[其他]莫來石基陶瓷材料

無效

• 申請號: 87103170
• 申請日: 1987-04-29
• 公開（公告）號: CN87103170A
• 公開（公告）日: 1987-11-25
• 發明（設計）人: 永山更成;牛房信之;篠原浩一;荻原覺
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/14
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 吳大建,全菁

本發明涉及莫來石基陶瓷材料，這種材料可用作絕緣陶瓷基片，通過在該基片上組裝電信號輸入或輸出管腳或半導體元件使之宜構成功能組件，或用于制作半導體封裝上密封部分的熱膨脹隔片。

為適應目前對LSI等集成電路的高速和高密度要求，已直接在電路基片上組裝了芯片以達到高速熱輻射或制得高速元件。迄今為止，這種基片是用氧化鋁制成的，因為氧化鋁強度高，因而在它上面組裝管腳等元件時不會出現裂紋等問題。但由于需求大尺寸LSI等集成電路，那么在電路基片上直接組裝芯片會帶來這樣的問題，即在LSI等集成電路材料和電路板材料之間因電路基片上直接組裝芯片時的溫度變化而會出現相當大的應力。也就是說氧化鋁（Al₂O₃）本身目前主要用作陶瓷多層電路基片的材料，其熱膨脹系數至少比作LSI等集成電路的硅的熱膨脹系數，即30×10^-7/℃高兩倍（室溫～500℃）。因此當LSI等的硅半導體芯片用焊接等方法直接與氧化鋁基多層電路基片相連時，焊接部位會因熱膨脹系數不同而出現熱應力，因此而出現裂紋等缺陷，即直接連接的芯片的壽命不可能長，特別是因尺寸大以及LSI芯片的密度高而對細微焊接的要求又傾向于更加縮短直接連接芯片的壽命。

而且氧化鋁還有介電常數高以及電信號傳播速度低等缺點。

為了解決這些問題，必須開發介電常數低強度又高的基片材料以使多層電路基片的熱膨脹系數接近于硅的熱膨脹系數并使通過多層電路基片的傳播速度更高?？刹捎媚獊硎沾蓙頋M足這些要求，因為其熱膨脹系數為40-50×10^-7/℃（室溫～500℃），接近于硅的熱膨脹系數，且其介電常數低至約6.7（1MHz）。

但僅用莫來石制作多層電路基片時，在對氧化鋁基多層電路基片迄今適用的約1600℃下的燒結不充分，只能獲得多孔低強度燒結產物。因此為了獲得致密的莫來石燒結產物，就必須在高溫下燒結，但目前可達到的最高燒結溫度為約1650℃且沒有可供大批量生產進行燒結的爐子。

所以必須開發在高達氧化鋁基陶瓷的燒結溫度下燒結而得的高強度莫來石基陶瓷材料。已用過由莫來石和玻璃組成的復合材料作這種莫來石基材料〔見日本公開特許公報No57-115895〕，其玻璃成分例如由堇青石（2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂）組成。

在這種已知的莫來石基材料中，莫來石晶體用玻璃或由玻璃形成的晶體結合在一起，所以其強度取決于使莫來石晶體結合在一起的玻璃或由玻璃形成的晶體，但其最大強度為約150MPa。也就是說，已有技術建立在莫來石的介電常數低且其熱膨脹系數接近于硅的熱膨脹系數的基礎上，旨在開發適于莫來石并可在高達氧化鋁的燒結溫度下進行燒結的玻璃組成，因此這完全不涉及莫來石的高強度問題，即完全沒有考慮到莫來石的高強度問題。

這就是說，在用低強度莫來石基材料制作多層電路基片且電信號輸入或輸出管腳以焊接等方法與其連接時，會因焊接料與多層電路基片之間的熱膨脹系數差而產生應力，因此而導致電路板上出現裂紋等缺陷，即不可能獲得可靠性高的電路板。

本發明旨在解決上述問題并提出高強度莫來石陶瓷材料以及用其制成的半導體器件。

本發明人研究了常規含玻璃料莫來石基材料中玻璃的量、玻璃料的組成等之后發現玻璃料對提高強度的影響不大。而且本發明人在研究了各種氧化物和燒結產品的收縮比之后發現含至少一種Ⅲa族元素的氧化物的莫來石基陶瓷材料完全可在氧化鋁的燒結溫度1600℃下進行燒結。