專利名稱:莫來石基陶瓷材料的制作方法
本發(fā)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(dǎo)體元件使之宜構(gòu)成功能組件，或用于制作半導(dǎo)體封裝上密封部分的熱膨脹隔片。
為適應(yīng)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(dá)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?yàn)檠趸X強(qiáng)度高，因而在它上面組裝管腳等元件時(shí)不會(huì)出現(xiàn)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(huì)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(shí)的溫度變化而會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)大的應(yīng)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(shù)至少比作LSI等集成電路的硅的熱膨脹系數(shù)，即30×10-7/℃高兩倍(室溫～500℃)。因此當(dāng)LSI等的硅半導(dǎo)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(shí)，焊接部位會(huì)因熱膨脹系數(shù)不同而出現(xiàn)熱應(yīng)力，因此而出現(xiàn)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(xì)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(shù)高以及電信號傳播速度低等缺點(diǎn)。
為了解決這些問題，必須開發(fā)介電常數(shù)低強(qiáng)度又高的基片材料以使多層電路基片的熱膨脹系數(shù)接近于硅的熱膨脹系數(shù)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?yàn)槠錈崤蛎浵禂?shù)為40-50×10-7/℃(室溫～500℃)，接近于硅的熱膨脹系數(shù)，且其介電常數(shù)低至約6.7(1MHz)。
但僅用莫來石制作多層電路基片時(shí)，在對氧化鋁基多層電路基片迄今適用的約1600℃下的燒結(jié)不充分，只能獲得多孔低強(qiáng)度燒結(jié)產(chǎn)物。因此為了獲得致密的莫來石燒結(jié)產(chǎn)物，就必須在高溫下燒結(jié)，但目前可達(dá)到的最高燒結(jié)溫度為約1650℃且沒有可供大批量生產(chǎn)進(jìn)行燒結(jié)的爐子。
所以必須開發(fā)在高達(dá)氧化鋁基陶瓷的燒結(jié)溫度下燒結(jié)而得的高強(qiáng)度莫來石基陶瓷材料。已用過由莫來石和玻璃組成的復(fù)合材料作這種莫來石基材料〔見日本公開特許公報(bào)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(jié)合在一起，所以其強(qiáng)度取決于使莫來石晶體結(jié)合在一起的玻璃或由玻璃形成的晶體，但其最大強(qiáng)度為約150MPa。也就是說，已有技術(shù)建立在莫來石的介電常數(shù)低且其熱膨脹系數(shù)接近于硅的熱膨脹系數(shù)的基礎(chǔ)上，旨在開發(fā)適于莫來石并可在高達(dá)氧化鋁的燒結(jié)溫度下進(jìn)行燒結(jié)的玻璃組成，因此這完全不涉及莫來石的高強(qiáng)度問題，即完全沒有考慮到莫來石的高強(qiáng)度問題。
這就是說，在用低強(qiáng)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(shí)，會(huì)因焊接料與多層電路基片之間的熱膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生應(yīng)力，因此而導(dǎo)致電路板上出現(xiàn)裂紋等缺陷，即不可能獲得可靠性高的電路板。
本發(fā)明旨在解決上述問題并提出高強(qiáng)度莫來石陶瓷材料以及用其制成的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明人研究了常規(guī)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(fā)現(xiàn)玻璃料對提高強(qiáng)度的影響不大。而且本發(fā)明人在研究了各種氧化物和燒結(jié)產(chǎn)品的收縮比之后發(fā)現(xiàn)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(jié)溫度1600℃下進(jìn)行燒結(jié)。
本發(fā)明基于這種發(fā)現(xiàn)，因而提供了莫來石基陶瓷材料，它包括0.1～10%(重量)的至少一種元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物，其余為莫來石(Al2O3·SiO2-2Al2O3·SiO2)及伴隨雜質(zhì)。本發(fā)明莫來石基陶瓷材料還可含0.1～5.0%(重量)的氧化鎂和氧化鈣中的至少一種，當(dāng)包括這兩種氧化物時(shí)，最好是每種均含0.1～5.0%(重量)。Ⅲa族元素限于非放射性元素，其中包括Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Th、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu。錒系元素有放射性問題但可在消除放射性之后使用。本發(fā)明莫來石基陶瓷材料包含作為主要成分的莫來石，以及0.1～10%(重量)的至少一種Ⅲa族元素氧化物，與常規(guī)含30%(重量)玻璃成分的莫來石基材料相比，它基本上沒有將莫來石晶粒結(jié)合起來的玻璃相并可以固相進(jìn)行燒結(jié)，因而使莫來石晶粒長大放慢了。而且由于至少一種Ⅲa族元素氧化物的用量少至0.1～10%(重量)，它與莫來石反應(yīng)形成的產(chǎn)物量得到了降低，因此使莫來石晶粒間的反應(yīng)產(chǎn)物成穩(wěn)定晶相，這似可達(dá)到高強(qiáng)度。
本發(fā)明中作為燒結(jié)助劑而添加的至少一種Ⅲa族元素氧化物的總量限于0.1～10%(重量)的理由如下。
如低于0.1%，則在氧化鋁基陶瓷材料的燒結(jié)溫度1600℃下得到的是多孔的而不是致密的燒結(jié)產(chǎn)物，即達(dá)不到滿意的強(qiáng)度，似乎在更高溫度下才能得到致密的燒結(jié)產(chǎn)物，但問題是實(shí)際上沒有適宜的燒結(jié)爐可用。氧化物量不高于10%(重量)的原因是因?yàn)槟獊硎ЯＴ谘趸锖?0%(重量)以上時(shí)會(huì)不斷長大，強(qiáng)度反而會(huì)降低。氧化釔的優(yōu)選用量為0.1～3.0%。
本發(fā)明陶瓷材料優(yōu)選為在1MHz下介電常數(shù)不大于9.5且在室溫下的抗彎強(qiáng)度(deflective strength)不低于150MPa的燒結(jié)產(chǎn)物。
本發(fā)明陶瓷材料用作陶瓷多層電路板的陶瓷層材料，電路板包括交替疊合在一起的陶瓷層和導(dǎo)電層，導(dǎo)電層用通孔導(dǎo)體相互電連接起來;而且還可作半導(dǎo)體組件的陶瓷層，組件中包括通過陶瓷載體裝在所說電路板上并裝有冷卻半導(dǎo)體器件后部的冷卻設(shè)施的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的半導(dǎo)體組件中，陶瓷載體基片和半導(dǎo)體器件用焊塊(solderbumps)相互連接起來，焊塊上涂有一種有機(jī)樹脂，該樹脂包括100份有機(jī)樹脂和5～10份橡膠顆粒并且以有機(jī)樹脂和橡膠顆?？偭繛榛A(chǔ)還含有35～60%(體積)的陶瓷粉。
優(yōu)選的是橡膠顆粒由聚丁二烯和硅橡膠中的至少一種組成，而陶瓷粉由石英，碳化硅，氮化硅，碳酸鈣和含鈹?shù)奶蓟柚械闹辽僖环N組成。
載體基片用本發(fā)明陶瓷材料制成且優(yōu)選的是具有與多層電路板的陶瓷層完全相同或基本相同的組成并具有基本相同的熱膨脹系數(shù)。
如上所述，本發(fā)明可用作陶瓷多層電路板的材料并可用于計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中帶有管腳的電路板通過管腳與印刷電路板電連接起來，而印刷電路板再與接線板(plater)電連接起來。
所說冷卻裝置可為間接冷卻半導(dǎo)體器件的水冷系統(tǒng)，使半導(dǎo)體器件與熱傳導(dǎo)盤接觸并通過用熱傳導(dǎo)盤和冷卻劑冷卻的熱傳導(dǎo)塊冷卻。
圖1和2為本發(fā)明半導(dǎo)體組件的剖面圖。
圖3為本發(fā)明中加裝了冷卻裝置的半導(dǎo)體組件的部分剖面投影圖。
圖4為按照本發(fā)明半導(dǎo)體組件的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)投影圖。
下述實(shí)施例中，份數(shù)和%均為重量計(jì)。
實(shí)施例1表1(1)和(2)中列出了以%(重量)計(jì)的莫來石基陶瓷材料的組成，其中不包括錒系元素氧化物，因?yàn)殄H系元素有放射性。
可采用莫來石粉(平均粒徑2μm)。
表1(1)和(2)里的每一種組成中都加有5.9份聚合度為1，000的聚乙烯醇縮丁醛，124份三氯乙烯，32份四氯乙烯，44份正丁醇，以及2份鄰苯二甲酰甘醇酸丁酯，所得混合物用濕法混合20小時(shí)制成漿料并用真空脫氣法消泡后用刮刀涂在聚酯膜上，厚度約為0.2mm，再于烘箱中干燥即得生片材。將此片材切成50×50(mm)的小片后再將其中30片疊合起來并進(jìn)行熱壓后即得30層的疊層片。熱壓條件為40kg/cm2下120℃熱壓10分鐘。之后于1200℃下將此疊層片脫脂1小時(shí)以從其表面上脫除樹脂。再將脫脂疊層片于1600℃下燒結(jié)1小時(shí)得燒結(jié)產(chǎn)物。于1600℃下燒結(jié)的原因是W，Mo等必須同時(shí)進(jìn)行燒結(jié)。將燒結(jié)產(chǎn)物切成小塊以測定其介電常數(shù)和抗彎強(qiáng)度并用鑲金剛石研磨石板拋光。表2表明表1(1)和(2)中各材料的特性，其中總評表明含元素周期表中Ⅲa族元素氧化物的莫來石基陶瓷材料是否可用作多層電路基片，標(biāo)號“o”表明介電常數(shù)不高于9.5(1MHz)且抗彎強(qiáng)度不低于150MPa，而標(biāo)號“x”表明介電常數(shù)高于9.5且抗彎強(qiáng)度低于150MPa。用作隔片等的材料要求抗彎強(qiáng)度必須不低于150MPa，而與介電常數(shù)無關(guān)。
為進(jìn)行比較，包括作主要成分的莫來石和30%堇青石玻璃成分的已知莫來石基陶瓷材料和氧化鋁基材料的組成和特性連同本發(fā)明材料列于表3。
下面將描述表2和表3所示的特性。如表1中第2號所示，當(dāng)La2O3的含量高于10%時(shí)，得到較低的抗彎強(qiáng)度，例如120～140MPa。如表2中第20號、第33號和第40號所示，當(dāng)不含有作為燒結(jié)助劑的Ⅲa族氧化物時(shí)，燒結(jié)產(chǎn)物變得多孔且不致密，因而介電常數(shù)低至6.0～6.5(1MHz)，同時(shí)抗彎強(qiáng)度也低至50～110MPa。所以，實(shí)際上它們是不適用的。
另一方面，從表1(1)和(2)中的其它材料看，可獲得介電常數(shù)不大于9.5(1MHz)且抗彎強(qiáng)度為150～280MPa的燒結(jié)產(chǎn)物，而且這種燒結(jié)產(chǎn)物可滿意地用作多層電路基片，其中即使氧化物的量超過10%(重量)，介電常數(shù)的最大值仍為9.5。
從表1(1)和(2)及表2可以看出，通過降低元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物的含量，可得到具有較低介電常數(shù)的材料，而提高該氧化物含量，可得到具有較高抗彎強(qiáng)度的材料。
下面將描述表3的結(jié)果。從表3中可以看出，對比氧化鋁基材料的介電常數(shù)是10(1MHz)，抗彎強(qiáng)度是300MPa;而含有30%堇青石的對比莫來石基材料的介電常數(shù)是5.9(1MHz)，抗彎強(qiáng)度是150MPa。這就是說，氧化鋁基的材料具有高達(dá)300MPa的抗彎強(qiáng)度，這對強(qiáng)度來說是令人滿意的，但其介電常數(shù)高達(dá)10，所以這是降低電訊號傳播速度的原因。另一方面，含有30%堇青石的莫來石基材料具有較低的介電常數(shù)(如5.9)，但其抗彎強(qiáng)度低至100～150MPa，因此，這對強(qiáng)度來說不令人滿意。
表3所示的含釔的氧化物(即氧化釔)的本發(fā)明莫來石基材料，其介電常數(shù)略高于含有30%堇青石的對比莫來石基材料的介電常數(shù)〔即7.5(1MHz)〕，但含有0.1%氧化釔的本發(fā)明莫來石基材料具有與對比莫來石基材料基本相同的介電常數(shù)，而且具有150MPa的抗彎強(qiáng)度。因此，抗彎強(qiáng)度至少比含有30%堇青石的對比莫來石基材料高50%。尤其是對強(qiáng)度來說，當(dāng)莫來石基材料含有3.0%氧化釔時(shí)可達(dá)到250MPa并且達(dá)到了對比氧化鋁基材料的300MPa抗彎強(qiáng)度的大約80%以上。也就是說，業(yè)已發(fā)現(xiàn)這種莫來石基的陶瓷材料具有低介電常數(shù)和高強(qiáng)度。
下面描述燒結(jié)產(chǎn)物的X-射線分析結(jié)果。
通過對表1中第8號燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行X-射線分析，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)除了含有莫來石以外，它由硅酸釔(Y2SiO5)和氧化鋁釔(Al2Y4O9)的穩(wěn)定單晶體組成并且基本上沒有非晶相。另一方面，通過對含有30%作為堇青石的玻璃的對比燒結(jié)莫來石材料進(jìn)行X-射線分析，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它由許多復(fù)雜相諸如尖晶石(Al2MgO4)、假藍(lán)寶石(Mg3Al9Si1.5O20)、堇青石(Mg2Al4Si5O18)、夕線石(Al2SiO5)等組成，作為結(jié)晶相除莫來石外，至少是由Al2O3、SiO2和MgO中的兩種構(gòu)成的。這是由于所含的玻璃組分發(fā)生反應(yīng)以致在莫來石間的界面上煅燒莫來石基材料并形成反應(yīng)產(chǎn)物造成的，從而導(dǎo)致強(qiáng)度變差。
在上述實(shí)施例中，通過向莫來石基材料中加入0.1～10%重量的元素周期表Ⅲa族元素的至少一種氧化物和煅燒該混合物以獲得燒結(jié)產(chǎn)物可得到對于多層電路基片具有較低的介電常數(shù)和較高的強(qiáng)度的材料。當(dāng)本發(fā)明材料用作隔片材料時(shí)，可不考慮介電常數(shù)。
使用所述的元素周期表Ⅲa族元素的氧化物-莫來石的陶瓷制作多層電路板，由此制得的多層電路板的豎直剖視圖示于圖1，其中數(shù)標(biāo)1是由本發(fā)明材料構(gòu)成的表面層，2是導(dǎo)電附近提供的絕緣層(如由氧化硅構(gòu)成的中間層)，3是由本發(fā)明材料構(gòu)成的底面層。通過金-鍺焊部位8用焊接法在底面層的底部組裝管腳4以進(jìn)行外連接，而通過焊塊5在表面層的頂部組裝硅片6。數(shù)標(biāo)7表示導(dǎo)電。
按下述方法制備圖1的多層電路板。
按前述實(shí)施例制備莫來石一元素周期表Ⅲa族元素的氧化物的陶瓷生片材和介電常數(shù)不超過6(1MHz)的氧化硅基材料的生片材用打孔器打出許多小孔(直徑100μm)并填入鎢膠。通過絲網(wǎng)印刷法形成鎢膠線導(dǎo)體。用本發(fā)明材料制作圖1的表面層1和底面層3，而用氧化硅基材料制作導(dǎo)電附近的絕緣層2。在導(dǎo)電形成后，通過層壓法制備層壓片。將層壓片作側(cè)面切削以調(diào)節(jié)圓周面，然后放入烘箱。為除去其中的樹脂，在含蒸汽的N2+H2氣氛下，將層壓片以50℃小時(shí)的速率加熱到高達(dá)1200℃，然后在N2+H2氣氛下以100℃/小時(shí)的速率加熱到最高溫度1600℃，并在此溫度下保溫一小時(shí)以制得陶瓷多層電路板。
然后，對由此制成的陶瓷多層電路板進(jìn)行無電鍍鎳和鍍金，而后按照常規(guī)方法用碳夾具通過金-鍺釬料將科伐(Koval)管腳4與之連接。通過釬料5再把硅片6直接組裝在其上面。
由于表面層1和底面層3及釬料之間的熱膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生的應(yīng)力的作用，使由此得到的多層電路板沒有出現(xiàn)裂紋。也就是說可得到可靠性高的完整的多層電路板。即使在輸出電訊號的管腳通過焊接被連接到表面層1的頂部和底面層3的底部時(shí)，也可防止多層電路基片由于釬料和多層電路基片之間的熱膨脹系數(shù)差造成的裂紋擴(kuò)展，因而，多層電路基片可具有較長的壽命。
實(shí)施例2圖2表明了半導(dǎo)體組件的剖視圖，該組件包括實(shí)施例1中制得的第4、8、18、19、21、24、25和28號陶瓷多層電路基片。
按用于所述陶瓷多層電路基片相似的方法，由同樣的組成制作載體基片12，不同的是穿孔的位置、導(dǎo)電圖型和7層層壓片，煅燒后的載體基片的尺寸是11mm×11mm見方，1mm厚。在所說的組成范圍內(nèi)，多層板的陶瓷層載體基片每種可具有相同或不同的組成。
用95%鉛-5%錫的釬料5將半導(dǎo)體器件(硅)6(10mm×10mm見方)連接到載體基片12上，所述的釬料5與多層電路板上的釬料5相比具有更高的熔點(diǎn)。
在載體基片12和半導(dǎo)體器件16之間注入一種有機(jī)混合物。該混合物的組成是100份環(huán)氧樹脂(EP-828)、5-10份的聚丁二烯(CTBN1300×9)、另外含平均粒徑為1μm的35-60%(體積)(以樹脂和聚丁二烯的總量為基礎(chǔ))的石英粉，其熱膨脹系數(shù)與釬料5相近。然后，通過金-鍺釬料8將81個(gè)(＝9×9)載體基片12(各個(gè)連接到相應(yīng)的半導(dǎo)體器件上并且在各個(gè)載體基片和各個(gè)半導(dǎo)體器件之間注入所述的有機(jī)化合物)連接到裝有科伐管腳4的陶瓷多層電路板13以制得半導(dǎo)體組件。
在這個(gè)實(shí)施例中，陶瓷多層電路板13具有由聚酰亞胺樹脂層14和電路層15構(gòu)成的上層。數(shù)標(biāo)16是通孔導(dǎo)體，17是線導(dǎo)體，18是陶瓷絕緣層。
圖3是半導(dǎo)體組件結(jié)構(gòu)24的部分剖視投影圖，其中半導(dǎo)體器件6組裝在實(shí)施例1中制得的多層電路基片13上，將熱傳導(dǎo)盤11與半導(dǎo)體器件6接觸，通過金屬外殼19密封半導(dǎo)體器件6和熱傳導(dǎo)盤11。
室19內(nèi)充入He氣。熱傳導(dǎo)盤11由陶瓷材料組成，最好由在室溫下具有至少0.1卡/厘米·秒·℃的導(dǎo)熱率的燒結(jié)產(chǎn)物組成。作為燒結(jié)產(chǎn)物，含有0.1～3%(重量)Be尤其是BeO的SiC最為理想。由于作為集成電路的半導(dǎo)體器件6放熱很大，因此可用來自冷卻水內(nèi)管20的水將其冷卻。也可以使用圖2所示的作為半導(dǎo)體組件結(jié)構(gòu)。
圖4示出了一種計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡圖，其中圖1或2的半導(dǎo)體組件制成圖3的結(jié)構(gòu)24，該結(jié)構(gòu)24通過管腳組裝在多層印刷電路板25上，而多層印刷電路板25通過板25上組裝的端部結(jié)構(gòu)23固定在接線板26上的連接件27上，從而得到三維組裝成的半導(dǎo)體組件24。有了這種結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)可作得更緊湊，而且由于如上所述具有較低的介電常數(shù)，所以可進(jìn)行高速信號處理。
權(quán)利要求
1.一種莫來石基陶瓷材料，該材料包括0.1～10%(重量)的至少一種元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物，其余量為莫來石和伴隨雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求
1所述的莫來石基陶瓷材料，其中包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種作為元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物的Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Ac、Th、Er、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的氧化物，其余為由Al2O3·SiO2-2Al2O3·SiO2化合物組成的莫來石。
3.如權(quán)利要求
1所述的莫來石基陶瓷材料，其中包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種除錒系元素的氧化物之外的元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物，其余為莫來石，其中的燒結(jié)產(chǎn)物的介電常數(shù)在1MHz下不大于9.5，它的抗彎強(qiáng)度在室溫下不低于150MPa。
4.如權(quán)利要求
1所述的莫來石基陶瓷材料，其中包括0.1～10%(重量)的至少一種元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物、0.1～5.0%(重量)的氧化鎂和0.1～5.0%(重量)的氧化鈣中的至少一種，其余為莫來石和伴隨雜質(zhì)。
5.如權(quán)利要求
1所述的莫來石基陶瓷材料，其中包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種作為元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物的Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Ac、Th、Er、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的氧化物，以及0.1～5.0%(重量)的氧化鎂和0.1～5.0%(重量)的氧化鈣中的至少一種，其余為由為Al2O3·SiO2-2Al2O3·SiO2化合物組成的莫來石。
6.如權(quán)利要求
4所述的莫來石基陶瓷材料，其中的燒結(jié)產(chǎn)物在1MHz下的介電常數(shù)不大于9.5，并且在室溫下的抗彎強(qiáng)度不低于150MPa。
7.一種陶瓷多層電路板，該板包括交替疊合在一起的陶瓷層和導(dǎo)電層，其中導(dǎo)電層通過通孔異體相互連接，其中的陶瓷層包括0.1～10%(重量)的至少一種元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物，其余為莫來石和伴隨雜質(zhì)，或者包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種除錒系元素的氧化物以外的元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物，其余為莫來石，這種燒結(jié)產(chǎn)物的介電常數(shù)在1MHz下不大于9.5，并且在室溫下的抗彎強(qiáng)度不低于150MPa，或者包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種作為元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物的Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Ac、Th、Er、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的氧化物，其余為由Al2O3·SiO2-2Al2O3·SiO2化合物組成的莫來石。
8.如權(quán)利要求
7所述的陶瓷多層電路板，其中的導(dǎo)電層由Mo和W中的至少一種制成。
9.如權(quán)利要求
7或8所述的陶瓷多層電路板，其中的陶瓷多層電路板裝有與印刷電路板電連接的管腳。
10.如權(quán)利要求
7所述的陶瓷多層電路板，其中包括交替疊合在一起的陶瓷層和導(dǎo)電層，其中的導(dǎo)電層通過通孔導(dǎo)體相互電連接，其中的陶瓷層包括0.1～10%(重量)的至少一種元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物、0.1～5.0%(重量)的氧化鎂和0.1～5.0%(重量)的氧化鈣中的至少一種，其余為莫來石和伴隨雜質(zhì)，或者包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種作為元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物的Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Ac、Th、Er、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的氧化物，0.1～5.0%(重量)的氧化鎂和0.1～5.0%(重量)的氧化鈣中的至少一種，其余為由Al2O3·SiO2-2Al2O3·SiO2化合物組成的莫來石。
11.如權(quán)利要求
10所述的陶瓷多層電路板，其中的燒結(jié)產(chǎn)物在1MHz下的介電常數(shù)不大于9.5，并且在室溫下的抗彎強(qiáng)度不低于150MPa。
12.如權(quán)利要求
10或11所述的陶瓷多層電路板，其中的導(dǎo)電層由Mo和W中的至少一種組成。
13.一種半導(dǎo)體組件，該組件包括裝在陶瓷多層電路板上的半導(dǎo)體器件，其中的陶瓷多層電路板包括交替疊合在一起的陶瓷層和導(dǎo)電層，其中的導(dǎo)電層通過孔導(dǎo)體相互電連接，其中的陶瓷層包括0.1～10%(重量)的至少一種元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物，其余為莫來石和伴隨雜質(zhì)，或者包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種除錒系元素的氧化物之外的元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物，其余為莫來石，該燒結(jié)產(chǎn)物在1MHz下的介電常數(shù)不大于9.5，在室溫下的抗彎強(qiáng)度不低于150MPa，或者包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種作為元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物的Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Ac、Th、Er、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的氧化物，其余為由Al2O3·SiO2-2Al2O3·SiO2化合物組成的莫來石，其中的導(dǎo)電層由Mo和W中的至少一種組成，并且其中的陶瓷多層電路板裝有與印刷電路板電連接的管腳。
14.如權(quán)利要求
13所述的半導(dǎo)體組件，其中包括裝在陶瓷多層電路板上的半導(dǎo)體器件，其中的陶瓷多層電路板包括交替疊合在一起的陶瓷層和導(dǎo)電層，其中的導(dǎo)電層通過通孔導(dǎo)體相互電連接，其中的陶瓷層包括0.1～10%(重量)的至少一種元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物，以及0.1～5.0%(重量)的氧化鎂和0.1～5.0%(重量)的氧化鈣中的至少一種，其余為莫來石和伴隨雜質(zhì)，或者包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種作為元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物的Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Ac、Th、Er、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的氧化物，以及0.1～5.0%(重量)的氧化鎂和0.1～5.0%(重量)的氧化鈣中的至少一種，其余為由Al2O3·SiO2-2Al2O3·SiO2化合物組成的莫來石，其中的導(dǎo)電層由Mo和W中的至少一種組成，并且其中的陶瓷多層電路板裝有與印刷電路板電連接的管腳。
15.如權(quán)利要求
13所述的半導(dǎo)體組件，其中包括在陶瓷多層電路板上通過陶瓷載體基片組裝的半導(dǎo)體器件，其中的陶瓷多層電路板包括交替疊合在一起的陶瓷層和導(dǎo)電層，其中的導(dǎo)電層通過通孔導(dǎo)體相互電連接，還裝有用于冷卻半導(dǎo)體器件后部的冷卻設(shè)施，其中的陶瓷層包括0.1～10%(重量)的至少一種元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物，其余為莫來石和伴隨雜質(zhì)，或包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種除錒系元素的氧化物之外的元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物，其余為莫來石，其中的燒結(jié)產(chǎn)物的介電常數(shù)在1MHz下不大于9.5，在室溫下的抗彎強(qiáng)度不低于150MPa，或者包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種作為元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物的Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Ac、Th、Er、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的氧化物，其余為由Al2O3·SiO2-2Al2O3·SiO2化合物組成的莫來石，其中的導(dǎo)電層由Mo和W中的至少一種組成，并且其中的陶瓷多層電路板裝有與印刷電路板電連接的管腳。
16.如權(quán)利要求
15所述的半導(dǎo)體組件，其中的陶瓷載體基片和半導(dǎo)體器件通過焊塊相互連接，其中的焊塊涂有有機(jī)混合物，該有機(jī)混合物含有100重量份的有機(jī)樹脂和5～10重量份的橡膠顆粒，還含有35～60%(體積)(以有機(jī)樹脂和橡膠顆粒的總量為基礎(chǔ))的陶瓷粉，其中的橡膠顆粒由聚丁二烯和硅橡膠中的至少一種組成，其中的陶瓷粉由石英、碳化硅、氮化硅、碳酸鈣和含鈹?shù)奶蓟柚械闹辽僖环N組成。
17.如權(quán)利要求
13所述的半導(dǎo)體組件，其中包括在陶瓷多層電路板上通過陶瓷載體基片組裝的半導(dǎo)體器件，其中的陶瓷多層電路板包括交替疊合在一起的陶瓷層和導(dǎo)電層，其中的導(dǎo)電層通過通孔導(dǎo)體相互電連接，還裝有用于冷卻半導(dǎo)體器件后部的冷卻設(shè)施，其中的陶瓷層包括0.1～10%(重量)的至少一種元素周期表中Ⅲa元素的氧化物以及0.1～5.0%(重量)氧化鎂和0.1～5.0%(重量)氧化鈣中的至少一種，其余為莫來石和伴隨雜質(zhì)，或者包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種作為元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物的Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Ac、Th、Er、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu，以及0.1～5.0%(重量)的氧化鎂和0.1～5.0%(重量)的氧化鈣中的至少一種，其余為由Al2O3·SiO2-2Al2O3·SiO2組成的莫來石，其中的導(dǎo)電層是由Mo和W中的至少一種組成，并且陶瓷多層電路板裝有與印刷電路板連接的管腳。
18.如權(quán)利要求
17所述的半導(dǎo)體組件，其中的陶瓷載體基片和半導(dǎo)體器件是通過焊塊相互連接的，其中焊塊涂有一種有機(jī)混合物，該混合物含有100重量份的有機(jī)樹脂和5～10重量份的橡膠顆粒，還含有35～60%(體積)(以有機(jī)樹脂和橡膠顆粒的總量為基礎(chǔ))的陶瓷粉，其中的橡膠顆粒是由聚丁二烯和硅橡膠中的至少一種組成，而其中陶瓷粉由石英、碳化硅、氮化硅、碳酸鈣和含鈹?shù)奶蓟柚械闹辽僖环N組成。
19.一種計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括在陶瓷多層電路板上通過陶瓷載體基片組裝的半導(dǎo)體器件，其中的陶瓷多層電路板包括交替疊合在一起的陶瓷層和導(dǎo)電層，其中的導(dǎo)電層通過通孔導(dǎo)體相互電連接，并在該電路板上組裝用于冷卻半導(dǎo)體器件后部的冷卻設(shè)施，其中的多層電路板通過裝在多層電路板上的管腳與印刷電路板電連接，其中的印刷電路板與連接板電連接，其中的陶瓷層包括0.1～10%(重量)的至少一種元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物，其余為莫來石和伴隨雜質(zhì)，或者包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種除錒系元素的氧化物之外的元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物，其余為莫來石，該燒結(jié)產(chǎn)物的介電常數(shù)在1MHz下不大于9.5，在室溫下的抗彎強(qiáng)度不低于150MPa，或者包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種作為元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物的Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Ac、Th、Er、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的氧化物，其余為由Al2O3·SiO2-2Al2O3·SiO2化合物組成的莫來石，其中的導(dǎo)電層由Mo和W中的至少一種組成，其中的陶瓷載體基片和半導(dǎo)體器件通過焊塊相互連接，該焊塊涂有有機(jī)混合物，該氧基混合物含有100重量份的有機(jī)樹脂和5～10重量份的橡膠顆粒，還含有35～60%(體積)(以有機(jī)樹脂和橡膠顆粒的總量為基礎(chǔ))的陶瓷粉，其中的橡膠顆粒由聚丁二烯和硅橡膠中的至少一種組成，其中的陶瓷粉由石英、碳化硅、氮化硅、碳酸鈣和含鈹?shù)奶蓟柚械闹辽僖环N組成，并且陶瓷載體基片具有與陶瓷層相同或基本相同的組成。
20.一種計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括在陶瓷多層電路板上通過陶瓷載體基片組裝的半導(dǎo)體器件，其中的陶瓷多層電路板包括交替疊合在一起的陶瓷層和導(dǎo)電層，其中的導(dǎo)電層通過通孔導(dǎo)體相互電連接，并在該電路板上組裝用于冷卻半導(dǎo)體器件后部的冷卻設(shè)施，其中的多層電路板通過裝在多層電路板上的管腳與印刷電路電連接，其中的印刷電路板與接線板電連接，其中的陶瓷層包括0.1～10%(重量)的至少一種元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物，以及0.1～5.0%(重量)的氧化鎂和0.1～5.0%(重量)的氧化鈣中的至少一種，其余為莫來石和伴隨雜質(zhì)，或者包括一種燒結(jié)產(chǎn)物，該燒結(jié)產(chǎn)物含有0.1～10%(重量)的至少一種作為元素周期表中Ⅲa族元素的氧化物的Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Ac、Th、Er、Dy、Ho、Tm、Yb和Lu的氧化物，以及0.1～5.0%(重量)氧化鎂和0.1～5.0%(重量)氧化鈣中的至少一種，其中的導(dǎo)電層由Mo和W中的至少一種組成，其中的陶瓷載體基片和半導(dǎo)體器件通過焊塊相互連接，其中的焊塊涂有有機(jī)混合物，該有機(jī)混合物含有100重量份的有機(jī)樹脂和5～10重量份的橡膠顆粒，還含有35～60(體積)(以有機(jī)樹脂和橡膠顆粒的總量為基礎(chǔ))的陶瓷粉，其中的陶瓷顆粒由聚丁二烯和硅橡膠中的至少一種組成，其中的陶瓷粉由石英、碳化硅、氮化硅、碳酸鈣和含鈹?shù)奶蓟柚械闹辽僖环N組成，并且其中的陶瓷載體基片具有與陶瓷層相同或基本相同的組成。
專利摘要
一種莫來石基材料，其中含有0.1～10％重量的至少一種元素周期表中IIIa族元素的氧化物，其余為莫來石以及伴隨雜質(zhì)。在室溫下該材料的介電常數(shù)不超過9.5(1MHz)，抗彎強(qiáng)度不低于150MPa，可用作功能組件的絕緣陶瓷基片或用作半導(dǎo)體封裝上密封部位的熱膨脹隔片。
文檔編號H01L23/15GK87103170SQ87103170
公開日1987年11月25日 申請日期1987年4月29日
發(fā)明者永山更成, 牛房信之, 篠原浩一, 荻原覺 申請人:株式會(huì)社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan