JP5969307B2 - セラミック基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はセラミック基板の製造技術に関する。

従来、一対の型板の間にグリーンシートを配置し、当該型板を押圧して、型板の一方の表面に形成される凹凸に対応する凹凸をグリーンシートの表面に形成した後に焼成する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開平１−２３４２０９号公報

しかしながら、型板の押圧によって窪んだグリーンシートの下方では、当該グリーンシートのセラミック粒子が集中し易い傾向がある。

このようなグリーンシートを焼成した場合、セラミック粒子の集中部位とそれ以外の部位との収縮量に差が生じ、型板の押圧によって窪んだ部分が歪む等の変形が生じるという課題があった。

そこで、本発明は、設計値との隔たりを低減し得るセラミック基板の製造方法を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため本発明におけるセラミック基板の製造方法は、互いに対向される一対のプレス面の一方に形成される凸部と、前記一対のプレス面の他方において前記凸部と対向する部分を含む領域に形成される凹部とを、前記一対のプレス面間に配置されるグリーンシートにプレスするプレス工程と、前記凹部のプレスによって前記グリーンシート面に転写された隆起部を除去する除去工程と、前記隆起部が除去された前記グリーンシートを焼成する焼成工程とを備えることを特徴とするものである。

このような製造方法では、凸部のプレスによって転写対象となるグリーンシート面とは逆側の面において、当該凸部に対向する凹部のプレスによって隆起部が形成された後に除去される。
このため、たとえ、凸部のプレスによってグリーンシート面に転写される窪み部の下方にセラミック粒子が集中したとしても、その集中部位は隆起部としておおむね除去され、当該窪み部の下方におけるセラミック粒子がおおむね均一となる。
したがって、グリーンシートの焼成に起因して、凸部のプレスによってグリーンシートに転写された窪み部が変形することを大幅に低減できる。
こうして、設計値との隔たりを低減し得るセラミック基板の製造方法を提供することができる。

また、前記凹部は、１つの前記凸部と対向する部分を含む領域において分割されることがより好ましい。

このように凹部が分割された場合、１つの凸部と対向する領域には複数の凹部が形成され、これら凹部によって転写される隆起部を除去することになる。このため、１つの凸部と対向する領域に１つの凹部が形成されておりその凹部によって転写される隆起部を除去する場合に比べて、隆起部を除去する際に生じる摩擦量を低減することができる。
この結果、隆起部を残して除去すること等に起因して窪み部が変形することを低減でき、より一段と設計値との隔たりを低減することが可能となる。
また、分割される凹部同士の間を所定距離だけ隔てた場合には、当該凹部同士の間が、隆起部の除去している際に生じる除去片を蓄積する場等となるため、隆起部を残して除去することを未然に抑止することができる。

また、前記凹部の開口面積は、前記凸部の先端面積よりも大きい面積とされることがより好ましい。

グリーンシートに凹部と凸部とがプレスされた場合、当該プレス部分の厚みと、そのプレス部分の周辺部分の厚みとが異なり、プレス部分とその周辺部分とにおけるセラミック粒子の密度差が大きくなり易い傾向がある。
この点、凹部の開口面積が凸部の先端面積よりも大きい面積とされた場合、凹部と凸部とをグリーンシートにプレスしたときに、当該凹部の開口面と凸部の先端面との間には隙間が生じる。このため、この隙間を介して、凹部と凸部とにプレスされたセラミック粒子が、当該プレス部分の周辺部分に移行し易くなる。
したがって、プレス部分の厚みと、そのプレス部分の周辺部分の厚みとに差があったとしても、当該部分におけるセラミック粒子の密度差を低減することができ、この結果、より一段と設計値との隔たりを低減し得るセラミック基板を製造することが可能となる。

また、前記凹部が形成されるプレス面に対する前記凹部側面の傾斜角度は、前記凸部が形成されるプレス面に対する前記凸部側面の傾斜角度よりも大きい傾斜角度とされることがより好ましい。

このような傾斜角度の関係とした場合にも、凹部と凸部とをグリーンシートにプレスしたときに、当該凹部側面と凸部側面との間には傾斜差が生じる。このため、この傾斜差により、凹部と凸部とにプレスされたセラミック粒子が、当該プレス部分の周辺部分や隆起部に移行し易くなる。
したがって、プレス部分の厚みと、そのプレス部分の周辺部分の厚みとに差があったとしても、当該部分におけるセラミック粒子の密度差を低減することができ、この結果、より一段と設計値との隔たりを低減し得るセラミック基板を製造することが可能となる。

また、前記凹部の空間体積における前記凸部の体積に対する比は、０．２以上１以下の範囲内とされることがより好ましい。

このような条件を充足する場合、セラミック粒子が、隆起部に移行し易くなるため、より一段と設計値との隔たりを低減し得るセラミック基板を製造することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、設計値との隔たりを低減し得るセラミックス基板の製造方法が提供される。

本発明の実施形態に係るセラミック基板の製造方法に用いられる加工装置を概略的に示す断面図である。 第１金型及び第２金型における各種パラメータを示す図である。 本発明の実施形態に係るセラミック基板の製造方法を示すフローチャートである。 配置工程の様子を図１と同様の視点で示す図である。 プレス工程の様子を図１と同様の視点で示す図である。 プレス工程後のグリーンシートの様子を示す図である。 グリーンシートに転写された隆起部の除去の様子を示す図である。 他の第１金型及び第２金型（１）を示す断面図である。 図８に示す金型のプレスによって転写されるグリーンシートの様子を示す図である。 他の第１金型及び第２金型（２）を示す断面図である。 他の第２金型（３）を示す断面図である。

以下、本発明に関して図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るセラミック基板の製造方法に用いられる加工装置を概略的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る加工装置１は、搬送部１０、プレス部２０及び除去部３０を主な構成要素として備える。

搬送部１０は、グリーンシートを送り方向ＳＤに所定量単位で搬送させる部である。グリーンシートは、原料であるセラミック粉体と、当該セラミック粉体の結合剤とを含むシートである。

本実施形態における搬送部１０は、例えば、グリーンシートの長手方向に両端を挟持した状態で、グリーンシートを送り方向ＳＤに所定量単位で搬送するレール式のコンベアとされる。この搬送部１０には、グリーンシートを所定位置に位置決めさせるための位置決め機構等が適宜設けられる。

プレス部２０は、昇降機２１Ａ及び２１Ｂと、第１金型２２及び第２金型２３とを主な構成要素として有する。

昇降機２１Ａ及び２１Ｂは、搬送部１０における搬送路に対して離れる方向Ｄ１及び近づく方向Ｄ２の双方向へ移動可能な機器とされる。この搬送路を境界として一方側に昇降機２１Ａが配置され、当該搬送路を境界として他方側に昇降機２１Ｂが配置される。

第１金型２２は、昇降機２１Ａに取り付けられる。また、第１金型２２は、グリーンシートにプレスさせるべき面（以下、プレス面という）ＰＳ１を有し、当該プレス面ＰＳ１は搬送路に正対される。

このプレス面ＰＳ１には、グリーンシートの面に窪み部を転写するための凸部２２Ｘが形成される。この凸部２２Ｘは、プレス面ＰＳ１の一部の領域がプレス面ＰＳ１から突出したものであり、その凸部の２２Ｘの先端は平らな面とされる。本実施形態における凸部２２Ｘの形状は錐台形状とされる。

第２金型２３は、昇降機２１Ｂに取り付けられる。また、第２金型２３は、プレス面ＰＳ２を有し、当該プレス面ＰＳ２は第１金型２２のプレス面ＰＳ１に正対される。

このプレス面ＰＳ２には、グリーンシートの面に隆起部を転写するための凹部２３Ｘが形成される。この凹部２３Ｘは、プレス面ＰＳ２の一部の領域がプレス面ＰＳ２から窪んだものである。本実施形態における凹部２３Ｘは平らな底面を有し、また凹部２３Ｘの空間形状は凸部２２Ｘと相似形状とされる。

図２は、第１金型２２及び第２金型２３における各種パラメータを示す図ある。具体的に図２の（Ａ）は第１金型２２における各種パラメータを示し、図２の（Ｂ）は第２金型２３における各種パラメータを示している。

図２に示すように、本実施形態における凹部２３Ｘの開口面積ＯＮＡは、凸部２２Ｘの先端面積ＴＰＡよりも大きい面積とされる。なお、凹部２３Ｘの開口面積ＯＮＡは、プレス面ＰＳ２と同じ面となる凹部２３Ｘの開口面の面積である。また、凸部２２Ｘの先端面積ＴＰＡは、凸部２２Ｘの先端における平らな面の面積である。

また、凹部２３Ｘが形成されるプレス面ＰＳ２に対する凹部側面の傾斜角度Δ２は、凸部２２Ｘが形成されるプレス面ＰＳ１に対する凸部側面の傾斜角度Δ１よりも大きい傾斜角度とされる。

さらに、凹部２３Ｘの空間体積ＳＰＶにおける凸部２３Ｘの体積に対する比は、０．２以上１以下の範囲内とされる。なお、凹部２３Ｘの空間体積ＳＰＶは、凹部２３Ｘの表面と、プレス面ＰＳ２と同じ面となる凹部２３Ｘの開口面とで囲まれる空間の体積である。また、凸部２３Ｘの体積は、プレス面ＰＳ１と同じ面を基準として凹部２３Ｘ側にある凸部部分の体積である。

除去部３０（図１）は、プレス面ＰＳ２のプレスによってグリーンシートの面に転写された隆起部を研磨又は切断により除去する部である。

本実施形態における除去部３０は、例えば、搬送部１０における搬送路と第２金型２３とに挟まれる空間の所定位置を実行位置とし、当該空間以外の所定位置を待機位置として、当該実行位置及び待機位置との間を移動可能とされる。そして、プレス工程時には待機位置に除去部３０が配置され、当該プレス工程後には実行位置に除去部３０が配置される。

このような加工装置１を用いてセラミック基板が製造される。

図３は、本発明の実施形態に係るセラミック基板の製造方法を示すフローチャートである。図３に示すように、本実施形態に係るセラミック基板の製造方法は、配置工程Ｐ１と、プレス工程Ｐ２と、除去工程Ｐ３と、焼成工程Ｐ４とを主工程として備える。

＜配置工程＞
この配置工程Ｐ１は、第１金型２２のプレス面ＰＳ１に形成される凸部２２Ｘと、第２金型２３のプレス面ＰＳ２に形成される凹部２３Ｘとの間に、グリーンシートを配置する工程である。

具体的には、図４に示すように、グリーンシートＧＳが送り方向ＳＤに所定量だけ搬送され、プレス対象となるグリーンシート部位ＧＳＰが、凸部２２Ｘと凹部２３Ｘとの間に配置される。

＜プレス工程＞
このプレス工程Ｐ２は、凸部２２Ｘと凹部２３Ｘとの間に配置されたグリーンシート部位ＧＳＰに対して、当該凸部２２Ｘ及び凹部２３Ｘをプレスする工程である。

具体的には、まず、図５に示すように、昇降機２１Ａ及び２１Ｂがプレス前位置からプレス位置にまで移動され、グリーンシート部位ＧＳＰに対して第１金型２２及び第２金型２３が所定の押圧量で押圧される。

これによりグリーンシート部位ＧＳＰの一方の面にはプレス面ＰＳ１に形成される凸部２２Ｘがプレスされ、当該グリーンシート部位ＧＳＰの他方の面にはプレス面ＰＳ２に形成される凹部２３Ｘがプレスされる。

なお、プレス前位置は、図４に示したように、凸部２２Ｘ又は凹部２３Ｘと、この凸部２２Ｘ又は凹部２３Ｘに対向するグリーンシート部位ＧＳＰの一面とが非接触状態にある位置とされる。

次に、昇降機２１Ａ及び２１Ｂがプレス位置に移動した時点から所定期間が経過したとき、当該昇降機２１Ａ及び２１Ｂがプレス位置からプレス前位置に戻される。

こうして、図６に示すように、グリーンシート部位ＧＳＰの一方の面には凸部２２Ｘによって窪み部ＤＰが転写され、当該グリーンシート部位ＧＳＰの他方の面には凹部２３Ｘによって隆起部ＵＰが転写される。

＜除去工程＞
この除去工程Ｐ３は、プレス面ＰＳ２における凹部２３Ｘのプレスによってグリーンシート部位ＧＳＰに転写された隆起部ＵＰを除去する工程である。

具体的には、まず、除去部３０が待機位置から実行位置にまで移動され、当該実行位置に移動した除去部３０によって隆起部ＵＰに対する研磨又は切断が開始され、図７に示すように、グリーンシート部位ＧＳＰから隆起部ＵＰが除去される。

グリーンシート部位ＧＳＰから隆起部ＵＰが除去された場合、除去部３０における研磨又は切断が終了され、当該除去部３０が実行位置から待機位置にまで移動される。

＜焼成工程＞
この焼成工程Ｐ４は、隆起部ＵＰが除去されたグリーンシート部位ＧＳＰを焼成する工程である。

具体的には、例えば、所定の切断機構によってグリーンシート部位ＧＳＰがグリーンシートＧＳから切り離された後に焼成炉に搬送され、当該焼成炉において所定温度で所定期間だけ加熱される。この結果、グリーンシート部位ＧＳＰが、セラミック基板として得られる。

以上、本実施形態における製造方法では、図５に示したように、第１金型２２の凸部２２Ｘのプレスによって転写対象となるグリーンシート面とは逆側の面が、当該凸部２２Ｘに対向する第２金型２３の凹部２３Ｘによってプレスされる。そして、この凹部２３Ｘのプレスによって形成される隆起部ＵＰは、図７に示したように、当該プレス後に除去される。

このため、たとえ、凸部２２Ｘのプレスによってグリーンシート面に転写される窪み部ＤＰの下方にセラミック粒子が集中したとしても、その集中部位は隆起部ＵＰとしておおむね除去され、当該窪み部ＤＰの下方におけるセラミック粒子がおおむね均一となる。したがって、グリーンシート部位ＧＳＰの焼成に起因して、凸部２２Ｘのプレスによってグリーンシート部位ＧＳＰに転写された窪み部ＤＰが変形することを大幅に低減できる。

こうして、設計値との隔たりを低減し得るセラミック基板の製造方法を提供することができる。

ところで、グリーンシート部位ＧＳＰに凸部２２Ｘと凹部２３Ｘとがプレスされた場合、当該プレス部分の厚みＴ１（図６）と、そのプレス部分の周辺部分の厚みＴ２（図６）とが異なり、プレス部分とその周辺部分とにおけるセラミック粒子の平均密度差が大きくなり易い傾向がある。

この点、本実施形態の場合、図２に示したように、凹部２３Ｘの開口面積ＯＮＡは、凸部２２Ｘの先端面積ＴＰＡよりも大きい面積とされる。この場合、凹部２３Ｘと凸部２２Ｘとをグリーンシート部位ＧＳＰにプレスしたときに、当該凹部２３Ｘの開口面と凸部２２Ｘの先端面には隙間が生じる。このため、この隙間を介して、凹部２３Ｘと凸部２２Ｘとにプレスされたセラミック粒子が、当該プレス部分の周辺部分に移行し易くなる。

したがって、プレス部分の厚みＴ１とそのプレス部分の周辺部分の厚みＴ２とに差があったとしても、当該部分におけるセラミック粒子の平均密度差を低減することができ、この結果、より一段と設計値との隔たりを低減し得るセラミック基板を製造することが可能となる。

また本実施形態の場合、図２に示したように、凹部２３Ｘが形成されるプレス面ＰＳ２に対する凹部側面の傾斜角度Δ２は、凸部２２Ｘが形成されるプレス面ＰＳ１に対する凸部側面の傾斜角度Δ１よりも大きい傾斜角度とされる。

この場合であっても、凹部２３Ｘと凸部２２Ｘとをグリーンシート部位ＧＳＰにプレスしたときに、当該凹部側面と凸部側面とには傾斜差が生じる。このため、この傾斜差により、凹部２３Ｘと凸部２２Ｘとにプレスされたセラミック粒子が、当該プレス部分の周辺部分や隆起部に移行し易くなる。

したがって、プレス部分の厚みＴ１とそのプレス部分の周辺部分の厚みＴ２とに差があったとしても、当該部分におけるセラミック粒子の平均密度差を低減することができ、この結果、より一段と設計値との隔たりを低減し得るセラミック基板を製造することが可能となる。

なお、プレス部分の厚みＴ１（図６）が、そのプレス部分の周辺部分の厚みＴ２よりも大きくなるようにプレスした場合には、プレス部分の隆起部ＵＰが除去されたとしても、当該部分におけるセラミック粒子の平均密度差が大きくなることを抑制することができる。

さらに本実施形態の場合、図２に示したように、凹部２３Ｘの空間体積ＳＰＶにおける凸部２３Ｘの体積に対する比は、０．２以上１以下の範囲内とされる。

このため、セラミック粒子が、隆起部に移行し易くなるため、より一段と設計値との隔たりを低減し得るセラミック基板を製造することが可能となる。

以上、実施形態が一例として説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば上記実施形態では、プレス面ＰＳ２のうち、１つの凸部２２Ｘと対向する領域において１つの凹部２３Ｘが形成された。しかしながら、図８に示すように、凹部２３Ｘは、１つの凸部２２Ｘと対向する領域において分割されていても良い。なお、分割数は、図８では、２つとされているが、２以上であっても良い。

このように凹部２３Ｘを複数の凹部２３Ｘ１〜２３Ｘ２に分割した場合、図９に示すように、これら凹部２３Ｘ１〜２３Ｘ２によって転写される複数の隆起部ＵＰ１〜ＵＰ２が除去されることになる。このため、図７に示したように、１つの凹部２３Ｘによって転写される隆起部ＵＰを除去する上記実施形態の場合に比べて、隆起部ＵＰ１〜ＵＰ２を除去する際に生じる摩擦量を低減することができる。この結果、隆起部ＵＰ１〜ＵＰ２を残して除去すること等に起因して窪み部ＤＰが変形することを抑制でき、より一段と設計値との隔たりを低減することが可能となる。

また、図１０に示すように、分割される凹部２３Ｘ１〜２３Ｘ２同士の間ＢＴを所定距離だけ隔てた場合には、当該凹部同士の間ＢＴが、隆起部ＵＰ１〜ＵＰ２を除去している際に生じる除去片を蓄積する場等となるため、当該隆起部ＵＰ１〜ＵＰ２を残して除去することをより一段と抑制することができる。

また上記実施形態では、凹部２３Ｘの空間形状が凸部２２Ｘと相似形状とされたが、例えば図１１に示すように、相似形状とされていなくても良い。なお、図１１の（Ａ）では凹部２３Ｘの底面が開口面側へ隆起する球冠形状とされ、図１１の（Ｂ）では、凹部２３Ｘの底面が開口面側とは逆側へ沈下する球冠形状とされる。このような図１１に示す凹部２３Ｘの空間形状であっても、当該図１１に示す空間形状以外の形状であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また上記実施形態では、第１金型２２の凸部２２Ｘと第２金型２３の凹部２３Ｘとの間にグリーンシート部位ＧＳＰを配置させるために、グリーンシートＧＴが移動対象とされた。しかしながら、第１金型２２又は第２金型２３が移動対象とされても良く、第１金型２２又は第２金型２３とグリーンシートＧＴとが移動対象とされても良い。要するに、凸部２２Ｘと凹部２３Ｘとの間にグリーンシート部位ＧＳＰが配置されれば良い。

また上記実施形態では、第１金型２２及び第２金型２３が双方とも移動させて、当該第１金型２２における凸部２２Ｘと第２金型２３における凹部２３Ｘとがプレスされた。しかしながら、第１金型２２及び第２金型２３の一方を固定とし、当該第１金型２２及び第２金型２３の他方を移動させて、凸部２２Ｘと凹部２３Ｘとがプレスされても良い。このようにした場合、昇降機２１Ａ及び２１Ｂの一方を省略することができる。

また上記実施形態では、グリーンシート面に窪み部ＤＰ及び隆起部ＵＰを転写させるためのプレス面ＰＳ１及びＰＳ２を有する第１金型２２及び第２金型２３が搬送部１０の一方側と他方側に設けられた。しかしながら、例えば、グリーンシートにスルーホールや外枠切出用の貫通溝を得るためのプレス面を有する一対の金型が、第１金型２２及び第２金型２３の後方（グリーンシートの送り方向ＳＤの後方）における搬送部１０の一方側と他方側に設けられていても良い。なお、このような金型は、第１金型２２又は第２金型２３と一体に連結されていても良く、別体であっても良い。

また上記実施形態では、１枚のグリーンシートＧＴから複数のグリーンシート部位ＧＳＰが切断された。しかしながら、１枚のグリーンシートＧＴを分割し、当該分割された各グリーンシートからそれぞれ１つのグリーンシート部位ＧＳＰが切断されても良い。

本発明に係るセラミック基板の製造方法は、セラミック基板を取り扱う様々な産業において利用可能性を有する。

１・・・加工装置
１０・・・搬送部
２０・・・プレス部
２１Ａ，２１Ｂ・・・昇降機
２２・・・第１金型
２２Ｘ・・・凸部
２３・・・第２金型
２３Ｘ，２３Ｘ１，２３Ｘ２・・・凹部
３０・・・除去部
ＰＳ１，ＰＳ２・・・プレス面
ＤＰ・・・窪み部
ＵＰ，ＵＰ１，ＵＰ２・・・隆起部
ＧＴ・・・グリーンシート
ＧＳＰ・・・グリーンシート部位
Ｐ１・・・配置工程
Ｐ２・・・プレス工程
Ｐ３・・・除去工程
Ｐ４・・・焼成工程

Claims (4)

1. 互いに対向される一対のプレス面の一方に形成される凸部と、前記一対のプレス面の他方において前記凸部と対向する部分を含む領域に形成される凹部とを、前記一対のプレス面間に配置されるグリーンシートにプレスするプレス工程と、
   前記凹部のプレスによって前記グリーンシート面に転写された隆起部を除去する除去工程と、
   前記隆起部が除去された前記グリーンシートを焼成する焼成工程と
   を備え、
   前記凹部の開口面積は、前記凸部の先端面積よりも大きい面積とされることを特徴とするセラミック基板の製造方法。
2. 前記凹部は、１つの前記凸部と対向する部分を含む領域において分割される
   ことを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板の製造方法。
3. 前記凹部が形成されるプレス面に対する前記凹部側面の傾斜角度は、前記凸部が形成されるプレス面に対する前記凸部側面の傾斜角度よりも大きい傾斜角度とされる
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のセラミック基板の製造方法。
4. 前記凹部の空間体積における前記凸部の体積に対する比は、０．２以上１以下の範囲内とされる
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のセラミック基板の製造方法。

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