JP4136249B2

JP4136249B2 - 電子部品用焼成治具

Info

Publication number: JP4136249B2
Application number: JP2000025690A
Authority: JP
Inventors: 真司森笹
Original assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Priority date: 2000-02-02
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2020-02-02
Also published as: JP2001220248A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長寿命であり、かつ、低コストで生産できる電子部品用焼成治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、セラミックコンデンサ、サーミスタ、フェライト等のセラミックからなる電子部品の焼成は、アルミナ質の焼成治具（例えばセッタ、匣鉢、プレート等）の上に電子部品を載置して焼成する方法を採ってきたが、治具中のシリカ（SiO₂）成分による電子部品の特性への影響を防ぐため、できる限りアルミナ（Al₂O₃）含有率が高い治具を使用することが一般的であった。しかしながら、アルミナ質の焼成治具はAl₂O₃含有率が高くなるほど熱膨張係数が大きくなるため、熱衝撃に対して弱く寿命が短かいという問題があった。
【０００３】
そこで、アルミナ−シリカ質の基材の表面にジルコニア（ZrO₂）のコート層を形成した焼成治具が開示されている（特開昭61-12017号公報、特開昭61-24225号公報）。当該治具は基材のアルミナ含有率が低く熱膨張率が低いため、熱衝撃に対して強く治具の長寿命化を図ることが可能であることに加え、基材表面にジルコニアのコート層を有するため、電子部品の特性に悪影響を及ぼすシリカ成分の飛散が防止されるという特徴を有している。
【０００４】
更に、上記焼成治具における基材とコート層との熱膨張率差に伴うコート層の剥離という問題を解決するため、アルミナ−シリカ質の基材とジルコニアからなるコート層との間にアルミナを溶射して中間層を形成した焼成治具が開示されている（特公平4-21330号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特公平4-21330号公報に記載の焼成治具はコート層の剥離は防止されるものの、使用回数が重なるに連れて焼成治具が反りを生ずるという新たな問題が生じ、結局のところ、治具の長寿命化には至らなかった。また、基材に対する溶射材料の付着率が20〜30質量％程度と低いため、製造コストが高いという問題点もあった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、長寿命であり、かつ、低コストで生産できる電子部品用焼成治具を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが鋭意検討した結果、基材の表面にアルミナとジルコニアの共晶体を含有する溶射被膜を形成することにより、上記従来技術の問題点を解決できることを見出して本発明を完成した。
【０００８】
即ち、本発明によれば、セラミックからなる基材の表面に、被焼成体との反応性が低い材質からなるコート層を有する電子部品用焼成治具であって、前記基材の表面に、アルミナとジルコニアの共晶体を含有する溶射被膜を有することを特徴とする電子部品用焼成治具が提供される。
【０００９】
本発明の電子部品用焼成治具は、基材とコート層との間の中間層がアルミナとジルコニアの共晶体を含有する溶射被膜からなるものが好ましく、コート層がジルコニア溶射被膜からなるものが更に好ましい。
また、本発明の電子部品用焼成治具は、コート層がアルミナとジルコニアの共晶体を含有する溶射被膜からなるものも好ましい。
【００１０】
更に、本発明の電子部品用焼成治具は、基材がアルミナ含有率50質量％以上のアルミナ−シリカ材からなるものが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の電子部品用焼成治具は、基材の表面に、アルミナとジルコニアの共晶体を含有する溶射被膜を有するものである。
このような治具は基材の選択により耐熱衝撃性の向上が可能であることに加え、治具の反りやコート層の剥離を防止できるため、長寿命である。また、基材や中間層に対する溶射材料の付着率が高いため、低コストで生産することができる。
以下、本発明の電子部品用焼成治具について詳細に説明する。
【００１２】
(1)電子部品用焼成治具
本明細書において「電子部品用焼成治具」（以下、単に「治具」という。）というときは、セラミックコンデンサ、サーミスタ、フェライト等のセラミックからなる電子部品の焼成に使用する部材を意味し、具体的には被焼成物を載置するためのセッタ、匣鉢、プレート等が包含される。
【００１３】
(2)共晶体を含有する溶射被膜
本発明の治具は、基材の表面、具体的には基材の表面上、若しくは基材表面上に形成された中間層の表面上に、アルミナとジルコニアの共晶体を含む溶射被膜を有するものである。換言すれば、本発明の治具は、アルミナとジルコニアの共晶体を含む溶射被膜からなる中間層若しくはコート層を有していることになる。
【００１４】
共晶体とは溶液から同時に析出する２種以上の物質の混合物をいい、各構成成分は微細な混合組織を形成する。共晶体はあたかも純粋物であるかのように凝固、溶融する点において単なる混合物とは異なり、各構成成分の混合系における極小融点をとるという特徴がある。
【００１５】
本発明においては、アルミナとジルコニアの共晶体を用いるが、アルミナ(mp.2015℃)とジルコニア(mp.2677℃、共晶体における「ジルコニア」は未安定化ジルコニアを意味する。)は質量比57.4：42.6で極小融点1710℃をとり、この質量比近傍（40：60〜80：20程度）では共晶体として挙動する。
【００１６】
共晶体を含む溶射被膜は、例えば基材や中間層の表面に対し、共晶体を含む溶射材料を溶射する方法により形成することができるが、共晶体は個々の構成成分と比較して融点が低く溶解し易いため、溶射の際に、より基材や中間層表面の凹凸に食い込む。即ち、共晶体を含む溶射被膜は基材や中間層との密着性が高く、剥離し難い。
【００１７】
また、本発明で使用する共晶体中にはジルコニア成分が含まれるため、アルミナ単独の溶射被膜と比較して電子部品材料と反応性が低い。従って、中間層の他、コート層としても使用することが可能である。このような構成は基材表面に直接ジルコニアのコート層を形成した場合と比較してコート層が剥離し難いため、必ずしも中間層を設ける必要がない点において好ましい。
【００１８】
共晶体の効果は必ずしも溶射被膜全体を共晶体で構成しなくても得ることができる。即ち、本発明には１つの溶射被膜を共晶体を含む混合物で構成したものや複数のコート層・中間層のうちの一部の溶射被膜を共晶体で構成したものも包含される。但し、上述の効果を確保すべく、１つの溶射被膜における共晶体の混合比率は50質量％以上であることが好ましい。
【００１９】
(3)中間層
本発明にいう中間層とは、基材とコート層との間に介在する層であって、その熱膨張係数が基材の熱膨張係数とコート層の熱膨張係数との間にあるものをいう。
中間層を形成すると、基材とコート層との間の熱膨張率差が緩和され、コート層の剥離を防止することができるという利点がある。
【００２０】
アルミナとジルコニアの共晶体を含む溶射被膜からなる中間層は、熱膨張係数が小さいアルミナ−シリカ材、コート層を熱膨張率が大きいジルコニアとしても、その熱膨張率差を緩和することができるため、コート層の剥離を防止できる点において好ましい。また、共晶体の融点が低いため、形成される中間層の表面が凹凸となり易く、大きいアンカー効果が得られる。即ち、共晶体を含む中間層はコート層との密着性が高く、コート層が剥離し難い中間層となる。
【００２１】
本発明においては、中間層の膜厚はガスプラズマ溶射であれば50〜100μｍ程度、水安定化プラズマ溶射であれば100〜150μｍ程度とすることが好ましい。
また、本発明においては、中間層を複数の層とし、徐々に熱膨張係数を変化させるように構成してもよい。
【００２２】
(4)コート層
本発明にいうコート層とは、基材の表面上若しくは中間層の表面上に形成された層であって、被焼成体である電子部品材料との接触面を構成するものをいう。コート層を形成すると、基材や中間層に含まれる反応性物質と電子部品材料との接触が防止されるため、例えば電子部品の特性に悪影響を及ぼすシリカを含む、シリカ−アルミナ材を基材として使用することも可能となる。
【００２３】
コート層は当該電子部品材料との反応性が低い材質でなければならないが、電子部品の種類によりその材質は異なる。例えばセラミックコンデンサはチタン酸バリウムで構成されるため、これと反応性の低いジルコニアを選択することが好ましい。
コート層における「ジルコニア」は、未安定化ジルコニアの他、カルシア（CaO）、イットリア（Y₂O₃）等で安定化された安定化ジルコニアをも包含する。従って、既述の反応性を考慮して最適なジルコニアを適宜選択すればよい。
なお、電子部品の種類によっては、アルミナとジルコニアの共晶体を含む溶射被膜をコート層として用いることも可能である。
【００２４】
本発明においては、コート層の膜厚については上述の効果を確保できる限りにおいて特に限定されないが、ガスプラズマ溶射であれば100〜150μｍ程度、水安定化プラズマ溶射であれば200〜250μｍ程度とすることが好ましい。
【００２５】
(5)基材
本発明の治具においては、基材を構成するセラミックは特に限定されず、例えばアルミナ、ジルコニア等の汎用セラミックで構成することができる。但し、アルミナは既述の如く熱衝撃に対して弱く、ジルコニアはコスト面で問題がある。
【００２６】
従って、本発明においてはアルミナ−シリカ質で構成することが好ましい。アルミナ−シリカ質は比較的安価であることに加え、熱衝撃に対しても強いため治具を長寿命化することが可能だからである。
なお、アルミナ−シリカ質のアルミナ含有率は50質量％以上であることが好ましい。50質量％未満とすると熱衝撃に対しては強くなるものの、シリカ成分が相対的に増加し、被焼成体である電子部品の特性に悪影響を及ぼすおそれがあるからである。
【００２７】
以上説明したように、本発明の治具としては、基材がアルミナ含有率50質量％以上のアルミナ−シリカ質からなり、コート層がジルコニア溶射被膜からなり、前記基材と前記コート層との間の中間層がアルミナとジルコニアの共晶体を含有する溶射被膜からなるものが特に好ましい。
【００２８】
(6)製造方法
本発明の治具は、溶射法を用いて、所望形状の基材の表面に中間層、次いでコート層を形成することにより製造することが可能である。
溶射とは、金属又はセラミックの微粉末（以下「溶射材料」という。）を加熱して半溶融状態とし、対象物の表面に吹き付けることにより溶射被膜を形成する方法をいう。加熱の方法により燃焼炎を用いるガス溶射、アークを用いるアーク溶射等、種々の方法が存在するが、本発明においてはプラズマジェットを用いるプラズマ溶射により溶射被膜を形成することが好ましい。
【００２９】
本発明においてはプラズマ溶射の中でも水安定化プラズマ溶射が特に好ましい。ガスプラズマ溶射による溶射被膜は最小膜厚が20〜50μｍ程度であるが、水安定化プラズマ溶射によれば最小膜厚100μｍ程度の厚い被膜を形成することができるからである。また、水安定化プラズマ溶射は、比較的ポーラスで表面が荒れた被膜を形成できるため、中間層表面に対するコート層の密着性が向上する点においても好ましい。
【００３０】
溶射に際しては、中間層、コート層の特性に適合するセラミック材料を粒径20〜50μｍ程度の溶射材料とし、溶射を行えばよい。
アルミナ、ジルコニア、或いはこれらの混合物を溶射材料とした場合、融点が高いことに起因して、基材に対する溶射材料の付着率が20〜30質量％程度と低く、製造コストの面で問題点があったが、本発明においてはコート層、或いは中間層の溶射材料に比較的融点の低いアルミナとジルコニアの共晶体を含むため、基材や中間層に対する溶射材料の付着率が50質量％程度まで向上し、製造コストを低減できるメリットがある。
【００３１】
本発明においてはコート層、或いは中間層の溶射材料として比較的融点の低いアルミナとジルコニアの共晶体を使用するため、必ずしも基材にブラスト加工を施したり、コート層や中間層の形成前に予熱を行う必要はないが、ブラスト加工や予熱を行うことにより、基材と中間層（或いは中間層とコート層）との密着性が更に向上し、基材から中間層やコート層が剥離することを防止できる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の治具について、実施例を用いて更に詳細に説明する。
但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
まず、実施例及び比較例における基材、製造方法、評価方法について説明する。
【００３３】
(1)基材
基材は、アルミナ含有率40〜90質量％、残部がシリカであるアルミナ−シリカ材をプレス成形し、焼成することにより、縦200ｍｍ×横200ｍｍ×厚さ5ｍｍの板状体としたものを使用した。焼成温度についてはアルミナ含有率を考慮して適宜変更した。
【００３４】
(2)製造方法
前記基材の表面に、水安定化プラズマ溶射法により、中間層、次いでコート層を形成することにより治具を製造した。中間層の膜厚はすべて0.1ｍｍ、コート層の厚さはすべて0.2ｍｍとした。
【００３５】
(3)評価方法
▲１▼ 耐久性試験：前記治具に誘電体であるチタン酸バリウム溶液を塗布した後、1400℃、5時間の条件において小型電気炉で焼成することを繰り返し、基材から中間層（又はコート層）が剥離し、或いは治具が反り、亀裂を生ずるまでの回数を測定した。
【００３６】
▲２▼ 実機試験：セラミックコンデンサ製品の焼成を実炉で行い、基材から中間層（又はコート層）が剥離し、或いは治具が反り、亀裂を生ずるまでの回数を測定した。
【００３７】
（実施例１）
アルミナ含有率が40質量％（実施例1-1）,50質量％（同1-2）,60質量％（同1-3）,70質量％（同1-4）,80質量％（同1-5），90質量％（同1-6）の基材に、中間層の溶射材料をアルミナとジルコニアの共晶体、コート層の溶射材料をジルコニアとして溶射を行い、治具を製造した。共晶体のアルミナ：ジルコニア質量比は60：40であった。コート層のジルコニアはジルコニア：イットリア質量比92：8の安定化ジルコニアを使用した。その評価結果を表１に示す。
【００３８】
（実施例２）
アルミナ含有率が50質量％（実施例2-1）,60質量％（同2-2）,70質量％（同2-3）,80質量％（同2-4）,90質量％（同2-5）の基材に、中間層の溶射材料をアルミナとジルコニアの共晶体を含む混合物、コート層の溶射材料を実施例１と同じ安定化ジルコニアとして溶射を行い、治具を製造した。
共晶体混合物はコランダム（α-アルミナ）の微細結晶を共晶体によって結合した構造のものを使用した。共晶体混合物全体のジルコニア含有率は25質量％であった。その評価結果を表１に示す。
【００３９】
（比較例１）
アルミナ含有率が80質量％の基材に、中間層を形成せず、コート層の溶射材料を実施例１と同じ安定化ジルコニアとして溶射を行い、治具を製造した。その評価結果を表１に示す。
【００４０】
（比較例２）
アルミナ含有率が80質量％の基材に、中間層の溶射材料をアルミナ、コート層の溶射材料を実施例１と同じ安定化ジルコニアとして溶射を行い、治具を製造した。その評価結果を表１に示す。
【００４１】
（比較例３）
アルミナ含有率が80質量％の基材に、中間層の溶射材料をアルミナとジルコニアの単なる混合物、コート層の溶射材料を実施例１と同じ安定化ジルコニアとして溶射を行い、治具を製造した。混合物のアルミナ：ジルコニア質量比は75：25とした。その評価結果を表１に示す。
【００４２】
（比較例４）
アルミナ含有率が80質量％の基材に、中間層の溶射材料をアルミナとジルコニアの単なる混合物、コート層の溶射材料を実施例１と同じ安定化ジルコニアとして溶射を行い、治具を製造した。混合物のアルミナ：ジルコニア質量比は60：40とした。その評価結果を表１に示す。
【００４３】
（比較例５）
アルミナ含有率が80質量％の基材に、溶射ではなく、実施例１と同じ安定化ジルコニアの粉体をポットミルにて湿式混合して調製したコート液をスプレーで塗布した後、焼き付けを行うことによりコート層を形成した。その評価結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
表１に示したように、比較例１及び比較例５は中間層がないため、コート層が極めて剥離し易く、比較例２は中間層・コート層の剥離はないものの中間層がアルミナであるため治具自体が少数回で反りを生じた。
また、比較例３及び比較例４のように中間層がアルミナとジルコニアの単なる混合物である場合には本発明の効果は得られずコート層が極めて剥離し易かった。
【００４６】
これに対し、実施例１及び実施例２は中間層・コート層の密着性が向上し中間層・コート層の剥離が生じ難くなったことに加え、治具自体の反りが生ずるまでの回数も大幅に増加し、極めて良好な結果を得た。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の電子部品用焼成治具は、基材の選択により耐熱衝撃性の向上が可能であることに加え、治具の反りや中間層・コート層の剥離を防止できるため、長寿命である。また、基材や中間層に対する溶射材料の付着率が高いため、低コストで生産することが可能である。

Claims

セラミックからなる基材の表面に、被焼成体との反応性が低い材質からなるコート層を有する電子部品用焼成治具であって、
前記基材の表面に、アルミナとジルコニアの共晶体を含有する溶射被膜を有することを特徴とする電子部品用焼成治具。
基材とコート層との間の中間層が、アルミナとジルコニアの共晶体を含有する溶射被膜からなる請求項１に記載の電子部品用焼成治具。
コート層が、ジルコニア溶射被膜からなる請求項２に記載の電子部品用焼成治具。
コート層が、アルミナとジルコニアの共晶体を含有する溶射被膜からなる請求項１に記載の電子部品用焼成治具。
基材が、アルミナ含有率50質量％以上のアルミナ−シリカ材からなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子部品用焼成治具。