JP2530713B2 - セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、セラミック基板の製造方法、特に表面粗度
が小さいセラミック基板の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来から各種電子素子の搭載基板としてアルミナ基板
が知られている。従来のアルミナ基板は、アルミナと焼
結助剤をボールミルや振動ミル等を用いて撹拌混合し、
次に水とバインダーとしてメチルセルロースとを添加
し、これをニーダ等を用いて混練し、次に真空押出成型
機等を用いてグリーンシートを形成し、乾燥後に焼成し
てセラミック基板を形成するようになっていた。そし
て、従来にあっては、80メッシュ以下のメチルセルロー
スをバインダーとして使用していた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の従来例にあっては、80メッシュ以下のメチルセ
ルロースをバインダーとして使用していたのでメチルセ
ルロースの粒径が大きくて水に溶けにくく、シート成形
後、未溶解分が斑点状にシート表面に残り、シート表面
がざらざら、でこぼこしており、これを焼成して得るセ
ラミック基板（アルミナ基板）の表面も斑点の部分がク
レータとして残るという問題があった。

本発明は上記した従来例の問題点に鑑みて発明したも
のであって、その目的とするところはシートの表面が平
滑で光沢のあるグリーンシートを製造することで表面粗
度の小さいセラミック基板を得ることができるセラミッ
ク基板の製造方法を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のセラミック基板の製造方法は、セラミック材
料の粉体のバインダーとして用いるメチルセルロースと
を混合してシート成形をし、このグリーンシートを焼成
してセラミック基板を製造する方法において、メチルセ
ルロースとして200メッシュ以上のものを使用し、且つ
焼成に際してグリーンシートを板状をしたセラミック材
よりなるセッターの上に重ね、セッター上で細長い直方
体状のセラミック材よりなるセッターとは別体の枠ブロ
ックを多数並べてグリーンシートを囲み、枠ブロック上
に板状をしたセラミック材よりなる上のセッターを重ね
てグリーンシート全体をセラミック材で開口なく囲み、
上のセッター上に別のグリーンシートを重ねて同様にし
てセッターとは別体の枠ブロックを多数並べてグリーン
シートを囲むと共に更に該枠ブロック上に別のセッター
を重ねてグリーンシート全体をセラミック材で開口なく
囲み、同様にして多段に枠ブロックとセッターとを順次
重ねると共に各段のセッター上に重ねたグリーンシート
全体をそれぞれセラミック材で開口なく囲んだ状態で焼
成することを特徴とするものであって、このような方法
を採用することで、上記した従来例の問題点を解決した
ものである。

［作用］ しかして、バインダーとして使用するメチルセルロー
スを200メッシュ以上とすることで、セラミック粉体と
の混合がしやすくなり且つ水に溶解しやすくなり、シー
トを成形した際の表面を平滑にでき、これを焼成して得
たセラミック基板の表面粗度を小さくすることができ、
また、焼成に際してグリーンシート全体をセラミック材
料で囲った状態で焼成することで、セラミック材を介し
て間接的にグリーンシート全体を均一に加熱できて割れ
や反りを防止することができ、この結果、大サイズのグ
リーンシートであっても割れや反りを防止して品質良好
なセラミック基板に焼成できた。

［実施例］ 以下本発明を実施例に基づいて詳述する。第１図にセ
ラミック基板の製造工程を示すフローチャートが示して
あり、このフローチャートにしたがって、順次説明す
る。また、セラミック基板としてはアルミナ基板を例に
して説明するが、同様の方法で、他のセラミック材料か
らなるセラミック基板の製造方法にも適用できるもので
ある。

第１図においてセラミック材料の混合工程で使用す
るセラミック材料の配合は下記の通りである。なお、配
合割合は全て重量部で示している。

アルミナ（粒径0.4〜4.0μ） …96〜99部 焼結助剤 …１〜4 部 上記配合のうち、焼結助剤はアルミナの焼結性を促進
制御させるために加え、焼結助剤の具体的材料として
は、タルク、カルシア、イットリウム等が挙げられる。
焼結助剤の配合量は、アルミナ粉体の粒径によって変わ
る。上記配合の材料を、ボールミルや振動ミル等を用い
て十分に撹拌混合する。

次に、バインダー混合工程において、セラミック材
料にバインダーとしてのメチルセルロースと水とを加え
る。ここでメチルセルロースは200メッシュ以上の粒径
のものを使用する。メチルセルロース、水の配合量は下
記の通りである。

アルミナ粉体 …100部 メチルセルロース …４〜10部 水 …12〜22部 ところで、後工程のシート成形工程における成形性を
良好にするためには、常に一定の流動性を有する坏土を
製造する必要があり、このため、メチルセルロースの混
合過程では以下の事項に留意する。

（ａ）使用するメチルセルロースの粒径は200メッシュ
のふるいを通過したものを用いる。ここれは、メチルセ
ルロースの粒径が大きいとシート成形後に未溶解分が斑
点状にシート表面に残りシート表面がざらざら、でこぼ
こするので、これを防止するため200メッシュ以上のメ
チルセルロースを使用するものであり、200メッシュ以
上の粒径とすることでメチルセルロースの形状が繊維状
から小さい球形状となり、アルミナ粉体との混合がしや
すくなり且つ水に溶解しやすくなる。

（ｂ）アルミナ粉体の粒径によって、メチルセルロース
の添加量を変える。すなわち、セラミック粉体の粒径が
細かければメチルセルロースの添加量を増やし、セラミ
ック粉体の粒径が大きければメチルセルロースの添加量
を少なくする。

（ｃ）添加したメチルセルロースの量を考慮して水の添
加量を加減する。水が多すぎると、グリーンシートの押
出成形の際に、シート表面がベタベタし表面が荒れるた
めに、グリーンシートの品質不良が発生する。逆に、水
の添加量が少ないと、製造される坏土が固くなって、押
出成形に大きな力が必要になり、成形困難になりやす
い。

上記のようなメチルセルロース、水をセラミック粉体
の混合するには、例えば、撹拌器内でセラミック粉体と
メチルセルロースを混合し、次に他の液状有機バインダ
ーと水とを混合したものを加えて、全体を混合する。混
合された材料は、撹拌当初は粒径が細かいが、じょじょ
に造粒されて粒径が大きくなるので、粒径が1mm前後に
なれば撹拌混合を終了する。

次に、混練工程では、上記工程で混合され、一定の
粒径に造粒された材料に対して、ニーダーや３本ロール
等を用いて、バインダーがアルミナ粒子の表面をよく濡
らすように、充分に混練して坏土を製造する。

製造された坏土はシート成形工程で、真空押出成形
機等を用いてシートを成形する。この工程では坏土の脱
気とシート厚みの均一化を充分に行う。脱気が不充分で
あると、焼成時にグリーンシート内の空気が熱膨張し、
割れが発生する原因になる。また、シートの厚みが不均
一であると、焼成時の内部応力によって反りが発生する
原因になるので、シート厚みの均一化に影響を与える押
出金型の構造は重要である。なお、グリーンシートの厚
みバラツキは、グリーンシート厚み平均に対して±２％
以内に抑えるのが好ましい。

次に、乾燥過程では、押出成形されたグリーンシー
トを、そのまま乾燥機で乾燥させる。乾燥されたグリー
ンシートは、打ち抜き工程で一定の外形サイズに打ち
抜く。このとき、焼成による収縮率を考慮して、必要と
するセラミック基板の外形寸法よりも大き目に形成され
た打ち抜き金型を用いる。

次に、焼成工程を行う。焼成にあってはグリーンシ
ートを適宜加熱炉に入れて加熱するものである。ここで
本発明においては、焼成に当たって下記のようにグリー
ンシート全体をセラミック材で囲って焼成するようにす
るとセラミック材を介して間接的にグリーンシート全体
を均一に加熱するので大サイズのセラミック基板であっ
ても割れや反りを防止して品質良好に焼成することがで
きる。すなわち、第２図に示すように所定のサイズに打
ち抜かれたグリーンシート１をセッター２の上に複数枚
重ねて置くとともに、グリーンシート１の周囲に細長い
直方体形状の枠ブロック３を多数並べて囲む。このセッ
ター２及び枠ブロック３はアルミナ系、ムライト系等の
セラミック材にて形成してある。第３図及び第４図に示
すように、上記グリーンシート１及び枠ブロック３を載
せたセッター２を複数段積み重ねるとともに、最上面に
もセッター２で蓋をする。したがって、グリーンシート
１は上下面及び側面の全外周面をセッター２と枠ブロッ
ク３とで囲われることになる。このようにして、セッタ
ー２と枠ブロック３とからなるセラミック材で全体が囲
まれたグリーンシート１を、加熱炉に入れ、一定の焼成
プログラムにしたがって昇温加熱する。ここで、焼成加
熱の一例を示すと、まず100℃/hrの昇温率で1570℃まで
昇温させ、1570℃で３時間保持した後、降温する。もち
ろんグリーンシートの材質や大きさにより上記焼成プロ
グラムは適宜変更される。

以上のような製造工程を経てセラミック基板が製造さ
れるが、バインダーとして使用するメチルセルロースを
200メッシュ以上とすることで、セラミック粉体との混
合がしやすくなり且つ水に溶解しやすくなり、シートを
成形した際の表面を平滑にでき、これを焼成して得たセ
ラミック基板の表面粗度が小さくなる。

なお、上記セラミック基板の製造における〜の各
工程の具体的実施条件はセラミック基板の材質やサイズ
等の条件に応じて適宜条件に変更できるものである。ま
た、上記工程以外にも、通常のセラミック基板の製造法
で用いられている、適宜の処理工程が加わる場合もあ
る。

なお、上記実施例において焼成時にグリーンシートを
セラミック材で囲むに当たり、セッターと枠ブロックと
を用いたが、セラミック材の構造としては他の構造のも
のであってもよい。例えば、グリーンシートを収容する
凹部が形成された皿もしくはトレー状のセラミック材を
順次積み重ねて使用することができる。なお、使用する
セラミック材のうちグリーンシートを載置する面はでき
るだけ平滑で平面度の良いものが、製造されるセラミッ
ク基板の平滑性や平面度を高めるために好ましい。

次に、本発明の具体例と比較例とにつき説明する。

（本発明の具体例） セラミック材料の配合は、平均粒径2.8μのアルミナ9
6部と、焼結助剤となるタルク４部とからなり、これら
の材料を振動ミルを用いて60分間混合した。

次に、撹拌機であるスーパーミキサー内で上記セラミ
ック粉体100部に対して、250メッシュのふるいを通した
メチルセルロース６部、グリセリン３部、セラミゾール
２部、及び水16.5部を加え、３分間撹拌混合した。その
後、３本ロールを３回通過させて充分に混練した。

上記のようにして製造された坏土を用い、押出成形機
で、幅約400mm、厚み1.1mmのグリーンシートに形成し
た、成形されたグリーンシートを乾燥した後、約380×3
80mmの大きさに打ち抜き、セッターの上に10枚重ね、セ
ッター及び枠ブロックで周囲を囲んだ状態で、加熱炉内
に入れ、加熱炉内を100℃/hrの昇温率で1570℃まで昇温
させ、1570℃で３時間保持した後、降温した。このよう
にしてアルミナセラミック基板を得た。

（比較例） 80メッシュのメチルセルロースを用いる以外はすべて
上記具体例と同じ条件によりアルミナセラミック基板を
得た。

しかして、上記のようにして製造された比較例のアル
ミナセラミック基板と具体例のアルミナセラミック基板
との表面粗度を調べた。

すなわち、セラミック基板の製造工程において、グリ
ーンシートの段階で表面にメチルセルロースの未溶解分
がシート表面に斑点状に残り、焼成して得たセラミック
基板の表面に斑点の部分がクレータとして残るが、この
表面の斑点による不良率を調べると、比較例においては
30％の不良率があったが、本発明の具体例においては不
良率は５％以下であり、本発明の方がセラミック基板の
表面粗度が小さいことが明きらかである。

［発明の効果］ 本発明にあっては、叙述のようにセラミック材料の粉
体とバインダーとして用いるメチルセルロースとを混合
してシート成形をし、このグリーンシートを焼成してセ
ラミック基板を製造する方法において、メチルセルロー
スとして200メッシュ以上のものを使用するので、シー
ト表面がざらざら、でこぼこしたものからきめの細かい
平滑性のあるシートが製造でき、これを焼成したセラミ
ック基板の表面粗度が小さくなり、セラミック基板を高
歩留まりで得ることができるものであり、また、焼成に
際してグリーンシートを板状をしたセラミック材よりな
るセッターの上に重ね、セッター上で細長い直方体状の
セラミック材よりなるセッターとは別体の枠ブロックを
多数並べてグリーンシートを囲み、枠ブロック上に板状
をしたセラミック材よりなる上のセッターを重ねてグリ
ーンシート全体をセラミック材で開口なく囲み、上のセ
ッター上に別のグリーンシートを重ねて同様にしてセッ
ターとは別体の枠ブロックを多数並べてグリーンシート
を囲むと共に更に外枠ブロック上に別のセッターを重ね
てグリーンシート全体をセラミック材で開口なく囲み、
同様にして多段に枠ブロックとセッターとを順次重ねる
と共に各段のセッター上に重ねたグリーンシート全体を
それぞれセラミック材で開口なく囲んだ状態で焼成する
ので、セラミック材を介して間接的にグリーンシート全
体を均一に加熱できて割れや反りを防止でき、この結果
大サイズのグリーンシートであっても割れや反りを防止
して品質良好なセラミック基板に焼成できるものであ
り、特に、グリーンシートを板状をしたセラミック材よ
りなるセッターの上に重ね、セッター上で細長い直方体
状のセラミック材よりなる枠ブロックを多数並べてグリ
ーンシートを囲み、枠ブロック上に板状をしたセラミッ
ク材よりなる上のセッターを重ねてグリーンシート全体
をセラミック材で開口なく囲むことで、詰粉などの必要
がなく、簡単且つ確実にグリーンシート全体を覆うこと
ができ、また、上のセッター上に別のグリーンシートを
重ね、枠ブロックで囲み、更に次のセッターを重ねると
いうように上下に何段でも積み重ねて各段のグリンーン
シート全体をそれぞれセラミック材で開口なく囲むこと
ができるものであり、大サイズの大量のグリーンシート
を割れや反りを防止して品質良好なセラミック基板に焼
成できるものである。しかも、グリーンシートを板状と
したセラミック材よりなるセッターの上に重ね、セッタ
ー上で細長い直方体上のセラミック材よりなるセッター
とは別部材の枠ブロックを多数並べてグリーンシートを
囲み、枠ブロック上に板状をしたセラミック材よりなる
上のセッターを重ねてグリーンシート全体をセラミック
材で開口なく囲った状態で焼成するので、グリーンシー
トを焼成のためにセットする場合、下のセッターの上に
グリーンシートを載せた後に、セッター上で細長い直方
体状のセッターとは別体の枠ブロックを多数並べてグリ
ーンシートを囲み、その後に枠ブロック上に板状をした
セラミック材よりなる上のセッターを重ねるというよう
にして多段に積み重ねるので、グリーンシートの焼成の
ためのセットに当たり、枠ブロックや上のセッターが邪
魔になることなく簡単にセットでき、また、焼成後のグ
リーンシートを取り出す際に、上のセッターを取り外
し、枠ブロックを取り外すことで、下のセッター上のグ
リーンーシートを簡単に取り外すことができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造工程を示すフロー図、第２図は本
発明においてグリーンシートをセラミック材で囲んだ状
態を示す実施例を示す一部切欠斜視図、第３図は同上の
セラミック材を積み重ねた状態の斜視図、第４図は同上
の要部拡大断面図であって、１はグリーンシート、２は
セッター、３は枠ブロックである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−105948（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−39616（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−123074（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−88911（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−41856（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−28399（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−58633（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック材料の粉体とバインダーとして
   用いるメチルセルロースとを混合してシートを形成し、
   このグリーンシートを焼成してセラミック基板を製造す
   る方法において、メチルセルロースとして200メッシュ
   以上のものを使用し、且つ焼成に際してグリーンシート
   を板状をしたセラミック材よりなるセッターの上に重
   ね、セッター上で細長い直方体状のセラミック材よりな
   るセッターとは別体の枠ブロックを多数並べてグリーン
   シートを囲み、枠ブロック上に板状をしたセラミック材
   よりなる上のセッターを重ねてグリーンシート全体をセ
   ラミック材で開口なく囲み、上のセッター上に別のグリ
   ーンシートを重ねて同様にしてセッターとは別体の枠ブ
   ロックを多数並べてグリーンシートを囲むと共に更に該
   枠ブロック上に別のセッターを重ねてグリーンシート全
   体をセラミック材で開口なく囲み、同様にして多段に枠
   ブロックとセッターとを順次重ねると共に各段のセッタ
   ー上に重ねたグリーンシート全体をそれぞれセラミック
   材で開口なく囲んだ状態で焼成することを特徴とするセ
   ラミック基板の製造方法。