JPH02260602A - 電子部品焼成用治具 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、バリスター、サーミスタ、圧電素子あるいは
コンデンサー等の電子部品焼成用治具に関し、特に鉛や
ビスマス等の反応性の高い酸化物を含有している電子部
品の焼成に適した電子部品焼成用治具に関する。

（従来の技術） 主として耐熱性無機質繊維と耐火性粉末とからなる成形
体は、軽量・（多孔質）で耐熱性に優れており、従来か
ら電子部品焼成用治具として広く使用されてきている。

ところで、これらの電子部品焼成用治具のうち、チタン
酸バリウムやチタン酸ストロンチウムなどを主成分とす
るコンデンサーやフェライトなどを焼成する電子部品焼
成用治具は、電子部品焼成用治具の主成分である耐熱性
無機質繊維が焼成中にコンデンサーやフェライトと反応
するため、前記治具の表面には、反応を防止するために
ジルコニア、アルミナ、マグネシア等のセラミック粉末
をスラリー状にして刷毛塗り、スプレー塗布あるいは浸
漬等の方法で塗布した後焼成することにより、コーティ
ング層が施されていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前述の如きコーティング層が施された電
子部品焼成用治具はある程度の効果は認められるものの
、いずれも焼成時の反応を完全に防止することが困難で
あり、通常数回の使用で実質的に使用不能となった。

さらに、最近になって前記電子部品の製造コストを低減
することを目的として、鉛やビスマス等の低融点酸化物
を含有させることにより、焼成温度を低めようとする試
みもなされているが、このような低融点酸化物を含有す
る電子部品を焼成することのできる電子部品焼成用治具
は知られていなかった。

また、本出願人らは前述の如き被焼成物と焼成用治具と
の反応について種々研究した結果、先に特願昭６１２１
９５７９号において従来焼成用治具に施されていたコー
ティング層は比較的低密度で連通気孔が存在しており、
この気孔を介して被焼成物中の酸化物が浸透拡散するこ
とにより、前記反応が生起していることを知見するに到
り、前記コーティング層を高密度化することにより、被
焼成物中の酸化物が前記コーティング層を浸透拡散する
ことを防止し、焼成用治具と被焼成物である電子部品と
の反応を防止することができることに想到した。

しかしながら、特に鉛等蒸気圧の高い反応性物質を含有
している電子部品の焼成に際しては、前記高密度化した
）容射コーティングにおいても気孔を皆無とならしめ焼
成用治具と被焼成物である電子部品との反応を完全に防
止することが不十分であると知見した。

すなわち、本発明は前記本発明者らの提案した発明を更
に改良し、電子部品との反応を完全に防止することので
きる電子部品焼成用治具を提供することを目的とするも
のである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、前述の如き被焼成物と焼成用治具との反
応について更に種々研究した結果、成形体の表面に前記
溶射コーティング層を設は更にその表面にスプレーコー
トによる粗粒子層を設けることにより前記反応性物質の
浸透拡散をほとんど皆無の状態にまで防止することがで
きることに想到した。

すなわち、前記成形体、溶射コーティング層および粗粒
子層の各層間の密着をはかるとともに、前記高密度化し
た溶射コーティング層で成形体への拡散浸透を防止し、
かつ粗粒子層において被焼成物との接触を少なくするこ
とにより下部成形体溶射コーティング層への浸透量を軽
減し長期の使用に耐えうる焼成治具としたのである。

主として耐熱性無機質繊維と耐火性粉末とからなる多数
の空隙を有する成形体の表面に、セラミックコーティン
グ層を有してなる電子部品焼成用治具において、前記セ
ラミックコーティング層は結晶粒径が１〜９０μｍの第
１１１１Ｍと、更にその表面に形成された平均粒径が２
０μｍ以上、平均粒子径の±２０％の範囲内の粒子径含
有量が９０％以上の第２層とからなるものであることを
特徴とする請求項ｌ記載の電子部品焼成用治具。

以下、本発明について詳細に説明する。

まず、本発明の電子部品焼成用治具は、前記主として耐
熱性無機質繊維と耐火性粉末とからなる多数の空隙を有
する成形体の表面に、第１層のセラミックコーティング
層を形成する必要がある。

前記第１層は、結晶粒径が１〜９０μｍの溶射コーティ
ング層であることが好ましい。

前記溶射コーティング層の結晶粒径が１〜９０μｍであ
ることが好ましい理由は、結晶粒径が１μｍよりも小さ
いと溶射コーティング層にクラックが生じやすくなるか
らであり、一方９０μｍより粗いと膜強度が弱くなり易
く、しかも前記成形体との密着力が弱く剥離し易いから
である。

前記第１層は、気孔率が２０％以下、厚さが１０〜２０
０／７ｍであることが望ましい。前記第１層の気孔率が
２０％以下であることが必要な理由は、気孔率が２０％
よりも大きいと被焼成物中の酸化物が前記第１層を浸透
拡散することを防止することができず、焼成治具と電子
部品との反応を防止することができないからであり、な
かでも１５％以下であることが有利である。また前記第
１層の厚さが１０〜２００１１ｍであることが必要な理
由は、前記厚さが１０μｍより薄いと実質的に被焼成物
中の酸化物が前記を浸透拡散することを防止することが
困難であり、一方２００μｍより厚いと使用時の熱膨張
収縮により成形体から剥離したり、第１層中に亀裂が発
生し易いからである。

前記第１層は溶射コーティングによるものがよく、なか
でもプラズマによる溶射コーティング層であることが好
ましい。その理由は、プラズマによる溶射コーティング
層は、セラミック粉末を熱プラズマ内にて溶融噴射され
、溶融した粒子同志が互いに融着した後、冷却固化する
ため粒子間の空隙の少ない高密度の皮膜を形成すること
ができるからである。

前記第１層を形成するためのセラミック粉末はマグネシ
ア、ジルコニア、アルミナ、あるいはマグネシア−鉄ス
ピネルが使用できるが、なかでも反応性の面からジルコ
ニアがより好適である。

なお、前記第１層は、表面粗さ７０〜５００μｍである
ことが後述の第２層を形成する上において好ましい。

表面粗さが７０μｍ未満であると第２層を強固に密着さ
せることができず剥離の原因となる。

このことから、前記第１層を形成するための前記セラミ
ック粉末は１０〜９０μｍの粒子径のものがよく、なか
でも２０〜５０ＩＩｍの粒子径が最も高密度で密着性に
優れたよいコーティング層が得られる。

つぎに、本発明の焼成治具は前記第１層のセラミックコ
ーティング層の表面に第２層を形成する。

このことは特に鉛等蒸気圧の高い反応性物質を含有する
電子部品を焼成する際には、前記セラミックコーティン
グ層だけでは反応防止に不十分である為、敷粉の原理を
応用し前記第１層表面に第２層としてセラミックをスプ
レーコートし、粗粒子層を設けることが効果的である。

すなわち、第２層は被焼成物との接触をより少なくする
とともに第１層への浸透拡散を層厚みで防止するもので
ある。

前記第２層は、前記反応性物質との化学反応を起こさな
い化学的に安定な組成の物質で構成される。具体的には
ジルコニア、アルミナ、マグネシアスピネル等のセラミ
ックが使用できる。

また、前記被焼成物の均一な収縮率を得るために、真球
に近い形状と粒子径のそろった分布を持つ粒子群によっ
て前記被焼成物を多数の点接触で支持する構造とするの
が良い。

前記第２層を形成するセラミック粒子は、平均粒子径が
２０μｍ以上であり、前記平均粒子径の±２０％の範囲
内の粒子径含有量が９０％以上含まれることが好適であ
る。たとえば、市販の球状アルミナ微粉や粉砕用に用い
られるアルミナボール、ムライトボール、ジルコニアボ
ール等が使用できる。平均粒子径が２０ａｍ未満である
と前記第１層と前記被焼成物との接触が起こりゃすくな
って第２層を形成しても効果が少なく好ましくない、ま
た、前記平均粒子径の±２０％の粒子径が９０％より少
ないと粗粒子層表面の凹凸が大きくなって接触点の数が
少なくなり前記被焼成物の収縮率を均一にすることが困
難となり好適ではない。

さらに、前記第２層の膜厚は１０〜２００μｍの範囲が
好ましい。１０μｍより薄いと被焼成物からの反応性物
質が焼成治具基材に浸透し易くなり、寿命が短くなって
しまうし、２００μｍより厚いと前記第１層との熱膨張
収縮率の差から、粗粒子層が剥離しやすくなってしまう
。

次に本発明の電子部品焼成用治具の基材である成形体に
ついて述べる。

本発明の電子部品焼成用治具を構成する成形体は、主と
して耐熱性無機質繊維と耐火性粉末とからなるものであ
ることが必要である。その理由は、主として耐熱性無機
質繊維と耐火性粉末とからなる成形体は、内部に多数の
空隙を有しているため、熱容量が小さく、象、熱急冷に
強く、軽量でしかも極めて高強度であり電子部品焼成用
治具として極めて適しているからである。

前記耐熱性無機質繊維としては、種々のものが使用でき
るが、なかでも非晶質のシリカ・アルミナ繊維、アルミ
ナ結晶質繊維の少なくとも一種であることが有効である
。前記シリカ・アルミナ繊維は通常Ａ　１　！　０３が
４０〜６０Ｗ【％、Ｓ　ｉ　Ｏｚが４０〜６０ｗｔ％と
から成るものであり９００°Ｃ付近でムライトの結晶が
、１２００°Ｃ付近でクリストバライトの結晶が析出し
て粒成長が生じ、耐火性粉末および、または無機結合剤
との焼結を促進させるので本発明においては特に好まし
いものである。また、前記アルミナ結晶質繊維はＡｌ□
０、が７θ〜９９ｗｔ％、Ｓ　ｉ　Ｏｚが１〜３０ｗＬ
％とから成るものであり、η−，ｒ−，δ−１θ型の遷
移状のアルミナやα−型の安定なアルミナあるいはムラ
イトで構成されている。前記遷移状のアルミナは１４０
０°Ｃ付近の焼成によりα型へと転移して粒成長を生じ
、またα−型アルミナやムライトも粒成長を生ずるので
、前記シリカ・アルミナ繊維と同様に焼成促進剤として
の働きが期待でき好ましいものである。

ただし、これらの耐熱性無機質繊維は、成形体表面の平
滑性をなくす上で、非繊維状物の含有量を２０重量％以
下のものを使用することが有利である。

前記耐火性粉末は、耐熱性無機質繊維間に存在し、焼成
時に焼結作用を呈し、強固な構造物たる成形体となすた
めに配合される。

前記耐火性粉末としては、例えばアルミナ質、アルミナ
・シリカ質、ジルコニア質、マグネシア質、チタニア質
とから選ばれるいずれか１種又は２種以上が耐火温度が
高く好適である。具体的には、アルミナ、ムライト、カ
オリンナイト、木節粘土、蛙目粘土、シリマナイト、ス
テアタイト、フォルステライト、ジルコニア、マグネシ
ア、スピネル、チタニア等が有利である。

また、前記の成形体は、前記耐熱性無機繊維と耐火性粉
末の他に、より高強度の成形体を得ることを目的として
、無機結合剤を含有することができる。　前記無機結合
剤としては、シリカ・ソーダ系、ホウ酸カルシウム系、
シリカ系のフリットから選ばれるいずれか１種又は２種
以上を使用することができる。具体的な物質としては、
例えば、長石、マイカ粉末、ホウ酸、石灰石、ペタライ
ト、ガラス粉末、珪石等が列挙される。

これらの耐火性粉末及び無機結合剤はあらかじめ所定の
温度で焼結する組成に配合された後、ボールミル等の粉
砕機でおよそ５０μｍ以下の粒径にまで粉砕して使用す
ることが有利である。なお、無機結合剤は特に微粉末で
あることが好ましく、１μｍ以下のものが最適である。

次に、本発明の電子部品焼成用治具の製造方法の一例を
簡単に述べる。

本発明の電子部品焼成用治具は、耐熱性無機質繊維と耐
火性粉末と必要により添加される無機結合剤とを所定量
配合後、混練あるいは水中に分散させてから成形し、次
いで焼成した後表面にセラミック粉末をプラズマ溶射す
ることにより、製造される。

次に第２層としての粗粒子層を設ける場合は、水または
有機溶媒中にメチルセルロース、酢酸ビニル等の有機バ
インダーとともにセラミック粉末を配し充分に分散させ
混合液となし、その混合液をスプレー、浸漬等の方法に
より、前記コーティング層の表面に密着形成し乾燥後１
０００〜１６００゛Ｃの温度で焼成する。

以下、本発明の実施例について比較例と併せて説明する
。

災崖貫↓ 耐熱性無機質繊維として、水中で分級することにより、
非繊維状物の含有量を６重量％に制御した平均長さ１．
μｍｍ、平均アスペクト比１０００のアルミナ・シリカ
ファイバー６００ｇと耐火性粉末として平均粒径３μｍ
のアルミナ粉末１１００ｇおよび平均二次粒子径６μｍ
の木簡粘土３００ｇと、無機結合材として平均二次粒子
径３μｍのモンモリロナイト１５０ｇとを配合して万能
ミキサーの中に入れ、水１４００ｇと有機成形助材およ
び繊維処理剤（ワックス、ポリアクリルアミン酢酸塩）
３００ｇとを添加してから５分間混練した。混練物を真
空中で脱気した後、エポキシ樹脂からなる多孔質の型に
入れプレス成形して、１５０ｘ１５０ｘ５’　ｍｍの成
形体を製造した。

乾燥後、大気雰囲気下、１５００°Ｃで３時間焼成した
。得られた成形体は、密度が１．１ｇ／ｃｆｆｌ開放気
孔率が６６％であった。

次いで、この成形体の表面に、Ｙ！０．ｌを２０％含有
する平均粒径が４５μｍの安定化ジルコニア粉末をプラ
ズマ溶射して、約１００μｍのセラミックコーティング
層（第１層）を形成した。プラズマ溶射は、Ａｒ／Ｈ，
ガスプラズマ中へ安定化ジルコニア粉末を４５ｇ／ｍｉ
ｎの速度で供給し、成形体の表面とプラズマガンの間隔
は約７０ｍｍとした。溶射中の成形体の表面温度は常に
２００℃以下に保たれており、割れなどは発生しなかっ
た。

尚、プラズマ溶射は、１回に約５０μｍの被膜を形成す
る処理を２回行った。

前記ジルコニア粉末の付着効率は約５５％であった。

コーティング層厚は成形体断面を光学顕微鏡で観察し写
真から測定し、この場合は１００μｍであった。また、
コーティング層の密度は約４．２ｇ／ｃ−であった。

更にイツトリア安定化Ｚｒ０ｔ（平均粒子径３０μｍ）
をメチルルロースと酢酸ビニルとともに水中で混合分散
させ、スラリーとした後、スプレーガンで第１層のプラ
ズマ溶射コーティング層の上に膜厚１５０μｍで塗布し
た後、１４５０°Ｃで６時間焼き付けを行ワて第２層を
形成した。得られた成形体をＰＴＣサーミスターの焼成
治具に使用したところ、３０サイクル経過後においても
コーティング層の剥離、クラック、反応等は見られなか
った。

尚、前記サイクルは前記ＰＴＣサーミスターを載せた後
１１００°Ｃで３時間焼成、その後常温まで冷却し反応
の有無を確認し、■サイクルとした。

その後再び新しいチップに載せかえて繰り返し操作を行
った。

ル較貫土 実施例１と同様ではあるが第２層を形成せずに第１層の
プラズマ溶射コーティング層のみを形成したものを使用
して実施例１と同様の条件下でＰＴＣサーミスターの焼
成治具に使用したところ、１５サイクル経過後にプラズ
マ溶射コーティング層が基材から剥離してしまった。

止較舛） 実施例１と同様ではあるが同様の方法でスプレーコート
の膜厚を２５０μｍとし、実施例１と同様の条件下でＰ
ＴＣサーミスタの焼成治具に使用したところ、１０サイ
クル経過後スプレーコート層（第２層）が溶射コーティ
ング（第１層）よりうき上がり、更に５サイクル経過後
完全にスプレーコート層（第２層）は剥離してしまった
。

（発明の効果） 以上の様に本発明の電子部品焼成用治具は、特にバリス
ター、サーミスタ、圧電素子、セラミックコンデンサー
等の電子部品は、勿論のこと、低融点酸化物を含有する
電子部品をも極めて効率よく焼成できるものであり、焼
成スピードのアップによる生産性の向上、および省エネ
による製品のコストダウンという大きな効果があられれ
るものである。

以上

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）主として耐熱性無機質繊維と耐火性粉末とからな
   る多数の空隙を有する成形体の表面に、セラミックコー
   ティング層を有してなる電子部品焼成用治具において、
   前記セラミックコーティング層は結晶粒径が１〜９０μ
   ｍの第１層と、更にその表面に形成された平均粒径が２
   ０μｍ以上、平均粒子径の±２０％の範囲内の粒子径含
   有量が９０％以上の第２層とからなるものであることを
   特徴とする請求項１記載の電子部品焼成用治具。
2. （２）前記第１層は、気孔率が２０％以下、厚さが１０
   〜２００μｍの溶射コーティング層である請求項１記載
   の電子部品焼成用治具。
3. （３）前記第２層の厚さが１０〜２００μｍである請求
   項１記載の電子部品焼成用治具。