JP3215390B2 - 電子部品焼成用セッター及びその製造方法 - Google Patents

電子部品焼成用セッター及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低温焼成セラミッ
ク多層基板などの電子部品の焼成に用いるセラミック製
のセッターに関し、特に軽量で通気性に優れると共に、
熱膨張係数が小さく耐スポーリング性に優れたセラミッ
ク製の電子部品焼成用セッターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近における電子機器の進歩は激しく、
特に電子回路は高密度化、高速化、高周波化へと向かっ
ており、この傾向はHDTV、自動車、通信、計測機器
などの分野において急速に進行している。このような電
子回路の進歩に対応して、実装基板は低誘電率化、低熱
膨張率化、多層化、LCR内蔵化、低導電抵抗化、低コ
スト化の要求が高まっている。
【0003】これらの要求を満たす実装基板として、低
温焼成セラミック多層基板の開発が行われている。この
セラミック多層基板は、主にAlやガラス成分か
らなるグリーンシートの表面に導体ペーストを印刷し、
これを数枚積層した後、セラミック製のセッターに載
せ、グリーンシート内の有機バインダーの脱バインダー
処理を行ってから、グリーンシートと導体ペーストを同
時焼成することにより製造されている。
【0004】一般に、上記低温焼成セラミック多層基板
用のグリーンシートは、Al以外にガラス質成分
を40〜60重量%含んでおり、導電ペーストとしては
Ag又はCuなどを使用し、焼成温度は900〜110
0℃程度である。また、その焼成用のセッターとして
は、アルミナ質又はムライト質であって、セラミック粉
末を焼結して製造した緻密質のセッターが使用されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、グリー
ンシートなどの電子部品の焼成には従来からセラミック
製のセッターが使用されているが、緻密質の焼結体であ
るため、特にグリーンシートの積層が益々多層化してい
る現状では、その脱バインダ処理が非常に困難になって
きている。しかも、グリーンシートはガラス成分を多く
含み、脱バインダー温度とガラスの軟化温度が接近して
いるため、グリーンシート中の有機バインダーをセッタ
ー側からも迅速に排出できなければ、焼成後の基板など
の製品に亀裂が入ったり、あるいは変色が発生するなど
の欠点があった。
【0006】最近では、グリーンシート中の有機バイン
ダーを迅速に排出させるため、セッターとして多孔質の
セラミック板を用いることが一部で行われている。しか
し、望ましいとされる0.01cm程度以上の通気率
を得ようとすると、かさ密度を小さくして気孔率を増や
さなければならず、それに伴って強度が低下するため、
十分な通気率を得ることが難しかった。また、アルミナ
質やムライト質を主体とするため、1000℃での熱膨
張係数が7〜8×10−6/K程度と大きく、電子部品
の焼成工程における熱サイクルにより割れや亀裂などが
発生しやすいという欠点があった。
【0007】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
通気性に優れていてグリーンシートからの脱バインダー
処理を容易に且つ迅速に行うことができると共に、熱サ
イクルによる破損が起こらず、グリーンシートなどの焼
成を効率良く且つ高い歩留りで安定して行うことができ
る、電子部品焼成用セッター及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する電子部品焼成用セッターは、主に
セラミック繊維とセラミック粒子とからなるセラミック
製のセッターであって、その結晶相としてムライト相と
コーディエライト相を含み、該コーディエライト相の全
てがセッター焼成時の反応により形成されたものであっ
て、1000℃での熱膨張係数が2.5〜4.5×10−
6/K、及び通気率が0.01cm2以上であることを
特徴とする。この電子部品焼成用セッターにおいては、
好ましくは、前記結晶相が50〜85重量%のムライト
相と50〜15重量%のコーディエライト相とからな
る。
【0009】また、本発明の電子部品焼成用セッターの
製造方法は、アルミナを含むセラミック繊維と、ムライ
ト粉末と、水酸化マグネシウム粉末及び/又は炭酸マグ
ネシウム粉末と、シリカゾルとを含む成形体を1300
〜1400℃で焼成し、焼成時の反応により結晶相とし
て一部のムライト相と共に全てのコーディエライト相
形成させることを特徴とする。上記成形体は、アルミナ
を含むセラミック繊維を10〜50重量%、水酸化マグ
ネシウム粉末及び/又は炭酸マグネシウム粉末を酸化物
換算で3〜8重量%、シリカゾルを2〜10重量%、残
部のムライト粉末を含むことが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明のセッターは、セラミック
繊維とセラミック粒子を含み、その結晶相がムライト相
とコーディエライト相とからなっている。特に、熱膨張
係数の小さいコーディエライト相を含むことにより、セ
ッターとしての1000℃での熱膨張係数が2.5〜4.
5×10−6/Kとなり、従来のアルミナ質やムライト
質のセッターに比べて約半分以下と著しく低下している
ため、厳しい熱サイクルにおいてもセッターに割れや亀
裂などの損傷が生じることがない。
【0011】しかも、本発明のセッターは、コーディエ
ライト相を含むことによって、適度なかさ密度と気孔率
及び強度を保ちながら、優れた通気性を備えることがで
き、具体的には通気率が0.01cm以上、好ましく
は0.03cm以上、更に好ましくは0.06cm
上となる。このような優れた通気性が得られる理由は、
コーディエライト相が生成時に収縮して大きな気孔を形
成するためと考えられる。このため、従来のアルミナ質
やムライト質のセッターに比べて、同じ気孔率であって
も、遥かに大きな通気率を得ることが可能である。
【0012】このように、1000℃での熱膨張係数が
2.5〜4.5×10−6/K、及び通気率が0.01c
以上である本発明のセッターは、結晶相がムライト
相とコーディエライト相からなり、好ましくは50〜8
5重量%のムライト相と50〜15重量%のコーディエ
ライト相、更に好ましくは60〜80重量%のムライト
相と40〜20重量%のコーディエライト相とからな
る。コーディエライト相が15重量%未満では上記の熱
膨張係数と通気率を得ることができず、逆に50重量%
を越えるとセッターの融点が低下して軟化しやすくなる
うえ、焼成時の収縮が大きくなるためセッターの形状維
持が困難となる。
【0013】上記ムライト相とコーディエライト相から
なる本発明のセッターは、その成分による組成で表す
と、アルミナ(Al)が50〜70重量%、好ま
しくは60〜65重量%、シリカ(SiO)が25〜
40重量%、好ましくは30〜36重量%、及びマグネ
シア(MgO)が1〜10重量%、好ましくは3〜8重
量%からなっている。また、本発明のセッターのかさ密
度は、0.8g/cm未満では強度が低下して使用に
耐えない場合があり、1.2g/cmを越えると通気
性が低下するうえ、コストの上昇や加工性の悪化を招く
ので、0.8〜1.2g/cmの範囲であることが好ま
しい。
【0014】次に、本発明のセッターの代表的な製法に
ついて説明する。例えば、セラミック繊維を水中に撹拌
しながら分散させ、次にセラミック粉末としてムライト
粉末と水酸化マグネシウム(Mg(OH))粉末及び/
又は炭酸マグネシウム(MgCO)粉末を添加撹拌
し、更にバインダーとしてシリカゾルを添加撹拌してス
ラリーとする。このスラリーに有機高分子などの凝集剤
を添加して凝集させ、圧力を加えながら吸引して成形す
る。上記スラリー及び成形体の作製に際しては、各成分
の混合割合を、アルミナを含むセラミック繊維が10〜
50重量%、水酸化マグネシウム粉末及び/又は炭酸マ
グネシウム粉末が酸化物(MgO)換算で3〜8重量
%、シリカゾルが2〜10重量%、及び残部のムライト
粉末とすることが好ましい。
【0015】得られた成形体を乾燥した後、大気中にお
いて1300〜1400℃で焼成する。この焼成によっ
て、マグネシウム源であるMg(OH)粒子及び/又は
MgCO粒子が酸化マグネシウム(MgO)に変化す
ると同時に、セラミック繊維中のアルミナやシリカ、及
びムライト粒子、並びにこれらを接合しているシリカゾ
ルと反応し、結晶相としてムライト相とコーディエライ
ト相が形成される。コーディエライト相の生成には焼成
温度を1300℃以上とする必要があるが、1400℃
を越えるとコーディエライトの融点に近くなるため、1
400℃以下の焼成温度が好ましい。
【0016】アルミナを含むセラミック繊維としては、
アルミナ含有量の高いアルミナ質繊維であってもよい
が、コスト低減を図るためには、アルミノシリケート質
繊維やムライト質繊維の使用が好ましい。その中でも、
アルミナとシリカを重量比でほぼ1:1程度含む繊維、
例えばイソライト工業(株)製のイソウール(商品名)
などが特に好ましい。
【0017】使用するセラミック粉末としては、ムライ
ト粉末と、Mg(OH)粉末及び/又はMgCO粉末
とを併用する。これらのセラミック粉末はムライト相及
びコーディエライト相の形成に必要である。特に、コー
ディエライト相の形成を促進するためには、粒径の小さ
いセラミック粉末を用いることが好ましい。具体的に
は、Mg(OH)粉末及びMgCO粉末は平均粒径1
0μm以下、ムライト粉末では平均粒径30μm以下が
好ましい。
【0018】このようにして得られる本発明のセッター
は、前記のごとくムライト相とコーディエライト相とを
含み、十分な強度と耐熱性を有し、空気中において12
00℃の高温まで使用可能であると共に、通気性に優れ
ているため、グリーンシートからの脱バインダー処理を
容易に且つ迅速に行うことができる。しかも、熱膨張係
数が2.5〜4.5×10−6/Kと非常に小さいため、
耐スポーリング性に優れ、グリーンシート焼成工程にお
ける加熱と急冷の熱サイクルにおいても、亀裂や破損な
どの損傷が発生することがなく、グリーンシートなどの
電子部品の焼成を安定して行うことができる。
【0019】更に、本発明のセッターでは、その表面に
通気性を有するアルミナ又はジルコニアの薄い被覆層を
設けることによって、グリーンシート中のガラス成分や
グリーンシートに設けた導電ペーストとの反応を完全に
防止し、使用中のセッター表面からの粒子の脱落を無く
すことができる。上記被覆層の形成方法としては、プラ
ズマーコーティング、ディッピング、スプレー塗布など
があるが、セッターの通気率に大きな影響を与えない方
法が好ましく、また被覆層の重量は上記と同じ理由か
ら、セッターの重量に対して10重量%以下が望まし
い。
【0020】上記被覆相の好ましい形成方法としては、
平均粒径0.5μm以下のAl 粉末又はZrO
粉末の懸濁液を作製し、これをセッター表面にスプレー
又はディッピングによりコーティングした後、1100
〜1250℃で焼成する。使用する粉末の平均粒径が
0.5μmを越えると、セッター表面の気孔を塞ぎ、通
気率を低下させる場合がある。更に好ましい方法とし
て、Al又はZrO のゾルをスプレー又はディ
ッピングによりコーティングし、100℃以上で乾燥し
た後、上記と同様の温度で焼成する方法がある。この方
法では、より細かい粒子を用いるので、乾燥時に粒子が
セッターの表面側に移行して極く薄いコーティング層を
形成することができる。
【0021】
【実施例】実施例1 20リットルの水に、セラミック繊維としてイソライト
工業(株)製のイソウール(Al:47重量%、
SiO:53重量%、平均繊維長1mm、平均繊維径
2.8μm)30重量%、平均粒径5μmのムライト粉
末60重量%、及び平均粒径10μmのMg(OH)
末をMgO換算で下記表1に示す割合で加え、更にSi
含有量40重量%のシリカゾル3重量%(固形分)
を添加し、数分間撹拌してスラリーを形成した。
【0022】このスラリーに有機高分子凝集剤の水溶液
を加えて凝集させ、縦150mm×横150mm×厚さ
8mmの板状に吸引成形した。得られた板状の成形体を
120℃で乾燥した後、1350℃で3時間焼成してセ
ッターを製造した。得られた各試料のセッターのかさ密
度は、いずれも1.0g/cmであった。各試料のセ
ッターについて、その結晶相を分析したところ殆どムラ
イト相とコーディエライト相とからなり、そのコーディ
エライト相の割合は下記表1に示すとおりであった。ま
た、各セッターの通気率(JIS R 2115)、熱膨
張係数、及び3点曲げ強度を求め、それぞれ下記表1に
併せて示した。
【0023】
【表1】 Mg(OH)粉末 コーテ゛ィエライト相 通 気 率 熱膨張係数 曲げ強度試料 (換算wt%) (wt%) (cm) (×10−6/K) (MPa) 1 3 15 0.065 4.0 7 2 6 25 0.066 3.2 8.5 3 8 50 0.067 2.8 9.5
【0024】実際に、これらのセッターの表面上に低温
焼成セラミック多層基板のグリーンシートを載せて、9
50℃での焼成を50回以上繰り返し行った。その結
果、脱バインダー不良は全くなく、焼成時の950℃の
加熱と急冷を繰り返してもセッターに割れや亀裂などの
損傷は全く発生せず、グリーンシート及び導体ペースト
との反応も殆ど起こらなかった。
【0025】実施例2 上記実施例1で製造した試料2のセッターの両表面に、
10重量%のアルミナゾル(日産化学(株)製AS−5
20)をスプレーコーティングし、120℃で乾燥した
後、1200℃で1時間焼成してアルミナ被覆層を形成
した。得られたセッターを実施例1と同様に評価したと
ころ、かさ密度は1.1g/cm、通気率は0.051
cm、熱膨張係数は3.2×10−6/K、及び3点
曲げ強度は11MPaであった。
【0026】実際に、このセッターの表面上に低温焼成
セラミック多層基板のグリーンシートを載せて、950
℃での焼成を50回以上に繰り返して行った結果、脱バ
インダー不良は全くなく、焼成時の加熱と急冷を繰り返
してもセッターに割れや亀裂などの損傷は全く発生しな
かった。また、セッターとグリーンシート及び導体ペー
ストとの反応は全く起こらず、50回使用後におけるセ
ッター表面の粒子の脱落は認められなかった。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、セラミック繊維とセラ
ミック粒子の組合せからコーディエライト相を形成させ
ることによって、1200℃まで使用可能であると共
に、優れた通気率を有し、熱サイクルに対して割れや亀
裂などの損傷を生じることのない電子部品焼成用セッタ
ーを提供することができる。
【0028】従って、本発明のセッターを用いることに
より、グリーンシートからの脱バインダー処理を容易に
且つ迅速に行うことができ、その焼成時の熱サイクルに
よりセッターに割れや亀裂などの損傷が発生せず、グリ
ーンシートなどの電子部品の焼成を効率良く且つ高い歩
留りで安定して行うことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/14 - 35/22 C04B 35/64,35/80 F27D 3/12

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主にセラミック繊維とセラミック粒子と
    からなるセラミック製のセッターであって、その結晶相
    としてムライト相とコーディエライト相を含み、該コー
    ディエライト相の全てがセッター焼成時の反応により形
    成されたものであって、1000℃での熱膨張係数が
    2.5〜4.5×10−6/K、及び通気率が0.01c
    m2以上であることを特徴とする電子部品焼成用セッタ
    ー。
  2. 【請求項2】 前記結晶相が50〜85重量%のムライ
    ト相と50〜15重量%のコーディエライト相とからな
    ることを特徴とする、請求項1に記載の電子部品焼成用
    セッター。
  3. 【請求項3】 少なくとも電子部品を載置する表面に、
    通気性を有するアルミナ又はジルコニアの被覆層を有す
    ることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電子部品
    焼成用セッター。
  4. 【請求項4】 アルミナを含むセラミック繊維と、ムラ
    イト粉末と、水酸化マグネシウム粉末及び/又は炭酸マ
    グネシウム粉末と、シリカゾルとを含む成形体を130
    0〜1400℃で焼成し、焼成時の反応により結晶相と
    して一部のムライト相と共に全てのコーディエライト相
    を形成させることを特徴とする電子部品焼成用セッター
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記成形体が、アルミナを含むセラミッ
    ク繊維を10〜50重量%、水酸化マグネシウム粉末及
    び/又は炭酸マグネシウム粉末を酸化物換算で3〜8重
    量%、シリカゾルを2〜10重量%、残部のムライト粉
    末を含むことを特徴とする、請求項4に記載の電子部品
    焼成用セッターの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記水酸化マグネシウム粉末及び/又は
    炭酸マグネシウム粉末の平均粒径が10μm以下、及び
    前記ムライト粉末の平均粒径が30μm以下であること
    を特徴とする、請求項4又は5に記載の電子部品焼成用
    セッターの製造方法。
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