JP2006068988A - セラミック基板の製造方法及びその用途 - Google Patents
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Abstract
従来のセラミック基板の製造方法の課題は、品質を安定化させるために原料の顆粒化工程や寝かせ工程、練土の放置工程、脱脂工程、並びに、焼成工程に長いリードタイムを要することであった。
【解決手段】
強混練性能を有した2軸押出機と、成形安定性を有した1軸成形機を組み合わせた押出成形機を使用すること、並びに、脱脂炉と焼成炉を連続させることによって、従来と同等もしくはそれ以上の品質を有し、しかも生産効率の良好なセラミックス基板の製造が可能である。
【選択図】なし
Description
本発明の目的は、強混練性能を有した2軸押出機と、成形安定性を有した1軸成形機を組み合わせた押出成形機を使用すること、並びに、脱脂炉と焼成炉を連続させることによって、従来と同等もしくはそれ以上の品質が得られ、しかも生産効率の良好なセラミックス基板の製造方法を提供することである。
本発明に係るセラミック粉末は、加水分解を防止するためにステアリン酸、オレイン酸、リン酸等で表面処理することが好ましい場合がある。中でも、オレイン酸が好ましく、その使用量は、セラミック粉末100質量部に対して0.5〜3質量部程度が好ましい。使用量が3質量部を超えると、オレイン酸の撥水作用により練土の流動性が低下し、成形性が損なわれる場合があり、一方、0.5質量部未満では表面処理効果が不十分な場合がある。
本発明者は、セラミックシートを製造するため、ドクターブレード法、押し出し成型法、乾式プレス法、射出成型法、スリップキャスト法について検討した。
本発明は、セラミック成形体を窒化硼素製容器に収納することなく、しかも、脱脂工程の降温および焼成時の昇温を除くことが出来るため時間の短縮が可能である。構造的には、脱脂炉と焼成炉の接続部をダンパー等で仕切ることなく連続化し、従来と同等以上の品質を有するセラミック焼結体を生産性を良好に製造することが出来ることが特徴である。
AlN粉末100質量部に対してオレイン酸を1.5質量部添加し、振動篩機を用いて予めオレイン酸で表面処理したAlN粉末100質量部、有機バインダー粉末3質量部、Al2O32質量部、及びY2O34質量部をボールトン混合機により乾式混合し、2軸押出機と1軸成形機を組合せた強混練型成形機の粉末供給口に、定量粉末フィーダー(供給バラツキ<1%)を用いて13.4kg/h供給した(練土の89%が粉末)。また、AlN粉末100質量部に対して、可塑剤が3質量部、離型剤が2質量部、イオン交換水が4質量部、有機液体バインダーが外割で7質量%となるように混合撹拌した液体を、同押出機の液体供給口へ定量液体モノポンプ(供給バラツキ<1%)を用いて1.6kg/h供給した(練土の11%が液体)。2軸押出機はD=46mm、L=1840mm(L/D=40)、混練部は70体積%、スクリュー回転数100rpmであった。また、2軸押出機と1軸成形機間の真空室の真空度は600Paであった。1軸成形機はD=60mm、L=700mmからなる装置を用い、スクリュー回転速度10rpmの運転条件にて、シートダイスを用いて、巾80mm×厚み1.174mmの帯状のシート成形を行った。成形条件及びシートの物性を表1に示す。同機により成形されたグリーンシートを、ベルト式乾燥機を用いて含水率が2%となるよう乾燥した後、金型付プレス機により70mm×50mm×1.174mmtの寸法に調整し、成形シートを作製した。
・AlN粉末:D50の粉末粒径3.0μm、純度99.9%、不純物含有量は鉄が40ppm、シリコン100ppm。
・Al2O3:アドマテックス社製、商品名「AO−500」、D50の粉末粒径1.0μm、純度99.9%。
・Y2O3:信越化学工業株式会社製、商品名「Yttrium Oxide」、D50の粉末粒径1.0μm、純度99.9%。
・有機液体バインダー:ユケン工業株式会社製、商品名「セランダー」、主成分アクリル酸エステル、ガラス転移温度−20℃。
・有機バインダー粉末:ダイセル化学工業株式会社製、商品名「CMCダイセル」、主成分カルボキシメチルセルロース。
・可塑剤:花王社製、商品名「エキセパール」、主成分グリセリン。
・離型剤:サンノプコ社製、商品名「ノプコセラLU-6418」、主成分はステアリン酸を使用した。
・アルミニウム板:三菱アルミニウム株式会社製、商品名「1085材」(対応JIS番号)。
・ロウ合金箔:東洋精箔株式会社製、商品名「A2017R−H合金箔」(対応JIS番号)。
・UV硬化型レジストインク:互応化学工業株式会社製、商品名「PER−27B−6」。
・熱履歴衝撃試験:(−40℃、10分→室温、10分→125℃、10分→室温、10分)を1サイクルとして、3000サイクルのヒートサイクルに供試体を晒す試験。
・練土粘度:降下式フローテスターにより、せん断応力0.3MPa時の粘度を測定した。
・シート厚みバラツキR:マイクロメーターを用いて、シート幅方向の他端から5mm間隔で厚みを測定し、(3)式より求めた。
・焼結体のL方向およびW方向変形率:(6)式より求めた。
・焼結体密度:アルキメデス法により(7)式から算出した。
・焼結体の抗折強度:下部スパン30mm、クロスヘッド速度0.5mm/分の条件にて3点曲げ試験(JIS R1601)を行い、その破壊荷重を(8)式により求めた(n=10)。
・焼結体の熱伝導率:AlN基板表面にカーボンスプレー処理を施し、レーザーフラッシュ法にて測定した。
・焼結体の反り量:株式会社東京精密社製触針式輪郭測定器『CONTOURECORD 1600D』を用いて測定した。
表1に示す成形条件、並びに、表2に示す脱脂焼成条件によりセラミック焼結体を作製したこと以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1〜3に示す。
2軸押出機と1軸成形機を組合せた強混練型成形機の代わりに、2軸押出機又は1軸成形機のみを用いたこと以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1〜3に示す。
連続炉脱脂焼成炉の代わりに、バッチ式脱脂炉とバッチ式焼成炉を使用したこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表1〜3に示す。
金属回路と金属放熱板に銅板を用い、下記の方法で接合及び回路パターン形成したこと以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1〜3に示す。
・無酸素銅板:住友金属鉱山伸銅株式会社製、商品名『3100系』(対応JIS番号)。
1 粉末供給口
2 液体供給口
3 2軸押出機
4 ベント口
5 ストランドダイス
6 真空室
7 ニーダー
8 シートダイス
9 1軸成形機
1 炉壁
2.アウターボックス
3.インナーボックス
4a.非酸化性ガス導入管
4b.非酸化性ガス導入管
4c.非酸化性ガス導入管
4d.非酸化性ガス導入管
5a.非酸化性ガス排出管
5b.非酸化性ガス排出管
5c.非酸化性ガス排出管
5d.非酸化性ガス排出管
6.セラミック焼結体
7.セラミック成形体
8.セッター
9.プッシャー
10.ヒーター
Pgas inインナーボックス内の非酸化性ガス分圧Pgas in<Pgas out
Pgas outインナーボックスとアウターボックスとの間の非酸化性ガス分圧
1 回路側金属板
2 放熱側金属板
3 AlN基板
Claims (5)
- 2軸押出機の吐出口と1軸成形機の原料供給口を連結させた押出成形機を用いて、厚みが0.2〜10mmのセラミックシートを成形し、前記セラミックシートを脱脂炉と焼成炉が連結した脱脂焼成炉を通過させることを特徴とするセラミック基板の製造方法。
- セラミックシートが、窒化物セラミックス、酸化物セラミックス、炭化物セラミックスの群から選ばれる1種以上を含む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。
- 窒化物セラミックスが窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項2記載のセラミック基板の製造方法。
- 請求項1〜3のうちいずれか一項記載の方法で製造されたセラミック基板の一主面に金属回路を形成し、他の一主面に放熱板を接合してなるセラミック回路基板。
- 請求項4記載のセラミック回路基板を用いてなるモジュール。
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