JP3043275B2 - セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、改善された雰囲気ガス
供給手段を有する雰囲気焼成炉を用いたセラミック電子
部品の製造方法に関する。

【０００２】さらに具体的には、本発明は、セラミクス
を使用した電子部品の製造に好適な雰囲気焼成炉の改善
された制御方法に関する。言い換えると、本発明は、セ
ラミクスを使用した電子部品の製造方法に関し、さらに
特定すると、本発明は、セラミック電子部品の製造方法
の改良に関する。

【０００３】

【従来の技術】各種セラミクスを利用した電子部品とし
て、磁器コンデンサ、バリスタ、フェライト等があっ
て、一般的に、セラミック電子部品は、焼成を要する各
種セラミクスを使用しており、現在では、広範に民生用
機器や産業用機器に使用されるため、大量に生産されて
いる。これらの各種セラミクスを焼成するためには、一
般にトンネル炉が用いられている。

【０００４】一方、前記各種セラミクスを利用した電子
部品のうち、半導体磁器コンデンサや卑金属電極多層配
線セラミック基板などのように、所望の特性を得るため
に、還元性あるいは中性などの雰囲気ガス中で焼成する
必要のあるものもあり、種々の雰囲気トンネル炉の構造
が発明されている。

【０００５】具体的には、たとえば図３に示すように、
アルミナ磁器などからなる棚板を複数段積み重ね、これ
らの棚板上に、図４に示すように、それぞれ被焼成物を
配置した構造が提案されている。この場合、雰囲気ガス
の流入は、炉外から炉室内に、炉壁を貫通した雰囲気ガ
スの供給パイプ１１により行なわれる。

【０００６】ところが、前記のように、複数段積み重ね
られた棚板上に、被焼成物を配置した場合、棚板の位置
によっては、被焼成物に、新鮮な雰囲気ガスが供給され
にくいという欠点があった。

【０００７】そこで実開昭５９−１１５３００号には、
図５の焼成炉断面図に見られるように、各棚板上に配置
された被焼成物に対し、新鮮な雰囲気ガスがより多く供
給されるように、炉１の上方より穴の開いたガス供給パ
イプ１１を挿入し、そのパイプ１１に設けた細孔１３
が、被焼成物に向かうようセットされたものが提案され
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記還元性あるいは中
性といった雰囲気ガス中の焼成において、炉室３内に供
給された雰囲気ガスは、炉内にあった雰囲気ガスとの比
重差などにより、炉室３の上方、あるいは下方を層流と
なって、炉入口方向に流動しやすく、また被焼成物と反
応してガスを発生させたりするため、せっかくの新鮮な
高純度の雰囲気ガスも、台板または棚板上のすべての被
焼成物を包囲せず、被焼成物の品質にバラツキを生じる
欠点があった。

【０００９】したがって、本発明の目的は、雰囲気焼成
炉における上記課題を解決して、被焼成物に最適条件で
雰囲気ガスが供給できるような、すなわち、より速い流
速で雰囲気ガスが供給されるとともに、段積みの各段毎
に、適正な量の雰囲気ガスが供給できるような焼成炉を
提供することにある。

【００１０】言い換えると、従来のセラミック電子部品
の製造方法は、複数段積み重ねられた棚板上に、被焼成
物である未焼成のセラミック成型体を配置した場合、棚
板の位置によっては、該被焼成物に、新鮮な雰囲気ガス
が供給されにくいという欠点があった。具体的には、従
来のセラミック電子部品の製造方法においては、雰囲気
ガス中において焼成をする場合、炉室内に供給された新
しい雰囲気ガスが、炉内にあった旧い雰囲気ガスとの比
重差などによって、炉室の上方あるいは下方を層流とな
って、炉室の出入口方向に流動しやすく、また雰囲気ガ
スが被焼成物と反応して気体を発生させたりするため、
せっかくの新鮮な高純度の雰囲気ガスが、すべての被焼
成物を包囲せず、結果として、被焼成物の焼成品質にバ
ラツキが生じるという欠点があった。

【００１１】本発明によるセラミック電子部品の製造方
法は、被焼成物である未焼成のセラミック成型体にそれ
ぞれ、最適な条件で雰囲気ガスを供給できるようにする
目的から、開発されたものである。言い換えると、本発
明によるセラミック電子部品の製造方法は、段積みの各
段ごとの未焼成セラミック成型体に、より新鮮な雰囲気
ガスを供給するとともに、段積みの各段ごとの未焼成セ
ラミック成型体に、適正な量の雰囲気ガスを供給できる
ようにする目的から開発されたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の目的
を達成すべく研究の結果、図３に示されている従来方式
の焼成炉では、各棚板上の被焼成物に均一に、新鮮な雰
囲気ガスが供給されないことに鑑み、また従来方式の改
良型として知られている図５の方式の焼却炉でも、各段
毎のガス流量を調節できないことから、各段毎に、雰囲
気ガスの供給パイプを直接配置した焼成炉を使用するよ
うにすると、上記課題が解決されることを見い出し、本
発明に到達した。

【００１３】すなわち、本発明は、（イ）炉壁に囲まれ
た焼成空間である炉室、（ロ）該炉室内を所定温度に加
熱・保温するための発熱体、および（ハ）前記炉壁を貫
通する複数のパイプからなる雰囲気ガス供給手段の各員
を有し、かつ前記炉室内には（ニ）被焼成物を配置する
ための複数の棚板を、台板上に順次積み重ねて組み立て
られた移動可能な焼成用架台、が配置され、プッシャ−
により順次搬送されて、焼成が行なわれる構造のセラミ
クス電子部品用雰囲気焼成炉であって、前記雰囲気ガス
供給手段は、前記各棚板上に配置された被焼成物に対向
するように、高さ方向の異なる位置に配設された先端開
口部を持つ複数のパイプからなり、かつ、これらパイプ
はそれぞれ独立して、雰囲気ガス流量を調節できる手段
を有していることを特徴とするセラミクス電子部品用雰
囲気焼成炉、ならびに、上記パイプの先端開口部は、雰
囲気ガスの流速を高め得るように、中間部よりも縮小さ
れた断面を有している上記の雰囲気焼成炉を提供するも
のである。

【００１４】言い換えると、本発明による製造方法は、
セラミクスを使用した電子部品を製造する方法におい
て、少なくとも、電子部品にするための未焼成のセラミ
ック成型体を、棚板に載置する工程と、前記未焼成のセ
ラミック成型体を載置した前記棚板を、複数個積み重ね
る工程と、これら積み重ねられた複数個の前記棚板を、
焼成炉内に搬送する工程と、該焼成炉内に搬送された複
数個の前記棚板の間に、それぞれ独立して、雰囲気ガス
を供給する工程とを含むこと、を特徴としている。

【００１５】本発明による製造方法はさらに、前記雰囲
気ガスを供給する工程において、該雰囲気ガスがそれぞ
れ、前記棚板に載置された前記セラミック成型体に向け
て供給されることを特徴としていると共に、前記雰囲気
ガスを供給する工程において、該雰囲気ガスがそれぞ
れ、高さの異なる位置から、前記棚板に載置された前記
セラミック成型体に向けて供給されることを特徴とし、
加えて、前記雰囲気ガスを供給する工程において、該雰
囲気ガスがそれぞれ、独立して流量を調節できることを
特徴としている。

【００１６】

【作用】本発明の焼成炉を用いる焼成では、無機質で耐
火性の、足無しまたは足付き棚板上に、未焼成の誘電体
磁器成型体などを配置し、これを数段重ねて、所望の雰
囲気ガス中で焼成する際、それぞれの段の中間の被焼成
物に直接、新鮮な雰囲気ガスが当たるように、雰囲気ガ
スの供給パイプが配置されているので、製品のバラツキ
などの不都合を生じることなく、しかも、それぞれのパ
イプのガス量を独立して変えることができるので、各位
置ごとに最適流量で雰囲気ガスを供給することができ
る。

【００１７】 すなわち、本発明による、セラミクスを
使用した電子部品を製造する方法は、電子部品にするた
めの未焼成のセラミック成型体を、棚板に載置して、こ
れらの棚板を、複数個積み重ね、これら積み重ねられた
複数個の前記棚板を、焼成炉内に搬送し、該焼成炉内に
搬送された複数個の前記棚板の間に、それぞれ独立し
て、雰囲気ガスを供給でき、しかも、該雰囲気ガスはそ
れぞれ、前記セラミック成型体に向けて供給でき、加え
て、該雰囲気ガスをそれぞれ、独立して流量調節できる
ようにしたため、結果として、焼成品質の均一な、言い
換えると、電気特性の均一なセラミック電子部品が製造
できることになる。

【００１８】

【実施例】以下に本発明を、その実施例について、添付
の図面を参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明の一実施例である雰囲気焼
成炉の模式的横断面図である。図２は、本発明の他の実
施例である雰囲気焼成炉の模式的横断面図である。図３
は、従来の雰囲気焼成炉の模式的横断面図である。図４
は、雰囲気焼成炉における被焼成物の焼成用架台部を拡
大して示す模式的横断面図である。図５は、図３の雰囲
気ガス供給手段の改良型として知られている供給手段を
具備した、従来の雰囲気焼成炉の模式的横断面図であ
る。

【００２０】ここで、半導体磁器コンデンサの焼成工程
を含む製法について、本発明の一例である、焼成炉を用
いた焼成における雰囲気ガスの供給方法を示した、図１
を参照して説明する。

【００２１】まず、チタン酸ストロンチウムを主成分と
するセラミクス材料粉末に、ポリビニルアルコ−ル等の
公知のバインダ−を加えて、混合・造粒したのち、乾式
成型プレスを用いて、円板状に加圧成型した。その後、
３００℃の温度で、２時間加熱し、バインダ−を除去し
た未焼成の成型体試料を用意した。

【００２２】つぎに、上記試料を積載する架台を組み立
てるため、一辺が２５０ｍｍの正方形で厚み２０ｍｍ
の、アルミナを主成分とする台板７を、さらに一辺が２
２０ｍｍの正方形で厚みが５ｍｍ程度の、板状体アルミ
ナを主成分とする足無し棚板８、および、その四隅にそ
れぞれ足部を設けた足付き棚板９を用意した。

【００２３】このようにして、台板７、および、足無し
および足付き棚板８、９の用意ができたら、上記円板状
試料を、ほぼ１ないし３層になるように、主面いっぱい
に積載した棚板８、９を、台板７上に積み重ね、試料を
積載しない足付き棚板９をさらにその上に載せ、架台６
を組み立てた。

【００２４】さらに、炉壁２から、形状が１５〜２０ｍ
ｍ径の円筒状で、その先端口に１〜３ｍｍ径の開口部を
設けた、炭化珪素製の８本の雰囲気ガス供給パイプ１１
を装着し、このパイプ１１から流速５〜１０ｍ／ｓの９
９ｖｏｌ．％Ｎ２〜１ｖｏｌ．％Ｎ２弱還元性の混合雰
囲気ガスを、炉室３内の各棚板８、９の間に供給するよ
うにした。なお、図２は、図から明らかなように、２組
８本の雰囲気ガス供給パイプ１１を、組ごとに束ねて、
トンネル炉１内に配設しやすいようにした例を示したも
のである。

【００２５】そして、発熱体４で、最高１，３５０〜
１，４８０℃に加熱されたプッシャ−式トンネル炉１内
で、プッシャ−によって炉内に搬送された、前述の組み
立てられた架台７の、焼成を行なった。なお、パイプ１
１内の雰囲気ガスの流速は、最上段のみ５〜６ｍ／ｓと
し、その他のパイプ１１においては９〜１０ｍ／ｓとし
た。

【００２６】ここで、本発明の製造方法による、上述の
実施例を要約すると、本実施例は、電子部品にするため
の未焼成のセラミック成型体を、棚板に載置して、該棚
板を複数個積み重ね、これら積み重ねられた複数個の前
記棚板を、焼成炉内に搬送し、該焼成炉内に搬送された
複数個の前記棚板の間に、それぞれ独立して、雰囲気ガ
スを供給することを特徴とし、さらには、該雰囲気ガス
が、それぞれ独立して流量を調節できることを特徴と
し、加えて、該雰囲気ガスがそれぞれ、前記棚板に載置
された前記セラミック成型体に向けて供給されるように
したことを特徴としている。

【００２７】このようにして直径８ｍｍ、厚さ０．４ｍ
ｍの半導体磁器試料を得た。

【００２８】つぎに、酸化ビスマス粉末５ｍｇを、上記
試料の表面にそれぞれ付着させ、これらを酸化性雰囲気
中で、１，３００℃で２時間熱処理して、上記半導体磁
器試料の結晶粒界に拡散させて、該結晶粒界を絶縁化し
たのち、この試料の両対向主面に、各々銀電極を塗布、
焼き付けして、コンデンサ試料とした。

【００２９】このようにして作製したコンデンサ試料に
ついて、静電容量ならびに誘電損失ｔａｎδを、１ｋＨ
ｚで測定したのち、ＤＣ５０Ｖを１分間印加後の、絶縁
抵抗を測定し、さらに、絶縁破壊電圧を測定し、前記静
電容量から公知の算出式を用いて比誘電率を算出し、得
られた結果を、下記の表に記載した。

【００３０】

【表１】

【００３１】この表において、試料番号１ないし４の欄
には、本発明の雰囲気焼成炉を用い、各段の雰囲気ガス
供給パイプからの噴出ガス流出速度を、最適に調節して
焼成した試料を、棚板の段位置（１〜４）ごとに、採取
して測定した電気的特性を示す。比誘電率６０，０００
ないし６２，０００、ｔａｎδ０．７％以下、絶縁抵抗
１４０，０００ＭΩ、破壊電圧１，３００ないし１，４
００Ｖ／ｍｍという特性が示されている。

【００３２】同様に、試料番号５ないし８の欄には、す
べての雰囲気ガス供給パイプからの噴出ガス流速を、９
ないし１０ｍ／ｓとしたこと以外は、上記第１の実験
（試料番号１ないし４）と同様に焼成した場合の、各段
の試料についての測定結果を示す。１段目の焼成物は比
誘電率が高く、絶縁抵抗が低くなってしまい、品質のバ
ラツキが生じていた。

【００３３】試料番号９の欄には、下記に述べる比較例
の結果を示した。

【００３４】上記の表から明らかであるように、従来の
焼成炉で製造した半導体磁器コンデンサに比べ、誘電
率、ｔａｎδが極めて改善されており、コンデンサの有
用性を著しく高めることができた。

【００３５】

【比較例】前記図３に示す、従来の構造の雰囲気ガス供
給手段を持つトンネル炉により、雰囲気ガス焼成により
作製した試料の、電気的特性を測定したところ、表の下
方に示すように、比誘電率、絶縁抵抗、破壊電圧とも、
低かった。

【００３６】

【発明の効果】以上の実施例にも示される通り、本発明
の焼成炉によると、被焼成物を段積みで焼成する場合で
も、各段の被焼成物に対して、それぞれ最適の流速で雰
囲気ガスを供給することができるので、被焼成物の品質
にバラツキが生じにくく、製品収率が向上し、また、棚
板の段の位置に応じて、雰囲気ガス量のコントロ−ルが
可能であるため、適正なガス量で操炉できるなど経済的
効果が大きい。

【００３７】言い換えると、本発明の製造方法による場
合、電子部品にするための未焼成のセラミック成型体を
多数個棚板に載置して、該棚板を多数個積み重ね、これ
ら積み重ねられた多数個の前記棚板を焼成炉内に搬送
し、該焼成炉内に搬送された多数個の前記棚板の間に、
それぞれ独立して、雰囲気ガスを供給することができる
ため、さらには、該雰囲気ガスを、それぞれ独立して流
量調節できるため、結果として、雰囲気ガスは、それぞ
れ、前記棚板に載置された前記セラミック成型体に向け
て、均一かつ満遍なく供給できるという大きな効果が得
られる。

【００３８】とくに、本発明の製造方法によると、大量
に生産する必要があるセラミック電子部品を、バラツキ
なく均一な品質のものを、多数個製造できるという大き
な利点が得られることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例で用いた雰囲気焼成炉の模式
的横断面図である。

【図２】本発明の他の実施例で用いた雰囲気焼成炉の模
式的横断面図である。

【図３】従来の雰囲気焼成炉の模式的横断面図である。

【図４】雰囲気焼成炉における被焼成物の焼成用架台部
を拡大して示す模式的横断面図である。

【図５】図３の雰囲気ガス供給手段の改良型として知ら
れている供給手段を具備した、従来の雰囲気焼成炉の模
式的横断面図である。

【符号の説明】

１ トンネル炉 ２ 炉壁 ３ 炉室 ４ 発熱体 ５ 炉床板 ６ 成用架台 ７ 台板 ８ 足無し棚板 ９ 足付き棚板 １０ 被焼成物 １１ 雰囲気ガス供給パイプ １２ 調節バルブ １３ 細孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F27B 9/00 - 9/40 F27D 3/12 F27D 7/02 C04B 35/64

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミクスを使用した電子部品を製造す
   る方法において、少なくとも、電子部品にするための未
   焼成のセラミック成型体を棚板に載置して、該棚板を、
   複数個積み重ねる工程と、これら積み重ねられた複数個
   の前記棚板を、焼成炉内に搬送する工程と、該焼成炉内
   に搬送された複数個の前記棚板の間に、それぞれ独立し
   て、雰囲気ガスを供給し、且つ該雰囲気ガスの流量をそ
   れぞれ独立して調節する工程と、を含むことを特徴とし
   たセラミック電子部品の製造方法。
2. 【請求項２】 前記雰囲気ガスを供給する工程におい
   て、該雰囲気ガスがそれぞれ、前記棚板に載置された前
   記セラミック成型体に向けて供給することを特徴とした
   請求項1に記載の製造方法。