JP4443783B2

JP4443783B2 - 電子部品焼成用セッター

Info

Publication number: JP4443783B2
Application number: JP2001062020A
Authority: JP
Inventors: 洋平吹野; 浩史塩野; 洋一仮屋園
Original assignee: Isolite Insulating Products Co Ltd; Kyocera Corp
Current assignee: Isolite Insulating Products Co Ltd; Kyocera Corp
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: JP2002265281A

Description

【０００１】
【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Ａｌ_２Ｏ_３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、Ａｌ_２Ｏ_３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０.０１ｃｍ^２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／ｃｍ^３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／ｃｍ^３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／ｃｍ^３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／ｃｍ^３の範囲にある。嵩密度が１.２１ｇ／ｃｍ^３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／ｃｍ^３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／ｃｍ^３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（ＭｇＣＯ_３）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ＭｇＣＯ_３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／ｃｍ^３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ＭｇＣＯ_３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ＭｇＣＯ_３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Ａｌ_２Ｏ_３粉末又はＺｒＯ_２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、Ａｌ_２Ｏ_３又はＺｒＯ_２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（Ａｌ_２Ｏ_３：９７重量％、ＳｉＯ_２：３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（Ａｌ_２Ｏ_３：４７重量％、ＳｉＯ_２：５３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ＳｉＯ_２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

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／ｃｍ^３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。