JP3644015B2 - 電子部品焼成用治具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体、積層コンデンサ、セラミックコンデンサ、圧電素子、サーミスタ等の電子部品を焼成する際に用いられるセッター、棚板、匣鉢等の電子部品焼成用治具に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
電子部品焼成用治具は、作業性及び燃料費削減のために、軽量化が進みつつある。特に連続炉で電子部品を焼成する場合には、冶具の熱容量が小さく、昇温、降温が熱的に容易なセッターやシート状の基材が望まれる。この場合、基材の厚さは３〜４ｍｍ以下である。
【０００３】
また、電子部品焼成用治具は、耐熱性や機械的強度の他に、焼成するセラミック電子部品と反応しないことが要求される。誘電体等の電子部品ワークが焼成用治具と接触し反応すると、融着したり、ワークの組成変動によって特性低下が生ずる等の課題がある。
【０００４】
通常は、これらの電子部品焼成用治具の基材として、熱間強度が高く、熱スポーリング性の良好なアルミナ・ムライト系基材が汎用されている。このアルミナ・ムライト系基材は、電子部品ワークとの反応が起こり易く、この反応を防止するために、基材表面にジルコニアを被覆する方法が採用されている。
【０００５】
ジルコニアは基材との反応性は低いが、上記基材との熱膨張係数の差が大きいため基材に反りが発生し、繰り返し熱サイクルが生ずる使用環境下ではジルコニア表面層に亀裂が生じたり、剥離するといった問題がある。
【０００６】
また、ジルコニアは約１２００℃で単斜晶から正方晶への相転移が起こる。その結果、繰り返し熱サイクルによる相転移に伴う熱膨張係数の変化により、ジルコニアの表面層が脱離しやすいという問題がある。また、未安定化ジルコニアを表面層として使用する場合には、相転移に伴う粉化が生ずるという問題もある。
【０００７】
このような問題を解決するために、基材とジルコニア表面層との間に種々の中間層を設けることが提案されている（特開平３−１３７０７８号公報、特許第２８５９９１１号等）。
【０００８】
例えば特開平３−１３７０７８号公報では、アルミナからなる中間層を設けている。しかし、この電子部品焼成用治具では、アルミナの焼結性が悪く、ジルコニア表面層と基材との中間層として充分な密着性を持たず、さらに上記した基材の反りを満足できるレベルで防止できない。
【０００９】
従って、本発明の目的は、基材とジルコニア表面層との熱膨張差を緩和することによって表面亀裂の発生を防止し、ぼろつきを抑制すると共に、基材の反りを著しく低減した電子部品焼成用治具を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、検討の結果、基材とジルコニア表面層との間に、一定粒径の正規分布を有する粗粒骨材と一定粒径以下の微粒ボンド相とからなる中間層を用いることによって、上記目的が達成し得ることを知見した。
【００１１】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、ジルコニア表面層と基材との間に中間層が形成された構造であって、
上記中間層が、下記（１）又は（２）の粗粒骨材５０〜９０重量％と平均粒径１０μｍ以下の微粒ボンド相５０〜１０重量％とからなることを特徴とする電子部品焼成用治具を提供するものである。
（１）粒度１００メッシュより粗い粗粒を粉砕して得られた平均粒径２０〜２００μｍの粒子で、かつ該平均粒径に相当する粒度（ＪＩＳ Ｒ ６００１で定義された粒度）における粒度規格よりも広い粒度分布をもつ粗粒骨材。
（２）ＪＩＳ Ｒ ６００１で定義された７００メッシュより粗い２種類以上の粒度の粒子を混合して得られた平均粒径２０〜２００μｍの粗粒骨材。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電子部品焼成用治具の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の電子部品焼成用治具の概略断面図であり、また、図２は中間層の模式断面図である。図１〜２において、１は電子部品焼成用冶具、２は基材、３は中間層、４はジルコニア被覆層、３１は粗粒骨材、３２は微粒ボンド相、３３は空隙をそれぞれ示す。
【００１４】
図１の電子部品焼成用治具１において、基材２は、従来より使用されているものと同様でよく、例えばアルミナ系材料、アルミナ・ムライト系材料、アルミナ・マグネシア系スピネル材料、アルミナ・ムライト・コージェライト系材料、又はこれらの組合せによる材料が使用される。
【００１５】
ジルコニア４表面層は、未安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア及び安定化ジルコニア等が使用できるが、ジルコニア表面層は電子部品と直接接触するため、電子部品に悪影響を与えるものであってはならず、従ってイットリア、カルシア及びマグネシア等により部分安定化又は安定化させたジルコニア又はそれらの混合物を使用することが望ましい。ジルコニアは室温では単斜晶系であり、温度上昇と共に、単斜晶系→（約１２００℃）→正方晶系→（２３７０℃）→立方晶系の相転移が起こるが、ジルコニアにイットリアやマグネシア等の部分溶融結合材（安定化剤）を固溶させることにおより、高温相である正方晶や立方晶を室温下で安定化できる。
【００１６】
本発明では、上記した基材２とジルコニア表面層４との間に設けられた中間層３は、図２に示されるように、粗粒骨材３１と微粒ボンド相３２とからなり、また空隙３３が存在する。この中間層の厚みは特に限定されないが、好ましくは５０〜２００μｍである。
【００１７】
この中間層における粗粒骨材３１は、下記（１）又は（２）で示されるものである。
（１）粒度１００メッシュより粗い粗粒を粉砕して得られた平均粒径２０〜２００μｍの粒子で、かつ該平均粒径に相当する粒度（ＪＩＳ Ｒ ６００１で定義された粒度）における粒度規格よりも広い粒度分布をもつ粗粒骨材。
（２）ＪＩＳ Ｒ ６００１で定義された７００メッシュより粗い２種類以上の粒度の粒子を混合して得られた平均粒径２０〜２００μｍの粗粒骨材。
【００１８】
上記（１）の粗粒骨材において、平均粒径に相当する粒度（ＪＩＳ Ｒ ６００１で定義された粒度）における粒度規格よりも広い粒度分布をもつとは、図３の粒度４８メッシュ粉砕品のような粒度分布をもつものである。すなわち、図３は、粒度３２０メッシュの市販品（ＪＩＳ Ｒ ６００１に従う）の粒度分布と粒度４８メッシュの市販品をボールミルにて粉砕した平均粒径が５４μｍの粉砕粒子の粒度分布を示すものであり、平均粒径５４μｍはほぼ粒度３２０メッシュの平均粒径に相当する。図３から分かるように、粒度４８メッシュ粉砕品はＪＩＳ Ｒ ６００１の粒度規格よりも広い粒度分布をもっている。
【００１９】
また、上記（２）の粗粒骨材においては、例えば粒度１００メッシュ、２２０メッシュ及び３６０メッシュの粒子を、それぞれ２０重量％、６０重量％及び２０重量％に混合した粒子を用いることができる。
【００２０】
上記（１）に示されるような粒度分布の広い粗粒骨材３１又は上記（２）に示されるような粗粒骨材３１を用いるのは、中間層３を適度に緻密化し、微粒ボンド相３２との結合強度をもたせ、ぼろつきを防ぐためである。
【００２１】
また微粒ボンド相３２は平均粒径１０μｍ以下であることが必要で、平均粒径が１０μｍを超えると焼結性が悪く、粗粒間を結合するためのボンド相としての役割が果たせない。
【００２２】
中間層における粗粒骨材３１と微粒ボンド相３２の含有割合は、粗粒骨材５０〜９０重量％、微粒ボンド相５０〜１０重量％である。粗粒骨材５０重量％未満又は微粒ボンド相５０重量％超では、熱膨張の緩和が不充分であり、基材に反りが発生し、またジルコニア表面層に亀裂が発生し易くなる。また、粗粒骨材９０重量％超又は微粒ボンド相１０重量％未満では、ジルコニア表面層がぼろつき、また強度が低下する。
【００２３】
粗粒骨材３１は、アルミナ質が好ましい。また、微粒ボンド相３２は、アルミナ、アルミナ−マグネシアスピネル複合酸化物、ジルコニア、アルカリ土類酸化物又はこれらの混合物からなることが好ましい。
【００２４】
このように、特定粒径の粗粒骨材と３１と微粒ボンド相３２を組み合わせることによって、中間層３は適度な空隙（気孔）３３を有し、基材２とジルコニア表面層４との熱膨張差が緩和される。また、微粒ボンド相３２により粗粒骨材３１が強固に結合され、かつ空隙３３を有する構造となるため、厚さの薄いセッターやシート等の基材上２に上記中間層３を形成することにより、表面亀裂の発生を防止し、ぽろつきを抑制し、また基材２の反りを著しく低減できる。
【００２５】
次に、本発明の電子部品焼成用治具の製造方法について説明する。
先ず、一定粒径、所定割合の粗粒骨材及び微粒ボンド相に有機バインダ及び水を加え、撹拌、混合してスラリーを得る。
【００２６】
このスラリーを、アルミナ・ムライト等からなる基材表面に、スプレー塗布、浸漬コーティング等の公知の被覆方法により所定の厚みとなるように被覆し、次いで乾燥して中間層を形成する。
【００２７】
続いて、この中間層の上に、ジルコニアのスラリーを、上記と同様にスプレー塗布、浸漬コーティング等の公知の被覆方法により所定の厚みとなるように被覆し、ジルコニア表面層を形成する。次いで、１３００〜１６００℃で焼成し、電子部品焼成用治具を製造する。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
【００２９】
〔実施例１〕
微粒ボンド相として、アルミナからなり、平均粒径５μｍのものを用いた。また、粗粒骨材として、アルミナからなり、粒度４８メッシュのものを粉砕して得られた平均粒径約５４μｍを有するものを用いた。
【００３０】
この微粒ボンド相と粗粒骨材とを２０重量％：８０重量％の割合で配合し、ボールミキサー中で均一に混合し、水とバインダーであるポリビニルアルコールを加えたスラリーとした。
【００３１】
シリカ含有量が１０重量％のアルミナ−ムライト基材表面に、上記スラリーをスプレーコートし、約１００℃で乾燥した。得られた中間層の厚さは約１００μｍであった。次いで、この中間層の表面にイットリア（Ｙ₂ Ｏ₃ ）で安定化したジルコニアスラリーをスプレーコートし約１００℃で乾燥した。得られたジルコニア表面層の厚さは約１００μｍであった。この積層体を１５００℃で２時間保持し、電子部品焼成用治具を得た。
【００３２】
〔実施例２〕
微粒ボンド相として、アルミナ−ジルコニアからなり、平均粒径５μｍのものを用いた。また、粗粒骨材として、アルミナからなり、粒度１００メッシュ、２２０メッシュ及び３６０メッシュの粒子を、２０重量％、６０重量％及び２０重量％混合した粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして電子部品焼成用治具を得た。
【００３３】
〔実施例３〜５及び比較例１〜３〕
粗粒骨材と微粒ボンド相とを表１に示される種類及び割合で用いた以外は、実施例１及び２と同様にして電子部品焼成用治具を得た。但し、実施例３〜４及び比較例２の粗粒骨材は、実施例１に準じて粉砕品とし、実施例５の粗粒骨材は、実施例２に準じて混合品とした。また、比較例１は微粒ボンド相を用いず、比較例３は、粗粒骨材を用いなかった。
【００３４】
このようにして得られた電子部品焼成用治具の表面亀裂の発生、ぼろつき及び基材の反りの有無を下記により評価した。
【００３５】
すなわち、電子部品焼成用治具を電気炉で５００℃から１３５０℃まで３時間かけて急熱し、次いで１３５０℃から５００℃まで３時間かけて急冷することを５０回繰り返し、表面亀裂の発生、ぼろつき及び基材の反りの有無を評価した。亀裂は目視できるものを亀裂とした。ぼろつきは手触りで判断し、表面ジルコニア層の粒子の脱落が大きい場合を不良とし、使用上問題のない少しのぼろつきは小とした。また、反りは厚さ３ｍｍで約１００×２００ｍｍの大きさの基材に対して、１ｍｍ以上の変形があったものを反りとした。結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表１に示されるように、実施例１〜５は、表面亀裂や反りが生じないのに対し、比較例２及び３では、表面亀裂も反りも生じた。また、実施例１〜５は、ぼろつきが生じないか少ないのに対し、比較例１では、ぼろつきが大きかった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の電子部品焼成用冶具によって、基材とジルコニア表面層との熱膨張差が緩和され、表面亀裂の発生を防止し、ぼろつきを抑制すると共に、基材の反りを著しく低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の電子部品焼成用治具の概略断面図である。
【図２】図２は、図１の中間層の模式断面図である。
【図３】図３は、３２０メッシュ市販品と４８メッシュ粉砕品の粒度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１：電子部品焼成用冶具
２：基材
３：中間層
４：ジルコニア表面層
３１：粗粒骨材
３２：微粒ボンド相
３３：空隙

Claims (2)

1. ジルコニア表面層と基材との間に中間層が形成された構造であって、
   上記中間層が、下記（１）又は（２）の粗粒骨材５０〜９０重量％と平均粒径１０μｍ以下の微粒ボンド相５０〜１０重量％とからなることを特徴とする電子部品焼成用治具。
   （１）粒度１００メッシュより粗い粗粒を粉砕して得られた平均粒径２０〜２００μｍの粒子で、かつ該平均粒径に相当する粒度（ＪＩＳ Ｒ ６００１で定義された粒度）における粒度規格よりも広い粒度分布をもつ粗粒骨材。
   （２）ＪＩＳ Ｒ ６００１で定義された７００メッシュより粗い２種類以上の粒度の粒子を混合して得られた平均粒径２０〜２００μｍの粗粒骨材。
2. 上記中間層の上記粗粒骨材がアルミナ質であり、上記微粒ボンド相がアルミナ、アルミナ−マグネシアスピネル複合酸化物、ジルコニア、アルカリ土類酸化物又はこれらの混合物からなる請求項１記載の電子部品焼成用治具。

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