JP2014115021A

JP2014115021A - コンデンサチップ真空焼結炉

Info

Publication number: JP2014115021A
Application number: JP2012269764A
Authority: JP
Inventors: Junji Suzuki; 木淳司鈴; Kazuo Sato; 藤一生佐; Yasuhiko Goda; 田安彦郷
Original assignee: OPPC CO Ltd
Current assignee: OPPC CO Ltd
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-26

Abstract

【課題】トレイの内部温度を正確に把握できるコンデンサチップ真空焼結炉を提供する。
【解決手段】底部に焼結用ゲート１０を有し、コンデンサチップの有機バインダー除去と高温焼結を行なう焼結チャンバー１と、焼結チャンバーの下側に設置され、回転式テーブルに搭載されて回転し上部に冷却用ゲート１０ｂを有し不活性ガスによりパッシベーションと冷却を行なう２台の冷却チャンバー２と、コンデンサチップが収納され、中央に設けられた取付け軸に切欠きを有し、蓋付きの単数または複数のトレイからなるトレイユニット３と、トレイユニット３をトレイ保持チューブ21で保持し、トレイユニット３の上昇、回転及び下降を行なうトレイ駆動機構４と、トレイ保持チューブ２１内に設けられ、トレイの内部温度を測定する単数または複数の熱電対１９と、トレイ保持チューブ２１の側壁に設けられ、切欠きと連通してトレイの内部に開口する温度測定孔２３とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、コンデンサチップ真空焼結炉に係り、より詳しくは、タンタルやニオブなどの高融点金属のコンデンサチップを焼結する際に、正確な温度を把握できるコンデンサチップ真空焼結炉に関する。

一般にタンタルのコンデンサチップは、タンタル粉末から造られ、その寸法は数ミリ角と小さい。まずタンタル粉末を型に入れ、引出しワイヤを挿入してプレス成形し、次に高温で真空焼結することにより不純物を追い出し、スポンジのような多数の空孔がある焼結体にする。空孔があり内部面積が大きいので、大きな静電容量が得られる。タンタル粉末の粒子の径は数μｍであるが、微細な粉末ほど低電圧で高容量のコンデンサ特性が得られ、微細化が進んでいる。例えば容量８０ｋＣＶが得られるタンタル粉末は粒子径が約１．５μｍであり、容量１５０ｋＣＶが得られるタンタル粉末は粒子径が約０．８μｍである。

特許文献１には、タンタルやニオブのコンデンサチップを焼結する真空焼結炉が示される。ここでは１５００℃の高温焼結の前に、３００℃±３０℃に保持したヒーターゾーンでコンデンサチップを加熱して、添加した有機バインダーを揮散させて有機バンダーの除去を行なっている。また、高温焼結後、冷却中のコンデンサチップを排出チャンバーの中でアルゴンまたはヘリウム等の不活性ガス（以後、不活性ガスという）にさらし、パッシベーションを行なっている。パッシベーションは、チップの表面を不活性化（安定化）する処理のことで、これにより焼結したコンデンサチップが空気中の酸素と反応して発熱もしくは発火することを防いでいる。

このような有機バンダー除去は、バンイダーとなる樹脂の種類によっても温度が異なるので、正確な温度での実施が求められる。また、パッシベーションは、不活性ガスを投入する際、何度の温度で投入を行なうのが良いかの条件がある。特許文献１に示されるように、コンデンサチップはトレイに入って複数の炉を移動するので、例えば炉内の壁などに熱電対を設置しても、トレイ内の正確な温度を把握できなかった。

特開２００３−１４８８７０号公報

本発明の目的は、コンデンサチップを収納するトレイの内部温度を正確に把握できるコンデンサチップ真空焼結炉を提供することにある。

本発明によるコンデンサチップ真空焼結炉は、底部に開閉可能な焼結用ゲートを有し、真空状態でコンデンサチップの有機バインダー除去と高温焼結を行なう焼結チャンバーと、前記焼結チャンバーの下側に設置され、回転式テーブルに搭載されて回転し、上部に開閉可能な冷却用ゲートを有し、真空状態で不活性ガスによりパッシベーションと冷却を行なう２台の冷却チャンバーと、コンデンサチップが収納され、中央に設けられた取付け軸に切欠きを有し、蓋付きの単数または複数のトレイからなるトレイユニットと、前記冷却チャンバーに設けられ、トレイ保持チューブで前記トレイユニットを貫いて保持し、前記トレイユニットの上昇、回転及び下降を行なうトレイ駆動機構と、前記トレイ保持チューブ内に設けられ、前記トレイの内部温度を測定する単数または複数の熱電対と、前記トレイ保持チューブの側壁に設けられ、前記切欠きと連通して前記トレイの内部に開口する温度測定孔と、が備えられることを特徴とする。

前記焼結チャンバーの天井と、前記トレイ保持チューブの台座にハニカム構造の白金触媒が設置されていることを特徴とする。

供給ラインから前記トレイユニットを取り出して前記冷却チャンバーに設けられた前記トレイ保持チューブに装着し、前記トレイ保持チューブからトレイユニットを取り外して排出ラインに送り出すローダ・アンローダ機構が、さらに設けられることを特徴とする。

本発明のコンデンサチップ真空焼結炉によれば、熱電対をトレイ保持チューブ内に設け、かつ温度測定孔をトレイ保持チューブの側壁に設け、トレイの取付け軸の切欠きと連通させてトレイの内部に開口させたので、蓋を有するトレイ内の温度を正確に把握することができる。トレイが移動しても温度の把握ができる。例えばパッシベーション（不活性化処理）の正確な温度制御が可能となり、品質を安定させることができる。また、冷却チャンバーを２台設けたので、一方を先行するトレイユニットの冷却に使用し、他方を次の高温焼結を行なうトレイユニットの供給に使用することで高性能化できる。さらに、２台の冷却チャンバー回転式テーブルに搭載して回転させたので、横長の装置にはならず小型化できる。焼結用ゲートは、焼結チャンバーの底部を遮断して内部を良好に真空にできる。冷却用ゲートは、冷却チャンバーの上部を遮断して内部を良好に真空にできる。

焼結チャンバーの天井と、トレイ保持チューブの台座にハニカム構造の白金触媒を設けたので、有機バインダー除去工程での排気ガスを無害化できる。具体的には、排気ガスのにおいを消すことができ、また、炉内や排気通路の付着物を減らすことができる。

供給ラインからトレイユニットを取り出してトレイ保持チューブに装着し、トレイ保持チューブからトレイユニットを取り外して排出ラインに送り出すローダ・アンローダ機構を設けたので、操作性を向上できる。

本発明によるコンデンサチップ真空焼結炉１００の正面図である。コンデンサチップ真空焼結炉１００の平面図である。コンデンサチップ真空焼結炉１００の右側面図である。コンデンサチップ真空焼結炉１００の左側面図である。図１の焼結チャンバー、冷却チャンバー及び周囲の拡大図である。図５のトレイユニットの拡大図である。トレイユニットの分解説明図である。炉内に設置される白金触媒の外観図である。

以下、図面を参照して、本発明のコンデンサチップ真空焼結炉について詳しく説明する。

図１は、本発明のコンデンサチップ真空焼結炉１００の正面図である。コンデンサチップ真空焼結炉１００は、高温焼結を行なう焼結チャンバー１と、焼結チャンバー１の下側に設置される２台の冷却チャンバー２と、３段のトレイを有するトレイユニット３と、トレイユニット３を上昇させてトレイユニット３を焼結チャンバー１の内部に挿入し、焼結後にトレイユニット３を下降させて引き戻すトレイ駆動機構４と、を含んで構成される。制御部５は、コンデンサチップ真空焼結炉１００の制御を行なう。前面の部分は制御部５のパネルである。コンデンサチップ真空焼結炉１００には、供給ライン２６に並んだトレイユニット３を取り出して冷却チャンバー２のトレイ保持チューブ２１（セラミックなどの複合耐熱材で構成）に装着し、また、冷却チャンバー２のトレイ保持チューブ２１からトレイユニット３を取り外して排出ライン２７に送り出すローダ・アンローダ機構７が設けられる。なお、このコンデンサチップ真空焼結炉は、横幅が３ｍ、高さが２．３ｍ、奥行きが２．３ｍである。

図２は、コンデンサチップ真空焼結炉１００の平面図である。２台の冷却チャンバー２は、回転式テーブル１３で回転され、左右の位置に交互に移動する。トレイユニット３は、図２の右側の供給ライン２６に一列に並んでセットされる。焼結と冷却が終了したトレイユニット３は、図２の右側の排出ライン２７に一列に並んで排出される。冷却チャンバー２は回転式テーブル１３で回転する。真空システム６は、ポンプで焼結チャンバー１と冷却チャンバー２を真空にする。

図３は、コンデンサチップ真空焼結炉１００の右側面図である。供給ライン２６と排出ライン２７は、装置の中段に設けられる。トレイユニット３は供給ライン２６に５セットを搭載できる。トレイユニット３は、１ｉ、２ｉ、３ｉの順にピックアップされ、上部の投入ステーションに送り込まれる。処理が終了したトレイユニット３は、投入ステーションから引き下ろされ、１ｏ、２ｏ、３ｏの順に排出ラインに並ぶ。図４は、コンデンサチップ真空焼結炉１００の左側面図である。図４は、左側が制御部５の本体部分で、中央が真空システム６である。

図５は、図１の焼結チャンバー１、冷却チャンバー２及び周囲の拡大図である。焼結チャンバー１にトレイユニット３が挿入されると、加熱昇温されコンデンサチップ３１の有機バインダーを揮散させて、有機バインダーの除去が行なわれる。さらに１２００〜１５００℃に昇温されてコンデンサチップの焼結が行なわれる。所定時間の焼結が終了すると、トレイ駆動機構４がトレイユニット３を下降させ、冷却チャンバー２に格納する。そして図５の左側の冷却チャンバー２が回転式テーブル１３で回転されて、図５の右側の位置に移動する。それまで図５の右側にあった冷却チャンバー２は、次のトレイユニット３を保持して、図５の左側の位置に回転移動する。これにより次のトレイユニット３の焼結と、前のトレイユニット３の冷却が並行して実行される。ヒータ９、水冷用ポンプ１２、高真空用ポンプ１１が備えられる。ゲート１０は、開閉可能な扉で、焼結用ゲート１０ａと、冷却用ゲート１０ｂからなる。焼結用ゲート１０ａは、トレイユニット３の中央軸が下から上に延びている状態で、横にスライドして焼結チャンバー１の底部を遮断する。冷却用ゲート１０ｂは、横にスライドして冷却チャンバー２の上部を遮断する。これにより炉内を良好に真空にできる。

図６は、図５のトレイユニットの拡大図である。図６に示すように、トレイユニット３は、トレイ保持チューブ２１によって中央が貫かれるように装着される。トレイ３ｂには蓋３ａが設けられ、いずれもセラミック製である。トレイユニット３は、トレイ駆動機構４によって上下動される。トレイ保持チューブ２１には、熱電対１９の頭部がトレイ３ｂの内部の温度を測定できるように、複数の温度測定孔２３が設けられ、トレイ３ｂの内部に開口している。トレイ３ｂは、中央にトレイ保持チューブ２１が挿入される中空の取付け軸３ｃがあり、取付け軸３ｃには、複数の切欠き２４が設けられ、温度測定孔２３を塞がないように連通させている。

図６に示すように、熱電対１９の頭部は、トレイ保持チューブ２１の温度測定孔２３が取付け軸３ｃの切欠き２４に連通してトレイ３ｂの内部に開口しているので、トレイ３ｂに収納されたコンデンサチップ３１の温度を正確に把握できる。トレイ保持チューブ２１は、上端開口部２５により上端が開口しているので、トレイ３ｂに蓋３ａがあっても、内部の空気を外部に排出できる。トレイユニット３が冷却チャンバー２の中にある場合、不活性ガスを上端開口部２５から温度測定孔２３を通ってトレイ３ｂの内部に入れることができる。

図６に示すように、焼結チャンバー１の天井と、トレイ保持チューブ２１の台座にハニカム構造の白金触媒３０を設置した。白金触媒３０は、コンデンサチップ３１の有機バインダー除去を行なう際、排気ガスのにおいを消し、炉内や排気通路の付着物を減らすことができる。

図７は、トレイユニット３の分解説明図である。トレイユニット３は、回転支持軸２０が上昇することで焼結チャンバー１に送り込まれる。トレイユニット３は３段積みのトレイ３ｂからなり、トレイ３ｂの内部の温度を測定するため、３組の熱電対１９が回転支持軸２０の内部に配置される。温度測定孔２３は、トレイ保持チューブ２１の側壁に複数設けられる。図７の右上方に示すように、トレイ３ｂの中央の取付け軸３ｃには、切欠き２４が設けられる。なお、トレイ３ｂの段数は３段に限られるものはなく１段でもよい。熱電対１９も３組に限られるものではない。

図８は、炉内に設置される白金触媒の外観図である。白金触媒３０はハニカム構造の箱型のものである。なお白金触媒は白金等の貴金属を表すものとする。

コンデンサチップが焼結される際の工程には、有機バインダー除去工程、高温焼結工程、それにパッシベーション工程がある。有機バインダー除去工程は、焼結チャンバー１の中で３００〜５００℃に加熱される工程である。これはタンタル粉末をプレスする際、形状が崩れないように有機バインダーが使用されるので、これを揮散させるものである。高温焼結工程は１０００〜１７００℃の適切な温度で行なわれる。高温焼結後、トレイユニット３は８００℃まで冷却されて冷却チャンバーに移される。温度が所定の温度まで低下すると不活性ガスが注入される。すなわちコンデンサチップ３１が空気中の酸素と反応しないように不活性化するパッシベーション工程が行なわれる。パッシベーションは、コンデンサチップの品質の安定に大きく影響する。全工程中、焼結チャンバー１と冷却チャンバー２は真空に保たれる。トレイ３ｂの内部の温度を熱電対１９で測定できるので、それぞれの工程で適切な温度を維持できる。なお、全行程にかかる時間は、２．５時間である。

本発明は、タンタルやニオブのコンデンサチップ真空焼結炉として好適である。

１焼結チャンバー
２冷却チャンバー
３トレイユニット
３ａ蓋
３ｂトレイ
３ｃ取付け軸
４トレイ駆動機構
５制御部
６真空システム
７ローダ・アンローダ機構
７ａ投入ステーション
９ヒータ
１０ゲート
１０ａ焼結用ゲート
１０ｂ冷却用ゲート
１１高真空用ポンプ
１２水冷用ポンプ
１３回転式テーブル
１９熱電対
２０回転支持軸
２１トレイ保持チューブ
２３温度測定孔
２４切欠き
２５上端開口部
２６供給ライン
２７排出ライン
３０白金触媒
３１コンデンサチップ
１００コンデンサチップ真空焼結炉

Claims

底部に開閉可能な焼結用ゲートを有し、真空状態でコンデンサチップの有機バインダー除去と高温焼結を行なう焼結チャンバーと、
前記焼結チャンバーの下側に設置され、回転式テーブルに搭載されて回転し、上部に開閉可能な冷却用ゲートを有し、真空状態で不活性ガスによりパッシベーションと冷却を行なう２台の冷却チャンバーと、
コンデンサチップが収納され、中央に設けられた取付け軸に切欠きを有し、蓋付きの単数または複数のトレイからなるトレイユニットと、
前記冷却チャンバーに設けられ、トレイ保持チューブで前記トレイユニットを貫いて保持し、前記トレイユニットの上昇、回転及び下降を行なうトレイ駆動機構と、
前記トレイ保持チューブ内に設けられ、前記トレイの内部温度を測定する単数または複数の熱電対と、
前記トレイ保持チューブの側壁に設けられ、前記切欠きと連通して前記トレイの内部に開口する温度測定孔と、が備えられることを特徴とするコンデンサチップ真空焼結炉。
前記焼結チャンバーの天井と、前記トレイ保持チューブの台座にハニカム構造の白金触媒が設置されていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサチップ真空焼結炉。
供給ラインから前記トレイユニットを取り出して前記冷却チャンバーに設けられた前記トレイ保持チューブに装着し、前記トレイ保持チューブからトレイユニットを取り外して排出ラインに送り出すローダ・アンローダ機構が、さらに設けられることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサチップ真空焼結炉。