【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
（産業上の利用分野）
本発明は、集積回路用セラミツク基板の焼成に
使用される敷粉の製造方法に関する。
（従来の技術）
エレクトロニクス機器の小型化、高性能化に伴
い、集積回路用セラミツク基板（以下セラミツク
基板）はより高品質なものが要求されている。
セラミツク基板の焼成には基板同士あるいは基
板と焼成台との間の焼き付きを防止するために敷
粉が使用されている。
敷粉の材質は、基板の材質によつても異なる
が、通常アルミナが常用されている。
（発明が解決しようとする問題点）
従来からこの敷粉としては、パイヤー法軽焼ア
ルミナ、およびこのものを高温で熱処理した焼結
アルミナ又は溶融アルミナを所定の粒度に調整し
たものが使用されている。
これら敷粉はいずれも粒形が無定形で角ばつて
おり基板に対して付着しやすく、しかも焼成時の
基板の収縮に伴ない基板にキズが発生する欠点が
あつた。
焼成台および基板の間に敷粉を散布する方法と
して、通常、有機溶剤でスラリー化したものをス
プレーするか、篩を使用して均一に散布する方法
などが行なわれている。
しかし、従来の敷粉は粉末自身の流動性が不良
であるためいずれの散布方法によつても均一な敷
粉層が得がたく、クボミ発生し、焼成時にこのク
ボミによる基板の平滑性を維持することが困難で
あつた。これに加えて、従来の敷粉により基板に
発生したキズ、クボミ、敷粉の付着等は、研磨に
よつて平滑にするため、多大なコストを要してい
た。
一方、数μｍの微粒アルミナをスプレードライ
ヤー等による造粒装置で球状化させた後、これを
焼成して得られた球状焼結アルミナも敷粉として
開発された。
この球状焼結アルミナは流動性は良好で安定な
散布が可能となり、焼成時の基板のクボミ、敷粉
の付着を軽減することに成功した。しかしなが
ら、この敷粉は安定なα−Al2O3構造をとり、焼
成時膨張するのに対して基板は収縮するため、基
板と敷粉の間に発生する熱膨張収縮応力のためキ
ズの発生を防止することはできなかつた。
（問題点を解決するための手段）
本発明者等は、基板のクボミを軽減させるため
に敷粉を球状にすること、又基板のキズを減少さ
せるために、基板と敷粉の膨張収縮特性を近似さ
せることを目的として、敷粉の一部を活性なアル
ミナにできないかどうかを種々検討した。
この結果、高温火炎中を通過させ、溶融球状化
した球状アルミナには上記特性のあることを追求
した。すなわち高温火炎中で液滴となつた球状ア
ルミナの外部は急冷されるため結晶度の低いδ型
および又はγ型アルミナに、内部は比較的徐冷さ
れるためα型アルミナとなる。
ここで使用するアルミナ粒子の純度は98wt％
以上、好ましくは99wt％以上のものである。ア
ルミナ粒子の純度が98wt％未満では、アルミナ
粒子が基板に焼付き、キズが入り易くなるのを防
止できない。又、アルミナ原料としては水酸化ア
ルミニウムを800〜1650℃、好ましくは1100〜
1300℃で焼成した活性アルミナ、もしくはこれら
を1650℃以上の高温で熱処理した焼結又は溶融ア
ルミナである。
溶融球状化を容易におこなうためには焼結又は
溶融アルミナよりも活性アルミナの方が好まし
い。
本発明に従つて焼成用敷粉としての球状化アル
ミナを製造するにはアルミナ原料を2000℃以上、
好ましく2200〜2800℃の火炎中を通過させ溶融球
状化する。
高温火炎中へのアルミナ粒子の供給量は、粒子
の活性度、粒子径、可燃ガスの種類などに合せて
調整しうるものであるが、火炎中における濃度
〔粒子供給量（Kg）／可燃ガス量（Ｎm3）〕は６以
下が好ましい。この値が６を超えると球状化が不
充分で敷粉としては不適当である。
本発明でいう高温火炎とは、プロパン、アセチ
レン、水素等の可燃性ガスと、酸素等との燃焼火
炎あるいはHe、Ar、H2、N2等の不活性ガスを
電離させたプラズマ火炎を意味する。
球形度は真球に近いほど好ましいが、角ばつた
部分が溶融してなめらかになつていれば長短径比
が1.3以下の形状でもよい。敷粉の用途によつて
も異なるが、アルミナ粒子の粒径は溶融球状後の
寸法で10〜150μｍ、好ましくは15〜100μｍであ
る。10μｍ未満ではアルミナ粒子がセラミツク基
板に焼付き、キズが入り易くかつ付着したアルミ
ナ粒子の除去等により作業性が低下する。又アル
ミナ粒子の均一散布も困難で基板に反りやクボミ
が生じ易くなる。他方、150μｍ超では敷粉の層
厚を一定にすることが容易でなく、従つて基板に
反りやクボミが生起する。しかも、溶融球状化し
難く基板にキズが入り易くなる。
（実施例）
以下、本発明実施例とその比較例を示す。
（敷粉の製造）
本発明実施例の１〜３の敷粉用原料としては
Al2O3の純度が99.5wt％の水酸化アルミニウム
100部に対して外掛で有機バインダーのCMCを２
％加え、外掛５％の水を加水し、十分混練した。
このものをアムスラー成形機で65×115×115mmの
形状に1200Kg／cm2の圧力にて成形した。この素地
を105℃×24Hr乾燥し、ガス炉にて900〜1300℃
×3Hr焼成した。その後、解砕しアルミナ原料と
した。10〜88μｍの敷粉を得るために、高温火炎
中通過時の溶融収縮を考慮して上記アルミナ原料
を20〜105μｍに篩分けた。
又、本発明実施例の４、５の敷粉用原料として
純度がそれぞれ99.6wt％、99.4wt％の市販の焼結
アルミナ、溶融アルミナを15〜105μｍに篩分し
た。
これら５種類のアルミナ原料を、特願昭61−
83754号及び特願昭61−83755号に示す無機質球状
化粒子の製造装置、即ち頂部に高温火炎及び高純
度アルミナ原料を噴射するバーナーを有し、胴部
に耐火物壁を有する球状化室と、この球状化室に
接続された内部に冷却気体が供給される冷却室か
らなる球状化粒子の製造装置を用いて球状化し
た。即ち、前記原料をプロパン1Nm3に対して4.4
Kgとなるように、プロパン−酸素炎中に一定量づ
つ投入した。このようにして得られた敷粉は外部
がδ型および又はγ型アルミナ、内部はα型アル
ミナで粒径がほぼ10〜88μｍである球状となつ
た。
一方、比較例６、７に使用したアルミナ敷粉は
次のようにして調整した。焼結アルミナおよび溶
融アルミナは前記の市販のアルミナを10〜88μｍ
に篩分けて、そのまま敷粉とした。又、比較例８
の敷粉は平均粒径が2.1μｍ、Al2O3が99.5％のバ
イヤー法アルミナ100部に対して外掛でC.M.Cを
2wt％添加したものに、外掛で水を50％加水後、
スリツプ状態にし、このものを内部温度が120℃
であるスプレードライヤー内に噴霧して略球形の
粉体を得た。このものをロータリーキルンにおい
て1900℃で焼成し冷却後、10〜88μｍに篩分、球
状焼結アルミナとした。
（セラミツク基板の調整）
バイヤー法アルミナ粉末に粒成長防止剤として
マグネシア粉末を0.2wt％添加し、これらをアル
ミナ・ボール・ミルにて平均径が0.8μｍとなるま
で粉砕した。この粉末に成形用バインダーを加え
混練し、ドクター・ブレード法にて基板用シート
を成形した。
（セラミツク基板の焼成）
前記のセラミツク基板（130×130×0.8mm）を
焼成用セツター（260×130×５mm）に10段に重ね
焼成した。敷粉は篩散布にてまずセツター上に、
続いて基板間に散布した。焼成はまず、基板の脱
バインダーならびに成形時のひずみを除去するた
めに300℃×3Hrで一段焼成した後、1550℃×
3Hr焼成し、徐冷した。
（敷粉の評価方法）
キズの発生率
１mm以上の長さのキズが80×80mm（6400mm2）
の基板面積に何個存在するかをSEMによつて
確認した。
敷粉の付着率
74〜149μｍに粒度調整した溶融アルミナを
ブラスト材として距離80mm、角度90°、時間10
秒の条件で80×80mmの基板面積にブラスト処理
後の敷粉の付着個数をSEMにて観察した。
クボミの検査
50×50mmの基板面積上に50μｍφ以上のへこ
みケ所がいくつあるかをSEMにて調査した。
本発明実施例１〜５、比較例６〜８まで上記の
試験を行い、表１にまとめた。
表１に示すように、水酸化アルミニウムを用い
た球状アルミナの本発明実施例の１〜３及び焼結
アルミナ、溶融アルミナを用いた球状アルミナの
本発明実施例の４、５により得られた球状化溶融
アルミナの敷粉は流動性が良好であるため、篩散
布が容易で基板に対しキズ、付着、クボミの少な
い良好な結果を得た。これに対し角ばつた焼結お
よび溶融アルミナを使用した比較例６、７は基板
にキズ、付着、クボミを発生させ、研磨に多大の
費用を要した。
一方、スプレードライヤーで球状化した比較例
８の焼結球状アルミナは付着、クボミは少ないも
のの基板との熱膨張率の違いにより基板にキズを
発生させた。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a method for producing a bedding powder used for firing ceramic substrates for integrated circuits. (Prior Art) As electronic devices become smaller and more sophisticated, ceramic substrates for integrated circuits (hereinafter referred to as ceramic substrates) are required to be of higher quality. When firing ceramic substrates, bedding powder is used to prevent sticking between the substrates or between the substrates and the firing table. The material of the bedding powder varies depending on the material of the substrate, but alumina is usually used. (Problem to be Solved by the Invention) Conventionally, as this bedding powder, Peyer process light sintered alumina, sintered alumina or fused alumina heat-treated at high temperature, and adjusted to a predetermined particle size have been used. There is. All of these bedding powders have amorphous and angular grain shapes and tend to adhere to the substrate, and they also have the disadvantage of causing scratches on the substrate as it shrinks during firing. As a method of spreading the powder between the firing table and the substrate, the usual methods include spraying a slurry made with an organic solvent, or using a sieve to uniformly spread the powder. However, with conventional bedding powder, the powder itself has poor fluidity, so it is difficult to obtain a uniform bedding layer no matter what method of dispersion, resulting in divots, which prevent the smoothness of the substrate from being maintained during firing. It was difficult to do so. In addition, scratches, divots, adhesion of bedding powder, etc. that occur on the substrate due to conventional bedding powder must be smoothed out by polishing, which requires a great deal of cost. On the other hand, spherical sintered alumina obtained by spheroidizing fine alumina particles of several micrometers using a granulation device such as a spray dryer and then firing the spherical particles has also been developed as a bed powder. This spherical sintered alumina has good fluidity and can be dispersed stably, successfully reducing cavities on the substrate and adhesion of bedding powder during firing. However, this bedding powder has a stable α-Al 2 O 3 structure, and while it expands during firing, the substrate contracts, resulting in scratches due to thermal expansion and contraction stress generated between the substrate and the bedding powder. could not be prevented. (Means for Solving the Problems) The inventors of the present invention made the bedding powder spherical in order to reduce the dents on the board, and the expansion and contraction characteristics of the board and the bedding powder to reduce scratches on the board. With the aim of approximating , various studies were conducted to see if part of the bedding powder could be made of active alumina. As a result, we sought to find that spherical alumina, which is molten and spheroidized by passing through a high-temperature flame, has the above-mentioned properties. That is, the outside of spherical alumina that has become droplets in a high-temperature flame is rapidly cooled to become δ-type and/or γ-type alumina with low crystallinity, and the inside is relatively slowly cooled to become α-type alumina. The purity of the alumina particles used here is 98wt%
Above, preferably 99wt% or more. If the purity of the alumina particles is less than 98 wt%, it is impossible to prevent the alumina particles from sticking to the substrate and causing scratches. In addition, as an alumina raw material, aluminum hydroxide is heated at 800 to 1650℃, preferably 1100 to
Activated alumina fired at 1300°C, or sintered or fused alumina heat treated at a high temperature of 1650°C or higher. Activated alumina is preferred over sintered or fused alumina to facilitate molten spheroidization. In order to produce spheroidized alumina as a baking powder according to the present invention, the alumina raw material is heated to 2000°C or higher.
Preferably, it is passed through a flame at 2200 to 2800°C to melt and form spheres. The amount of alumina particles fed into a high-temperature flame can be adjusted depending on the particle activity, particle size, type of combustible gas, etc., but the concentration in the flame [particle supply amount (Kg)/flammable gas The amount (Nm 3 )] is preferably 6 or less. If this value exceeds 6, spheroidization is insufficient and the powder is unsuitable for use as bed flour. In the present invention, the high-temperature flame refers to a combustion flame of a flammable gas such as propane, acetylene, hydrogen, etc., and oxygen, or a plasma flame obtained by ionizing an inert gas such as He, Ar, H 2 , N 2 , etc. do. The closer the sphericity is to a perfect sphere, the more preferable it is, but as long as the angular parts are melted and smooth, the shape may have a length/breadth axis ratio of 1.3 or less. The particle size of the alumina particles after molten and spherical is 10 to 150 μm, preferably 15 to 100 μm, although it varies depending on the use of the powder. If the diameter is less than 10 μm, the alumina particles will stick to the ceramic substrate, making it easy to get scratches and reducing workability due to the removal of attached alumina particles. Furthermore, it is difficult to uniformly spread the alumina particles, and the substrate is likely to be warped or dented. On the other hand, if the thickness exceeds 150 μm, it is not easy to make the layer thickness of the powder constant, which causes warping and hollowing of the substrate. In addition, it is difficult to melt into a spherical shape, and the substrate is easily scratched. (Example) Examples of the present invention and comparative examples thereof are shown below. (Manufacture of bedding powder) The raw materials for bedding powder in Examples 1 to 3 of the present invention are
Aluminum hydroxide with Al2O3 purity of 99.5wt %
2 CMC of organic binder for 100 copies
% and an outer 5% of water was added and thoroughly kneaded.
This product was molded into a shape of 65 x 115 x 115 mm using an Amsler molding machine at a pressure of 1200 Kg/cm 2 . This base material was dried at 105℃ x 24 hours, and heated to 900-1300℃ in a gas furnace.
Baked for ×3 hours. Thereafter, it was crushed and used as an alumina raw material. In order to obtain a powder of 10 to 88 μm, the alumina raw material was sieved to a size of 20 to 105 μm, taking into consideration melting shrinkage during passage through a high-temperature flame. Further, commercially available sintered alumina and fused alumina having a purity of 99.6 wt% and 99.4 wt%, respectively, were sieved to 15 to 105 μm as raw materials for bedding powder in Examples 4 and 5 of the present invention. These five types of alumina raw materials were made into
The apparatus for producing inorganic spheroidized particles shown in No. 83754 and Patent Application No. 61-83755 includes a spheroidizing chamber having a burner at the top for injecting high-temperature flame and high-purity alumina raw material, and a refractory wall at the body. The particles were spheronized using a spheronized particle production apparatus comprising a cooling chamber connected to the spheronization chamber and into which cooling gas is supplied. That is, the raw material is 4.4% per 1Nm 3 of propane.
A certain amount was put into a propane-oxygen flame so that the weight amount was 1 kg. The powder thus obtained had a spherical shape with a particle size of about 10 to 88 μm, consisting of δ-type and/or γ-type alumina on the outside and α-type alumina on the inside. On the other hand, the alumina powder used in Comparative Examples 6 and 7 was prepared as follows. Sintered alumina and fused alumina are the commercially available alumina mentioned above with a thickness of 10 to 88 μm.
It was sieved and used as a flour. Also, comparative example 8
The bedding powder has an average particle size of 2.1 μm and is made by applying CMC to 100 parts of Bayer process alumina with an Al 2 O 3 content of 99.5%.
After adding 50% water to the 2wt% addition,
Put this thing in a slip state and keep it at an internal temperature of 120℃.
A substantially spherical powder was obtained by spraying it into a spray dryer. This material was fired at 1900° C. in a rotary kiln, and after cooling, it was sieved to a size of 10 to 88 μm to form spherical sintered alumina. (Preparation of ceramic substrate) Magnesia powder was added in an amount of 0.2 wt% as a grain growth inhibitor to Bayer process alumina powder, and the powder was ground in an alumina ball mill until the average diameter was 0.8 μm. A molding binder was added to this powder and kneaded, and a substrate sheet was molded using a doctor blade method. (Firing of ceramic substrate) The ceramic substrates (130 x 130 x 0.8 mm) were stacked in 10 stages on a firing setter (260 x 130 x 5 mm) and fired. The bedding flour is first spread on a setter by sieving,
It was then spread between the substrates. First, the substrate was fired at 300°C for 3 hours to remove the binder and the distortion during molding, and then at 1550°C.
It was baked for 3 hours and slowly cooled. (Evaluation method for bedding powder) Incidence of scratches: 80 x 80 mm (6400 mm 2 ) of scratches with a length of 1 mm or more
The number of particles present on the substrate area was confirmed using SEM. Adhesion rate of bed powder: Using fused alumina whose particle size was adjusted to 74 to 149 μm as a blasting material, distance: 80 mm, angle: 90°, time: 10
The number of bedding particles adhered to a substrate area of 80 x 80 mm after blasting was observed using SEM under the conditions of 2 seconds. Inspection of dents The number of dents with a diameter of 50 μm or more on the 50 x 50 mm substrate area was investigated using SEM.
The above tests were conducted for Examples 1 to 5 of the present invention and Comparative Examples 6 to 8, and the results are summarized in Table 1. As shown in Table 1, spherical alumina obtained in Examples 1 to 3 of the present invention using aluminum hydroxide, and spherical alumina obtained in Examples 4 and 5 of the present invention using sintered alumina and fused alumina. Because the fused alumina powder has good fluidity, it was easy to spread through a sieve, and good results were obtained with less scratches, adhesion, and hollows on the substrate. On the other hand, Comparative Examples 6 and 7 using square sintered and fused alumina caused scratches, adhesion, and divots on the substrate, and required a large amount of polishing cost. On the other hand, the sintered spherical alumina of Comparative Example 8, which was spheroidized using a spray dryer, had few adhesion and hollows, but caused scratches on the substrate due to the difference in thermal expansion coefficient with the substrate.
【表】
（発明の効果）
本発明で得られた球状アルミナを敷粉として使
用した場合、次の効果が奏せられる。
球形度が高いために敷粉の流動性が良好で、
基板上および焼成台への敷粉の散布が均一とな
る。
敷粉層が一定の厚みとなるため、焼成時に基
板のクボミ、敷粉の付着を軽減することが可能
である。
外部がδ型およびγ型アルミナ、内部はα型
アルミナの２重構造を有するため、基板と敷粉
の熱膨張収縮を近似させることができ、焼成
時、敷粉による基板のキズを軽減させる。[Table] (Effects of the Invention) When the spherical alumina obtained in the present invention is used as a bedding powder, the following effects can be achieved. Due to its high sphericity, the bed powder has good fluidity,
The powder is evenly spread on the substrate and on the baking table. Since the powder layer has a constant thickness, it is possible to reduce dents on the substrate and adhesion of the powder during firing. Since it has a double structure of δ-type and γ-type alumina on the outside and α-type alumina on the inside, it is possible to approximate the thermal expansion and contraction of the substrate and bedding powder, reducing scratches on the substrate caused by the bedding powder during firing.