用してアルミナ粉末を主成分として焼成される絶縁性基板であるアルミナ質基板及び半導体装置用基板に、関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなアルミナ基板は、例えば、アルミナ粉末を主成分としてジルコニアを添加し、これにイットリア、カルシア、マグネシア等の添加剤を添加するとともに、かかる混合体をバインダー、可塑剤及びトルエンによって練り込んだスラリーとし、かかるスラリーをフィルムに塗布することによってアルミナグリーンシートとし、かかるアルミナシートを焼成することによって製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特許第３１２７７５４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】天野富雄、中川威雄著、「高密度焼結体の成型法」、生産研究２４巻８号、１９７２年８月発行、第３３４頁から第３４１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のアルミナ質基板では、焼結によってバインダー、可塑剤、トルエンが気化する等の理由に因りアルミナグリーンシート全体が収縮することが避けられないので、焼結後の平坦性に劣るという問題がある。そのため、従来、焼結後にアルミナ質基板の反りを治す目的で、再度焼成（「反り直し焼成」などと呼ばれる）を行うことが必須であったので、アルミナ質基板の製造は煩雑であり、製造コストが高かった。
そこで、本発明の課題は、焼結後の平坦性に優れ、反り直し焼成を不要とすることができるアルミナ質基板及び半導体装置用基板を、提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明によるアルミナ質基板は、主成分としての９２〜９５重量％のアルミナ、及び、副成分としての４〜６重量％のイットリア部分安定化ジルコニア、０．２〜０．５重量％のマグネシア、０．０５〜０．２重量％のカルシア、及び０．４〜１．０重量％のシリカを含む。【０００７】
また、本発明による半導体装置用基板は、主成分としての９２〜９５重量％のアルミナ、及び、副成分としての４〜６重量％のイットリア部分安定化ジルコニア、０．２〜０．５重量％のマグネシア、０．０５〜０．２重量％のカルシア、及び０．４〜１．０重量％のシリカを含む。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように構成された本発明によるアルミナ質基板及び半導体装置用基板は、焼結後の平坦性に優れ、反り直し焼成を必要としない。また、本発明によるアルミナ質基板及び半導体装置用基板は、焼成温度が比較的低くても、必要な強度を提示する焼結体密度及び抗折強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】平坦性評価基準の説明図である。
【図２】本発明の一実施例によるアルミナ質基板の焼成温度−平坦性特性を比較例と共に示すグラフである。
【図３】本発明の一実施例によるアルミナ質基板の焼成温度−焼結体密度特性を比較例と共に示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例によるアルミナ質基板の焼成温度−抗折強度特性を比較例と共に示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態によるアルミナ質基板１の概略側面図である。本実施形態によるアルミナ質基板１は、特に、半導体装置を実装するための回路基板である半導体装置用基板として、用いられるものである。
本実施形態によるアルミナ質基板１の組成は、主成分としての９２〜９５重量％のアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、及び、副成分としての４〜６重量％のイットリア部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ2−Ｙ2Ｏ3 ）、０．２〜０．５重量％のマグネシア（ＭｇＯ）、０．０５〜０．２重量％のカルシア（ＣａＯ）、０．４〜１．０重量％のシリカ（ＳｉＯ2）を含む。但し、本実施形態のアルミナ質基板１は、製造工程中で不可避的に混入する不可避的不純物を含んでいても良い。また、「焼結の平坦性に優れ」るとの本発明の効果に影響を及ぼさない限り、他の特性を向上させる等の目的で若干量の他の成分が、本実施形態のアルミナ質基板１に混入されても良い。その為、上記した主成分及び副成分の合計が１００重量％に達しない場合があり得る。【００１１】
以下、本実施形態によるアルミナ質基板の製造工程が、具体的実施例に基づいて説明される。【００１２】
（実施例１）
実施例１では、素材として、易焼結アルミナ粉末、３mol％イットリア安定化ジルコニア粉末、水酸化マグネシウム粉末、炭酸カルシウム粉末、シリカ粉末が用いられた。これら各粉末の重量比は、易焼結アルミナ粉末が９４重量部、３mol％イットリア安定化ジルコニア粉末が５重量部、水酸化マグネシウム粉末がＭｇＯに換算して０．３３重量部（即ち、同ｍｏｌ数のＭｇＯが０．３３重量部となる重量比）、炭酸カルシウム粉末がＣａＯに換算して０．０９重量部（即ち、同ｍｏｌ数のＣａＯが０．０９重量部となる重量比）、シリカ粉末が０．５８重量部である。そして、これらの粉末に１５重量部のバインダー（例えば、互応化学株式会社製Ｇ２４）、２重量部の可塑剤（フタル酸ジブチル［ＤＢＰ］）及び６０重量部のトルエンを加え、ボールミル中で２４時間混合することによって、スラリーが得られた。【００１３】
次に、離型剤を塗布したＰＥＴフィルム上に上記スラリーを塗布し、１００℃の雰囲気でスラリーを乾燥させてＰＥＴフィルムから剥離することによって、アルミナグリーンシートが得られた。【００１４】
次に、アルミナグリーンシートを任意のサイズに切断する加工が行われ、１４４５℃、１４７５℃、１５０５℃、１５３５℃で夫々３時間焼成された。これにより、アルミナグリーンシート中のバインダー及び可塑剤が気化するとともに、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）からＨ２Ｏが抜けることにより酸化マグネシウムに変化し、同様に、炭酸カルシウム（ＣａＣｏ3）からＣＯ２が抜けることにより酸化カルシウムに変化して、アルミナ質基板１が焼成された。以上の焼成過程を経ることにより、４種類のアルミナ質基板１が得られた。【００１５】
（比較例１）
比較例１は、上記実施例１と比較して、シリカが除外されたものである。即ち、比較例１では、素材として、易焼結アルミナ粉末、３mol％イットリア安定化ジルコニア粉末、水酸化マグネシウム粉末、炭酸カルシウム粉末が用いられた。これら各粉末の重量比は、易焼結アルミナ粉末が９４．５８重量部、３mol％イットリア安定化ジルコニア粉末が５重量部、水酸化マグネシウム粉末がＭｇＯに換算して０．３３重量部、炭酸カルシウム粉末がＣａＯに換算して０．０９重量部である。そして、これらの粉末に、１５重量部のバインダー（例えば、互応化学株式会社製Ｇ２４）、２重量部の可塑剤（フタル酸ジブチル［ＤＢＰ］）及び６０重量部のトルエンを加え、ボールミル中で２４時間混合することによって、スラリーが得られた。【００１６】
次に、離型剤を塗布したＰＥＴフィルム上に上記スラリーを塗布し、１００℃の雰囲気でスラリーを乾燥（トルエンを揮発）させてＰＥＴフィルムから剥離することによって、アルミナグリーンシートが得られた。【００１７】
次に、アルミナグリーンシートを任意のサイズに切断する加工が行われ、１４４５℃、１４７５℃、１５０５℃、１５３５℃、１５５０℃で夫々３時間焼成された。これにより、５種類のアルミナ質基板１が得られた。【００１８】
（評価）
上述したように得られた実施例１によるアルミナ基板１と比較例１によるアルミナ基板の特性が、平坦性、焼結体密度［ｇ／ｃｍ３］、抗折強度［ＭＰａ］、収縮率［％］において夫々評価された。【００１９】
まず、平坦性の評価は、以下の方法で行われた。即ち、図１に示すように、アルミナ質基板１が、相互に平行に維持されたまま接近又は離反する一対のガラス板２，３の間に挟み込まれ、反作用を受けない限度で、両ガラス板２，３が最接近される。その際における両ガラス板２，３の外面同士の距離Ｂが測定され、ポイントマイクロメータにてアルミナ質基板１の厚Ｃ及び各ガラス２，３の厚Ａ１，Ａ２が測定された。そして、ＢからＣ，Ａ１，Ａ２が減じられた場合の差が、平坦性の値［μｍ］とされた。従って、平坦性の値［μｍ］が小さいほど平坦性に優れている（平坦に近い）ことになる。【００２０】
具体的には、実施例１によって得られたアルミナ質基板１の平坦性の値［μｍ］は、１４４５℃で焼成したものが９３［μｍ］、１４７５℃で焼成したものが１０６［μｍ］、１５０５℃で焼成したものが１４６［μｍ］、１５３５℃で焼成したものが２６５［μｍ］であった。他方、比較例１によって得られたアルミナ質基板１の平坦性の値［μｍ］は、１４４５℃で焼成したものが３５８［μｍ］、１４７５℃で焼成したものが４１６［μｍ］、１５０５℃で焼成したものが４７９［μｍ］、１５３５℃で焼成したものが５６９［μｍ］、１５５０℃で焼成したものが３０５［μｍ］であった。図２は、実施例１及び比較例１について夫々測定された平坦性の値［μｍ］を焼成温度に対応させてプロットしたグラフである。図２から理解されるように、実施例１によるアルミナ質基板１は、比較例１によるアルミナ質基板１と比較して、焼成温度が比較的低くても、良好な平坦性を示している。【００２１】
このように、本実施形態によるアルミナ質基板１は、シリカが添加されたことにより、反り直し焼成が施されなくても、半導体装置用基板として使用可能な程度に平坦となるので、製造工程が煩雑になることもなく、よって、製造コストの抑制が可能となる。【００２２】
次に、焼結体密度の測定は、アルキメデス法によって行われた。具体的には、実施例１によって得られたアルミナ質基板１の焼結体密度は、１４４５℃で焼成したものが３．８９７［ｇ／ｃｍ３］、１４７５℃で焼成したものが３．９８９［ｇ／ｃｍ３］、１５０５℃で焼成したものが４．００９［ｇ／ｃｍ３］、１５３５℃で焼成したものが４．００６［ｇ／ｃｍ３］であった。他方、比較例１によって得られたアルミナ質基板１の焼結体密度は、１４４５℃で焼成したものが３．６４９［ｇ／ｃｍ３］、１４７５℃で焼成したものが３．８９１［ｇ／ｃｍ３］、１５０５℃で焼成したものが４．００５［ｇ／ｃｍ３］、１５３５℃で焼成したものが４．０２８［ｇ／ｃｍ３］、１５５０℃で焼成したものが４．０３３［ｇ／ｃｍ３］であった。図３は、実施例１及び比較例１について夫々測定された焼結体密度を焼成温度に対応させてプロットしたグラフである。図３から理解されるように、実施例１によるアルミナ質基板１は、比較例１によるアルミナ質基板１と比較して、焼成温度が比較的低くても、良好な焼結体密度を示している。【００２３】
このように、本実施形態によるアルミナ質基板１は、シリカが添加されたことにより、焼成温度を低温化しても差し支えないという効果を奏することができるので、製造コストの低減が可能となる。【００２４】
次に、抗折強度の値は、JIS  R1601「ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法」に準じた3点曲げ試験を行うことによって、求められた。具体的には、実施例１によって得られたアルミナ質基板１の抗折強度は、１４４５℃で焼成したものが５９２．６６［ＭＰａ］、１４７５℃で焼成したものが６４８．０２［ＭＰａ］、１５０５℃で焼成したものが６０３．９４［ＭＰａ］、１５３５℃で焼成したものが５８９．５７［ＭＰａ］であった。他方、比較例１によって得られたアルミナ質基板１の焼結体密度は、１４４５℃で焼成したものが５２２．４４［ＭＰａ］、１４７５℃で焼成したものが５５８．２［ＭＰａ］、１５０５℃で焼成したものが６４９．６３［ＭＰａ］、１５３５℃で焼成したものが６０５．０５［ＭＰａ］、１５５０℃で焼成したものが６０７．５４［ＭＰａ］であった。図４は、実施例１及び比較例１について夫々測定された抗折強度を焼成温度に対応させてプロットしたグラフである。図４から理解されるように、実施例１によるアルミナ質基板１は、比較例１によるアルミナ質基板１と比較して、抗折強度が最大となる焼成温度が低い。【００２５】
このように、本実施形態によるアルミナ質基板１は、シリカが添加されたことにより、焼成温度を低温化しても抵抗強度を高く維持できるという効果を奏することができるので、製造コストの低減が可能となる。【００２６】
収縮率は、焼成前のアルミナグリーンシートの寸法をＤ、焼成後のアルミナ質基板の寸法をＥとした場合に、（Ｄ−Ｅ）／Ｄ×１００［％］であるとして算出された。すると、実施例１によって得られたアルミナ質基板１の収縮率は、１４４５℃で焼成したものが１６．５７［％］、１４７５℃で焼成したものが１７．３５［％］、１５０５℃で焼成したものが１７．３１［％］、１５３５℃で焼成したものが１７．５５［％］であった。他方、比較例１によって得られたアルミナ質基板１の収縮率は、１４４５℃で焼成したものが１５．５５［％］、１４７５℃で焼成したものが１７．３０［％］、１５０５℃で焼成したものが１８．０２［％］、１５３５℃で焼成したものが１８．３０［％］、１５５０℃で焼成したものが１８．３５［％］であった。【００２７】
このように、本実施形態によるアルミナ質基板１は、シリカが添加されたことにより、収縮率が比較的小さくなっているので、これが、焼成後の平坦性が良好であることの一因になっていると考えられる。【００２８】
以上の評価結果を、下記表１にまとめて示す。
【表１】
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【符号の説明】
【００２９】
１  アルミナ質基板
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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【国際調査報告】
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