JP6597268B2 - セラミック焼成体の製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、ホウ珪酸ガラスとSiO2フィラーからなる高周波用低温焼結誘電体材料が開示されている。
このようなセラミック焼成体を多層セラミック基板の絶縁基板として用いる場合、誘電率が低いため、高周波用絶縁基板として好適であり、また、1000℃以下の低温で焼成することができることから、銅、銀等の低抵抗金属を配線導体として使用できるという利点がある。
上述した方法によれば、拘束グリーンシートが焼成時におけるセラミックグリーンシートの収縮を拘束するため、多層セラミック基板の厚さ方向のみに収縮が生じ、主面方向での収縮が実質的に生じないため、多層セラミック基板の寸法精度が向上すると考えられている。
脱バインダを充分に行うためには、例えば、長時間の焼成を行う、焼成設備に投入する1回あたりの量を少なくする、焼成時に導入する雰囲気ガスの量を多くする等の方策が考えられるが、いずれの場合も製造コストが上昇してしまう。そこで、実際には、製造コストとして許容可能な条件で焼成を行っている。
そのため、多層セラミック基板に欠陥が生じるという上述の問題は、電極材料として銅を使用し、低酸素雰囲気で焼成を行う必要がある場合等、脱バインダが不充分な条件で焼成を行う場合に特に顕著であった。
さらに、本発明のセラミック焼成体の製造方法では、未焼結セラミック体に含有される有機バインダ等の有機成分の分解が促進されるため、例えば、短時間の焼成を行う場合や、焼成設備への投入量を多くした場合であっても、有機成分を充分に分解でき、製造コストを低減させることができる。
本実施形態のセラミック焼成体の製造方法によれば、拘束層を用いた無収縮プロセスを採用することにより、焼成工程において生じ得る収縮を抑制することができ、寸法精度の高いセラミック基板を得ることができる。
さらに、拘束層に酸化銅等を含有させ、拘束層をバインダ分解促進材とすることにより、バインダ分解促進材を簡便に未焼結セラミック体と密着させることができる。そのため、未焼結セラミック体に含有される有機成分の分解が促進され、得られるセラミック基板に生じる欠陥を減らすことができる。
本実施形態に係るセラミック焼成体の製造方法は、特に、銅電極を使用し、低酸素雰囲気で焼成を行う場合に有効である。
しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を2つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
図1に示す多層セラミック基板1は、積層された複数のセラミック層2を備えており、さらに、セラミック層2に設けられる配線導体3,4,5を備えている。
図2に示す未焼結複合積層体11は、焼結させることによって目的のセラミック基板となる未焼結セラミック体12の両主面に、未焼結セラミック体12の焼結温度では実質的に焼結しない無機材料を主成分とする第1拘束層13及び第2拘束層14をそれぞれ密着させた構造を有している。
セラミックグリーンシートは、セラミック材料として、例えば、セラミック粉末にガラス粉末を混合した混合粉末(アルミナ粉末とホウ珪酸系ガラス粉末との混合粉末等)と、有機バインダと溶剤とを含有するセラミックスラリーを、ドクターブレード法等によってシート状に成形したものである。セラミックスラリーには、可塑剤等の種々の添加剤が含有されていてもよい。
また、金、銀及び銅は、低抵抗であるため、特に、配線導体3,4,5が高周波用途である場合に適している。
しかし、本発明においては、未焼結セラミック体をバインダ分解促進材と接した状態で焼成することにより、未焼結セラミック体に含有される有機成分の分解が促進されるため、高粘度のガラスを用いる場合であっても、脱バインダを充分に行うことができる。
第1拘束層13及び第2拘束層14は、上述の未焼結セラミック体12の焼成条件では実質的に焼結しない未焼結の無機材料と有機バインダとを含有する組成を有している。
拘束層に酸化銅等を含有させ、拘束層をバインダ分解促進材とすることにより、バインダ分解促進材を簡便に未焼結セラミック体と密着させることができる。そのため、未焼結セラミック体に含有される有機成分の分解が促進され、得られるセラミック基板に生じる欠陥を減らすことができる。
第1拘束層13及び第2拘束層14を形成するための拘束グリーンシート中には、必要に応じて、可塑剤、離型剤、分散剤、剥離剤等の種々の添加剤が加えられてもよい。
これらの化合物は、1種のみを用いることもできるし、2種以上を混合して用いることもできる。
焼成工程では、例えば1000℃以下の焼成温度が適用される。焼成の結果、未焼結セラミック体12を構成するセラミック材料は焼結するが、第1拘束層13及び第2拘束層14を構成する無機材料は実質的に焼結せず、これによって、主面方向での収縮が抑制された寸法精度の高いセラミック基板が得られる。
本明細書において、低酸素雰囲気とは、大気よりも酸素分圧が低い雰囲気を意味し、例えば、窒素雰囲気又はアルゴン雰囲気等の不活性ガス雰囲気、窒素等の不活性ガスを大気に混入した雰囲気、真空雰囲気等が挙げられる。また、窒素と水素の混合ガス雰囲気であってもよい。
第1拘束層13及び第2拘束層14は、未焼結の無機材料からなる多孔質層として存在しているため、例えば湿式ホーニング法やサンドブラスト法等の種々の方法によって、これを容易に剥離、除去することができる。
SiO2、B2O3、CaO、Al2O3を重量比で43.5:6.2:43.5:6.8の割合で含むガラス粉末、アルミナ粉末、ブチラール樹脂、フタル酸ジオクチル、トルエン及びエタノールを、重量比で24:24:6:2:31:13となるように秤量し、直径5mmのジルコニアボールを用いたボールミルにて混合・粉砕することにより、スラリーを作製した。得られたスラリーをドクターブレード法にてポリエチレンテレフタレート製フィルム上に塗布し、乾燥させることにより、セラミックグリーンシートを作製した。
拘束グリーンシートを作製する際に添加する酸化銅を酸化セリウム(CeO2)に変更した以外は、実施例1と同様にセラミック基板を作製した。
拘束グリーンシートを作製する際に添加する酸化銅をBa(Mn0.1Zr0.9)O3に変更した以外は、実施例1と同様にセラミック基板を作製した。
拘束グリーンシートを作製する際に添加する酸化銅を酸化チタン(TiO2)に変更した以外は、実施例1と同様にセラミック基板を作製した。
拘束グリーンシートを作製する際に添加する酸化銅をチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)に変更した以外は、実施例1と同様にセラミック基板を作製した。
拘束グリーンシートを作製する際に酸化銅を添加しなかった以外は、実施例1と同様にセラミック基板を作製した。
得られたセラミック基板を切断し、切断面を鏡面研磨した後、マイクロスコープ及び走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察することにより、セラミック基板内に生じた欠陥の発生状態を評価した。
図3(b)には、電極部の欠陥をX、セラミック部の欠陥をYで示している。
2 セラミック層
3 内部導体膜(配線導体)
4 ビアホール導体(配線導体)
5 外部導体膜(配線導体)
11 未焼結複合積層体
12 未焼結セラミック体
13 第1拘束層
14 第2拘束層
Claims (3)
- セラミック材料及び有機バインダを含有する未焼結セラミック体を、バインダ分解促進材と接した状態で焼成するセラミック焼成体の製造方法であって、
前記バインダ分解促進材は、CuOを含有することを特徴とするセラミック焼成体の製造方法。 - セラミック材料及び有機バインダを含有する未焼結セラミック体を、バインダ分解促進材と接した状態で焼成するセラミック焼成体の製造方法であって、
前記バインダ分解促進材は、BaZrO 3 を含有することを特徴とするセラミック焼成体の製造方法。 - 焼結させることによってセラミック焼成体となる前記未焼結セラミック体の両主面に、前記未焼結セラミック体の焼結温度では実質的に焼結しない無機材料を含有する第1拘束層及び第2拘束層をそれぞれ密着させた構造を有する、未焼結複合積層体を準備する工程と、
前記未焼結複合積層体を、前記未焼結セラミック体が焼結する条件で焼成することにより、前記第1拘束層及び前記第2拘束層に挟まれたセラミック基板を得る焼成工程と、を含み、
前記第1拘束層及び前記第2拘束層の少なくとも一方は、前記バインダ分解促進材である請求項1又は2に記載のセラミック焼成体の製造方法。
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