JPH05242727A - アルミナ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 寸法精度良く反りや表面粗度の小さな高純度
のアルミナ基板を製造することのできる方法を提供す
る。 【構成】 アルミナ粉末と水および分散剤の混合物に、
ポリビニルアルコールを水に溶解してから加えたあと噴
霧乾燥することにより顆粒状粉末を得て、この顆粒状粉
末と水および水溶性有機バインダーに必要に応じて加え
られる添加剤を混練してから押出し成形し、その後、得
られた成形体を焼成するようにするアルミナ基板の製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高純度のアルミナ基
板を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロニクス分野で使われるセラミ
ック基板の一つとして、アルミナ基板がある。このアル
ミナ基板は、具体的にはプリント配線板用の絶縁基板等
に使用される。導電性ペーストを用いた印刷による厚膜
法や金属膜の蒸着形成による薄膜法、あるいは、メッキ
法等を利用して最終的に所定パターンの回路をアルミナ
基板表面に形成し、プリント配線板（回路基板）として
いる。

【０００３】近年、回路基板の小型化や多機能化により
回路パターンが複雑で回路幅の狭いファインパターンの
方向に進んできている。そして、回路パターンのファイ
ン化に伴って、アルミナ基板に対して、高寸法精度であ
って反りや表面粗度の小さいことが要求されるようにな
ってきている。また、最近、上のことに加えて、高周波
用途の要求が急速に高まり、従来の純度９６％のアルミ
ナ基板では要求を十分に満たしきれず、電気特性（特に
誘電特性）にも優れ、表面粗度の小さい高純度（純度９
９％以上）アルミナ基板も一部に使われている。

【０００４】アルミナ基板における寸法精度と反りは、
製造方法に深く関係している。アルミナ基板の製造で
は、はい土（坏土）を成形し、この成形体（グリーンシ
ート）を焼成するようにしているが、この焼成に伴う収
縮率が小さくなるような成形法が、寸法精度を上げ反り
を少なくする上で有利とされている。成形法としては、
押出し成形法とドクターブレード法があるのであるが、
成形体の密度が高くなる押出し成形法は、焼成時の収縮
率が小さくて寸法精度を上げ反りを少なくするのに適し
ているため、セラミック基板の製造において利用するこ
とが提案されている（特開平０１−１０００５０号公
報）。

【０００５】一方、アルミナ基板の表面粗度を小さくす
るには、焼結体のグレーンサイズを、小さくて揃ったも
のにする必要があるが、それには、使用するアルミナ粉
末として、粒径が小さく、粒度分布のシャープな（狭
い）ものを用いるのがよい。この高純度アルミナ基板で
は、表面粗度を小さくするため、製造段階で粒径の小さ
いアルミナ粉末を使っているのであるが、表面粗度は期
待するほどに小さくなっていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記事情
に鑑み、寸法精度良く反りや表面粗度の小さな高純度の
アルミナ基板を製造することのできる方法を提供するこ
とを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明のアルミナ基板の製造方法では、アルミナ
粉末と水および分散剤の混合物に、ポリビニルアルコー
ルを水に溶解してから加えたあと噴霧乾燥することによ
り顆粒状粉末を得て、この顆粒状粉末と水および水溶性
有機バインダーに必要に応じて加えられる添加剤を混練
してから押出し成形し、その後、得られた成形体を焼成
するようにしている。

【０００８】顆粒状粉末の作製にあたっては、まず、ア
ルミナ粉末と水および分散剤の混合スラリー（混合物）
を作る。例えば、これらの原料をボールミル等を用いて
良く混ぜ合わせアルミナ粉末が十分に分散したスラリー
を作るようにする。使用するアルミナ粉末は、平均粒径
が約１μｍ（より好ましくは０．５μｍ）以下であるも
のが好ましい。この場合、成形体（グリーンシート）焼
成時の温度を１６００℃以下の低温で済ませられる。分
散剤としては、例えば、ポリカルボン酸アンモニウム塩
分散剤などが使える。

【０００９】続いて、ポリビニルアルコールを水に溶解
させてからスラリーに加え十分に混合する。ポリビニル
アルコールを溶解した水には可塑剤も添加するのが良
い。このポリビニルアルコール（ＰＶＡ）は、重合度５
００以下であり、加えて、ケン化度が８０〜９０ mol％
ものが適切である。また、添加する可塑剤には、グリセ
リンや尿素などが挙げられる。可塑剤の添加で混練時の
ポリビニルアルコールの溶解軟化性が向上する。

【００１０】使われるポリビニルアルコールが、下記の
化学式で示すようなポリ酢酸ビニルをケン化して得られ
る水酸基をもったビニル樹脂である場合、重合度は
「ｎ」ないし「ｍ＋ｐ」であり、ケン化度は水酸基の割
合を mol％であらわした値であって「（ｍ／ｍ＋ｐ）×
１００」である。

【００１１】

【化１】

【００１２】ついで、スラリーを造粒する。スプレード
ライヤーで噴霧乾燥して顆粒状粉末を作る。アルミナ粉
末表面がポリビニルアルコールでコーティングされ顆粒
状に集まった乾燥物を得るのである。このようにして得
られた顆粒状粉末を使って成形体（グリーンシート）用
のはい土を作る。まず、顆粒状粉末と水および水溶性有
機バインダーに必要に応じて加えられる添加剤を配合し
攪拌するなどして良く混ぜ合わせてから、十分に混練し
てはい土を得るのである。混練の具体的な方法として
は、セラミック製ロールを使った混練法が挙げられる。
ここで、必要に応じて加えられる添加剤としては、可塑
剤、離型剤や滑剤などがあげられる。水溶性有機バイン
ダーとしては、メチルセルロースなどが挙げられる。

【００１３】ここでの水の配合量は、顆粒状粉末１００
重量部に対し１５〜２０重量部の範囲が適当である。１
５重量部未満では、はい土が硬すぎて成形機中で動き難
くて成形が難しくなり、それに、ポリビニルアルコール
の溶解軟化が起こり難くなることもある。２０重量部を
越すと、はい土が柔らか過ぎて、やはり成形が難しくな
る。

【００１４】水溶性有機バインダー中に水に不溶な成分
が含まれていると、これが焼成後にポアとなるので不溶
成分を除く必要がある。例えば、メチルセルロースの場
合、まず水に溶解したのち、ろ過してから加熱し濃縮さ
せるようにする。通常、水溶性有機バインダーの添加量
は、顆粒状粉末１００重量部に対し４〜８重量部（固形
分）程度である。

【００１５】混練の前に密封状態で寝かして（放置し
て）おく場合もある。顆粒状粉末と水および水溶性有機
バインダーに必要に応じて加えられる添加剤を先ず混ぜ
合わせて密閉状態にして放置しておくのである。放置に
より、顆粒の周囲に水が均一に付着し混練が容易に行え
て顆粒がほば完全に破壊され易くなる。放置条件は、ポ
リビニルアルコールの重合度・ケン化度に応じて決めれ
ばよいが、生産性・温度管理の容易性を考えると、１〜
７日程度、１５〜５０℃の温度で行うのが好ましい。

【００１６】このようにして得たはい土を押出し成形機
にかけて成形体にする。例えば、厚み１ｍｍ前後のシー
トにしてから必要に応じて打ち抜き加工したりして成形
体（グリーンシート）を得る。得られた成形体を焼成し
た焼結体が、高純度アルミナ基板である。焼成は、例え
ば、１６００℃程度以下の温度、１時間程度の保持時間
の条件で行うことができる。

【００１７】この発明では得られるアルミナ基板の純度
は、通常、９９％以上、さらには９９．５％以上の高純
度である。

【００１８】

【作用】この発明の製造方法では、焼成する成形体を押
出し成形で得ているから、寸法精度が良く反りの少ない
アルミナ基板を得ることができる。この発明の製造方法
では、アルミナ粉末の凝集を抑えられるため、表面粗度
の小さいアルミナ基板が得られるようになる。アルミナ
粉末の凝集を抑えられるのは、各顆粒状粉末では複数の
アルミナ粉末が集まっているが、各アルミナ粉末が表面
同士を直に接触させた状態で集まってはおらず、ポリビ
ニルアルコールの被覆膜を介して接着しており、そのた
め、はい土を作る時の混練過程でポリビニルアルコール
が水で溶解軟化するのに伴い各アルミナ粉末の集まりが
うまく解け一次粒子に分解した状態となり、アルミナ基
板の表面粗度を大きくする原因となるアルミナ粉末の凝
集物を作るということは殆どないからである。

【００１９】この発明の場合、成形体中の水溶性有機バ
インダーは焼成で飛んでしまい、ガラス組成物をバイン
ダーとする場合のように基板中に残留するということが
ないため基板は殆どアルミナだけとなって高純度とな
る。ポリビニルアルコールは、重合度が５００以下であ
ったり、ケン化度が８０〜９０ mol％であったりすると
溶解軟化し易く、混練過程でアルミナ粉末の集まり解消
（顆粒破壊）が起こり易くなり、確実に表面粗度の小さ
なアルミナ基板が得られるという利点がある。

【００２０】特に、重合度が５００を越えるとともにケ
ン化度が９０ mol％を越えると、ポリビニルアルコール
は常温や冷却下では溶解軟化し難い強度の強いものとな
り、顆粒破壊が起こり難くなるし、重合度が５００を越
えるとともにケン化度が８０mol％未満だと、噴霧乾燥
の際にポリビニルアルコールの凝析が起こるため、ポリ
ビニルアルコールは溶解軟化し難くなって、やはり顆粒
破壊が起こり難くなる。

【００２１】また、混練の前に一定期間、はい土用の材
料を密封状態で放置する場合は、顆粒の周囲に水が均一
に付着し混練し易くて、顆粒破壊が起こり易く、表面粗
度の小さなアルミナ基板が確実かつ容易に得られるよう
になる。顆粒状粉末１００重量部に対する水の配合量
が、１５〜２０重量部の範囲であるとはい土が成形し易
いものとなる。

【００２２】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。この発
明は、以下の実施例に限らないことは言うまでもない。 −実施例１〜７− まず、平均粒径０．４μｍ（住友化学社製 AES-11C）１
１０重量部とポリカルボン酸アンモニウム塩分散剤（花
王社製 ポイズ５３２Ａ）１．２５重量部およびイオン
交換水３０重量部を、ボールミルで２０時間混合してア
ルミナ粉末が十分に分散したスラリーを得た。

【００２３】一方、表１に示す重合度とケン化度のポリ
ビニルアルコールと可塑剤およびイオン交換水を表１に
示す配合で混合したものを作り、これを先のスラリーに
加え十分に混合してから、このスラリーをスプレードラ
イヤーを用いて噴霧乾燥して顆粒状粉末を得た。各実施
例での顆粒状粉末の含水率は１％以下であった。なお、
ポリビニルアルコールおよび可塑剤は１級試薬を使っ
た。

【００２４】そして、得られた顆粒状粉末１００重量部
に水溶性有機バインダーとしてメチルセルロースゲルを
１６．７重量部添加した。メチルセルロースを前述の如
く水に不溶な成分を除去して濃縮した濃度３０％のメチ
ルセルロースゲルとして使った。この他、可塑剤として
グリセリンを２重量部、離型剤としてソルビタンモノカ
プリレート複合エステル（日本油脂製セラミゾールＣ−
０８）を４重量部、滑剤としてポリオキシアルキレンブ
チルエーテル（日本油脂製ユニルーブ５０ＭＢ−２６）
を１重量部、水を５．３重量部添加し十分に混合してか
ら、１０℃に冷却したセラミック製三本ロールを用いた
混練を行い、はい土を得た。なお、水の配合量はメチル
セルロールゲルの水分と合わせると１７重量部となる。

【００２５】得られた成形用のはい土を押出し成形機に
かけて厚み０．８ｍｍのシートを作り約１０ｃｍ角で打
ち抜いたグリーンシート（成形体）にしてから、これ
を、１６００℃で焼成し高純度アルミナ基板を得た。 −実施例８〜１３− まず、平均粒径０．４μｍ（住友化学社製 AES-11C）１
１０重量部とポリカルボン酸アンモニウム塩分散剤（花
王社製 ポイズ５３２Ａ）１．２５重量部およびイオン
交換水３０重量部を、ボールミルで２０時間混合してア
ルミナ粉末が十分に分散したスラリーを得た。

【００２６】一方、表１に示す重合度とケン化度のポリ
ビニルアルコールと可塑剤およびイオン交換水を表１に
示す配合で混合したものを作り、これを先のスラリーに
加え十分に混合してから、このスラリーをスプレードラ
イヤーを用いて噴霧乾燥して顆粒状粉末を得た。各実施
例での顆粒状粉末の含水率は１％以下であった。なお、
ポリビニルアルコールおよび可塑剤は１級試薬を使っ
た。

【００２７】そして、得られた顆粒状粉末１００重量部
に水溶性有機バインダーとしてメチルセルロースゲルを
１６．７重量部添加した。メチルセルロースを前述の如
く水に不溶な成分を除去して濃縮した濃度３０％のメチ
ルセルロースゲルとして使った。この他、可塑剤として
グリセリンを２重量部、離型剤としてソルビタンモノカ
プリレート複合エステル（日本油脂製セラミゾールＣ−
０８）を４重量部、滑剤としてポリオキシアルキレンブ
チルエーテル（日本油脂製ユニルーブ５０ＭＢ−２６）
を１重量部、水を５．３重量部添加し十分に混合した。
なお、水の配合量はメチルセルロールゲルの水分と合わ
せると１７重量部となる。そして、混合したものをポリ
袋に入れて密封してから一定期間だけ放置してから、１
０℃に冷却したセラミック製三本ロールを用いた混練を
行い、はい土を得た。

【００２８】なお、各実施例における放置期間と温度
は、以下の通りである。実施例８では２５℃で３日、実
施例９では４０℃で７日、実施例１０では２５℃で１
日、実施例１１では２５℃で１日、実施例１２では５０
℃で１日、実施例１３では２５℃で３時間である。得ら
れた成形用のはい土を押出し成形機にかけて厚み０．８
ｍｍのシートを作り約１０ｃｍ角で打ち抜いたグリーン
シート（成形体）を、１６００℃で焼成し高純度アルミ
ナ基板を得た。

【００２９】各実施例におけるグリーンシートおよび得
られたアルミナ基板の１平方ｃｍ中の粉末凝集物（５０
μｍ以上の突起物）を倍率１００倍の顕微鏡で数えた。
結果を表２に示す。また、グリーンシートを１５８０℃
の温度で焼成したアルミナ基板について、基板表面のＲ
ａとＲｍａｘをＪＩＳ−Ｂ０６０１に準じてを測定し、
表面粗度を評価した。結果を表２に示す。

【００３０】なお、これらの測定は一つの試料について
５点行い、平均値を出すようにした。また、純度も、実
施例ではいずれも９９．５％以上であることを確認し
た。

【表１】

【表２】 実施例の場合、表面粗度の小さなアルミナ基板であるこ
とが良く分かる。実施例３〜５および実施例１０〜１２
と他の実施例を比べれば、ポリビニルアルコールの５０
０以下の重合度および８０〜９０ mol％でケン化度であ
ることが低表面粗度を達成する上で有効であることがよ
く分かる。また、実施例４，５と実施例１１，１２とを
比較すれば、混練前の放置が低表面粗度を達成する上で
有効であることもよく分かる。

【００３１】

【発明の効果】この発明の製造方法で得られるアルミナ
基板は、焼成する成形体を押出し成形で得ているために
寸法精度が良くて反りも少なく、しかも、アルミナ粉末
の凝集を抑えることが出来るために表面粗度が小さく、
バインダーが残らないため純度が非常に高く、高周波用
途やファインパターン化適性のあるものになっている。

【００３２】ポリビニルアルコールは、重合度が５００
以下であったり、ケン化度が８０〜９０ mol％であった
りすると溶解軟化し易く、表面粗度の小さなアルミナ基
板が確実かつ容易に得られるようになる。また、混練す
る前に一定期間寝かすと、顆粒破壊が起こり易くなり、
表面粗度の小さなアルミナ基板が確実かつ容易に得られ
るようになる。

【００３３】そして、顆粒状粉末１００重量部に対する
水の配合量が１５〜２０重量部の範囲であれば、はい土
の成形適性が良いため、製造し易いという利点が加わ
る。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年４月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】アルミナ基板における寸法精度と反りは、
製造方法に深く関係している。アルミナ基板の製造で
は、通常のドクタープレード法の場合はスラリーを成形
し、押し出し成形法の場合ははい土（坏土）を成形し、
この成形体（グリーンシート）を焼成するようにしてい
るが、この焼成に伴う収縮率が小さくなるような成形法
が、寸法精度を上げ反りを少なくする上で有利とされて
いる。成形法としては、押出し成形法とドクターブレー
ド法があるのであるが、成形体の密度が高くなる押出し
成形法は、焼成時の収縮率が小さくて寸法精度を上げ反
りを少なくするのに適しているため、セラミック基板の
製造において利用することが提案されている（特開平０
１−１０００５０号公報）。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。この発
明は、以下の実施例に限らないことは言うまでもない。 −実施例１〜７− まず、平均粒径０．４μｍのアルミナ粉末（住友化学社
製 ＡＥＳ−１１Ｃ）１００重量部とポリカルボン酸ア
ンモニウム塩分散剤（花王社製 ポイズ５３２Ａ）１．
２５重量部およびイオン交換水３０重量部を、ボールミ
ルで２０時間混合してアルミナ粉末が十分に分散したス
ラリーを得た。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】得られた成形用のはい土を押出し成形機に
かけて厚み０．８ｍｍのシートを作り約１０ｃｍ角で打
ち抜いたグリーンシート（成形体）にしてから、これ
を、１６００℃で焼成し高純度アルミナ基板を得た。 −実施例８〜１３− まず、平均粒径０．４μｍのアルミナ粉末（住友化学社
製 ＡＥＳ−１１Ｃ）１００重量部とポリカルボン酸ア
ンモニウム塩分散剤（花王社製 ポイズ５３２Ａ）１．
２５重量部およびイオン交換水３０重量部を、ボールミ
ルで２０時間混合してアルミナ粉末が十分に分散したス
ラリーを得た。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミナ粉末と水および分散剤の混合物
   に、ポリビニルアルコールを水に溶解してから加えたあ
   と噴霧乾燥することにより顆粒状粉末を得て、この顆粒
   状粉末と水および水溶性有機バインダーに必要に応じて
   加えられる添加剤を混練してから押出し成形し、その
   後、得られた成形体を焼成するようにするアルミナ基板
   の製造方法。
2. 【請求項２】 ポリビニルアルコールが重合度５００以
   下のものである請求項１記載のアルミナ基板の製造方
   法。
3. 【請求項３】 ポリビニルアルコールのケン化度が８０
   〜９０ mol％である請求項１または２記載のアルミナ基
   板の製造方法。
4. 【請求項４】 顆粒状粉末と水および必要に応じて加え
   られる添加剤を混ぜ合わせ密封状態で１日以上放置して
   から混練を行う請求項１から３までのいずれかに記載の
   アルミナ基板の製造方法。
5. 【請求項５】 顆粒状粉末１００重量部に対し水を１５
   〜２０重量部の範囲で配合する請求項１から４までのい
   ずれかに記載のアルミナ基板の製造方法。