JPH08511613A - セラミックを基とする電子素子を製造するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 炭化ケイ素、キン星石、ムライト、安定化ジルコニア、酸化マグネシウムおよびガラス質結合相を含むアルミナからなる群から選択された基体から作成される、セラミックを基とする電子素子（20a，20b）を支持するように適合された炉定着具（14）を提供することにより、セラミックを基とする電子素子（20a，20b）を熱処理する方法である。そのとき、ジルコニアまたはマグネシアのクラッディング層がプラズマ渡金によって炉定着具基体に渡金される。焼成されることになるセラミックを基とする電子素子（20a，20b）はジルコニア被覆基体（18）に置かれ、そして素子（20a，20b）を熱処理するために所定の温度に加熱される。 【選択図】図２

Description

【発明の詳細な説明】 セラミックを基とする電子素子を製造する ための方法および装置 本出願は、１９９３年６月１１日に出願された米国特許願第０７５,６８３号 の部分継続（ＣＩＰ）出願である。技術分野 本発明はセラミックを基とする（ceramic based，以下、「セラミック基礎」 と云う。）電子素子およびその他の素子を製造するための方法および装置に関し 、特に、このような素子を熱処理するための定着具に有効なセラミック組成物の 特別な組合せに関するものである。背景技術 電子回路の素子は基体および半導体パッケージにセラミック材料を利用してい る。しかしながら、本発明が熱処理に利用されることになるセラミック基礎電子 素子の最も一般的なタイプは、典型的に所望の誘電特性を有する酸化または非酸 化セラミックの多層体で作成されたセラミックコンデンサ、抵抗、サーミスタ等 である。一般的な寸法は２.０３２×１.２７mm（0.08×0.05インチ）、３.１７ ５×１.６００２mm（0.125×0.063インチ）および１２.７×５.７１５mm（0.5× 0.225インチ）である。多層セラミックはまた集積回路パッケージの基体として 用いられる。アルミナを基とするセラミックはムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂ ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および種々のその 他の周知のガラス-セラミック材料と同様に、誘電定数、熱膨張係数、およびそ の他の所望の特性の故に広く採用されている。セラミック誘電性材料の区分分け は、チタン酸マグネシウムをチタン酸カルシウムと混合することにより作成され る低ｋ（誘電定数）値を有するクラスＩ誘電体と、スズ酸バリウム（barium sta nate）、ジルコン酸バリウムまたはチタン酸マグネシウムの添加物を選択的に有 する、チ タン酸バリウムを基とする高ｋ値を有するクラスII誘電体（強誘電体として知ら れている）と、クラスIII誘電体である。その他の電子応用に用いられるセラミ ック材料は、マグネシアと、マンガン酸ニッケル（ＮｉＯ−ＭｎＯ₂）と、ジル コニア（ＺｒＯ₂）と、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）と、酸化鉛（ＰｂＯ）、非 酸化鉛（lead non-oxides）、チタン酸ジルコニウム鉛（lead zirconium titana tes）、チタン酸鉛およびリード・メタニオベイト（lead metaniobates）のよう な鉛化合物と、ＢｅＯのようなベリリウム化合物と、酸化鉄（II）化合物（例え ば、Ｚｎおよび／またはＭｎとの混合物または化合物を含む磁性および非磁性Ｆ ｅＯ化合物）およびフェライトとを含む。フェライトは一般式ＸＦｅ₂Ｏ₄、ここ においてＸはＢａ、Ｚｎ、ＣＤ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ或いはこ れらまたはその他の鉄の混合物を現す、の尖晶石立方構造（spinel cubic struc ture）を有するセラミックの周知のクラスである。 このようなセラミック基礎電子素子の製造法において、「未焼結（green）」 段階における素子は、ガラス質化、焼結および／または緻密化を達成するように 、約１０００℃〜１７００℃およびそれ以上、典型的には１１００℃〜１５００ ℃、の温度で１回または複数回焼成される。熱処理の合計サイクル時間は典型的 に８時間またはそれ以上であるが、製品の大きさが小さい場合にはより短い時間 も使用され得る。焼成は真空または保護雰囲気下で行われるが、典型的に空気中 では行われない。製造業において採用される標準タイプの炉または窯は、典型的 にプッシャ（pusher）またはトンネル型と周期または一焼（batch）型のいずれ かである。 焼成工程中にセラミック素子を物理的に支持する装置または定着具（fixture ）は総体的に炉または窯取付具（furniture）と呼ばれる。その他の周知の専門 語が、サガー（sagger）、セッターおよびプレートのように種々の定着具の形状 およびタイプに、そしてレールまたは側壁を備えた基体の変化に用いられる。従 来の単一構造の（monolithic）炉定着具を製造するのに用いられる方法は未焼結 セラミックの圧力鋳型成形、粉末ロール圧縮、テープ成形、スリップ成形または 所望形状への押出の後に、それらの材料を所定の温度範囲で焼成することを含む 。セラミック材料の広汎な変化は前述されたようにそしてジルコニアおよびマグ ネ シアと同様にその他のアルミナおよびアルミナを基とするセラミックを採用され る。いくつかの例において、これらのセラミックの粉末状態は乾燥粉末かまたは 素子が定着具の表面に固着するのを防止するために粉末残留物を残すように乾燥 される水成ウォッシュ（aqueous wash）として炉定着具に用いられなければなら ない。 これらの単一構造の炉定着具を用いた従来方法は年代以上に大きく変更されな いが、炉時間およびセラミック基礎電子素子の製造法における生産性の最大化に 関連されるエネルギーコストを減少するのに必要な長期的探究が行われてきた。 定着具の材料のいくつかのタイプ、特に電子部品の典型的なセラミックに低反応 性を有するものでは、このことは強度および熱的衝撃抵抗を維持するためには相 対的に厚い定着具の断面の故に困難である。いくつかの例では、定着パネルは高 い多孔性および粗面を有し、そして定着具に置かれる素子の数を最大化するのに 好適な薄く大きなパネルでの適切な使用について機械的に考慮されていない。そ の結果は相対的に大きな炉熱量で定着具自体を加熱することになり、燃料がより 多くなるだけでなく、組み合わされた定着具と電子素子の大きさに対してより長 い加熱および冷却時間を必要とすることにより、加工をも不利にするものであっ た。より大きな強度を有するセラミック材料は平坦さおよびその他の寸法的なパ ラメータを容易に加工でき、そして電子部品に用いられるセラミックの多くの変 化に加工するのに必要な化学的不活性を有しないアルミナのように高温焼成への 周期的な露呈に耐えることができ、それ故、使用について制限された可能性を有 するだけである。 同様な問題が焼成時に未焼結段階からその他のセラミック素子に直面される。 その他の素子は、内燃機関に使用される酸素センサのような、酸化ジルコニウム （ＺｒＯ₂）から作成されたものを含む。 従来技術の問題および欠点を留意し、それ故、本発明の目的は、焼成するのに 必要な時間およびエネルギを減少できるセラミック基礎電子およびその他の素子 を熱処理するための方法を提供すると同時に、素子に採用されるセラミックの化 学的汚染を回避するために相対的に不活性である、素子に接触するための面を提 供することにある。 本発明の別の目的は、相対的に薄い断面を有する一方、高い強度を有しそして 素子を熱処理するときに用いられる温度および条件での熱的周期に耐えることが できる、セラミック基礎電子およびその他の素子を製造するための炉定着具を提 供することにある。 本発明のまた別の目的は、平坦さおよびその他の寸法的なパラメータのための 公差を小さくするように製造できる、セラミック基礎電子およびその他の素子を 製造するための炉定着具を提供することにある。 本発明の更に別の目的は、素子が炉定着具の面に付着するのを解消できそして 炉定着具が長い耐用時間を有することができる、セラミック基礎電子およびその 他の素子を製造するための方法を提供することにある。 本発明の更に別の目的は、定着具の材料の全体量を減少できそして素子を熱処 理できる炉空間量を増大できる、セラミック基礎電子およびその他の素子を製造 するための炉定着具を提供することにある。発明の開示 上述および当業者にとって明らかとなるその他の目的は、一観点において炭化 ケイ素（ＳｉＣ）、キン星石（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）、ムライト（ ３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、安定化（stabilized）ジルコニア、酸化マグネシウム （ＭｇＯ）およびガラス質結合相を含むアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる群から選 択された基体から作成される、セラミック基礎電子素子を支持するように適合さ れた炉定着具を提供することによるセラミック基礎電子素子およびその他の素子 を熱処理する方法に関する本発明で達成される。次いで、ジルコニアまたはマグ ネシアのクラッディング（cladding）層がプラズマ渡金（deposition）により炉 定着具の基体に渡金（deposit）される。熱処理されるセラミック基礎素子はジ ルコニアまたはマグネシア被覆基体に置かれそして素子を熱処理するように所定 の温度に加熱される。 別の観点において、本発明は、炉および、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、キン星石（ ２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、安定 化ジルコニア、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）およびガラス質結合相を含むアルミ ナからなる 群から選択された基体を有する炉定着具からなる、セラミック基礎電子素子を熱 処理するための装置またはシステムに関する。基体はプラズマ渡金されたジルコ ニアまたはマグネシアにより外装（clad）され、そしてジルコニアまたはマグネ シア外装定着具の基体はセラミック基礎素子を焼成のために支持する。 更に別の観点において、本発明はセラミック基礎素子を支持するための上面を 有する基台から構成される、セラミック基礎素子を熱処理するための定着具に関 し、そこにおいて基台は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、キン星石（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂ Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、安定化ジルコニア、酸 化マグネシウム（ＭｇＯ）およびガラス質結合相を含むアルミナからなる群から 選定された基体を有する。基台の基体は少なくともその上面部分にプラズマ渡金 ジルコニアまたはマグネシアの不浸透性頂層により外装される。前記基台の対向 両端部の一対の一体な側部レールは上面に延びそして離間されそして定着具のジ ルコニアまたはマグネシア外装部分上で熱処理されるセラミック基礎電子素子の 幅および高さよりもそれぞれ大きな頂面上の高さを有する。 好適な基体は、基体の約９８重量％よりも多くない量のα-アルミナと、少な くとも約２重量％のケイ素の酸化物或いはアルカリまたはアルカリ土類金属、或 いはそれらの混合物から作成された、２.５４mm（0.100インチ）より小さな薄い 板状体から構成される。クラッディングは、０.００２５４〜０.２５４mm（0.00 01〜0.010インチ）の厚さの安定化立方ジルコニアまたは酸化マグネシウムの平 滑な不浸透性の層により構成されるのが好ましい。図面の簡単な説明 図１は、熱処理のためにセラミック基礎電子素子を支持するジルコニアまたは マグネシア外装炉定着具を採用した本発明の炉装置の側面図である。 図２は、セラミック基礎電子素子を支持する図１のジルコニアまたはマグネシ ア外装炉定着具の斜視図である。 図３ａは、定着具の全ての側のジルコニアまたはマグネシア被覆層を示す図２ の炉定着具の第１実施例の断面図である。 図３ｂは、定着具の上方素子支持面のみのジルコニアまたはマグネシア被覆層 を示す図２の炉定着具の第２実施例の断面図である。 図４は、別体のスペーサレールを用いた、セラミック基礎電子素子を支持する ための別のジルコニアまたはマグネシア外装炉定着具の斜視図である。発明を実施するための態様 本発明が熱処理に用いるためのセラミック基礎素子の最も一般的なタイプは、 典型的に適当な誘電特性を有するセラミックの多層体で作成されるセラミックコ ンデンサのような電子素子であるが、本発明は、前述された電子およびその他の 素子のいかなるタイプのもの並びに本出願の技術背景のところで述べられたセラ ミック材料を製造するのに利用され得る。本発明は、ある種のセラミック基体に 空気中でプラズマ渡金によりジルコニアまたはマグネシアの固体クラッディング 層を付着することによって、セラミック基礎電子素子を熱処理するための改良さ れた、「窯取付具」としても知られる炉定着具が製造され得ることを発見したこ とに基づくものである。このような取付用定着具は、より小さな断面でセラミッ ク素子のより高い強度およびより良好な保護を持ち（その付着および汚染を防止 して）、その結果、炉および素子のより早い加熱上昇率および炉への素子のより 接近した詰め込みを行え、そしてセラミック基礎電子素子を加熱処理するのに必 要な基準エネルギを著しく減少することが判明した。 本発明の目的のために、取付用定着具の材料は、ジルコニアまたはマグネシア 被覆のための基体としては、1）炭化ケイ素（ＳｉＯ）、2）キン星石（２ＭｇＯ・ ２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）、3）ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、4）カルシ ア（calcia）、マグネシア（magnecia）または酸化イットリウムで安定化された ジルコニア、5）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）そして、好ましくは、6）シリカ（ ＳｉＯ₂）および／またはマグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）、一酸化 ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）、酸化鉄（III）（Ｆｅ₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂） 、またはこれらの組合せのようなその他のガラス質酸化物（glassy oxide）の結 合相で結合されたα-アルミナ結晶を有するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が最も好適で あることが判明した。ガラス質結合相を含む好適なアルミナはシリカを含み、そ して、約９８％よりも多くないＡｌ₂Ｏ₃と、少なくとも約２％のシリカおよび／ またはその他の上述した酸化物 との合成物を有し、そしてより好ましくは、９６％のＡｌ₂Ｏ₃と２.５〜３.０％ ＳｉＯ₂の混合物を有する（特に挙げられない限り、ここに掲げた合成物の割合 は全体に対する重量パーセントである）。好適なアルミナ基体合成物におけるシ リカの２５％までのより大きな量は、本発明の製造時、作動時および使用時にお いてその他の不利な効果を伴うことなく、プラズマ渡金ジルコニアまたはマグネ シアを備えた良好な結合を与えることが示された。加えて、ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）は、本発明の取付用定着具のための基体材料としても用いられまた「ＺＴＡ 」としても知られるジルコニア強化アルミナを供給するように、構成成分として ガラス質結合相を含む好適なアルミナに加えることもできる。非安定化ジルコニ アを加えることは、与えられる熱的周期における衝撃に抵抗するための強さを提 供する。 取付用定着具を製造するための方法は未加工セラミックの型成形、粉末ロール 圧縮、テープ成形、スリップ成形または所定の板状形状への押出を含み、次いで 前述されたように、これらの材料を焼成する。前述したこれらの定着具の基体材 料は総体的に強度、基台部分の厚さが２.５４mm（0.100インチ）以下、好ましく は、１.０１６〜１.５２４mm（0.040〜0.060インチ）で、１０１.６〜１５２.４ mm（４〜６インチ）の長さおよび幅の電子素子のための熱的衝撃抵抗プラットフ ォームを提供する。積み重ねおよびスペーサで分離されたとき、これらの相対的 に薄い板状体はセラミック基礎電子製品自体にとって炉内に適用可能な量を最大 限に増加し、０.６３５mm（0.025インチ）およびそれ以上の厚さを有することが できる。当然のことながら、特殊な適用を所望する場合、定着具板状体は従来技 術において用いられているより大きな厚さ、典型的に１２.７mm（0.500インチ） までのものを製造して用いることもできる。しかしながら、２.５４mm（0.100イ ンチ）以上、１０.１６mm（0.400インチ）までまたはそれ以上の厚さを必要とさ れそして高多孔性および粗面を有する従来使用されていたジルコニアの単一の板 状体と異なり、本発明で用いられる基体板状体は相対的に緻密で平滑な面を有し 、そして薄く、大きな板状体で用いるのに機械的に好適である。 前述した定着具の基体材料への被覆またはクラッディングとしてプラズマ溶射 （spray）されるジルコニアは、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）、 酸化 イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、酸化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）およびＣｅ₂Ｏ₃のような酸 化安定剤を加えることにより立方基質（cubic matrix）に安定化されるのが好ま しい。プラズマ渡金されるジルコニアはマグネシアで安定化されるのが好ましく 、そしてカルシアおよび／または酸化イットリウムで安定化されたジルコニアが また特に有効であると考えられているにもかかわらず、約７６％のＺｒＯ₂（非 安定化）と２４％のＭｇＯの組成を有する。ジルコニアがジルコニア基体（前述 のように製造される）にプラズマ溶射される場合、ジルコニア被覆は、渡金され たように、その実質的に増加された密度およびより平滑な面により基体と対照的 である。ジルコニアの好適な粒子寸法は米国メッシュ（U.S．Mesh）１４０〜３ ２５であるが、その他の粒子寸法は異なった適用装置で利用できる。指摘される ように、安定化ジルコニウムは、その他の産業において用いられている周知の方 法であるプラズマ渡金によりセラミック炉取付用定着具基体に渡金される。プラ ズマ渡金は空気中或いは保護または不活性雰囲気中で行われる。プラズマ溶射渡 金を行う前に、固体ジルコニア層の付着力および結合性（bounding）を増大する ために基体の表面を洗浄および粗面化するように基体の表面をグリットブラスト によって準備するのが好ましい。プラズマ渡金は搬送ガスをイオン化し、ジルコ ニア粉末を加えそして周知のプラズマ銃によって所定の通過および供給率で所要 の厚さまで適用することにより行われる。０.６３５mm（0.025インチ）までまた はそれ以上のような、いかなる厚さのジルコニアも利用し得るが、典型的にジル コニア頂部被覆層は約０.００２５４mm（約0.0001インチ）から約０.２５４mm（ 約0.0100インチ）の範囲であり、好ましくは約０.０１２７mm（約0.0005インチ ）から約０.８８９〜０.１０１６mm（約0.035〜0.0040インチ）、最も好ましく は約０.０３８１mm（約0.0015インチ）である。渡金すると、好適に安定化され たジルコニアは、セラミック素子に接触することになる定着具の基体材料の所望 の領域に、薄くしかも固体で、平滑な、本質的に細孔のない、不浸透性被覆を付 与する。相対的に不活性なジルコニア・クラッディングは、シリカ、キン星石、 ムライトおよび適当なアルミナ基体から電子素子の汚染を防止するのに特に有効 である。平滑さを追加するために、表面はプラズマ渡金の後に微小な研摩剤で磨 かれる。 マグネシアはジルコニアについて説明したのと同様な方法でプラズマ渡金によ り適用され得る。ここで用いられるように、クラッディングとしての「マグネシ ア」は化合物の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）だけでなく、尖晶石、ＭｇＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃またはＭｇＡｌ₂Ｏ₄として知られる酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とアルミナ （Ａｌ₂Ｏ₃）間の固体状態の反応物を含む。尖晶石は広い範囲のＭｇＯ Ａｌ₂Ｏ₃ 比率について調節できるが、１：３の重量比が好ましい。好適な粉末状態にお ける酸化マグネシウム（ＭｇＯ）約８％までの酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）を含 み、そして少しまたはほんの少しのＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏまた は商業的に適用可能な製品に与えられるようなその他の化合物を含み得る。同様 なクラッディング層の厚さは、薄く、固体で、平滑および不浸透性の被覆を生じ るように、最も好ましくは約０.０７６２〜０.２５４mm（約0.003〜0.010インチ ）の範囲で渡金され得る。例えば、マグネシアが酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基 体に適用されるところでは、プラズマ渡金被覆は基体に製造されるよりもより大 きな密度および不浸透性と、より少ない不純物を有する。 本発明により提供される方法および装置は従来技術との比較に立つもので、そ こにおいて非安定化または本質的に純粋なジルコニアまたはアルミナ粉は、炉定 着具について前述された単一のセラミック材料の面を乾燥状態かまたは水洗いし て適用されていた。このような従来技術において、ジルコニアまたはアルミナ粉 末は炉定着具の強度または特性に何も加えることなく、そして常に使用後に再度 適用することが必要であった。 作業時には、セラミック基礎電子またはその他の素子は典型的に、本発明の方 法により製造される定着具のジルコニアまたはマグネシア外装面に単一高さで離 間される。これらの定着具は次いで、定着具または分離部品に一体なレールであ り得るスペーサを用いて相互に積み重ねられる。好ましくは、スペーサ自体は、 隣接する部品間の付着を減らすためにジルコニアまたはマグネシアで外装される 。積み重ねられた素子は次いで、炉の内部に置かれそして所要時間、焼成温度に 加熱される。セラミック素子を焼成するのに用いられる約１０００℃〜１７００ ℃の熱処理温度は、ときには特定のセラミックのガラス質化範囲内であるが、素 子が実質的に溶融されることになる温度より低い。ガラス質結合相を有するア ルミナの基体の相対的に薄いプラズマ渡金ジルコニアまたはマグネシア層の特定 の組合せは、取付用定着具として同じ厚さのジルコニアまたはマグネシアが用い られる場合よりも非常に早い加熱率を生じる。ここに述べられた厚さでは、ガラ ス質結合相を有するアルミナのジルコニア被覆基体は、同様な厚さの単一ジルコ ニア板状体の場合よりも約１４倍高い加熱率を有する。１.５２４mm（0.060イン チ）の厚さのジルコニア外装アルミナ板状体を６.０９６mm（0.240インチ）の厚 さの従来のジルコニアの板状体に置き換えると、加熱率は２００倍以上より早く なる。 相対的に厚い部分を用いた単一ジルコニアのような従来の定着具は良好な熱的 衝撃抵抗を有し、多孔性が割れの増殖を阻止するのに部分的に寄与すると考えら れているが、本発明の定着具基体として好適なガラス質結合相を含むアルミナは この観点において、典型的により薄い（１.５２４mm（0.060インチ））断面およ びより高い密度を有するにもかかわらず、同等またはより良好な特性を有すると 考えられる。更に、本発明に用いられる基体へのプラズマ渡金ジルコニアまたは マグネシアの結合は非常に強く、それによりジルコニアまたはマグネシア外装定 着具の長い耐用時間を期待できる。理論通りに結合する必要はないが、本発明の 好適な化合物のα-アルミナ結晶の境界に薄いガラス質層が現れることは高い熱 的衝撃抵抗に寄与し、そしてジルコニアまたはマグネシア被覆とアルミナ基体の 間の熱的に引き起こされる境界歪は実際上の事項として無視できると考えられる 。加えて、ガラス質結合相を含むアルミナのこれらの特色はジルコニアまたはマ グネシア層とアルミナ基体の間のより強力な結合を生じると考えられる。ジルコ ニアの結合強度は固体状態拡散がジルコニア／基体境界に沿って期待されるので 倍以上増強されることが予期される。包括的に構造群：ＸＹ₂Ｏ₄として表され、 そしてより一般的には、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃（または、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）として知ら れる尖晶石の可能な存在はここに述べられる本発明の有利な特色に貢献すると考 えられる。 図面、必ずしも縮尺して示されていない、を参照すると、図１は、熱処理のた めにセラミック基礎素子を支持したジルコニア外装炉定着具を用いた本発明の炉 装置の側面図である。炉１０は熱的に絶縁されたライニング１１と、多量の定着 具および素子を支持するためのいずれかの所望の耐火性材料の基台板１２を有す る。一体な側部レール１６を有する複数のジルコニアまたはマグネシア外装定着 具または取付具１４が炉１０内に相互に積み重ねられる。定着具の上方支持面１ ８の上には複数のセラミック基礎電子素子２０が配置され、素子２０は、レール １６のより高い高さによって、相互間および上方の定着具の下方面との接触を防 止するように上方および側方に十分な空間を有する。各定着具１４の少なくとも 平坦な上方支持面１８は、前述したタイプの定着具基体材料による素子２０の化 学的汚染を防止するためにジルコニアまたはマグネシア外装である。図２により 明瞭に示されるように、定着具１４の支持面の厚さ「ａ」は、最大限の加熱効果 のために、炉の一定の内部容量に含まれる素子２０ａおよび２０ｂの量を最大に するように、最小、好ましくは２.５４mm（0.100インチ）以下、より好ましくは １.０１６〜１.５２４mm（0.040〜0.060インチ）、に保持される。典型的な幅お よび深さ寸法、１０１.６〜１５２.４mm（４〜６インチ）程度、の定着具はこの 薄い部分に定着具の平坦部を作成することが重要である。 定着具１４の断面図が図３ａおよび３ｂに示されている。図３ａにおいて、ジ ルコニアまたはマグネシア２２ａは定着具の支持面１８ａとその他のすべての側 部に渡金されて示されており、これに対し図３ｂではジルコニアまたはマグネシ ア２２ｂは支持面１８ｂだけに渡金され、残りの側部は定着具基台材料が露出し たままで示されている。最大の性能および寿命のためには、定着具基台の全ての 側部はジルコニアまたはマグネシア外装であるべきである。 炉定着具の互換性ある形状が図４に描写されており、そこにおいて平坦で、矩 形の、ジルコニアまたはマグネシア外装定着具板状体２４が素子２０ａおよび２ ０ｂをその支持面１８に支持している。板状体２４は、定着具の隣接段を分離し て支持するように、６.３５mm（0.250インチ）の厚さの分離レールまたはスペー サ２６を用いている。セラミック基礎電子素子は総体的に６.３５mm（0.250イン チ）以下の厚さを有するが、より大きな素子のためにはより厚いスペーサまたは レールを使用し得る。図２および４に示されたタイプの定着具は、４５７.２mm ×４５７.２mm×４５７.２mm（18インチ×18インチ×18インチ）の内部寸法を有 する典型的な炉に３０〜５０段まで積み重ねられ得る。 実施例 本発明の非限定的な実施例として、シリカ含有アルミナから構成された炉定着 具基台、または「取付け具」、は次のような典型的な化学的組成を有する（重量 パーセントで示す）。 Ａｌ₂Ｏ₃ ９６ ＳｉＯ₂ ２.５〜３.０ ＭｇＯ ０.７５〜１.０ ＣａＯ ０.１０〜０.２５ Ｎａ₂Ｏ ０.０５〜最大値０.１０ Ｆｅ₂Ｏ₃ ０.０３〜０.０５ ＺｒＯ₂ ０−０.０５ このアルミナはα-アルミナ結晶間にガラス質結合相を有しそして鋳型成形ま たは押出成形によって１１４.３×１１４.３mm（4.5×4.5インチ）の大きさで、 １.５２４mm（0.060インチ）の厚さに作成される。取付具の面は次いで、平坦な つや消し仕上げを得るように、ジルコニア被覆のための良好な結合特性を与える ように端縁領域に集中して、２２０番の酸化アルミニウムグリットを用いて、約 ４.５７から４.９２kg／cm²（65から70psi）の空気圧力で、１０１.６から１２ ７mm（４から５インチ）の吹付間隔で、９０°の角度でグリットブラストされる 。薄層との接触を回避して、次いで取付具はジルコニア粉末のブラズマ渡金のた めに準備され、それは、更なる保護処置を取ることなく最良の結果を得るために 、面準備を２時間以内に遂行すべきである。 用いられるジルコニア粉末はマグネシアで、すなわちＺｒＯ₂が７６％とＭｇ Ｏが２４％の化合物を用いて、安定化される。プラズマ被覆を適用するために、 メトコ（Metco）プラズマシステムが用いられ、そこにおいてジルコニア粉末は 約７６.７℃±１３.９℃（170°Ｆ±25°Ｆ）に予熱しそし１５分間撹拌するこ とにより乾燥される。渡金中、取付具はターンテーブルに取り付けられて回転さ れる。プラズマ溶射が１０００kｗ（直流７０Ｖ，５００Ａ）の電力で、ゲージ 圧力約７.０３kg／cm²（100psig）の圧力および約２.２６８kg／時（５pph）の 供給率で大気中で行われる。安定化ジルコニアは１回の高エネルギープラズマ溶 射 により約０.０３８１mm（約0.0015インチ）、０.０２５４〜０.０８８９mm（0.0 01〜0.0035インチ）の範囲内、の単一厚さに渡金される。プラズマ被覆アルミナ 基体は次いで、平滑な仕上げを行うように２００グリット（200grit）のサンド ペーパーを用いて軽く磨かれる。 次いで、プラズマ被覆されたジルコニア外装アルミナ取付具にセラミック基礎 電子素子が置かれ、そして周知の熱処理炉に入れられて空気中で２時間、１１０ ０〜１４００℃に加熱される。 同様に、マグネシア粉末の前述の化合物を用いたマグネシア外装取付具も使用 できそして上述と同様な方法でセラミック基礎素子を加熱するのに用いられ得る 。 アルミナまたはその他の基体の炉定着具へ仕上げプラズマ溶射されたジルコニ アまたはマグネシア被覆は、セラミック基礎素子の移動および付着の問題の排除 または軽減間の時間延長を許容する反応および汚染に対するジルコニアまたはマ グネシア・クラッディング層の抵抗により、使用者が利益を受けるのを可能にす る。本発明のシステムは試験されそして多くの電子および非電子素子のための信 頼性を改善された。ジルコニア・クラッディングは、フェライト、ニッケル・マン ガネイト（ＮｉＯ・ＭｎＯ₂）、ジルコニアおよび酸化イットリウムセラミック素 子を焼成するときに特に有効であることが解った。チタン酸塩は鋭敏な（sensit ive）チタン酸バリウムおよびチタン酸マグネシウム電子素子を含む。マグネシ ア・クラッディングは鉛化合物（例えば、酸化鉛、非酸化鉛、チタン酸ジルコニ ウム鉛、チタン酸鉛、リード・メタニオベイト）、酸化鉄化合物（例えば、Ｚｎ および／またはＭｎとの混合物または化合物を含む非磁性化合物）およびベリリ ウム化合物（例えば、ＢｅＯ）を焼成するのに効果的である。合成のジルコニア またはマグネシア外装基体のより薄い断面は単一のジルコニアまたはマグネシア を有するよりも増大された炉容積のためにより大きな平坦性を有して用いられる 。単一のジルコニアまたはマグネシアに比較すると、下方の塊全体と組み合わさ れるアルミナ本体の増大された熱伝導性が焼成温度へのより早い昇温および降温 を生じる。 かくして、上述の説明から明らかとなった目的を含む前述の目的は効果的に達 成されることが理解されそして、上述の構成において本発明の主旨および範囲か ら逸脱することなしにある種の変更が行われ得るので、上述の説明に含まれまた は添付図面に示された全ての事項は例示として解釈されるべきであり限定を意図 するものではない。 本発明は最も実際的でありそして好適な実施例を考慮に入れて示されかつ説明 されたが、本発明の主旨および範囲内となる多くの変更が本発明の主旨および範 囲内で可能であり、それ故、添付の請求の範囲は同等物の全範囲に権利を与えら れるものであることに留意されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/08 7308−4Ｇ Ｃ０４Ｂ 35/64 Ｊ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ホリガン、ジェームズ ディー アメリカ合衆国 コネチカット州 06510、 チェシャイア、アレン アベニュー 834

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．チタン酸塩、フェライト、マンガン酸ニッケル、ジルコニア、酸化イットリ ウム、鉛含有化合物、酸化鉄含有化合物およびベリリウム含有化合物からなる群 から選択されたセラミック基礎素子を熱処理する方法であって、次の工程からな ることを特徴とする方法。 ａ）炭化ケイ素（ＳｉＣ）、キン星石（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）、 ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、安定化ジルコニア、酸化マグネシウム（Ｍ ｇＯ）およびガラス質結合相を含むアルミナからなる群から選択されそしてプラ ズマ渡金されたジルコニアまたはマグネシアの頂部クラッディング層を少なくと もその面の一部に渡金されて有する基体により構成される、セラミック基礎電子 素子を支持するように適合された炉定着具を準備する工程と、 ｂ）前記セラミック基礎素子を準備する工程と、 ｃ）該セラミック基礎素子を前記基体のジルコニアまたはマグネシア被覆部分 に置く工程と、 ｄ）セラミック基礎素子を熱処理するように該セラミック基礎電子素子および ジルコニアまたはマグネシア外装基体を所定の温度で焼成する工程。 ２．前記基体は少なくともその面の一部にブラズマ渡金ジルコニアの頂部クラッ ディング層を渡金されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．前記基体は該基体の約９８重量％よりも多くない量のアルミナと少なくとも 約２重量％のケイ素の酸化物或いはアルカリまたはアルカリ土類金属、或いはそ れらの混合物から構成されることを特徴とする請求項２記載の方法。 ４．前記基体は炭化ケイ素（ＳｉＣ）により構成されることを特徴とする請求項 ２記載の方法。 ５．前記基体は安定化ジルコニアまたは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）により構成 されることを特徴とする請求項２記載の方法。 ６．前記基体はキン星石（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）により構成される ことを特徴とする請求項２記載の方法。 ７．前記基体はムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）により構成されることを特徴 とする請求項２記載の方法。 ８．前記基体は少なくともその面の一部にブラズマ渡金マグネシアの頂部クラッ ディング層を渡金されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ９．前記基体は該基体の約９８重量％よりも多くない量のアルミナと少なくとも 約２重量％のケイ素の酸化物或いはアルカリまたはアルカリ土類金属、或いはそ れらの混合物から構成されることを特徴とする請求項８記載の方法。 10．前記基体は炭化ケイ素（ＳｉＣ）により構成されることを特徴とする請求項 ８記載の方法。 11．前記基体は安定化ジルコニアまたは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）により構成 されることを特徴とする請求項８記載の方法。 12．前記基体はキン星石（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）により構成される ことを特徴とする請求項８記載の方法。 13．前記基体はムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）により構成されることを特徴 とする請求項８記載の方法。 14．炉と、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、キン星石（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂ ）、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、安定化ジルコニア、酸化マグネシウム （ＭｇＯ）およびガラス質結合相を含むアルミナからなる群から選択された基体 を有する、素子を支持するように適合された炉定着具とから構成され、前記基体 は少なくともその表面の一部にプラズマ渡金ジルコニアまたはマグネシアの不浸 透性頂部層を外装され、そして定着具の該ジルコニアまたはマグネシア外装部分 に少なくとも一つのセラミック基礎電子素子が置かれることを特徴とするセラミ ック基礎素子を熱処理するためのシステム。 15．前記ジルコニアまたはマグネシア層は約０.００２５４〜０.２５４mm（約0. 0001〜0.010インチ）の厚さを有することを特徴とする請求項１４記載のシステ ム。 16．前記基体は該基体の約９８重量％よりも多くない量のアルミナと少なくとも 約２重量％のケイ素の酸化物或いはアルカリまたはアルカリ土類金属、或いはそ れらの混合物から構成されることを特徴とする請求項１４記載のシステム。 17．前記基体は炭化ケイ素（ＳｉＣ）により構成されることを特徴とする請求項 １４記載のシステム。 18．前記基体は安定化ジルコニアまたは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）により構成 されることを特徴とする請求項１４記載のシステム。 19．前記基体はキン星石（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）により構成される ことを特徴とする請求項１４記載のシステム。 20．前記基体はムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）により構成されることを特徴 とする請求項１４記載のシステム。 21．前記定着具は約２.５４mm（約0.100インチ）以下の厚さの支持部分を有しそ してジルコニアの厚さは約０.２５４mm（約0.010インチ）以下であることを特徴 とする請求項１４記載のシステム。 22．セラミック基礎素子を支持するための上面を有する基台と、該基台の上面の 対向する両端部に延びる一対の一体な側部レールとにより構成され、前記基台は 炭化ケイ素（ＳｉＣ）、キン星石（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）、ムライ ト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、安定化ジルコニア、酸化マグネシウム（ＭｇＯ） およびガラス質結合相を含むアルミナからなる群から選択された基体を有し、該 基台基体は前記上面の少なくとも一部にプラズマ渡金ジルコニアまたはマグネシ アの不浸透性頂部層により外装され、そして前記側部レールは相互に離間されそ してジルコニアまたはマグネシア外装部分上で熱処理されるセラミック基礎素子 よりも大きな基台の頂面上の高さを有することを特徴とするセラミック基礎素子 を熱処理するための定着具。 23．前記基台の厚さは２.５４mm（0.100インチ）以下であることを特徴とする請 求項２２記載の定着具。 24．前記プラズマ渡金ジルコニアまたはマグネシアの層の厚さは約０.００２５ ４〜０.２５４mm（約0.0001〜0.010インチ）であることを特徴とする請求項２２ 記載の定着具。 25．前記レールもまたプラズマ渡金ジルコニアまたはマグネシアの層で外装され ることを特徴とする請求項２２記載の定着具。 26．前記基体は該基体の約９８重量％よりも多くない量のアルミナと少なくとも 約２重量％のケイ素の酸化物或いはアルカリまたはアルカリ土類金属、或いはそ れらの混合物から構成されることを特徴とする請求項２２記載の定着具。 27．前記基体は炭化ケイ素（ＳｉＣ）により構成されることを特徴とする請求項 ２２記載の定着具。 28．前記基体は安定化ジルコニアまたは酸化マグネシウム（ＭｇＯ）により構成 されることを特徴とする請求項２２記載の定着具。 29．前記基体はキン星石（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）により構成される ことを特徴とする請求項２２記載の定着具。 30．前記基体はムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）により構成されることを特徴 とする請求項２２記載の定着具。 31．前記クラッディング層は実質的にセラミック基礎素子への挿入物でありそし て本質的に安定化ジルコニアからなることを特徴とする請求項２２記載の定着具 。 32．前記クラッディング層は実質的にセラミック基礎素子への挿入物でありそし て本質的に安定化マグネシアからなることを特徴とする請求項２２記載の定着具 。