(57)【要約】      （修正有）【課題】中温（一例１２５０〜１４００℃）範囲でもＨＴＣと同等の強度を有するセラミックパッケージの為の絶縁体組成物の提供。【解決手段】Ａｌ２Ｏ３を母材主成分として含み、前記母材主成分の出発原料の粒子サイズが５００ｎｍ以下であり、添加剤に対する前記母材主成分の含量比が８７〜９５ｗｔ％の範囲を有し、焼成体の微細構造において、粒子サイズは２００ｎｍ〜１．５μｍの範囲であり、又同時焼成され、且つ、Ｎｉを主成分とする電極をさらに含むことができ、１２５０℃〜１４００℃の焼成温度範囲で還元雰囲気の制御（Ｈ２の濃度３％以下）を通じてＮｉの酸化が抑制される絶縁体組成物。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ２Ｏ３を母材主成分として含み、
前記母材主成分の出発原料の粒子サイズが５００ｎｍ以下であり、
添加剤に対する前記母材主成分の含量比が８７ｗｔ％〜９５ｗｔ％の範囲を有する、絶縁体組成物。
【請求項２】
焼成体の微細構造において粒子サイズが２００ｎｍ〜１．５μｍの範囲を有する、請求項１に記載の絶縁体組成物。
【請求項３】
同時焼成され、且つ、Ｎｉを主成分とする電極をさらに含み、
１２５０℃〜１４００℃の焼成温度範囲で還元雰囲気の制御（Ｈ２の濃度３％以下）を通じて前記Ｎｉの酸化が抑制される、請求項１または２に記載の絶縁体組成物。
【請求項４】
６００ＭＰａ以上の強度を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の絶縁体組成物。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の絶縁体組成物を含む、セラミックパッケージ。
【請求項６】
出発原料の粒子サイズが５００ｎｍ以下であるＡｌ２Ｏ３を母材主成分として含む原料の含量比が添加剤に対して８７ｗｔ％〜９５ｗｔ％の範囲を有するように前記原料と前記添加剤を混合し、１２５０℃〜１４００℃の温度範囲で焼成する、絶縁体組成物の製造方法。
【請求項７】
前記絶縁体組成物の微細構造において粒子サイズが２００ｎｍ〜１．５μｍの範囲を有する、請求項６に記載の絶縁体組成物の製造方法。
【請求項８】
Ｎｉを主成分とする電極をさらに含んで同時焼成し、
還元雰囲気の制御（Ｈ２の濃度３％以下）を通じて前記Ｎｉの酸化が抑制される、請求項６または７に記載の絶縁体組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックパッケージの製造方法としては、従来のＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃ）とＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃ）が挙げられる。ＬＴＣＣの場合は焼成温度が８５０℃〜９５０℃と低いためセラミックの強度を実現することが困難であり、ＨＴＣＣの場合は１６００℃以上の高温で焼成を行って酸化性が非常に強いタングステン（Ｗ）電極、モリブデン（Ｍｏ）電極を用いる。したがって、非常に強い還元雰囲気の焼成を行わなければならないため雰囲気の制御が容易ではないという短所を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、中温（一例として、１２５０℃〜１４００℃）の温度範囲でもＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃ）と同等の水準の強度を有するセラミックパッケージのための絶縁体組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
Ａｌ２Ｏ３を母材主成分として含み、上記母材主成分の出発原料の粒子サイズが５００ｎｍ以下であり、添加剤に対する上記母材主成分の含量比が８７ｗｔ％〜９５ｗｔ％の範囲を有する絶縁体組成物が提供される。
【０００５】
一側面によれば、絶縁体組成物は、焼成体の微細構造において粒子サイズが２００ｎｍ〜１．５μｍの範囲を有する。
【０００６】
他の側面によると、絶縁体組成物は、同時焼成され、且つ、Ｎｉを主成分とする電極をさらに含み、１２５０℃〜１４００℃の焼成温度範囲で還元雰囲気の制御（Ｈ２の濃度３％以下）を通じて上記Ｎｉの酸化が抑制される。
【０００７】
さらに他の側面によると、絶縁体組成物は６００ＭＰａ以上の強度を有する。
【０００８】
さらに他の側面によると、このような絶縁体組成物を含むセラミックパッケージが提供されることができる。
【０００９】
出発原料の粒子サイズが５００ｎｍ以下であるＡｌ２Ｏ３を母材主成分として含む原料の含量比が添加剤に対して８７ｗｔ％〜９５ｗｔ％の範囲を有するように上記原料と上記添加剤を混合し、１２５０℃〜１４００℃の温度範囲で焼成する絶縁体組成物の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
中温（一例として、１２５０℃〜１４００℃）の温度範囲でもＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃ）と同等の水準の強度を有するセラミックパッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】焼成力の作用下で焼成中に発生する基本現象の例を示す図面である。
【図２】一実施例において、組成物の焼成温度による強度及び密度の変化の例を示す図面である。
【図３】ＨＴＣＣと一実施例によるＭＴＣＣの微細構造を比較するための図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施例について説明する。しかし、本発明の実施例は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施例に限定されない。また、本発明の実施例は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
【００１３】
本発明は、セラミックパッケージ（ｃｅｒａｍｉｃ  ｐａｃｋａｇｅ）の絶縁体組成物及び絶縁体組成物の形成に用いられる組成の製造方法に関する。
【００１４】
一実施例として、絶縁体組成物は、Ａｌ２Ｏ３を母材主成分として含むことができる。このとき、母材主成分の出発原料の粒子サイズが５００ｎｍ以下であり、添加剤に対する母材主成分の含量比が８７ｗｔ％〜９５ｗｔ％の範囲を有することができる。このとき、絶縁体組成物は、焼成体の微細構造において粒子サイズが２００ｎｍ〜１．５μｍの範囲を有することができる。また、絶縁体組成物は、同時焼成され、且つ、Ｎｉを主成分とする電極をさらに含むことができ、１２５０℃〜１４００℃の焼成温度範囲で還元雰囲気の制御（Ｈ２の濃度３％以下）を通じてＮｉ電極の酸化が抑制されることができる。このような絶縁体組成物は、１２５０℃〜１４００℃の中温で焼成を行ってもＨＴＣＣで実現できる６００ＭＰａ以上の強度を有することができる。
【００１５】
他の実施例として、上述の絶縁体組成物を含むセラミックパッケージが提供されることができる。
【００１６】
さらに他の実施例として、このような絶縁体組成物の製造方法が提供されることができる。このような絶縁体組成物の製造のために、出発原料の粒子サイズが５００ｎｍ以下であるＡｌ２Ｏ３を母材主成分として含む原料の含量比が添加剤に対して８７ｗｔ％〜９５ｗｔ％の範囲を有するように上記原料と上記添加剤を混合し、１２５０℃〜１４００℃の温度範囲で焼成を行うことができる。
【００１７】
セラミックパッケージの製作のためには、強度及び平坦度が必ず確保されなければならないが、従来のＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃ）及びＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃ）とは異なる焼成温度である１２５０℃〜１４００℃の温度で、ニッケル（Ｎｉ）電極と一緒に用いて１６００℃以上で焼成するＨＴＣＣと同等の水準の強度を有し、且つ、ニッケル電極を用いることができるＭＴＣＣ（Ｍｉｄｄｌｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃ）の組成物を製造する方法を提供する。
【００１８】
このため、母材であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の粒子サイズを小さくして中温（Ｍｉｄｄｌｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ、一例として、１２５０℃〜１４００℃）でも焼成できるようにするとともに、添加剤（ａｄｄｉｔｉｖｅ）として添加されるセラミックとの比を調節することにより、ＨＴＣＣで実現できる強度を中温でも実現することができるセラミック組成物を提供することができる。
【００１９】
本発明によれば、１４００℃以下の焼成温度で酸化性が非常に強いタングステン（Ｗ）電極またはモリブデン（Ｍｏ）電極の代わりにニッケル電極を用いて還元雰囲気（水素（Ｈ２）の濃度３％以下）において焼成できるようにすることで焼成雰囲気の制御が容易になる。
【００２０】
図１は焼成力の作用下で焼成中に発生する基本現象の例を示す図面である。図１の変換過程１００は緻密化（ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と粒成長（ｃｏａｒｓｅｎｉｎｇ、ｇｒａｉｎ  ｇｒｏｗｔｈ）が材料に及ぼす現象の例を示している。
【００２１】
一般に、焼成（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）の駆動力は、材料の表面エネルギー（γ）と粒界エネルギー（Ａ）で構成されるが、表面エネルギーを減少させるエネルギーが優勢であると材料は緻密化が進行し、粒界エネルギーを減少させるエネルギーが優勢であると材料は粒成長をするようになる。
【００２２】
材料が有する表面エネルギーは、ＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ、Ｔｅｌｌｅｒ）を測定することで得られるが、このＢＥＴ値が高いほど表面エネルギーが高いためこれを低くしようとする傾向が強くなる。換言すると、粒成長の進行より緻密化が優勢に発生するようになるが、同一元素において出発原料の粒子サイズが小さいほどＢＥＴ値は高くなる。
【００２３】
このような特徴が、中温（１２５０℃〜１４００℃）の温度条件下においてもＨＴＣＣで実現できる強度を実現することができる絶縁体組成物及び絶縁体組成物の製造方法に活用されることができる。
【００２４】
より具体的には、焼成温度を低くするために出発原料のサイズを小さくしてＢＥＴを調節することで粒成長より緻密化の駆動力を高める。このように生成された粒界に液状添加剤の量を調節することにより、従来の焼成温度（一例として、ＨＴＣＣのための焼成温度）より低い温度で所望する強度（一例として、ＨＴＣＣの強度）を実現することができる。
【実施例】
【００２５】
母材主成分は、サイズ（ｓｉｚｅ）が５００ｎｍ、３００ｎｍ、１５０ｎｍ級のＡｌ２Ｏ３粉末を用いた。添加剤の組成は下表１の通りである。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
本実施例では、上述の通り、母材であるＡｌ２Ｏ３と添加剤の比を調節して強度測定用のＫ２バルク（ｂｕｌｋ）を製作した。
【００２８】
スラリーの製作時に、母材主成分及び副成分粉末にジルコニアボールを混合／分散媒体として使用してエタノール／トルエンと噴射剤及びバインダーを混合した後、２４時間ボールミリングした。
【００２９】
製造されたスラリーは、小型ドクターブレード（ｄｏｃｔｏｒ  ｂｌａｄｅ）方式の成形コーター（ｃｏａｔｅｒ）を用いて５μｍ〜１０μｍの厚さで成形シートを製造した。
【００３０】
製造された成形シート（厚さ約５μｍ〜１０μｍ）を約４０層積層して製作し、圧着バーは切断機を用いて横５０ｃｍ×縦１５ｃｍのサイズのシート（Ｋ−ｓｑｕａｒｅ）に切断した。製作が完了したＫ−ｓｑｕａｒｅは窒素（Ｎ２雰囲気の３４０℃でか焼してから０．０６％  Ｈ２／９９．９４％  Ｎ２、Ｗｅｔｔｅｒ(water tank)  ４０℃で１３００℃〜１３３０℃の温度で２時間焼成を行った後、強度及び密度を測定した。
【００３１】
母材であるＡｌ２Ｏ３のｗｔ％は８７．５ｗｔ％から９４ｗｔ％まで変化させた。このとき、添加された添加剤の種類は、表１に示されているように、ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＳｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２を用いた。母材であるＡｌ２Ｏ３のｗｔ％の変量によって添加剤の量も変量して行った。
【００３２】
ＨＴＣＣは１６００℃以上の温度で焼成を行ってＡｌ２Ｏ３の含量が相対的に多い状態で行うが、本実施例は相対的に低温（１４００℃以下）で焼成を行ってＡｌ２Ｏ３の含量を従来のＨＴＣＣより少なくし、上述のように出発原料のサイズを減少させて焼結駆動力を得ようとした。
【００３３】
図２は一実施例において、組成物の焼成温度による強度及び密度の変化の例を示す図面である。図２の表２００に示されたサンプルは、Ｗｅｔｔｅｒ(water tank)  ４０℃、Ｈ２  ０．０６％で製造された組成物を示し、各サンプル番号（Ｓａｍｐｌｅ  Ｎｏ）における母材主成分のサイズとｗｔ％、及び添加剤のｗｔ％は上述の表１の通りである。
【００３４】
このとき、図２に示されているように、出発原料のサイズが小さくなるにつれて従来のＨＴＣＣと類似した強度特性を示すことが分かる。例えば、サンプル番号１の組成物とサンプル番号５の組成物を比較すると、同一の条件（８７．５ｗｔ％、１３２０℃）において母材主成分のサイズが３００ｎｍから１５０ｎｍに小さくなるにつれて強度が５６１ＭＰａから６０５ＭＰａに増加することが分かる。表１と図２をともに参照すると、他の同一の条件下においても母材主成分のサイズが小さくなるほど強度が増加することが確認できる。
【００３５】
これは組成物の焼結駆動力が高くなって低温で焼成できるようになったことを示す。また、アルキメデス法で測定した密度（図２参照）を観察しても焼成が十分に行われることが分かる。
【００３６】
図３はＨＴＣＣと一実施例によるＭＴＣＣの微細構造を比較するための図面である。
【００３７】
図３は従来のＨＴＣＣ工法による焼成によって製造された組成物の微細構造の走査電子顕微鏡（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真と一実施例によるＭＴＣＣ工法による焼成によって製造された組成物の微細構造の走査電子顕微鏡の写真を比較例としてそれぞれ示すものである。
【００３８】
このような走査電子顕微鏡の写真の分析結果から分かるように、ＭＴＣＣ工法によって製造された組成物は、微細構造のうちの粒子サイズ（ｇｒａｉｎ  ｓｉｚｅ）が従来のＨＴＣＣ工法によって製造された組成物に比べて非常に小さくなることが分かる。
【００３９】
出発原料に微粉を用いて粒子サイズが小さくなったことの他に、従来のＨＴＣＣ工法に比べて添加剤の含量を増やさなければならないという原因も粒子サイズにあるといえる。
【００４０】
粒界または三重点に存在すべき（一部は母材であるＡｌ２Ｏ３ととも分布）添加剤は粒子サイズが小さくなるにつれて含量が増えなければならない。これは、従来のＨＴＣＣ工法に比べて母材であるＡｌ２Ｏ３の含量が少なくならなければならない理由になり得る。
【００４１】
ＭＴＣＣ工法によって製造された組成物の平均粒径は１．５μｍ以下と測定され、十分な強度を実現するために、母材であるＡｌ２Ｏ３の含量を適切に調節することができる。
【００４２】
このように、実施例によれば、中温（一例として、１２５０℃〜１４００℃）の温度範囲でもＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃ）と同等の水準の強度を有するセラミックパッケージを提供することができる。
【００４３】
より詳細には、１２５０℃〜１４００℃の温度範囲で６００ＭＰａ以上の強度を実現することができるように、焼成できるＭＴＣＣの組成工法を提供することができる。このようなＭＴＣＣの組成工法によって製造された絶縁体組成物は、焼成温度が低くても（ＨＴＣＣに比べて相対的に低くても）従来のＨＴＣＣ工法によって製造された組成物と同等の水準の強度を実現することができる。
【００４４】
また、ニッケル電極の使用が可能な温度で上記還元雰囲気より弱い還元雰囲気における焼成が可能になるため雰囲気の制御が容易になることができる。換言すると、還元雰囲気の制御（Ｈ２の濃度３％以下）を通じてＮｉの酸化が抑制されることができる。
【００４５】
母材であるＡｌ２Ｏ３のサイズを減少させて（一例として、５００ｎｍ以下）の表面エネルギーを増加させることにより焼結駆動力を上昇させることができ、母材であるＡｌ２Ｏ３の含量と、添加剤として用いられるＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＳｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＴｉＯ２との調節を通じて６００ＭＰａ以上の強度を実現することができる。
【００４６】
焼成は、１４００℃以下の温度で行われることができ、電極材料として用いられるニッケル電極の平衡酸素分圧を考慮して適切な還元雰囲気で行うことができる。
【００４７】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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