JPS62176962A - セラミツクス基板の焼結法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ この発明は、セラミックス基板の製造技術の分野に属す
る。特にセラミックス基板の焼結方法に関する技術であ
り、焼結後のソリの低減および寸法精度の安定化に関す
るものである。

［背景技術］ 通常、セラミックス基板となるグリーンシートはドクタ
ーブレード法、ロール法、押し出し成形法等により成形
されるため、有機バインダーの含有が必須となる。一方
、焼結に際し、前記有機バインダーの分解、燃焼過程に
おいてシート内、およびシート間におけるバインダーの
不均一な飛び方、および残留炭素の不均一分布を生じ、
焼結後のシートの収縮ムラをよびソリ発生の原因となり
易い。

特に、シートを重ねて焼結する場合には、シートの積み
方向に前記バインダーの分解、燃焼程度の分布を生じ易
く、焼結後、シートの積み方向にソリが増加する傾向を
示す場合が多い。

また、シートの最上段付近は、特にソリが大きく、焼結
工程の歩留り低下の原因となっている。

［発明の目的］ 本発明は、グリーンシートを重ねて焼結する場合におい
て、前述の積み方向のソリの増分を減少させるとともに
、最上段付近のシートの大きなソリを低減させることを
目的とする。

［発明の開示］ この発明は、セラミックス基板となるグリーンシートを
２枚以上重ねて焼結する際、グリーンシート間に相互に
フラットなセラミックス焼結シートを挿入し積層して焼
結することを特徴とする。

以下、従来例および実施例に基づき説明する。

（従来例） ９６％アルミナのグリーンシートを、第２図に示す構成
で、シート間に２５ｍｍの球状アルミナ粉末を介して１
５枚重ね合わせたのち、１６００℃で２ｈｒ焼結を行っ
た。ただし、焼結後の基板サイズは、概略４インチ角、
厚さ０．８ｍｍ、初期のエアーギヤツブは２璽璽であっ
た。なお、この図で１はアルミナ型上ツタ、２はアルミ
ナ製支柱、３はグリーンシート、４はエアーギャップで
ある。

焼結後の基板のソリを計測し、セッター直上の基板のソ
リを原点とし、積み方向のソリの分布を調べて、その結
果を第３図に示した。これにより、積み方向にソリの増
分が見られること、および１５枚目あたりから急激にソ
リが大きくなる傾向を示していることがわかる。

この原因として、焼結時のバインダーの分解、燃焼過程
において、その分解、燃焼の程度がシートの積み方向に
分布を持つのではないかと考え、残留炭素の分布を螢光
Ｘ線により定性的に調べた。その結果を第４図に示した
。なおここでは１１００℃でｌｈｒ仮焼して取り出した
もの、および１６００℃で２ｈｒ焼結したサンプルにつ
いて測定した結果を示している。図から明らかな様に、
シートの積み方向に、はぼ直線的な残留炭素の分布があ
り、積み上げであるシートの上部の方が少ない傾向にあ
ることがわかった。

上記現象と、ソリの因果関係を調べるため、残留炭素量
と焼結後の収縮率との関係を調べた。結果を第５図に示
した。この図から、残留炭素の多い試料はど、収縮率が
低くなることがわかる。

以上の結果から、残留炭素の多少により、収縮率が異な
ることが予想され、第４図に示すような分布をもつ場合
には、シートの表・車間の微妙な収縮率の差により、ソ
リが発生するものと考えられる。

（実施例１） 従来例の結果より、焼結時のバインダーの分解、燃焼過
程において、シートの積み方向のバインダーの分布をな
くす方向にもつていくことにより、積み方向のソリの増
分を、大幅に減少させることが期待できるものと考えら
れる。

９６％アルミナのグリーンシートを、第１図に示す構成
で、グリーンシート３間相互に、グリーンシート４と同
サイズ、厚さ２寵の高純度アルミナ焼結体く純度９９．
６％）５を、夫々球状アルミナ粉末を介して挟み、１５
枚積層した。なお、アルミナ焼結体５として高純度アル
ミナシートを使用したのは、アルミナグリーンシート３
と反応しないことと併せて、耐高温クリープ性を生かし
、焼結時の変形ソリを防止するためである。

上記構成で、１６００℃で２ｈｒ焼結した後、ソリを測
定した。その結果を第６図に示した。また、本構成にお
いて焼結したサンプルにつき、前述と同じく仮焼品（１
１００℃で１ｈｒ）、および焼結晶（１６００℃で２ｈ
ｒ）について、残留炭素量を螢光Ｘ線により定性的に調
べた。結果を第７図に示した。

上述の結果より、シート積み方向のソリの増分およびシ
ート最上段付近の急激なソリの増分を、大幅に減少させ
る効果のあることがわかる。また、シートの積み方向の
ソリの増分は、少なくともバインダーの飛び方の均一性
に起因する可能性が強いことも併せて確かめられた。

本発明の如く構成することにより、グリーンシートは、
最終焼結に到るまで常に表裏とも、アルミナ焼結体シー
トに接していることになり、従来例のようなシート積み
方向のバインダーの分布ムラをなくすことができる。さ
らに、従来例において起こっていたような、シート積み
方向のソリの増分現象を根本的に解消できる効果を有す
る。併せて、グリーンシートをフラットなアルミナ焼結
体で挟むことにより、焼結時、アルミナ基板のソリがた
とえ発生しても、ソリを矯正する効果も同時に達成され
る。

（実施例２） 実施例１においては、グリーンシート１枚毎に、アルミ
ナ焼結体シートを挟んで積層したが、製造コスト的にみ
て不利である。また、グリーンシート表裏に高純度アル
ミナ焼結体シートがあると、バインダーの均一分布には
多大な効果を有するが、一方、焼結時、バインダーを除
去しにくくなるため、焼結体の残留炭素量が若干多くな
り、アルミナ基板のような絶縁材料に対する悪影響が懸
念される。

そこで、この実施例においてはグリーンシート１枚毎に
アルミナ焼結体を挟むのではなく、積み重ねた場合のソ
リの増分の許容範囲において、グリーンシートを積み重
ねて１ブロツクとし、ブロック毎にアルミナ焼結体シー
トを挟む構成とした９６％アルミナのグリーンシートを
、基本的には第１図に示す構成で、グリーンシート３枚
毎に、グリーンシートと同サイズ、厚さ２＋ｎの高純度
アルミナ焼結体をそれぞれ球状アルミナ粉末を介して挟
み、１５５枚積した。

上記構成のもとで、１６００℃で２ｈｒ焼結した後のソ
リを測定した。その結果を第８図に示した。併せて残留
炭素量を螢光Ｘ線により定性的に調べたものを第９図に
示した。

実施例１に比べ、３枚積みシートのソリの増分は認めら
れるが、全体としては低いレベルに押さえられている。

また、焼結後の残留カーボン量の分布は、第７図とほと
んど変わらないが、絶対量は、相対的に若干減少する傾
向を示した。

（実施例３） 焼結時のバインダーの分解、焼結過程において、シート
積み方向のバインダーの分布を減少させる手段として、
焼結雰囲気として、空気あるいは酸素を導入し、フロー
させることにより、有機バインダーの分解、燃焼を促進
させることができ、シート積み方向のバインダーの分布
を均一にすることが期待される。

９６％アルミナのグリーンシートを、第２図に示した構
成で、１５枚重ね合わせ、１６００℃で２ｈｒ焼結を行
った。ただし、焼結雰囲気としては空気をフローさせた
。ソリ測定の結果を第１０図に示した。また残留炭素量
を螢光Ｘ線により定性的に調べたものを、第１１図に示
した。

従来例と比較すると、焼結時空気をフローさせることに
より、アルミナグリーンシート層間にフレッシュな空気
が挿入され、シート積み方向のバインダーの分布が少な
くなり、ソリの増分も減少しているのがわかる。

（実施例４） 実施例１の構成において、焼結後の残留カーボン量を減
少させることを狙って、焼結時に、酸素をフローさせて
焼結を行った。ソリ測定の結果は、第６図と同等の結果
となった。仮焼および焼結後の残留カーボン量を、螢光
Ｘ線により定性的に調べた結果を第１２図に示した。

上述の結果より、第７図の結果に比べて大幅に残留カー
ボン量が減少し、絶縁特性の悪影響は全く問題とならな
いレベルとなった。

［発明の効果］ 本発明に係るセラミックス基板の焼結法は、セラミック
ス基板となるグリーンシートを２枚以上重ねて焼結する
際にグリーンシート間に相互にフラットなセラミックス
焼結シートを挿入して焼結するか、またはセラミックス
基板となるグリーンシートを２枚以上重ねて焼結する際
に焼結雰囲気を空気または酸素とすることを特徴とする
ので、ソリ、寸法精度の良好なセラミックス基板が得ら
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明実施例１に係る焼結法を説明する略図
、第２図は従来の焼結法を示す略図、第３図は従来の焼
結工程におけるシート積み枚数とソリの増分の関係を示
すグラフ、第４図は従来の焼結工程における積み枚数と
残留炭素量の関係を示すグラフ、第５図は残留炭素量と
収縮率の関係を示すグラフ、第６図は、本発明実施例１
におけるシート積み枚数とソリの増分の関係を示すグラ
フ、第７図は本発明実施例１におけるシート積み枚数と
残留炭素量の関係を示すグラフ、第８図は本発明実施例
２におけるシート積み枚数と増分の関係を示すグラフ、
第９図は本発明実施例２におけるシート積み枚数と残留
炭素量の関係を示すグラフ、第１０図は本発明実施例３
におけるシート積み枚数とソリの増分の関係を示すグラ
フ、第１１図は本発明実施例３におけるシート積み枚数
と　゛残留炭素量の関係を示すグラフ、第１２図は本発
明実施例４におけるシート積み枚数と残留炭素量の関係
を示すグラフである。 １：アルミナ製セッター ２：アルミナ製支柱 ３ニゲリーンシート ４：エアーギャップ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス基板となるグリーンシートを２枚以
   上重ねて焼結する際、グリーンシート間に相互にフラッ
   トなセラミックス焼結シートを挿入し積層して焼結する
   ことを特徴とするセラミックス基板の焼結法。
2. （２）セラミックス焼結シートを、少なくとも複数枚の
   グリーンシート毎に挿入することを特徴とする特許請求
   範囲第１項記載のセラミック基板の焼結法。
3. （３）セラミックス焼結シートとして、グリーンシート
   と反応しない材質のものを使用することを特徴とする特
   許請求範囲第１項または第２項記載のセラミックス基板
   の焼結法。
4. （４）セラミックス基板となるグリーンシートを２枚以
   上重ねて焼結する際、焼結雰囲気を空気または酸素とす
   ることを特徴とするセラミックス基板の焼結法。