JP2005170769A - Method for producing ceramic substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子セラミック部品等に用いるセラミック基板の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic substrate used for an electronic ceramic component or the like.
従来におけるセラミック基板の製造方法としては、例えば特許文献1に記載されているものが知られている。この文献に記載の方法は、セラミック材料に有機バインダ等を加えてグリーンシートの成形を行った後、セッター上にグリーンシートを載せ、グリーンシート全体をセラミック材で囲った状態で適宜加熱炉に入れ、グリーンシートの脱バインダ及び焼成を行うことにより、基板の反りを低減するものである。
しかしながら、上記従来技術の方法では、セラミック基板の材質によっては、以下のような問題が生じるため、基板の反りやうねりを解消できない場合があった。 However, according to the above-described prior art method, depending on the material of the ceramic substrate, the following problems may occur, and thus the substrate warpage and undulation may not be eliminated.
即ち、グリーンシートの脱バインダ処理を行った後は、グリーン中のバインダや溶剤等が全て無くなることが望ましいが、実際にはバインダの一部は炭素成分としてグリーン中に残留する。この残留炭素は、後工程であるグリーンシートの焼成時にガス化するが、その際にグリーン中の酸化物を還元させる場合がある。このとき、元素によっては、還元された時点で蒸発が起こるためグリーンより離脱し、その結果、基板組成の一部が所望のものとは異なってしまうことがあった。このような不具合は、例えばグリーン中にZnOが含まれている場合に顕著に起こり、これが基板の反り等の原因となっていた。 That is, it is desirable that all the binder, solvent, and the like in the green be removed after the binder removal treatment of the green sheet, but in practice, a part of the binder remains in the green as a carbon component. This residual carbon is gasified at the time of firing the green sheet, which is a subsequent process, and in that case, the oxide in the green may be reduced. At this time, depending on the element, evaporation occurs at the time of reduction, so that the element leaves the green, and as a result, a part of the substrate composition may be different from the desired one. Such a defect occurs remarkably when, for example, ZnO is contained in the green, and this causes warping of the substrate.
また、基板の反り以外の問題として、表面に研磨を施した緻密質なセッターを用いた場合、脱バインダ時に発生するガスのうちグリーンシートの裏面(セッター側の面)に発生するガスの抜け性が悪くなるため、グリーンシートが薄く小さいときは、グリーンシートがセッターより持ち上がり、グリーンシートがずれ動くことがあった。このため、グリーンシートがセッターより脱落したり、グリーンシートの裏面にキズや変形が生じることがあった。 Also, as a problem other than the warpage of the substrate, when a dense setter with polished surface is used, the gas that escapes from the back surface of the green sheet (the surface on the setter side) out of the gas generated during binder removal Therefore, when the green sheet is thin and small, the green sheet is lifted from the setter, and the green sheet may be displaced. For this reason, the green sheet may fall off from the setter, and scratches or deformation may occur on the back surface of the green sheet.
本発明の目的は、セラミック基板の反り等を確実に低減すると共に、処理中のセラミック基板がセッターに対してずれ動くことを防止できるセラミック基板の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a ceramic substrate that can reliably reduce warpage of the ceramic substrate and prevent the ceramic substrate being processed from being displaced relative to the setter.
本発明は、セラミックグリーンを焼成してセラミック基板を製造するセラミック基板の製造方法であって、セラミックグリーンを載置した状態でセラミックグリーンを加熱させた時に発生する物質をセラミックグリーンから逃がすための物質逃げ用凹凸部が形成された載置面を有するセッターを用意する工程と、バインダを含有するセラミックグリーンを成形する工程と、セッターの載置面にセラミックグリーンを載せて、セラミックグリーンの脱バインダを行う工程と、セラミックグリーンの脱バインダを行った後に、セッターの載置面にセラミックグリーンを載せたまま、セラミックグリーンの焼成を行う工程とを含むことを特徴とするものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a ceramic substrate by firing ceramic green to manufacture a ceramic substrate, and a material for releasing a material generated when the ceramic green is heated in a state where the ceramic green is placed from the ceramic green A step of preparing a setter having a mounting surface on which relief irregularities are formed, a step of forming a ceramic green containing a binder, a ceramic green placed on the mounting surface of the setter, and a binder removal of the ceramic green And a step of firing the ceramic green while the ceramic green is placed on the mounting surface of the setter after the binder removal of the ceramic green.
このように載置面に物質逃げ用凹凸部が形成されたセッターを使用して、セラミックグリーンの脱バインダ及び焼成を行うことにより、セッターの載置面にセラミックグリーンを載せた状態では、セッターとセラミックグリーンとの接触面積が小さくなる。このため、セラミックグリーンの脱バインダ工程において、バインダの燃えかすがセラミックグリーンの裏面(セッター側の面)から逃げやすくなり、いわゆる脱バインダ性が良好になる。このため、脱バインダ後にセラミックグリーン中に残留する炭素成分が減少する。従って、セラミックグリーンの焼成工程において、残留炭素がガス化する際にセラミックグリーン中の酸化物が還元されることで生じる元素の蒸発が抑えられる。これにより、焼成によって得られるセラミック基板の組成の均一性が良くなるため、セラミック基板の反り等を確実に低減することができる。 By using a setter having a material escape irregularity formed on the mounting surface in this manner, by removing the ceramic green binder and firing, in the state where the ceramic green is placed on the mounting surface of the setter, The contact area with the ceramic green is reduced. For this reason, in the ceramic green binder removal process, the burnout of the binder easily escapes from the back surface (the surface on the setter side) of the ceramic green, so that the so-called binder removal property is improved. For this reason, the carbon component remaining in the ceramic green after the binder removal is reduced. Therefore, in the firing process of the ceramic green, evaporation of elements caused by reduction of oxide in the ceramic green when residual carbon is gasified can be suppressed. Thereby, since the uniformity of the composition of the ceramic substrate obtained by firing is improved, warpage of the ceramic substrate can be reliably reduced.
また、セラミックグリーンの脱バインダ工程において、物質逃げ用凹凸部によってセラミックグリーンの裏面に発生するガスの抜け性も良くなるため、セラミックグリーンがセッターから持ち上がることが抑えられる。さらに、セラミックグリーンが載っているセッターを密閉炉内に収容してセラミックグリーンの焼成を行う場合には、物質逃げ用凹凸部によってセッターとセラミックグリーンの温まる速度差が小さくなるため、炉内に存在する気体がセラミックグリーンの裏面に巻き込まれてセラミックグリーンがセッターから持ち上がってしまうことが防止される。従って、セラミックグリーンの脱バインダ時及び焼成時に、セラミックグリーンがセッターに対してずれ動くことを防止できる。 Further, in the ceramic green binder removal process, the escape of the gas generated on the back surface of the ceramic green is improved by the material escape irregularities, so that the ceramic green can be prevented from lifting from the setter. Furthermore, when firing a ceramic green with the setter on which the ceramic green is placed in a closed furnace, the difference in heating speed between the setter and the ceramic green is reduced by the uneven part for material escape. It is prevented that the gas to be entrained on the back surface of the ceramic green and the ceramic green is lifted from the setter. Accordingly, it is possible to prevent the ceramic green from moving with respect to the setter during removal of the ceramic green from the binder and during firing.
好ましくは、セッターとして、載置面の中心線平均粗さRaが1〜20μmとなるように物質逃げ用凹凸部を形成したものを使用する。このような物質逃げ用凹凸部をセッターの載置面に形成することにより、セラミックグリーンに発生するバインダの燃えかすやガスをセッター側から効果的に逃がすことができる。また、セラミックグリーンの焼成時に、物質逃げ用凹凸部の模様がセラミックグリーンの裏面に転写することが防止される。このため、焼成によって得られたセラミック基板を製品化する際に、セラミック基板に対して研磨等の機械的加工を施す必要がない。 Preferably, as the setter, a material escape concavo-convex portion formed so that the center line average roughness Ra of the mounting surface is 1 to 20 μm is used. By forming such an uneven portion for escaping the material on the setting surface of the setter, binder burnout and gas generated in the ceramic green can be effectively released from the setter side. In addition, when the ceramic green is fired, the pattern of the material escape uneven portion is prevented from being transferred to the back surface of the ceramic green. For this reason, when a ceramic substrate obtained by firing is commercialized, it is not necessary to perform mechanical processing such as polishing on the ceramic substrate.
このとき、セラミックグリーンの焼成によって得られたセラミック基板に対して機械的加工を施すことなく、セラミック基板に外部電極を形成する工程を更に含んでいても良い。このようにセラミック基板に外部電極を形成する際に、セラミック基板に研磨加工等を行わずに済むため、セラミック基板の製造処理の簡素化を図ることができる。 At this time, it may further include a step of forming an external electrode on the ceramic substrate without subjecting the ceramic substrate obtained by firing the ceramic green to mechanical processing. Thus, when forming the external electrode on the ceramic substrate, it is not necessary to perform polishing or the like on the ceramic substrate, so that the manufacturing process of the ceramic substrate can be simplified.
また、好ましくは、セッターとして、物質逃げ用凹凸部を形成するための凹凸を有する金型によって作製されたものを使用する。これにより、例えばブラスト加工や研磨粉での研磨によってセッターの載置面を粗面化する場合に比べて、凹凸部を有するセッターを容易にかつ安価に作製することができる。また、ブラスト加工のようにセッターに対して機械的加工を施す必要がないので、セッターが高強度に保たれると共に、セッターの載置面に加工屑等が残ることは無い。 Preferably, the setter is made of a mold having projections and depressions for forming the material escape projections and depressions. Thereby, the setter which has an uneven | corrugated | grooved part can be produced easily and cheaply compared with the case where the mounting surface of a setter is roughened by blasting or grinding | polishing with polishing powder, for example. Further, since it is not necessary to perform mechanical processing on the setter as in blast processing, the setter is maintained at high strength, and processing waste or the like does not remain on the setting surface of the setter.
さらに、好ましくは、セラミックグリーンは、鉛を含む材料で形成されており、セラミックグリーンが載っているセッターを密閉炉内に配置した状態で、セラミックグリーンの焼成を行う。これにより、鉛を含んだ圧電セラミック基板を容易に得ることができる。また、密閉炉内でセラミックグリーンを焼成することにより、鉛の蒸発を抑えることが可能となる。 Further, preferably, the ceramic green is formed of a material containing lead, and the ceramic green is fired in a state where the setter on which the ceramic green is placed is placed in a closed furnace. Thereby, a piezoelectric ceramic substrate containing lead can be easily obtained. Moreover, it is possible to suppress the evaporation of lead by firing the ceramic green in a closed furnace.
本発明によれば、セラミックグリーンを載置した状態でセラミックグリーンを加熱させた時に発生した物質をセラミックグリーンから逃がすための物質逃げ用凹凸部が形成された載置面を有するセッターを使用して、セラミックグリーンの脱バインダ及び焼成を行うので、セラミック基板の反りやうねりを確実に低減できると共に、処理中のセラミック基板(セラミックグリーン)がセッターに対してずれ動くことを防止できる。 According to the present invention, a setter having a mounting surface on which a material escape uneven part for releasing a material generated when the ceramic green is heated in a state where the ceramic green is placed is formed. Since the ceramic green binder and firing are performed, warping and undulation of the ceramic substrate can be surely reduced, and the ceramic substrate (ceramic green) being processed can be prevented from shifting relative to the setter.
以下、本発明に係わるセラミック基板の製造方法の好適な一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a method for producing a ceramic substrate according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施形態は、チタン酸鉛やチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とした圧電セラミック基板を製造するものである。この圧電セラミック基板は、セラミック発振子、セラミックフィルタ、圧電ブザー、圧電センサ、圧電アクチュエータ等といった様々な製品に応用されるものである。 In the present embodiment, a piezoelectric ceramic substrate whose main component is lead titanate or lead zirconate titanate is manufactured. The piezoelectric ceramic substrate is applied to various products such as a ceramic oscillator, a ceramic filter, a piezoelectric buzzer, a piezoelectric sensor, and a piezoelectric actuator.
このような圧電セラミック基板を製造する場合は、まず図1及び図2に示すように、シート状のセラミックグリーン1が載置されるジルコニアセッター2を用意する。ジルコニアセッター2は、気孔率が3%未満、好ましくは1%未満といった緻密性を有するものが望ましい。ジルコニアセッター2の材料としては、耐久性を高めるべく、例えば酸化ジルコニウムにイットリア(Y2O3)を添加して安定化させたものを用いるのが望ましい。なお、安定化剤としては、Y2O3の他に、カルシア(CaO)、マグネシア(MgO)、セリア(CeO2)等を用いることができる。
When manufacturing such a piezoelectric ceramic substrate, first, as shown in FIGS. 1 and 2, a
ジルコニアセッター2の載置面には、図3に示すように、セラミックグリーン1を載置した状態でセラミックグリーン1を加熱させた時にセラミックグリーン1に発生する物質をジルコニアセッター2側から逃がすための物質逃げ用凹凸部3が形成されている。ここで言う物質は、後述するセラミックグリーン1の脱バインダ時に発生するバインダの燃えかすや、後述するセラミックグリーン1の焼成時に発生するガス等である。
As shown in FIG. 3, the placement surface of the
物質逃げ用凹凸部3は、ジルコニアセッター2の載置面の中心線平均粗さRaが好ましくは1〜20μm、より好ましくは2〜6μmとなるように構成されている。なお、中心線平均粗さRaとは、JIS B0601に規定されている表面粗さのことであり、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を長さで割った値である。
The material escape uneven portion 3 is configured such that the center line average roughness Ra of the mounting surface of the
このような微小な物質逃げ用凹凸部3を有するジルコニアセッター2は、図示しない金型を用いて以下のようにして作られたものである。即ち、まず使用する金型の表面に、上記の中心線平均粗さRaをもつように凹凸加工を施しておく。そして、その金型によって、Y2O3等の添加剤で安定化させたジルコニア粉体をプレス加工することにより、粉体成形体の表面に微小な凹凸が形成されることになる。その後、その粉体成形体を焼成することにより、物質逃げ用凹凸部3が設けられた載置面を有するジルコニアセッター2が得られる。なお、必要に応じて、ジルコニア粉体にバインダを加えて成形を行い、焼成前に粉体成形体の脱バインダを実施してもよい。
The
このように金型を用いてジルコニアセッター2を作製することにより、例えば投射材によりブラスト加工を行ってセッターの載置面を粗面化させる場合に比べて、微小な物質逃げ用凹凸部3を有するジルコニアセッター2を容易にかつ安価に作り上げることができる。また、粉体成形体の焼成後に、粉体成形体に対して研磨やブラスト等の機械的加工を施すことはないので、ジルコニアセッター2の載置面に加工屑等が付いたり、ジルコニアセッター2に歪みが生じることを防止できる。
By producing the
また、セラミックグリーン1は、例えば組成がPbTiO3-PbZrO3-Pb(Zn1/3 Nb2/3)O3の3成分系圧電セラミックで形成されたものである。このような材料からなる圧電セラミック粉体に有機バインダ及び有機溶剤等を加えてスラリー化またはペースト化し、ドクターブレード法等によりシート成形することにより、セラミックグリーン1を得る。セラミックグリーン1は、例えば内部電極パターンが形成された複数枚のシートを重ねた積層体からなっている。
The
次いで、このような複数枚(ここでは10枚)のセラミックグリーン1を、図1及び図2に示すようにジルコニアセッター2の載置面に載せ、セラミックグリーン1中に含まれるバインダを除去する、いわゆる脱バインダ(脱脂)を行う。成形時に用いるバインダは、後述する焼成時にセラミックグリーン1よりガス化して発生すると、焼成雰囲気を狂わせ、セラミックグリーン1の焼成不良を引き起こすため、予め焼成前にセラミックグリーン1の脱バインダを行うようにしている。この脱バインダ処理としては、セラミックグリーン1を例えば400℃の温度で加熱して、例えば10時間安定させる。
Next, a plurality (10 in this case) of such
次いで、セラミックグリーン1をジルコニアセッター2の載置面に載せたまま、セラミックグリーン1の焼成を行う。具体的には、図4及び図5に示すように、脱バインダ処理が終了したセラミックグリーン1が載っている複数のジルコニアセッター2を、柱状のジルコニアスペーサ4を介して重ねる。ジルコニアスペーサ4は、ジルコニアセッター2上の4つの隅部に載置される。そして、これらのジルコニアセッター2の一番上に、セラミックグリーン1が載っていないジルコニアセッター2Aを、ジルコニアスペーサ4を介して重ねる。なお、ジルコニアセッター2Aは、セラミックグリーン1が載置されるジルコニアセッター2と同じ構造であるのが好ましい。このとき、各ジルコニアセッター2同士の間隔は、ジルコニアスペーサ4の長さを変えることで調整する。なお、ジルコニアスペーサ4は、ジルコニアセッター2,2Aと同じ材料で形成するのが望ましい。
Next, the
続いて、このように多段に積載されたジルコニアセッター2,2Aを密閉な焼成炉5内に収容し、各セラミックグリーン1を焼成する。このとき、セラミックグリーン1を例えば1050℃の温度で加熱して、例えば3時間安定させる。このようにセラミックグリーン1を焼成炉5内に入れて焼成を行うので、セラミックグリーン1中に含まれる鉛が蒸発することを防止できる。なお、鉛の蒸発を確実に抑えるために、焼成炉5内に酸化鉛粉体を入れても良い。このような焼成を行うことによって、圧電セラミック基板が得られる。
Subsequently, the
その後、図6に示すように、焼成後の圧電セラミック基板6の上面に外部電極7を形成する。ここで、ジルコニアセッター2の載置面に形成された物質逃げ用凹凸部3は、細かい微小な凹凸であるため、物質逃げ用凹凸部3の模様が圧電セラミック基板6の下面に転写することは殆ど無い。このため、圧電セラミック基板6に対して研磨等の機械的加工を施すことなく、圧電セラミック基板6に外部電極7を形成することができる。勿論、圧電セラミック基板6に外部電極7を形成した後に、圧電セラミック基板6に対して研磨等を行う必要もない。
Thereafter, as shown in FIG. 6, external electrodes 7 are formed on the upper surface of the fired piezoelectric ceramic substrate 6. Here, since the material escape uneven portion 3 formed on the mounting surface of the
このとき、Agのペーストを圧電セラミック基板6の上面に塗り、その状態で圧電セラミック基板6を例えば700℃で焼き付けることにより、外部電極7を形成する。なお、外部電極7の材料としては、Agの他、AuやCu等を用いることができる。また、外部電極7の形成手法も、焼き付けの他、スパッタリング法や無電解メッキ法等を用いることも可能である。 At this time, Ag paste is applied to the upper surface of the piezoelectric ceramic substrate 6, and the piezoelectric ceramic substrate 6 is baked at 700 ° C., for example, to form the external electrode 7. As a material for the external electrode 7, Au, Cu, or the like can be used in addition to Ag. In addition, the external electrode 7 can be formed by sputtering, electroless plating, or the like in addition to baking.
ところで、セラミックグリーン1の脱バインダ工程において、バインダの一部が除去しきれずに、炭素成分としてセラミックグリーン1中に残留してしまうと、後工程であるセラミックグリーン1の焼成処理時に、残留炭素がガス化して出てきやすくなる。このとき、残留炭素がセラミックグリーン1中の酸化物(ZnO)を還元させることがあり、この場合にはセラミックグリーン1からZnが蒸発するため、セラミックグリーン1の表面側と裏面側とでセラミックグリーン1の組成が異なってしまう。これにより、セラミックグリーン1の表面側と裏面側とでセラミックグリーン1の収縮率が変わり、その結果として圧電セラミック基板6の反りやうねり等が発生することがある。
By the way, if a part of the binder is not completely removed and remains in the ceramic green 1 as a carbon component in the step of removing the binder of the
セラミックグリーン1の脱バインダ性を良好にするためには、多孔質のセッターを用いることが考えられる。しかし、脱バインダ後に同じ多孔質セッター上にセラミックグリーンを載せて焼成を行った場合には、セラミックグリーン1中の鉛(Pb)が多孔質セッターに吸収され、セラミックグリーン1の裏面側(セッター側)の均熱性及び均雰囲気性が保ちにくくなり、セラミックグリーン1の焼成ムラが起こる。その結果、圧電セラミック基板の反り等が生じない場合でも、所望の特性が得られない基板となってしまうことがある。
In order to improve the binder removal property of the
また、多孔質セッターを用いて脱バインダを実施した後に、セラミックグリーン1を緻密質セッターに載せ変えることが考えられるが、バインダが抜けたセラミックグリーン1は保形成が低いため、セラミックグリーン1の移載時にセラミックグリーン1の破損を引き起こすことがある。
In addition, it is conceivable that after removing the binder using a porous setter, the
これに対し本実施形態では、ジルコニアセッター2として、微小な物質逃げ用凹凸部3が形成された載置面を有するものを使用するので、ジルコニアセッター2の載置面にセラミックグリーン1を載せたときに、ジルコニアセッター2とセラミックグリーン1との接触面積が小さくなる。このため、セラミックグリーン1の脱バインダ処理時に、バインダの燃えかす(炭素)がセラミックグリーン1の裏面(ジルコニアセッター2側の面)から抜けやすくなるので、脱バインダ性が良好になる。従って、セラミックグリーン1の焼成処理時に、セラミックグリーン1に残留している炭素が少なくなる。また、焼成処理時に、僅かに残留している炭素がガス化する際に、そのガスもセラミックグリーン1の裏面から抜けやすくなる。これにより、残留炭素がセラミックグリーン1中の酸化物を還元させることで蒸発するZnが減少するので、セラミックグリーン1の表面側と裏面側とで組成が異なることが抑えられる。
On the other hand, in this embodiment, since the
また、鉛に対して反応しにくい緻密質のジルコニアセッター2を使用するので、セラミックグリーン1の焼成処理時に、セラミックグリーン1中の鉛がジルコニアセッター2に吸収されることは殆ど無い。また、ジルコニアセッター2の載置面にセラミックグリーン1を載せた状態では、上記の如くジルコニアセッター2とセラミックグリーン1との接触面積が小さくなる。これらにより、セラミックグリーン1の表面側と裏面側とで熱及び雰囲気の均一性が良くなるため、セラミックグリーン1の焼成ムラが低減される。
In addition, since the
以上により、セラミックグリーン1の収縮率が全体としてほぼ均等になるため、圧電セラミック基板6の反りやうねり等が確実に低減され、所望の特性をもった圧電セラミック基板6を得ることができる。
As described above, since the shrinkage rate of the
さらに、ジルコニアセッター2の載置面に微小な物質逃げ用凹凸部3を形成することにより、セラミックグリーン1の脱バインダ処理時に、セラミックグリーン1の裏面に発生するガスの抜け性が良くなるので、セラミックグリーン1がジルコニアセッター2より浮き上がることが防止される。また、セラミックグリーン1の焼成処理時には、セラミックグリーン1とジルコニアセッター2との間の温まる速度差が小さくなるため、もともと焼成炉5内に存在する気体がセラミックグリーン1の裏面に巻き込まれることが抑えられる。このため、そのような気体の巻き込み作用によって、セラミックグリーン1がジルコニアセッター2から浮き上がることも防止される。
Furthermore, by forming minute substance escape irregularities 3 on the mounting surface of the
従って、セラミックグリーン1の脱バインダ及び焼成時に、セラミックグリーン1がジルコニアセッター2に対してずれ動くことが回避される。これにより、セラミックグリーン1がジルコニアセッター2から脱落したり、セラミックグリーン1の裏面にキズが付いたり、セラミックグリーン1が変形することを防止できる。
Therefore, it is avoided that the ceramic green 1 moves with respect to the
また、物質逃げ用凹凸部3を有するジルコニアセッター2を製作する際に、上述したように粉体成形体の焼成後に粉体成形体に機械的加工を施すことはないので、セラミックグリーン1の焼成時に、加工屑等の異物がセラミックグリーン1に付着したり、ジルコニアセッター2の歪みが原因でジルコニアセッター2の割れが発生することも無い。
In addition, when the
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、鉛を含有した圧電セラミック基板の製造方法についてのものであるが、本発明は、それ以外のセラミック基板にも適用できることは言うまでもない。この場合には、セッターとして、アルミナやマグネシア等で形成されたものを使用しても良い。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, although the said embodiment is about the manufacturing method of the piezoelectric ceramic substrate containing lead, it cannot be overemphasized that this invention is applicable also to other ceramic substrates. In this case, a setter made of alumina, magnesia or the like may be used.
また、上記実施形態は、積層体からなるセラミックグリーンの脱バインダ及び焼成を行うものであるが、本発明は、単層のセラミックグリーンについても適用可能である。 Moreover, although the said embodiment performs the binder removal and baking of the ceramic green which consists of a laminated body, this invention is applicable also to single layer ceramic green.
以下、本発明に係わる圧電セラミック基板の製造方法の実施例について説明する。 Examples of the method for manufacturing a piezoelectric ceramic substrate according to the present invention will be described below.
[実施例]
(1)セッター
セッターとして、酸化ジルコニウムに3mol%〜8mol%のイットリア(Y2O3)を添加して安定化させた緻密質なジルコニアセッターを用いた。このジルコニアセッターの気孔率は3%未満である。ジルコニアセッターの大きさは□100mm×100mmであり、ジルコニアセッターの厚みは1.5mmである。ジルコニアセッターの表面には、中心線平均粗さRaが好ましくは2〜6μmとなるような物質逃げ用凹凸部が形成されている。
[Example]
(1) As the setter, a dense zirconia setter stabilized by adding 3 mol% to 8 mol% of yttria (Y 2 O 3 ) to zirconium oxide was used. The porosity of this zirconia setter is less than 3%. The size of the zirconia setter is □ 100 mm × 100 mm, and the thickness of the zirconia setter is 1.5 mm. On the surface of the zirconia setter, a material escape uneven portion is formed so that the center line average roughness Ra is preferably 2 to 6 μm.
(2)セラミック
グリーンセラミックグリーンの材料としては、組成がPbTiO3-PbZrO3-Pb(Zn1/3 Nb2/3)O3の3成分系圧電セラミックを用いた。この材料からなる圧電セラミック粉体は、酸化物または炭酸塩の形態の原料をボールミルにより湿式混合し、混合後900℃にて仮焼成を行った後、再度ボールミルにより湿式粉砕を行うことにより、微粉化したものである。
(2) As the material of the ceramic green ceramic green composition using three-component piezoelectric ceramic PbTiO 3 -PbZrO 3 -Pb (Zn1 / 3 Nb2 / 3) O 3. Piezoelectric ceramic powder made of this material is prepared by mixing raw materials in the form of oxides or carbonates with a ball mill, and after mixing and pre-baking at 900 ° C., then again by wet grinding with a ball mill. It has become.
セラミックグリーンは、以下のようにして作った。即ち、用意した圧電セラミック粉体にバインダ及び有機溶剤等を加えてペースト化し、ドクターブレード法により厚み50μmにシート成形する。その後、Ag/Pd=7:3のメタルにより構成される内部電極ペーストを用いて、スクリーン印刷法によりシートに内部電極パターンを形成した。その後、内部電極が8枚となるようにシートを重ねて積層体を作製し、プレス処理を行って、セラミックグリーンを形成する。そして、セラミックグリーンの大きさが15mm×35mm角となるように、セラミックグリーンを切断した。 Ceramic green was made as follows. That is, a binder, an organic solvent, and the like are added to the prepared piezoelectric ceramic powder to form a paste, and a sheet is formed into a thickness of 50 μm by a doctor blade method. Thereafter, an internal electrode pattern was formed on the sheet by screen printing using an internal electrode paste composed of a metal of Ag / Pd = 7: 3. Thereafter, the laminated body is produced by stacking the sheets so that the number of internal electrodes becomes eight, and a press treatment is performed to form ceramic green. Then, the ceramic green was cut so that the size of the ceramic green was 15 mm × 35 mm square.
(3)脱バインダ
用意した10枚のセラミックグリーンをジルコニアセッターの載置面に載せ(図1及び図2参照)、400℃の温度で10時間安定させることにより、セラミックグリーンの脱バインダを行った。
(3) Debinding The ceramic green was removed by placing 10 prepared ceramic greens on the surface of the zirconia setter (see FIGS. 1 and 2) and stabilizing at a temperature of 400 ° C. for 10 hours. .
(4)焼成
脱バインダ後に、セラミックグリーンが載っているジルコニアセッターを10枚重ね、更にその上に、セラミックグリーンが載っていないジルコニアセッターを重ねて、焼成の荷姿とした(図4及び図5参照)。このとき、各ジルコニアセッター間の隙間は、ジルコニアスペーサによって調整した。さらに、このように積載された10枚のジルコニアセッターを密閉な焼成炉内に配置し、各セラミックグリーンを焼成した。このとき、焼成温度が1050℃、安定時間が3時間という条件で焼成を行った。
(4) Firing After removing the binder, 10 sheets of zirconia setters on which ceramic green is placed are stacked, and further, zirconia setters on which ceramic green is not placed are stacked on top of each other to form a package of firing (FIGS. 4 and 5). reference). At this time, the gap between each zirconia setter was adjusted with a zirconia spacer. Furthermore, 10 zirconia setters loaded in this way were placed in a closed firing furnace, and each ceramic green was fired. At this time, firing was performed under the conditions of a firing temperature of 1050 ° C. and a stabilization time of 3 hours.
(5)評価
焼成によって得られた100枚の圧電セラミック基板について、非接触のレーザー式3次元形状測定装置により反りの評価を行った。
(5) Evaluation About 100 piezoelectric ceramic substrates obtained by firing, warpage was evaluated by a non-contact laser type three-dimensional shape measuring apparatus.
その結果、圧電セラミック基板の反りは、最大でも20μm以下に収まっていた。また、反りの発生具合に関しては、圧電セラミック基板が局部的に反るようなことは見受けられなかった。 As a result, the warp of the piezoelectric ceramic substrate was within 20 μm or less at the maximum. Further, with respect to the degree of warpage, it was not found that the piezoelectric ceramic substrate was locally warped.
また、脱バインダ後のセラミックグリーン10枚それぞれの残留炭素量を酸素気流中燃焼−赤外吸収法を用いて分析したところ、50〜150ppmと比較的少なかった。さらに、圧電セラミック基板の裏面には凹みが見られなかった。また、ジルコニアセッターからのセラミックグリーンの脱落は起きなかった。 Further, when the residual carbon content of each of the 10 ceramic greens after the binder removal was analyzed using the combustion in an oxygen stream-infrared absorption method, it was relatively low at 50 to 150 ppm. Furthermore, no dent was observed on the back surface of the piezoelectric ceramic substrate. Moreover, the ceramic green did not fall off from the zirconia setter.
[比較例]
比較例で使用したセッターは、焼成後に研磨が施された緻密質なジルコニアセッターである。つまり、このジルコニアセッターの載置面には、上記実施例のような物質逃げ用凹凸部は形成されていない。このようなジルコニアセッターを用いて、上記と同様の方法で圧電セラミック基板を作製した。
[Comparative example]
The setter used in the comparative example is a dense zirconia setter that has been polished after firing. That is, the material escape uneven portion as in the above-described embodiment is not formed on the mounting surface of the zirconia setter. Using such a zirconia setter, a piezoelectric ceramic substrate was produced in the same manner as described above.
これにより得られた100枚の圧電セラミック基板について、上記と同様にして反りの評価を行ったところ、最大で100μmの反りが発生していた。また、反りの発生具合に関しては、特に基板の四隅に局部的に反りが生じていた。 When the warpage of the 100 piezoelectric ceramic substrates thus obtained was evaluated in the same manner as described above, a warp of 100 μm at maximum occurred. Further, with respect to the occurrence of warpage, warping occurred locally at the four corners of the substrate.
また、脱バインダ後のセラミックグリーンの残留炭素量を上記と同様に分析したところ、1000ppmの炭素が残留していた。さらに、ジルコニアセッターの研磨屑に起因すると思われる凹みが基板裏面に生じているセラミックグリーンがあった。また、ジルコニアセッターから脱落したセラミックグリーンもあった。 Further, when the residual carbon content of the ceramic green after the binder removal was analyzed in the same manner as described above, 1000 ppm of carbon remained. Furthermore, there was a ceramic green in which a dent that appears to be caused by polishing scraps of the zirconia setter occurred on the back surface of the substrate. There was also a ceramic green that had fallen off from the zirconia setter.
1…セラミックグリーン、2…ジルコニアセッター、3…物質逃げ用凹凸部、5…焼成炉、6…圧電セラミック基板、7…外部電極。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記セラミックグリーンを載置した状態で前記セラミックグリーンを加熱させた時に発生する物質を前記セラミックグリーンから逃がすための物質逃げ用凹凸部が形成された載置面を有するセッターを用意する工程と、
バインダを含有する前記セラミックグリーンを成形する工程と、
前記セッターの前記載置面に前記セラミックグリーンを載せて、前記セラミックグリーンの脱バインダを行う工程と、
前記セラミックグリーンの脱バインダを行った後に、前記セッターの前記載置面に前記セラミックグリーンを載せたまま、前記セラミックグリーンの焼成を行う工程とを含むことを特徴とするセラミック基板の製造方法。 A method for producing a ceramic substrate by firing ceramic green to produce a ceramic substrate,
Preparing a setter having a placement surface on which a material escape irregularity for allowing the material generated when the ceramic green is heated in a state where the ceramic green is placed to escape from the ceramic green;
Forming the ceramic green containing a binder;
Placing the ceramic green on the mounting surface of the setter and removing the ceramic green binder;
And a step of firing the ceramic green while the ceramic green is placed on the mounting surface of the setter after the binder removal of the ceramic green.
前記セラミックグリーンが載っている前記セッターを密閉炉内に配置した状態で、前記セラミックグリーンの焼成を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載のセラミック基板の製造方法。
The ceramic green is formed of a material containing lead,
The method for producing a ceramic substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein the ceramic green is fired in a state where the setter on which the ceramic green is placed is placed in a closed furnace.
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- 2003-12-15 JP JP2003416986A patent/JP2005170769A/en active Pending
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