JP2004119735A

JP2004119735A - 連結基板及びその製造方法並びにセラミックパッケージ

Info

Publication number: JP2004119735A
Application number: JP2002281909A
Authority: JP
Inventors: Tomohide Hasegawa; 長谷川　智英; Minako Izumi; 泉　美奈子
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】バリが小さく、気密封止で破壊しにくい小型・薄型用の連結基板及びその製造方法並びにセラミックパッケージを提供する。
【解決手段】基板底部と、該基板底部の外周に一体的に設けられた基板堤部とを具備し、前記基板底部表面に電気素子が実装される絶縁基板と、該絶縁基板の内部及び／又は表面に設けられた導体層と、前記基板堤部の少なくとも一部に、金属製リッドを接合するため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が複数連結してなり、該セラミックパッケージを各々分離するための切り欠き溝が前記セラミックパッケージ間に設けられた連結基板において、前記絶縁基板が４質量％以上の焼結助剤を含むアルミナ質焼結体からなり、該アルミナ質焼結体の結晶平均粒径が１〜２μｍであり、且つ破壊靱性が３．５〜４．５ＭＰａｍ^１／２であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に電気素子及び／又は半導体素子が搭載され、リッドなどの蓋によって気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、基板堤部の幅が０．３ｍｍ以下の超小型・超薄型セラミックパッケージ及び該セラミックパッケージが連結して設けられた連結基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、半導体素子の高集積化、電気素子の小型化に伴い、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、電気素子を収納する、あるいは半導体素子と同時に受動部品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知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、さらなる小型化がパッケージに要求され、例えばＩＣカードに代表される超小型・超薄型のものが求められている。このような超小型・超薄型セラミックパッケージでは、大型基板に切り欠き溝を作製し、最終工程で個々の単一パッケージにブレークし得られる。
【０００４】
例えば、連結基板から単一絶縁基板へブレークする際のバリを抑える方法として切り欠き溝の深さを変化させて積層体、連結基板を作製することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、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２５０〜３５０μｍの形状で５５ｋｇｆ／ｍｍ^２以上の高強度のアルミナ基板が得られることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
しかし、特許文献３に記載された高強度のアルミナ基板は、アルミナ純度が９９質量％以上と高いため、接合強度の高いメタライズを施すためには、Ｍｏを主成分とし、Ｍｎ、ＴｉＨ_２など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。
【０００７】
そこで、同時焼成によってメタライズの形成が可能なアルミナ基板が求められている。例えば、焼結助剤を加え、純度９６％以下となったアルミナを用いることによって、同時焼成によって低コストでメタライズを行なうことが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１９６４８５号公報
【特許文献２】
特開２００２−９１８８号公報
【特許文献３】
特開２０００−７４２５号公報
【特許文献４】
特開２０００−２７７６６２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に記載のセラミックパッケージ製造方法は、Ｘ、Ｙ方向で切り欠き溝の深さを調節し、変化させるため作業が煩雑になりコスト高になるという問題があった。
【００１０】
また、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、スナップによる切断時にバリが出やすく、また、スナップ切断時に生成したクラックが原因となって接合時に破断するという問題があった。
【００１１】
一方、特許文献４に記載のアルミナは、メタライズは可能であるものの、抗折強度が４００ＭＰａ以下と低いため、気密封止のためにリッドとパッケージとを接合すると、絶縁基板、リング状メタライズ層、ロウ材、リッドの熱膨張率がそれぞれ異なるため、そ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。
【００１２】
従って、本発明は、スナップ切断時のバリが小さく、気密封止しても破壊しにくく、特に、メタライズとの同時焼成が可能である小型・薄型用の連結基板及びその製造方法並びにセラミックパッケージを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、焼結助剤を４質量％以上加えても、アルミナ粉末の粉末平均粒径、昇温速度及び冷却速度を制御することによって、結晶平均粒径が１〜２μｍ、破壊靱性が３．５〜４．５ＭＰａｍ^１／２を有し、特に３点曲げ強度が５００ＭＰａ以上、ヤング率が３２０ＧＰａ以下、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上であるため、切断時にバリが出にくく、金属により気密封止しても破壊しにくく、特に、同時焼成が可能な小型・薄型用の連結基板及びその製造方法並びにセラミックパッケージを実現できるという知見に基づくものである。
【００１４】
即ち、本発明のセラミックパッケージは、基板底部と、該基板底部の外周に一体的に設けられた基板堤部とを具備し、前記基板底部の表面に電気素子が実装される絶縁基板と、該絶縁基板の内部及び／又は表面に設けられた導体層と、前記基板堤部の少なくとも一部に、金属製リッドを接合するため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が複数連結してなり、該セラミックパッケージを各々分離するための切り欠き溝が前記セラミックパッケージ間に設けられた連結基板において、前記絶縁基板が４質量％以上の焼結助剤を含むアルミナ質焼結体からなり、該アルミナ質焼結体の結晶平均粒径が１〜２μｍであり、且つ破壊靱性が３．５〜４．５ＭＰａｍ^１／２であることを特徴とするものである。
【００１５】
特に、前記アルミナ質焼結体の強度が５００ＭＰａ以上、ヤング率が３２０ＧＰａ以下、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。これにより、熱膨張差により応力が発生しても、速やかな放熱、変形により応力を緩和でき、且つ破壊を効果的に防止することが可能となる。
【００１６】
また、前記絶縁基板に対する前記メタライズ層の接着強度が４９Ｎ以上であることが好ましい。これにより、リッドとパッケージを接合する際にリング状メタライズ層と絶縁基板との間で発生する剥離を効果的に抑制し、より高い信頼性を得ることができる。
【００１７】
また、前記アルミナ質焼結体が、Ｍｎを酸化物換算で２〜８質量％、Ｓｉを酸化物換算で１〜６質量％の割合で含み、Ａｌ_２Ｏ_３を主結晶相とし、該主結晶相の粒界にＭｎＡｌ_２Ｏ_４結晶を含むことが好ましい。これにより破壊靱性を３．５〜４．５ＭＰａｍ^１／２、強度を５００ＭＰａ以上まで高くすることができる。
【００１８】
さらにまた、前記導体層がＷ及び／又はＭｏを主成分とし、アルミナを１０質量％以下の割合で含むことが好ましい。これによりアルミナと同時焼成可能であり、かつメタライズ強度を４９Ｎ以上まで高くすることができる。
【００１９】
さらに、前記絶縁基板の基板堤部の幅が０．１〜０．３ｍｍ、前記電気素子が実装される絶縁基板の基板底部の厚みが０．１〜０．３ｍｍ、パッケージ高さが０．３〜０．６ｍｍであることが好ましい。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。
【００２０】
本発明の連結基板の製造方法は、平均粒径０．５〜２μｍのアルミナ粉末９６質量％以下と４質量％以上の焼結助剤とを含有するグリーンシートに、導体ペーストを用いて複数の導体パターン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て積層体を作製した後、複数の絶縁基板を分離するための切り欠き溝を、前記積層体の表面に形成し、該積層体を１２５０〜１４００℃の非酸化性雰囲気中で焼成することを特徴とするものである。これにより、４質量％以上の焼成助剤を加えても、結晶平均粒径が１〜２μｍ、破壊靱性が３．５〜４．５ＭＰａｍ^１／２、３点曲げ強度が５００ＭＰａ以上のアルミナ質焼結体からなる連結基板を製造することができる。
【００２１】
また、前記焼結助剤がＭｎ_２Ｏ_３粉末及びＳｉＯ_２粉末を含むこと、さらに前記Ｍｎ_２Ｏ_３粉末が２〜８質量％、前記ＳｉＯ_２粉末が１〜６質量％であることが好ましい。これにより、粒成長を抑制しつつ焼結させ、より高密度を実現することが容易となる。
【００２２】
さらに、前記導体ペーストがＷ及び／又はＭｏを主成分とし、アルミナを１０質量％以下の割合で含むことが好ましい。これによりメタライズ強度を４９Ｎ以上まで高めることができる。
【００２３】
また、本発明のセラミックパッケージは、上記の連結基板に複数連結して形成されたセラミックパッケージを各々分離して得られ、且つ得られたセラミックパッケージの絶縁基板の縦及び横の長さの誤差がそれぞれ５０μｍ以下であることを特徴とするものであり、これにより、バリが小さいため寸法精度の高く、且つ気密封止しても破壊しにくいセラミックパッケージを実現することができる。
【００２４】
特に、前記連結基板を構成する複数のセラミックパッケージ間に設けられた切り欠き溝を起点としてスナップ切断して得られたことが好ましい。これにより、バリの少ないセラミックパッケージの製造が容易となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の連結基板は、例えば図１（ａ）及び（ｂ）に示したように、縦７列、横５列にセラミックパッケージ１が並設され、複数のセラミックパッケージ１が一つの基板に形成されたものであり、また、隣接するセラミックパッケージ１間に切り欠き溝２が設けられ、スナップすることによって各セラミックパッケージ１を切断分離することができる。
【００２６】
各セラミックパッケージ１は、例えば図２に示したように、基板底部１１ａと基板堤部１１ｂとからなる絶縁基板１１と、基板底部１１ａに設けられた導体層１２と、基板堤部１１ｂの上に形成されたリング状リング状メタライズ層１３とを具備し、絶縁基板１１は、基板底部１１ａの外周に基板堤部１１ｂが一体的に設けられてなるものである。
【００２７】
また、導体層１２は、基板底部１１ａの表面に設けられた表面導体層１２ａ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１２ｃと、表面導体層１２ａ及び裏面導体層２ｃを接続するために基板底部１１ａの内部に形成された内部導体層１２ｂとからなっている。
【００２８】
セラミックパッケージ１は、電気素子や半導体素子を内部に載置し、蓋をして密封して用いるものであり、例えば図２に示すように、絶縁基板１１の基板底部１１ａに設けられた導体層１２と接続された電気素子１４及び半導体素子１６とを載置することができる。
【００２９】
電気素子１４は、導電性接着剤１５を用いて導体層１２と電気的接続を行うことができる。電気素子１４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１６は、ワイヤボンディング１７等により導体層１２と接続する。
【００３０】
金属製リッド２０は、電気素子１４及び半導体素子１６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。金属製リッド２０は、基板堤部１１ｂの上面に被着形成されたリング状リング状メタライズ層１３の表面にメッキ層１８を形成し、さらにその上に共晶Ａｇ−Ｃｕロウ材１９を用いて、シーム溶接などの方法により接合される。
【００３１】
本発明の連結基板は、各セラミックパッケージ１を構成する絶縁基板１１が結晶平均粒径が１〜２μｍ、破壊靱性が３．５〜４．５ＭＰａｍ^１／２のアルミナ質焼結体からなることが重要である。結晶平均粒径が１μｍより小さくなると熱伝導率が低下し、２μｍより大きくなると粗大粒が増加し、強度の低下、バリが増大する。
【００３２】
なお、本発明における結晶平均粒径は焼結体断面からインターセプト法を用いて測定し、破壊靱性、３点曲げ強度は、厚み３ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ４０ｍｍの試料を用いて、ＪＩＳ　Ｒ（靱性の測定コード）１６０１に基づいて室温にて測定した値である。
【００３３】
また、破壊靱性が３．５ＭＰａｍ^１／２より小さくなるとパッケージが欠けやすくなり、破壊靱性が４．５ＭＰａｍ^１／２より大きくなるとブレーク性が劣化し、バリが増大する。
【００３４】
アルミナ質焼結体の３点曲げ強度が５００ＭＰａ以上であることが好ましい。５００ＭＰａよりも低くなると金属製リッド２０の封止時や２次実装の時に熱応力が加わって破壊する、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ためである。このような熱応力や衝撃力に強く、より高い信頼性を示すため、強度は、特に５５０ＭＰａ以上、更には６００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００３５】
絶縁基板１１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１１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、更には２５Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。
【００３６】
絶縁基板１１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、３２０ＧＰａ以下、特に３１０ＧＰａ以下、更には３００ＧＰａ以下であることが好ましい。
【００３７】
本発明によれば、前記基板堤部１１ｂの少なくとも一部に、金属製リッド２０を接合するためのリング状メタライズ層１３が設けられていることが重要である。特に、同時焼成によってリング状メタライズ層１３が設けられるのが良い。これにより、リング状メタライズ層１３の形成工程を別途必要としないため、工程を短縮でき、製品コストを低減することができ、且つ密着力の高いリング状メタライズ層１３を得ることができる。
【００３８】
また、絶縁基板１１は、アルミナを主成分とし、焼結助剤が４質量％以上、特に６質量％以上、更には８質量％以上含まれることが、導体層１２やリング状メタライズ層１３との同時焼成を可能とし、密着性を高め、不良発生を防止できる点で好ましい。
【００３９】
主成分のアルミナは、アルミナを９０質量％以上、特に９０〜９６質量％、更には９３〜９６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１１の破壊靱性が３．５〜４．５ＭＰａｍ^１／２、３点曲げ強度を５００ＭＰａとすることが容易となる。
【００４０】
第２の成分として、ＭｎをＭｎ_２Ｏ_３換算で２〜８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、このＭｎ_２Ｏ_３量が２質量％よりも少ないと、１２５０〜１４００℃での緻密化が達成されず、また８質量％よりも多いと、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４が多く析出される結果、緻密化が阻害され強度低下を招くためである。従って、焼結性を高めるため、Ｍｎ_２Ｏ_３量は、特に３〜８質量％、更には３〜６質量％が好ましい。
【００４１】
また、第３の成分として、ＳｉをＳｉＯ_２換算で１〜６質量％の割合で含有することが好ましい。ＳｉＯ_２量が１質量％より少ないと、焼結性に寄与する液相が生成されず緻密化されず、また、６質量％より多いと、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４が結晶化されにくくなるとともに非晶質相が多くなり、曲げ強度が低下するる。緻密か及び結晶化の点で、ＳｉＯ_２量は、特に２〜５質量％、更には３〜５質量％が好ましい。
【００４２】
また、所望により、第４の成分として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち少なくとも１種を導体層１２やリング状メタライズ層１３との同時焼結性を高める上で、主成分１００質量％に対して、酸化物換算で３質量％以下の割合で含んでもよい。さらに、所望により、第５の成分として、Ｗ、Ｍｏなどの金属を焼結体を黒色化するための成分として主成分１００質量％に対して２質量％以下の割合で含んでもよい。
【００４３】
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は、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４として存在することが重要である。焼結助剤として添加したＭｎ_２Ｏ_３がＭｎＡｌ_２Ｏ_４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。
【００４４】
本発明によれば、図２に示した基板堤部１１ｂの幅ｄを０．１〜０．３ｍｍに、基板底部１１ａの厚みｔを０．１〜０．３ｍｍに、またパッケージの高さｈ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１１であるアルミナ質焼結体の強度を考慮し、金属製リッド２０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ｈを０．６ｍｍ以下とすることにより、電気素子１４及び／又は半導体素子１６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カードなどに応用することができる。
【００４５】
導電層１２は、金属製リッド２０の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１１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】
金属製リッド２０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１１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】
絶縁基板１１に対するリング状メタライズ層１３の接着強度が４９Ｎ以上であることが好ましい。これにより、金属製リッド２０とセラミックパッケージを接合する際にリング状メタライズ層１３と絶縁基板１１との間で発生する剥離を効果的に抑制し、より高い信頼性を得ることができる。
【００４８】
次に、本発明の連結基板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０．５〜２．０μｍ、特に１．０〜１．５μｍ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、２．０μｍ以下とすることで、１４００℃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。
【００５０】
また、第２の成分として純度９９％以上、平均粒子径０．５〜５μｍのＭｎ_２Ｏ_３粉末、第３の成分として純度９９％以上、平均粒子径０．５〜３μｍのＳｉＯ_２粉末を準備する。なお、Ｍｎ及びＳｉは、上記の酸化物粉末以外に、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。
【００５１】
これらの成分は、アルミナ粉末に対して、Ｍｎ_２Ｏ_３粉末を２〜８質量％、特に３〜８質量％、更には３〜６質量％、ＳｉＯ_２粉末を１〜６質量％、特に２〜５質量％、更には３〜５質量％の割合で添加することが、粒成長を抑制しつつ焼結性を高め、緻密化を促進するために好ましい。
【００５２】
なお、所望により、第４の成分として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒのうち少なくとも１種を酸化物換算で３質量％以下、第５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良い。
【００５３】
さらに、強度、破壊靱性を向上させる周知の手法であるＺｒ、Ｈｆなどを適宜添加しても良い。
【００５４】
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１１を形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製した後、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、グラビア印刷などの方法により各グリーンシート上に配線パターン状、あるいはリング状に印刷塗布するとともに、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。
【００５７】
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、同時焼成を行なっても導体層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、メッキ欠けなどの不良の発生を防止することができる。
【００５８】
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１１を形成する酸化物セラミックス成分と同一の組成物粉末を加えても良く、さらにＮｉ等の酸化物を０．０５〜２体積％の割合で添加することも可能である。
【００５９】
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、セラミックパッケージ１を分離するための切り欠き溝２を複数形成する。切り欠き溝２の形成方法としては、カッター刃、金型、レーザー加工等の方法を用いることができ、これらの中でも、特に金型、レーザー加工が低コストで量産出来る点で好ましい。
【００６０】
この切り欠き溝２を形成した積層体を、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、１２５０〜１４００℃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重要である。
【００６１】
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。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とすることが好ましい。
【００６２】
また、１２５０〜１４００℃で焼成することも重要で、１２５０℃よりも低くなると緻密化が不充分で曲げ強度が５００ＭＰａに達せず、また、１４００℃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り、同時にアルミナの焼結も進み、粒成長が促進され破壊靱性が上昇してしまう。焼成温度は、機械的及び電気的信頼性を高めるため、特に１３５０〜１４００℃であることが好ましい。
【００６３】
焼成終了直後の保持温度から１０００℃までの冷却速度は、２５０℃／ｈ以下であることも重要である。２５０℃／ｈを越えると、ＭｎＡｌ_２Ｏ_４が結晶化されにくく、非晶質として残存するため、曲げ強度が低下する。冷却速度は、強度を高める点で、特に２００℃／ｈ以下が好ましい。
【００６４】
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重要である。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望ましい。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。
【００６５】
そして、導体層１２及びリング状メタライズ層１３には、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が形成されている。
【００６６】
このような方法で製造した連結基板は、メタライズとの同時焼成が可能で、結晶平均粒径が１〜２μｍ、破壊靱性が３．５〜４．５ＭＰａｍ^１／２、強度が５００ＭＰａ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。
【００６７】
なお、最終的には、絶縁基板１１内部に電気素子１４及び／又は半導体素子１６を実装し、導体層１２との電気的に接続し、且つリング状メタライズ層１３の表面にメッキ層１８を被覆し、金属製リッド２０をロウ材１９によってシーム溶接で接合することにより、電気素子１４及び／又は半導体素子１６が気密に封止された半導体装置を得ることができる。
【００６８】
本発明のセラミックパッケージは、上記のセラミックパッケージ１を各々分離して得られるのもであり、得られたセラミックパッケージ１における絶縁基板の縦及び横の長さの誤差がそれぞれ５０μｍ以下であることが重要である。
【００６９】
ここで、誤差とは、図３に示したように、セラミックパッケージ１の切り欠き溝２を形成した面の長さをＬ_ｏｒ、バリの存在する面の長さＬ_Ｂをとした時、Ｌ_Ｂ−Ｌ_ｏｒの絶対値を示すものであり、この誤差を５０μｍ以下に抑えることにより、高寸法精度のセラミックパッケージを得ることが出来る。
【００７０】
また、本発明のセラミックパッケージは、連結基板の切り欠き溝２に沿って、切り欠き溝２を起点として、基板堤部１１ｂ側より応力をかけることにより、スナップ切断してセラミックパッケージを分離して作製することが、バリの少ないセラミックパッケージを安価に、且つ容易に製造するために好ましい。
【００７１】
【実施例】
純度９９％以上、平均粒径１．５μｍのアルミナ粉末に対して、純度９９％以上、平均粒径０．７μｍのＭｎ_２Ｏ_３粉末、純度９９％以上、平均粒径１．０μｍのＳｉＯ_２粉末、純度９９．９％以上、平均粒径１．２μｍのＷ粉末、純度９９．９％以上、平均粒径１．２μｍのＭｏ粉末、純度９９．９％以上、平均粒径０．７μｍのＭｇＣＯ_３粉末、純度９９％以上、平均粒径１．３μｍのＣａＣＯ_３粉末、純度９９％以上、平均粒径１．０μｍのＳｒＣＯ_３粉末及びＢａＣＯ_３粉末、及び平均粒径０．３μｍのＺｒＯ_２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製し、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。
【００７３】
得られたグリーンシートを所定厚みに積層し、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き、表１に示した昇温速度で１０００℃から焼成最高温度まで昇温し、焼成最高温度にて露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１時間焼成した後、１０００℃までを表１に示した速度で冷却した。
【００７４】
得られた焼結体の主結晶相は焼結体を粉砕し、Ｘ線回折により同定した。また、嵩密度はアルキメデス法によって測定し、気孔率を算出した。また、破壊靱性、強度は厚み３ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ４０ｍｍの梁状試料を作成し、ＪＩＳ　Ｒ１６０１に基づいて室温にて測定した。さらに、平均結晶粒子径は、インターセプト法により測定し、粒子径として表１に示した。
【００７５】
破壊靭性は、ＪＩＳ　Ｒ１６７０に基づき、ＩＭ法にて測定した。また、ヤング率はＪＩＳ　Ｒ１６０２に基づいて室温のヤング率を測定した。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。さらに、長さ誤差は、スナップによって各セラミックパッケージを分離し、ノギスを用いて最大部と最小部を測定し、その差を取った。この測定を２０個について行い、平均値を算出して、これを長さ誤差とした。
【００７６】
一方、平均粒径１．２μｍのＷ粉末、平均粒径１．２μｍのＭｏ粉末、平均粒径１．５μｍのアルミナ粉末、平均粒径２μｍのＣｕ、Ａｕ及びＡｇ粉末を表１に示す組成に調製した後、アクリル系バインダとアセトンを溶媒として混合し、導体ペーストを調製した。
【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層を形成したグリーンシートは、電気素子収納する部位を打抜き加工によって除去した。
【００７８】
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て積層圧着して積層体を作製した。その後、この積層体に切り欠き溝を施し、成形体を露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて脱脂を行なった後、引き続き、表１に示した昇温速度で１０００℃から焼成最高温度まで昇温し、焼成最高温度にて露点＋２５℃の窒素水素混合雰囲気にて１時間焼成した後、１０００℃までを表１に示した速度で冷却した。
【００７９】
次に、連結基板表面の導体層及びリング状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。Ａｕメッキ後、連結基板を切り欠き溝にそってブレークし、単一のセラミックパッケージを得た。得られたセラミックパッケージの外形寸法をノギスで測定した後、リング状メタライズ層に対して、共晶Ａｇ−Ｃｕロウ材を用いてＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金からなる厚み０．２ｍｍの金属製リッドをシーム溶接によって接合し、気密に封止した。
【００８０】
得られた試料は、４０倍の顕微鏡にてメタライズ剥れ、封止状態について、絶縁基板のクラックの確認を行い、それぞれの結果について○、×として評価し、クラック・破損状態として表２に示した。
【００８１】
さらに、メタライズ剥れ、クラックのない試料について、−６５℃にて５分、１５０℃にて５分保持を１サイクルとして１００サイクルまでの熱サイクル試験を行い、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・ｃｍ^３／ｓｅｃ以下を○、１×１０^−１０ＭＰａ・ｃｍ^３／ｓｅｃを超えるものを×として評価した。
【００８２】
また、絶縁基板に対するリング状メタライズ層の接着強度は、２ｍｍ×２５ｍｍのリング状メタライズ層を形成し、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。結果を表１、２に示した。
【００８３】
【表１】

【００８４】
【表２】

【００８５】
本発明の試料Ｎｏ．２、５、８、１０及び１３〜２８は、接着強度が５以上、長さ誤差が５０μｍ以下であり、接合後もクラックや損傷が見られず、更に封止テストにおいても実質的にリークは観察されなかった。
【００８６】
これに対して、平均結晶粒径が１μｍに満たない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１及び９は、接着強度が３０Ｎ以下、長さ誤差が８０μｍであり、封止状態も悪かった。
【００８７】
平均結晶粒径が４．２μｍ以上と大きい本発明の範囲外の試料Ｎｏ．３及び１１は、接合強度が４０ＭＰａ以下、長さ誤差が７０μｍ以上と大きく、封止状態が悪かった。
【００８８】
また、助剤量が４質量％に満たない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．４は、接着強度が３０Ｎと小さく、長さ誤差が８０μｍと大きく、封止状態が悪かった。
【００８９】
さらに、非晶質である本発明の範囲外の試料Ｎｏ．６及び１２は、破壊靭性が３．１ＭＰａｍ^１／２以下と小さく、長さ誤差が９０μｍ以上と大きく、サイクル試験後にリークが発生して封止状態が悪かった。
【００９０】
さらにまた、破壊靭性が３．４ＭＰａｍ^１／２と小さい本発明の範囲外の試料Ｎｏ．７は、長さ誤差が６０μｍと大きく、サイクル試験後にリークが発生して封止状態が悪かった。
【００９１】
【発明の効果】
本発明は、アルミナの強度を５００ＭＰａ以上、メタライズ強度を４９Ｎ以上とすることにより、絶縁基板の基板堤部の幅ｄが０．１〜０．３ｍｍ、電気素子が実装される絶縁基板の基板底部の厚みｔが０．１〜０．３ｍｍ、パッケージ高さｈが０．３〜０．６ｍｍであるセラミックパッケージが安価に得られる。
【００９２】
焼結助剤を４質量％以上加えても、アルミナ粉末の粉末平均粒径、昇温速度及び冷却速度を制御することによって、結晶平均粒径が１〜２μｍ、破壊靱性が３．５〜４．５ＭＰａｍ^１／２を有し、特に３点曲げ強度が５００ＭＰａ以上、ヤング率が３２０ＧＰａ以下、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上の絶縁基板を具備するセラミックパッケージを複数連結した連結基板を作製することができる。
【００９３】
また、連結基板に形成されたセラミックパッケージを切り欠き溝からスナップ切断をしてもバリが出にいため、寸法精度が高く、且つ金属により気密封止しても破壊しにくく、特に、同時焼成が可能な小型・薄型用のセラミックパッケージを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連結基板の一例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】本発明のセラミックパッケージの一例を示すもので、内部に電気素子及び半導体素子を実装し、金属製リッド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。
【図３】本発明の連結基板から分離したセラミックパッケージの構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・セラミックパッケージ
２・・・切り欠き溝
１１・・・絶縁基板
１１ａ・・・基板底部
１１ｂ・・・基板堤部
１２・・・導体層
１２ａ・・・表面導体層
１２ｂ・・・内部導体層
１２ｃ・・・裏面導体層
１３・・・リング状メタライズ層
１４・・・電気素子
１５・・・導電性接着剤
１６・・・半導体素子
１７・・・ワイヤボンディング
１８・・・メッキ層
１９・・・ロウ材
２０・・・金属製リッド

Claims

基板底部と、該基板底部の外周に一体的に設けられた基板堤部とを具備し、前記基板底部の表面に電気素子が実装される絶縁基板と、該絶縁基板の内部及び／又は表面に設けられた導体層と、前記基板堤部の少なくとも一部に、金属製リッドを接合するため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が複数連結してなり、該セラミックパッケージを各々分離するための切り欠き溝が前記セラミックパッケージ間に設けられた連結基板において、前記絶縁基板が４質量％以上の焼結助剤を含むアルミナ質焼結体からなり、該アルミナ質焼結体の結晶平均粒径が１〜２μｍであり、且つ破壊靱性が３．５〜４．５ＭＰａｍ^１／２であることを特徴とする連結基板。
前記アルミナ質焼結体の強度が５００ＭＰａ以上、ヤング率が３２０ＧＰａ以下、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１記載の連結基板。
前記絶縁基板に対する前記メタライズ層の接着強度が４９Ｎ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の連結基板。
前記アルミナ質焼結体が、Ｍｎを酸化物換算で２〜８質量％、Ｓｉを酸化物換算で１〜６質量％の割合で含み、Ａｌ_２Ｏ_３を主結晶相とし、該主結晶相の粒界にＭｎＡｌ_２Ｏ_４結晶を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の連結基板。
前記導体層がＷ及び／又はＭｏを主成分とし、アルミナを１０質量％以下の割合で含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の連結基板。
前記絶縁基板の基板堤部の幅が０．１〜０．３ｍｍ、前記電気素子が実装される絶縁基板の基板底部の厚みが０．１〜０．３ｍｍ、パッケージ高さが０．３〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の連結基板。
平均粒径０．５〜２μｍのアルミナ粉末９６質量％以下と４質量％以上の焼結助剤とを含有するグリーンシートに、導体ペーストを用いて複数の導体パターン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て積層体を作製した後、複数の絶縁基板を分離するための切り欠き溝を、前記積層体の表面に形成し、該積層体を１２５０〜１４００℃の非酸化性雰囲気中で焼成することを特徴とする連結基板の製造方法。
前記焼結助剤がＭｎ_２Ｏ_３粉末及びＳｉＯ_２粉末を含むことを特徴とする請求項７記載の連結基板の製造方法
前記Ｍｎ_２Ｏ_３粉末が２〜８質量％、前記ＳｉＯ_２粉末が１〜６質量％であることを特徴とする請求項７又は８記載の連結基板の製造方法。
前記導体ペーストがＷ及び／又はＭｏを主成分とし、アルミナを１０質量％以下の割合で含むことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の連結基板の製造方法。
請求項１乃至６に記載の連結基板に複数連結して形成されたセラミックパッケージを各々分離して得られ、且つ得られたセラミックパッケージの絶縁基板の縦及び横の長さの誤差がそれぞれ５０μｍ以下であることを特徴とするセラミックパッケージ。
前記連結基板を構成する複数のセラミックパッケージ間に設けられた切り欠き溝を起点としてスナップ切断して得られたことを特徴とする請求項１１記載のセラミックパッケージ。