JPH05263105A - 雰囲気焼成炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電熱ヒータが断線しにくく寿命の長い雰囲気焼
成炉を提供する。 【構成】周囲が耐火レンガ２で形成された空洞部３を有
する炉と、空洞部３内部に配設した電熱ヒータ４とを備
える。電熱ヒータ４の端子は貫通孔６から炉外に取り出
され、炉の外壁に備えられ貫通孔６を外気と遮断する端
子ボックス７で交流電源１０に接続される。炉本体５の
外部に設けられた水素ガスボンベ１１及び窒素ガスボン
ベ１２は導管１３により混合器１４に接続され、導管１
５により加湿器１６に接続されている。加湿器１６は空
洞部３の一方の端部に接続されている。導管１５の途中
に分配器１８が設けられ、導管１５から分岐した導管１
９が端子ボックス７に接続される。端子ボックス７に
は、空洞部３内部より等しいかより高圧で乾燥状態の水
素−窒素混合ガスが流通される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は雰囲気焼成炉に関し、特
にタングステン、モリブデン等の金属導体が設けられる
セラミックス基板や半導体装置用セラミックスパッケー
ジ等の焼成に使用される雰囲気焼成炉に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置を搭載する
多層セラミックス基板や半導体装置用セラミックスパッ
ケージのうちシート積層法によるものは、アルミナ等の
酸化物セラミックスのグリーンシートにタングステンま
たはモリブデンを主成分とする導体ペーストを用いて導
体印刷や層間スルーホール印刷を施し、このグリーンシ
ートを必要に応じて複数枚重ね合わせて積層した後、雰
囲気焼成炉を用いて還元雰囲気中、１５００〜１６００
℃にてアルミナと導体とを同時に焼成することにより製
造されている。

【０００３】従来、前記雰囲気焼成炉としては、耐火材
で形成された空洞部を備え、前記炉内にモリブデンまた
はタングステンからなる電熱ヒータが配設されたものが
使用されている。前記電熱ヒータの両端部は、前記耐火
材に穿設された貫通孔を通じて雰囲気焼成炉の外部に取
り出され、外気と遮断する端子ボックス内の壁面に設け
られた端子を通じて外部電源に接続される。

【０００４】前記雰囲気焼成炉内には、炉内を還元雰囲
気とするために水素−窒素混合ガスなどの還元性ガスが
流通されている。前記還元性ガスは、通常、前記アルミ
ナ等の酸化物セラミックスを焼結させるための酸素をも
同時に供給するために、予め水中にバブリングされて水
蒸気を含ませた状態で使用される。

【０００５】しかしながら、前記雰囲気焼成炉では前記
貫通孔の外側端部近傍の電熱ヒータが断線しやすく寿命
が短いという不都合がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、寿命の長い雰囲気焼成炉を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記貫通
孔の外側端部近傍の電熱ヒータが断線しやすい原因につ
いて検討を重ね、前記水蒸気を含む還元性ガスが前記貫
通孔に侵入し、炉内外の温度差により前記貫通孔の外側
端部近傍で前記還元性ガスに含まれる水分が結露するた
めに、この部分で前記電熱ヒータが酸化されることによ
るものと推論した。本発明者らは前記推論に基づいて種
々の試験の結果、端子ボックス内の雰囲気を改良するこ
とにより改善されることを知見した。

【０００８】即ち本発明の雰囲気焼成炉は、周囲が耐火
材で形成された空洞部を有する炉と、該空洞部内部に配
設した電熱ヒータと、該空洞部の内部に水蒸気を含む還
元性ガスを流通する還元性ガス流通手段とを備え、該電
熱ヒータの端子を該耐火材に穿設された貫通孔を通じて
炉外に取り出し、該炉外壁に備えられ該貫通孔を外気と
遮断する端子ボックスを用いて該電熱ヒータの端子を外
部電源に接続してなる雰囲気焼成炉において、該端子ボ
ックスに乾燥状態の還元性ガス又は不活性ガスを該空洞
部の内圧と等しいかより高い圧で流通する乾燥ガス流通
手段を設けてなることを特徴とする。

【０００９】

【作用】かかる手段によれば、前記端子ボックスに還元
性ガスが前記空洞部の内圧と等しいかより高い圧で流通
されるので、前記空洞部内に流通される水蒸気を含む還
元性ガスが前記耐火材に穿設された貫通孔に侵入するこ
とを阻止できる。また、前記端子ボックスに流通される
還元性ガスはそれ自体乾燥状態であるので、結露するこ
とがない。

【００１０】従って、還元性ガスに含まれる水蒸気が前
記貫通孔の外側端部近傍で結露することが避けられ、前
記電熱ヒータの腐食が防止される。

【００１１】前記炉内に流通される水蒸気を含む還元性
ガスは、水素−窒素混合ガスを使用することにより、水
素ガスで還元性雰囲気が確保されてタングステン、モリ
ブデン等の金属導体の酸化が防止されるとともに、窒素
ガスで熱効率が向上される。また、含有される水蒸気に
よりグリーンシートのバインダー除去が有効に行われる
とともに、アルミナ等のセラミックスの焼結が促進され
る。さらに、水素ガスを窒素ガスで希釈することによ
り、安全性も向上する。

【００１２】前記端子ボックス内に流通される前記乾燥
状態の還元性ガスは、炉内に流通される水蒸気を含む還
元性ガスと同一組成とすることにより、前記水蒸気を含
む還元性ガスと共通の配管から分岐させて使用すること
ができ、装置が簡略化される。また、この乾燥状態の還
元性ガスがたとえ炉内に侵入しても炉内に流通される還
元性ガスの組成は変化しない。

【００１３】また、前記端子ボックス内に流通されるガ
スは不活性ガスであってもよく、前記還元性ガスの場合
と同様に水蒸気が結露することが防止され、電熱ヒータ
の腐食が防止される。前記不活性ガスとしては、アルゴ
ンガス等の希ガス又は窒素ガスが用いられる。

【００１４】

【実施例】次に、添付の図面を参照しながら本発明の一
実施例である雰囲気焼成炉についてさらに詳しく説明す
る。図１は本実施例の雰囲気焼成炉の構成を示す説明的
断面図である。

【００１５】図１に示すように、雰囲気焼成炉１は耐火
レンガ２により形成された空洞部３内にモリブデンまた
はタングステンからなるコイル状の電熱ヒータ４が空洞
部３の内壁に沿って螺旋状に配設されている。

【００１６】雰囲気焼成炉１の炉本体５は、空洞部３を
形成する耐火レンガ２の厚さが空洞部３の両端から中央
部にかけて段階的に、中央部ほど厚くなるように構成さ
れている。炉本体５の両端部には低温領域が、また炉の
中央部には１５００〜１６００℃の高温領域が形成され
るようになっている。尚、図１は炉本体５の中央部を例
にとって雰囲気焼成炉１の構成を説明するものであり、
耐火レンガ２の厚さによって区分される炉本体５の他の
部分においても、その構成は前記中央部と同様になって
いる。

【００１７】耐火レンガ２には、電熱ヒータ４の両端部
を炉本体５の外部に取り出す貫通孔６が穿設されてい
る。貫通孔６は炉本体５の外壁に設けられた端子ボック
ス７内部に開口しており、端子ボックス７により外気か
ら遮断されている。貫通孔６にはアルミナ製チューブ８
が嵌着されており、電熱ヒータ４の両端部はチューブ８
を介して端子ボックス７外壁に取着されたプラグ９に接
続されている。プラグ９は外部の交流電源１０に接続さ
れている。

【００１８】前記炉本体５の外部には水素ガスボンベ１
１及び窒素ガスボンベ１２が設けられ、水素ガスボンベ
１１及び窒素ガスボンベ１２は導管１３により、水素ガ
スと窒素ガスとを所定の割合で混合できる混合器１４に
接続されている。本実施例では、混合器１４によって水
素ガスで還元性となっている水素−窒素混合ガスが得ら
れる。

【００１９】混合器１４は導管１５により、水素−窒素
混合ガスを加湿状態とする加湿器１６に接続されてい
る。そして、加湿器１６は導管１７により空洞部３の一
方の端部に接続されている。前記加湿器１６は、２０〜
５０℃の温度に保持した装置内にて導管１５より送られ
た水素−窒素混合ガスを水中にバブリングさせることに
より２０〜５０℃の温度の範囲に露点を有する水蒸気を
含む水素−窒素混合ガスが得られるようになっている。

【００２０】雰囲気焼成炉１では、導管１５の途中に水
素−窒素混合ガスを所定の割合で分配する分配器１８が
設けられている。そして、分配器１８により導管１５か
ら分岐された導管１９は端子ボックス７の一方の端部に
接続されている。端子ボックス７の他方の端部には水素
−窒素混合ガスを排出する排出口２１が設けられてい
る。

【００２１】前記構成を有する雰囲気焼成炉１では、焼
成前のセラミックス基板やセラミックスパッケージＳ
は、空洞部３の導管１７が接続される側とは反対側の端
部から空洞部３内に導入され、導管１７により導入され
る水蒸気を含み水素ガスにより還元性となっている水素
−窒素混合ガスとは対向して流通される。焼成前のセラ
ミックス基板やセラミックスパッケージをこのようにし
て炉本体５内に流通することにより、まず炉本体５の端
部の低温領域でグリーンシートのバインダーが水蒸気中
の酸素によって除去され、次いで炉本体５の中央部の高
温領域でアルミナ等のセラミックス及びモリブデン又は
タングステンの金属導体が焼成される。

【００２２】前記構成を有する雰囲気焼成炉１によれ
ば、水素ガスボンベ１１及び窒素ガスボンベ１２から供
給される水素ガス及び窒素ガスは、まず、混合器１４に
より所定の割合で混合され、水素ガスにより還元性とな
っている水素−窒素混合ガスが得られる。この水素−窒
素混合ガスは乾燥状態であり、次いで分配器１８にて分
配される。そして、その一方は加湿器１６にて、２０〜
５０℃の温度の範囲に露点を有する水蒸気を含む状態と
されたのち、空洞部３内に流通される。また、他の一方
は乾燥状態のまま、端子ボックス７内に流通される。前
記乾燥状態の水素−窒素混合ガスは、端子ボックス７内
に流通されたのち内圧調整用排出口２１から排出され
る。端子ボックス７の内容積は、空洞部３に比較して遙
かに小さく、さらに、端子ボックス７内に流通される乾
燥状態の水素−窒素混合ガスは排出口２１によって内圧
調整して排出されるから、端子ボックス７内の圧力は前
記水蒸気を含む水素−窒素混合ガスより１ｍｍＡｑ以上
高くなる。

【００２３】尚、炉本体５の他の部分に対する、電力の
供給及び端子ボックス７内への乾燥状態の水素−窒素混
合ガスの供給は、中央部と並列に行われる。

【００２４】本実施例による雰囲気焼成炉１では、従来
の雰囲気焼成炉では１年に１度程度起きていた電熱ヒー
タ４の断線が３年に１度程度になり、電熱ヒータ４自体
の寿命に近づいた。

【００２５】前記実施例では、貫通孔６にアルミナ製チ
ューブ８を嵌着し、電熱ヒータ４の両端部をチューブ８
を介してプラグ９に接続するようにしているが、アルミ
ナ製チューブ８を使用することなく、単に電熱ヒータ４
の両端部を貫通孔６を介してプラグ９に接続するように
してもよい。

【００２６】前記実施例では、乾燥状態の水素−窒素混
合ガスを予熱しないで端子ボックス７内に流通するよう
にしているが、水素−窒素混合ガスを予熱する加熱手段
を設けるようにしてもよい。このような加熱手段を設け
ることにより、電熱ヒータ４の寿命は大幅に向上する。

【００２７】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
の雰囲気焼成炉によれば、電熱ヒータの断線を防止し、
炉の寿命を延長することができる。

【００２８】前記水蒸気を含む還元性ガスは水素−窒素
混合ガスを使用することにより、水素ガスで還元性雰囲
気を確保できるとともに、窒素ガスで熱効率を向上する
ことができる。また、含有される水蒸気によりグリーン
シートのバインダー除去を有効に行うことができるとと
もに、アルミナ等のセラミックスの焼結を促進すること
ができる。さらに、水素ガスを窒素ガスで希釈している
ので、より安全に使用することができる。

【００２９】前記端子ボックス内に流通される乾燥状態
の還元性ガスは、水蒸気を含む還元性ガスと同一組成と
することにより、装置を簡略化することができると共に
炉内の還元性ガスの組成の変動を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる雰囲気焼成炉の一構成例を示す
説明的断面図。

【符号の説明】

１…雰囲気焼成炉、 ２…耐火レンガ、 ４…電熱ヒー
タ、 ６…貫通孔、７…端子ボックス、 １６…加湿
器、 １８…分配器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周囲が耐火材で形成された空洞部を有する
   炉と、該空洞部内部に配設した電熱ヒータと、該空洞部
   の内部に水蒸気を含む還元性ガスを流通する還元性ガス
   流通手段とを備え、該電熱ヒータの端子を該耐火材に穿
   設された貫通孔を通じて炉外に取り出し、該炉の外壁に
   備えられ該貫通孔を外気と遮断する端子ボックスを用い
   て該電熱ヒータの端子を外部電源に接続してなる雰囲気
   焼成炉において、 該端子ボックスに乾燥状態の還元性ガス又は不活性ガス
   を該空洞部の内圧と等しいかあるいはより高い圧で流通
   する乾燥ガス流通手段を設けてなることを特徴とする雰
   囲気焼成炉。
2. 【請求項２】前記水蒸気を含む還元性ガスと、前記乾燥
   状態の還元性ガスとが、同一組成の還元性ガスを含有す
   ることを特徴とする請求項１記載の雰囲気焼成炉。
3. 【請求項３】前記還元性ガスが、水素−窒素混合ガスで
   あることを特徴とする請求項２記載の雰囲気焼成炉。