JP4443783B2 - 電子部品焼成用セッター - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温焼成セラミック多層基板などの電子部品の焼成に用いるセラミック製のセッター、特に軽量で通気性に優れると共に、薄くても十分な強度を備えた電子部品焼成用セッター、及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近における電子機器の進歩は目覚しく、特に電子回路は高密度化、高速化、高周波化へと向かっており、この傾向はHDTV、自動車、通信機器、計測機器などの分野において急速に進行している。このような電子回路の進歩に対応して、実装基板においては低誘電率化、低熱膨張率化、多層化、LCR内蔵化、低抵抗化、低コスト化などの要求が高まっている。
【0003】
これらの要求を満たす実装基板として、低温焼成セラミック多層基板の開発が行われている。このセラミック多層基板は、主にAl2O3やガラス成分からなるグリーンシートの表面に導体ペーストを印刷し、これを数枚積層した後、セラミック製のセッターに載せ、グリーンシート内の有機バインダーの脱バインダー処理を行ってから、グリーンシートと導体ペーストを同時焼成することにより製造されている。
【0004】
一般に、上記低温焼成セラミック多層基板用のグリーンシートは、Al2O3以外にガラス質成分を40〜60重量%含んでおり、導電ペーストとしてはAg又はCuなどを使用しているため、焼成温度は900〜1100℃程度である。また、その焼成用のセッターとしては、アルミナ質又はムライト質であって、セラミック粉末を焼結して製造した緻密質のセッターが従来から使用されている。
【0005】
しかし、従来からグリーンシートなどの電子部品の焼成に使用されているセラミック製のセッターは緻密質の焼結体であるため、グリーンシートの積層が益々多層化している現状では、その脱バインダー処理が非常に困難になってきている。しかも、グリーンシートはガラス成分を多く含み、脱バインダー温度とガラスの軟化温度が接近しているため、グリーンシート中の有機バインダーをセッター側からも迅速に排出できなければ、焼成後の基板などの製品に亀裂が入ったり、あるいは変色が発生するなどの問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
最近では、グリーンシート中の有機バインダーを迅速に排出させるため、セッターとして多孔質のセラミック板を用いることが一部で行われている。しかしながら、従来の多孔質のセラミック板は、セラミック繊維とセラミック粒子を互いにアルミナゾルやシリカゾルのような無機結合剤で結合したものであるため、セッターとして望ましい通気性を得ることが難しかった。
【0007】
即ち、セッターとして望ましいとされる0.01cm2程度以上の通気率を得ようとすると、多孔質セラミック板の嵩密度を小さくして気孔率を増やさなければならないが、それに伴って強度が低下するため、使用に耐えられなくなるという欠点があった。特にセッターの厚みを薄くした場合、十分な通気率と強度とを兼ね備えたセッターを得ることは不可能であった。
【0008】
また、従来の多孔質セラミック板からなるセッターは、アルミナ質やムライト質を主体とするため、1000℃での熱膨張係数が6〜8×10−6/K程度と大きく、電子部品の焼成工程における熱サイクルにより、割れや亀裂などが発生しやすいという欠点があった。
【0009】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、軽量で通気性に優れ、グリーンシートからの脱バインダー処理を容易に且つ迅速に行なうことができ、熱サイクルによる破損が起こらず、強度的にも優れている電子部品焼成用セッター、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供する電子部品焼成用セッターは、セラミック繊維とセラミック粒子とが互いに結合した嵩密度が1.21〜1.60g/cm3の多孔質セラミック板からなり、その表裏面を貫通して直径0.2〜5mmの通気孔が3〜10mmの間隔で穿設されていることを特徴とする。また、前記通気孔の中心と多孔質セラミック板の外周縁との距離が10mm以上離れていることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明のセッター1は、例えば図1に示すように、セラミック繊維とセラミック粒子を含む嵩密度が1.21〜1.60g/cm3の多孔質セラミック板2からなり、その表面から裏面に貫通させて多数の通気孔3を穿設したものである。特に、多孔質セラミック板1の嵩密度を1.21〜1.60g/cm3の範囲とすることにより機械的な強度を高めると同時に、セラミック板2に多数の通気孔3を設けることでグリーンシートの脱バインダー処理に適した通気性を備えたものである。
【0012】
セッター1の基体である多孔質セラミック板2は、主にセラミック繊維とセラミック粒子とからなり、その嵩密度が1.21〜1.60g/cm3の範囲にある。嵩密度が1.21g/cm3未満では、十分な強度が得られず、多数の通気孔3を穿設したとき破損しやすくなる。逆に嵩密度が1.60g/cm3を超えると、セラミック板2自体の通気性が低下するため、多数の通気孔3を穿設しても良好な脱バインダー処理を行なうことが困難となる。尚、多孔質セラミック板2の嵩密度は、成形体形成時のプレス圧力や、使用するセラミック繊維の長さ、及びセラミック粒子の配合などによって調整することができる。
【0013】
多孔質セラミック板2の表裏面を貫通する通気孔3は、直径を0.2〜5mm、好ましくは0.5〜2mmの範囲とし、各通気孔3の間隔を3〜10mmとする。通気孔3の直径が0.2mm未満であるか、又は間隔が10mmを超える場合には、セッター1の脱バインダー性が低下する。また、通気孔3の直径が5mmを超えるか、又は間隔が3mm未満の場合には、セッター1の強度が低下して破損しやすくなる。
【0014】
更に、多孔質セラミック板2に設ける多数の通気孔3については、各通気孔3の中心と多孔質セラミック板2の外周縁との距離Lが、10mm以上離れていることが好ましく、15〜20mm離れていることが更に好ましい。最外周に位置する各通気孔3の中心と多孔質セラミック板2の外周縁との間の距離Lが10mm未満では、取り扱い時にセッター1の外周部が破損しやすくなるからである。尚、多孔質セラミック板への通気孔の形成は、ドリルやレーザを用いて行なうことができる。
【0015】
多数の通気孔3を穿設した多孔質セラミック板2からなる本発明のセッター1は、曲げ強度が5MPa以上であることが好ましい。セッター1の曲げ強度が5MPa未満では、取り扱い時や脱バインダー処理によって破損しやすく、数回以上の繰返し使用に耐えないからである。更に、5MPa以上の曲げ強度を有することにより、セッター1の厚みを薄くすることも可能であり、具体的には1〜4mm程度の厚さのセッター1を作製することができる。
【0016】
また、セッターを構成する多孔質セラミック板は、セラミック繊維及びセラミック粒子が互いに、即ちセラミック繊維同士、セラミック粒子同士、及びセラミック繊維とセラミック粒子が、コーディエライト相を主体とする結晶相によって結合されている。コーディエライト相は、後述するようにセラミック繊維と、ムライト粉末と、水酸化マグネシウム粉末及び/又は炭酸マグネシウム粉末の反応によって形成される。
【0017】
コーディエライト相は熱膨張係数の小さいため、セラミック板の1000℃での熱膨張係数が2.5〜4.5×10−6/Kとなる。この熱膨張係数は従来のアルミナ質やムライト質のセッターに比べて約半分以下と著しく低下しているため、厳しい熱サイクルにおいてもセッターに割れや亀裂などの損傷が生じることがない。また、コーディエライト相は生成時に収縮するため、セラミック繊維やセラミック粒子の間に大きな気孔を形成しやすい。このため、セラミック板は1.21〜1.60g/cm3の嵩密度でありながら、優れた通気性を備えている。
【0018】
次に、本発明のセッターの代表的な製法について説明する。例えば、アルミナを含むセラミック繊維を水中に撹拌して分散させ、次にセラミック粉末としてムライト粉末と水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)粉末及び/又は炭酸マグネシウム(MgCO3)粉末を添加撹拌し、更に一時的バインダーとしてのシリカゾルを添加撹拌してスラリーとする。スラリーの作製に際しては、各成分の混合割合を、セラミック繊維が10〜50重量%、水酸化マグネシウム粉末及び/又は炭酸マグネシウム粉末が酸化物(MgO)換算で3〜8重量%、シリカゾルが2〜10重量%、及び残部のムライト粉末とすることが好ましい。
【0019】
このスラリーに有機高分子などの凝集剤を添加して凝集させ、圧力を加えながら吸引して成形する。このとき加える圧力によって、得られる多孔質セラミック板の嵩密度を容易に変えることができる。得られた成形体を乾燥した後、大気中において1300〜1400℃で焼成する。この焼成によって、マグネシウム源であるMg(OH)2粒子及び/又はMgCO3粒子が酸化マグネシウム(MgO)に変化すると同時に、セラミック繊維中のアルミナやシリカ、及びムライト粒子、並びにこれらを一時的に接合しているシリカゾルと反応し、コーディエライト相を主体とする結晶相が形成される。尚、コーディエライト相の生成には焼成温度を1300℃以上とする必要があるが、1400℃を超えるとコーディエライトの融点に近くなるため、1400℃以下の焼成温度が好ましい。
【0020】
上記コーディエライト相を主体とする結晶相によって、セラミック繊維及びセラミック粒子が互いに結合され、嵩密度が1.21〜1.60g/cm3の多孔質セラミック板が得られる。その後、この多孔質セラミック板の表面と裏面を貫通して直径0.2〜5mmの多数の通気孔を3〜10mmの間隔で規則的に穿設することにより、本発明の電子部品焼成用セッターが得られる。尚、セラミック板への通気孔の穿設手段は特に限定されず、通常のドリルやレーザなどを用いて実施することができる。また、通気孔の直径が大きい場合には、成形体の形成時に通気孔を同時に形成することも可能である。
【0021】
アルミナを含むセラミック繊維としては、アルミナ含有量の高いアルミナ質繊維であってもよいが、コスト低減を図るためには、アルミノシリケート質繊維やムライト質繊維の使用が好ましい。その中でも、アルミナとシリカを重量比でほぼ1:1程度含む繊維、例えばイソライト工業(株)製のイソウール(商品名)などが好適に使用できる。
【0022】
使用するセラミック粉末としては、ムライト粉末と、Mg(OH)2粉末及び/又はMgCO3粉末とを併用する。これらのセラミック粉末はコーディエライト相を主体とする結晶相の形成に必要である。特に、コーディエライト相の形成を促進するためには、粒径の小さいセラミック粉末を用いることが好ましい。具体的には、Mg(OH)2粉末及びMgCO3粉末は平均粒径10μm以下、ムライト粉末では平均粒径30μm以下が好ましい。
【0023】
このようにして得られる本発明のセッターは、軽量で通気性に優れ、十分な強度と耐熱性を有し、空気中において1200℃の高温まで使用可能であると共に、グリーンシートからの脱バインダー処理を容易に且つ迅速に行うことができる。しかも、熱膨張係数が2.5〜4.5×10−6/Kと非常に小さいため、耐スポーリング性に優れ、加熱と急冷の熱サイクルにおいても亀裂や破損などの損傷が発生することがなく、グリーンシートなどの電子部品の焼成を安定して行なうことができる。
【0024】
更に、本発明のセッターでは、その表面に通気性を有するアルミナ又はジルコニアの薄い被覆層を設けることによって、グリーンシート中のガラス成分やグリーンシートに設けた導電ペーストとの反応を完全に防止し、使用中のセッター表面からの粒子の脱落を無くすことができる。上記被覆層の形成方法としては、プラズマーコーティング、ディッピング、スプレー塗布などがあるが、セッターの通気率に大きな影響を与えない方法が好ましく、また被覆層の重量は上記と同じ理由から、セッターの重量に対して10重量%以下が望ましい。
【0025】
上記被覆相の好ましい形成方法としては、平均粒径0.5μm以下のAl2O3粉末又はZrO2粉末の懸濁液を作製し、これを多数の通気孔を有するセッター表面にスプレー又はディッピングによりコーティングした後、1100〜1250℃で焼成する。使用する粉末の平均粒径が0.5μmを超えると、セッター表面の気孔を塞ぐため好ましくない。更に好ましい方法として、Al2O3又はZrO2のゾルをスプレー又はディッピングによりコーティングし、100℃以上で乾燥した後、上記と同様の温度で焼成する方法がある。この方法では、より細かい粒子を用いるので、乾燥時に粒子がセッターの表面側に移行して極薄いコーティング層を形成することができる。
【0026】
【実施例】
20リットルの水に、セラミック繊維としてICI製のアルミナ繊維(Al2O3:97重量%、SiO2:3重量%、平均繊維長1mm、平均繊維径3.1μm)15重量%と、イソライト工業(株)製のイソウール(Al2O3:47重量%、SiO2:53重量%、平均繊維長1mm、平均繊維径2.8μm)15重量%を分散させた。次に、平均粒径5μmのムライト粉末60重量%と、平均粒径10μmのMg(OH)2粉末をMgO換算で6重量%加え、更にSiO2含有量40重量%のシリカゾル3重量%(固形分)を添加し、数分間撹拌してスラリーを形成した。
【0027】
このスラリーに有機高分子凝集剤の水溶液を加えて凝集させ、縦200mm×横200mm×厚さ3mmの板状に加圧吸引成形し、その際試料ごとにプレス圧を変化させた。得られた板状の成形体を120℃で乾燥した後、1350℃で3時間焼成して多孔質セラミック板をそれぞれ製造した。各試料の多孔質セラミック板について、その結晶相を分析したところ、殆どムライト相とコーディエライト相とからなっていた。
【0028】
この実施例において、成形時のプレス圧を変えることにより、各試料の多孔質セラミック板の嵩密度を下記表1に示すように変化させた。次に、各試料のセラミック板に、ドリルを用いて下記表1に示す直径及び間隔にて通気孔を穿設することにより、それぞれセッターを製造した。得られた各試料のセッターについて曲げ強度を測定し、その結果を表1に示した。また、実際に各試料のセッターの表面上に低温焼成セラミック多層基板のグリーンシートを載せ、950℃での焼成を50回以上繰り返し、セッターの使用可能回数と脱バインダー性を評価して、その結果を表1に併せて示した。
【0029】
【表1】
【0030】
表1から分るように、本発明の試料1〜4では、脱バインダー不良は全くなく、50回以上の繰り返し使用が可能であるうえ、焼成時の950℃の加熱と急冷を繰り返してもセッターに割れや亀裂などの損傷は全く発生せず、グリーンシート及び導体ペーストとの反応も殆ど起こらなかった。一方、比較例の試料5は、嵩密度が小さいため強度不足となり、30回の焼成でセッターが破損した。また、比較例の試料6は通気孔が小さく又試料7は嵩密度が大き過ぎるため、共に脱バインダー性に劣っている。更に、試料8は通気孔が大き過ぎるため、強度が低下して割れが発生した。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、軽量で通気性に優れ、1200℃まで使用可能であると共に、熱サイクルによる割れや亀裂などが起こらず、強度的に優れていて損傷することがなく、厚みを薄くすることが可能な電子部品焼成用セッター、及びその製造方法を提供することができる。
【0032】
従って、本発明のセッターを用いることにより、グリーンシートからの脱バインダー処理を容易に且つ迅速に行なうことができ、繰り返し使用してもセッターに割れや亀裂などの損傷が発生せず、グリーンシートなどの電子部品の焼成を効率良く且つ高い歩留りで安定して行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電子部品焼成用セッターの一具体例を示す概略の斜視図である。
【符号の説明】
1 セッター
2 セラミック板
3 通気孔
Claims (2)
- セラミック繊維とセラミック粒子とがコーディエライト相を主体とする結晶相によって互いに結合された嵩密度が1.21〜1.60g/cm3の多孔質セラミック板からなり、その表裏面を貫通して直径0.2〜5mmの通気孔が3〜10mmの間隔で穿設されていることを特徴とする電子部品焼成用セッター。
- 前記多孔質セラミック板の最外周に位置する通気孔の中心と多孔質セラミック板の外周縁との距離が10mm以上離れていることを特徴とする、請求項1に記載の電子部品焼成用セッター。
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