JP2002265281A - 電子部品焼成用セッター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量で通気性に優れ、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なうことがで
き、熱サイクルによる破損が起こらず、強度的にも優れ
ている電子部品焼成用セッターを提供する。 【解決手段】 セラミック繊維とセラミック粒子とが互
いに結合した嵩密度が１.２１〜１.６０ｇ／ｃｍ^３の多
孔質セラミック板２からなるセッター１であり、その表
裏面を貫通して直径０.２〜５ｍｍ、好ましくは０.５〜
２ｍｍの通気孔３が３〜１０ｍｍの間隔で穿設してあ
る。通気孔３の中心と多孔質セラミック板２の外周縁と
の距離Ｌは１０ｍｍ以上離れていることが好ましい。

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、特に軽量で通気性に優れると共に、薄くて
も十分な強度を備えた電子部品焼成用セッター、及びそ
の製造方法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目覚し
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、通信機器、
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、実装基板においては
低誘電率化、低熱膨張率化、多層化、ＬＣＲ内蔵化、低
抵抗化、低コスト化など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_２Ｏ_３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_２Ｏ_３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などを使用しているため、焼成温度は９０
０〜１１００℃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従来
から使用されている。

【０００５】しかし、従来からグリーンシートなどの電
子部品の焼成に使用されているセラミック製のセッター
は緻密質の焼結体であるため、グリーンシートの積層が
益々多層化している現状では、その脱バインダー処理が
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問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】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。しかしながら、従来の多孔質のセラミッ
ク板は、セラミック繊維とセラミック粒子を互いにアル
ミナゾルやシリカゾルのような無機結合剤で結合したも
のであるため、セッターとして望ましい通気性を得るこ
とが難しかった。

【０００７】即ち、セッターとして望ましいとされる
０.０１ｃｍ^２程度以上の通気率を得ようとすると、多
孔質セラミック板の嵩密度を小さくして気孔率を増やさ
なければならないが、それに伴って強度が低下するた
め、使用に耐えられなくなるという欠点があった。特に
セッターの厚みを薄くした場合、十分な通気率と強度と
を兼ね備えたセッターを得ることは不可能であった。

【０００８】また、従来の多孔質セラミック板からなる
セッターは、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６〜８×１０^−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。

【０００９】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
軽量で通気性に優れ、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なうことができ、熱サイク
ルによる破損が起こらず、強度的にも優れている電子部
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。

【００１０】

【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、セラ
ミック繊維とセラミック粒子とが互いに結合した嵩密度
が１.２１〜１.６０ｇ／ｃｍ^３の多孔質セラミック板か
らなり、その表裏面を貫通して直径０.２〜５ｍｍの通
気孔が３〜１０ｍｍの間隔で穿設されていることを特徴
とする。また、前記通気孔の中心と多孔質セラミック板
の外周縁との距離が１０ｍｍ以上離れていることが好ま
しい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のセッター１は、例えば図
１に示すように、セラミック繊維とセラミック粒子を含
む嵩密度が１.２１〜１.６０ｇ／ｃｍ^３の多孔質セラミ
ック板２からなり、その表面から裏面に貫通させて多数
の通気孔３を穿設したものである。特に、多孔質セラミ
ック板１の嵩密度を１.２１〜１.６０ｇ／ｃｍ^３の範囲
とすることにより機械的な強度を高めると同時に、セラ
ミック板２に多数の通気孔３を設けることでグリーンシ
ートの脱バインダー処理に適した通気性を備えたもので
ある。

【００１２】セッター１の基体である多孔質セラミック
板２は、主にセラミック繊維とセラミック粒子とからな
り、その嵩密度が１.２１〜１.６０ｇ／ｃｍ^３の範囲に
ある。嵩密度が１.２１ｇ／ｃｍ^３未満では、十分な強
度が得られず、多数の通気孔３を穿設したとき破損しや
すくなる。逆に嵩密度が１.６０ｇ／ｃｍ^３を超える
と、セラミック板２自体の通気性が低下するため、多数
の通気孔３を穿設しても良好な脱バインダー処理を行な
うことが困難となる。尚、多孔質セラミック板２の嵩密
度は、成形体形成時のプレス圧力や、使用するセラミッ
ク繊維の長さ、及びセラミック粒子の配合などによって
調整することができる。

【００１３】多孔質セラミック板２の表裏面を貫通する
通気孔３は、直径を０.２〜５ｍｍ、好ましくは０.５〜
２ｍｍの範囲とし、各通気孔３の間隔を３〜１０ｍｍと
する。通気孔３の直径が０.２ｍｍ未満であるか、又は
間隔が１０ｍｍを超える場合には、セッター１の脱バイ
ンダー性が低下する。また、通気孔３の直径が５ｍｍを
超えるか、又は間隔が３ｍｍ未満の場合には、セッター
１の強度が低下して破損しやすくなる。

【００１４】更に、多孔質セラミック板２に設ける多数
の通気孔３については、各通気孔３の中心と多孔質セラ
ミック板２の外周縁との距離Ｌが、１０ｍｍ以上離れて
いることが好ましく、１５〜２０ｍｍ離れていることが
更に好ましい。最外周に位置する各通気孔３の中心と多
孔質セラミック板２の外周縁との間の距離Ｌが１０ｍｍ
未満では、取り扱い時にセッター１の外周部が破損しや
すくなるからである。尚、多孔質セラミック板への通気
孔の形成は、ドリルやレーザを用いて行なうことができ
る。

【００１５】多数の通気孔３を穿設した多孔質セラミッ
ク板２からなる本発明のセッター１は、曲げ強度が５Ｍ
Ｐａ以上であることが好ましい。セッター１の曲げ強度
が５ＭＰａ未満では、取り扱い時や脱バインダー処理に
よって破損しやすく、数回以上の繰返し使用に耐えない
からである。更に、５ＭＰａ以上の曲げ強度を有するこ
とにより、セッター１の厚みを薄くすることも可能であ
り、具体的には１〜４ｍｍ程度の厚さのセッター１を作
製することができる。

【００１６】また、セッターを構成する多孔質セラミッ
ク板は、セラミック繊維及びセラミック粒子が互いに、
即ちセラミック繊維同士、セラミック粒子同士、及びセ
ラミック繊維とセラミック粒子が、コーディエライト相
を主体とする結晶相によって結合されている。コーディ
エライト相は、後述するようにセラミック繊維と、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
グネシウム粉末の反応によって形成される。

【００１７】コーディエライト相は熱膨張係数の小さい
ため、セラミック板の１０００℃での熱膨張係数が２.
５〜４.５×１０^−６／Ｋとなる。この熱膨張係数は従
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。また、コーディエライト相は生成時に収縮するた
め、セラミック繊維やセラミック粒子の間に大きな気孔
を形成しやすい。このため、セラミック板は１.２１〜
１.６０ｇ／ｃｍ^３の嵩密度でありながら、優れた通気
性を備えている。

【００１８】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、アルミナを含むセラミック繊
維を水中に撹拌して分散させ、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)_２）
粉末及び／又は炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）粉末を
添加撹拌し、更に一時的バインダーとしてのシリカゾル
を添加撹拌してスラリーとする。スラリーの作製に際し
ては、各成分の混合割合を、セラミック繊維が１０〜５
０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。

【００１９】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。このとき加える圧力によって、得られる多孔質セラ
ミック板の嵩密度を容易に変えることができる。得られ
た成形体を乾燥した後、大気中において１３００〜１４
００℃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)_２粒子及び／又はＭｇＣＯ_３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
びにこれらを一時的に接合しているシリカゾルと反応
し、コーディエライト相を主体とする結晶相が形成され
る。尚、コーディエライト相の生成には焼成温度を１３
００℃以上とする必要があるが、１４００℃を超えると
コーディエライトの融点に近くなるため、１４００℃以
下の焼成温度が好ましい。

【００２０】上記コーディエライト相を主体とする結晶
相によって、セラミック繊維及びセラミック粒子が互い
に結合され、嵩密度が１.２１〜１.６０ｇ／ｃｍ^３の多
孔質セラミック板が得られる。その後、この多孔質セラ
ミック板の表面と裏面を貫通して直径０.２〜５ｍｍの
多数の通気孔を３〜１０ｍｍの間隔で規則的に穿設する
ことにより、本発明の電子部品焼成用セッターが得られ
る。尚、セラミック板への通気孔の穿設手段は特に限定
されず、通常のドリルやレーザなどを用いて実施するこ
とができる。また、通気孔の直径が大きい場合には、成
形体の形成時に通気孔を同時に形成することも可能であ
る。

【００２１】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）
などが好適に使用できる。

【００２２】使用するセラミック粉末としては、ムライ
ト粉末と、Ｍｇ(ＯＨ)_２粉末及び／又はＭｇＣＯ_３粉末
とを併用する。これらのセラミック粉末はコーディエラ
イト相を主体とする結晶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)_２粉末及びＭｇＣＯ_３粉末は平均粒径
１０μｍ以下、ムライト粉末では平均粒径３０μｍ以下
が好ましい。

【００２３】このようにして得られる本発明のセッター
は、軽量で通気性に優れ、十分な強度と耐熱性を有し、
空気中において１２００℃の高温まで使用可能であると
共に、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、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なうことが
できる。

【００２４】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。

【００２５】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_２Ｏ _３粉末又はＺｒＯ_２
粉末の懸濁液を作製し、これを多数の通気孔を有するセ
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を超えると、セッター表
面の気孔を塞ぐため好ましくない。更に好ましい方法と
して、Ａｌ_２Ｏ_３又はＺｒＯ_２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薄いコーティング層を
形成することができる。

【００２６】

【実施例】２０リットルの水に、セラミック繊維として
ＩＣＩ製のアルミナ繊維（Ａｌ_２Ｏ_３：９７重量％、Ｓ
ｉＯ_２：３重量％、平均繊維長１ｍｍ、平均繊維径３.
１μｍ）１５重量％と、イソライト工業（株）製のイソ
ウール（Ａｌ_２Ｏ_３：４７重量％、ＳｉＯ_２：５３重量
％、平均繊維長１ｍｍ、平均繊維径２.８μｍ）１５重
量％を分散させた。次に、平均粒径５μｍのムライト粉
末６０重量％と、平均粒径１０μｍのＭｇ(ＯＨ)_２粉末
をＭｇＯ換算で６重量％加え、更にＳｉＯ_２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。

【００２７】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２００ｍｍ×横２００ｍｍ×厚さ
３ｍｍの板状に加圧吸引成形し、その際試料ごとにプレ
ス圧を変化させた。得られた板状の成形体を１２０℃で
乾燥した後、１３５０℃で３時間焼成して多孔質セラミ
ック板をそれぞれ製造した。各試料の多孔質セラミック
板について、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っていた。

【００２８】この実施例において、成形時のプレス圧を
変えることにより、各試料の多孔質セラミック板の嵩密
度を下記表１に示すように変化させた。次に、各試料の
セラミック板に、ドリルを用いて下記表１に示す直径及
び間隔にて通気孔を穿設することにより、それぞれセッ
ターを製造した。得られた各試料のセッターについて曲
げ強度を測定し、その結果を表１に示した。また、実際
に各試料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、９５０℃での焼成を５０
回以上繰り返し、セッターの使用可能回数と脱バインダ
ー性を評価して、その結果を表１に併せて示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１から分るように、本発明の試料１〜４
では、脱バインダー不良は全くなく、５０回以上の繰り
返し使用が可能であるうえ、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。一方、比較例の試料５は、嵩
密度が小さいため強度不足となり、３０回の焼成でセッ
ターが破損した。また、比較例の試料６は通気孔が小さ
く又試料７は嵩密度が大き過ぎるため、共に脱バインダ
ー性に劣っている。更に、試料８は通気孔が大き過ぎる
ため、強度が低下して割れが発生した。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、軽量で通気性に優れ、
１２００℃まで使用可能であると共に、熱サイクルによ
る割れや亀裂などが起こらず、強度的に優れていて損傷
することがなく、厚みを薄くすることが可能な電子部品
焼成用セッター、及びその製造方法を提供することがで
きる。

【００３２】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
且つ迅速に行なうことができ、繰り返し使用してもセッ
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
定して行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子部品焼成用セッターの一具体例を
示す概略の斜視図である。

【符号の説明】

１ セッター ２ セラミック板 ３ 通気孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仮屋園 洋一 鹿児島県国分市山下町１−１ Ｆターム(参考） 4K055 AA08 HA02 HA14

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック繊維とセラミック粒子とが互
   いに結合した嵩密度が１.２１〜１.６０ｇ／ｃｍ^３の多
   孔質セラミック板からなり、その表裏面を貫通して直径
   ０.２〜５ｍｍの通気孔が３〜１０ｍｍの間隔で穿設さ
   れてい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】 前記通気孔の中心と多孔質セラミック板
   の外周縁との距離が１０ｍｍ以上離れていることを特徴
   とする、請求項１２に記載の電子部品焼成用セッター。