JP2009143730A - 板状セラミックス成形体の焼成方法および板状セラミックス成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】平面部の上面に突起部が形成された板状セラミックス成形体の反りや変形を防止し、かつ割れが発生することもなく表面の仕上がりも良好なセラミックス焼成方法およびこの焼成方法に好ましく用いることのできる板状セラミックス成形体を提供すること。
【解決手段】平面部８ａから突起部８ｃが形成されたセラミックス成形体８を基台１２上に載置し、この基台１２上に載置されたセラミックス成形体８の上方に、押さえ板１４を重ね合わせて配置し、基台１２とセラミックス成形体８と押さえ板１４とからなるセラミックス挟持体Ｂを構成し、このセラミックス挟持体Ｂを炉内に配置して加熱することにより、基台１２と押さえ板１４との間のセラミックス成形体８を焼成するようにしたセラミックス焼成方法において、押さえ板１４をセラミックス成形体８の上方に配置した際に、セラミックス成形体８の突起部８ｃが、押さえ板１４の下面と直接接触しないように、平面部８ａと押さえ板１４との間にスペーサを設けたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、板状セラミックス成形体の焼成方法および板状セラミックス成形体に関し、詳しくは、突起部が形成された板状セラミック成形体を焼成するのに好適な焼成方法および板状セラミックス成形体を提供するものである。

窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体は、高熱伝導性、電気絶縁性、耐食性などの優れた特性を有しているため、半導体実装用基板、半導体製造装置の部材など、様々な用途に用いられている。このような窒化アルミニウムのようなセラミックスを用いて、突起部が形成された板状のセラミックス製品を製造することがある。

このような製品を得るための焼成に際しては、例えば、窒化アルミニウム粉末に酸化イットリウムなどの焼結助剤を混合するとともに、成形性を向上させるため、必要に応じて有機バインダーを配合し、これらの混合物を所定形状に成形してセラミックスグリーン体を作製する工程を経、このセラミックスグリーン体を炉内で脱脂焼成（脱バインダー）することで脱脂体とし、その後、この脱脂体を焼成して焼結体が製造される。

ここで、板状セラミックス成形体２は、例えば、図３（Ａ）に示したように、平面部２ａの上面２ｂに突起部２ｃが形成されている。
このように平板状で、その上面２ｂに突起部２ｃが形成されたセラミックス成形体２を、そのままの姿勢で脱脂や焼成などを行なうと、平面部２ａに反りや変形が発生する虞がある。

従来、反りや変形を防止する他の方法としては、図３（Ｂ）に示したように、セラミックス成形体２を窒化ホウ素などの粉体１中に埋設する方法も知られている。このような方法によれば、粉体１の重さで反りや変形を防止することができる。

ところが、上記焼成方法によれば、焼成後、埋設により付着した窒化ホウ素などの粉体を落とすブラスト処理などが必要であることから、後処理が手間であるともに表面が粗くなり、目的とする製品によっては、更に、精密研磨等の後工程を必要とし、また、美感上好ましくないという問題があった。

そこで、図３（Ａ）に示すように、基台４上に平板状のセラミックス成形体２を配置し、その上に平板状の押さえ板６を配置して、押さえ板６の荷重をセラミックス成形体２に作用させることによって反りや変形を防止して板状セラミックス成形体２の焼成を行なう方法が考えられる。

しかしながら、押さえ板６でセラミックス成形体２を上方から押さえる場合には、セラミックス成形体２の焼成時における反りの発生は防止できるものの、焼成時に収縮が生じるため、押さえ板６の荷重が突起部２ｃに集中し、焼成時に収縮が生じるため、押さえ板６の荷重が突起部２ｃに集中し、平面部２ａに割れが発生し易くなるという問題があった。また、突起部２ｃの上面と押さえ板６とが接触すると、突起部２ｃの上面が粗くなり、目的とする製品によっては、更に、精密研磨等の後工程を必要とし、また、美感上においても好ましくないという問題があった。更には、突起部２ｃの変形も懸念される。

本発明は、このような従来の実情に鑑み、平面部から突起部が形成されたセラミックス成形体の反りや変形を防止し、かつ割れなどが発生することもなく、更に、表面の仕上がりも良好な板状セラミックス焼結体を製造することができる焼成方法および板状セラミックス成形体を提供することを目的としている。

本発明に係る板状セラミックス焼成方法は、
突起部を有する板状セラミックス成形体を、押さえ板を積載して焼成するに際し、前記突起部と押さえ板との間隔を保持するためのスペーサを、板状セラミックス成形体の平面部と押さえ板との間に設けて焼成することを特徴としている。

ここで、本発明では、前記板状セラミックス成形体の平面部に非製品ゾーンを形成するとともに、該非製品ゾーンにおいて、前記スペーサが前記板状セラミックス成形体に一体化して設けられていることが好ましい。

また、本発明において、前記スペーサの材質は、焼成時の収縮幅が、板状セラミックスの収縮幅と同等、或いは、該収縮幅より小さいものを選択することが好ましい。しかし、最も好ましいのは、板状セラミックス成形体と収縮幅が同等である同材質のものを選択することが好ましい。具体的には、板状セラミックス成形体が窒化アルミニウムグリーン体の場合は、窒化アルミニウムグリーン体を、また、その脱脂体の場合は、脱脂体をスペーサとしてそれぞれ使用することが好ましい。勿論、セラミック焼結体をスペーサとして使用することも可能である。

本発明によれば、突起部を有する板状セラミックス成形体であって、平面部には、製品として使用される際に除去される、非製品ゾーンが形成されると共に、該非製品ゾーンに、前記突起部より高い突起部よりなるスペーサが一体に形成されていることを特徴とする板状セラミックス成形体が提供される。

このような板状セラミック成形体によれば、板状セラミックス成形体の反りや変形を、簡易な構造で防止することができ、焼成コスト的にも安価である。また、突起部２ｃの上面が粗くならないため、美感上において好ましいだけでなく、精密研磨等の後工程を必要としないため、コスト的にも安価である。

なお、本発明の焼成方法は、突起部を有する板状セラミックス成形体を焼成に供する方法を全て対象とする。具体的には、板状セラミックス成形体が、セラミックス粉末と有機バインダーとよりなるセラミックスグリーン体であり、焼成が、該セラミックスグリーン体の脱脂のための焼成である態様、板状セラミックス成形体が、セラミックスグリーン体の脱脂体であり、焼成が、該脱脂体の焼結のための焼成である態様を含む。また、板状セラミックス成形体が、有機バインダーを使用しない工法により成形されたもの、例えばセラミックス粉末をプレス成形して得られるプレス成形体であり、焼成が、該プレス体の焼結のための焼成である態様をも含む。

また、上記それぞれの態様において、焼成は１回或いは複数回実施してもよい。複数回実施する場合、そのうちの少なくとも一回の焼成において押さえ板を存在させて本発明の焼成方法を実施すればよい。

尚、上述した板状セラミック成形体は、必要に応じて、酸化イットリウムなどの焼結助剤を含有していてもよい。
前記セラミックグリーン体の脱脂のための焼成は、有機バインダーの種類によっても異なるが、一般には、酸化性、あるいは、非酸化性雰囲気下で、３００〜９００℃、特には
３００〜７００℃の温度で行うことが好ましい。また、有機バインダーを用いない場合には、上記の脱脂工程は不要である。

一方、前記脱脂体、或いは、プレス体の焼結のための焼成は、従来公知の方法で実施される。例えば、セラミックスが窒化アルミニウムの場合、中性あるいは還元性雰囲気下で、使用するセラミックスが焼結可能な温度、例えば、窒化アルミニウムの場合、１５００〜２０００℃で行うのが一般的である。

このような本発明によれば、板状セラミックス成形体の突起部と、押さえ板との接触がスペーサにより防止されるので、該突起部上面が粗くならず、また、該突起部が変形することもない。しかも、押さえ板の荷重はスペーサを介して板状セラミックス成形体に作用するので、平面部の反りや変形が生じることを防止できる。

さらに、本発明に係る前記板状セラミックス成形体によれば、上記スペーサが板状セラミック成形体と一体となっているので、焼成における取扱いが容易であり、効率よく焼成を行うことができる。

以下、図面に示した本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施例に係る板状セラミックス成形体８を示したものである。
図１に示した板状セラミックス成形体８では、略矩形状の平面部８ａの外周縁部が通常の製品の大きさより広く形成されている。そして、この部分は、導電体などが形成されていない非製品ゾーンＡとされている。

このような非製品ゾーンＡが具備されたセラミックス成形体８では、その中央側の上面８ｂに突起部８ｃが形成されている。この突起部８ｃは、製品の一部の形状をなすものである。また、セラミックス成形体８の非製品ゾーンＡには、スペーサ１０が形成されている。

スペーサ１０の高さＴは、上記突起部８ｃの高さＴ’より高く設定され、後述の押さえ板１４を積載して焼成するに際し、前記突起部と押さえ板との間隔を形成する。また、スペーサ１０の形状は、突起部８ｃの形状と異なっていても良く、同一形状であっても良い。

また、非製品ゾーンを設ける前記態様によれば、スペーサ１０は、製品と係わりのない非製品ゾーンＡに設けられているので、後に該部分を切除することも容易である。
このようなセラミックス成形体８は、所定の温度で焼成することで焼成体８’が製造される。

焼成前のセラミックス成形体８は、図２に示したように、基台１２上に載置され、さらに、その上方に押さえ板１４が配置される。
このように、基台１２上のセラミックス成形体８に押さえ板１４が載置されると、押さえ板１４の下面はスペーサ１０に支持され、突起部８ｃには接触しない。よって、押さえ板１４の荷重は、スペーサ１０を介して平面部８ａに伝達される。これにより、セラミックス成形体８がこの状態で焼成されれば、突起部８ｃは、押さえ板１４の接触を受けずに焼成されることになる。

したがって、焼成後に突起部８ｃの上表面が押さえ板１４の表面状態の影響を受け、荒れたり、変形したりすることはない。なお、焼成が完了した後、スペーサ１０は、必要に
応じて切除しても良い。

本発明の焼成方法において、基台１２、押さえ板１４の材質は、板状セラミック成形体の焼成において悪影響を及ぼさない材質であれば特に制限されない。目的に応じて材質の耐熱温度、気孔率、重量などを考慮し、制限なく材質を選択することができる。例えば、セラミックスが窒化アルミニウムの場合、窒化アルミニウム焼結体、窒化ホウ素の焼成体等が好適である。セラミックスグリーン体の脱脂を目的とする焼成においては、バインダーの分解ガスの揮散を容易にするために、気孔率の高い、アルミナ、シリカ、マグネシアなどからなる多孔質の板、あるいはこれらの混合物からなる多孔質の板、またはアルミナ、シリカ、マグネシアなどを主成分としかつ他の成分を含む混合物の多孔質の板を使用することが好ましい。また、脱脂、焼結、いずれの目的で行う焼成においても、基台への焼き付を防止するため、板状セラミック成形体との間に窒化ホウ素の粉を介在させることが好ましい。

また、前記態様の図において、スペーサ８ｃは板状セラミック成形体の周縁部にのみ設ける態様を示したが、平面部であれば、その内側、更には、中心部辺りに設けてもよい。また、スペーサ８ｃの個数の上限は特に制限されるものではなく、板状体の大きさ、焼成後の除去の容易さなどを考慮して決定すればよい。また、スペーサ８ｃの個数の下限は、押さえ板１４を安定に保つため、最低３箇所に設けることが好ましい。

以上、本発明の一実施例に係る焼成方法および板状セラミックス成形体について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されない。
本発明の焼成方法によれば、後にブラスト処理などが不要であり、仕上がり面も良好である。

図１は本発明の一実施例に係るセラミックス焼成方法に用いられた板状セラミックス成形体の概略斜視図である。 図２は図１に示したセラミックス成形体を基台上に載置し、上方を押さえ板で押さえるときの断面図である。 図３（Ａ）は従来の方法でセラミックス成形体が押さえられたときの断面図で、図３（Ｂ）は、粉体の重さで、セラミックス成形体を押さえたときの断面図である。

符号の説明

８ 板状セラミックス成形体
８’ 焼成体
８ａ 平面部
８ｂ 上面
８ｃ 突起部
１０ スペーサ（ダミーの突起部）
１２ 基台
１４ 押さえ板
Ｔ スペーサの高さ
Ｔ’ 突起部の高さ

Claims (6)

1. 突起部を有する板状セラミックス成形体を、押さえ板を積載して焼成するに際し、前記突起部と押さえ板との間隔を保持するためのスペーサを、板状セラミックス成形体の平面部と押さえ板との間に設けて焼成することを特徴とする板状セラミックス成形体の焼成方法。
2. 板状セラミックス成形体が、セラミックス粉末と有機バインダーとよりなるセラミックスグリーン体であり、焼成が、該セラミックグリーン体の脱脂のための焼成である請求項１記載の板状セラミックス成形体の焼成方法。
3. 板状セラミックス成形体が、セラミックスグリーン体の脱脂体、あるいは有機バインダーを含有しない成形体であり、焼成が、該脱脂体および該成形体の焼結のための焼成である請求項１記載の板状セラミックス成形体の焼成方法。
4. 前記板状セラミックス成形体の平面部に非製品ゾーンを形成するとともに、該非製品ゾーンにおいて、前記スペーサが前記板状セラミックス成形体に一体化して設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックス焼成方法。
5. 前記スペーサがセラミックス成形体と同材質よりなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のセラミックス焼成方法。
6. 突起部を有する板状セラミックス成形体であって、平面部には、非製品ゾーンが形成されると共に、該非製品ゾーンに、前記突起部より高い突起部よりなるスペーサが一体に形成されていることを特徴とする板状セラミックス成形体。

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