CN1304334C

CN1304334C - 氧化锆装载板、陶瓷基片的制造方法

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Publication number: CN1304334C
Application number: CNB2005100734294A
Authority: CN
Inventors: 佐佐木诚志
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2025-05-24
Also published as: CN1702057A

Abstract

提供能够抑制烧结后压电陶瓷基片中产生的翘曲等的变形的装载板以及压电陶瓷基片的制造方法。通过将陶瓷坯件1装载于平均粒径为0.3～2.5μm，陶瓷密度为6kg/dm³以上，热传导率为5W/mK以下，且装载面2a的中心线平均粗糙度为1μm～20μm的氧化锆基板2的装载面2a上进行烧结，能够抑制烧结后的压电陶瓷基片中所产生的翘曲等的变形。

Description

氧化锆装载板、陶瓷基片的制造方法

技术领域

本发明涉及用于烧结陶瓷坯件形成陶瓷基片的装载板(setter)、陶瓷基片的制造方法，以及由该制造方法制造的陶瓷基片。

背景技术

作为现有的这类技术，例如有在特开2002-104891号公报中记述的电子部件用烧结夹具。该电子部件用烧结夹具由，在基底材料上形成包含99.5重量％以上的氧化锆或稳定化氧化锆等氧化锆材料的表面层构成。在特开2002-104891号公报中记述有：若在上述表面层上装载含有陶瓷的电子部件并烧结，能够防止电子部件被污染，并能够制造显示稳定特性的高品质电子部件。

发明内容

然而，用特开2002-104891号公报中记述的电子部件烧结用夹具作为装载板，烧结陶瓷坯件形成陶瓷基片时，有烧结后的陶瓷基片中容易产生翘曲等变形的担忧。这样的问题，在为了得到薄型化的陶瓷基片而减薄陶瓷坯件时，尤为显著。

本发明鉴于上述问题，其目的是提供能够抑制烧结后的陶瓷基片中产生翘曲等变形的装载板、陶瓷基片的制造方法，以及由该制造方法来制造的陶瓷基片。

为了达到上述目的，本发明者进行了反复的深入研究，其结果发现：通过将陶瓷坯件装载于平均粒径为0.3～2.5μm、陶瓷密度为6kg/dm³以上、热传导率为5W/mK以下、且装载面的中心线平均粗糙度为1μm～20μm的装载面上进行烧结，能够抑制烧结后的陶瓷基片中产生翘曲等变形，从而完成了本发明。

即，本发明涉及的装载板是，在烧结陶瓷坯件、形成陶瓷基片时，具有装载陶瓷坯件的装载面的装载板，其特征在于：平均粒径为0.3～2.5μm，陶瓷密度为6kg/dm³以上，热传导率为5W/mK以下，且所述装载面的中心线平均粗糙度为1μm～20μm。

另外，本发明涉及的陶瓷基片的制造方法是，烧结陶瓷坯件形成陶瓷基片的陶瓷基片制造方法，其特征在于：准备平均粒径为0.3～2.5μm、陶瓷密度为6kg/dm³以上、热传导率为5W/mK以下、且装载面的中心线平均粗糙度为1μm～20μm的装载板，将陶瓷坯件装载于装载板的装载面上进行烧结。

这样，如果使构成装载板的颗粒的平均粒径为0.3μm～2.5μm，并使装载板的陶瓷密度为6kg/dm³以上，烧结时，例如就能够防止铅等成分从陶瓷坯件蒸发并向装载板中扩散，能够使陶瓷坯件的成分在烧结过程中保持均匀。进一步，如果使热传导率为5W/mK以下，并且使所述装载面的中心线平均粗糙度为1μm～20μm，就能够减小陶瓷坯件的装载板一侧的面与其相反的面之间因烧结而引起的热历史的差异，能够均匀地烧结陶瓷坯件。如上所述，通过在上述装载板的装载面上装载陶瓷坯件进行烧结，能够抑制烧结后的陶瓷基片中产生翘曲等的变形。

附图说明

图1是表示本发明相关的陶瓷基片的制造方法的一个实施方式中陶瓷坯件进行脱粘合剂时的状态的平面图。

图2是表示本发明相关的陶瓷基片的制造方法的一个实施方式中陶瓷坯件进行脱粘合剂时的状态的侧面图。

图3是表示本发明相关的陶瓷基片的制造方法的一个实施方式中陶瓷坯件进行烧结时的状态的侧面图。

图4是沿图3的IV-IV线的截面图。

图5是表示构成氧化锆基板的颗粒平均粒径与压电陶瓷基片的翘曲量的关系的图。

图6是表示氧化锆基板的陶瓷密度与压电陶瓷基片的翘曲量的关系的图。

图7是表示氧化锆基板的热传导率与压电陶瓷基片的翘曲量的关系的图。

图8是表示氧化锆基板的装载面的中心线平均粗糙度与压电陶瓷基片的翘曲量的关系的图。

图9是氧化锆基板的装载面的放大截面图。

图10是表示十点平均粗糙度Rz的概念的图。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本实施方式以钛酸铅以及钛酸锆酸铅为主要成分制造压电陶瓷基片。这样的压电陶瓷基片，可以应用于陶瓷振子、陶瓷过滤器、压电蜂鸣器、压电传感器、压电调节器等各种制品。

为了制造上述压电陶瓷基片，如图1及图2所示，首先，准备装载薄片状陶瓷坯件1的氧化锆基板2。该氧化锆基板2是孔隙度不到1％的致密材料，该材料例如可以是在氧化锆中作为稳定剂添加氧化钇(Y₂O₃)的材料。另外，作为稳定剂，除了氧化钇(Y₂O₃)之外，还可以使用氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化铈(CeO₂)等。而且，作为稳定剂的添加量，在实现稳定化的基础上优选为6～14mol％，更优选为8～12mol％。

准备好氧化锆基板2之后，按照以下顺序制作陶瓷坯件1。首先，在以钛酸铅及钛酸锆酸铅为主要成分的压电陶瓷粉体中添加有机粘合剂及有机溶剂等，使其成为膏状，利用刮刀法形成薄片状，得到基片。接着，在该印刷电路基板上由丝网印刷法形成内部电极，积层多枚形成了该内部电极的印刷电路基板得到积层体坯件。而且，将该积层体坯件切断为规定尺寸，得到陶瓷坯件1。

在制作了陶瓷坯件1之后，如图1及图2所示，将陶瓷坯件1装载于氧化锆基板2的装载面2a。而且，在例如400℃的温度下保持10小时，进行陶瓷坯件1的脱粘合剂。

在对陶瓷坯件1进行脱粘合剂后，如图3及图4所示，通过在氧化锆基板2的装载面2a的四角配置衬垫3，将装载有脱粘合剂后的陶瓷坯件1的氧化锆基板2进行多段积层，进一步，将未装载陶瓷坯件1的氧化锆基板2积层在最上端。而且，将这样积层的氧化锆基板2配置于密闭箱体4内，在例如1100℃的温度下保持2小时，进行陶瓷坯件1的烧结，得到压电陶瓷基片。

接着，对上述氧化锆基板2进行更详细的说明。

氧化锆基板2是同时满足以下(1)～(4)各条件的材料：(1)构成粒子的平均粒径为0.3～2.5μm；(2)陶瓷密度为6kg/dm³以上；(3)热传导率为5W/mK以下；(4)装载面2a的中心线平均粗糙度为1μm～20μm。限制(1)～(4)各条件中数值的理由如下。此外，以下的说明中的氧化锆基板2及压电陶瓷基片，可以通过后述实施例的氧化锆基板的制造方法同样的方法得到。

(1)构成粒子的平均粒径为0.3～2.5μm的理由

图5是表示构成氧化锆基板的颗粒的平均粒径与压电陶瓷基片的翘曲量的关系的图。此时，其它条件是陶瓷密度为6kg/dm³、热传导率为4.5W/mK、装载面2a的中心线平均粗糙度为5μm。另外，所谓翘曲量，是指使用激光式非接触三维形状测定装置所测定的压电陶瓷基片的最大高低差。

从同图中可知，平均粒径为0.3～2.5μm时，压电陶瓷基片的翘曲量能够抑制在不满30μm。这是由于当平均粒径为0.3～2.5μm时，由于颗粒间的间隙变小，在烧结时能够防止铅等成分从陶瓷坯件1蒸发并向装载板2中扩散，能够使陶瓷坯件1的成分在烧结中保持均匀。

与此相比，平均粒径不满0.3μm或者超过2.5μm时，压电陶瓷基片的翘曲量增大。这是由于颗粒间的间隙变大，在烧结时铅等成分很容易从陶瓷坯件1蒸发并向装载板2中扩散，使陶瓷坯件1的成分在烧结中不均匀。而且，由于铅等成分从陶瓷坯件1蒸发，会造成烧结后的压电陶瓷基片的组成偏离所希望的值，由于铅等成分向装载板2中扩散，还有会发生与构成氧化锆基板2的成分进行反应使氧化锆基板2恶化等的不良现象。

(2)陶瓷密度为6kg/dm³以上的理由

图6是表示氧化锆基板2的陶瓷密度与压电陶瓷基片的翘曲量的关系的图。此时其它条件为平均粒径1.8μm、热传导率为4.5W/mK、装载面2a的中心线平均粗糙度为5μm。

从图中可知，陶瓷密度为6kg/dm³以上时，压电陶瓷基片的翘曲量能够抑制在不满30μm。这是由于当陶瓷密度为6kg/dm³以上时，在烧结时能够防止铅等成分从陶瓷坯件1蒸发并向装载板2中扩散，能够使陶瓷坯件1的组成在烧结过程中保持均匀。

与此相比，陶瓷密度不到6kg/dm³时，压电陶瓷基片的翘曲量增大。这是由于颗粒间的间隙变大，在烧结时铅等成分容易从陶瓷坯件1蒸发并向装载板2中扩散，使陶瓷坯件1的组成在烧结中变得不均匀。而且，存在发生与上述平均粒径的情况相同的不良现象的担忧。

(3)热传导率为5W/mK以下的理由

图7是表示氧化锆基板2的热传导率与压电陶瓷基片的翘曲量的关系的图。此时，其它条件为平均粒径1.8μm、陶瓷密度为6kg/dm³、装载面2a的中心线平均粗糙度为5μm。

从图中可知，热传导率为5W/mK以下时，翘曲量能够抑制在不满30μm。这是由于当热传导率为5W/mK以下时，能够减小陶瓷坯件1的氧化锆基板2一侧的面与其相反的面之间因烧结而引起的热历史的差异，能够均匀地烧结陶瓷坯件1。

与此相比，热传导率超过5W/mK时，压电陶瓷基片的翘曲量增大。这是由于陶瓷坯件1的氧化锆基板2一侧的面与其相反的面之间因烧结而引起的热历史的差异增大，使陶瓷坯件1的烧结不均匀。

(4)装载面2a的中心线平均粗糙度为1μm～20μm的理由

图8是表示氧化锆基板2的装载面2a的中心线平均粗糙度与压电陶瓷基片的翘曲量的关系的图。此时，其它条件为平均粒径1.8μm、陶瓷密度为6kg/dm³、热传导率为4.5W/mK。此外，所谓中心线平均粗糙度，是指JIS(日本工业标准)B0601规定的表面粗糙度，是从中心线折叠粗糙度曲线，该粗糙度曲线与中心线得到的面积除以长度的值。

从该图中可知，中心线平均粗糙度为1μm～20μm时，翘曲量能够抑制在不满50μm。这是由于当中心线平均粗糙度为1μm～20μm时，如图9所示，陶瓷坯件1与氧化锆基板2的接触面积减低，能够减小陶瓷坯件1的氧化锆基板2一侧的面与其相反的面之间因烧结而引起的热历史的差异，能够均匀地烧结陶瓷坯件1。

与此相对，中心线平均粗糙度不满1μm或超过20μm时，压电陶瓷基片的翘曲量增大。这是由于当中心线平均粗糙度不满1μm时，从氧化锆基板2向陶瓷坯件1传递的热量增大，能够使陶瓷坯件1的氧化锆基板2一侧的面与其相反的面之间由结成而引起的热履历的差异减小。另一方面，当中心线平均粗糙度超过20μm时，陶瓷坯件1卡住氧化锆基板2的凸部，使陶瓷坯件1的收缩率不均匀。而且，中心线平均粗糙度超过20μm时，可能发生的不良现象是，烧结后的压电陶瓷基片的氧化锆基板2一侧的面上被复写了氧化锆基板2的凹凸。

从以上的说明可知，通过将陶瓷坯件1装载于平均粒径为0.3～2.5μm、陶瓷密度为6kg/dm³以上、热传导率为5W/mK以下、且装载面2a的中心线平均粗糙度为1μm～20μm的氧化锆基板2的装载面2a上，并进行烧结，可抑制烧结后的压电陶瓷基片上发生的翘曲等的变形。

接着，说明实施例及比较例的氧化锆基板的评价结果。另外，实施例中的氧化锆基板同时满足以下(1)～(4)各条件：(1)平均粒径为0.3～2.5μm；(2)陶瓷密度为6kg/dm³以上；(3)热传导率为5W/mK以下；(4)装载面的中心线平均粗糙度为1μm～20μm。

在进行实施例及比较例的氧化锆基板的评价时，按照下述方法制作了氧化锆基板。首先，在氧化锆粉末中添加12mol％的氧化钇(Y₂O₃)或氧化铈(CeO₂)，进一步，加入有机粘合剂得到颗粒。使用该颗粒在98～196MPa的压力下成形，之后进行脱粘合剂，接着，在大气气氛中1400～1600℃的温度下烧结2小时。由此得到“100mm×100mm，厚度1.5mm”的正方形薄板状氧化锆基板。

通过这种方法制作的实施例1～3及比较例1～5的氧化锆基板的诸多特性如表1所示。另外，可以通过改变压制压力、添加剂、烧结温度，将氧化锆基板的平均粒径及陶瓷密度调整为规定值。另外，通过增大成形模具表面的粗糙度，可以在氧化锆基板的装载面复制中心线平均粗糙度的凹凸。进一步，如果使用氧化铈(CeO₂)作为添加剂，能够减小构成氧化锆基板的颗粒的平均粒径。

表1

	氧化锆基板的特性					压电陶瓷基片的特性
	氧化锆基板的特性					压电陶瓷基片的特性			添加剂	构成颗粒的平均粒径μm	陶瓷密度kg/dm³	热传导率W/mK	装载面的中心线平均粗糙度μm	翘曲量μm	十点平均粗糙度μm
实施例1	CeO₂	0.30	6.1	4.1	5	20	3		添加剂	构成颗粒的平均粒径μm	陶瓷密度kg/dm³	热传导率W/mK	装载面的中心线平均粗糙度μm	翘曲量μm	十点平均粗糙度μm
实施例1	CeO₂	0.30	6.1	4.1	5	20	3	实施例2	CeO₂	1.8	6.2	4.2	5	10	2
实施例3	CeO₂	2.5	6.2	4.8	5	25	5	实施例2	CeO₂	1.8	6.2	4.2	5	10	2
实施例3	CeO₂	2.5	6.2	4.8	5	25	5	比较例1	Y₂O₃	0.15	5.8	4.0	5	125	13
比较例2	Y₂O₃	3.7	6.0	6.1	5	110	11	比较例1	Y₂O₃	0.15	5.8	4.0	5	125	13
比较例2	Y₂O₃	3.7	6.0	6.1	5	110	11	比较例3	CeO₂	1.8	6.2	4.1	0.5	105	15
比较例4	CeO₂	1.5	5.8	4.1	5	55	7	比较例3	CeO₂	1.8	6.2	4.1	0.5	105	15
比较例4	CeO₂	1.5	5.8	4.1	5	55	7	比较例5	Y₂O₃	4.9	5.8	8.3	5	140	20

制作了氧化锆基板之后，按照如下所述的方式制作了陶瓷坯件。首先，对于组成为(Pb_0.96Sr_0.04)(Ti_0.468Zr_0.532)O₃的本主要成分1mol中添加了0.5重量％的Sb₂O₃的氧化物或碳酸盐形式的材料，通过球磨进行湿式混合，将湿式混合后的材料在900℃下进行预烧结。接着，对预烧结的材料再次通过球磨进行湿式混合，使其微粉化，得到压电陶瓷粉体。在压电陶瓷粉体中添加有机粘合剂及有机溶剂等，使其成为膏状，用刮刀法成形为薄片状，得到厚度50μm的印刷电路基板。

接着，在银∶钯＝7∶3的金属材料中添加有机粘合剂及有机溶剂等，使其成为膏状，通过丝网印刷法在印刷电路基板上形成内部电极。而且，将形成内部电极的印刷电路基板积层8层，进一步，在最上层积层电极端子形成用的印刷电路基板，之后，在积层方向上进行加压处理得到积层体坯件。将该积层体坯件切断成“15mm×35mm”的长方形，得到陶瓷坯件1。

制作陶瓷坯件之后，在最初制作的氧化锆基板的装载面上装载10枚陶瓷坯件，在400℃的温度下保温10小时，进行陶瓷坯件的脱粘合剂。

在完成陶瓷坯件的脱粘合剂之后，通过在氧化锆基板的装载面的四角配置厚度为0.5mm的衬垫，将装载有脱粘合剂后陶瓷坯件的氧化锆基板积层10层，进一步，将未装载陶瓷坯件的氧化锆基板积层在最上层。接着，将这样积层的氧化锆基板配置于密闭箱体内，在1100℃的温度下保温2小时，进行陶瓷坯件的烧结，从而得到压电陶瓷基片。

根据以上的压电陶瓷基片的制造方法，使用实施例1～3及比较例1～5的氧化锆基板，分别制造了100枚压电陶瓷基片。而且，对于实施例1～3及比较例1～5的氧化锆基板，分别测定100枚压电陶瓷基片中产生的翘曲量，求得其平均值。此外，测定该100枚压电陶瓷基片的“氧化锆基板的装载面一侧的面”的十点平均粗糙度，求得其平均值。100枚压电陶瓷基片的翘曲量的平均值与十点平均粗糙度的平均值如表1所示。

另外，“所谓十点平均粗糙度Rz”，如图10及下述式所示，从粗糙度曲线在其平均线方向仅取出基准长度L，抽出其中5个峰顶和谷底，将抽出部分的相对于平均线的各峰顶的标高Y_P的绝对值的平均值，与抽出部分的相对于平均线的各谷底的标高Y_V的绝对值的平均值相加而得到的值。

[式1]

Rz = \frac{| Y_{P 1} + Y_{P 2} + Y_{P 3} + Y_{P 4} + Y_{P 5} | + | Y_{V 1} + Y_{V 2} + Y_{V 3} + Y_{V 4} + Y_{V 5} |}{5}

这样，由于十点平均粗糙度Rz是考虑了高的5个值与低的5个值的计算方法，所以表面上有突发的凹凸时，会反映在十点平均粗糙度Rz的值。

从表1可知，用同时满足(1)平均粒径为0.3～2.5μm、(2)陶瓷密度为6kg/dm³以上、(3)热传导率为5W/mK以下、(4)装载面的中心线平均粗糙度为1μm～20μm的(1)～(4)各条件的实施例1～3的氧化锆基板，能够将压电陶瓷基片的翘曲量抑制在10～25μm范围内。与此相比，用不能同时满足(1)～(4)各条件的比较例1～5的氧化锆基板，不能将压电陶瓷基片的翘曲量抑制在不满55μm，并且除了比较例4之外，不能将压电陶瓷基片的翘曲量抑制在不满105μm。

而且，用同时满足(1)～(4)各条件的实施例1～3的氧化锆基板，能够将压电陶瓷基片的“氧化锆基板的装载面一侧的面”的十点平均粗糙度Rz抑制在2μm～5μm。由此，例如，可以不对“氧化锆基板的装载面一侧的面”进行机械加工的情况下，将压电陶瓷基片与金属板等进行贴合。与此相对，用不能同时满足(1)～(4)各条件的比较例1～5的氧化锆基板，不能将“氧化锆基板的装载面一侧的面”的十点平均粗糙度Rz抑制在不足7μm，并且除了比较例4之外，不能将压电陶瓷基片的翘曲量抑制在不足11μm。

本发明并不限于上述实施方式。例如，虽然上述实施方式是关于含铅的压电陶瓷基片的制造，但本发明也可以适用于除此之外的压电陶瓷基片的制造。而且，虽然上述实施方式中陶瓷坯件及压电陶瓷基片是积层体，但本发明也可以适用于单板的陶瓷坯件及陶瓷基片。

如以上的说明，根据本发明，能够抑制烧结后压电陶瓷基片中产生的翘曲等变形。

Claims

1.一种在烧结陶瓷坯件形成陶瓷基片时具备装载所述陶瓷坯件的装载面的氧化锆装载板，其特征在于：

平均粒径为0.3μm～2.5μm，陶瓷密度为6kg/dm³以上，传热导率为5W/mK以下，且所述装载面的中心线平均粗糙度为1μm～20μm。

2.一种烧结陶瓷坯件形成陶瓷基片的陶瓷基片的制造方法，其特征在于：

使用平均粒径为0.3～2.5μm、陶瓷密度为6kg/dm³以上、传热导率为5W/mK以下、且装载面的中心线平均粗糙度为1μm～20μm的氧化锆装载板，在所述氧化锆装载板的所述装载面上装载所述陶瓷坯件进行烧结。