JP3819352B2 - 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】
電子部品焼成用治具として必要な性能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問題点がある。
通常はこれらの電子部品焼成用治具の基材として、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ている。
【０００３】
又ワークとの反応を防止するために、表面層にジルコニア（酸化ジルコニウム、ＺｒＯ_２）を被覆する方法が採用されている。ジルコニアは基材との反応性は低いが、基材との熱膨張係数の差が大きいため、繰り返し熱サイクルが生ずる使用環境下では治具の被覆に亀裂が生じたり剥離したりするといった問題がある。更にジルコニアは〜１１００℃近傍で単斜晶から正方晶への相変化が起こる。その結果、繰り返し熱サイクルによる相変態に伴う熱膨張係数の変化によりジルコニアのコーティング層が脱離したり亀裂が発生して焼成する電子部品が基材の影響を受け易くなる。
【０００４】
ジルコニアを基材の表面にのみ被覆した電子部品焼成用治具では、焼成時や繰り返し使用時に基材表面が基材裏面に比較して収縮が大きくなりがちで、基材が反って湾曲が生じたりすることがあった。このような問題点を解消するために基材の表面だけでなく、基材裏面にも表面側と同じジルコニアを被覆した電子部品焼成用治具が提案されている（特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。更に剥離性等の強度の問題を解決するために、ジルコニア表面層と基材の間にアルミナから成る中間層を存在させた電子部品焼成用治具が提案されている（特許文献４参照）。
【０００５】
更に電子部品焼成用治具の基材表面にジルコニア層（又はジルコニア膜）を形成する方法として、塗布法、ディップコート法やスプレーコーティング法等がある。これらの方法は、比較的安価で工業用生産に適するが、形成されたジルコニア層の耐脱粒性や耐摩耗性が十分でない場合がある。特に繰り返し熱サイクルが電子部品焼成用治具に負荷される環境では、ジルコニア層が基材から剥離したり、脱粒が生じたりする場合がある。
又比較的粒子の粗い粗粒を用いてジルコニア層を形成する場合は、ジルコニア層の緻密化が起こらず、又気孔が多く形成されて基材との熱膨張差を緩和する方向に作用する。しかしジルコニア膜と基材と密着性が悪く、膜の焼結性も低下して剥離の原因となることがある。
【０００６】
これらの欠点を解消するために、特許文献５及び６に示すように、金属酸化物から成る部分溶融結合材（焼結助剤）をジルコニア層に添加した電子部品焼成用治具が提案されている。例えば特許文献５には、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を必須成分として含み、これに酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化ストロンチウム（ストロンチア、ＳｒＯ）から選択される１種類以上、好ましくは２種類以上の金属酸化物を添加した部分溶融結合材を含む電子部品焼成用治具が開示されている。
この電子部品焼成用治具中の部分溶融結合材は、粗粒ジルコニア及び／又は微粒ジルコニアを結合して強度を向上させ、及び基材との密着性を向上させてジルコニア層の剥離や粉化を抑制するという効果が得られ、従って強度が十分で、経済的な製造を可能にする。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３７６７６号公報
【特許文献２】
特開２００１−１３０９８４号公報
【特許文献３】
特許第３１３９９６２号公報
【特許文献４】
特開２００２−１１４５７８号公報
【特許文献５】
特開２００１−２１３６６６号公報、段落００１１
【特許文献６】
特開２００１−３２２８７５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、その表裏面にジルコニア層や金属酸化物被覆層を有する３層型の電子部品焼成用治具の性能をより向上させることを可能にした電子部品焼成用治具を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基材の表面にジルコニア表面層を、前記基材の裏面に金属酸化物被覆層を形成した電子部品焼成用治具（３層構造の電子部品焼成用治具）において、前記金属酸化物被覆層がジルコニアを含有しないことを特徴とする電子部品焼成用治具である。
【００１０】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明は、基材の表面にジルコニア表面層を、前記基材の裏面に金属酸化物被覆層を形成した電子部品焼成用治具（以下３層構造治具という）を対象とする。基材表面にのみジルコニア表面層を被覆した２層構造の電子部品焼成用治具では、特にその基材が薄い場合に、焼成の際の膨張と収縮により基材表面のジルコニア表面層に応力や歪みが発生して基材の反りが生じることがある。特に最近の電子部品焼成用治具は、軽量で取扱いが容易で、又省エネルギーの観点から熱容量の小さな軽量で板厚の薄い焼成用治具が要請されている。その結果、基材として板厚の薄いシート材やプレス品が望まれており、前記反りが現れ易く、反りの防止が強く要請されている。
【００１１】
これに対し本発明の３層構造治具では、基材表面のジルコニア表面層に加えて基材裏面に金属酸化物被覆層を形成することにより、焼成時に基材の表裏面に加わる応力や歪みを均等化して、反りを発生させないか、発生しても発生量を最小限に抑制できる。そして基材表面のジルコニア表面層と基材裏面の金属酸化物被覆層の厚さの比を調節することにより、更に効率良く反りを防止できる。
又セッターのように重ねて段組をして使用する場合には、基材裏面からの不純物蒸気が拡散して直下の基材の表面のジルコニア表面層に混入することを予防することもでき、焼成する電子部品が不純物による汚染から保護される。
ジルコニア表面層と基材及び金属酸化物被覆層と基材間に発生することのある応力や歪みをバランスさせるためには、例えばジルコニア表面層の膜厚が２００μｍであれば金属酸化物被覆層の膜厚もそれに近い膜厚、例えば１００〜２００μｍとすることが望ましい。但しジルコニア表面層と金属酸化物被覆層の緻密度、気孔率、焼結性、熱膨張特性の相違等を考慮する必要があり、例えば金属酸化物被覆層に焼結助剤を添加して焼結性を高め、又金属酸化物被覆層を緻密質にすることにより、ジルコニア表面層に比較して膜厚を薄くして応力や歪みをバランスすることができる。
本発明において、熱サイクルに対する耐久性、耐剥離性、耐ぼろつき性等の観点から、ジルコニア表面層及び金属酸化物被覆層の膜厚は５０μｍ以上で５００μｍ以下、好ましくは４００μｍ以下であり、中間層を形成する場合にもジルコニア表面層と中間層の厚さの合計がこれらの値になるようにすることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る電子部品焼成用治具の基材の材質は、従来と同様で良く、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。
基材裏面に形成される金属酸化物被覆層の材質としては、その主成分が、アルミナ、アルミナ−マグネシアスピネル又はマグネシアである金属酸化物を使用できる。該金属酸化物の好ましい粒径は０．１〜１００μｍであり、表面層と同様に焼結を促進するために焼結助剤として金属酸化物を適宜添加できる。添加量は通常０．５〜２５重量％である。なお、ここで主成分とは５０重量％超で１００重量％以下の含有量の成分をいう。
【００１３】
本発明では、３層構造治具の裏面側の金属酸化物被覆層がジルコニアを含有しないようにする、つまり表面側のジルコニア表面層と異なった材料で裏面側の金属酸化物被覆層を形成する。裏面側は電子部品と直接接触しないため、電子部品との反応性が低いことは要求されず、ジルコニア以外の材料で構成することが可能になる。これにより電子部品との反応性を考慮せずに、コスト面や基材との密着性を考慮して材料を決定することが可能になる。
【発明の実施の形態】
【００１４】
本発明の電子部品焼成用治具の製造に関する実施例、参考例及び比較例を記載するが、これらは本発明を限定するものではない。
【００１５】
［参考例１］
基材として、シリカ成分が約１０重量％までのアルミナ−ムライト基材（１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×板厚３ｍｍ）を使用した。
ジルコニア表面層用材料として、＃１００メッシュのイットリア安定化ジルコニアを７０重量％、平均粒径３μｍの未安定化ジルコニアを２５重量％及び焼結助剤としてアルミナ（２重量％）、イットリア（１重量％）及びカルシア（２重量％）を合計で５重量％添加した混合物を準備した。
この混合物をボールミルで均一に混合し、水とバインダーであるポリビニルアルコールを加えてスラリーとした。このスラリーを前記基材表面にスプレーコートし、１００℃で乾燥した。次いで基材裏面に、ジルコニア表面層の被覆に使用したものと同一のスラリーをスプレーコートした後、１００℃で乾燥した。
【００１６】
このようにして得られた被覆を有する基材を１５００℃で２時間保持し、電子部品焼成用治具を作製した。焼成後のジルコニア表面層の膜厚は約２５０μｍ、裏面の金属酸化物被覆層の膜厚は約２５０μｍであった。
得られた電子部品焼成用治具の反り［図１に示した“ａ”（基材の対角線の交点）］を測定したところ、実質的に反りは発生していなかった。又耐剥離性を調べるため、前記電子部品焼成用治具を３時間掛けて５００℃から１３００℃に急熱し、次いで３時間掛けて１３００℃から５００℃に急冷する熱サイクルを５０回繰り返したが、ジルコニア表面層及び金属酸化物被覆層に亀裂及び剥離は観察されなかった。又熱サイクル後にも反りは見られなかった。これらの結果を表１に示した。
【００１７】
［参考例２］
平均粒径が約３０μｍのアルミナ９７重量％、焼結助剤として平均粒径が約１μｍのカルシアを３重量％秤量し、ボールミルで均一に混合し、水とバインダーであるポリビニルアルコールを加えてスラリーとした。このスラリーを参考例１と同じ前記基材表面にスプレーコートし、１００℃で乾燥して中間層を形成した。次いでこの中間層表面に、参考例１と同じジルコニア表面層を、更に基材裏面に参考例１と同じ金属酸化物被覆層を、それぞれ参考例１と同じ条件で形成した。
焼成後に得られたジルコニア表面層、金属酸化物被覆層及び中間層の膜厚はそれぞれ、約１５０μｍ、約２００μｍ及び約１００μｍであった。
参考例１と同様にして得られた電子部品焼成用治具を評価したところ、反りの発生はなく、又熱サイクル後の反り、亀裂及び剥離も見られなかった。これらの結果を表１に示した。
【００１８】
［実施例１］
ジルコニア表面層の焼結助剤として、アルミナ（２重量％）、イットリア（１重量％）及びマグネシア（２重量％）を合計で５重量％用い、裏面側の金属酸化物被覆層として平均粒径３０μｍのアルミナ粒子を用いたこと以外は、参考例１と同様にして電子部品焼成用治具を作製した。
焼成後に得られたジルコニア表面層及び金属酸化物被覆層の膜厚はそれぞれ、約２００μｍ及び約７０μｍであった。
参考例１と同様にして得られた電子部品焼成用治具を評価したところ、反りの発生はなく、又熱サイクル後の反り、亀裂及び剥離も見られなかった。これらの結果を表１に示した。
【００１９】
［実施例２］
裏面の金属酸化物被覆層として平均粒径約３０μｍのアルミナ・マグネシアスピネル粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様にして電子部品焼成用治具を作製した。
焼成後に得られたジルコニア表面層及び金属酸化物被覆層の膜厚はそれぞれ、約２００μｍ及び約１００μｍであった。
参考例１と同様にして得られた電子部品焼成用治具を評価したところ、反りの発生はなく、又熱サイクル後の反り、亀裂及び剥離も見られなかった。これらの結果を表１に示した。
【００２０】
［参考例３］
基材と金属酸化物被覆層の間にも、基材とジルコニア表面層間に形成した中間層と同一の中間層を同一条件で形成したこと以外は参考例２と同じ電子部品焼成用治具を作製した。ジルコニア表面層及び金属酸化物被覆層の膜厚は共に１５０μｍ、両中間層の膜厚は共に１００μｍであった。
参考例１と同様にして得られた電子部品焼成用治具を評価したところ、反りの発生はなく、又熱サイクル後の反り、亀裂及び剥離も見られなかった。これらの結果を表１に示した。
【００２１】
［比較例１］
ジルコニア表面層として、＃１００メッシュのイットリア安定化ジルコニアを７５重量％、平均粒径が３μｍの未安定化ジルコニアを２５重量％用いた。焼結助剤を用いず、更に裏面側の金属酸化物被覆層を形成しなかったこと以外は、参考例１と同様にして電子部品焼成用治具を作製した。ジルコニア表面層の膜厚は２５０μｍであった。
参考例１と同様にして得られた電子部品焼成用治具を評価したところ、焼成後に約１ｍｍの反りが発生し、又３２回の熱サイクルで膜が剥離した。これらの結果を表１に示した。
【００２２】
［比較例２］
裏面側の金属酸化物被覆層を形成しなかったこと以外は、参考例２と同様にして電子部品焼成用治具を作製した。ジルコニア表面層の膜厚は５００μｍであった。
参考例１と同様にして得られた電子部品焼成用治具を評価したところ、焼成後に約１．５ｍｍの反りが発生し、又１０回の熱サイクルで膜に亀裂が発生した。これらの結果を表１に示した。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【発明の効果】
本発明の電子部品焼成用治具は、基材の表面にジルコニア表面層を、前記基材の裏面に金属酸化物被覆層を形成した電子部品焼成用治具において、前記金属酸化物被覆層がジルコニアを含有しないことを特徴とする電子部品焼成用治具（請求項１）である。
この発明では、基材の表裏面に形成されたジルコニア表面層及び金属酸化物被覆層により、基材表裏面に生じることのある応力や歪みがバランスされて実質的に反りの発生が防止される。
【００２５】
又本発明では、前記基材の裏面に被覆される金属酸化物被覆層が、表面に形成されるジルコニア表面層と異なった材料で構成されている。これにより電子部品との反応性を考慮せずに、コスト面や基材との密着性の密着を考慮して金属酸化物被覆層の材料を決定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例における反りを定義する図。

Claims (3)

1. 基材の表面にジルコニア表面層を、前記基材の裏面に金属酸化物被覆層を形成した電子部品焼成用治具において、前記金属酸化物被覆層がジルコニアを含有しないことを特徴とする電子部品焼成用治具。
2. ジルコニア表面層及び金属酸化物被覆層の厚さが５０〜５００μｍである請求項１に記載の電子部品焼成用治具。
3. 基材が煉瓦質又は磁器質である請求項１又は２に記載の電子部品焼成用治具。

Images