(57)【要約】【課題】充填密度を均一にでき安価なセラミック基板成形体を作製することができる粉末プレス成形装置を提供する。【解決手段】ダイス１４と、下パンチ１５と、上パンチ１６とからなる金型を有すると共に、下パンチ１５の上面と貫通孔１３の壁面とで形成される空間部１７にセラミック造粒粉末１２を充填させるためのフィーダ１８を有し、空間部１７にセラミック造粒粉末１２を充填し、下パンチ１５と上パンチ１６でプレス成形してセラミック基板成形体１１を形成する粉体プレス成形装置１０において、フィーダ１８が底部を開口１９とする箱体からなり、開口１９から空間部１７に投入されたセラミック造粒粉末１２をダイス１４の上面と面一にするための箱体の先端壁底面の内部から押圧体２２を介して押圧され先端壁底面から突出するようにして立設されるすり切り板２３を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板成形体の外形寸法からなる貫通孔を設ける平板状のダイスと、前記貫通孔に下方向から挿入して所定する位置に固定して設けられる下パンチと、前記貫通孔に上方向から上、下稼動自在に挿入、引き抜きできる上パンチとからなる金型を有すると共に、前記貫通孔の途中にまで挿入された状態の前記下パンチの上面と前記貫通孔の壁面とで形成される空間部にセラミック造粒粉末を前記ダイスの上面で摺動させながら充填させるためのフィーダを有し、前記空間部に前記セラミック造粒粉末を充填し、前記下パンチと前記上パンチで前記セラミック造粒粉末をプレス成形してセラミック基板成形体を形成する粉体プレス成形装置において、
前記フィーダが底部を開口とする箱体からなり、前記開口から前記空間部に投入された前記セラミック造粒粉末を前記ダイスの上面と面一にするための前記箱体の先端壁底面の内部から押圧体を介して押圧され前記先端壁底面から突出するようにして立設されるすり切り板を有することを特徴とする粉体プレス成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック基板成形体を焼成してセラミック基板を作製するために、セラミック造粒粉末をプレスしてセラミック基板成形体を形成するための粉体プレス成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々な電子機器や産業用機器等に組み込まれて用いるためのセラミック基板は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の微粉末のセラミック原料粉末を造粒したセラミック造粒粉末を用いて、粉体成形用の金型で様々な形状からなるセラミック基板成形体を形成した後、焼成することで作製している。このセラミック基板成形体は、通常、大きさが数ミクロンで、しかも鋭角な角部をもったセラミック粉末と、バインダー等を水で混合した溶液をスプレードライヤーで乾燥して大きさ８０ミクロン程度の球体顆粒状とするセラミック造粒粉末を用いて形成する場合がある。あるいは、セラミック基板成形体は、セラミック粉末と、バインダー等を溶剤中で混合した溶液をドクターブレード法等でシート状にするセラミックグリーンシートを用いて形成する場合がある。これらのどちらを選択するかは、一般的に、セラミックグリーンシートを用いる場合には、セラミック基板成形体に導体回路を形成し、実装される半導体素子等と電気的に導通状態とすることができるようなパッケージを形成するのに好ましい形態となっている。一方、セラミック造粒粉末を用いる場合には、複雑な形状のセラミック基板成形体絶縁基板や、逆に単純な平板の絶縁基板や、外形が小さく土手幅が狭く深い凹部を有するケース等を形成するのに好ましい形態となっている。このセラミック造粒粉末を用いてセラミック基板成形体を形成する場合には、従来からこれを形成するのに粉末プレス成形装置を用いている。
【０００３】
図３に示すように、従来の粉末プレス成形装置５０は、セラミック基板成形体５１（図４（Ｂ）〜（Ｅ）参照）を、セラミック造粒粉末５２を用いてプレス成形して形成するための装置であって、装置には、ダイス５３、下パンチ５４、及び上パンチ５５からなる成形用の金型を有している。また、従来の粉末プレス成形装置５０は、上記の金型の動きに連動するようにして取り付けられ、金型にセラミック造粒粉末５２を供給するためのフィーダ５６を有している。なお、従来の粉末プレス成形装置５０は、通常、フィーダ５６の先端壁面にセラミック造粒粉末５２をダイス５３と面一にするためのすり切り板５７を取り付けて有している。
【０００４】
ここで、図４（Ａ）〜（Ｅ）を参照しながら、従来の粉末プレス成形装置５０を用いたセラミック基板成形体５１の製造方法を説明する。図４（Ａ）に示すように、上記の粉末プレス成形装置５０では、ダイス５３の中央部に設けるセラミック基板成形体５１の外形寸法からなる貫通孔の壁面と、この貫通孔の中に下方から先端面を露出させて挿入させた下パンチ５４とで形成される空間にセラミック造粒粉末５２を充填している。この空間に充填されるセラミック造粒粉末５２は、底部を開口とするフィーダ５６の外周壁底面をダイス５３上で水平方向に往稼動させてフィーダ５６の開口から落下させている（図４（Ｅ）参照）。これと共に、セラミック造粒粉末５２は、フィーダ５６の先端壁面をダイス５３の上面に当接させながらフィーダ５６を復稼動させている。このフィーダ５６の復稼動によって、ダイス５３の上面から盛り上がっているセラミック造粒粉末５２は、フィーダ５６の先端壁面に取り付けられたすり切り板５７でかきならされながらダイス５３の上面と面一になるようにしている。なお、上パンチ５５は、フィーダ５６が往復稼動する間、フィーダ５６に接触しない位置まで上部に回避している。
【０００５】
次に、図４（Ｂ）に示すように、上パンチ５５は、下降してセラミック造粒粉末５２が充填されているダイス５３の貫通孔中に挿入して、上パンチ５５の先端面と、下パンチ５４の先端面とで加圧することで貫通孔の中にセラミック基板成形体５１を形成している。なお、フィーダ５６は、上パンチ５５が下降している間、この上パンチ５５に接触しない位置まで横の方に回避している。そして、図４（Ｃ）に示すように、ダイス５３の貫通孔中のセラミック基板成形体５１は、上パンチ５５と下パンチ５４で挟み込んだ状態のままで、下パンチ５４の先端面がダイス５３の上面と面一となるまでダイス５３を下降させることでダイス５３から取り出している。なお、フィーダ５６は、ダイス５３が下降している間、上記と同様に、この上パンチ５５に接触しない位置まで横の方に回避している。
【０００６】
次に、図４（Ｄ）に示すように、ダイス５３の貫通孔からセラミック基板成形体５１が取り出されると同時に、上パンチ５５と、ダイス５３は、それぞれ上昇して、上パンチ５５がセラミック基板成形体５１から離れると共に、セラミック基板成形体５１をダイス５３の貫通孔の上周縁で支持して下パンチ５４の先端面から剥離している。なお、セラミック基板成形体５１がダイス５３の貫通孔の上周縁で支持できるのは、セラミック基板成形体５１がダイス５３、上パンチ５５、及び下パンチ５４から解放されて膨張し、寸法が大きくなることで、ダイス５３の中に引き込まれることなくダイス５３の貫通孔の上周縁で支持して載置することができるからである。これと同時にフィーダ５６は、往稼動を開始している。そして、図４（Ｅ）に示すように、フィーダ５６は、先端壁前面でセラミック基板成形体５１を前方に押しだしながら、ダイス５３の貫通孔と下パンチ５４で形成される空間に、底部開口からセラミック造粒粉末５２を落下させている。次に、図示しないが、上記の様にして粉末プレス成形装置５０で形成されたセラミック基板成形体５１は、それぞれのセラミック原料の焼成条件に合わせた焼成温度、焼成雰囲気で焼成することでセラミック基板を作製している。
【０００７】
従来の粉末プレス成形装置には、ダイスの貫通孔と下パンチで形成される空間に、フィーダの底部開口から落下させるセラミック造粒粉末の充填密度を均一にするために、フィーダ内部上方にセラミック造粒粉末を均一に充填すべく加圧機構を設けているものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の粉末プレス成形装置には、セラミック造粒粉末の充填バラツキを低減するために、フィーダの開口形状が円、又は楕円であり、最小半径が得るセラミック基板成形体の外径円半径の１．１〜２．５倍とするものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平６−５９２号公報
【特許文献２】特開平７−１１７０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述したような従来の粉末プレス成形装置は、未だ解決すべき次のような問題がある。
（１）従来の粉末プレス成形装置は、フィーダの先端壁面に真鍮等の金属板からなるすり切り板がネジ締め等で固定して取り付けられるので、すり切り板のダイスとの当接端面に偏磨耗や、すり切り板の当接端面とダイスとの間にセラミック造粒粉末のかみ込みが発生し、セラミック造粒粉末の充填密度が変化してセラミック基板に外形寸法不良や、変形等の不良を発生させている。また、従来の粉末プレス成形装置は、フィーダのダイスとの当接端面の加工や、すり切り板の偏磨耗の修繕加工に費用がかかるので、セラミック基板成形体、ひいてはセラミック基板のコストアップとなっている。
（２）実開平６−５９２号公報で開示される粉末プレス成形装置は、フィーダの動きに連動させる加圧機構の加圧タイミングの取り方が難しい上に、加圧することでセラミック造粒粉末の偏った動きが発生し、逆に充填密度のバラツキが大きくなる。
（３）特開平７−１１７０３８号公報で開示される粉末プレス成形装置は、それぞれのセラミック基板成形体に合わせたフィーダが必要となると共に、セラミック基板成形体の中心と、フィーダの開口中心との位置を正確に合わせる必要があり装置が高価なものになることで、セラミック基板成形体、ひいてはセラミック基板のコストアップとなっている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、充填密度を均一にでき安価なセラミック基板成形体を作製することができる粉末プレス成形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】
【００１０】
前記目的に沿う本発明に係る粉末プレス成形装置は、セラミック基板成形体の外形寸法からなる貫通孔を設ける平板状のダイスと、貫通孔に下方向から挿入して固定して設けられる下パンチと、貫通孔に上方向から上、下稼動自在に挿入、脱去できる上パンチとからなる金型を有すると共に、貫通孔の途中にまで挿入された状態の下パンチの上面と貫通孔の壁面とで形成される空間部にセラミック造粒粉末をダイスの上面で摺動させながら充填させるためのフィーダを有し、空間部にセラミック造粒粉末を充填し、下パンチと上パンチでセラミック造粒粉末をプレス成形してセラミック基板成形体を形成する粉体プレス成形装置において、フィーダが底部を開口とする箱体からなり、開口から空間部に投入されたセラミック造粒粉末をダイスの上面と面一にするための箱体の先端壁底面の内部から押圧体を介して押圧され先端壁底面から突出するようにして立設されるすり切り板を有する。
【発明の効果】
【００１１】
上記本発明の粉末プレス成形装置は、フィーダが底部を開口とする箱体からなり、開口から空間部に投入されたセラミック造粒粉末をダイスの上面と面一にするための箱体の先端壁底面の内部から押圧体を介して押圧され先端壁底面から突出するようにして立設されるすり切り板を有するので、すり切り板の先端がダイスの上面に均一な押圧力で当接して偏磨耗や、セラミック造粒粉末のかみ込みを防止でき、セラミック造粒粉末の充填密度を均一にして焼成後のセラミック基板の外形寸法不良や、変形等の不良が発生するのを防止することができる。また、この粉末プレス成形装置は、作製されるセラミック基板成形体の歩留を向上できると共に、フィーダのダイスとの当接端面の加工や、すり切り板の偏磨耗の修繕加工の必要がないので、セラミック基板成形体、ひいてはセラミック基板のコストアップを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る粉末プレス成形装置の説明図、フィーダを下方側から視た説明図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ同粉末プレス成形装置によるセラミック基板成形体の製造方法の説明図である。
【図３】従来の粉末プレス成形装置の説明図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ同粉末プレス成形装置によるセラミック基板成形体の製造方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための形態について説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る粉末プレス成形装置１０は、セラミック基板成形体１１（図２（Ｂ）〜（Ｅ）参照）を、セラミック造粒粉末１２を用いてプレス成形して形成するための装置である。この粉末プレス成形装置１０は、セラミック基板成形体１１の外形寸法からなる貫通孔１３を設けるダイス１４を有している。また、粉末プレス成形装置１０は、ダイス１４の貫通孔１３に下方向から嵌合させて挿入して所定する位置に固定して設けられる下パンチ１５を有している。更に、粉末プレス成形装置１０は、ダイス１４の貫通孔１３に上方向から上、下稼動自在に嵌合させて挿入、引き抜きできる上パンチ１６を有している。そして、粉末プレス成形装置１０は、ダイス１４、下パンチ１５、及び上パンチ１６とで粉末プレス成形用の金型を構成している。これと共に、この粉末プレス成形装置１０は、貫通孔１３の途中にまで挿入された状態の下パンチ１５の上面と、貫通孔１３の壁面とで形成される空間部１７にセラミック造粒粉末１２をダイス１４の上面で摺動させながら充填させるための真鍮等で形成されたフィーダ１８を有している。そして、粉末プレス成形装置１０では、空間部１７にセラミック造粒粉末１２を充填した後、下パンチ１５と上パンチ１６でセラミック造粒粉末１２をプレス成形してセラミック基板成形体１１が形成されるようになっている。
【００１４】
上記の粉末プレス成形装置１０に用いられるセラミック造粒粉末１２は、大きさが数ミクロン程度の微粉末のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック原料粉末と、バインダー等を水で混合した溶液をスプレードライヤーで乾燥して作製する大きさ８０ミクロン程度の球体顆粒状としたものが用いられている。また、上記の粉末プレス成形装置１０に用いられる金型は、上パンチ１６、下パンチ１５のセラミック造粒粉末１２加圧面部分や、上パンチ１６、下パンチ１５が嵌合して摺動するダイス１４の貫通孔１３壁面部を耐磨耗性の高い超硬合金（ＷＣ：タングステンカーバイト）等で補強したものが用いられている。
【００１５】
上記の粉末プレス成形装置１０に用いられるフィーダ１８は、底部を略四角形状の開口１９とする箱体からなっている。フィーダ１８の上部は、セラミック造粒粉末１２をフィーダ１８内部に導入させる投入口２０となっており、この投入口２０にゴム製ホースや、樹脂製ホース等からなるフレキシブルホース２１が取り付けられている。フレキシブルホース２１を介して投入口２０からフィーダ１８内部に導入されたセラミック造粒粉末１２は、フィーダ１８開口１９から金型の下パンチ１５の上面と、ダイス１４の貫通孔１３の壁面とで形成される空間部１７に投入されるようになっている。そして、空間部１７に投入されたセラミック造粒粉末１２は、ダイス１４の上面と面一になるようにしている。フィーダ１８には、セラミック造粒粉末１２を面一とするために、箱体の先端壁底面の内部からスプリング等で形成される１、又は複数個の押圧体２２を介して押圧され、先端壁底面から突出するようにして立設されるすり切り板２３を有している。このすり切り板２３は、薄平板状のステンレス板等で形成され、押圧体２２の押圧力を常に均等になるようにさせてダイス１４上面に端面を空間部１７でブリッジ状に当接させて摺動してすり切ることで空間部１７に充填されたセラミック造粒粉末１２をダイス１４上面と面一になるようにし、空間部１７内のセラミック造粒粉末１２を精度よく均一充填できるようにしている。上記の押圧体２３は、取り付ける位置を限定するものではないが、通常、すり切り板２３の両端部にそれぞれ設けることで、押圧力を均等にできるようにしている。
【００１６】
なお、上記の粉末プレス成形装置１０は、通常、フィーダ１８の先端壁底面以外の外周壁底面に、フィーダ１８と、ダイス１４との金属どうしの磨耗や、こすれ傷等を防止するためのフェルト等からなるクッション材２４を貼り付けている。また、上記の粉末プレス成形装置１０は、作製されて金型から取り出されたセラミック基板成形体１１をフィーダ１８の先端で正確に押し出すために、フィーダ１８の先端壁前面にゴムや、プラスチック等からなる案内板２５が取り付けられている。
【００１７】
ここで、図２（Ａ）〜（Ｅ）を参照しながら、上記の粉末プレス成形装置１０を用いたセラミック基板成形体１１の製造方法を説明する。
この粉末プレス成形装置１０では、セラミック基板成形体１１を形成するために、例えば、セラミックの一例であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなるセラミック造粒粉末１２が用いられている。そして、上記の粉末プレス成形装置１０で作製されるセラミック基板成形体１１は、高温（例えば、アルミナの場合には、大気中の約１５５０℃程度、窒化アルミニウムの場合には、窒素雰囲気中の約１７００℃程度）で焼成することでセラミック基板が作製されることとなっている。
【００１８】
図２（Ａ）に示すように、この粉末プレス成形装置１０では、ダイス１４の貫通孔１３の途中にまで挿入された状態の下パンチ１５の上面と、貫通孔１３の壁面とで形成される空間部１７にセラミック造粒粉末１２を充填している。この空間部１７には、フィーダ１８をダイス１４上で水平方向に往運動させてフィーダ１８の下部開口１９からセラミック造粒粉末１２を落下させながら山盛りに充填している（図２（Ｅ）参照）。そして、更に、粉末プレス成形装置１０では、フィーダ１８が元の位置に戻る復運動でセラミック造粒粉末１２を、フィーダ１８箱体の先端壁底面の内部から押圧体２２を介して押圧され先端壁底面から突出するようにして立設されてダイス１４の上面に押し付けられているすり切り板２３でかきならすことで、ダイス１４の上面と面一に充填している。
【００１９】
なお、このフィーダ１８による空間へのセラミック造粒粉末１２の充填では、セラミック造粒粉末１２が球体顆粒状の造粒粉末であるので、空間内に安息角でもって流入して充填密度を均一にしながら満たすことができると共に、ダイス１４の上面より盛り上がったセラミック造粒粉末１２をフィーダ１８内に戻しながら押圧体２２で押圧されたすり切り板２３でかきならしてダイス１４の上面と面一にすることができる。また、フィーダ１８が往復運動してダイス１４の空間にセラミック造粒粉末１２を充填する間、上パンチ１６は、フィーダ１８との衝突を回避するために邪魔にならない位置の上部に停止している。
【００２０】
次いで、図２（Ｂ）に示すように、この粉末プレス成形装置１０では、上パンチ１６を下降させてダイス１４の貫通孔１３の壁面に嵌合させながら貫通孔１３の中に挿入させ、空間部１７の中のセラミック造粒粉末１２を上パンチ１６と、不動状態の下パンチ１５で加圧している。そして、粉末プレス成形装置１０では、ダイス１４の貫通孔１３の中にセラミック造粒粉末１２の球体顆粒状の造粒粉末を潰して固めたセラミック基板成形体１１を作製している。なお、フィーダ１８は、上パンチ１６が下降している間、この上パンチ１６に接触しない位置まで横の方に回避している。
【００２１】
次いで、図２（Ｃ）に示すように、この粉末プレス成形装置１０では、下パンチ１５を不動とした状態で、セラミック基板成形体１１を上パンチ１６と、下パンチ１５で挟み込んだままダイス１４の下降を開始させてダイス１４の上面と下パンチ１５の先端面が面一となるまで下降させている。そして、粉末プレス成形装置１０では、セラミック基板成形体１１を上パンチ１６と、下パンチ１５で挟み込んだ状態でダイス１４の貫通孔１３から外部に取りだしている。なお、フィーダ１８は、ダイス１４が下降している間、上記と同様に、この上パンチ１６に接触しない位置まで横の方に回避している。
【００２２】
次いで、図２（Ｄ）に示すように、この粉末プレス成形装置１０では、下パンチ１５を不動のままとした状態で上パンチ１６を上昇させてセラミック基板成形体１１から離れると共に、ダイス１４を上昇させてセラミック基板成形体１１を貫通孔１３の上周縁で支持しながら持ち上げるようにして下パンチ１５から剥離させている。セラミック基板成形体１１は、ダイス１４の貫通孔１３からの解放に加え、上パンチ１６の上昇による上面側の解放と、ダイス１４の上昇による持ち上げでの下パンチ１５からの解放によって、外周部からの拘束が解放されて膨張を発生させることができ、膨張して寸法が若干大きくなる。これによって、セラミック基板成形体１１は、ダイス１４の貫通孔１３の中に引き込まれることなくダイス１４の上周縁に乗せるようにして支持して取り出すことができるようになっている。このセラミック基板成形体１１の膨張は、０．２〜０．５％程度であるのがよく、この適度の膨張によって、ダイス１４の内壁から取り出す途中で破壊させることなく膨張させてセラミック基板成形体１１をダイス１４の上縁に確実に取り出すことができると共に、ダイス１４と、下パンチ１５の間の隙間に落下させることなく確実にフィーダ１８の先端でダイス１４上に押し出すことができる。なお、フィーダ１８は、上記の動きと同時に水平方向に往稼動を開始している。
【００２３】
次いで、図２（Ｅ）に示すように、この粉末プレス成形装置１０では、フィーダ１８が更に往稼動をして先端に設けられている案内板２５を当接させてセラミック基板成形体１１をダイス１４の上面端部側に押し出している。これと共に、ダイス１４は、更に上昇させ、次のセラミック基板成形体１１を形成するための空間部１７をダイス１４の中に形成している。そして、この空間部１７には、フィーダ１８の投入口２０に設けられたフレキシブルホース２１を介して流入するセラミック造粒粉末１２をフィーダ１８の下部に設けられる開口１９から落とし込んで充填している。この後は、図２（Ａ）で説明した状態に戻ることの繰り返しでセラミック基板成形体１１が連続的に作製されるようになっている。
【００２４】
上記のセラミック基板成形体１１は、図示しないが、セラミック造粒粉末１２が例えばアルミナの場合には大気中の約１５５０℃程度の温度で、窒化アルミニウムの場合には窒素雰囲気中の約１７００℃程度の温度で焼成してセラミック基板としている。
【実施例】
【００２５】
本発明者は、本発明に係る粉末プレス成形装置を用いて実施例のセラミック基板成形体と、従来の粉末プレス成形装置を用いて従来例のセラミック基板成形体をそれぞれ作製し、それぞれの１０個について重量を測定してそれぞれのバラツキを比較した。原料は、アルミナからなるセラミック造粒粉末を用いた。また、金型は、その空間部の外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍになるようにして、セラミック造粒粉末が１０ｇ位入る空間部の深さになるように設定した。そして、セラミック造粒粉末を空間部にそれぞれのフィーダで充填した後、プレスして板体からなるセラミック基板成形体を形成した。その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
実施例のセラミック基板成形体は、従来例のセラミック基板成形体より重量バラツキが約５０％減少することが確認でき、常に一定の押圧力を有するすり切り板ですり切ることで寸法に与える影響を小さくして寸法精度を向上させることができることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の粉末プレス成形装置は、寸法精度の高い電子部品用の製品を、メンテナンスを少なくして安価に作製できるできる装置として用いることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０：粉末プレス成形装置、１１：セラミック基板成形体、１２：セラミック造粒粉末、１３：貫通孔、１４：ダイス、１５：下パンチ、１６：上パンチ、１７：空間部、１８：フィーダ、１９：開口、２０：投入口、２１：フレキシブルホース、２２：押圧体、２３：すり切り板、２４：クッション材、２５：案内板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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