JP2004137114A

JP2004137114A - 電子部品焼成用治具

Info

Publication number: JP2004137114A
Application number: JP2002303950A
Authority: JP
Inventors: Kazutomo Hoshino; 星野　和友; Hitoshi Kajino; 梶野　仁; Tatsuhiko Uchida; 打田　龍彦; Yasuhisa Izutsu; 井筒　靖久; Koji Horiuchi; 堀内　幸士
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】安価な厚膜形成法によるものであって、ジルコニア層の耐熱衝撃性に優れた電子部品焼成用治具を提供する。
【解決手段】基材、該基材表面に被覆されたジルコニア層を含んで成る電子部品焼成用治具において、所定温度Ｔ１からＴ２への急冷温度差を経た電子部品焼成用治具の急冷曲げ試験で、強度低下が生ずる急冷温度差として表される耐熱衝撃性ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）が４００℃以上であることを特徴とする電子部品焼成用治具である。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体、積層コンデンサ、セラミックコンデンサ、圧電素子、サーミスタ等の電子部品を焼成する際に用いる、セッター、棚板、匣鉢等の電子部品焼成用治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品焼成用治具として必要な性能は耐熱性、耐熱衝撃性（耐スポーリング性）、機械的強度の他に、焼成するセラミック電子部品と反応しないことが要求される。誘電体等の電子部品ワークが焼成用治具と接触し反応すると、融着したり、ワークの組成変動によって特性低下が生ずる等の問題点がある。
【０００３】
通常これらの電子部品焼成用治具の基材として、アルミナ系材料、アルミナームライト系材料、アルミナージルコニア系材料、アルミナーマグネシア系スピネル材料、アルミナームライトーコージェライト系材料、又はこれらの組み合わせによる材料が使用されている。
【０００４】
またワークとの反応を防止するために、表面層にジルコニア（酸化ジルコニウム）を被覆する方法が採用されている。ジルコニアは基材との反応性は低いが、該基材との熱膨張係数の差が大きいため急熱、急冷が繰り返されるような熱衝撃が加わる使用環境下では、治具を構成する基材が熱衝撃で破損したり、亀裂が発生して使用できなくなる。また熱衝撃が加わると、基材とジルコニア表面層の間に大きな熱応力が発生し、基材又はジルコニア表面層が破壊されたり、亀裂が発生したり、表面層が基材から剥離するといった問題が生ずる。
【０００５】
また基材と表面層の中間にアルミナ等の中間層を入れて層間の結合強度を高め、熱応力を緩和した２層構造の被覆が提案されている（特許文献１，２参照）。しかし、前記の２層被覆構造でも耐熱衝撃性は十分ではない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２１３６６６号公報
【特許文献２】
特開２００１−３２２８７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
電子部品焼成用治具の基材表面にジルコニア層を形成する方法として、塗布法、ディップコート法、スプレーコーティング法等がある。これらの方法は比較的安価で工業用生産に適するが、形成されたジルコニア層の耐剥離性や耐摩耗性が十分ではない場合がある。
【０００８】
本発明はこのような安価な厚膜形成法である塗布法、ディップコート法、スプレーコーティング法等を用いた場合であっても、耐熱衝撃性に優れた電子部品焼成用治具を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基材、該基材表面に被覆されたジルコニア層を含んで成る電子部品焼成用治具において、所定温度Ｔ１からＴ２への急冷温度差を経た電子部品焼成用治具の急冷曲げ試験で、強度低下が生ずる急冷温度差として表される耐熱衝撃性ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）が４００℃以上であることを特徴とする電子部品焼成用治具である。
【００１０】
また、基材、該基材表面に被覆されたアルミナ（酸化アルミニウム）を含んで成る中間層、及び該中間層上に被覆されたジルコニア層を含んで成ることを特徴とする電子部品焼成用治具において、耐熱衝撃性ΔＴが４００℃以上であることを特徴とする電子部品焼成用治具である。
【００１１】
また、基材表面に形成されたジルコニア層の膜厚が５００μｍ以下であり、かつジルコニア層の相対密度が、４０％以上、８０％以下であることを特徴とする前記記載の電子部品焼成用治具である。
【００１２】
また、アルミナ中間層上に形成されたジルコニア層の総膜厚（アルミナ中間層＋ジルコニア層）が５００μｍ以下であり、かつジルコニア層の相対密度が、４０％以上、８０％以下であり、アルミナ中間層の相対密度が６０％以上、９０％以下であることを特徴とする前記記載の電子部品焼成用治具である。
【００１３】
また、基材表面に被覆されたジルコニア層、基材表面に被覆されたアルミナ中間層、及びアルミナ中間層上に被覆されたジルコニア層の焼成に際して、焼結助剤として金属酸化物を用いて焼成されたことを特徴とする前記記載の電子部品焼成用治具である。
【００１４】
本発明は、急熱、急冷が繰り返されるような耐熱衝撃性を必要とする使用環境下で長時間の使用に耐える耐久性に優れた電子部品焼成用治具を提供することにある。この目的を達成するために、本発明の電子部品焼成用治具の耐熱衝撃性ΔＴは４００℃以上である。ΔＴは電子部品焼成用治具を所定温度Ｔ１からＴ２へ急冷した場合の急冷曲げ試験で、強度低下が生ずる急冷温度差として表される耐熱衝撃性ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）で定義される。例えばＴ１＝４００℃、Ｔ２＝０℃（氷水中）とすれば耐熱衝撃性ΔＴ＝４００℃である。図１に耐熱衝撃性評価の例を示す。また本発明の被覆層を伴う耐熱衝撃性では、被覆層の剥離や被覆層に数ｍｍ以上の亀裂が発生した温度、又は著しい脱粒を生じた温度をΔＴと定義した。
【００１５】
このような耐熱衝撃性を達成するために、本発明では基材表面に被覆されるジルコニア層、及び（アルミナ中間層＋ジルコニア層）の膜厚は５００μｍ以下であり、それぞれの被覆層の相対密度は４０％以上、９０％以下である。
また基材表面に被覆されたジルコニア層、基材表面に被覆されたアルミナ中間層、及びアルミナ中間層上に被覆されたジルコニア層の焼成に際して、金属酸化物のような焼結助剤を用いて焼結することができる。
【００１６】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の電子部品焼成用治具の耐熱衝撃性ΔＴは４００℃以上である。ΔＴが４００℃以下では、電子部品焼成時の連続焼成炉において、急熱、急冷が繰り返された際に治具が破損したり、亀裂の進展が起こり安定した操業ができず、また治具の寿命が著しく短くなる。このような電子部品焼成用治具の耐熱衝撃性は少なくともΔＴ＝４００℃以上を満足する必要がある。
【００１７】
このような観点から、基材単独の耐熱衝撃性ΔＴも４００℃以上が望ましい。基材単独の耐熱衝撃性が４００℃以下では急熱、急冷が繰り返される使用環境において基材の強度が低下したり、基材の破壊や破損が生じやすくなる。ΔＴ＝４００℃以上を達成するために、基材としては、アルミナ系材料、アルミナームライト系材料、アルミナージルコニア系材料、アルミナーマグネシア系スピネル材料、アルミナームライトーコージェライト系材料、又はこれらの組み合わせによる材料等が使用できる。
【００１８】
また基材の耐熱衝撃性を損なわないような（基材＋膜）の構造すなわち、ジルコニア層、又は（アルミナ中間層＋ジルコニア層）の膜厚はいずれの場合も５００μｍ以下が好ましく、より好ましくは、ジルコニア単層では３００μｍ以下、アルミナ中間層＋ジルコニア層では４００μｍ以下である。ジルコニア層、アルミナ中間層及び中間層上のジルコニア層の相対密度はそれぞれ４０〜８０％が好ましく、アルミナ中間層の相対密度は６０〜９０％が好ましい。被覆層の相対密度が４０％以下では熱サイクルによる粒子のぼろつきや脱落が著しくなり、焼成する電子部品に有害であり、また治具の寿命も短くなる。膜厚が５００μｍを越えると、急熱、急冷において基材と被覆層の間の熱応力を緩和できず、剥離が生じたり、膜に亀裂が発生する。また被覆層の相対密度が９０％以上の緻密質では、基材と被覆層の熱膨張係数の差に起因する熱応力を緩和できず、基材の破損、被覆層の剥離が生じやすい。
【００１９】
例えば、ジルコニア層又は（アルミナ中間層＋ジルコニア層）の膜厚が５００μｍ以上でかつ相対密度が９０％を越えるような場合には、基材／表面層、基材／中間層／表面層の間の剥離強度は強いが、これが熱応力を緩和できず、急熱、急冷により被覆層を起点とした亀裂が発生し、亀裂が基材へ伝播し、基材そのものの耐熱衝撃性を著しく低下させる原因となる。
【００２０】
ジルコニア層に用いるジルコニア粒子はＹ２Ｏ３、ＣａＯ等で安定化及び部分安定化したジルコニア及び未安定化ジルコニアを用いることができる。
【００２１】
このようなジルコニア層を形成するために、例えば＃１００の粗粒ジルコニアと平均粒径１μの微粒ジルコニアを適当な比率で混合して表面層を作製できる。またアルミナ中間層も同様であるが、例えば比較的粒度分布の広い平均粒径３０〜５０μｍのアルミナ粒子を用いることができる。このようにして被覆層の相対密度を９０％以下に適宜調整できる。
【００２２】
またジルコニア層又はアルミナ中間層に焼結助剤として金属酸化物を添加して焼成することができる。焼結助剤としてはアルミナ、Ｙ２Ｏ３等の希土類酸化物、ＣａＯ等のアルカリ土類酸化物、ＴｉＯ２等の遷移金属酸化物等を１種類以上選択できる。また焼結を促進するために液相を形成する焼結助剤を選択しても良い。焼結助剤の粒径は通常０．１〜１００μｍである。このような焼結助剤の添加により、耐熱衝撃性を改善し、被覆層の剥離が防止される。焼結助剤の添加量はは０．５重量％から２５重量％程度である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の電子部品焼成用治具の製造に関する実施例を記載するが、該実施例は本発明を限定するものではない。
【００２４】
（実施例１）
基材として、シリカ成分が約１０重量％のアルミナームライト基材を使用した。基材のみの耐熱衝撃性は約７００℃であった。ジルコニア表面層として、＃１００メッシュのイットリア（Ｙ２Ｏ３）安定化ジルコニアを７０重量％、平均粒径が３μｍのイットリア安定化ジルコニアを３０重量％秤量し、これらをボールミルで均一に混合し、水とバインダーであるポリビニルアルコールを加えてスラリーとした。このスラリーを前記の基材表面にスプレーコートした。このスプレーコートした基材を１００℃で乾燥後、１５００℃で２時間保持し、ジルコニア層を焼成して電子部品焼成用治具とした。焼成後に得られたジルコニア層の厚さは約１５０μｍであった。
【００２５】
ジルコニア層の相対密度は表面層の面積、膜厚、基材、及び基材＋表面層の重量から計算した結果、約６０％であった。耐熱衝撃性ΔＴは基材から曲げ試験片を切り出し、所定温度で３０分保持した後、水中に急冷し、急冷後の３点曲げ試験を実施し、得られた強度と温度差の関係から耐熱衝撃性ΔＴを求めた。結果を表１に示す。表１に示されたように、耐熱衝撃性は６２０℃であり、表面層の剥離や亀裂は見られなかった。ただし、中間層の相対密度は、予め基材表面に中間層のみをコートして焼成した場合について、実施例１と同様の方法で中間層の相対密度を計算し、得られた相対密度を用いて（中間層＋ジルコニア層）の相対密度を計算した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
（実施例２）
中間層として平均粒径３０μｍのアルミナ粒子を用い、このスラリーを基材表面にスプレーコートし１００℃で乾燥した。次いで実施例１と同様にジルコニア層をアルミナ中間層上にスプレーコートし、乾燥、焼成して中間層＋表面層から成る電子部品焼成用治具とした。また実施例１と同様にして耐熱衝撃性ΔＴを評価した。その結果を表１に示す。耐熱衝撃性は７００℃であり、表面層の剥離や亀裂は見られなかった。
【００２８】
（実施例３）
基材として、ＣａＯ安定化ジルコニア成分が約１０重量％のアルミナージルコニア基材を使用した。基材のみの耐熱衝撃性は約５６０℃であった。ジルコニア層として、＃１００メッシュのイットリア安定化ジルコニアを７０重量％、平均粒径が３μｍのイットリア安定化ジルコニアを２７重量％、及び焼結助剤としてＴｉＯ２を３重量％秤量し、これらをボールミルで均一に混合し、水とバインダーであるポリビニルアルコールを加えてスラリーとし、実施例１と同様にジルコニア層を焼成して電子部品焼成用治具とした。評価結果を表１に示す。耐熱衝撃性は４６０℃であり、表面層の剥離や亀裂は見られなかった。
【００２９】
（実施例４）
基材として、実施例３と同様のアルミナージルコニア基材を使用した。中間層として平均粒径３０μｍのアルミナ粒子９５重量％に焼結助剤としてＣａＯを５重量％添加した。またジルコニア層として、＃１００メッシュのイットリア安定化ジルコニアを７０重量％、平均粒径が３μｍの未安定化ジルコニアを２５重量％、及び焼結助剤としてＣａＯ、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３を合計で５重量％秤量した。秤量したそれぞれをボールミルで均一に混合し、水とバインダーであるポリビニルアルコールを加えてスラリーとし、基材表面にアルミナ中間層を形成、１００℃で乾燥後、ジルコニア層をスプレーコートし中間層＋表面層を焼成して電子部品焼成用治具とした。評価結果を表１に示す。耐熱衝撃性は５６０℃であり、表面層の剥離や亀裂は見られなかった。
【００３０】
（比較例１）
基材として耐熱衝撃性が約３８０℃のアルミナ基材を用いたこと以外、実施例１と同様にして、電子部品焼成用治具を作製した。結果を表１に示す。表１に示されたように、耐熱衝撃性は２６０℃であった。
【００３１】
（比較例２）
ジルコニア層として平均粒径が３μｍのイットリア安定化ジルコニアを１００重量％用いたこと以外、実施例１と同様にして、電子部品焼成用治具を作製した。結果を表１に示す。耐熱衝撃性は３８０℃であった。
【００３２】
（比較例３）
耐熱衝撃性が約５６０℃のアルミナ−ジルコニア基材を用い、中間層として平均粒径が１μｍのアルミナ粒子を用いてスプレーコートにより中間層を形成し、１００℃で乾燥した。比較例１と同様に中間層上にジルコニア層を形成し、中間層＋表面層から成る電子部品焼成用治具を作製した。結果を表１に示す。３６０℃の温度差を与えたところ、表面層の剥離、亀裂が見られた。
【００３３】
（比較例４）
耐熱衝撃性が約７００℃のアルミナ−ムライト基材を用い、中間層として平均粒径が１μｍのアルミナ粒子を用いてスプレーコートにより中間層を形成し、１００℃で乾燥した。比較例１と同様に中間層上にジルコニア層を形成し、中間層＋表面層から成る電子部品焼成用治具を作製した。結果を表１に示す。２００℃の温度差を与えたところ、脱粒が著しく生じた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のジルコニア層は安価な厚膜形成法である塗布法、ディップコート法、スプレーコーティング法等を用いた場合であっても、ジルコニア層の耐熱衝撃性に優れた電子部品焼成用治具を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】耐熱衝撃性評価の例である。

Claims

基材、該基材表面に被覆されたジルコニア層を含んで成る電子部品焼成用治具において、所定温度Ｔ１からＴ２への急冷温度差を経た電子部品焼成用治具の急冷曲げ試験で、強度低下が生ずる急冷温度差として表される耐熱衝撃性ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）が４００℃以上であることを特徴とする電子部品焼成用治具。
基材、該基材表面に被覆されたアルミナ（酸化アルミニウム）を含んで成る中間層、及び該中間層上に被覆されたジルコニア層を含んで成ることを特徴とする電子部品焼成用治具において、耐熱衝撃性ΔＴが４００℃以上であることを特徴とする電子部品焼成用治具。
基材表面に形成されたジルコニア層の膜厚が５００μｍ以下であり、かつジルコニア層の相対密度が、４０％以上、８０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品焼成用治具。
アルミナ中間層上に形成されたジルコニア層の総膜厚（アルミナ中間層＋ジルコニア層）が５００μｍ以下であり、かつジルコニア層の相対密度が、４０％以上、８０％以下であり、アルミナ中間層の相対密度が６０％以上、９０％以下であることを特徴とする請求項２に記載の電子部品焼成用治具。
基材表面に被覆されたジルコニア層、基材表面に被覆されたアルミナ中間層、及びアルミナ中間層上に被覆されたジルコニア層の焼成に際して、焼結助剤として金属酸化物を用いて焼成されたことを特徴とする請求項１及び２に記載の電子部品焼成用治具。