JPH1047868A - 電子部品焼成用薄肉治具およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は電子部品焼成用治具の薄肉化によ
り、治具の耐スポーリング性を向上させかつ熱容量を小
さくすることにより、治具の耐用性向上、電子部品焼成
コスト低減および焼成効率の向上を目的とする。 【解決手段】 本発明は、セラミックの溶射により形成
された溶射層を基材から離型させて得られた溶射被膜の
基材側の面または両面にセラミックを溶射した溶射層の
みからなる電子部品焼成用薄肉治具およびその製造方法
である。さらに本発明は、該セラミックがアルミナまた
は／およびジルコニアである電子部品焼成用薄肉治具お
よびその製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックコンデン
サやサーミスタなどの電子部品の焼成に用いられる匣
鉢、棚板、セッターなどの薄肉治具およびその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子部品焼成用の治具は使用条件に応じ
た耐熱性と機械的強度が要求される。また、焼成される
電子部品と反応しないことも重要な課題である。通常は
焼成用治具の基材には耐スポーリング性に優れるアルミ
ナ質又はアルミナ・シリカ質材料が使用される。そして
被焼成部品と基材成分との反応を防止する目的でジルコ
ニアのセッターあるいは粉末を載置したり、あるいはジ
ルコニアの焼結層や溶射層を形成する方法が採られてい
る。

【０００３】焼成用治具の基材として広く使用されてい
るアルミナ質又はアルミナ・シリカ質治具は原料粉末に
適当なバインダーを添加し、プレス成形した後焼成され
る。このようにプレス成形により製造される治具では、
肉厚を薄くしすぎると成形時に密度差が生じやすいため
クラックが発生しやすく、また焼成時に変形しやすいこ
とによりある程度の肉厚が必要となる。このため従来の
プレス成形による治具の肉厚は５〜１５mmが一般的であ
った。

【０００４】しかしこのような肉厚の厚い治具を用いて
電子部品の焼成を行った場合、焼成炉内で積み重ねる段
数が少なくなり、焼成効率は低いものであった。また肉
厚の厚い治具は熱容量が大きいため昇温時には温度が上
がりにくく降温時には冷めにくいものである。従って、
電子部品焼成時間を短縮しようとすれば、治具に大きな
熱応力が発生し割れやすくなるという耐スポーリング性
における欠点もあった。

【０００５】このため電子部品焼成用治具の耐スポーリ
ング性の改善および電子部品焼成コストの低減を目的と
して、薄肉の治具が注目され特開昭６１−１３４５８５
号公報には泥漿鋳込み成形による薄肉アルミナ匣鉢が提
案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】泥漿鋳込み成形による
匣鉢は薄肉といっても３〜５mmと従来の匣鉢のせいぜい
半分程度の厚さであり、焼成コストの低減はある程度図
れたものの満足できるものではなかった。また充分な強
度を出すために焼成して得られたものは組織が緻密で磁
器質なものとなるため非常に割れやすく、耐スポーリン
グ性に劣るため実際の使用は困難であった。また泥漿の
鋳込み、焼成という工程で製造されるため解膠剤や焼結
助剤等の添加剤が必要であった。これらの添加剤は匣鉢
の成分としてはいわば不純物であり、このため焼成時の
変形や使用時の電子部品との反応等の原因となるもので
あった。また泥漿鋳込み成形法では積層構造の治具の成
形は困難であるため、特開昭６１−１３４５８５号のア
ルミナ質匣鉢では電子部品との反応防止のためにジルコ
ニア粉末を敷く等の対策が必要であり、作業能率が劣る
という欠点があった。

【０００７】薄肉体の成形方法には他にドクターブレー
ド法、押し出し成形法、ロール成形法等があるがいずれ
も原料に添加剤を使用する必要があり、また製造時に焼
成工程を必要とするため焼成変形あるいはクラックの発
生等により製品の形状を均一に保つことは極めて困難で
あり、しかも焼成前の素地は薄肉となるほど強度が小さ
く、どうしても製品の歩留まりが低いという問題があっ
た。

【０００８】従って、本発明の目的は、従来の電子部品
焼成用治具に比べて電子部品焼成コストが低く、焼成効
率に優れ電子部品の生産性向上に寄与する薄肉治具およ
びその製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは電子部品焼
成用薄肉治具に関する上記課題を解決すべく種々検討し
た結果、製造時に焼成工程が不要で薄肉製品が得られる
方法として溶射に着目し、基材に溶射された溶射層を基
材から離型させて得られた溶射被膜にさらに溶射を施す
ことにより、耐スポーリング性が格段に優れかつ被焼成
物である電子部品と反応を起こさず、また電子部品焼成
コストの低い薄肉治具を得ることに成功し本発明を完成
させたものである。

【００１０】即ち、本発明はセラミックの溶射により形
成された溶射層を基材から離型させて得られた溶射被膜
の基材側の面または両面にセラミックを溶射した溶射層
のみからなることを特徴とする電子部品焼成用薄肉治具
である。また本発明はセラミックの溶射により形成され
た溶射層を基材から離型させて得られた溶射被膜の基材
側の面または両面にセラミックを溶射することを特徴と
する電子部品焼成用薄肉治具の製造方法である。さらに
本発明は該セラミックがアルミナまたは／およびジルコ
ニアである前記記載の電子部品焼成用薄肉治具およびそ
の製造方法である。以後本発明において基材から溶射層
を離型させる前の溶射を第一次、離型させた後の溶射を
第二次と称して説明する。

【００１１】本発明の電子部品焼成用薄肉治具の製造方
法では、基材に対して実施した第一次のセラミックの溶
射層を基材から離型させて得られた溶射被膜の基材側の
面または両面に第二次のセラミックの溶射を行うことが
特徴である。第二次の溶射を溶射被膜の両面に行うこと
の利点は、焼成時に電子部品との反応防止効果を有する
溶射層を両面に形成することにより治具の使用回数を大
幅に増加させることができる点にある。

【００１２】第二次の溶射を両面に行う場合はまず基材
側の面から行うことが好ましい。一般に溶射被膜には溶
射表面側により大きい引っ張りエネルギーが貯蔵される
性質があり、溶射被膜は溶射表面側が凹状となるように
変形する傾向がある。この変形は溶射被膜が薄いほど大
きく、また溶射被膜を加熱した場合により顕著に現れ
る。このため第二次の溶射は溶射被膜の基材面側に、即
ち第一次の溶射と逆方向の溶射を行うことにより溶射被
膜中の引っ張りエネルギーが相殺され変形が防止される
のである。

【００１３】第一次の溶射被膜の両面に溶射した場合に
は、貯蔵された引っ張りエネルギーは溶射方向の異なる
溶射層を比較すると同等ではないと思われるが、この溶
射被膜は加熱した場合でも変形はほとんど生じないので
ある。これは溶射被膜が３層以上の構造となり、厚さに
よる変形抑制効果が溶射の方向による引っ張りエネルギ
ーの差から生じる変形作用を上回っているものと推察さ
れる。

【００１４】本発明の電子部品焼成用薄肉治具は、２層
以上の溶射層のみからなる。従って、溶射層自体が治具
として必要な強度を有し、かつ電子部品との反応防止特
性をも有するものである。第一次の溶射層を基材から離
型させて得られた溶射被膜の基材側の面または両面に第
二次の溶射を行う方法であれば溶射層の構成は特に限定
されるものではなく、被焼成物である電子部品の材質を
考慮して溶射するセラミックを選択すれば良く、第一
次、第二次で同種の材料の溶射も可能である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の電子部品焼成用薄肉治具
の製造方法においては、まず第一次溶射として基材にセ
ラミックの溶射を行う。この第一次溶射には通常の溶射
方法を用いることができる。本発明において溶射に使用
されるアルミナやジルコニア等のセラミックは一般に金
属材料に比して融点が高く、それらを多量に溶射するに
は各種溶射方法の内ではプラズマ溶射、特に水プラズマ
溶射による方法が適している。水プラズマ溶射はフレー
ムパターンが広く単位時間当たりの溶射量が多いため、
ガスプラズマ溶射に比較して短時間の内にかなりの肉厚
まで溶射することができ、しかも均質な溶射体を得るこ
とができるので本発明の方法に用いるには最適である。

【００１６】第一次溶射を行う基材の材質については特
に限定されるものではなく、銅、ステンレス、アルミニ
ウム等の金属やアルミナ質、アルミナ・シリカ質の焼成
体等が使用できる。本発明においては第一次の溶射層を
基材から離型させることを前提としているため、どのよ
うな離型方法を行うかによって基材の材質を選択するこ
とが好ましい。

【００１７】第一次の溶射層を基材から離型させる方法
については特に限定されるものではなく、基材を繰り返
し使用することを前提とすると、溶射層と基材の熱膨張
率（収縮率）の差を利用する方法や、あらかじめ基材に
離型剤を塗布する方法が考えられる。一般に溶射におい
ては溶射層と基材との接着性を向上させるために基材表
面にブラスト処理等を行うが、本発明においては溶射中
に剥離しない程度の接着力があればむしろ離型しやすい
方が好都合であるため、基材表面の前処理は不要であ
る。

【００１８】第二次の溶射では基材の代わりに第一次の
溶射で得られた溶射被膜に対しセラミックの溶射を行う
のである。溶射方法については第一次の溶射と同様の方
法を用いることができる。

【００１９】溶射層を形成するセラミックとしてはアル
ミナ、ジルコニア、ジルコン、ムライト、スピネル、チ
タニア、クロミア等の１種または２種以上が使用できる
が、いずれも第一次、第二次いずれの溶射にも使用可能
である。使用するセラミックはできるだけ高純度のもの
が望ましい。これらのセラミックの中では、溶射層の特
性を考慮するとアルミナ、ジルコニアが特に好ましい。
アルミナの溶射層は加熱、冷却の繰り返しによる組織劣
化がほとんどないため主として治具の強度維持に寄与す
るものである。また容積安定性にも優れるため耐スポー
リング性向上にも貢献する。一方ジルコニアの溶射層は
高温における化学的安定性に極めて優れるため、被焼成
物である電子部品との反応防止効果が特に大きい。従っ
て、例えば第一次の溶射でアルミナの溶射層を形成し、
基材から離型させ次に基材側の面に第二次の溶射でジル
コニアを溶射する構成や、第一次の溶射でアルミナの溶
射層を形成し、得られた溶射被膜の両面にジルコニアに
よる第二次の溶射を行う構成等が考えられる。

【００２０】溶射層の厚さは材料の供給速度とプラズマ
炎の移動速度を適宜調整し、必要に応じて繰り返し溶射
を行うことによりコントロールされる。第一次、第二次
の各溶射層ごとにあるいは部分的に厚みを変えることも
可能である。アルミナ、ジルコニア等のセラミックはそ
れぞれ単独で溶射しても良いし、それらを混合した材料
の溶射や２層以上の積層構造とすることも可能である。
各溶射層の厚みは少なくとも０．１mm以上であることが
好ましい。この厚みが０．１mm未満の場合は強度不足と
なったり電子部品との反応防止効果が発揮されない危険
性がある。また第一次、第二次合わせた溶射層の厚さが
３mmを越えると熱容量が大きくなるため好ましくない。

【００２１】本発明の溶射層のみからなる薄肉治具の製
造方法によれば、従来の方法に比べ格段に薄い肉厚が得
られるため、熱容量が小さく耐スポーリング性に優れた
治具が得られる。従って、電子部品を焼成するために必
要な温度までより速い昇温が可能であり、また焼成終了
後は冷めやすく、必要であれば空冷等の強制冷却を行っ
ても亀裂等発生しにくいため、電子部品焼成工程の短縮
化および焼成コストの低減が可能である。また薄肉であ
るため、焼成炉内に積み重ねる段数が増やせることによ
り大幅な電子部品の焼成効率の向上も得られる。

【００２２】製品となる溶射被膜の形状は基材の形状の
選択によって任意に設定できる。例えば平板状の溶射被
膜であれば使用時に電子部品を載置できるようにスペー
サを置いて積み重ねて焼成が可能であるし、基材にスペ
ーサ機能を果たすような凸部を設けておけば溶射被膜が
該凸部を有することになり、治具のみを積み重ねた電子
部品の焼成が可能であり作業効率は一層向上する。いず
れの場合も従来の治具に比べて肉厚が薄いため、積み重
ねられる数が増やせることより焼成効率が大幅に向上
し、電子部品の焼成コストを低減させ、電子部品の生産
性向上に大きく貢献するものである。

【００２３】また本発明の薄肉治具はセラミックス粉末
の溶射層のみからなっているため、薄肉であっても緻密
で充分な強度と良好な物性を有しており、また添加剤を
使用しないため電子部品との反応が生じるような問題も
ない。さらに、熱履歴による組織劣化がほとんどないた
め繰り返し使用できる回数も従来品に比べ大幅に勝るも
のである。

【００２４】

【実施例】以下に本発明を実施例により説明する。 実施例１ １００×１００×２mmの形状のステンレスプレートの基
材に対しＡｌ₂Ｏ₃純度９９．６％、平均粒径４５μｍの
アルミナ粉末を水プラズマ溶射装置により０．４mm厚さ
に第一次の溶射を行った。次に溶射層を基材から離型さ
せ、第二次溶射として溶射被膜の基材側の面に平均粒径
５０μｍのＣａＯ安定型ジルコニア粉末を０．２mm厚さ
に溶射しアルミナ、ジルコニアの２層の溶射層のみから
なる厚さ０．６mmの治具を製造した。この治具ではアル
ミナ溶射層が治具の強度維持に、ジルコニア溶射層が主
として電子部品との反応防止に寄与するものである。

【００２５】実施例２ 実施例１と同様の基材、粉末を用いて第一次溶射として
アルミナを０．４mm厚さに溶射した後、溶射層を基材か
ら離型させた。第二次溶射として溶射被膜の基材側の面
にジルコニアを０．２mm厚さに溶射し、次に反対側のア
ルミナの溶射表面側にジルコニアを０．２mm厚さに溶射
し、アルミナ溶射層をジルコニア溶射層で挟んだ３層構
造で厚さ０．８mmの治具を製造した。この治具の各溶射
層の機能は実施例１と同様であるが、ジルコニア溶射層
が両面にあるため、使用可能回数の大幅な延長が期待で
きるものである。

【００２６】実施例３ 実施例１と同様に第一次溶射としてアルミナを０．３mm
厚さに溶射し、その上にジルコニアを０．２mm厚さに溶
射した後、溶射層を基材から離型させた。次に第二次溶
射として、基材側の面であるアルミナ溶射層にアルミナ
を０．３mm厚さに溶射し、さらにその上にジルコニアを
０．２mm厚さに溶射し、２層のアルミナ溶射層をジルコ
ニア溶射層で挟んだ４層構造で厚さ１mmの治具を製造し
た。この治具は構造的には実施例２と類似しているが、
中央のアルミナ溶射層の厚さが厚いため、強度維持効果
が大きく、より長期の安定使用が期待できるものであ
る。

【００２７】比較例１ 実施例１と同様の基材、粉末を用いてまずアルミナを
０．４mm厚さに溶射しその上にジルコニアを０．２mm厚
さに溶射した後、溶射層を基材から離型させアルミナ、
ジルコニアの２層の溶射層からなる厚さ０．６mmの治具
を作成した。この治具は構造的には実施例１と類似して
いるが、２層の溶射方向が同じであり、溶射層を離型さ
せたままの被膜からなっているものである。

【００２８】比較例２ 比較のために、泥漿鋳込み法により３mm厚さのアルミナ
質治具を作成した。該治具は焼成後比較試験に供した。

【００２９】以上の方法で得られた治具をセラミックコ
ンデンサーの焼成に繰り返し使用し、コンデンサーと治
具との反応、治具の変形、亀裂の発生状況を観察した。
なお比較例２の治具はジルコニア粉末を敷いてコンデン
サーの焼成を行った。コンデンサーはチタン酸バリウム
を主成分とし、その他の低融成分を微量含むものであ
る。焼成は１３００℃まで３００℃／時で昇温し、４時
間保持とした。結果を表１および表２に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】表１、表２に示すとおり、本発明の電子部
品焼成用薄肉治具は、従来の治具に比べ安定に使用でき
る回数が大幅に増加した。また従来の薄肉治具の厚さは
せいぜい３mm程度であり、本発明の方法によれば１mm以
下の厚さも可能である。焼成炉の高さが３００mmの場
合、５mmのスペーサーを使用すると装入可能段数は従来
品が３７段、本発明品は厚さ１mmとすると４９段と大幅
に増加できる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の電子部品焼成用薄肉治具では、
亀裂、変形等の発生までの使用回数が大幅に増え、長期
間の安定使用が可能である。また、熱容量が小さく耐ス
ポーリング性にも優れるため、昇温および冷却過程を短
縮でき、さらに炉内への装入可能個数が大幅に増やせる
ため電子部品焼成コストの低減、焼成効率の改善等、電
子部品の生産性向上に大きく寄与するものである。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックの溶射により形成された溶射層
   を基材から離型させて得られた溶射被膜の基材側の面ま
   たは両面にセラミックを溶射した溶射層のみからなるこ
   とを特徴とする電子部品焼成用薄肉治具。
2. 【請求項２】セラミックがアルミナまたは／およびジル
   コニアである請求項１記載の電子部品焼成用薄肉治具。
3. 【請求項３】セラミックの溶射により形成された溶射層
   を基材から離型させて得られた溶射被膜の基材側の面ま
   たは両面にセラミックを溶射することを特徴とする電子
   部品焼成用薄肉治具の製造方法。
4. 【請求項４】セラミックがアルミナまたは／およびジル
   コニアである請求項３記載の電子部品焼成用薄肉治具の
   製造方法。