JP2005213117A - セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 セラミックグリーンの焼成にセッターを繰り返し使用しても、焼成により得られるセラミック基板の不良率を低く抑えることができるセラミック基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 前回のセラミックグリーンの焼成に使用された使用済セッターを加熱処理することで、グリーンの焼成時にグリーンから蒸発して使用済セッター中に拡散した鉛成分を再び蒸発させて、前回のセラミックグリーンの焼成前とほぼ同じ状態の処理済セッター２ｂを得ることができる。これにより、処理済セッター２ｂに反りやうねりが発生すること等を防止することができる。そして、処理済セッター２ｂ上にグリーン１を載置して焼成することで、焼成により得られる圧電セラミック基板に反りやうねりが発生すること等を防止することができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、電子セラミック部品等に用いられるセラミック基板の製造方法に関する。

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に記載されたものが知られている。この特許文献１記載の方法は、セラミックグリーンを焼成する際に、セラミックグリーンから蒸発する蒸発成分と同じ蒸発成分を焼成雰囲気中に加えるというものである。これにより、セラミックグリーンから一定の割合で蒸発成分が蒸発するため、セラミックグリーンの焼成により得られるセラミック基板に反りやうねりが発生するのを防止することができる。
特開平９−７１４７６号公報

ところで、上述したようなセラミックグリーンの焼成は、セッターと呼ばれる支持部材上にセラミックグリーンを載置して行うのが一般的である。

しかしながら、セラミックグリーンの焼成にセッターを繰り返し使用すると、焼成時にセラミックグリーンから蒸発した成分がセッター中に蓄積されて、セッターを構成する成分と反応し、その結果、セッターに反りやうねりが発生したり、焼成時にセッターが割れたりする場合がある。

このように、セッターに反りやうねりが発生すると、焼成により得られるセラミック基板にも反りやうねりが発生してしまう。また、焼成時にセッターが割れると、焼成により得られるセラミック基板も破損してしまう。つまり、セラミックグリーンの焼成にセッターを繰り返し使用することによって、焼成により得られるセラミック基板の不良率が高くなるおそれがある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、セラミックグリーンの焼成にセッターを繰り返し使用しても、焼成により得られるセラミック基板の不良率を低く抑えることができるセラミック基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るセラミック基板の製造方法は、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焼成に使用された使用済セッターを加熱処理して処理済セッターを得る加熱処理工程と、処理済セッター上にセラミックグリーンを載置して焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする。

このセラミック基板の製造方法においては、セラミックグリーン焼成（少なくとも１回のセラミックグリーンの焼成）に使用された使用済セッターを加熱処理するため、セラミックグリーン焼成時にセラミックグリーンから蒸発して使用済セッター中に拡散した成分を再び蒸発させて、セラミックグリーン焼成前とほぼ同じ状態の処理済セッターを得ることができる。このように、処理済セッターは、セラミックグリーン焼成前とほぼ同じ状態であるため、処理済セッターに反りやうねりが発生したり、焼成時に処理済セッターが割れたりすることを防止することができる。そして、このような処理済セッター上にセラミックグリーンを載置して焼成するため、焼成により得られるセラミック基板に反りやうねりが発生したり、焼成により得られるセラミック基板が破損したりすることを防止することができる。従って、セラミックグリーンの焼成にセッターを繰り返し使用しても、焼成により得られるセラミック基板の不良率を低く抑えることができる。

また、セラミックグリーンは鉛を含有しており、加熱処理工程では、使用済セッター中に拡散した鉛を減少させることが特に重要である。これは、セラミックグリーンが鉛を含有している場合、セラミックグリーン焼成時にセラミックグリーンから鉛成分が蒸発して使用済セッター中に拡散し、その結果、使用済セッターに反りやうねりが発生したり、焼成時に使用済セッターが割れたりする場合が多いからである。

また、加熱処理工程では、８００℃以上１５００℃以下の温度で使用済セッターを加熱処理することが好ましい。このような温度で使用済セッターを加熱処理すると、使用済セッター中に拡散した鉛成分を確実に蒸発させることができる。

また、加熱処理工程では、使用済セッターにおいてセラミックグリーン焼成時にセラミックグリーンが載置されていた領域を露出させて使用済セッターを加熱処理することが好ましい。使用済セッターにおいてセラミックグリーン焼成時にセラミックグリーンが載置されていた領域には、セラミックグリーン焼成時にセラミックグリーンから蒸発した成分が特に多く拡散している。そのため、当該領域を露出させて使用済セッターを加熱処理することで、セラミックグリーン焼成前とほぼ同じ状態の処理済セッターを確実に得ることができる。

また、加熱処理工程では、セラミックグリーン焼成に複数回使用された使用済セッターを加熱処理するようにしてもよい。これにより、セラミックグリーン焼成１回毎に使用済セッターの加熱処理を行う場合に比べ加熱処理の回数が減少するため、セラミック基板の生産性の向上及び生産コストの低減を図ることができる。

本発明によれば、セラミックグリーンの焼成にセッターを繰り返し使用しても、焼成により得られるセラミック基板の不良率を低く抑えることができる。

以下、本発明に係るセラミック基板の製造方法の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミック基板を製造するものである。このような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の電子セラミック部品に適用される。

上記圧電セラミック基板を製造するために、図１及び図２に示すように、セラミックグリーン１を載置するためのジルコニアセッター２を用意する。このジルコニアセッター２は、「１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ」の正方形薄板状であって、気孔率１％未満の緻密質のものである。また、ジルコニアセッター２の材料は、酸化ジルコニウムに８mol％のイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を安定化剤として添加したものである。なお、ジルコニアセッター２として、気孔率３％未満の緻密質のものを用いてもよい。また、安定化剤として、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）、セリア（ＣｅＯ_２）等を用いてもよい。

そして、セラミックグリーン１を次のようにして用意する。まず、酸化物や炭酸塩等の形態の材料を所定の組成（一般式（Ｐｂ_０．９６Ｓｒ_０．０４）［Ｔｉ_０．４７ Ｚｒ_０．５３］Ｏ_３＋０．５重量％Ｎｂ_２Ｏ_５）となるように調合し、仮焼成後に微粉化を行って圧電セラミック粉を得る。この圧電セラミック粉に有機バインダ、有機溶剤等を加えて圧電セラミックペーストを作製し、この圧電セラミックペーストを用いてドクターブレード法により厚さ５０μｍのグリーンシートを作製する。続いて、銀：パラジウム＝７：３の金属材料に有機バインダ、有機溶剤等を加えて導電ペーストを作製し、この導電ペーストを用いてスクリーン印刷法によりグリーンシート上に内部電極を形成する。その後、内部電極が形成されたグリーンシートを所定の順序で１０枚積層し、積層方向にプレス処理を行ってグリーン積層体を作製する。このグリーン積層体を「１５ｍｍ×３５ｍｍ」の長方形状に切断し、セラミックグリーン１を得る。

セラミックグリーン１を用意した後、脱バインダ及び焼成を行うが、それらに先立って使用済セッター２ａ（セラミックグリーン１の焼成に使用されたジルコニアセッター２）を加熱処理して処理済セッター２ｂ（加熱処理されたジルコニアセッター２）を得る。具体的には、図３に示すように、柱状のジルコニアスペーサ３を介在させて複数枚の使用済セッター２ａを加熱炉４内に積み重ねる。ジルコニアスペーサ３は、ジルコニアセッター２と同じ材料で形成されたものであり、使用済セッター２ａの四隅に配置される。そして、加熱炉４内の温度を１１００℃の温度で２時間保持し、使用済セッター２ａをアニーリングして処理済セッター２ｂを得る。

その後、セラミックグリーン１の脱バインダ及び焼成を行う。まず、図４及び図５に示すように、１０枚のセラミックグリーン１が載置された処理済セッター２ｂを、その四隅にジルコニアスペーサ３を介在させて、加熱炉４内に複数枚積み重ねる。そして、加熱炉４内の温度を４００℃の温度で１０時間保持し、セラミックグリーン１の脱バインダを行う。これにより、セラミックグリーン１中に含まれる有機バインダが除去される。

続いて、図６に示すように、１０枚のセラミックグリーン１（脱バインダ後のセラミックグリーン１）が載置された処理済セッター２ｂを、その四隅にジルコニアスペーサ３を介在させて、加熱炉４内に配置された密閉匣鉢５内に１０枚積み重ね、更にその上に、セラミックグリーン１が載置されていない処理済セッター２ｂを１枚積み重ねる。そして、加熱炉４内の温度を１１００℃の温度で３時間保持し、セラミックグリーン１の焼成を行う。これにより、図７に示すように、セラミックグリーン１が圧電セラミック基板６となり、また、処理済セッター２ｂが使用済セッター２ａとなる。

その後、使用済セッター２ａの加熱処理と、セラミックグリーン１の脱バインダ及び焼成を交互に繰り返す。

以上説明したように、圧電セラミック基板６の製造方法においては、前回のセラミックグリーン１の焼成に使用された使用済セッター２ａを加熱処理するため、セラミックグリーン１の焼成時にセラミックグリーン１から蒸発して使用済セッター２ａ中に拡散した鉛成分を再び蒸発させて、前回のセラミックグリーン１の焼成前とほぼ同じ状態の処理済セッター２ｂを得ることができる。このように、処理済セッター２ｂは、前回のセラミックグリーン１の焼成前とほぼ同じ状態であるため、処理済セッター２ｂに反りやうねりが発生したり、焼成時に処理済セッター２ｂが割れたりすることを防止することができる。そして、このような処理済セッター２ｂ上にセラミックグリーン１を載置して焼成するため、焼成により得られる圧電セラミック基板６に反りやうねりが発生したり、焼成により得られるセラミック基板６が破損したりすることを防止することができる。従って、セラミックグリーン１の焼成にジルコニアセッター２を繰り返し使用しても、焼成により得られる圧電セラミック基板６の不良率を低く抑えることができる。

また、使用済セッター２ａにおいて前回のセラミックグリーン１の焼成時にセラミックグリーン１が載置されていた領域を露出させて使用済セッター２ａを加熱処理するため、前回のセラミックグリーン１の焼成前とほぼ同じ状態の処理済セッター２ｂを確実に得ることができる。これは、使用済セッター２ａにおいて前回のセラミックグリーン１の焼成時にセラミックグリーン１が載置されていた領域には、前回のセラミックグリーン１の焼成時にセラミックグリーン１から蒸発した鉛成分が特に多く拡散しているためである。

次に、上述した圧電セラミック基板６の製造方法の評価実験について説明する。評価実験の条件は次の通りである。
（１）新品のジルコニアセッター２を実施例用に１００枚、比較例用に１００枚用意した。
（２）同じジルコニアセッター２を繰り返し使用して、上述したセラミックグリーン１の脱バインダ及び焼成を２０回行った。
（３）実施例では、セラミックグリーン１の脱バインダ及び焼成の前に使用済セッター２ａの加熱処理を行ったのに対し、比較例では、使用済セッター２ａの加熱処理を行わなかった。
（４）セラミックグリーン１をジルコニアセッター２上に載置する際には、ジルコニアセッター２の同一面を常に載置面とした。
（５）評価実験の結果として、２０回目の焼成により得られる圧電セラミック基板６の不良率を求めた。ここで、不良率とは、全評価試料個数に対して反り不良（試料の高さを非接触で測定し、測定点の最大高低差が３０μｍ以上のもの）又は反応不良（ジルコニアセッター２を構成する成分と反応したもの）が認められた試料個数の割合である。なお、参考として、脱バインダ及び焼成を２０回行う間に割れたジルコニアセッター２の枚数を求めた。

評価実験の結果は次の通りである。すなわち、２０回目の焼成により得られる圧電セラミック基板６の不良率は、実施例では０％、比較例では４３％であった。この結果から、上述した圧電セラミック基板６の製造方法を採用することで、セラミックグリーン１の焼成にジルコニアセッター２を繰り返し使用しても、焼成により得られる圧電セラミック基板６の不良率を低く抑え得ることが証明された。

また、脱バインダ及び焼成を２０回行う間に割れたジルコニアセッター２の枚数は、実施例では０枚、比較例では８枚であった。この結果から、上述した圧電セラミック基板６の製造方法を採用することで、ジルコニアセッター２の長寿命化を図れ得ることが証明された。なお、ジルコニアセッター２が割れた場合には、新たなジルコニアセッター２に替えることなく、残存しているジルコニアセッターにて評価実験を行った。

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、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミック基板６を製造する場合であったが、圧電セラミック基板６がチタン酸鉛を主成分とするものであってもよい。つまり、セラミックグリーン１が鉛を含有している場合に本発明は特に有効である。これは、セラミックグリーン１が鉛を含有している場合、前回のセラミックグリーン１の焼成時にセラミックグリーン１から鉛成分が蒸発して使用済セッター２ａ中に拡散し、その結果、使用済セッター２ａに反りやうねりが発生したり、焼成時に使用済セッター２ａが割れたりする場合が多いからである。

また、上記実施形態では、１１００℃の温度で使用済セッター２ａの加熱処理を行ったが、８００℃以上１５００℃以下の温度で使用済セッター２ａの加熱処理を行えば、使用済セッター２ａ中に拡散した鉛成分を確実に蒸発させることができる。これは、８００℃未満だと鉛を十分に蒸発させることができず、１５００℃を超えるとジルコニアセッターの融点に近くなり、ジルコニアセッターに変形が生じるからである。なお、９００℃以上１３００℃以下の温度で使用済セッター２ａの加熱処理を行えば、使用済セッター２ａを変形させるおそれがなく、使用済セッター２ａ中に拡散した鉛成分をより一層効率良く蒸発させることができる。

また、上記実施形態は、前回のセラミックグリーン１の焼成に１回使用された使用済セッター２ａを加熱処理する場合であったが、前回以前のセラミックグリーン１の焼成に複数回使用された使用済セッター２ａを加熱処理するようにしてもよい。これにより、セラミックグリーン１の焼成１回毎に使用済セッター２ａの加熱処理を行う場合に比べ加熱処の回数が減少するため、圧電セラミック基板６の生産性の向上及び生産コストの低減を図ることができる。

また、上記実施形態は、鉛を含有する圧電セラミック基板の製造についてのものであったが、本発明は、それ以外のセラミック基板の製造にも適用可能である。更に、上記実施形態は、セラミックグリーン１及び圧電セラミック基板６が積層体である場合であったが、本発明は、単板のセラミックグリーン及びセラミック基板にも適用可能である。

本発明に係るセラミック基板の製造方法の一実施形態に用いられるジルコニアセッターを示す平面図である。 図１のジルコニアセッターを示す側面図である。 本発明に係るセラミック基板の製造方法の一実施形態おいて使用済セッターを加熱処理する際の状態を示す側面図である。 本発明に係るセラミック基板の製造方法の一実施形態おいてセラミックグリーンの脱バインダを行う際の状態を示す側面図である。 図４のV−V線に沿っての断面図である。 本発明に係るセラミック基板の製造方法の一実施形態おいてセラミックグリーンを焼成する前の状態を示す側面図である。 本発明に係るセラミック基板の製造方法の一実施形態おいてセラミックグリーンを焼成した後の状態を示す側面図である。

符号の説明

１…セラミックグリーン、２ａ…使用済セッター、２ｂ…処理済セッター、６…圧電セラミック基板。

Claims (5)

1. 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焼成に使用された使用済セッターを加熱処理して処理済セッターを得る加熱処理工程と、
   前記処理済セッター上に前記セラミックグリーンを載置して焼成する焼成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。
2. 前記セラミックグリーンは鉛を含有しており、
   前記加熱処理工程では、前記使用済セッター中に拡散した鉛を減少させることを特徴とする請求項１記載のセラミック基板の製造方法。
3. 前記加熱処理工程では、８００℃以上１５００℃以下の温度で前記使用済セッターを加熱処理することを特徴とする請求項１又は２記載のセラミック基板の製造方法。
4. 前記加熱処理工程では、前記使用済セッターにおいて前記セラミックグリーン焼成時にセラミックグリーンが載置されていた領域を露出させて前記使用済セッターを加熱処理することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のセラミック基板の製造方法。
5. 前記加熱処理工程では、前記セラミックグリーン焼成に複数回使用された使用済セッターを加熱処理する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。

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