JP2011121807A - Method for producing alumina sintered compact - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フォトダイオード、レーザーダイオードのサブマウントや、送受信機用回路基板などに使用されるアルミナ質焼結体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing an alumina sintered body used for a submount of a photodiode or a laser diode, a circuit board for a transceiver, or the like.
フォトダイオード、レーザーダイオードのサブマウントや、送受信機用回路基板などに使用されるアルミナ質焼結体は、誘電損失(tanδ)が1×10−4以下であることが求められている。このようなアルミナ質焼結体は、アルミナ原料粉末に焼結助剤、バインダー、可塑剤、溶剤を加え、ドクターブレード法によりグリーンシートに成形し、焼成して製造されている。 Alumina sintered bodies used for photodiodes, laser diode submounts, transceiver circuit boards, and the like are required to have a dielectric loss (tan δ) of 1 × 10 −4 or less. Such an alumina sintered body is manufactured by adding a sintering aid, a binder, a plasticizer, and a solvent to an alumina raw material powder, forming the green sheet by a doctor blade method, and firing it.
アルミナ質焼結体中に不純物としてNaやKなどのアルカリ金属が多く含まれていると誘電損失が著しく上昇するため、焼結体中のアルカリ成分含有量を極力少なくする必要がある。このアルカリ金属が多く含まれる原因としては、元々のアルミナ原料粉末に含まれている場合が考えられ、これを回避するために、特許文献1には、不純物の含有量が元素基準のppm単位でSi80以下、Mg60以下でSi/Mgが1〜5、かつ他の金属、アルカリ成分等が一元素60以下、総量70以下としたアルミナ磁器組成物が開示されている。 If the alumina-based sintered body contains a large amount of alkali metals such as Na and K as impurities, the dielectric loss increases remarkably, so that the alkali component content in the sintered body needs to be reduced as much as possible. The cause of the large amount of alkali metal is considered to be contained in the original alumina raw material powder, and in order to avoid this, Patent Document 1 describes that the impurity content is in ppm on an element basis. An alumina ceramic composition is disclosed in which Si80 or less, Mg60 or less, Si / Mg is 1 to 5, and other metals, alkali components, etc. are one element 60 or less and the total amount 70 or less.
焼結体中にアルカリ金属が多く含まれる他の原因として、成形体をセッターに載置して焼成する工程で、セッターにアルカリ成分等の副成分が多く含まれていると前記副成分がアルミナ成形体に移動することが考えられる。このため、アルミナ純度が99.9%以上の高純度セッターを使用し、セッターに含まれるアルカリ成分が極力少なくなるようにしていた。 As another cause of the presence of a large amount of alkali metal in the sintered body, if the setter contains a large amount of subcomponents such as an alkali component in the step of placing and firing the molded body on a setter, the subcomponent is alumina It can be considered to move to the molded body. For this reason, the high purity setter whose alumina purity is 99.9% or more was used so that the alkali component contained in the setter was reduced as much as possible.
特許文献1に開示されるアルミナ質焼結体では、アルミナ原料中のアルカリ金属酸化物や不純物の量を減少させ、アルミナ原料を高純度化させる必要があるため、生産性が低下するという問題があった。また、アルミナ純度が99.9%の高純度セッターを使用すれば、上述したセッターからセラミック成形体へのアルカリ成分の移動は防止できるものの、アルミナ成形体にもともと含まれるアルカリ成分は減らすことができなかった。 In the alumina sintered body disclosed in Patent Document 1, it is necessary to reduce the amount of alkali metal oxides and impurities in the alumina raw material and to make the alumina raw material highly purified. there were. In addition, if a high-purity setter having an alumina purity of 99.9% is used, the alkali component can be prevented from moving from the setter to the ceramic molded body, but the alkali component originally contained in the alumina molded body can be reduced. There wasn't.
本発明は、上述した従来のアルミナ質焼結体の製造方法が有する課題に鑑みなされたもので、その目的は、アルミナ原料中のアルカリ金属酸化物が0.1重量%以下であれば、誘電損失が小さいアルミナ質焼結体を製造できる方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems of the above-mentioned conventional method for producing an alumina sintered body, and the object thereof is to provide a dielectric if the alkali metal oxide in the alumina raw material is 0.1% by weight or less. An object of the present invention is to provide a method capable of producing an alumina sintered body with low loss.
本発明者は、セッターに含まれる成分を種々変えて実験した結果、アルミナ成形体を焼成する工程においてセッターに含まれるSiO2成分がアルミナ成形体のアルカリ成分を吸収する作用があることを見出し本発明を完成させるに到った。
すなわち、本発明のアルミナ質焼結体の製造方法は、Al2O3を99.4重量%以上、アルカリ金属酸化物を0.1重量%以下含有するアルミナ原料粉末、焼結助剤、バインダー、可塑剤、溶剤を混合してスラリーを形成する工程と、
前記スラリーを成形してアルミナ成形体を形成する工程と、
前記アルミナ成形体を、Al2O3を85.0重量%〜97.5重量%、SiO2を2.5重量%〜15.0重量%含有するアルミナ製耐火物のセッターの上に載置して焼成する工程を有することを特徴とするアルミナ質焼結体の製造方法である。
ここで、アルミナ原料中のアルミナ(Al2O3)含有量は、99.4重量%以上が好ましい。アルミナ含有量が99.4重量%未満になるとアルミナ原料中の副成分が多くなりアルカリ金属酸化物が増える為、セッターがアルミナ成形体中のアルカリ成分を吸収しきれずアルミナ質焼結体の誘電損失を十分下げることができない。
アルミナ原料中のアルカリ金属酸化物としてはNa2O、K2Oが挙げられる。アルミナ原料中のアルカリ金属酸化物の含有量は、0.1重量%以下が好ましい。アルカリ金属酸化物の量が0.1重量%より多くなると、セッターがアルミナ成形体中のアルカリ成分を吸収しきれずアルミナ質焼結体の誘電損失を十分下げることができない。
アルミナ原料中には、Fe2O3などの不純物を少量含んでいても良い。
セッターのSiO2含有量は、2.5重量%から15.0重量%の範囲である。SiO2含有量が2.5重量%未満では、アルミナ成形体中のアルカリ成分を十分吸収しきれずアルミナ質焼結体の誘電損失を十分下げることができない。SiO2含有量が15.0重量%より多くなると、セッターの強度が弱くなってしまう。
セッター中には、Fe2O3やNa2Oなどの不純物を少量含んでいても良い。
アルミナ成形体は、大気雰囲気中で、1620℃〜1630℃の温度で焼成する。
As a result of experimenting by changing various components contained in the setter, the present inventor found that the SiO 2 component contained in the setter has an action of absorbing the alkali component of the alumina molded body in the step of firing the alumina molded body. The invention has been completed.
That is, the method for producing an alumina sintered body of the present invention comprises an alumina raw material powder containing 99.4% by weight or more of Al 2 O 3 and 0.1% by weight or less of an alkali metal oxide, a sintering aid and a binder A step of mixing a plasticizer and a solvent to form a slurry;
Forming the slurry to form an alumina molded body;
Wherein placing the alumina compact, the Al 2 O 3 85.0 wt% to 97.5 wt%, on a setter made of alumina refractories containing SiO 2 2.5 wt% to 15.0 wt% And a method for producing an alumina sintered body, comprising a step of firing.
Here, the alumina (Al 2 O 3 ) content in the alumina raw material is preferably 99.4% by weight or more. When the alumina content is less than 99.4% by weight, the secondary component in the alumina raw material increases and the alkali metal oxide increases, so the setter cannot fully absorb the alkali component in the alumina molded body and the dielectric loss of the alumina sintered body Can not be lowered sufficiently.
Examples of the alkali metal oxide in the alumina raw material include Na 2 O and K 2 O. The content of the alkali metal oxide in the alumina raw material is preferably 0.1% by weight or less. If the amount of the alkali metal oxide exceeds 0.1% by weight, the setter cannot fully absorb the alkali component in the alumina molded body, and the dielectric loss of the alumina sintered body cannot be sufficiently reduced.
The alumina raw material may contain a small amount of impurities such as Fe 2 O 3 .
The setter has a SiO 2 content ranging from 2.5 wt% to 15.0 wt%. If the SiO 2 content is less than 2.5% by weight, the alkali component in the alumina molded body cannot be sufficiently absorbed and the dielectric loss of the alumina sintered body cannot be sufficiently reduced. When the SiO 2 content is more than 15.0% by weight, the strength of the setter becomes weak.
The setter may contain a small amount of impurities such as Fe 2 O 3 and Na 2 O.
The alumina molded body is fired at a temperature of 1620 ° C. to 1630 ° C. in an air atmosphere.
本発明によれば、セッター中のSiO2がアルミナ成形体中のアルカリ成分を吸収するため、誘電損失が小さいアルミナ質焼結体を製造できる。 According to the present invention, since the SiO 2 in the setter absorbs the alkali component in the alumina molded body, an alumina sintered body having a small dielectric loss can be produced.
実施例
Na2Oを0.04重量%、MgOを0.1重量%、SiO2を0.05重量%,Fe2O3を0.01重量%含有するアルミナ原料に対して焼結助剤としてのMgOを外掛けで0.17重量%添加した混合粉末、バインダー、可塑剤、溶剤をボールミルに入れて混合し、スラリーを作成した。得られたスラリーをドクターブレード法で製膜、乾燥し、厚さが400μmのグリーンシートを作成した。このグリーンシートを2枚積層し積層体を形成した。次に、表1に示す7種類のセッターを用意し、それぞれのセッターに上記積層体を載置して、大気雰囲気中、1625℃で積層体を焼成してアルミナ質焼結体を得た。得られたアルミナ質焼結体のtanδを、JIS R 1641に示す10GHz空洞共振法で測定し、表1の結果を得た。
次に、実施例1、比較例1及び比較例2で得られたアルミナ質焼結体のX線データを測定した。結果を図1に示す。図1に示すとおり、SiO 2 をほとんど含まない比較例1のセッターで焼成したアルミナ質焼結体のX線データにはNa化合物の(Na2O)(MgO)4(Al2O3)15のピークが出ていた。また、SiO 2 を1.0重量%含む比較例2のセッターで焼成したアルミナ質焼結体のX線データにも(Na2O)(MgO)4(Al2O3)15のピークがわずかに出ていた。これに対して、SiO 2 を2.5重量%含む実施例1のセッターで焼成したアルミナ質焼結体のX線データには(Na2O)(MgO)4(Al2O3)15のピークは現れなかった。このことより、セッター中のSiO2がアルミナ成形体のアルカリ成分を吸収したと推察される。
Next, X-ray data of the alumina sintered bodies obtained in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were measured. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 1, the X-ray data of the alumina sintered body fired by the setter of Comparative Example 1 containing almost no SiO 2 shows the Na compound (Na 2 O) (MgO) 4 (Al 2 O 3 ) 15 The peak was out. Also, the peak of (Na 2 O) (MgO) 4 (Al 2 O 3 ) 15 is slightly observed in the X-ray data of the alumina sintered body fired with the setter of Comparative Example 2 containing 1.0% by weight of SiO 2. I was out. On the other hand, the X-ray data of the alumina sintered body fired by the setter of Example 1 containing 2.5% by weight of SiO 2 includes (Na 2 O) (MgO) 4 (Al 2 O 3 ) 15 No peak appeared. From this, it is inferred that SiO 2 in the setter absorbed the alkali component of the alumina molded body.
Claims (1)
前記スラリーを成形してアルミナ成形体を形成する工程と、
前記アルミナ成形体を、Al2O3を85.0重量%〜97.5重量%、SiO2を2.5重量%〜15.0重量%含有するアルミナ製耐火物のセッターの上に載置して焼成する工程を有することを特徴とするアルミナ質焼結体の製造方法。
A step of forming a slurry by mixing alumina raw material powder containing 99.4 wt% or more Al 2 O 3 and 0.1 wt% or less alkali metal oxide, a sintering aid, a binder, a plasticizer, and a solvent; ,
Forming the slurry to form an alumina molded body;
Wherein placing the alumina compact, the Al 2 O 3 85.0 wt% to 97.5 wt%, on a setter made of alumina refractories containing SiO 2 2.5 wt% to 15.0 wt% And a method of producing an alumina sintered body, comprising a step of firing.
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