JP2013161971A

JP2013161971A - セラミックス素子の製造方法

Info

Publication number: JP2013161971A
Application number: JP2012023262A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Uetani; 政之植谷; Ken KAKU; 健賀來; Kosei Onishi; 孝生大西
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2013-08-19
Anticipated expiration: 2032-02-06
Also published as: JP5795272B2

Abstract

【課題】粘着シートから別の粘着シートに複数のセラミックス基板を精度よく転写することができる技術を提供する。
【解決手段】セラミックス素子の製造方法であって、加熱ステップと、貼付ステップと、剥離ステップを有する。加熱ステップでは、複数の貫通孔が形成されているとともに加熱によって粘着力が低下する第１粘着シートに対して各貫通孔を塞ぐように貼り付けられた複数のセラミックス基板を、各貫通孔を介して吸引しながら、第１粘着シートを加熱する。貼付ステップでは、加熱ステップから継続して各貫通孔を介して各セラミックス基板を吸引しながら、各セラミックス基板の第１粘着シートに対して反対側の表面に、第２粘着シートを貼り付ける。剥離ステップでは、各セラミックス基板の吸引を停止した後に、第１粘着シートを各セラミックス基板から剥離する。
【選択図】図４

Description

本明細書が開示する技術は、セラミックス素子の製造方法に関する。

圧電素子等のセラミックス素子の製造工程において、複数のセラミックス基板を粘着シートに貼り付けて扱うことが一般的に知られている。また、複数のセラミックス基板を、粘着シートから別の粘着シートに転写することがある。例えば、特許文献１には、電子部品を、粘着シートから別の粘着シートに転写する技術が開示されている。

特開２００４−０８８０６８号公報

セラミックス基板を粘着シート（以下、第１粘着シートという）から別の粘着シート（以下、第２粘着シートという）に転写する従来の技術では、以下のように転写が行われる。従来の技術では、第１粘着シートに、熱発泡シート等のように加熱により粘着力が低下する粘着シートが用いられる。第２粘着シートには、種々の粘着シートが用いられる。第２粘着シートが、第１粘着シートと同様に、加熱により粘着力が低下する粘着シートであってもよい。従来の技術では、第１粘着シートに貼り付けられている複数のセラミックス基板の第１粘着シートに対して反対側の表面に、第２粘着シートを貼り付ける。そして、第１粘着シートを加熱する。これによって、第１粘着シートの粘着力を低下させる。その後、第１粘着シートをセラミックス基板から剥離する。これによって、第１粘着シートから第２粘着シートへ複数のセラミックス基板が転写される。

しかしながら、近年においては、セラミックス基板が極めて薄くなってきている。上述した従来の技術によって薄いセラミックス基板を第１粘着シートから第２粘着シート転写しようとすると、セラミックス基板が薄いために、第１粘着シートを加熱する際に第２粘着シートにまで熱が伝わる。その結果、第２粘着シートが熱変形してしまい、複数のセラミックス基板を精度よく第２粘着シートに転写することができない。すなわち、転写の前後で、複数のセラミックス基板の配列（ピッチ等）が変化してしまう。

また、加熱により粘着力が低下する粘着シートに代えて、紫外線の照射により粘着力が低下する粘着シートを第１粘着シートとして用いる転写方法も存在する。しかしながら、このタイプの粘着シートは、紫外線を照射した後でも粘着力が無くなることは無く、ある程度の粘着力が残る。このため、第１粘着シートを剥離するときに、第１粘着シート側からセラミックス基板を突き上げピンで突き上げることで、第１粘着シートとセラミックス基板の接触面積を小さくした状態で、第１粘着シートからセラミックス基板を剥離する。この時、突き上げピンによって第２粘着シートまで変形してしまい、転写の前後で、複数のセラミックス基板の配列が変化してしまう。また、セラミックス基板にクラックが入るという問題がある。薄いセラミックス基板を用いる場合には、紫外線の照射により粘着力が低下する粘着シートを第１粘着シートとして用いることは難しい。

したがって、本明細書では、加熱により粘着力が低下する粘着シートを用いて、精度よく複数のセラミックス基板を転写することができる技術を提供する。

本明細書が開示するセラミックス素子の製造方法は、加熱ステップと、貼付ステップと、剥離ステップを有する。加熱ステップでは、複数の貫通孔が形成されているとともに加熱によって粘着力が低下する第１粘着シートに対して各貫通孔を塞ぐように貼り付けられた複数のセラミックス基板を、各貫通孔を介して吸引しながら、第１粘着シートを加熱する。貼付ステップでは、加熱ステップから継続して各貫通孔を介して各セラミックス基板を吸引しながら、各セラミックス基板の第１粘着シートに対して反対側の表面に、第２粘着シートを貼り付ける。剥離ステップでは、各セラミックス基板の吸引を停止した後に、第１粘着シートを各セラミックス基板から剥離する。

なお、セラミックス基板は、セラミックス製の基材を有する基板を意味する。したがって、セラミックス基板が、セラミックス製の基材のみによって構成されたものであってもよいし、セラミックス製の基材に他の材料の部材（例えば、電極、保護膜等）が付加されたものであってもよい。また、セラミックス基板が、セラミックス素子そのものであってもよい。

この製造方法では、加熱ステップにおいて、各貫通孔を介して各セラミックス基板を吸引しながら、第１粘着シートを加熱する。加熱によって第１粘着シートの粘着力が低下するが、各貫通孔を介した吸引によって各セラミックス基板が固定されるので、加熱ステップでは第１粘着シートからセラミックス基板は剥離しない。貼付ステップでは、加熱ステップから継続して各貫通孔を介して各セラミックス基板を吸引しながら（すなわち、各セラミックス基板を固定した状態を維持しながら）、各セラミックス基板の第１粘着シートに対して反対側の表面に、第２粘着シートを貼り付ける。その後、各セラミックス基板の吸引を停止して、第１粘着シートを各セラミックス基板から剥離する。これによって、第１粘着シートから第２粘着シートに各セラミックス基板が転写される。この方法では、第１粘着シートの加熱時に第２粘着シートがセラミックス基板に貼り付けられていない。したがって、第２粘着シートが熱変形することが防止される。このため、この方法によれば、第１粘着シートから第２粘着シートに複数のセラミックス基板の配列（ピッチ等）を維持した状態で、一括で精度よく転写することができる。

第１粘着シート１０に貼り付けられたセラミックス素子２０の断面図。第１粘着シート１０に貼り付けられたセラミックス素子２０の上面図。転写工程を示すフローチャート。吸引処理の説明図。第２粘着シート４０を貼り付ける処理の説明図。第２粘着シート４０に貼り付けられたセラミックス素子２０の断面図。面積比率Ａ２／Ａ１と転写の位置精度との関係を示すグラフ。素子Ｂ１〜Ｂ４の寸法を示す図。寸法Ｌ、Ｗ及びＨの説明図。変形例のセラミックス素子の縦断面図。変形例のセラミックス素子の縦断面図。

最初に、以下に説明する実施例の特徴を列記する。なお、ここに列記する特徴は、何れも独立して有効なものである。

（特徴１）第１粘着シートに貼り付けられた状態の１つのセラミックス基板を第１粘着シートに対して垂直に見た場合に、そのセラミックス基板の面積に対するそのセラミックス基板に塞がれている貫通孔の面積の割合が、１５％以上であり、かつ、３５％以下である。

特徴１によれば、より高精度にセラミックス基板の転写を行うことができる。

（特徴２）セラミックス基板の最も薄い部分の厚みが、０．２ｍｍ以下である。

従来技術では、セラミックス基板の厚みが薄い場合に転写時の精度が極めて悪くなる。したがって、特徴２のように薄いセラミックス基板を扱う場合に、実施例の技術は特に有用である。

（特徴３）加熱ステップ及び貼付ステップでは、多孔質の吸着パッドを複数の貫通孔を覆うように第１粘着シートに接触させ、吸着パッドの内部の空孔を介して各セラミックス基板を吸引する。

特徴３によれば、細かい位置合わせを行うことなく、多孔質の吸着パッドによって複数のセラミックス基板を一度に吸引固定することができる。

（特徴４）第２粘着シートが、加熱によって粘着力が低下する粘着シートである。

従来技術では、第１粘着シートを加熱する際に第２粘着シートにも熱が加わる。このため、加熱によって粘着力が低下する粘着シートを第２粘着シートとして用いると、第１粘着シートの加熱時に第２粘着シートの粘着力が低下してしまう。したがって、第１粘着シートを剥離する際に、セラミックス基板が第２粘着シートから脱落してしまうことがある。これに対して、実施例の方法においては、第２粘着シートの加熱を抑制できるので、加熱によって粘着力が低下する粘着シートを第２粘着シートとして用いても、問題は生じない。

実施例のセラミックス素子の製造方法は、図１に示す第１粘着シート１０から図６に示す第２粘着シート４０にセラミックス素子２０を転写する工程に特徴を有する。最初に、図１の第１粘着シート１０とセラミックス素子２０について説明する。

図１に示す第１粘着シート１０は、接着剤層１２と、樹脂フィルム１４を有している。接着剤層１２は、樹脂フィルム１４の一方の表面に形成されている。接着剤層１２は、加熱すると発泡して粘着力が極めて低くなる接着剤により構成されている。すなわち、第１粘着シート１０は、熱発泡シートである。第１粘着シート１０には、その表面と裏面とを連通する貫通孔１６が複数個形成されている。

セラミックス素子２０は、圧電セラミックス製の基板と、その基板の両表面に形成された電極（図示省略）により構成されている。各セラミックス素子２０は、第１粘着シート１０の接着剤層１２に貼り付けられている。図２は、第１粘着シート１０に貼り付けられているセラミックス素子２０を上側から見た平面図を示している。図示するように、各セラミックス素子２０は、各セラミックス素子２０が各貫通孔１６を塞ぐように、第１粘着シート１０に貼り付けられている。すなわち、１つのセラミックス素子２０が、対応する１つの貫通孔１６を塞いでいる。各セラミックス素子２０の重心２０ａは、第１粘着シート１０に対して垂直に見た時に貫通孔１６と重複する位置に存在している。

第１粘着シート１０に複数のセラミックス素子２０が貼り付けられている図１の構造は、以下のようにして形成される。まず、セラミックス素子２０の材料であるセラミックスウエハを、ガラス板上に固定する。セラミックスウエハは、圧電セラミックスからなるウエハと、その両表面に形成されている電極等により構成されている。次に、ガラス板上においてセラミックスウエハをダイシングする。これによって、セラミックスウエハを、複数のセラミックス素子２０に分割する。この段階では、各セラミックス素子２０は、ガラス板上に固定されている。次に、各セラミックス素子２０のガラス板に対して反対側の表面に、第１粘着シート１０を貼り付ける。このとき、第１粘着シート１０の各貫通孔１６が、各セラミックス素子２０によって塞がれるようにする。次に、各セラミックス素子２０をガラス板から分離する。これによって、図１に示す構造が得られる。

なお、図１に示す構造の形成方法は、上記の方法に限られない。例えば、上記のセラミックスウエハを第１粘着シート１０に貼り付け、第１粘着シート１０上においてセラミックスウエハをダイシングしてもよい。ダイシングラインが第１粘着シート１０の貫通孔１６と重複しないようにしてダイシングを行うことで、図１に示すように、分割された各セラミックス素子２０を貫通孔１６上に配置することができる。

次に、セラミックス素子２０を第１粘着シート１０から第２粘着シート４０に転写する方法について説明する。セラミックス素子２０の転写は、図３に示すフローチャートに従って実行される。ステップＳ２では、最初に、図４に示すように吸着パッド３０を配置する。吸着パッド３０は、多孔質材料からなるプレート３２を有している。プレート３２の内部には、多数の空孔が形成されている。空孔は互いに繋がっている。このため、プレート３２の内部を空気が流通することができる。ここでは、第１粘着シート１０のうちの貫通孔１６が形成されている領域全体に対してプレート３２が接触するように、吸着パッド３０をセットする。すなわち、プレート３２によって、全ての貫通孔１６を覆う。次に、吸着パッド３０によって吸引を行う。すなわち、図４の矢印１００に示すように、吸着パッド３０内の空気を排出する。すると、プレート３２の内部の空孔を介して、各貫通孔１６内の空気がその外部に排出される。これによって、各貫通孔１６内が減圧され、各セラミックス素子２０が貫通孔１６によって吸引（吸着）される。次に、各セラミックス素子２０を吸引した状態を維持しながら、第１粘着シート１０を加熱する。ここでは、約１２０℃に第１粘着シート１０を加熱する。第１粘着シート１０は、プレート３２内に設けた加熱装置により加熱してもよいし、他の加熱装置により加熱してもよい。第１粘着シート１０を加熱すると、接着剤層１２が粘着力をほぼ失う。なお、各セラミックス素子２０は各貫通孔１６によって吸引されているので、接着剤層１２の粘着力が低下しても、各セラミックス素子２０が第１粘着シート１０の表面に固定されている状態が維持される。

ステップＳ４では、最初に、加熱装置を停止させる。これによって、各セラミックス素子２０を、常温まで冷却する。なお、ステップＳ４では、ステップＳ２から継続して吸着パッド３０による吸引を実行し続ける。したがって、ステップＳ４でも、各セラミックス素子２０が第１粘着シート１０の表面に固定されている状態が維持される。各セラミックス素子２０が常温まで冷却されたら、図５に示すように、各セラミックス素子２０の表面（第１粘着シート１０に対して反対側の表面）に、第２粘着シート４０を貼り付ける。第２粘着シート４０は、接着剤層４２と、樹脂フィルム４４を有している。接着剤層４２は、樹脂フィルム４４の一方の表面に形成されている。接着剤層４２は、加熱すると発泡して粘着力が極めて低くなる接着剤により構成されている。すなわち、第２粘着シート４０は、熱発泡シートである。ここでは、接着剤層４２を各セラミックス素子２０と接触させて、第２粘着シート４０を各セラミックス素子２０に貼り付ける。

上記の通り、各セラミックス素子２０が常温まで冷却された後に第２粘着シート４０を各セラミックス素子２０に貼り付けるので、貼り付け時に第２粘着シート４０は加熱されない。これによって、第２粘着シート４０が熱変形（例えば、熱膨張等）することが防止されるとともに、第２粘着シート４０の接着剤層４２の粘着力が低下することが防止される。

ステップＳ６では、最初に、吸着パッド３０の吸引を停止させる。次に、吸着パッド３０を第１粘着シート１０から引き離す。次に、第１粘着シート１０を、各セラミックス素子２０から剥離する。第１粘着シート１０の接着剤層１２の粘着力はほぼ失われているので、第１粘着シート１０を各セラミックス素子２０から容易に剥離することができる。これによって、図６に示すように、各セラミックス素子２０が第２粘着シート４０に貼り付けられた状態が得られる。すなわち、第１粘着シート１０から第２粘着シート４０へ各セラミックス素子２０を転写する工程が完了する。

以上に説明したように、この製造方法では、第１粘着シート１０に対する加熱を完了した後に、第２粘着シート４０を各セラミックス素子２０に貼り付ける。したがって、第２粘着シート４０に熱が加わらない。このため、第２粘着シート４０の熱変形が抑制される。したがって、第１粘着シート１０に貼り付けられているときのセラミックス素子２０の配列をほぼ維持したまま、これらのセラミックス素子２０を第２粘着シート４０に転写することができる。すなわち、この方法によれば、高精度な転写が可能である。

また、上記のように第２粘着シート４０が熱発泡シートであっても、実施例の技術によれば、転写工程において第２粘着シート４０の粘着力の低下を防止できる。したがって、第１粘着シート１０を剥離するときに、第２粘着シート４０からセラミックス素子２０が脱落することを防止することができる。

なお、上記の実施例では、加熱装置の停止後に、各セラミックス素子２０が常温まで冷却されるのを待ってから、各セラミックス素子２０に第２粘着シート４０を貼り付けた。しかしながら、必ずしも常温まで冷却する必要は無い。第２粘着シートが実質的に熱変形しない温度まで各セラミックス素子２０の温度が低下していれば、各セラミックス素子２０に対する第２粘着シート４０の貼り付けはいつ行ってもよい。

なお、転写の精度は、セラミックス素子の面積と、貫通孔の面積との比率に相関することが分かっている。図７の横軸は、第１粘着シート１０に貼り付けられた状態のセラミックス素子２０を第１粘着シート１０に対して垂直に見た場合における、セラミックス素子２０の面積Ａ１に対する、貫通孔１６の面積Ａ２の比率Ａ２／Ａ１を示している。図７の縦軸は、第２粘着シート４０に転写した後の第２粘着シート４０上における各セラミックス素子２０の位置のばらつきを示している。位置ばらつきは次の様に評価した。工具顕微鏡を用いて、第２粘着シート４０に転写した後の複数のセラミックス素子２０の中心座標を測定した。次に各セラミックス素子２０の中心間のピッチを算出し、算出したピッチとピッチの設計値の差を位置ばらつきとした。図７の実験は、素子Ｂ１〜素子Ｂ４の４種類のサイズを有するセラミックス素子２０を用いて行った。図８は、素子Ｂ１〜素子Ｂ４のサイズを示している。また、図９は、図８の寸法Ｌ、Ｗ、Ｈを示している。なお、図９のセラミックス素子２０の下面が第１粘着シート１０に貼り付けられる面であり、上面が第２粘着シート４０に貼り付けられる面である。図７において、比率Ａ２／Ａ１が０％の場合のデータは、貫通孔１６が形成されていない場合の結果を示している。図７に示すように、素子Ｂ１を除けば、貫通孔１６を形成すれば、比率Ａ２／Ａ１が何れの値であっても、貫通孔１６が形成されていない場合よりも位置精度を向上できることが分かった。また、素子Ｂ１では、比率Ａ２／Ａ１が６５％以下であれば、貫通孔１６を形成することで、貫通孔１６が形成されていない場合よりも位置精度を向上できることが分かった。なお、何れの素子でも、比率Ａ２／Ａ１を大きくしすぎると、位置精度が悪くなる傾向にある。これは、貫通孔１６をセラミックス素子２０に対して大きくしすぎると、吸引時にセラミックス素子２０が貫通孔１６内に嵌ってしまったり、貼り付けステップ時にセラミックス素子２０が貫通孔１６に掛かる部分で割れる場合があるためである。図７から、比率Ａ２／Ａ１が、５％以上であり、６５％以下であれば、位置精度が明らかに向上することが分かる。また、特に、比率Ａ２／Ａ１が、１５％以上であり、５０％以下であるときに、位置精度が著しく向上することが分かる。

なお、上述した実施例では、セラミックス素子を転写する方法を説明したが、セラミックス素子を製造する過程の半製品に対して実施例と同様の転写方法が用いられてもよい。

また、上述した実施例では、セラミックス素子（すなわち、セラミックス基板）が略一定の厚みを有していたが、図１０、１１に示すようにセラミックス素子の厚みが位置によって変化していてもよい。この場合には、セラミックス素子の最も薄い部分の厚みＨが、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。

また、上述した実施例では、第２粘着シート４０として熱発泡シートを使用したが、第２粘着シートとして別の粘着シート（例えば、紫外線の照射により粘着力が低下する粘着シート）を用いてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：粘着シート
１２：接着剤層
１４：樹脂フィルム
１６：貫通孔
２０：セラミックス素子
３０：吸着パッド
３２：プレート
４０：粘着シート
４２：接着剤層
４４：樹脂フィルム

Claims

セラミックス素子の製造方法であって、
複数の貫通孔が形成されているとともに加熱によって粘着力が低下する第１粘着シートに対して各貫通孔を塞ぐように貼り付けられた複数のセラミックス基板を、各貫通孔を介して吸引しながら、第１粘着シートを加熱する加熱ステップと、
加熱ステップから継続して各貫通孔を介して各セラミックス基板を吸引しながら、各セラミックス基板の第１粘着シートに対して反対側の表面に、第２粘着シートを貼り付ける貼付ステップと、
各セラミックス基板の吸引を停止した後に、第１粘着シートを各セラミックス基板から剥離する剥離ステップ、
を有する製造方法。
第１粘着シートに貼り付けられた状態の１つのセラミックス基板を第１粘着シートに対して垂直に見た場合に、そのセラミックス基板の面積に対するそのセラミックス基板に塞がれている貫通孔の面積の割合が、１５％以上であり、かつ、５０％以下である請求項１の製造方法。
セラミックス基板の最も薄い部分の厚みが、０．２ｍｍ以下である請求項１または２に記載の製造方法。
加熱ステップ及び貼付ステップでは、多孔質の吸着パッドを複数の貫通孔を覆うように第１粘着シートに接触させ、吸着パッドの内部の空孔を介して各セラミックス基板を吸引する請求項１〜３の何れか一項に記載の製造方法。