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

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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、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 3 )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】
Figure 0003644015
【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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