DE2701988A1 - Keramischer bauteil mit geringem ausdehnungskoeffizienten und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

München, den · ' · JSÜ '&77 29/O11

NIPPON TELEGRAPH AND TELEPHONE PUBLIC CORPORATION, Tokyo/Japan

und

NIPPON TSUSHIN KOGYO KABUSHIKI KAISHA, Kawasaki-shi/Japan

Keramischer Bauteil mit geringem Ausdehnungskoeffizienten und Verfahren zu seiner Herstellung

Zusammenfassung

Es werden keramische Bauteile und deren Herstellungsverfahren vorgeschlagen, die als Träger und Halterungen für Halbleitervorrichtungen geeignet sind. Das neue Material besitzt einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie Silicium, das in Form von Plättchen (Chips) für integrierte Schaltungen verwendet wird, und eine der Tonerde gleichkommende mechanische Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Zur Herstellung der keramischen Bauteile werden Zirkon und calclnierte Tone wie Kaolin, Töpferton u. dgl. mit einem Zusatz aus der Gruppe LiO-, TiO. und ZnO und gegebenenfalls einem v/eiteren Zusatz aus der Gruppe CoO, ^Co2°3' ^Co3°-4 ^{und MgO} gemischt, ausgeformt und gebrannt.

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf keramische Bauteile mit geringem Ausdehnungskoeffizienten, die als Träger und Halterungen für integrierte Schaltkreise (IC), integrierte Schaltungen (LSI) u. dgl. verwendbar sind; ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung solcher Bauteile.

Dr.Hk/Du.

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Bisher ist im allgemeinen Tonerde (Al₂O.) für diesen Zweck verwendet worden, und zwar meistens Tonerde mit einem Reinheitsgrad von 92% unter Zusatz kleiner Mengen von MgO, SiO₂ u. dgl. Im Falle hybrider integrierter Schaltungen muß die Oberflächenrauhigkeit kleiner als sein; für diesen Zweck wird hochreine Tonerde mit einem Reinheitsgrad von etwa 99% verwendet. Für Transistoren mit starker Wärmeentwicklung hat man stattdessen auch schon Berylliumoxyd wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit als Substrat eingesetzt.

Gemäß dem Handbuch "Solid Logic Technology"(SLT) der Firma IBiI (s. auch den Aufsatz von P.A. Totta in Proceedings of Electronic Components Conference, 1971, Seite 275) werden zur Befestigung von Halbleiterchips auf einer Unterlage bestimmte Bereiche an den Chips und der Unterlage durch Erhitzen und Verschmelzen miteinander verbunden. Da die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Unterlage und der Chips voneinander abweichen, ergeben sich gewisse Spannungen an denVerbindungsteilen; insbesondere wenn die Chips eine gewisse Größe überschreiten, können deshalb die Verbindungsteile Beschädigungen erleiden. In den erwähnten Literaturstellen wird als Gegenmaßnahme die Verwendung eines nachgiebigen Lots für die Chips empfohlen, aber dies stellt keine grundsätzliche Lösung des Problems dar. Selbst wenn als Unterlage eine Siliciumscheibe dient, um die Ausdehnungskoeffizienten der Unterlage und der Chips in Übereinstimmung zu bringen, ergeben sich noch ungelöste Probleme hinsichtlich der elektrischen Isolierung und der Halterung für die Unterlage.

Mit der zunehmenden Anzahl der Bauelemente in LSI-Chips nimmt auch die Wärmeentwicklung innerhalb derselben zu.

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Um die Wärmeabführung zu verbessern, lötet man oft die ganze Rückseite des Chips auf die Unterlage auf. In diesem Zusammenhang ist von Olson und anderen beobachtet worden, daß infolge der Differenz zwischen den Ausdehnungskoeffizienten der Unterlage und des Chips die Wärmespannungen mit zunehmenden Abmessungen der Chips so groß werden, daß bei v/iederholten Temperaturzyklen die auf dem Chip untergebrachten Schaltelemente brechen oder abblättern (s. IEEE Trans, vol. PHP 7, Nr. 2, 76, 1971).

Silicium hat einen Ausdehnungskoeffizienten von 2,5 bis 3,2 χ 10 /⁰C. Als Werkstoffe mit ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten stehen die Legierungen mit den Handelsnamen Covar (Ausdehnungskoeffizient >~ = 5,5 χ IO /⁰C) und Invar ( ■*- = 2,7 χ 10~⁶/°C) , sowie Molybdän ( <*. = 4,9 χ 1O~ /⁰C) u. dgl. zur Verfügung. Da diese Werkstoffe jedoch elektrisch leitend sind, muß bei ihrer Verwendung als Unterlage für Halbleiterchips eine besondere Verdrahtungsplatte vorgesehen werden.

Vorteile der Erfindung

Die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung hat die Aufgabe, einen als Unterlage für Halbleiterchips geeigneten keramischen Werkstoff zur Verfügung zu stellen, dessen Ausdehnungskoeffizient demjenigen von Silicium nahekommt und dessen mechanische Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit denjenigen von Tonerde mit dem Reinheitsgrad 92% nahekommen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Zirkon, d. h. Zirkoniumsilikat (ZrSiO₄) ähnliche Wärmeleitfähigkeit und mechanische Festigkeit aufweist wie Tonerde,

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daß der Ausdehnungskoeffizient dieses Werkstoffs jedoch nur etwa 4,5 χ 1O~ /⁰C beträgt. Erfindungseremäß ist es gelungen, das Problem der Verbesserung der Sinterfähigkeit und der weiteren Verringerung des Ausdehnungskoeffizienten durch Beigabe von calciniertem Ton und bestimmten Zusätzen zu Zirkon erfolgreich zu lösen.

Die Tone wie Kaolin, Töpferton u. dgl. können gegebenenfalls auch ohne vorheriges Calcinieren zugegeben werden und die Zusätze brauchen nicht als Oxyde vorzuliegen, sondern können auch eine Form auf v/eisen, die beim Brennen in das betreffende Oxyd übergeht (z. B. Karbonate, Hydroxyde, Nitrate, Oxalate u. dgl.); sie können aber auch in Form von Verbindungen mit Zirkon zugesetzt werden, z. D. als MgZrSiO₅ oder ZnZrSiO₅.

Beschreibung

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend beschrieben und an Hand der Zeichnung und der am Schluß beigefügten Tabellen erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein Diagramm der Beziehungen zwischen Brenntemperatur und Biegefestigkeit verschiedener Zusammensetzungen,

Fig. 2 bis 4 Diagramme zwischen Brenntemperatur und Ausdehnungskoeffizient der Zusammensetzungen nach Fig. 1,

Fig. 5 ein Diagramm der Beziehungen zwischen Wärmeleitfähigkeit und Temperatur der Zusammensetzungen nach Fig. 1, sowie von 92%iger Tonerde und

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Fig. 6A und 6B Draufsicht und Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bauteils mit aufgelöteter Siliciunscheibe zur Erläuterung der Biegebeanspruchungen desselben.

Zunächst sollen einige Experimente erläutert werden, die zur Verbesserung der Sintereigenschaften und zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit von Zirkon unternommen wurden. Es wurden MgZrSiO₅, Co₃O₃, Li₂Co₃, ZnZrSiO₅ und TiO- in Pulverform zu Zirkonpulver gegeben, die betreffenden Mischungen wurden ausgeformt und die so erhaltenen keramischen Formlinge gebrannt. Die verschiedenen Zusammensetzungen nach Gewichtsprozent sind in Tabelle I angegeben.

Die durchschnittlichenTeilchengrößei von Zirkon und Kaolin (erhalten durch Calcinieren von Al-O₃^SiO₂.2H₃O und Entfernen des Kristallwassers) waren 0,8 ,Aim bzw. 5

Die gewogenen Rohstoffe wurden in einem Pottmischer unter Zusatz von Wasser oder Alkohol naß gemischt, getrocknet und danach zwei Stunden lang beillOO°C calciniert. Das Erzeugnis wurde erneut im Pottmischer naß zerkleinert und getrocknet, so daß ein pulverförmiges Rohmaterial vorlag. Das Material wurde dann ausgeformt und zwei Stunden lang im elektrischen Ofen bei einer Temperatur von 12OO bis 145O°C gebrannt. Die wahre Dichte, Biegefestigkeit und Brenntemperatur der so erhaltenen Probestücke sind aus Tabelle II ersichtlich.

Die Messungen der Biegefestigkeit wurden in folgender Weise ausgeführt:

Ein prismatischer Stab mit den Abmessungen 27 χ 3 χ 1 mm wurde als Probestück verwendet. Der Stab wurde auf zwei

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•f.

Schneiden gelegt, die einen Abstand von 2 nun hatten. Eine weitere Schneide wurde in der Mitte der obigen Schneiden auf das Probestück auf gesetzt, um die maximale Bruchlast zu bestimmen. Die Biegefestigkeit wurde hieraus durch Rechnung abgeleitet. Der angegebene Wert ist der Mittelwert aus Messungen an vier bis fünf Probestücken.

Die Biegefestigkeit von Keramikteilen aus normalem Zirkon beträgt 1 5 40 kg/cm , während die Werte für die Sätze

2 Nr. 1, 2 und 3 sämtlich über 20OO kg/cm liegen, also für den praktischen Gebrauch ausgezeichnet sind. Aus den Versuchen ergibt sich, daß nur MgZrSiO₅ und Co₃O₃ als Zusätze zur Verbesserung der Sintereigenschaften verwendet werden können. Im Falle von Co»0_ war es möglich, das gleiche Ergebnis durch Zusatz von CoO oder Co-O. anstelle von Co₂O- zu erzielen.

Weiter wurden Verbindungen von Li, Ti, Zn u. dgl. als Zusätze verwendet, um keramische Formteile mit einer Struktur zu erhalten, in der Kristallkörner aus Zirkon von einer Substanz umgeben sind, deren Ausdehnungskoeffizient kleiner als derjenige von Silicium ist, damit der Ausdehnungskoeffizient insgesamt sich demjenigen von Silicium annähert. Solche Werkstoffe sind in den Sätzen Nr. 5 bis 10 in Tabelle I angegeben, während die betreffenden Ausdehnungskoeffizienten e*. aus Tabelle III ersichtlich sind.

In Tabelle III bedeutet z. B. die Angabe e*. 95-100 ^einen durchschnittlichen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich 25 bis 100 C. Zur Durchführung der Messungen wurde die Ausdehnung Δ & eines Prüfmusters mit der Länge -£ im Bereich O bis 500°C bestimmt und der Ausdehnungskoeffizient00, bezogen auf die Normaltemperatur 25 , nach der folgenden Formel berechnet: g

<^25-T " (T-25)

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Auch hier handelt es sich um einen Durchschnittsv/ert aus Messungen an vier bis fünf Probestücken.

Man sieht aus diesen Ergebnissen, daß der Einfluß der Sätze Nr. 5 und 8 (Li₂Co als Zusatz) so hoch ist, daß der Ausdehnungskoeffizient demjenigen von Silicium sehr nahekommt. Auch bei den Sätzen Nr. 7 und 10 (TiO₃ als Zusatz) und 6 (ZnZrSiO- als Zusatz) kann ein deutlicher Einfluß festgestellt werden. Dies dürfte davon herrühren, daß solche Verbindungen wie Eucryptit (Li₃O.Al₃O₃^SiO₃) oder Spodumen (Li 0.Al₃O₃.4SiO_), Aluminiumtitanat (Al₃TiO₅), eine Zinkverbindung (2ZnO.2Al₃O₃.5SiO₂) u. dgl. die Zirkonkörner (ZrSiO₄) in den kristallinen Grenzbereichen um die Kristallite umgeben und dadurch den Ausdehnungskoeffizienten des ganzen keramischen Materials herabsetzen.

Auf der Grundlage der vorstehenden experimentellen Ergebnisse mit je einem Zusatz wurden bestimmte Fälle untersucht, in denen mehrere Zusätze verwendet wurden, um den Ausdehnungskoeffizienten und die mechanische Festigkeit zugleich zu verbessern. Die Zusammensetzungen der betreffenden Sätze sind in Fig. 4 angegeben. Die Prüfung zeigte, daß die Sätze Nr. 11 und 14 ausgezeichnete Ergebnisse liefern. Die Brennbedingungen und die physikalischen Eigenschaften der drei Sätze Nr. 8, 11 und 14 sind aus Tabelle V ersichtlich.

Wie immer in der Keramik nimmt der Brennschwund mit zunehmender Brenntemperatur bis zu einer gewissen Grenze zu, verringert sich aber wieder, wenn die Brenntemperatur weiter gesteigert wird.

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Fig. 1 zeigt die Beziehungen zwischen der Biegefestigkeit und der Brenntemperatur für die drei Zusammensetzungen Nr. 8, 11 und 14. Die Zusammensetzungen Nr. δ und 14 zeigen Scheitelwerte bei 13OO und 1400⁰C, während die Zusammensetzung Nr. 11 wegen des Einflusses von CoO auf die Sinterung ein höheres und breiteres Maximum ergibt. In diesem Falle ist die zur Erzielung einer hohen Biegefestigkeit benötigte Brenntemperatur unkritisch. Andererseits muß bei der Zusammensetzung Kr. 8 die Brenntemperatur sehr genau eingehalten werden, wenn eine gute Biegefestigkeit erzielt werden soll.

In Fig. 2 bis 4 sind die Beziehungen zwischen der Brenntemperatur und dem Ausdehnungskoeffizienten für die Zusammensetzungen Nr. 8, 11 und 14 dargestellt. Wie man sieht, stimmt der Ausdehnungskoeffizient der Zusammensetzung Nr. 8 bei einer Brenntemperatur von 1325°C mit demjenigen von Silicium im wesentlichen überein; zum Vergleich sind die Ausdehnungskoeffizienten von Silicium in der nachstehenden Tabelle VI angegeben:

Tabelle VI

Ausdehnungskoeffizienten von Silicium v*»O-lOO 2,5 χ 1O~⁶/°C

C^0-200 2,6 x lo"⁶/°C

(K 0-300 2,8 χ 1O~⁶/°C

O-O-4O0 3,0 χ 1O~⁶/°C

<*/ 0-500 3,2 χ 1O~⁶/°C

Ferner sieht man, daß die Ausdehnungskoeffizienten der Zusammensetzungen Nr. 11 und 14 bei den Brenntemperaturen 13OO bzw. 135O°C den Koeffizienten von Silicium am nächsten kommen.

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Beispiel 1 ' ^"

71,40 g Zirkon (ZrSiO., mittlere Korngröße 0,8 yum)

und 24,36 g Kaolin (M₂O₃.2SiO₂.2H₃O) , das eine Stunde lang bei 1000⁰C calciniert war, wurden als Hauptbestandteil des Rohmaterials verwendet; hierzu wurden 4,24 er Li-CO., gegeben. Die Rohstoffe wurden in einem Pottmischer naß gemischt, getrocknet und danach zwei Stunden lang bei 1100 C calciniert. Das so erhaltene Produkt wurde abermals in dem Pottmischer naß zerkleinert und getrocknet und ergab einen pulverisierten Rohstoff, der trocken ausgeformt und im elektrischen Ofen zwei Stunden lang bei 1325°C gebrannt wurde. Die Eigenschaften der so gewonnenen Formkörper sind in Tabelle V unter Satz Nr. 8 verzeichnet. Ein Erzeugnis mit nahezu identischen Eigenschaften konnte erhalten werden, wenn Töpferton anstelle von Kaolin verwendet wurde.

Beispiel 2

5,75 g CoCO₃ und 12,5 g ZnZrSiO₅ wurden zu 71,38 g Zirkon gegeben und 12,50 g eines Pulvers zugefügt, das durch Calcinieren von Kaolin bei l000°C erhalten worden war. Diese Mischung wurde in einem Pottmischer naß durchgemischt, getrocknet und danach zwei Stunden lang bei HOO⁰C calciniert. Die gesinterte Masse wurde abermals im Pottmischer naß zerkleinert und getrocknet, um ein pulverisiertes Rohmaterial zu erhalten. Aus einem mit diesem Pulver hergestellten Schlicker wurden dünne Blätter mit einer Dicke von 0,2 mm mittels einer Rakel ausgestrichen. Einige dieser Blätter wurden aufeinandergelegt und der so entstandene Schichtkörper durch Walzen vereinigt. Danach wurde die gewünschte Form ausgestanzt und im elektrischen Ofen zwei Stunden lang bei 1300⁰C gebrannt. Die Eigenschaften des so gewonnenen FormkBrpers sind in Tabelle V unter Satz Nr. 11 veraeichnet. Ein Formkörper

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rait nahezu identischen Eigenschaften konnte hergestellt werden, wenn statt ZnZrSiO₅ ein Gemisch von ZnO und ZrSiO- in äquivalenten Mengen verwendet wurde.

Beispiel 3

1,9Og TiO- und 6,25 g MgZrSiO₅ wurden zu 79,35 g Zirkon und 12,5 g calciniertem Kaolin zugegeben. Die Mischung wurde in einem Pottmischer naß abgemischt, getrocknet und dann zwei Stunden lang bei 1100 C calciniert. Der Sinterkuchen wurde wieder im Pottmischer naß zerkleinert und getrocknet, so daß sich ein Rohmaterial in Pulverform ergab. Aus einem hieraus hergestellten Schlicker wurden Blätter mit einer Dicke von etwa 0,2 mm mit einer Rakel ausgestrichen. Eine Anzahl solcher Blätter wurde aufeinandergelegt, ausgerollt und in der gewünschten Form ausgestochen, sowie anschließend im elektrischen Ofen zwei Stunden lang bei 13OO C gebrannt. Die Eigenschaften der so erhaltenen Formkörper sind in Tabelle V unter Satz Hr. 14 verzeichnet. Ein Erzeugnis mit nahezu identischen Eigenschaften wurde erhalten, wenn statt MgZrSiO₅ Magnesiumoxalat und ZrSiO. in äquivalenten Mengen verwendet wurden.

In Fig. 5 sind die Wärmeleitfähigkeiten der Sätze Nr. 8, 11 und 14 mit denjenigen von 92%iger Tonerde und normalem Zirkon verglichen. Insbesondere die Wärmeleitfähigkeit des Satzes Nr. 11 stimmt mit derjenigen von Tonerde nahezu überein und ist wesentlich besser als diejenige von Zirkon allein.

Fig. 6A und 6B zeigen die Verhältnisse bei der Biegung einer Unterlage, an der eine Siliciumscheibe befestigt ist. Um das Biegeverhalten praktisch zu messen, wurde eine Siliciumscheibe mit dem Durchmesser 5 cm und der Dicke 0,38 mm mit einem eutektischen Lot (Schmelzpunkt 3OO°C) auf eine Unterlage mit der Breite 8 cm, der

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Länge 10 cm und der Dicke 1 mm aufgelötet. Die Durchbiegung <Δ y wurde bei verschiedenen Probestücken gemessen, wobei einerseits Unterlagen aus 92%iger Tonerde und andererseits Unterlagen aus Zusammensetzung Nr. 11 verwendet wurden. Es ergaben sich folgende Durchbiegungen

Tonerde: «ö-y = 150 /um Satz Nr. 11: Ay - 13 /um

Die neuen Werkstoffe können also auch in Bezug auf die Durchbiegung als ausgezeichnet angesehen werden. Wie aus Tabelle V hervorgeht, haben die betreffenden Werkstoffe eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und mechanische Festigkeit und eine dem Silicium nahekommende Wärmeausdehnung.

Die einzelnen Zuschlagstoffe sind in folgenden Grenzen

verwendbar:

Ton,wie calciniertes Kaolin, Töpferton u. dgl. (Al₂O.

5,00 bis 30,00 Gew.-%.

Der Ton bildet zusammen mit Li O, Ti0_, ZnO u. dgl. eine Zone geringer Wärmeausdehnung um die Zirkonteilchen. Wenn der Tonanteil weniger als 5,00 Gew.-% beträgt, ist die Wärmeausdehnung nicht klein genug und wenn der Anteil 30% übersteigt, wird die Brenntemperatur so hoch, daß ein vollständiger Brand schwierig zu erzielen ist. Der optimale Anteil liegt zwischen 6 und 25%.

Li 0: 1,00 bis 5,00 Gew.-%

Diese Substanz soll zusammen mit dem Kaolin Li₃O.Al₂O₃. oder Li₂O.Al₂O₃.4SiO₂ bilden. Wenn der Anteil weniger als 1% beträgt, wird der Wärmeausdehnungskoeffizient nicht genügend verringert, d. h. er übersteigt denjenigen von

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"fc*

Silicium noch um mehr als ο,5 χ 10 /C. Bei einem Anteil von mehr als 5,00 Gew.-% unterschreitet der Ausdehnungskoeffizient denjenigen von Silicium um mehr als 0,5 χ IO /°C, die Brenntemperatur muß in einem außerordentlich schmalen Bereich eingehalten werden und die praktische Herstellung wird sehr schwierig. Der optimale Bereich liegt zwischen 1,5 und 2,0%.

1,OO bis 10,00 Cew.-%

Diese Substanz soll durch Bildung von Al-TiO,- zusammen mit dem Al-O- des Tons das Zirkon umhüllen. Wenn der Anteil weniger als 1,00 % beträgt, übersteigt der Ausdehnungskoeffizient denjenigen von Silicium um mehr als O,7 χ 1O~⁶/°C; wenn der Anteil mehr als 10,00 % beträgt, wird die Dielektrizitätszahl der Keramik höher als 12 und der Isolationsv/iderstand verringert sich. Der optimale Bereich liegt bei 1,9 bis 3,8%.

ZnO: 2,00 bis 10,00 Cew.-%

Diese Substanz bildet zusammen mit dem Al₃O₃.2SiO- des Tons eine Verbindung mit geringem Ausdehnungskoeffizienten, in die das Zirkon eingebettet ist. Wenn die Substanz einen Anteil von weniger als 2,OO% hat, ist der Ausdehnungskoeffizient um mehr als 0,8 χ 10 /⁰C größer als derjenige von Silicium; wenn der Anteil mehr als 10,00% beträgt, werden die Sintereigenschaften schlecht und die Biegefestigkeit kann nicht über 20OO kg/cm gesteigert werden. Der optimale Anteil beträgt 3,5 bis 5,5%.

CoO, Co-O- und Co₃O₄: 2,OO bis 15,00 Gew.-%

Diese Substanzen sollen hinzugefügt werden, um die Sintereigenschaften der Keramik zu verbessern. Wenn ihr Anteil

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' H.

weniger als angegeben beträgt, ist die Sinterung unbefriedigend; wenn der /nteil den obigen Bereich überschreitet, v/erden die dielektrischen Verluste zu groß. Der optimale Bereich für CoO, Co₃O₃ und Co₃O₄ liegt zwischen 3,50 und 8,00%.

MgO: 1,OO bis 5,OO Gew.-%

Diese Substanz soll zur Beschleunigung des Sinterns zugesetzt v/erden. Wenn ihr Anteil weniger als 1,OO% beträgt, geht die Sinterung nicht voran und v/enn der Anteil mehr als 5,00% beträgt, werden die Kristallkörner zu groß und die Biegefestigkeit verringert sich. Die Obergrenze des Anteils von MgO ist so festgelegt, daß die Biegefestigkeit oberhalb 2000 kg/cm² bleibt. Der optimale Bereich für diesen Anteil liegt zwischen 1,10 und 2,50%.

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Tabelle I

Satz Nr	1	2	83 12	3	4	5	50 18	75 12	6	7	70 50	71 12	8	9	50 OO	IC	20 OO
Bestand teile		62,50 25,00	CO2 3		79,75 12,40		3 32			TiO2 3,80	Li 4			ZnZrSiO5 12,50		TiO2 3,80
Zirkon Kaolin	75,00 12,50	MgZrSiO5 12,50	,55 ,47	CO2O3 7,85	83, 12,		,00 ,50	83, 12,		,40 ,50	62, 25,	71, 25,
Zusatz	gZrSiOc 12,50		°3 ,98	Li2CO 4,		ZnZrSiO5 12,50			2CO3 ,24

Tabelle II

Satz Nr.	1	2	3	4
Eigenschaft
Wahre Dicke	4,02	3,92	3,98	4,03
Biegefestig keit 2 kg/cm	2020	2180	2200	1640
Brenntempe ratur 0C	1350	14OO	1400	1400

ro -j ο

t£> 00 00

Tabelle III

Satz Nr.	°°25-100	**-25-200	°^25-3OO	^-25-4OO	'^25-5OO
5	2,3	2,6	2,8	2,8	3,0
6	3,0	3,2	3,5	3,7	3,9
7	2,9	3,2	3,5	3,8	3,9
8	2,3	2,3	2,6	2,8	2,9
9	3,2	3,6	3,8	4,0	4,1
10	2,9	3,2	3,5	3,7	3,P

Tabelle IV

Satz Nr.	11	12	13	14	15
Bestand teile	71,38 12,50	67.58 25,OO	71.20 12,50	79,35 12, 5O
Zirkon Kaolin	CoO 3,62 ZnZrSiO5 12,50	CoO 3,62 TiO23,80	MgZrSiO5 12,50 TiO2 3,80	VIgZrSiO5 6,25 TiO2 1,9	85,6O 6,25
Zusätze	HgZrSiO5 6,25 TiO2 1,9

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Tabelle V

«^^^ Satz Eigenschaft""	25 - 1OO°C 25 -.20O0C 25 - 300°C 25 - 4OO°C 25 - 5000C	25°C 1000C	Biegefestigkeit (kg/cm2)	Nr. 8	Nr. 11	Nr. 14	Gewöhn liches Zirkon	3.7	92% Tonerde
Brenntemperatur (0C)	wärmeleit fähigkeit CaI.cm 1S ioc X	Elastizitätsmodul (1O€ kg/cm2)	1325	13OO	1350	-	Mo14	-
Brennschwund Koeffizient (%)	Poissonsche Konstante	11,60	16,02	13,81	-	8,8	-
Wahre Dichte	3,40	4,18	3,85	-	4,3 4,5	3,6
Scheinbare Dichte	3,41	4,18	3,85	O,O19 Ο.Ο16	—
Spezifischer Volumen- viderstand (M Sl )	7,5xlO13	l,2xlO14	1,IxIO14	1540	Mo14
Dlelektrizitätsζ ahl (IMHz)	9,2	1O,2	9,7	1,62	9,0
Ausdeh nungskoef fizient (1O"6/°C)	2.4 2,7 2,9 3,1 3,3	3,0 3,3 3,6 3,8 3,9	3,O 3,2 3,4 3,6 3,7	0,25	6,5
O,O24 O,O35	O,O35 -0,035	0,033 O,O25	■ —	O,04 O,032
2064	2310	2500	3000
1,1O	1,85	1,83	• 2,7
0,23	0,24	0,24	0,22
VickershSrte 1103	1183	HOO	1350

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ZC

Leerseite

Claims (6)

München, den 1 ·» ϋδΠ. 29/Ο11 NIPPON TELEGRAPH AND TELEPHONE PUBLIC CORPORATION, Tokyo/Japan und NIPPON TSUSHIN KOGYO KABUSHIKI KAISHA, Kawasaki-sH/Japan Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen keramischer Bauteile für Halbleitervorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daB Zirkon (ZrSiO.) mit 5 bis 3O Gev;.-% calciniertem Ton wie Kaolin, Töpferton u. dgl. (Al-O..2SiO-) und einem Zuschlag aus der nachfolgenden Gruppe I oder aus je einem Zuschlag der Gruppen I

und die Formlinge bei 1200 bis 145O°C gebrannt werden (alle

und II vermischt werden, daß das Gemisch ausgeformt wird und die Formlinge bei J
Angaben nach Gewicht).

Gruppe I:

Li₂O : 1 ,OO - 5 ,OO TiO₂ : 1 ,OO - 10 ,00 ZnO : 2 ,OO - 10 ,00

Gruppe II: CoO : 2,OO - 15,0O t Co₂O₃ : 2,00 - 15,00 %

' Co₃O₄ : 2,00 - 15,00 %

MgO : 1,OO - 5,00 %

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB der calcinierte Ton in einer Menge von 6,00 - 25,OO % zugefügt wird, daß die Brenntemperatur im Bereich zwischen 12OO und 14OO°C gewählt wird und daß Zuschläge der Gruppen I und II in folgenden Bereichen gewählt werden:

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ORICHNAL INSPECTED

Gruppe I: LiO₂ : 1, 50 - 2 ,00 TiO₂ : 1, 90 - 3 ,8O ZnO : 3, 50 - 5 ,50 Gruppe II: CoO : 3, 50 - 8 ,OO Co₂O₃ : 3, 50 - 8 ,OO Co₃O₄ : 3, 5O - 8 ,OO

MgO : 1,10 - 2,50 %

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlag aus Gruppe I Li₂ ⁰ i" einer Menge von 1,50 2,00 % ist, daß die Ausformung bei Zimmertemperatur durchgeführt wird und daß die Brenntemperatur zwischen 1300 und 135O°C liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschläge ZnO in einem Anteil von 3,5O - 5,50 % aus Gruppe I und CoO in einem Anteil von 3,5O - 8,OO % aus Gruppe II gewählt werden und daß die Brenntemperatur zwischen 1200 und 135O°C liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschläge TiO₂ in einem Anteil von l,9O - 3,80 % aus Gruppe I und MgO in einem Anteil von 1,10 - 2,5O t aus Gruppe II gewählt werden und daß die Brenntemperatur zwischen 125O und 14OO°C liegt.

6. Keramische Unterlage für Halbleiterscheiben, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (alle Angaben nach Gewicht):

a) Calcinierter Ton (Al₂O₃^SiO₂) : 5 - 3O %;

b) ein Zuschlag aus der Gruppe I oder je ein Zuschlag aus Gruppe I und Gruppe II wie folgt:

Gruppe I: Li₂O: 1,00 - 5,00 % TiO₂ : 1,OO -ΐΟ,οο % ZnO : 2,OO -10,OO t

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Gruppe II: CoO : 2,OO - 15,OO %

Co₂O₃ : 2,OO - 15,O0 %

Co-,Ο,, : 2,00 - 15,00 %

MgO : 1,OO - 5,OO %

c) Rest Zirkon (ZrSiO₄).

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