JPH02183794A - 多層セラミック基板の焼成方法及びその装置 - 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】 〔概要） 多層セラミック基板を焼成炉内に通して焼成する方法及
びその装置に関し、 多層セラミック基板に添加されているバインダーを効率
良くガス化して放出し、残留炭素による導体の膨れやセ
ラミック基板の膨れ及び層間剥離が生じることなく焼成
することを目的とし、第一の発明は、還元性ガスの供給
される焼成炉内で多層セラミック基板を焼成する方法に
おいて、焼成炉内を焼成温度帯域によって、前記還元性
ガス中の酸素を所要の濃度に制御して複数の焼成ゾーン
に分断し、前記多層セラミック基板を酸素濃度の異なる
前記焼成ゾーン内で移動させて焼成することを特徴とし
、 また第二の発明は、焼成炉と焼成炉内を移動するベルト
とよりなり、前記焼成炉内には前記ベルトの移動方向に
そって複数のガス供給部と、複数のガス排出部と、複数
の酸素供給部とを設け、かつ前記酸素供給部には供給量
を調節するフローコントローラをそれぞれ設け、酸素濃
度調節可能な焼成ゾーンを形成してなるように構成する
。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、多層セラミック基板を焼成炉内に通して焼成
する方法及びその装置に関するものである。

多層セラミック基板を焼成する場合には、多層セラミッ
ク基板に形成されている導体が酸化しないように酸素濃
度１０ｐｐｍ以下の還元性ガス雰囲気中で焼成する必要
がある。しかし、多層セラミック基板を構成するグリー
ンシートに添加されているグリーンシートの材料となる
ガラス粉とアルミナ粉とを結合するバインダーはこのよ
うな還元性ガス雰囲気中ではガス化されに＜＜、解重合
されたバインダー中の炭素が残留炭素として多層セラミ
ック基板中に留まって単結晶化したり、高温域で低融点
ガラスが軟化した時にセラミック基板内部に炭酸ガス及
び残留炭素としてトラップされたりして、導体及びセラ
ミックの膨れや層間剥離の原因となっている。

このような状況のもとで、バインダーを効率良（ガス化
して取り除き、しかも導体を酸化することのない多層セ
ラミック基板の焼成方法及びその装置が求められている
。

〔従来の技術〕

従来、多層セラミック基板の焼成は第７図に示すような
焼成装置によって行われていた。

すなわち、多層セラミック基板３をベルト４に治具を介
して載せて焼成炉２０内を一定速度で通過させることに
よって焼成するもので、焼成炉２０内には還元性雰囲気
に保つため、ガス供給部５０からウェット窒素等の還元
性ガス１が供給され、ガス排出部６０に向かって流動し
ており、焼成炉２０の出入り口付近では外気の回り込み
を防ぐためのパージ部２０２からも同様の還元性ガスｌ
がエアーカーテン状に噴出するようになっている。

このような還元性雰囲気において、多層セラミック基板
３を加熱部２０３によって加熱焼成していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、多層セラミック基板３を構成するグリー
ンシートや導体に添加されているバインダーが熱分解し
て炭化するため、発生する炭素を酸化して炭酸ガスとし
て外部に放出し、残留炭素が多層セラミック基板３に留
まらないようにする必要があるが、焼成炉内の酸素濃度
を高めると多層セラミック基板の導体を構成する銅等が
酸化して品質が劣化するため、酸素濃度を高めることは
できなかった。

そのため従来の方法においては、焼成温度８００〜１０
００°Ｃの高温域において銅導体を酸化せずに焼成する
ためには酸素濃度を１０ｐｐｍ以下にしておく必要があ
ることが知られており、またバーンアウト時における残
留炭素と酸素濃度の関係は第６図に示すように酸素濃度
１０ｐｐｍ以下では急激に残留炭素の量が増加すること
が知られていることから、入口のパージ部２０２の流量
を調整したり、酸素供給部７０より酸素を供給すること
によって、焼成炉２０内の酸素濃度が全体で約１０ｐｐ
ｍを保つように制御することによって残留炭素を減少さ
せるようにしている。

しかしながら、バインダーの熱分解および酸化反応は２
００〜６００°Ｃの温度帯域において活発に行われ、第
５図（ａ）および（ｂ）に示すように、この温度帯域で
は１０ｐｐｍより多量な酸素が必要であるため、この時
にガス化して放出されなかった残留炭素がセラミック中
に単結晶化したり、高温度帯域において溶融したガラス
と反応してセラミック内部でガス化してトラップされ、
導体やセラミック基板の膨れや層間剥離を生じるという
欠点があった。

本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであっ
て、多層セラミック基板に添加されているバインダーを
効率良（ガス化して放出し、残留炭素によって導体の膨
れやセラミック基板の膨れ及び層間剥離が生じることな
く焼成することができる方法及びその装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第一の発明の多層セラミック基板の焼成方法は、還元性
ガスＩの供給される焼成炉２内で多層セラミック基板３
を焼成する方法において、焼成炉２内を焼成温度帯域に
よって供給される還元性ガスＩに含まれる酸素量を制御
して酸素濃度の異なる焼成ゾーン２１．２１、…に分断
し、これらの温度及び酸素濃度の異なる焼成ヅーン２１
に多層セラミック基板３を通過させることによって焼成
する。

また第二の発明の多層セラミック基板の焼成装置は第一
の発明を実施するための装置であって、第１図及び第２
図に基づいて説明すると、焼成炉２と焼成炉２内を移動
して多層セラミック基板３を搬送するベルト４とよりな
り、焼成炉２内にはベルト４の移動方向にそって複数の
ガス供給部５．５、…と、複数のガス排出部６．６、…
と、複数の酸素供給部７．７、…とを設け、かつ前記酸
素供給部７．７、…にはそれぞれ酸素供給量を調節する
フローコントローラ７１を設けて構成する。

〔作用〕

第一の発明においては、焼成炉２内を焼成温度帯域によ
ってそれぞれ異なった酸素濃度の還元性ガス１を供給し
てなる複数の焼成ゾーン２１．２１、…に分断している
ので、第５図（ａ）及び（ｂ）に示すような多層セラミ
ック基板の焼成に必要な温度及び酸素濃度の変位に合わ
せて温度帯域の異なる焼成ゾーン２１．２１、…の酸素
濃度を調節をすることができるため、焼成初期に通過す
る焼成ゾーン２１では酸素濃度を高めてバインダーを熱
分解によって解重合された炭素の酸化を促進して炭酸ガ
スとして放出して、焼成後期に通過する焼成ゾーン２１
では高温度帯域において酸素濃度を低くして、導体の酸
化を防止することができ、残留炭素による導体部の膨れ
、さらには、導体の酸化のない高品質な多層セラミック
基板を焼成することができる。

また、第二の発明においては、多層セラミック基板°３
の移動方向にそって複数のガス供給部５と複数のガス排
出部６と複数の酸素供給部７とを設けることによって、
それぞれ対応するガス供給部５とガス排出部６との間で
独立した雰囲気の焼成ゾーン２１を形成することができ
、それぞれの焼成ゾーン２１に酸素供給部７より所要の
酸素濃度となるようにフローコントローラ７１によって
制御して酸素を供給することにより、各焼成ゾーン２１
．２１、…をそれぞれの温度帯域に適合する酸素濃度に
調節して、多層セラミック基板３のバインダーを効率良
（ガス化して取り除き、品質を高めることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の望ましい実施例を添付図面に基づいて詳
細に説明する。

第１図は焼成装置の説明図であり、焼成炉２と焼成炉２
内を通って回転移動するベルト４とより構成されており
、多層セラミック基板３はベルト４上に図示しない治具
を介して載置され、焼成炉２内を一定速度で通過するよ
うになっている。

焼成炉２の入口２２及び出口２３にはそれぞれ還元性ガ
ス１をエアーカーテン状に噴出して外気の回り込みを遮
断するパージ部２４．２４が形成されている。

焼成炉２の内部においては加熱部２５がベルト４にそっ
て形成されており、この加熱部２５は多数のヒーター（
図示せず）によって構成され、ベルト４の移動時間に対
して第４図（ａ）に示すような焼成温度線図に基づいて
温度が変位するようにそれぞれのヒーターが設定されて
いる。

さらに、焼成炉２の内部にはベルト４の移動方向にそっ
て複数のガス供給部５と複数のガス排出部６とが設けら
れている。ガス供給部５はそれぞれ対応するガス排出部
６に向かって還元性ガスｌを供給し、ガス排出部６で強
制排気することによって、独立した焼成ゾーン２１を構
成しており、また焼成ゾーン２１にはそれぞれガス検出
部８が設けられて、焼成時に多層セラミック基板３から
発生する有機ガス量及び酸素濃度を検出するようになっ
ている。また、２６は焼成された多層セラミック基板３
を冷却する冷却部である。

さらに、ガス供給部５には第２図のブロック図に示すよ
うに、酸素タンク７２から酸素供給部７がそれぞれ接続
され、焼成ゾーン２１中に酸素を供給するように構成さ
れており、また酸素供給部７には酸素供給量を制御する
フローコントローラ７１が設けられている。

フローコントローラ７１は、ガス検出部８よりサンプリ
ングされた焼成ゾーン２１のガスをガス濃度検出装置８
１で測定し、その結果を変換器８２で変換した制御信号
によって酸素供給量を制御するようになっている。

また、還元性ガスｌは飽和水蒸気に窒素ガスを通してな
るウェット窒素叉はアルゴンガス等が用いられる。

そして、焼成ゾーン２１中の還元性ガス１はガス検出部
８よりサンプリングされて第３図に示すガス濃度検出装
置８１の石英パイプ８１１を通過し、この時、光源８１
２からレンズ８１３を通って照射されるビーム８１４を
透過させて、その透過率を受光部８１５で測定すること
によって、焼成ゾーン２１内の還元性ガス１の濃度を検
出する。

すなわち、多層セラミック基板３の焼成に伴ってバイン
ダーの熱分解により発生する有機ガスが焼成炉２内の雰
囲気を汚染してバインダーのガス化を妨げるため、この
ような有機ガスが有色であることから、焼成炉２内より
検出した還元性ガス１の透過率の低下を検出することに
よって汚染度を感知し、還元性ガスの供給量の増加を促
すものである。

焼成ゾーン２１は第５図（ａ）及び（ｂ）に示す焼成温
度及び酸素濃度に適合するように酸素濃度が設定されて
いる。すなわち、焼成時間はベルト４の移動速度によっ
て決定されており、焼成濃度は加熱部２５によって第５
図（ａ）に示す温度線図に基づき、焼成炉２の入口側か
ら順に１００〜６００°Ｃの低温度帯域、６００〜７０
０°Ｃの中温度帯域、７００〜８００“Ｃの高温度帯域
となるように設定されている。そして酸素濃度は第５図
（ｂ）に示すように焼成初期の低温度帯域によって多量
の酸素を必要とすることが知られているため、低温度帯
域に位置する第１及び第２焼成ゾーン２１１．２１２の
酸素濃度を２０〜１１００ｐｐに設定し、中温度帯域に
位置する第３焼成ゾーン２１３の酸素濃度を１０〜２０
ｐｐｍに設定し、高温度帯域に位置する第４及び第５焼
成ゾーン２１４．２１５は導体酸化が生じないように酸
素濃度を１０ｐｐｍ以下に設定されている。この場合中
温皮帯域の第３焼成ゾーン２１３は低温度帯域と高温度
帯域との間の酸素の拡散を押さえる緩衝域として設定さ
れている。

第４図は各焼成ゾーン２１の酸素濃度の制御を示すフロ
ーチャートであり、多層セラミック基板３より発生する
有機ガスの濃度を検出部８から検出して測定し、基準値
より高い場合はフローコントローラ７１によって酸素の
流量を増加させる。

この時焼成ゾーン２１の温度を測定し、設定された焼成
温度から外れる場合には流量の変化を停止する。

〔発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明による多層セラ
ミック基板の焼成方法及びその装置によれば、焼成する
多層セラミック基板に多量に添加されているバインダー
のガス化が進行する低温度帯域において、ガス・化に必
要な多量の酸素を供給して、バインダーを効率良くガス
化して取り除くことができ、さらに高温度帯域において
は、酸素濃度を低くして、導体が酸化しないようにして
、それぞれ異なる雰囲気で構成される複数の焼成ゾーン
に焼成炉内を分断しているので、多層セラミック基板中
の残留炭素が減少し、残留炭素によって生じるクラック
や膨れ、及び層間剥離を防止し、さらに導体の酸化を防
止して品質の良い多層セラミック基板を焼成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す説明図、第２図は酸素濃
度の制御を示すブロック図、第３図はガス濃度検出装置
を示す説明図、第４図は酸素濃度の制御を示すフローチ
ャート、第５図（ａ）は焼成時間と焼成温度の相関を示
すグラフ、 第５図（ｂ）は焼成時間と酸素濃度の相関を示すグラフ
、 第６図はバーンアウト時の酸素濃度と残留炭素濃度の相
関を示すグラフ、 第７図は従来例を示す説明図である。 ２１は焼成ゾーン、 ３は多層セラミック基板、 ４はベルト、 ５はガス供給部、 ６はガス排出部、 ７は酸素供給部、 ７１はフローコントローラである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、還元性ガス（１）の供給される焼成炉（２）内
   で多層セラミック基板（３）を焼成する方法において、
   焼成炉（２）内を焼成温度帯域によって前記還元性ガス
   （１）中の酸素を所要濃度に制御して複数の焼成ゾーン
   （２１）、（２１）、…に分断し、前記多層セラミック
   基板（３）を酸素濃度の異なる前記焼成ゾーン（２１）
   、（２１）、…内で移動させて焼成することを特徴とす
   る多層セラミック基板の焼成方法。
2. （２）、焼成炉（２）と焼成炉（２）内を移動するベル
   ト（４）とよりなり、前記焼成炉（２）内には前記ベル
   ト（４）の移動方向にそって複数のガス供給部（５）、
   （５）、…と、複数のガス排出部（６）、（６）、…と
   、複数の酸素供給部（７）、（７）、…とを設け、かつ
   前記酸素供給部（７）には供給量を調節するフローコン
   トローラ（７１）をそれぞれ設け、酸素濃度調節可能な
   焼成ゾーン（２１）、（２１）、…を形成してなること
   を特徴とする多層セラミック基板の焼成装置。