(57)【要約】【課題】メタライズとの同時焼成が可能で、気密封止しても破壊しにくい小型・薄型用のセラミックパッケージ及びその製造方法を提供する。【解決手段】電気素子４を表面に実装するための基板底部１ａ及び該基板底部１ａの外周に一体的に設けられた基板堤部１ｂを具備する絶縁基板１と、該絶縁基板１の内部及び／又は表面に設けられた導体層２と、蓋体８を接合するために前記基板堤部１ｂの一部に設けられたメタライズ層３ａとを具備するセラミックパッケージにおいて、前記絶縁基板１が６質量％以上の焼結助剤を含み、焼上げ磁器強度が６５０ＭＰａ以上のアルミナ焼結体からなることを特徴とする。【選択図】図１
2005101300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気素子を表面に実装するための基板底部及び該基板底部の外周に一体的に設けられた基板堤部を具備する絶縁基板と、該絶縁基板の内部及び／又は表面に設けられた導体層と、蓋体を接合するために前記基板堤部の一部に設けられたメタライズ層とを具備するセラミックパッケージにおいて、前記絶縁基板が６質量％以上の焼結助剤を含み、平均結晶粒径が０．８〜１．８μｍで、焼上げ磁器強度が６５０ＭＰａ以上のアルミナ焼結体からなることを特徴とするセラミックパッケージ。
【請求項２】
前記絶縁基板がＭｎをＭｎ２Ｏ３換算で２〜８質量％、ＳｉをＳｉＯ２換算で１〜６質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で０．１〜１質量％の割合で含み、ＳｉＯ２／ＭｇＯの含有比率が５〜１５であるアルミナ焼結体からなることを特徴とする請求項１記載のセラミックパッケージ。
【請求項３】
前記基板堤部の幅が０．１〜０．３ｍｍ、前記基板底部の厚みが０．１〜０．３ｍｍ、パッケージ全体の高さが０．３〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２記載のセラミックパッケージ。
【請求項４】
アルミナ粉末と焼結助剤として平均粒子径が１．３μｍ以下のＭｎ２Ｏ３粉末、ＳｉＯ２粉末及び平均粒子径が３〜５μｍの炭酸マグネシウム粉末を合計で６質量％以上含有し、ＳｉＯ２／ＭｇＣＯ３の含有比率がＳｉＯ２／ＭｇＯ換算で５〜１５の組成からなるグリーンシートに、導体ペーストを用いて導体層及びメタライズ層を被着形成した後、前記グリーンシートを適宜積層し、しかる後に焼上げ磁器強度が６５０ＭＰａ以上となるように焼成することを特徴とするセラミックパッケージの製造方法。
【請求項５】
前記Ｍｎ２Ｏ３粉末が２〜８質量％、前記ＳｉＯ２粉末が１〜６質量％、前記炭酸マグネシウムがＭｇＯ換算で０．１〜１質量％、ＳｉＯ２／ＭｇＯの含有比率が５〜１５であることを特徴とする請求項１０記載のセラミックパッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に振動子や半導体素子等の電気素子が搭載され、蓋体等の蓋によって機密に封止するセラミックパッケージ、特に、高さが０．６ｍｍ以下の超小型・超薄型のセラミックパッケージ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の高集積化、電子部品の小型化に伴い、各種電子機器の小型化、高機能化が図られている。これに伴い、電気素子を搭載するセラミックパッケージの小型化が要求され、例えば、外形サイズ縦３ｍｍ、横２ｍｍ、高さ０．８ｍｍ程度まで小型化したセラミックパッケージが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところが最近、例えば高さ０．６ｍｍ以下のＩＣカードに体表される超小型・超薄型製品に適応できるように、パッケージもさらに一層の小型化が求められている。このような超小型・超薄型セラミックパッケージでは絶縁基板の基板堤部の幅や基板底部の厚みが小さくなるため、蓋体の接合によってこれらの部位が破損しないようにセラミックパッケージには高い強度が必要になってきている。
【０００４】
この問題を解決するため、純度９９％以上の高純度アルミナを用いることによって、厚さ０．２５〜０．３５ｍｍの形状で５５ｋｇｆ／ｍｍ２以上の高強度のアルミナ基板を実現することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
しかし、この高純度・高強度アルミナ基板は、アルミナ純度が９９質量％以上と高く、同時焼成でメタライズを形成した場合、メタライズの接合強度が低い。そのため、接合強度の高いメタライズを得るには、Ｍｏを主成分とし、Ｍｎ、Ｔｉ等の活性金属で構成される導体成分を焼結後に焼き付ける必要があり、工程が増え、コストが高くなるという問題があった。また、焼結助剤として用いる酸化マグネシウムは微粉末であるため、スラリー作製時に２次凝集し易く、焼結欠陥を生じ易く、強度が低下するという問題があった。
【０００６】
そこで、焼結助剤を４質量％以上加えたアルミナ質成形体に導体層を形成し、これを焼成する事により、焼成とメタライズとを同時に行い、低コストでアルミナ基板を実現することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１９６４８５号広報
【特許文献２】特開２０００−７４２５号公報
【特許文献３】特開２０００−２７７６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３に記載のアルミナ焼結体は、同時焼成によってメタライズが可能となったが、焼結助剤が４質量％以上含まれるため、強度が４００ＭＰａ以下と低く、気密封止のために蓋体とセラミックパッケージとを接合すると、絶縁基板、メタライズ層、ロウ材、蓋体の熱膨張率の差により発生する熱応力によって絶縁基板が破壊するという問題があった。特に、導体と同時焼成するセラミックパッケージは研磨等の加工をせず、焼上げのまま用いるために製品表面に破壊源が多く存在し、封止の際に破壊し易いという問題があった。
【０００８】
従って、本発明は、メタライズとの同時焼成が可能で、気密封止しても破壊しにくい小型・薄型用のセラミックパッケージ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のセラミックパッケージは、電気素子を表面に実装するための基板底部及び該基板底部の外周に一体的に設けられた基板堤部を具備する絶縁基板と、該絶縁基板の内部及び／又は表面に設けられた導体層と、蓋体を接合するために前記基板堤部の一部に設けられたメタライズ層とを具備するセラミックパッケージにおいて、前記絶縁基板が６質量％以上の焼結助剤を含み、焼上げ磁器強度が６５０ＭＰａ以上のアルミナ焼結体からなることを特徴とする。
【００１０】
特に、前記絶縁基板がＭｎをＭｎ２Ｏ３換算で２〜８質量％、ＳｉをＳｉＯ２換算で１〜６質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で０．１〜１質量％の割合で含み、ＳｉＯ２／ＭｇＯの含有比率が５〜１５であるアルミナ焼結体からなることが好ましい。
【００１１】
また、前記基板堤部の幅が０．１〜０．３ｍｍ、前記基板底部の厚みが０．１〜０．３ｍｍ、パッケージ全体の高さが０．３〜０．６ｍｍであることが好ましい。
【００１２】
本発明のセラミックパッケージの製造方法は、アルミナ粉末と焼結助剤として平均粒子径が１．３μｍ以下のＭｎ２Ｏ３粉末、ＳｉＯ２粉末及び平均粒子径が３〜５μｍの炭酸マグネシウム粉末を合計で６％以上含有し、ＳｉＯ２／ＭｇＣＯ３の含有比率がＳｉＯ２／ＭｇＯ換算で５〜１５の組成からなるグリーンシートに、導体ペーストを用いて導体層及びメタライズ層を被着形成した後、前記グリーンシートを適宜積層し、しかる後に焼上げ磁器強度が６５０ＭＰａ以上となるように焼成することを特徴とする。
【００１３】
また、前記Ｍｎ２Ｏ３粉末が２〜８質量％、前記ＳｉＯ２粉末が１〜６質量％、前記炭酸マグネシウムがＭｇＯ換算で０．１〜１質量％、ＳｉＯ２／ＭｇＯの含有比率が５〜１５であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、焼結助剤であるＭｇＣＯ３の粒度を制御し、且つＳｉＯ２／ＭｇＯの比率を制御することにより、緻密且つ、Ｍｎ，Ｍｇ成分の分散が良好な焼結体を得ることが可能であり、焼上げ磁器強度が６５０ＭＰａ以上のアルミナ質絶縁基板を得ることができ、これをパッケージとして使用することにより、メタライズとの同時焼成が可能で、気密封止のために蓋体を接合しても破壊しにくい小型・薄型用のセラミックパッケージ、特にＩＣカード等に内蔵可能な小型及び／又は薄型のセラミックパッケージを低コストで実現できる。
【００１５】
また、絶縁基板がＭｎをＭｎ２Ｏ３換算で２〜８質量％、ＳｉをＳｉＯ２換算で１〜６質量％、ＭｇをＭｇＯ換算で０．１〜１質量％の割合で含み、ＳｉＯ２／ＭｇＯの含有比率が５〜１５であるアルミナ焼結体からなるため、これにより高強度を安定して得ることができる。
【００１６】
さらに、前記基板堤部の幅が０．１〜０．３ｍｍ、前記基板底部の厚みが０．１〜０．３ｍｍ、パッケージ全体の高さが０．３〜０．６ｍｍであるため、このような寸法に設定することにより、絶縁基板の熱応力破壊をより効果的に防止するとともに、パッケージの容積をより小さくすることができる。
【００１７】
また、本発明のセラミックパッケージの製造方法は、アルミナ粉末と焼結助剤として平均粒子径が１．３μｍ以下のＭｎ２Ｏ３粉末、ＳｉＯ２粉末及び平均粒子径が３〜５μｍの炭酸マグネシウム粉末を合計で６％以上含有し、ＳｉＯ２／ＭｇＣＯ３の含有比率がＳｉＯ２／ＭｇＯ換算で５〜１５の組成からなるグリーンシートに、導体ペーストを用いて導体層及びメタライズ層を被着形成した後、前記グリーンシートを適宜積層し、しかる後に焼上げ磁器強度が６５０ＭＰａ以上となるように焼成するが、粒成長を抑制しつつ低温で焼結させ、６質量％以上の焼結所剤を加えても、より高密度かつ高分散の焼結体を実現でき、６５０ＭＰａ以上の強度を有するアルミナ焼結体を得ることができる。
【００１８】
特に、前記Ｍｎ２Ｏ３粉末が２〜８質量％、前記ＳｉＯ２粉末が１〜６質量％、前記炭酸マグネシウムがＭｇＯ換算で０．１〜１質量％、ＳｉＯ２／ＭｇＯの含有比率が５〜１５であるがため、高強度をより安定して達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のセラミックパッケージを、図を用いて説明する。図１は、本発明のセラミックパッケージの一例を示すもので、図１（ａ）はセラミックパッケージの概略断面図であり、図１（ｂ）は内部に振動子等の電子部品や半導体素子等の電気素子を搭載し、蓋体によって蓋をしたセラミックパッケージの断面図である。
【００２０】
セラミックパッケージは、アルミナ焼結体からなり、基板底部１ａと基板堤部１ｂとからなる絶縁基板１と、基板底部１ａに設けられた導体層２と、基板堤部１ｂの上に形成されたリング上のメタライズ層３ａを具備する。
【００２１】
絶縁基板１は、基板底部１ａと基板堤部１ｂとからなり、基板堤部１ａの外周に基板堤部１ｂが一体的に設けられてなるものである。また、導体層２は、基板底部１ａの表面に設けられた表面導体層２ａと、外部との電気接続のために裏面に設けられた裏面導体層２ｃと、表面導体層２ａ及び裏面導体層２ｃを接続するために基板底部１ａの内部に形成された内部導体層２ｂとからなっている。
【００２２】
本発明のセラミックパッケージは、電子部品や半導体素子を内部に戴置し、蓋をして密封して用いるものであり、例えば図１（ｂ）に示すように、絶縁基板１の基板底部１ａに設けられた導体層２と接続された電子部品４ａ及び半導体素子４ｂとが設けられている。
【００２３】
電子部品４ａは、導電性接着剤５ａを用いて導体層２と電気的接続を行っている。電子部品４ａとしては、水晶発振子、誘電体、抵抗体、フィルタ及びコンデンサのうち少なくとも１種を用いることができる。また、半導体素子４ｂはワイヤボンディングにより導体層２と接続されている。
【００２４】
金属製蓋体８は、電子部品４ａ及び半導体素子４ｂを保護するため、セラミックパッケージに接合し、気密に封止される。さらに、金属製蓋体８は、基板堤部１ｂの上面に被着形成されたメタライズ層３ａの表面に、所望によりメッキ層３ｂを形成し、共晶Ａｇ−Ｃｕ等のロウ材６を用いて、シーム溶接等の方法により接合される。
【００２５】
本発明のセラミックパッケージは、絶縁基板１を構成するアルミナ焼結体の焼上げ磁器強度が６５０ＭＰａ以上であることが重要であり、金属製等の蓋体８の封止時や二次実装の時に熱応力が加わっても破壊しにくく、または、ハンドリング時や使用時の衝撃等により破壊することを効果的に防止することができる。特に、このような効果をさらに高めるため、焼上げ磁器強度は６７０ＭＰａ以上、更には６８０ＭＰａ以上、より好適には７００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００２６】
なお、本発明における強度は、３点曲げ強度試験による測定値を示すもので、厚み３ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ４０ｍｍの試料を用いて評価することができる。ただし、テンション面は未加工のまま、ＪＩＳ  Ｒ１６０１に基づいて室温にて測定した値である。また、焼上げ強度とは、試験片の最大応力が加わる面を未加工のまま測定した強度で、研磨後強度とは、試験片の最大応力が加わる面の研磨を行った後に測定した強度である。
【００２７】
また、絶縁基板１の結晶粒径は、０．８〜１．８μｍであることが重要である。結晶粒径を制御することによって応力が集中し、破壊源となることを防止し、強度を高く維持する効果がある。本発明によれば、結晶粒径を上記のように小さい範囲に設定することで６５０ＭＰａ以上の強度を得ることができる。特に、上記効果を高めるため、１〜１．５μｍが好ましい。
【００２８】
さらに、絶縁基板１は、アルミナを主成分とし、焼結助剤が６質量％以上含まれることも重要である。６質量％以上の焼結助剤を含有することにより、メタライズと同時焼成を可能とすることができる。
【００２９】
主成分のアルミナは、９０質量％以上、特に９０〜９４質量％、更には９１〜９４質量％の割合で含有することが好ましい。これにより、絶縁基板１の絶縁性と、絶縁基板１と導体層２との密着性とを維持しつつ、強度を６５０ＭＰａとすることが容易となる。
【００３０】
第２の成分として、Ｍｎを酸化物（Ｍｎ２Ｏ３）換算で２〜８質量％、特に３〜８質量％、更には３〜６質量％、より好適には２〜４質量％の割合で含むことが好ましい。これは、Ｍｎ成分は焼結助剤として作用するものであり、１３５０〜１５００℃の低温焼成を容易にし、且つＭｎＡｌ２Ｏ４を過度に析出しないため、緻密化を容易にすることができる。
【００３１】
さらに、Ｍｎ２Ｏ３は平均粒子径が０．３〜１．３μｍ、特に０．４〜１．０μｍ、更には０．４〜０．８μｍであることが好ましい。このような粉末を用いると、グリーンシートの成形性が良好で、Ｍｎの凝集を防止して助剤成分の分散を向上することができる。
【００３２】
第３の成分として、ＳｉをＳｉＯ２換算で１〜６質量％、特に２〜５質量％、更には３〜５質量％の割合で含有することが好ましい。ＳｉＯ２がこのような割合で存在すると、焼結性に寄与する液相を生成して緻密化を促進し、ＭｎＡｌ２Ｏ４が結晶化され易く、高強度を得やすくなる。
【００３３】
第４の成分として、ＭｇをＭｇＯ換算で０．１〜１質量％、特に０．１５〜１．０質量％、更には０．２〜０．５質量％の割合で含有することが好ましい。ＭｇＯはアルミナ結晶粒子の粒成長を抑制する効果があり、均一に分散させることによってアルミナの粒径が小さく均一な焼結体が得られ、上記の割合でＭｇが存在することで、外観不良が生じ難く、ＭｎＡｌ２Ｏ４の結晶相が生じ易く、高い強度を実現できる。
【００３４】
本発明よれば、ＳｉＯ２／ＭｇＯの含有比率が５〜１５であることが重要である。Ｍｇ−Ｓｉ化合物が析出することにより、磁器染みと強度低下の原因となるＭｎ−Ｓｉ化合物の凝集を抑制し、高強度化を容易にすることが可能となる。特に、５〜１０が好ましい。
【００３５】
また、絶縁基板１と導体層２との同時焼結性を高めるために、所望により、第５の成分として、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａのうち少なくとも１種を、酸化物換算で３質量％以下の割合で含んでもよい。更に、所望により、第６の成分として、Ｗ、Ｍｏ等の金属を焼結体を黒色化するための成分として２質量％以下の割合で含んでもよい。なお、本発明において焼結助剤とは上記第２〜６成分を意味する。
【００３６】
上記アルミナ結晶粒子の粒界には少なくとも前記第２、第３成分が存在するが、これらの成分の内第２成分であるＭｎの全てあるいは一部が、ＭｎＡｌ２Ｏ４として存在することが好ましい。焼結助剤として添加したＭｎ２Ｏ３がＭｎＡｌ２Ｏ４として析出することによって、焼結体の曲げ強度を高めることができる。
【００３７】
本発明によれば、図１（ａ）に示した基板堤部１ｂの幅ｄを０．１〜０．３ｍｍに、基板底部１ａの厚みＤを０．１〜０．３ｍｍに、またパッケージの高さＴを０．３〜０．６ｍｍにすることが好ましい。このような寸法に設定することにより、絶縁基板１であるアルミナ焼結体の強度を考慮し、金属製該体１０の封止時の熱応力に対する破壊をより効果的に防止でき、また、パッケージの容積をより小さくすることができる。特に、パッケージの高さを０．６ｍｍ以下とすることにより、電子部品４ａ及び／又は半導体素子４ｂを実装した超小型・超薄型セラミックパッケージとしてＩＣカード等に応用することが容易になる。
【００３８】
絶縁基板１を構成するアルミナ焼結体に対するメタライズ層３ａの接着強度が４９Ｎ以上、特に６８Ｎ以上、更には９８Ｎ以上であることが好ましい。このように接着強度を４９Ｎ以上にすることにより、金属端子との接続信頼性、封止後の熱サイクルによる熱応力に対する信頼性を高め、絶縁基板１とリング状に形成されたメタライズ層３ａとの間で剥離することを防止し、セラミックパッケージの気密性を十分に保つことができる。
【００３９】
絶縁基板１を構成するアルミナ焼結体の結晶粒径を一定の範囲で均一に分布させることが焼上げ強度を改善する点で重要である。即ち、平均結晶粒径を１．８μm以下、特に１．５μm以下にすることによって、特に焼上げ強度及び研磨後強度を改善することができる。また、平均結晶粒径を０．８μｍ以上、特に１μｍ以上とすることによって、凝集を防止し、均一分散による強度向上に寄与できる。そのためには、焼結助剤のＭｇＣＯ３原料粉末の平均粒子径を特定の値とする手法を採用することができる。
【００４０】
さらに、絶縁基板１の気孔率は、４％以下、特に３．５％以下、更には３％以下が好ましい。気孔率を高めることによって、強度低下を抑制することが可能となる。
【００４１】
なお、気孔率はアルキメデス法によって測定することができ、平均結晶粒径はインターセプト法によって測定することができる。
【００４２】
接着強度の測定は、アルミナ焼結体の表面に２ｍｍ×２５ｍｍの導体層を形成し、無電解Ｎｉメッキを施した後、銀ロウを用いて金具を接合し、金具を引き剥がす際の引き剥がし荷重を測定した。得られた荷重の値を接着強度と定義した。
【００４３】
絶縁基板１の熱伝導率は、封止時の熱を系外に放出するとともに、絶縁基板内での温度差を小さくすることができるため、封止時の破壊をより効果的に防止する点で１５Ｗ／ｍＫ以上、特に２０Ｗ／ｍＫ以上、さらには２５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。
【００４４】
絶縁基板のヤング率は、熱応力を変形によって吸収し、破壊をより効果的に防止する傾向がある点で、３２５ＧＰａ以下であることが好ましい。
【００４５】
導体層２は、蓋体を封止あるいは各種金属端子との接続を可能とし、絶縁基板との強固な接着力を有するメタライズを形成するため、Ｗ及び／又はＭｏを主成分とし、アルミナを１０質量％以下、特に８質量％以下含むことが好ましい。
【００４６】
蓋体８は、熱膨張がアルミナに近く、封止時に発生する熱応力が小さくなり、封止時に絶縁基板１がより破壊しにくくなるため、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金であることが好ましい。
【００４７】
このようなアルミナパッケージは、高強度であるという特徴を有し、小型又は薄型であっても破壊し難いため、ＩＣカードはもとより、携帯情報端末等の電子機器にも好適に用いることができる。
【００４８】
次に、本発明のセラミックパッケージを製造する方法について具体的に説明する。
【００４９】
まず、原料粉末として平均粒子径が０．５〜２．５μｍ、特に１．０〜２．０μｍのアルミナ粉末を準備する。これは、平均粒子径は０．５μｍ以上とすることにより、シート成形性を確保でき、粉末のコスト上昇を防ぐことができる。また、２．５μｍ以下とすることで、１５００℃以下の焼成での緻密化を促進し、焼結を容易にすることができる。また、不純物による強度低下を防止するため、アルミナ粉末の純度は９９％以上であることが好ましい。
【００５０】
また、焼結助剤として、まず、平均粒子径が１．３μｍ以下のＭｎ２Ｏ３粉末を添加することが重要である。１．３μｍ以下とすることで、Ｍｎ成分の分散を向上させ、また、緻密化を促進することができる。特に、平均粒子径の下限値を０．４μｍ以上とすることにより、シート成形性を容易に確保できる。さらに、不純物を避けるため、純度は９９％以上が好ましい。
【００５１】
また、第２の焼結助剤として、ＳｉＯ２粉末を添加することが重要である。純度は９９％以上、平均粒子径は０．５〜３μｍであことが好ましい。特に、溶融ＳｉＯ２を用いることが好ましい。溶融により生成されたＳｉＯ２を用いると、密度が高く、より緻密な焼結を得ることが容易になり、高強度を達成しやすくなる。
【００５２】
さらに、第３の焼結助剤として、平均粒子径Ｄ５０が３〜５μｍのＭｇＣＯ３粉末を用いることが重要である。このような範囲の平均粒子径を有するＭｇＣＯ３粉末は、均一に分散しやすく、焼結時にアルミナ結晶粒子が粒成長をするのを抑制し、細かく、且つ均一に分布したアルミナ結晶を有する焼結体を得ることができる。
【００５３】
平均粒子径Ｄ５０が３μm未満では、微粉末が多くなるため粉末が凝集し易く、スラリー中で分散不良となり、グリーンシート作製時にクラック等の外観不良が発生する。また、５μmを越えると、ＭｇＯ粒子が破壊源となり、強度が低下する。シート成形性と安定した高強度化のため、特に３．５〜４．５μmが好ましい。なお、ＭｇＣＯ３粉末の純度は、不純物を避けると共に、Ｍｇの分散性を高めるため、９９％以上が好ましい。
【００５４】
そして、ＳｉＯ２／ＭｇＣＯ３の含有比率がＳｉＯ２／ＭｇＯ換算で５〜１５となるように配合することが重要である。このような比でＳｉＯ２とＭｇＣＯ３を加えることによって、Ｍｇ−Ｓｉ化合物の析出を抑制し、磁器染みと強度低下の原因となるＭｎ−Ｓｉ化合物の凝集を抑制して６５０ＭＰａ以上の高強度化を実現することができる。
【００５５】
なお、Ｍｎ、Ｓｉ及びＭｇは、上記の粉末以外に、焼成によって酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等として添加してもよい。
【００５６】
これらの成分は、アルミナ粉末に対して、Ｍｎ２Ｏ３粉末を２〜８質量％、ＳｉＯ２粉末を１〜６質量％、ＭｇＣＯ３粉末をＭｇＯ換算で０．１〜１質量％の割合で添加することが、焼結性を高め、緻密化を促進するために好ましい。さらに、アルミナ粉末に対して、Ｍｎ２Ｏ３粉末を２〜４質量％、ＳｉＯ２粉末を２〜４質量％、ＭｇＣＯ３粉末を０．１〜０．６質量％の割合で添加することが好ましい。
【００５７】
なお、所望により、第５の成分として、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａのうち少なくとも１種を酸化物換算で３質量％以下、第６の成分として、Ｗ、Ｍｏ等の遷移金属の金属粉末や酸化物粉末を着色成分として金属換算で２質量％以下の割合で添加してもよい。
【００５８】
さらに、強度、破壊靭性を向上させる周知の方法であるＺｒ，Ｈｆ等を適宜添加してもよい。
【００５９】
上記の混合粉末に対して適宜有機バインダを添加した後、これをプレス法、ドクターブレード法、圧延法、射出法等の周知の成形方法によって、絶縁基板を生成するためのグリーンシートを作製する。例えば、上記混合粉末に有機バインダや溶媒を添加してスラリーを調整した後、ドクターブレード法によってグリーンシートを形成する。或いはまた、混合粉末に有機バインダを加え、プレス成形、圧延成形等により所定の厚みのグリーンシートを作製できる。
【００６０】
そして、所望により、グリーンシートに対して、マイクロドリル、レーザー等により直径５０〜２５０μｍのビアホールを形成することができる。
【００６１】
このようにして作製したグリーンシートに対して、導体ペーストをスクリーン印刷、グラビア印刷等の方法により各グリーンシート上に配線パターンを形成し、所望により、上記の導体ペーストをビアホール内に充填するとともに、メタライズ層を形成するためにリング状に印刷塗布する。
【００６２】
導体ペーストは、導体成分としてＷ及び／又はＭｏを用い、これにアルミナ粉末を１０質量％以下、特に８質量％以下の割合で添加したものが好ましい。これは、導体層２の導通抵抗を低く維持したままアルミナ焼結体と導体層２の密着性を高め、メッキ欠け等の不良の発生を防止することができる。なお、密着性向上のため、アルミナ粉末の代わりに、絶縁基板を形成する酸化物セラミック成分と同一の組成物粉末を加えてもよく、さらにＮｉ等の酸化物を０．０５〜２質量％の割合で添加することも可能である。
【００６３】
その後、導体ペーストを印刷塗布したグリーンシートを位置合わせして積層圧着した後、この積層体を、焼上げ磁器強度が６５０ＭＰａ以上となるように焼成することが重要である。例えば、少なくとも１０００℃から焼成最高温度まで１５０℃／ｈ以上の昇温速度で加熱し、１３５０〜１５００℃の非酸化性雰囲気中で焼成し、１０００℃までの冷却速度を２５０℃／ｈ以下とする条件で焼成することができる。
【００６４】
昇温速度が、１０００℃から焼成最高温度までの間において、１５０℃／ｈより小さい場合、昇温時の低温液相領域での液相生成が不均一になり、アルミナの粒成長に偏りが生じるため曲げ強度が低下する傾向がある。特に、強度をより高めるため、昇温速度を１８０℃／ｈ以上、更には２００℃／ｈ以上とすることが好ましい。
【００６５】
また、１３５０〜１５００℃で焼成することも重要であり、１３５０℃よりも低くなると緻密化が不十分で曲げ強度が６５０ＭＰａに達しないことがあり、また、１５００℃よりも高くなると、Ｗ及び／又はＭｏ自体の焼結が進み、アルミナとの接着強度が弱くなる傾向がある。焼成温度は、機械的及び電気的信頼性を高めるため、特に１３５０〜１４５０℃であることが好ましい。
【００６６】
焼成終了直後の保持温度から１０００℃までの冷却速度は、２５０℃／ｈ以下であることが好ましい。２５０℃／ｈを超えると、ＭｎＡｌ２Ｏ４が結晶化されにくく、非晶質として残存するため、曲げ強度が低下しやすい傾向がある。冷却速度は、強度をさらに高める点で、特に２００℃／ｈ以下が好ましい。
【００６７】
また、焼成雰囲気は、金属が酸化されないように、非酸化性雰囲気であることが好ましい。具体的には、窒素、又は窒素と水素との混合ガスを用いることが好ましい。有機バインダの脱脂をする上では、水素及び窒素を含み、露点＋３０℃以下、特に２５℃以下の非酸化性雰囲気であることが望ましい。なお、雰囲気中には、所望により、アルゴン等の不活性ガスを混入してもよい。
【００６８】
そして、メタライズ層３ａ及び導体層２には、所望によりＮｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、ＡｕおよびＣｕのうち少なくとも１種から成るメッキ層を形成することによって、接合時の密着性を向上することができる。
【００６９】
このような方法で製造したセラミックパッケージは、メタライズとの同時焼成が可能で、強度が６５０ＭＰａ以上の小型セラミックパッケージとして好適に用いることができる。
【００７０】
なお、最終的には、絶縁基板１内部に電子部品４ａ及び／又は半導体素子４ｂを実装し、導体層２との間を電気的に接続し、且つリング状に形成されたメタライズ層３ａの表面に被覆されたメッキ層３ｂを介して、ロウ材９によって金属製蓋体１８をシーム溶接で絶縁基板１に接合することにより、電子部品４ａ及び／又は半導体素子４ｂが気密に封止された半導体装置を得ることができる。
【実施例】
【００７１】
純度９９％以上、平均粒子径１．５μｍのアルミナ粉末に対して、純度９９％以上、表１に示した平均粒子径のＭｎ２Ｏ３粉末、純度９９％以上、表１に示した平均粒子径の溶融ＳｉＯ２粉末、純度９９％以上、平均粒子径３．６μｍのＭｇＣＯ３粉末、純度９９％以上、平均粒子径０．７μｍのＭｏＯ３粉末を準備した。
【００７２】
これらの原料粉末を表１に示す割合で混合した後、成形用有機樹脂（バインダ）としてアクリル系バインダと、トルエンを溶媒として混合してスラリーを調整し、しかる後に、ドクターブレード法にて厚さ１５０μｍのグリーンシートを作製した。なお、表１には、ＭｇＣｏ３の含有量は、ＭｇＯ換算値ではなく、ＭｇＣＯ３含有量の値として示した。
【００７３】
得られたグリーンシートを所定厚みに積層し、露天＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、引き続き、１８０℃／ｈで１０００℃から焼成最高温度１３７０℃まで昇温し、それを焼成温度として露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて４８分焼成した後、１０００℃までを１８０℃／ｈで冷却した。
【００７４】
得られた焼結体の気孔率はアルキメデス法によって測定し、また、強度はＪＩＳ  Ｒ１６０１に基づいて室温にて測定した。試験片は厚み３ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ４０ｍｍの梁状であり、焼上げ強度に用いる試験片は最大応力が加わる面を未加工のままで測定し、研磨後強度に用いる試験片は最大応力が加わる面の研磨を行って試料を作成した。
【００７５】
さらに、ヤング率はＪＩＳ  Ｒ１６０２に基づいて室温のヤング率を測定し、熱伝導率はレーザーフラッシュ法により室温で測定した。
【００７６】
一方、平均粒子径２．６μｍのＭｏ粉末を９４質量％、平均粒子径１．５μｍのアルミナ粉末を６質量％、アクリル系バインダ及びアセトンを溶媒として混合し、導体ペーストを調整した。
【００７７】
そして、上記と同様にして作製したグリーンシートに対して、打ち抜き加工を施し、直径が１００μｍのビアホールを形成し、このビアホール内に、上記の導体ペーストをスクリーン印刷法によって充填するとともに、配線パターン状及びリング状に印刷塗布した。なお、リング状メタライズを形成したグリーンシートは、電子部品を収納する部位を打ち抜き加工によって除去した。
【００７８】
なお、導体ペーストは純度９９％以上、平均粒子径０．７μｍのＭｏ粉末９５質量％、平均粒子径１．５μｍのアルミナ粉末を４．６質量％、平均粒子径１．０μｍのＭｎ２Ｏ３粉末及び平均粒子径１．０μｍのＳｉＯ２粉末がそれぞれ０．２質量％から成る組成であった。
【００７９】
このようにして作製したグリーンシートを位置合わせし、積層圧着して積層体を作製した。この後、この積層成形体を露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、露天＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行った後、引き続き、昇温速度１８０℃／ｈで１０００℃から焼成最高温度１３７０℃まで昇温し、焼成最高温度１３７０℃にて露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて４８分焼成した後１０００℃までを１８０℃／ｈで冷却した。
【００８０】
次に、絶縁基板表面の導体層及びメタライズ層の表面に電解Ｎｉメッキを施し、さらにその表面に０．２μｍのＡｕメッキを施した。メタライズ層に対して、共晶Ａｇ−Ｃｕロウ材を用いてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る厚み０．２ｍｍの金属製蓋体をシーム溶接によって接合し、気密に封止した。
【００８１】
得られた試料は、４０倍の顕微鏡にてメタライズの剥がれ及び絶縁基板のクラックを確認し、それぞれの結果についてメタライズ剥がれもクラックもない場合を○、それ以外を×として外観評価観察の評価を行った。また、気密封止性をＨｅリーク法によって評価した。Ｈｅリーク法は、０．４１ＭＰａのＨｅ加圧雰囲気中に２時間保持した後、取り出し、真空雰囲気中で検出されるＨｅガス量を測定し、１×１０−１０ＭＰａ・ｃｍ３／ｓｅｃ以下を○、５×１０−９ＭＰａ・ｃｍ３／ｓｅｃを超えるものを×として評価し、その結果を表１に示した。
【００８２】
また、絶縁基板に対するメタライズ層の接着強度は、２ｍｍ×５ｍｍの導体配線を形成し、無電解Ｎｉメッキを施した後、銀ロウを用いて金具を接合し、金具を引き剥がす際の引き剥がし荷重を測定した。結果を表１に示した。
【表１】
2005101300.tif 000003
本発明の試料Ｎｏ．１〜１５は、いずれも焼上げ強度が６５０ＭＰａ以上、研磨後の強度も６５０ＭＰａ以上であった。外観異常は観察されず、Ｈｅリーク試験でも見られず、封止状態も良好であった。
【００８３】
一方、ＭｇＣＯ３を含まない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１６、１７は、焼上げ強度が４４０ＭＰａ以下であった。また、試料Ｎｏ．１６は、外観異常はなかったが、Ｈｅリーク試験で異常が見られ、封止状態が不良であった。さらに、試料Ｎｏ．１７はクラックが見られ、外観が異常であった。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明のセラミックパッケージの一例を示すもので、（ａ）はセラミックパッケージの概略断面図、（ｂ）は内部に電気素子を実装し、蓋体を接合した状態のセラミックパッケージの概略断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１・・・絶縁基板
１ａ・・・基板底部
１ｂ・・・基板堤部
２・・・導体層
２ａ・・・表面導体層
２ｂ・・・裏面導体層
２ｃ・・・内部導体層
３ａ・・・メタライズ層
３ｂ・・・メッキ層
４・・・電気素子
４ａ・・・電子部品
４ｂ・・・半導体素子
５ａ・・・導電性接着剤
５ｂ・・・ワイヤボンディング
６・・・ロウ材
８・・・金属製蓋体
ｄ・・・基板堤部の幅
Ｄ・・・基板底部の厚み
Ｔ・・・パッケージの高さ
【図１】
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