KR20100077197A - 도체 내장 세라믹스의 제조 방법 - Google Patents

도체 내장 세라믹스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 리드선의 가공을 필요로 하지 않고, 탈지·소성시에 발생되는 기체 사이의 간극으로부터의 이물·먼지 등의 진입을 방지하여 절연 파괴 불량을 저감할 수 있는 도체 내장 세라믹스의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조한 도체 내장 세라믹스를 제공하는 것을 과제로 한다.
(해결 수단) 도전성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 통전부용 혼합물을 이용하여 통전부용 성형체(11)를 제작하는 공정과, 통전부용 성형체(11)를 금형(13) 내에 유지하고, 절연성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 기체용 혼합물(15)을 금형(13) 내에 충전함으로써 통전부용 성형체(11)가 기체용 혼합물(15)에 의해 덮인 소자 성형체(17)를 제작하는 공정과, 소자 성형체(17)를 소성하는 공정을 구비한 도체 내장 세라믹스의 제조 방법이다. 통전부와 기체 사이에 공극이 발생되는 것을 억제할 수 있음과 아울러, 탈지시나 소성시에 소자 성형체(17) 내에 외부로부터의 이물이나 먼지 등이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.

Description

도체 내장 세라믹스의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING CONDUCTOR BUILT-IN CERAMIC}
본 발명은 도체 내장 세라믹스의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 도체 내장 세라믹스의 제조 방법으로서 여러가지의 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1~3에는 세라믹스와 바인더로 이루어지는 혼합물을 입자화하여 얻어지는 과립을 핫 프레스하여 예비 성형체를 제작하고, 예비 성형체 사이에 금속 부재를 설치하여 1축 가압 성형을 행하고, 핫 프레스에 의해 소성함으로써 금속 부재를 내장한 세라믹스를 얻는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 4, 5에는 기체가 되는 제 1 세라믹스 성형체 상에 전극이 되는 세라믹스 재료의 페이스트를 도포하고, 또한 기체가 되는 제 2 세라믹스 성형체를 탑재하여 소성함으로써 전극 내장 세라믹스를 얻는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 6에는 예비성형체 사이에 금속 리드선을 끼워 넣고, 핫 프레스 소성을 행함으로써 통전부 내장의 세라믹스를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
일본 특허공개 평10-249843호 공보 일본 특허공개 평10-259059호 공보 일본 특허공개 평11-255566호 공보 일본 특허공개 2002-16128호 공보 일본 특허공개 2002-93550호 공보 일본 특허공개 2002-47067호 공보 일본 특허공개 소59-231322호 공보
그러나, 특허문헌 1~3에 기재된 제조 방법은 1축의 가압 성형 방법을 사용하여 성형하기 때문에 복잡한 형상을 제작하는 것이 어렵고, 또한 도체 부분이 되는 금속 부재는 가압 성형시의 변형을 없게 하기 위해서 강도를 갖는 것이 필요하게 된다는 과제가 있다. 또한, 특허문헌 4, 5에 기재된 제조 방법은 페이스트를 사용하여 통전부를 인쇄하기 때문에 번짐이나 얼룩이 발생되기 쉽고, 또한 기체를 탑재하여 소성하기 때문에 기체 사이에 이물·먼지 등이 끼기 쉬워진다는 과제가 있다. 또한, 특허문헌 6에 기재된 제조 방법은 통전부에 금속 리드선을 이용하고 있기 때문에 W, W-Re 합금 등의 선재를 구부리거나 절단하는 금속 리드선의 제작 공정이 필요하게 된다는 과제가 있다.
상기 과제를 감안하여 본 발명의 목적은 번잡한 금속 리드선의 가공이 불필요함과 아울러, 탈지시나 소성시에 기체 사이에 이물이나 먼지 등이 진입하는 것을 방지하여 크랙, 단선, 절연 파괴 등의 발생을 억제할 수 있는 도체 내장 세라믹스의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 도체 내장 세라믹스의 제조 방법은 도전성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 통전부용 혼합물을 이용하여 통전부용 성형체를 제작하는 공정과, 상기 통전부용 성형체를 금형 내에 유지하고, 절연성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 기체용 혼합물을 상기 금형 내에 충전함으로써 상기 통전부용 성형체가 상기 기체용 혼합물에 의해 덮인 소자 성형체를 제작하는 공정과, 상기 소자 성형체를 소성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소자 성형체를 제작하는 공정에 있어서 상기 통전부용 성형체의 일부를 지지하기 위한 지지 부재에 의해 상기 통전부용 성형체를 상기 금형 내에 유지한 상태에서 상기 금형에 형성된 충전구로부터 상기 기체용 혼합물을 상기 금형 내에 충전해도 좋다.
또한, 상기 소자 성형체를 제작하는 공정에 있어서 상기 통전부용 성형체를 복수의 상기 지지 부재를 이용하여 상기 금형 내에 유지한 상태에서 상기 복수의 지지 부재 중 상기 충전구에 가까운 쪽의 지지 부재로부터 순차적으로 상기 통전부용 성형체로부터 이격시키면서 상기 충전구로부터 상기 기체용 혼합물을 상기 금형 내에 충전해도 좋다.
또한, 상기 소자 성형체를 제작하는 공정에 있어서 상기 금형이 일측 및 타측에 서로 대향 배치된 적어도 2개의 금형 부재를 갖고, 이들 금형 부재 중 일측에 배치된 제 1 금형 부재의 내면에 상기 통전부용 성형체가 배치되고, 타측에 배치된 제 2 금형 부재의 내면과 상기 통전부용 성형체의 타측의 표면 사이에 캐비티가 형성된 상태에서 이 캐비티에 상기 기체용 혼합물을 충전한 후, 상기 제 1 금형 부재를 제 3 금형 부재와 교환하여 이 제 3 금형 부재의 내면과 상기 통전부용 성형체의 일측의 표면 사이에 캐비티가 형성된 상태에서 이 캐비티에 상기 기체용 혼합물을 충전함으로써 상기 통전부용 성형체가 상기 기체용 혼합물에 의해 덮인 상기 소자 성형체를 제작해도 좋다.
본 발명의 다른 도체 내장 세라믹스의 제조 방법은 도전성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 통전부용 혼합물을 이용하여 통전부용 성형체를 제작하는 공정과, 절연성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 기체용 혼합물을 이용하여 복수의 기체용 성형체를 제작하는 공정과, 상기 통전부용 성형체를 상기 기체용 성형체 사이에 배치하여 상기 통전부용 성형체를 상기 기체용 성형체에 의해 덮음과 아울러, 상기 기체용 성형체 사이를 접착함으로써 소자 성형체를 제작하는 공정과, 상기 소자 성형체를 소성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구성에 있어서 상기 통전부용 혼합물에 함유되는 상기 바인더의 유리 전이점을 Tg(A)로 하고, 상기 기체용 혼합물에 함유되는 상기 바인더의 유리 전이점을 Tg(B)로 할 때, 이들의 관계는 Tg(B)<Tg(A)를 만족시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성에 있어서 상기 통전부용 혼합물의 점도가 100mPa·s가 되는 온도를 Tv(A)로 하고, 상기 기체용 혼합물의 점도가 100mPa·s가 되는 온도를 Tv(B)로 할 때, 이들의 관계는 Tv(B)<Tv(A)를 만족시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구성에 있어서 상기 소성 공정 전에 상기 바인더가 가용인 용매에 상기 소자 성형체를 침지시킴으로써 소자 성형체 중에 있어서의 상기 용매 가용의 바인더를 추출하는 공정을 더 구비하고 있는 것이 바람직하다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면 통전부용 성형체를 금형 내에 유지하고, 절연성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 기체용 혼합물을 상기 금형 내에 충전함으로써 통전부용 성형체가 기체용 혼합물에 의해 덮인 소자 성형체를 제작하므로 통전부와 기체 사이에 공극이 발생되는 것을 억제할 수 있음과 아울러, 탈지시나 소성시에 소자 성형체 내에 외부로부터의 이물이나 먼지 등이 혼입되는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해 소성 후에 변형이 발생되는 것을 억제할 수 있고, 또한 크랙, 단선, 절연 파괴 등의 발생을 억제할 수 있다.
도 1의 (a)~(f)는 각각 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 제조 방법을 나타내는 개략 단면도이다.
도 2의 (a)~(d)는 각각 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 제조 방법을 나타내는 개략 단면도이다.
도 3의 (a), (b)는 각각 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 제조 방법을 나타내는 개략 단면도이다.
이하, 본 발명의 일실시형태에 따른 도체 내장 세라믹스의 제조 방법에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<제 1 실시형태>
도 1의 (a)~(f)는 각각 본 실시형태에 따른 제조 방법을 나타내는 횡단면도이다. 본 실시형태에 따른 제조 방법은 도전성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 통전부용 혼합물(컴파운드)을 이용하여 사출 성형에 의해 통전부용 성형체(11)를 제작하는 공정{도 1의 (a)}과, 통전부용 성형체(11)를 사출 성형용 금형(13) 내에 유지하고{도 1의 (b)}, 절연성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 기체용 혼합물(15)(슬러리 또는 컴파운드)을 금형(13) 내에 충전{도 1의 (c)~(e)}함으로써 통전부용 성형체(11)가 기체용 혼합물(15)에 의해 덮인 소자 성형체(17)를 제작하는 공정{도 1의 (f)}과, 소자 성형체(17)를 소성하는 공정을 구비하고 있다.
구체적으로는 도 1의 (c)~(e)에 나타내는 바와 같이, 소자 성형체(17)를 제작하는 공정에 있어서 통전부용 성형체(11)의 일부를 지지하는 지지 부재(19)에 의해 통전부용 성형체(11)를 금형(13) 내에 유지한 상태에서 금형(13)에 형성된 충전구(13a)로부터 기체용 혼합물(15)을 금형(13) 내에 충전한다.
또한, 여기에서 「컴파운드」란, 수지 등의 바인더 중에 세라믹스를 분산시킨 것이며, 용제분을 함유하지 않고, 실온에서는 고체상인 것을 말한다. 또한, 「슬러리」란, 용제, 분산제, 바인더, 세라믹스 등을 혼합한 것이며, 실온에서는 액체상인 것을 말한다.
본 실시형태에서는 통전부용 성형체(11)를 복수의 봉상의 핀(지지 부재)(19)을 이용하여 금형(13) 내에 유지하고 있다. 이 상태에서 복수의 핀(19) 중 충전구(13a)에 가까운 쪽의 핀(19)으로부터 순차적으로 통전부용 성형체(11)로부터 이격시키면서 충전구(13a)로부터 기체용 혼합물(15)을 금형(13) 내에 충전한다. 이것에 의해 통전부용 성형체(11)와 기체용 혼합물(15) 사이에 공극이 발생되는 것을 억제할 수 있음과 아울러, 탈지시나 소성시에 소자 성형체(17) 내에 외부로부터의 이물이나 먼지 등이 혼입되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 소성 후에 변형이 발생되는 것을 억제할 수 있고, 또한 크랙, 단선 등의 발생을 억제할 수 있다. 핀(19)을 통전부용 성형체(11)로부터 이격시키기 위해서는 예를 들면, 금형(13)의 내부에 핀(19)을 저장하는 공간을 형성해 두고, 이 저장 공간에 핀(19)을 순차적으로 수납해 가면 좋다. 또한, 본 실시형태에 따른 제조 방법에 의하면 소자 성형체(17)가 복잡한 형상이어도 자유롭게 성형할 수 있다.
통전부용 성형체(11)를 구성하는 세라믹스 재료로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만 예를 들면, 텅스텐 카바이드(WC) 등을 사용할 수 있다. 이 텅스텐 카바이드를 주성분으로 해서 필요에 따라 질화규소(Si3N4), 질화붕소(BN), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 레늄(Re) 등을 첨가함으로써 도체의 저항값을 최적화할 수 있다.
소자 성형체(17)를 형성하는 세라믹스 재료로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만 예를 들면, 질화규소(Si3N4), 질화알루미늄(AlN) 등을 사용할 수 있다. 이들을 주성분으로 해서 필요에 따라 Y2O3, Yb2O3, Er2O3, Al3O3, BN, SiO2 등을 첨가함으로써 전기 절연성 및 도체 내장 세라믹스의 강도를 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 바인더로서는 예를 들면, 열가소성 수지를 들 수 있다. 열가소성 수지의 구체예로서는 예를 들면, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 스티렌초산 공중합체, 나일론, 파라핀 왁스, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 들 수 있다. 이들 중으로부터 1종 내지 2종 이상의 것을 선택할 수 있다.
또한, 통전부용 혼합물에 함유되는 바인더의 유리 전이점을 Tg(A)(이하, 단위는 ℃)로 하고, 기체용 혼합물에 함유되는 바인더의 유리 전이점을 Tg(B)(이하, 단위는 ℃)로 할 때, 이들의 관계는 Tg(B)<Tg(A)를 만족시키는 것이 바람직하다. 이 관계를 만족시킴으로써 소자 성형체 제작 공정에 있어서 통전부용 성형체(11)를 기체용 혼합물(15)에 의해 덮을 때에 통전부용 성형체(11)가 변형되거나 용해되는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해 원하는 형상에 보다 가까운 형상의 소자 성형체(17)를 얻을 수 있으므로 원하는 발열 특성을 구비한 도체 내장 세라믹스를 얻을 수 있다.
또한, 통전부용 혼합물의 점도가 100mPa·s가 되는 온도를 Tv(A)(이하, 단위는 ℃)로 하고, 기체용 혼합물의 점도가 100mPa·s가 되는 온도를 Tv(B)(이하, 단위는 ℃)로 할 때, 이들의 관계는 Tv(B)<Tv(A)를 만족시키는 것이 바람직하다. 이 관계를 만족시킴으로써 소자 성형체 제작 공정에 있어서 통전부용 성형체(11)를 기체용 혼합물(15)에 의해 덮을 때에 상기와 마찬가지로 통전부용 성형체(11)가 변형되거나 용해되는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해 원하는 형상에 보다 가까운 형상의 소자 성형체(17)를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 제조 방법은 소성 공정 전에 탈지 공정을 더 구비하고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는 상기 공정에서 제작된 소자 성형체(17)에 이형제를 도포한 후, 예를 들면, 질소 분위기하에서 400℃, 8시간의 가열 탈지 공정을 실시한다. 그 후, 예를 들면, 비산화 분위기에서 소성함으로써 소결체(본 발명의 도체 내장 세라믹스)를 얻을 수 있다. 얻어진 소결체에 대해서는 필요에 따라 원하는 형상으로 외주 가공을 실시해도 좋다.
또한, 탈지 공정은 바인더가 가용인 용매에 소자 성형체(17)를 침지시킴으로써 소자 성형체(17) 중에 있어서의 용매 가용의 바인더를 추출하는 방법을 사용해도 좋다. 이 탈지 공정의 경우, 우선 소자 성형체(17)를 용매에 침지하고, 소자 성형체(17) 중의 용매 가용의 바인더를 추출하여 탈지를 행한다. 이어서, 탈지 후의 소자 성형체(17)에 이형제를 도포하고, 예를 들면, 비산화 분위기에서 소성함으로써 소결체를 얻을 수 있다.
용매에 침지하는 탈지 공정에 사용하는 용매로서는 예를 들면, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류, 시클로헥산, 헥산, 시클로헵탄, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸 등의 탄화수소계 용매, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족계 용매, α-피넨, 리모넨, 테르피네올 등의 테르펜계, 톨루엔, 크실렌의 방향족계 용매 등으로부터 적당하게 선택할 수 있다. 이 탈지 공정에 사용하는 바인더로서는 상기 용매에 가용인 것을 선택하면 좋다.
<제 2 실시형태>
이어서, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 제조 방법에 대하여 설명한다. 이 제조 방법은 도 2에 나타내는 바와 같이, 소자 성형체 제작 공정에 있어서 통전부용 성형체(11)를 기체용 혼합물(15)에 의해 피복할 때에 통전부용 성형체(11)의 일부를 기체용 혼합물(15)에 의해 피복한 후, 나머지 부분을 기체용 혼합물(15)에 의해 피복한다. 이것에 의해 소자 성형체(33)를 제작할 수 있다. 구체예를 이하에 나타낸다.
도 2의 (a)~(d)는 각각 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 제조 방법을 나타내는 횡단면도이다. 도 2의 (a)~(d)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 제조 방법은 상기 제 1 실시형태와는 소자 성형체(33)를 제작하는 공정이 다르다.
본 실시형태에 있어서의 소자 성형체 제작 공정에서는 사출 성형용 금형(23)으로서 일측 및 타측에 서로 대향 배치된 복수의 금형 부재(25, 27, 31)를 사용한다. 우선, 이들 금형 부재(25, 27, 31) 중 일측에 배치된 제 1 금형 부재(25)의 내면(25a)에 일측의 면(11a)이 접하도록 통전부용 성형체(11)가 배치된다. 이 때, 타측에 배치된 제 2 금형 부재(27)의 내면(27a)과 통전부용 성형체(11)의 타측의 표면(11b) 사이에 캐비티(29)가 형성되어 있다. 이 상태에서 충전구(23a)를 통해 캐비티(29)에 기체용 혼합물(15)을 충전하여 사출 성형한다{도 2의 (b)}.
이어서, 제 1 금형 부재(25)를 제 3 금형 부재(31)와 교환한다. 이 제 3 금형 부재(31)의 내면(31a)과 통전부용 성형체(11)의 일측의 표면(11a) 사이에는 캐비티(29)가 형성되어 있다. 이 상태에서 충전구(23b)를 통해 캐비티(29)에 기체용 혼합물(15)을 충전하여 사출 성형한다{도 2의 (c)}. 이것에 의해 통전부용 성형체(11)가 기체용 혼합물(15)에 의해 덮인 소자 성형체(33)가 얻어진다.
이러한 제조 방법에 의하면 소자 성형체(33)가 가늘거나 또는 작다는 등의 절손(折損)이 발생되기 쉬운 구조인 경우이어도 제 1 실시형태와 비교해서 안정적으로 소자 성형체(33)를 제작할 수 있다. 또한, 이 방법에 의하면 제 1 실시형태와 마찬가지로 통전부용 성형체(11)와 기체용 혼합물(15) 사이에 공극이 발생되는 것을 억제할 수 있음과 아울러, 탈지시나 소성시에 소자 성형체(33) 내에 외부로부터의 이물이나 먼지 등이 혼입되는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해 소성 후에 변형이 발생되는 것을 억제할 수 있고, 또한 크랙, 단선 등의 발생을 억제할 수 있다.
<제 3 실시형태>
도 3의 (a), (b)는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 제조 방법을 나타내는 횡단면도이다. 도 3의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 제조 방법은 도전성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 통전부용 혼합물(컴파운드)을 이용하여 사출 성형에 의해 통전부용 성형체(11)를 제작하는 공정{도 3의 (a)}과, 절연성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 기체용 혼합물(컴파운드)을 이용하여 사출 성형에 의해 2개의 기체용 성형체(35, 37)를 제작하는 공정{도 3의 (a)}과, 통전부용 성형체(11)를 기체용 성형체(35, 37) 사이에 배치하고, 기체용 성형체(35, 37) 사이를 접착함으로써 통전부용 성형체(11)가 기체용 성형체(35, 37)에 의해 덮인 소자 성형체(39)를 제작하는 공정{도 3의 (b)}과, 소자 성형체(39)를 소성하는 공정을 구비하고 있다.
이와 같이 본 실시형태에 따른 제조 방법에서는 기체용 성형체(35, 37) 사이를 접착면(41)에 있어서 접착함으로써 탈지시나 소성시에 기체 사이의 계면에 간극이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해 탈지시나 소성시에 기체 사이로부터 먼지나 이물이 진입하는 것을 억제할 수 있으므로 크랙, 단선, 절연 파괴 등의 발생이 억제된 안정적인 제품을 얻을 수 있다.
본 실시형태에 있어서 기체용 성형체(35, 37) 사이를 접착하는 방법으로서는 예를 들면, 접착제를 사용하는 방법을 들 수 있다. 이 접착제로서는 예를 들면, 아크릴계, 에폭시계, 폴리우레탄계, 폴리올레핀계 등의 접착제를 들 수 있다. 이들 접착제는 1액 경화 타입, 2액 경화 타입, 3액 경화 타입 등의 접착제를 사용할 수 있다. 또한, 기체용 성형체(35, 37) 사이를 접착하는 방법으로서는 예를 들면, 초음파 웰더(welder), 고주파 웰더, 레이저 용착 등의 방법을 사용해도 좋다. 이들 방법을 사용할 때에 특히 온도를 가해서 접착하는 경우에 있어서는 통전부용 성형체(11)가 기체용 성형체(35, 37)보다 먼저 연화되는 것을 방지하기 위해서 Tg(B)<Tg(A)의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 이 관계를 만족시킴으로써 통전부용 성형체(11)가 변형되거나 용해되는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해 원하는 형상에 보다 가까운 형상의 소자 성형체(39)를 얻을 수 있으므로 원하는 발열 특성을 구비한 도체 내장 세라믹스를 얻을 수 있다.
본 발명의 도체 내장 세라믹스는 예를 들면, 반도체 제조용 히터 등의 세라믹 히터 등의 각종 세라믹 제품에 적용할 수 있다.
(실시예)
(실시예 1)
WC 분말과 Si3N4 분말과 폴리프로필렌을 표 1에 나타내는 비율로 함유하는 컴파운드(Tg=140℃, Tv=190℃)를 이용하여 사출 성형에 의해 통전부용 성형체를 성형했다. 이 통전부용 성형체를 금형 내에 유지한 상태에서 아크릴 수지(Tg=50℃),에틸알코올, Si3N4 분말을 표 1에 나타내는 비율로 함유하는 슬러리로 사출 성형에 의해 통전부용 성형체를 피복(포매)함으로써 소자 성형체를 제작했다. 이어서, 이 소자 성형체를 가열 탈지한 후, 소성함으로써 소결체(도체 내장 세라믹스)를 얻었다. 이 도체 내장 세라믹스의 저항값 및 항절(抗折) 강도를 하기 방법에 의해 평가했다. 또한, 가열 탈지 조건은 250℃×1시간으로 하고, 소성 조건은 1800℃×3시간으로 했다.
(실시예 2)
통전부용 성형체의 재료로서 WC 분말과 Si3N4 분말과 폴리에틸렌을 표 1에 나타내는 비율로 함유하는 컴파운드(Tg=90℃, Tv=150℃)를 사용하고, 통전부용 성형체를 피복하는 재료로서 아크릴 수지(Tg=50℃), 이소프로필알코올, Si3N4 분말을 표 1에 나타내는 비율로 함유하는 슬러리를 사용한 외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 소결체를 얻었다. 이 소결체의 저항값 및 항절 강도를 실시예 1과 마찬가지로 해서 평가했다.
(실시예 3)
통전부용 성형체의 재료로서 WC 분말과 BN 분말과 파라핀 왁스를 표 1에 나타내는 비율로 함유하는 컴파운드(Tg=70℃, Tv=120℃)를 사용하고, 통전부용 성형체를 피복하는 재료로서 이소파라핀 왁스와 Si3N4 분말을 표 1에 나타내는 비율로 함유하는 컴파운드(Tg=40℃, Tv=70℃)를 사용한 외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 소결체를 얻었다. 이 소결체의 저항값 및 항절 강도를 실시예 1과 마찬가지로 해서 평가했다.
(실시예 4)
통전부용 성형체의 재료로서 WC 분말과 Si3N4 분말과 폴리스티렌(Tg=90℃)과 파라핀 왁스(Tg=70℃)를 표 1에 나타내는 비율로 함유하는 컴파운드(Tv=180℃)를 사용하고, 통전부용 성형체를 피복하는 재료로서 폴리스티렌(Tg=90℃), 이소파라핀 왁스(Tg=40℃), Si3N4 분말을 표 1에 나타내는 비율로 함유하는 컴파운드(Tv=150℃)를 사용한 외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 소자 성형체를 제작했다. 이어서, 이 소자 성형체를 α-피넨을 이용하여 용매 탈지를 행한 후, 소성함으로써 소결체(도체 내장 세라믹스)를 얻었다. 이 도체 내장 세라믹스의 저항값 및 항절 강도를 실시예 1과 마찬가지로 해서 평가했다.
(실시예 5)
WC 분말과 Si3N4 분말과 이소파라핀 왁스를 표 1에 나타내는 비율로 함유하는 컴파운드(Tg=70℃, Tv=120℃)를 이용하여 사출 성형에 의해 통전부용 성형체를 제작했다. 또한, 파라핀 왁스와 Si3N4 분말을 표 1에 나타내는 비율로 함유하는 컴파운드(Tg=40℃, Tv=70℃)를 이용하여 사출 성형에 의해 기체용 성형체를 복수 제작했다. 이어서, 기체용 성형체 사이에 통전부용 성형체를 끼워 넣고, 기체용 성형체끼리의 계면을 레이저 용착함으로써 소자 성형체를 제작했다. 이 소자 성형체를 가열 탈지하고, 소성함으로써 소결체(도체 내장 세라믹스)를 얻었다. 이 도체 내장 세라믹스의 저항값 및 항절 강도를 실시예 1과 마찬가지로 해서 평가했다.
(비교예 1)
WC 분말과 Si3N4 분말과 파라핀 왁스를 표 2에 나타내는 비율로 함유하는 컴파운드(Tg=60℃, Tv=110℃)를 이용하여 사출 성형에 의해 통전부용 성형체를 제작했다. 이 통전부용 성형체를 금형 내에 유지한 상태에서 파라핀 왁스와 WC 분말을 표 2에 나타내는 비율로 함유하는 컴파운드(Tg=70℃, Tv=120℃)로 사출 성형에 의해 통전부용 성형체를 피복함으로써 소자 성형체를 제작했다. 이어서, 이 소자 성형체를 가열 탈지한 후, 소성함으로써 소결체(도체 내장 세라믹스)를 얻었다. 이 도체 내장 세라믹스의 저항값 및 항절 강도를 실시예 1과 마찬가지로 해서 평가했다. 또한, 가열 탈지 조건은 250℃×1시간으로 하고, 소성 조건은 1800℃×3시간으로 했다.
(비교예 2)
WC 분말과 Si3N4 분말과 이소파라핀 왁스를 표 2에 나타내는 비율로 함유하는 컴파운드(Tg=70℃, Tv=120℃)를 이용하여 사출 성형에 의해 통전부용 성형체를 제작했다. 또한, 파라핀 왁스와 Si3N4 분말을 표 2에 나타내는 비율로 함유하는 컴파운드(Tg=40℃, Tv=70℃)를 이용하여 사출 성형에 의해 기체용 성형체를 복수 제작했다. 이어서, 기체용 성형체 사이에 통전부용 성형체를 끼워 넣음으로써 소자 성형체를 제작했다. 이 소자 성형체를 가열 탈지하고, 소성함으로써 소결체(도체 내장 세라믹스)를 얻었다. 이 도체 내장 세라믹스의 저항값 및 항절 강도를 실시예 1과 마찬가지로 해서 평가했다. 또한, 가열 탈지 조건은 250℃×1시간으로 하고, 소성 조건은 1800℃×3시간으로 했다.
Figure pct00001
Figure pct00002
세라믹 히터의 통전부의 저항값은 플러스 및 마이너스의 단자 전극 사이를 테스터에 의해 측정했다. 항절 강도에 대해서는 토요세이키세이사쿠쇼제 스트로 그래프를 이용하여 외팔보 강도를 측정했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure pct00003
표 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 1~실시예 5에 나타내는 도전성 세라믹스에 대해서는 저항값이 설계한 바와 같은 값을 나타내고 있고, 항절 강도에 문제도 없는 것이 확인되어 도체 내장 세라믹스로서의 기능을 하는 것이 확인되었다.
비교예 1은 기체에 WC 분말을 사용하고 있고, 소성이 충분하지 않을 뿐만 아니라 소결 후에는 전체가 통전부가 되어 버리기 때문에 도체 내장 세라믹스로서의 기능을 하지 않았다.
비교예 2는 기체 사이를 접착하지 않고, 소자 성형체에 이형제를 도포한 후, 탈지·소성을 실시했기 때문에 이형제 성분이 기체 사이에 진입하여 이물로서 도전체 내 또는 주위에 존재하고 있었다. 이 때문에 도전체가 쇼트되어 버려 도체 내장 세라믹스로서의 기능을 하지 않았다.
11: 통전부용 성형체 13: 금형
13a: 충전구 15: 기체용 혼합물
17: 소자 성형체 19: 핀(지지 부재)
23: 금형 23a, 23b: 충전구
25: 제 1 금형 부재 27: 제 2 금형 부재
29: 캐비티 31: 제 3 금형 부재
33: 소자 성형체 35, 37: 기체용 성형체
39: 소자 성형체 41: 접착면

Claims (8)

  1. 도전성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 통전부용 혼합물을 이용하여 통전부용 성형체를 제작하는 공정;
    상기 통전부용 성형체를 금형 내에 유지하고, 절연성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 기체용 혼합물을 상기 금형 내에 충전함으로써 상기 통전부용 성형체가 상기 기체용 혼합물에 의해 덮인 소자 성형체를 제작하는 공정; 및
    상기 소자 성형체를 소성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 도체 내장 세라믹스의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소자 성형체를 제작하는 공정에 있어서 상기 통전부용 성형체의 일부를 지지하기 위한 지지 부재에 의해 상기 통전부용 성형체를 상기 금형 내에 유지한 상태에서 상기 금형에 형성된 충전구로부터 상기 기체용 혼합물을 상기 금형 내에 충전하는 것을 특징으로 하는 도체 내장 세라믹스의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소자 성형체를 제작하는 공정에 있어서 상기 통전부용 성형체를 복수의 상기 지지 부재를 이용하여 상기 금형 내에 유지한 상태에서 상기 복수의 지지 부재 중 상기 충전구에 가까운 쪽의 지지 부재로부터 순차적으로 상기 통전부용 성형체로부터 이격시키면서 상기 충전구로부터 상기 기체용 혼합물을 상기 금형 내에 충전하는 것을 특징으로 하는 도체 내장 세라믹스의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소자 성형체를 제작하는 공정에 있어서 상기 금형은 일측 및 타측에 서로 대향 배치된 2개 이상의 금형 부재를 갖고,
    이들 금형 부재 중 일측에 배치된 제 1 금형 부재의 내면에 상기 통전부용 성형체가 배치되고, 타측에 배치된 제 2 금형 부재의 내면과 상기 통전부용 성형체의 타측의 표면 사이에 캐비티가 형성된 상태에서 이 캐비티에 상기 기체용 혼합물을 충전한 후,
    상기 제 1 금형 부재를 제 3 금형 부재와 교환하여 이 제 3 금형 부재의 내면과 상기 통전부용 성형체의 일측의 표면 사이에 캐비티가 형성된 상태에서 이 캐비티에 상기 기체용 혼합물을 충전함으로써 상기 통전부용 성형체가 상기 기체용 혼합물에 의해 덮인 상기 소자 성형체를 제작하는 것을 특징으로 하는 도체 내장 세라믹스의 제조 방법.
  5. 도전성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 통전부용 혼합물을 이용하여 통전부용 성형체를 제작하는 공정;
    절연성 세라믹스 분말 및 바인더를 함유하는 기체용 혼합물을 이용하여 복수의 기체용 성형체를 제작하는 공정;
    상기 통전부용 성형체를 상기 기체용 성형체 사이에 배치하여 상기 통전부용 성형체를 상기 기체용 성형체에 의해 덮음과 아울러, 상기 기체용 성형체 사이를 접착함으로써 소자 성형체를 제작하는 공정; 및
    상기 소자 성형체를 소성하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 도체 내장 세라믹스의 제조 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 통전부용 혼합물에 함유되는 상기 바인더의 유리 전이점을 Tg(A)로 하고, 상기 기체용 혼합물에 함유되는 상기 바인더의 유리 전이점을 Tg(B)로 할 때, 이들의 관계가 Tg(B)<Tg(A)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 도체 내장 세라믹스의 제조 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 통전부용 혼합물의 점도가 100mPa·s가 되는 온도를 Tv(A)로 하고, 상기 기체용 혼합물의 점도가 100mPa·s가 되는 온도를 Tv(B)로 할 때, 이들의 관계가 Tv(B)<Tv(A)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 도체 내장 세라믹스의 제조 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 소성 공정 전에 상기 바인더가 가용인 용매에 상기 소자 성형체를 침지시킴으로써 상기 소자 성형체 중에 있어서의 상기 용매 가용의 바인더를 추출하는 공정을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 도체 내장 세라믹스의 제조 방법.
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