JP3663445B2

JP3663445B2 - Electronic component firing jig

Info

Publication number: JP3663445B2
Application number: JP2000316266A
Authority: JP
Inventors: 憲之高橋; 靖久井筒; 和友星野; 富大内田
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2020-10-17
Also published as: JP2002128571A

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や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、粗粒骨材と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、基材とジルコニア表面層との間に、粗粒骨材と微粒ボンド相とからなる中間層を有し、該中間層が、粗粒骨材５０〜９０重量％と微粒ボンド相５０〜１０重量％とからなること特徴とする電子部品焼成用治具を提供するものである。
【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】
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、強度が低下する。
【００１８】
粗粒骨材３１は、アルミナ、アルミナ・スピネル複合酸化物又はそれらの混合物からなるものが好ましい。また、粗粒骨材の平均粒径は３０〜５００μｍであることが望ましい。
【００１９】
微粒ボンド相３２は、アルミナを８０重量％以上含み、残部がジルコニア、アルミナ・マグネシアスピネル複合酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類酸化物、チタン酸アルミニウムから選ばれる１種以上からなるものが好ましい。残部となるジルコニア等の酸化物は、主としてアルミナの焼成性を高め、ジルコニア表面層のぼろつきを抑制し、また基材との密着性を向上させるために含有される。これらの酸化物の含有量は１〜２０重量％が好ましく、含有量が１重量％未満では焼成性が向上せず、また２０重量％を超えるとアルミナの特性が変化して、亀裂の発生及び基材の反りを低減できない。また、微細ボンド相の平均粒径が１０μｍ以下であることが望ましい。
【００２０】
このように、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、基材２の反りを著しく低減できる。
【００２１】
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、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
【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。
【００２５】
〔実施例１〕
微粒ボンド相が、アルミナ１００重量％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、平均粒径５０μｍのものを用いた。
【００２６】
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。
【００２７】
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（Ｙ₂Ｏ₃）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。
【００２８】
〔実施例２〜７及び比較例１〜２〕
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と同様にして電子部品焼成用治具を得た。但し、比較例１は、粗粒骨材を用いなかった。
【００２９】
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と基材の反りの有無を下記により評価した。
【００３０】
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、表面亀裂の発生と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、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。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１に示されるように、実施例１〜７は、表面亀裂や反りが生じないのに対し、比較例１〜２では、表面亀裂も反りも生じた。
【００３３】
【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、表面亀裂や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。
【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a jig for firing electronic parts such as setters, shelf boards, and mortars used when firing electronic parts such as dielectrics, multilayer capacitors, ceramic capacitors, piezoelectric elements, and thermistors.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Electronic component firing jigs are being reduced in weight in order to reduce workability and fuel costs. Particularly when electronic parts are fired in a continuous furnace, a setter or a sheet-like base material is desired which has a small heat capacity of the jig and can be easily heated and lowered. In this case, the thickness of the base material is 3 to 4 mm or less.
[0003]
In addition to heat resistance and mechanical strength, the electronic component firing jig is required not to react with the ceramic electronic component to be fired. When an electronic component work such as a dielectric contacts and reacts with a firing jig, there are problems such as fusion or deterioration of characteristics due to variation in the composition of the work.
[0004]
Usually, an alumina / mullite base material having high hot strength and good thermal spalling properties is widely used as a base material for these electronic component firing jigs. This alumina / mullite base material is likely to react with the electronic component work, and a method of coating the surface of the base material with zirconia is employed to prevent this reaction.
[0005]
Zirconia has low reactivity with the base material, but the difference in thermal expansion coefficient with the above base material is large, so the base material warps and the zirconia surface layer cracks under the usage environment where repeated thermal cycling occurs. There is a problem of peeling.
[0006]
Zirconia undergoes a phase transition from monoclinic to tetragonal at about 1200 ° C. As a result, there is a problem that the surface layer of zirconia tends to be detached due to a change in the thermal expansion coefficient accompanying the phase transition due to repeated thermal cycling. Moreover, when using unstabilized zirconia as a surface layer, there also exists a problem that the powdering accompanying a phase transition arises.
[0007]
In order to solve such a problem, it has been proposed to provide various intermediate layers between the base material and the zirconia surface layer (Japanese Patent Laid-Open No. 3-137708, Japanese Patent No. 2859911, etc.).
[0008]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-137708, an intermediate layer made of alumina is provided. However, in this jig for firing electronic parts, the sinterability of alumina is poor, it does not have sufficient adhesion as an intermediate layer between the zirconia surface layer and the base material, and at the level that can satisfy the warp of the base material described above. It cannot be prevented.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an electronic component firing jig in which surface cracks and warpage of a substrate are remarkably reduced by reducing a difference in thermal expansion between the substrate and a zirconia surface layer.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of the study, the present inventors have found that the above object can be achieved by using an intermediate layer composed of coarse aggregate and fine bond phase between the base material and the zirconia surface layer.
[0011]
The present invention has been made based on the above findings, between the substrate and the zirconia surface layer, have a middle layer consisting of coarse aggregate and fine bond phase, the intermediate layer, coarse aggregate there is provided an electronic component firing jig to Rukoto features from 50 to 90% by weight and fine bond phase 50 to 10% by weight.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the jig for firing electronic parts of the present invention will be described.
[0013]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electronic component firing jig according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an intermediate layer. 1 and 2, 1 is a jig for firing electronic parts, 2 is a base material, 3 is an intermediate layer, 4 is a zirconia coating layer, 31 is a coarse aggregate, 32 is a fine bond phase, and 33 is a void.
[0014]
In the electronic component firing jig 1 of FIG. 1, the base material 2 may be the same as that conventionally used. For example, alumina-based material, alumina-mullite-based material, alumina-magnesia-based spinel material, alumina-mullite -A cordierite-based material or a combination thereof is used.
[0015]
As the zirconia 4 surface layer, unstabilized zirconia, partially stabilized zirconia, stabilized zirconia, and the like can be used. However, since the zirconia surface layer is in direct contact with the electronic component, it should not adversely affect the electronic component. Therefore, it is desirable to use zirconia or a mixture thereof partially stabilized or stabilized by yttria, calcia, magnesia or the like. Zirconia is monoclinic at room temperature. As the temperature rises, the phase transition of monoclinic → (about 1200 ° C) → tetragonal → (2370 ° C) → cubic occurs, but zirconia has yttria and magnesia. By dissolving a partially melted binder (stabilizer) such as tetragonal crystal or cubic crystal which is a high temperature phase, it can be stabilized at room temperature.
[0016]
In the present invention, the intermediate layer 3 provided between the base material 2 and the zirconia surface layer 4 is composed of a coarse aggregate 31 and a fine bond phase 32 as shown in FIG. 33 exists. The thickness of the intermediate layer is not particularly limited, but is preferably 50 to 200 μm.
[0017]
The content ratio of the coarse aggregate 31 and the fine bond phase 32 in the intermediate layer is 50 to 90% by weight of the coarse aggregate and 50 to 10% by weight of the fine bond phase. When the coarse aggregate is less than 50% by weight or the fine bond phase is more than 50% by weight, the thermal expansion is insufficiently relaxed. Further, if the coarse aggregate is more than 90% by weight or less than 10% by weight of the fine bond phase, the strength is lowered.
[0018]
The coarse aggregate 31 is preferably made of alumina, alumina / spinel composite oxide, or a mixture thereof. The average particle size of the coarse aggregate is preferably 30 to 500 μm.
[0019]
The fine-grained bond phase 32 contains 80% by weight or more of alumina, and the balance is composed of one or more selected from zirconia, alumina / magnesia spinel composite oxide, alkaline earth metal oxide, rare earth oxide, and aluminum titanate. preferable. The remaining oxide, such as zirconia, is mainly contained in order to enhance the calcinability of alumina, suppress the sag of the zirconia surface layer, and improve the adhesion to the substrate. The content of these oxides is preferably 1 to 20% by weight. If the content is less than 1% by weight, the sinterability is not improved. If the content exceeds 20% by weight, the characteristics of the alumina change, and cracks are generated and The warpage of the substrate cannot be reduced. Moreover, it is desirable that the average particle diameter of the fine bond phase is 10 μm or less.
[0020]
Thus, by combining the coarse aggregate 31, and the fine bond phase 32, the intermediate layer 3 has appropriate voids (pores) 33, and the thermal expansion difference between the substrate 2 and the zirconia surface layer 4 is alleviated. Is done. Further, since the coarse aggregate 31 is firmly bonded by the fine bond phase 32 and has a gap 33, the intermediate layer 3 is formed on the base material 2 such as a thin setter or sheet. Thereby, the curvature of the base material 2 can be remarkably reduced.
[0021]
Next, the manufacturing method of the electronic component baking jig of the present invention will be described.
First, an organic binder and water are added to a predetermined ratio of coarse aggregate and fine bond phase, and stirred and mixed to obtain a slurry.
[0022]
The slurry is coated on the surface of a substrate made of alumina, mullite or the like by a known coating method such as spray coating or dip coating, and then dried to form an intermediate layer.
[0023]
Subsequently, a zirconia slurry is coated on the intermediate layer so as to have a predetermined thickness by a known coating method such as spray coating or dip coating in the same manner as described above to form a zirconia surface layer. Next, firing is performed at 1300 to 1600 ° C. to manufacture an electronic component firing jig.
[0024]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples.
[0025]
[Example 1]
A fine bond phase composed of 100% by weight of alumina and having an average particle size of 5 μm was used. Further, coarse aggregates made of alumina and having an average particle size of 50 μm were used.
[0026]
The fine bond phase and the coarse aggregate were blended at a ratio of 20% by weight to 80% by weight, mixed uniformly in a ball mixer, and made into a slurry in which water and polyvinyl alcohol as a binder were added.
[0027]
The slurry was spray-coated on the surface of an alumina-mullite substrate having a silica content of 10% by weight and dried at about 100 ° C. The thickness of the obtained intermediate layer was about 100 μm. Next, zirconia slurry stabilized with yttria (Y ₂ O ₃ ) was spray-coated on the surface of this intermediate layer and dried at about 100 ° C. The thickness of the obtained zirconia surface layer was about 100 μm. This laminate was held at 1500 ° C. for 2 hours to obtain an electronic component firing jig.
[0028]
[Examples 2-7 and Comparative Examples 1-2]
An electronic component firing jig was obtained in the same manner as in Example 1 except that coarse aggregate and fine bond phase were used in the types and proportions shown in Table 1. However, Comparative Example 1 did not use coarse aggregate.
[0029]
The occurrence of surface cracks in the electronic component firing jig thus obtained and the presence or absence of warpage of the substrate were evaluated as follows.
[0030]
That is, the electronic component firing jig was rapidly heated in an electric furnace from 500 ° C. to 1350 ° C. over 3 hours, and then rapidly cooled from 1350 ° C. to 500 ° C. over 3 hours. The presence or absence of warping of the material was evaluated. The crack was defined as a visible crack, and the warp was defined as a warp having a thickness of 3 mm and a deformation of 1 mm or more with respect to a substrate having a size of about 100 × 200 mm. The results are shown in Table 1.
[0031]
[Table 1]

[0032]
As shown in Table 1, in Examples 1 to 7, surface cracks and warpage did not occur, whereas in Comparative Examples 1 and 2, surface cracks and warpage occurred.
[0033]
【The invention's effect】
With the electronic component firing jig of the present invention, the difference in thermal expansion between the base material and the zirconia surface layer is alleviated, and surface cracks and warpage of the base material can be significantly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electronic component firing jig according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the intermediate layer of FIG.
[Explanation of symbols]
1: Electronic component firing jig 2: Base material 3: Intermediate layer 4: Zirconia surface layer 31: Coarse aggregate 32: Fine bond phase 33: Void

Claims

Between the substrate and the zirconia surface layer, it has a middle layer consisting of coarse aggregate and fine bond phase, the intermediate layer, the coarse aggregate 50-90% by weight and fine bond phase 50-10 weight % and electronic part firing jig to Rukoto features from.

The coarse aggregate of the intermediate layer, alumina consists alumina spinel composite oxide or a mixture thereof, and an average particle size of electronic components firing jig of claim 1 Symbol placement is 30 to 500 m.

The fine-grained bond phase of the intermediate layer contains 80% by weight or more of alumina, and the balance consists of one or more selected from zirconia, alumina-magnesia spinel composite oxide, alkaline earth metal oxide, rare earth oxide, and the average grain size The electronic component firing jig according to claim 1 or 2 , wherein the diameter is 10 µm or less.