JP4298236B2 - セラミックス電子部品焼成用セッターの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼成によりセラミックス電子部品を製造する際に用いられるセッターの製造方法に関する。より詳しくは、アルミナ、及びムライトを主成分とするセラミックス質の基体を備えるセラミックス電子部品焼成用セッターの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックス電子部品焼成用セッター（以下、単に「セッター」と省略することがある。）は、焼成によりセラミックス質の電子部品を製造する際に、被焼成体（焼成後に電子部品となるものである。以下、同様である。）を載置する部材であり、その使用目的又は使用環境から、被焼成体と反応して製品の品質劣化を招かないことは勿論、昇温、冷却の繰り返しに対する耐性、即ち、耐スポーリング性が大きいことが要求される。
【０００３】
従来、このようなセラミックス電子部品焼成用セッターにあっては、アルミナ粒子からなる骨材と、耐スポーリング性の大きなムライトを骨材及びマトリックス材として構成した基体と、この基体を被覆して被焼成体と基体との反応を防止するコート層とを備えるものが広く用いられている。
【０００４】
また、この従来のセッターでは、マトリックス材を構成するムライトを、アンダルサイト（２（Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂））若しくは粘土とアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）とから合成していたことから、化学理論モル比（Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比＝１．５）のものが用いられていた。
【０００５】
ところで、このようなセッターは、通常、棚枠又は匣鉢に多数階層的に積載して用いられるが、セラミックス電子部品の製造工程においては、焼成工程が生産効率上の律速段階である。このため、最近では、積載するセッターの間隔を密にして、多量の被焼成体をセッターに載置することが行われている。また、同様の点から、焼成時間を短縮化する試みも検討されている。従って、このようなセッターにあっては、耐スポーリング性等の特性に優れることは勿論であるが、棚枠等に積載される位置に関わらず、被焼成体が均一な温度で焼成されることへの要求が強くなっている。
【０００６】
しかし、前述した従来のセッターは、このような要請については全く考慮されていなかったため、耐スポーリング性は大きなものの、焼成時において、焼成後の電子部品について均一の特性が得られないという問題があった。
【０００７】
即ち、従来のセッターでは、基体を構成する主成分の１つであるムライトが、化学理論モル比の組成を有するものであったため熱伝導率が低く（気孔率０％の場合の熱伝導率が６．０Ｗ／ｍ・Ｋである。）、実際に棚枠等に複数積載して用いると、積載位置が階層方向の中間付近に位置するセッターの中央部分に載置された被焼成体では、焼成が不充分なことに起因して、所望の特性が得られない場合があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、セッターとして充分な耐スポーリング性を有し、しかもセッターの積載間隔の緻密化や焼成時間の短縮化、更にはセッターの大型化等がなされた場合であっても、被焼成体を、その載置位置に関わらず均一な温度で焼成することができ、均一な特性の製品が得られるセラミックス電子部品焼成用セッターの製造方法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】
本発明者は、上述の課題を解決するべく鋭意研究した結果、基体を構成する主成分の１つであるムライトとして、アルミナリッチの特定組成のものとすることにより、セッターとして求められる大きな耐スポーリング性を有しながらも、高い熱伝導性を有するセッターが得られることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
即ち、本発明は、アルミナ、及びムライトを主成分とするセラミックス材料からなる基体と、該基体上に設けられる被焼成体との反応を防止するコート層とを備えるセラミックス電子部品焼成用セッターの製造方法であって、アルミナと、ムライトとの質量比（ムライト／アルミナ）が５／９５〜５０／５０であり、且つＡｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比１．６〜２．４の原料組成を有するムライトを用いて焼成することにより、前記基体を作製し、
該基体及び該コート層全体の２０℃における熱伝導率が、２．７〜１５．０Ｗ／ｍ・Ｋであるとともに、前記基体及び前記コート層全体の１２００℃における熱伝導率が、５．０〜２０．０Ｗ／ｍ・Ｋであり、且つ前記基体及び前記コート層全体の２０℃における熱拡散率が、１．２５×１０^-6〜６．１×１０^-6ｍ²／ｓであることを特徴とするセラミックス電子部品焼成用セッターの製造方法を提供するものである。
【００１３】
本発明のセッターにおいては、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比１．８〜２．１の原料組成を有するムライトを用いて焼成したものであることがより好ましい。また、骨材の主成分たるアルミナと、マトリックス材の主成分たるムライトとの質量比（ムライト／アルミナ）が１５／８５〜５０／５０であるものが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
【００１５】
本発明のセッターは、アルミナ、及びムライトを主成分とするセラミックス材料からなる基体と、基体上に設けられるコート層とを備えるものであり、基体及びコート層全体の２０℃における熱伝導率が、２．７０〜１５．００Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とするものである。
【００１６】
これにより、複数の大型セッターを棚枠等に密に積載した場合でも、特に焼成時間を長くすることなく、セッターに載置された総ての被焼成体を、その載置位置に関わらず均一の温度で焼成することができ、得られる電子部品の特性ばらつきを低減することができる。
【００１７】
このため、本発明のセッターは、当該２０℃における熱伝導率が、２．７６Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものがより好ましく、２．８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが特に好ましい。
【００１８】
また、本発明においては、得られる電子部品の特性ばらつきをより低減できる点で、更に、基体及びコート層全体の２０℃における熱拡散率が、１．２５×１０^-6〜６．１×１０^-6ｍ²／ｓであることが好ましく、１．４０×１０^-6〜４．２０×１０^-6ｍ²／ｓであることがより好ましく１．４０×１０^-6〜２．０×１０^-6ｍ²／ｓであることが特に好ましい。
【００１９】
更に、本発明においては、被焼成体の焼結時に、焼結温度を均一にして製品特性のばらつきを低減することができる点で、基体及びコート層全体の１２００℃における熱伝導率が、５．０〜２０．０Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましい。
【００２０】
以下、このような特性を有するセッターについて具体的に説明する。
【００２１】
本発明において、基材の主成分の１つであるアルミナとしては、コランダム型の最も安定した結晶構造を有し、耐熱性、耐熱衝撃性等に優れる点で、α−アルミナが好ましい。また、当該α−アルミナを主結晶とするものとして、例えば、電融アルミナ、焼結アルミナ等を挙げることができる。
【００２２】
また、本発明においては、アルミナが、基体を構成するセラミックス材料中、骨材を構成するものが好ましい。このため、アルミナとしては、粒径２．０〜０．２ｍｍのものが好ましく、粒径１．０〜０．５ｍｍのものがより好ましい。
【００２３】
次に、本発明のセッターにおいては、基体を構成するセラミックス材料の他の主成分である所定のＡｌ ₂ Ｏ ₃ ／ＳｉＯ ₂ モル比の組成を有するムライトを用いて焼成するが、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比が１．６〜２．４の組成のものが好ましく、１．７〜２．１の組成のものがより好ましく、１．８〜２．１の組成のものが更に好ましく、１．８〜２．０の組成のものが特に好ましい。
【００２４】
これにより、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比を化学理論モル比としたムライトを基体の主成分の１つとして含有するセッターと略同等の耐スポーリング性を有しながらも、熱伝導性が高く特性ばらつきの小さな製品が得られるセッターとすることができる。
【００２５】
もっとも、本発明におけるムライトは、化学理論モル比のムライト等を含有するものであってもよい。但し、化学理論モル比のムライトを多量に含有すると熱伝導性を低下させることから好ましくなく、具体的には、全ムライト中５％以下の含有率であることが好ましい。
【００２６】
更に、本発明においては、当該ムライトが、ガラス相を含有するものでもよい。但し、このガラス相を高率で含有すると、耐熱性、熱伝導性を低下させることから、微量成分とすることが好ましく、具体的には、全ムライト中１％以下の含有率であることが好ましい。
【００２７】
また、本発明においてムライトは、基体を構成するセラミックス材料中、骨材及びマトリックス材を構成するものが好ましい。また、当該ムライトの粒径は、粒径２ｍｍ以下のものが好ましく、粒径１ｍｍ以下のものがより好ましい。
【００２８】
本発明における基体は、前述したマトリックス材及び骨材の主成分たるムライトと、骨材の主成分たるアルミナの質量比（ムライト／アルミナ）が５／５以下のものが好ましく、４／６以下のものがより好ましく、３／７以下のものが更に好ましく、２／８以下のものが特に好ましい。
【００２９】
基体のムライトとアルミナの質量比（ムライト／アルミナ）がこの範囲であれば、所望の耐スポーリング性を有しながら、高い熱伝導性を有するセッターとすることができ、セッターに載置された総ての被焼成体を、その載置位置に関わらず均一の温度で焼成することができる。
【００３０】
但し、アルミナの質量比が極端に大きくなると、セッターの耐スポーリング性が低下してしまうため、骨材及びマトリックス材の主成分たるムライトと、骨材の主成分たるアルミナの質量比（ムライト／アルミナ）が、１／９以下であるものが好ましい。
【００３１】
また、当該基体は、主成分たるアルミナ及びムライトの他、例えば、Ｎａ₂Ｏ、ＴｉＯ₂等を含有するものであってもよい。但し、これら不純物を多く含むと、セッターの熱伝導性、耐熱性等の低下が大きくなるため、基体を構成する材料中０．５％以内であることが好ましい。
【００３２】
また、当該基体は、熱伝導性が大きくなることから、３０％以下の気孔率であることが好ましく、１０％以下の気孔率であることがより好ましい。
【００３３】
次に、本発明におけるコート層としては、１層単独からなる単層構造のもの、又は中間層を設け２層以上の層からなる複層構造のものいずれでもよい。
【００３４】
また、本発明におけるコート層としては、被焼成体との反応を防止できるものであればよく、例えば、ジルコニア、マグネシア、アルミナ、アルミナ−ジルコニア、及びスピネルよりなる群から選ばれる少なくとも１種の材質からなるものが好ましい。
【００３５】
但し、本発明においては、セッターの熱伝導性を向上させるために、１層単独からなるコート層、又は２層以上の複層構造からなるコート層の中間層若しくは表層の少なくとも１層を、アルミナ、又はアルミナ−ジルコニアで構成することが好ましい。
【００３６】
一方、コート層の材質は、適宜、被焼成体を構成する材質に応じて非反応性の高いものを選択することが好ましく、例えば、フェライト材を作製する場合には、ジルコニア、アルミナ、又はアルミナ−ジルコニアの少なくとも１種の材質からなるものが好ましく、チタン酸バリウムからなるコンデンサーを作製する場合には、ジルコニアからなるものが好ましい。
【００３７】
なお、複層構造からなるコート層において、表層を非反応性を高めるためジルコニアで構成する場合には、中間層を熱伝導性の高いアルミナ、又はアルミナ−ジルコニアで構成することが好ましい。
【００３８】
本発明においては、コート層の厚さについても特に制限はないが、コート層の材質の熱伝導性を考慮して、その厚さを調整することが好ましい。
【００３９】
具体的には、熱伝導性の高い層では、比較的厚い層を形成してもよく、例えば、アルミナ、又はアルミナ−ジルコニアからなる層では、１００〜５００μｍの厚さで設けることができる。一方、熱伝導性の低い層では、比較的薄い層とすることが好ましく、例えば、ジルコニアからなる層では、５０〜２００μｍの厚さで設けることが好ましい。
【００４０】
なお、ジルコニアとしては、例えば、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ、若しくはＹ₂Ｏ₃等の安定化剤を添加した安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、未安定化ジルコニア、又はジルコン酸カルシウム等を挙げることができる。同様に、スピネルとしては、マグネシア−アルミナスピネル等を挙げることができ、アルミナ−ジルコニアとしては、アルミナとジルコニアとの混合したもの、又はアルミナとジルコニアとを固溶化したものを挙げることができる。
【００４１】
また、単層構造のコート層及び複層構造のコート層のいずれについても、例えば、スプレーコーティング、溶射等の通常行われる方法で形成することができ、形成するコート層の厚さに応じて適切な方法を選択すればよい。
【００４２】
以上、本発明のセッターの各構成要素について説明したが、本発明のセッターでは、多数の被焼成体を同時に焼成するため、棚板上、台板上又は匣鉢内に、厚さ５ｍｍ以下、より好ましくは厚さ３ｍｍ以下のスペーサーを介してセッターを密に複数段積載又は固定して焼成用治具を構成させた場合でも、各被焼成体を同じ温度で焼成することができ、均一な特性の電子部品を得ることができる。加えて、熱を迅速に被焼成体に伝導できるため、１００ｍｍ×１００ｍｍ以上の寸法の大型セッターとした場合でも、各被焼成体を同じ温度で焼成することができ、更には焼成時間の短縮化も可能となり、均一な特性の電子部品を迅速かつ大量に得ることが可能となる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって、何ら限定されるものではない。
【００４４】
（評価方法）
▲１▼ 耐スポーリング性
各実施例及び比較例のセッターを、棚枠に載せ、各セッターに、ＺｒＯ₂からなる板材（１０５ｍｍ×１０５ｍｍ×３ｍｍ）を積載した状態で炉内に入れ、５００℃に昇温した後、炉外の室温で急激に冷却し、クラックの発生の有無及びクラックの長さを肉眼にて確認した。
【００４５】
評価は、クラックの発生が全く見られないものを◎、長さ５０ｍｍ以下のクラックが認められたものを○、長さ５０ｍｍを超えるクラックが認められたものを×とした。
【００４６】
▲２▼ 熱伝導率・熱拡散率
ＪＩＳ Ｒ１６１１に記載の方法に準拠してレーザーフラッシュ法にて測定した。この際、測定試料としては、各実施例及び各比較例のセッターを、直径１０ｍｍで円柱状に切り出したものをそれぞれ５個準備し、この５個の試料の平均値で評価した。
【００４７】
▲３▼ 製品特性のばらつき
図１に示すように、セッターと同一材質からなるスペーサ２を介在させて、各実施例及び各比較例のセッター１を、５ｍｍの間隔で１０段積載し、５段目のセッター１ａの中央部及び同外周部にそれぞれ１０個の被焼成体（焼成後セラミックスコンデンサーとなるものである。）を載置し、１３００℃、２時間で焼成を行った。
【００４８】
焼成後、取り出した各セラミックスコンデンサーについて静電容量を測定し、５段目のセッターの中央部と同外周部に載置した各セラミックスコンデンサー１０個についてそれぞれ平均値を求め、その差が１％以内のものを◎、２％以内のものを○、２％より大きいものを×として評価した。
【００４９】
▲４▼ Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比
粉末Ｘ線回折法により、ＩＣＤＤ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ）を用い、２１０面の回折角度で同定した。
【００５０】
（実施例１）
まず、電融アルミナ（平均粒径０．３ｍｍ、最大粒径１．０ｍｍ）３５質量％、仮焼アルミナ１５質量％（平均粒径２μｍ）、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比が１．７の焼結ムライト（平均粒径１００．０μｍ、最大粒径０．５ｍｍ）４５質量％、粘土（平均粒径５．０ｍｍ）５質量％を混合してセラミックス原料を調製した。次いで、このセラミックス原料１００質量部に対してバインダーとして、メチルセルロースを０．５質量部、水４０質量部を添加、２０分混練して坏土を作製した。次いで、この坏土を、油圧プレス成形機に投入して、成形圧力１ｔ／ｃｍ²で、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×４ｍｍの板状成形体を得た。最後に、この成形体を、８０℃で、８時間乾燥した後、１５００℃で２時間焼成して、板状の基体を作製した。
【００５１】
次に、平均粒径０．５μｍの易焼結アルミナ６０質量％と、平均粒径１０μｍの電融アルミナ４０質量％とを混合し、この混合原料１００質量部に対して、水３０質量部添加し、１２時間攪拌して中間層用のスラリーを調製した。次いで、このスラリーを、基体の表面に、スプレーガンを用いて、空気圧５ｋｇ／ｃｍ²でスプレーコーティングした後、１４００℃２時間で焼付け処理を行い、厚さ１００μｍの中間層を形成した。
【００５２】
次に、平均粒径１００〜２００μｍの８質量％Ｙ₂Ｏ₃含有安定化ジルコニア粒子（安定化度１００％）を、水安定化プラズマ溶射装置により、基体表面に溶射して、厚さ２００μｍの表面層を形成して、複層構造のコート層を有する１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×４．６ｍｍのセッターを製造した。
【００５３】
（実施例２〜５及び比較例１〜３）
電融アルミナ、仮焼アルミナ、焼結ムライト、及び粘土を、それぞれ表１に示す配合割合で混合してセラミックス原料を調製したこと、並びに中間層及び表層を表１に示すものとしたこと以外は、実施例１と同様にして、セッターを製造した。各実施例及び各比較例についての材料組成を表１にまとめて示す。
【００５４】
【表１】

【００５５】
（評価）
表２に示すように、基体中のアルミナとムライトの質量比（ムライト／アルミナ）が、３７／６３〜２１／７９以下の実施例２〜４のセッターでは、いずれも２０℃熱伝導率が２．８６Ｗ／ｍ・Ｋ以上、１２００℃熱伝導率が５．２以上、熱拡散率が１．４０×１０^-6ｍ²／ｓ以上と大きかった。また、いずれも製品の特性ばらつきが１％以下と非常に小さかった。
【００５６】
また、基体中のアルミナとムライトの質量比（ムライト／アルミナ）を、４７／５３とし、基体上にアルミナ質の中間層を設けた実施例１のセッターでは、２０℃熱伝導率が２．７６Ｗ／ｍ・Ｋ、熱拡散率が１．２６×１０^-6ｍ²／ｓといずれの特性も比較的大きかった。また、製品の特性ばらつきは２％以下と比較的小さかった。また、基体中のアルミナとムライトの質量比（ムライト／アルミナ）を、５／９５とした実施例５のセッターでは、２０℃熱伝導率が１５．００Ｗ／ｍ・Ｋ、１２００℃熱伝導率が２０．１Ｗ／ｍ・Ｋ、熱拡散率が６．６８×１０^-6ｍ²／ｓといずれの特性も比較的大きかった。また、製品の特性ばらつきは２％以下と比較的小さかった。
【００５７】
これに対して、アルミナ質の中間層を設けなかったこと以外は実施例１と同様の比較例１のセッターでは、２０℃熱伝導率が２．６２Ｗ／ｍ・Ｋ、熱拡散率が１．２３×１０^-6ｍ²／ｓと低くなり、製品の特性ばらつきも２％より大きくなった。
【００５８】
また、アルミナとムライトの質量比（ムライト／アルミナ）を、５２／４８の基体としたこと以外は実施例１と同様の比較例２のセッターでも、２０℃熱伝導率が２．３６Ｗ／ｍ・Ｋ、熱拡散率が１．０８×１０^-6ｍ²／ｓと低くなり、製品の特性ばらつきも２％より大きくなった。
【００５９】
更に、アルミナのみで基体を構成した比較例３のセッターでは、２０℃熱伝導率が１７．３０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱拡散率が６．８２×１０^-6ｍ²／ｓといずれも非常に高いものの、製品の特性ばらつきが２％より大きくなった。なお、特に表中に示さなかったが、比較例３のセッターでは、耐スポーリング性試験で、長さ５０ｍｍを超えるクラックが認められ、耐スポーリング性が極めて小さかった。各実施例及び各比較例のセッターの特性を表２にまとめて示す。
【００６０】
【表２】

【００６１】
（実施例６〜１０及び比較例４、５）
それぞれ表１に示すＡｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比のムライトを用い、表１に示す配合割合で電融アルミナ、仮焼アルミナ、焼結ムライト、及び粘土を混合してセラミックス原料を調製したこと、中間層を設けなかったこと、並びに表層の厚さを１５０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして、セッターを製造した。各実施例及び各比較例についての材料組成を表３にまとめて示す。
【００６２】
【表３】

【００６３】
（評価）
表４に示すように、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比が、１．６〜２．４のムライトを用いた実施例６〜１０のセッターでは、いずれも製品の特性ばらつきが２％以下と小さく、かつ耐熱衝撃限界温度が５００℃以上と耐スポーリング性も大きかった。特に、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比が、１．８〜２．１のムライトを用いた実施例７〜９のセッターでは、製品の特性ばらつきが１％以下と非常に小さかった。
【００６４】
これに対して、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比が、１．５のムライトを用いた比較例４のセッターでは、製品の特性ばらつきが２％より大きかった。
【００６５】
また、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比が、２．５のムライトを用いた比較例５のセッターでは、製品の特性ばらつきは２％以下と小さいものの、耐熱衝撃限界温度が５００℃以下と耐スポーリング性が小さかった。各実施例及び各比較例のセッターの特性を表４にまとめて示す。
【００６６】
【表４】

【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、セッターの大型化及び積載間隔の緻密化、並びに焼成時間の短縮化に対応しながら、セッターに載置された総ての被焼成体を、その載置位置に関わらず均一の温度で焼成することができ、均一特性の電子部品が得られるセラミックス電子部品焼成用セッターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のセッターを、スペーサを介在させて１０個積載した例を示す側面図である。
【符号の説明】
１…セラミックス電子部品焼成用セッター、１ａ…セラミックス電子部品焼成用セッター（５段目）、２…スペーサ。

Claims (2)

1. アルミナ、及びムライトを主成分とするセラミックス材料からなる基体と、該基体上に設けられる被焼成体との反応を防止するコート層とを備えるセラミックス電子部品焼成用セッターの製造方法であって、
   アルミナと、ムライトとの質量比（ムライト／アルミナ）が５／９５〜５０／５０であり、且つＡｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比１．６〜２．４の原料組成を有するムライトを用いて焼成することにより、前記基体を作製し、
   該基体及び該コート層全体の２０℃における熱伝導率が、２．７〜１５．０Ｗ／ｍ・Ｋであるとともに、前記基体及び前記コート層全体の１２００℃における熱伝導率が、５．０〜２０．０Ｗ／ｍ・Ｋであり、且つ前記基体及び前記コート層全体の２０℃における熱拡散率が、１．２５×１０^-6〜６．１×１０^-6ｍ²／ｓであることを特徴とするセラミックス電子部品焼成用セッターの製造方法。
2. Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比１．８〜２．１の原料組成を有するムライトを用いて焼成した請求項１に記載のセラミックス電子部品焼成用セッターの製造方法。

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