JP2005016912A

JP2005016912A - 焼成治具および電子部品の製造方法

Info

Publication number: JP2005016912A
Application number: JP2003186212A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Sasaki; 伸一佐々木; Yasuhiro Kudo; 康弘工藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】被処理物のサイズが縮小しても、雰囲気ガスの送気によって周囲に飛散することなく、雰囲気ガスの置換を高効率で行うことができる焼成治具および電子部品の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックチップ部品を収容し加熱処理を施すための焼成治具である。上部に開口部を有しこの開口部よりセラミックチップ部品を取り込み可能とする箱体と、この開口部を塞ぐ蓋体とから構成される。そして蓋体において、少なくとも箱体の開口部に対応する領域に蓋体を介して通気が可能なハニカム構造体を形成し、このハニカム構造体にて箱体内に導入される気流の整流をなすようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層セラミックコンデンサなどに代表される電子部品の製造に用いられる焼成治具および電子部品の製造方法に係り、特に電子部品中の有機物を除去させる脱バインダ処理および本焼成処理を行うのに好適な焼成治具および電子部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に積層セラミックコンデンサなどの製造工程においては、２００〜５００℃の低温で被処理物中に含有している有機物（バインダ）を放散させるための脱バインダ工程と、当該脱バインダ工程の後に９００℃以上の高温で被処理物を焼成するための焼成工程とがある。そしてこれら２つの工程は、製品仕様や数量、その他の条件に応じて、連続炉にて一貫ラインで行う方式と、バッチ炉を使用して別々に行う方式に適宜分けられる。
【０００３】
ところで上述したこれらの工程では、被処理物（例えば積層セラミックコンデンサ）をトレー状の治具に載せ、その後、還元雰囲気中に投入し加熱処理を行うようにしている。しかし加熱処理によって被処理物から発生したアウトガスが被処理物の近傍に滞留し還元雰囲気が保てなくなると、脱バインダ処理（いわゆる加熱により被処理物からアウトガスを発生させ有機物を除去する処理）が不十分になり、有機物残留によって被処理物にクラックが発生したり、内部電極が酸化するおそれがあった。このため上記工程では、一定流量の雰囲気ガスを被処理物に向けて送気し、当該被処理物近傍が常に還元雰囲気になるようにしている。
【０００４】
ところで上述した工程に使用される（被処理物を載せるための）トレー状の治具には、孔やメッシュを設けることで通気性の向上を図るようにしたものや（例えば、特許文献１、２、３、４を参照）、トレー状の治具に蓋をかぶせるようにしたものが知られている（例えば、特許文献５、６、７を参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２７０９２６号公報（第１図）
【０００６】
【特許文献２】
特開平８−２１３２９１号公報（第１図）
【０００７】
【特許文献３】
特許第３０９９０４５号公報（第１図）
【０００８】
【特許文献４】
特開２０００−１６９２４３号公報（第１図）
【０００９】
【特許文献５】
実用新案登録第２５５０８４８号公報（第１図）
【００１０】
【特許文献６】
特開２００１−１４６４６３号公報（第１図）
【００１１】
【特許文献７】
特開２００１−１４１３７３号公報（第１図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述した工程に用いられる治具では、以下に示すような問題点があった。
【００１３】
すなわち特許文献１、２、３、４などに示される孔やメッシュを設けることで通気性の向上を図るようにしたトレー状の治具では、その上面に開口部が形成されているので、熱処理を行う被処理物が小型になると、雰囲気ガスの送気によって、治具の外方へと前記被処理物が飛散してしまうという問題があった。特に被処理物である積層セラミックコンデンサでは、そのチップサイズの小型化が進んでおり、熱処理中の飛散を防止する方法が望まれていた。
【００１４】
なおチップサイズに応じて雰囲気ガスの送気量を調整し飛散防止を行うことも考えられるが、同方法ではサイズの異なる多品種のチップを同時に処理することが困難になり製造効率が悪化する。
【００１５】
また被処理物の飛散防止を図るため、側壁が極めて高いトレー内に前記被処理物を入れて加熱処理を行うことも考えられるが、治具本体の高さが高くなると、連続炉においては炉内開口もこれに応じて大きくする必要があり炉内の雰囲気を一定に保つことが困難になるという問題が生じる。
【００１６】
一方、バッチ炉においては、治具本体の高さが高くなると炉内の積載数が減少するために１バッチあたりの処理能力が低下するという問題が生じる。
【００１７】
ところで特許文献５、６、７などに示される孔部を有する蓋体を設けるようにした治具では、ワイヤーメッシュや蓋体に多数の孔を形成しているが、開口率が低く圧力損失の増大によって、治具内の雰囲気ガスの置換効率が低下するおそれがあった。また開口率が低いことは蓋体の重量増大の要因となり、これにより作業性が悪化したり、熱容量の増大によって温度応答性が悪化し、脱バインダ処理を確実に行うことができなくなるといったおそれもある。そしてこれら諸問題は、処理対象となるチップサイズの縮小に対応して、孔部の小径化することでより顕著になる。
【００１８】
さらに蓋体の孔を介して雰囲気ガスが通過する場合、単に蓋部材に通気用の孔を形成しただけでは、治具内（すなわち箱体と蓋体とで区画され被処理物を収容する空間）に導入される雰囲気ガスに乱流が生じ、前記治具内の新規の雰囲気ガスと、アウトガスを含んだ雰囲気ガスとの置換効率が低下するおそれがあった。
また治具内に発生する乱流によって被処理物が舞い上がり、蓋体の孔を介して治具外に飛散することも考えられる。
【００１９】
本発明は上記従来の問題点に着目し、被処理物のサイズが縮小しても、雰囲気ガスの送気によって被処理物が周囲に飛散することなく、雰囲気ガスの置換を高効率で行うことができる焼成治具および電子部品の製造方法を提供することを目的をする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、焼成治具を箱体と、この箱体の開口部を覆う蓋体の２ピース構造にし、前記蓋体の通気用にハニカム構造体を形成すれば、雰囲気ガスの気流により、被処理物の飛散を防止することができるとともに、雰囲気ガスの置換を高効率で行うことができるという知見に基づいてなされたものである。
【００２１】
すなわち本発明に係る焼成治具は、セラミックチップ部品を収容し加熱処理を施すための焼成治具であって、上部に開口部を有し当該開口部より前記セラミックチップ部品を取り込み可能とする箱体と、この開口部を塞ぐ蓋体とからなり、少なくとも前記蓋体における前記開口部に対応する領域に前記蓋体を介して通気が可能なハニカム構造体を形成し、このハニカム構造体にて前記箱体内に導入される気流を整流調整するよう構成した。
【００２２】
そして前記ハニカム構造体を構成する個々のセルの開口面積を少なくとも前記セラミックチップ部品の最小投影面積より小さく設定することが好ましい。
【００２３】
また本発明に係る電子部品の製造方法は、開口部を有する箱体にセラミックチップ部品を投入し、この開口部をハニカム構造体が形成された蓋体で塞いだ後、前記セラミックチップ部品への熱処理を行うとともに、前記蓋体の外部より送気される雰囲気ガスを前記ハニカム構造体を介して前記箱体内に導入させ、前記ハニカム構造体の通過により前記雰囲気ガスの整流を行い前記箱体の内外への循環経路を形成し、前記セラミックチップ部品から生じたアウトガスを前記循環経路にのせて前記箱体の外部へと取り除く手順とした。
【００２４】
上記構成によれば、蓋体において少なくとも箱体の開口部を塞ぐ領域にハニカム構造体を形成すれば、これが障害物となるので気流によってセラミックチップ部品が舞い上がり治具外方に飛散するのを防止することができる。
【００２５】
またハニカム構造体を用いたことで、開口率が上がり圧力損失を抑えることが可能になる。このため治具内部への気流の導入が容易になり、セラミックチップ部品周囲を確実に雰囲気中にすることができる。また開口率が上がるので、蓋部材の軽量化が図られ、重量増大により作業効率の悪化を防止することができる。また軽量化により熱容量が小さくなるので温度応答性が向上し脱バインダ処理が確実に行え、さらにハニカム構造体は高い強度を確保できるので、加熱によって蓋体自体が変形するのを防止することができる。このため箱体と蓋体との間には変形による隙間が生じず、セラミックチップ部品が前記隙間より治具外部に飛散するのを防止することが可能になる。
【００２６】
またハニカム構造体では複数のセルが平行になるよう連続配置されているので、治具内に導入される気流を整流させることが可能である。このため治具内での乱流の発生が抑えられ、治具内の新規の雰囲気ガスと、アウトガスを含んだ雰囲気ガスとの置換を効率よく行うことができる。なお整流作用を向上させるには、箔寸法を薄くしたり、ハニカム構造体自体の厚みを増やしたり、セル面積を小さくすればよく、これらの設定は圧力損失との関係で適宜設定すればよい。さらにハニカム構造体自体の厚みを増加すれば通気経路が延長されるので、整流作用が向上するだけでなくセラミックチップ部品が飛散するのを防止することができる。
【００２７】
またハニカム構造体は、一般的に押し出し成形で容易に作成できることから、蓋体に対する穴開け加工が不要となり、従来の箱体に対して製作コストの点においても有利である。また従来用いられていた蓋体に対し厚みが増大しないことから連続炉やバッチ炉に何ら変更をせずとも適用することが可能である。
【００２８】
さらにハニカム構造体におけるセルの開口面積を、セラミックチップ部品の最小投影面積より小さく設定すれば、整流作用をより向上させることができるとともにセラミックチップ部品がハニカム構造体を通過して、治具外方に飛散するのを確実に防止することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る焼成治具および電子部品の製造方法に好適な具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本実施の形態にかかる焼成治具の構造を示す斜視図であり、図２は、図１に示す焼成治具の断面図であり、図３は、図１に示す焼成治具を構成する蓋体の要部拡大図である。
【００３１】
これらの図に示すように本実施の形態に係る焼成治具１０は、治具本体となる箱体１２と、この箱体１２に重ね合わせ可能な蓋体１４とで構成されている。
【００３２】
前記箱体１２は、その中央部分に窪み１６が形成されたトレー状の形態からなり、この窪み１６に被処理物となるセラミックチップ部品を投入可能としている。なお箱体１２は、脱バインダ処理あるいは焼成処理などの加熱処理に対し耐熱性を確保する見地から、セラミック等（例えばジルコニアをコーティングしたアルミナなど）の部材で形成することが望ましい。
【００３３】
一方、前記蓋部材１４は、前記箱体１２とその外形が等しくなるように設定され、この蓋部材１４を前記箱体１４に重ね合わせた際に、図２に示すように開口部となる窪み１６が蓋部材１４によって塞がれるようにしている。なお蓋部材１４も耐熱性を確保する見地から、前記箱体１２と同様にセラミック等（例えばジルコニアをコーティングしたアルミナなど）の部材で形成することが望ましい。
【００３４】
また蓋部材１４には、その全面にハニカム構造体１８が形成され、蓋体１４の表裏間にて通気を可能にしている。なお本実施の形態では、図３に示すように正方形状のセル２０を規則的に配置するようにしたが、この形態に限定されることもなく、例えばセル２０の形状を正六角形あるいは正三角形としてもよい。
【００３５】
そして各セル２０の各辺の寸法（図３のＡ寸法、Ｂ寸法を参照）や箔寸法（図３のＣ寸法を参照）については、処理対象となるセラミックチップ部品のサイズや、箱体内に導入される気流の流量等によって適宜設定すればよい。
【００３６】
このように構成された加熱治具１０を用いて、セラミックチップ部品の脱バインダ処理を行う手順を以下に説明する。
【００３７】
図４は、セラミックチップ部品の焼成処理時における加熱治具の要部断面図である。
【００３８】
同図に示すように、焼成治具１０が炉内に投入された状態では、箱体１２の窪み１６の部分に処理対象となるセラミックチップ部品２２が、焼成処理を確実に行わせるため各々重ならないように並べられている。
【００３９】
また炉内は、図示しないヒータによって処理対象温度まで加熱されており、この輻射熱により、加熱治具１０および当該加熱治具１０内のセラミックチップ部品２２も前記処理対象温度まで加熱される。
【００４０】
さらに炉内においては、加熱治具１０の上方に図示しない送気手段が設置されており、雰囲気ガスを加熱治具１０に対し送気可能にしている。前記雰囲気ガスのエアフローを図中２４に示す。
【００４１】
加熱治具１０の上方より送気される雰囲気ガスは、通常、図中エアフロー２４に示すように乱流が発生しているが、このエアフロー２４が蓋体１４に形成されたハニカム構造体１８を通過すると、当該ハニカム構造体１８によって整流され、セラミックチップ部品２２に対し層流２６となって吹き付けられる。このように治具内においては、雰囲気ガスの層流状態が形成されるので、新旧の雰囲気ガスの置換が効率よく行われるのである。ゆえにセラミックチップ部品２２より発生したアウトガスもこの循環経路に沿って確実に治具外方に排出され、セラミックチップ部品２２の周囲にアウトガスが淀むことを防止することが可能になる。
また雰囲気ガスの送気によって治具内でセラミックチップ部品２２が舞い上がったとしても蓋体１４のハニカム構造体１８が障害物となるので、前記セラミックチップ部品２２は再び箱体１２の窪み１６上に落下し、セラミックチップ部品２２が治具外方に飛散するのを確実に防止することができる（図中、矢印２８、矢印３０を参照）。
【００４２】
なお発明者は、本発明に係る加熱治具１０を用いたことでセラミックチップ部品の飛散防止と、脱バインダ処理が確実に行えるかの検証を行った。
【００４３】
【実施例１】
ジルコニアをコーティングしたアルミナ部材からなる箱体１２の中に、１００５サイズ（長手方向１ｍｍ、幅方向０．５ｍｍ）の積層チップコンデンサの成型体を投入した後、セル２０のサイズが１ｍｍ角のジルコニアをコーティングしたアルミナ部材からなる蓋体１４を重ね、その後、連続炉に投入した。
【００４４】
連続炉では、２７０℃、８時間の条件で脱バインダ処理を行い、その後１２４０℃、２時間、窒素＋水素の混合ガス送気の条件で焼成を行い、さらにその後、１０５０℃、３時間、窒素系のガス送気の条件でアニール処理を行った。
【００４５】
そしてこれら一連の処理工程を通過させた後、積層チップコンデンサの焼成物の回収率を調べたところ、回収率は１００％であり、前記焼成体の治具外部への飛散を防止することができた。また焼成後のチップ部品の外観を顕微鏡で観察したところ、脱バインダ処理の不具合によるクラックは確認されなかった。
【００４６】
【実施例２】
実施例２では、積層チップコンデンサのサイズを０６０３（長手方向０．６ｍｍ、幅方向０．３ｍｍ）とし、上述した実施例１と同様の条件を用い、本発明に係る焼成治具の効果を確認した。
【００４７】
積層チップコンデンサのサイズを０６０３としても、焼成後の回収率は１００％であり、治具外に焼成物が飛散するのを防止することができた。
【００４８】
なお焼成後のチップ部品の外観を顕微鏡で観察したところ、脱バインダ処理の不具合によるクラックは確認されなかった。
【００４９】
また発明者は、以下の実験を行い、本発明に係る加熱治具１０の効果を一層明確にした。
【００５０】
【比較例１】
積層チップコンデンサのサイズを１００５を用い、蓋体１２を外して、上記実施例１と同様の実験を行った。
【００５１】
この比較例１においては、焼成後の回収率は７０％であった。なお焼成後のチップ部品の外観を顕微鏡で観察したところ、脱バインダ処理の不具合によるクラックは確認されなかった。
【００５２】
【比較例２】
積層チップコンデンサのサイズを０６０３を用い、蓋体１２を外して、上記実施例２と同様の実験を行った。
【００５３】
この比較例２においては、焼成後の回収率は３０％であった。なお焼成後のチップ部品の外観を顕微鏡で観察したところ、脱バインダ処理の不具合によるクラックは確認されなかった。
【００５４】
以上の実験結果にも示されるように、本発明に係る焼成治具を用いれば、焼成行程に投入しても高い回収率を得ることが可能で、脱バインダ処理を確実に行うことが可能になる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、セラミックチップ部品を収容し加熱処理を施すための焼成治具であって、上部に開口部を有し当該開口部より前記セラミックチップ部品を取り込み可能とする箱体と、この開口部を塞ぐ蓋体とからなり、少なくとも前記蓋体における前記開口部に対応する領域に前記蓋体を介して通気が可能なハニカム構造体を形成し、このハニカム構造体にて前記箱体内に導入される気流の整流をなすようにした。このため被処理物のサイズが縮小しても、雰囲気ガスの送気によって周囲に飛散することなく、雰囲気ガスの置換を高効率で行うことが可能になり、被処理物に対し均一に脱バインダ処理や焼成処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる焼成治具の構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示す焼成治具の側面図である。
【図３】図１に示す焼成治具を構成する蓋体の要部拡大図である。
【図４】セラミックチップ部品の焼成処理時における加熱治具の要部断面図である。
【符号の説明】
１０………焼成治具
１２………箱体
１４………蓋体
１６………窪み
１８………ハニカム構造体
２０………セル
２２………セラミックチップ部品
２４………エアフロー
２６………層流
２８………矢印
３０………矢印

Claims

セラミックチップ部品を収容し加熱処理を施すための焼成治具であって、上部に開口部を有し当該開口部より前記セラミックチップ部品を取り込み可能とする箱体と、この開口部を塞ぐ蓋体とからなり、少なくとも前記蓋体における前記開口部に対応する領域に前記蓋体を介して通気が可能なハニカム構造体を形成し、このハニカム構造体にて前記箱体内に導入される気流を整流調整することを特徴とする焼成治具。
前記ハニカム構造体を構成する個々のセルの開口面積を少なとも前記セラミックチップ部品の最小投影面積より小さく設定したことを特徴とする請求項１に記載の焼成治具。
開口部を有する箱体にセラミックチップ部品を投入し、この開口部をハニカム構造体が形成された蓋体で塞いだ後、前記セラミックチップ部品への熱処理を行うとともに、前記蓋体の外部より送気される雰囲気ガスを前記ハニカム構造体を介して前記箱体内に導入させ、前記ハニカム構造体の通過により前記雰囲気ガスの整流を行い前記箱体の内外への循環経路を形成し、前記セラミックチップ部品から生じたアウトガスを前記循環経路にのせて前記箱体の外部へと取り除くことを特徴とする電子部品の製造方法。