(57)【要約】【課題】本発明の一実施例によると、本発明は、内部に断熱材が内入された炉本体と、上記炉本体の内部に配置され、セラミック成形体が上部に積載された１つ以上のセッターと、上記セラミック成形体に熱を供給する発熱体と、上記炉本体の内部が均一な温度勾配を維持するように上記セッターの下部または上記発熱体の周辺に配置されるガス供給装置とを含むセラミック製品用焼成炉及びこれを利用した焼成方法を提供する。【解決手段】本発明の実施例によると、焼成炉内部の温度偏差を最小化することによって焼成時に温度勾配の差によるセラミック製品の特性の変化を防止することができるセラミック製品用焼成炉及びこれを利用した焼成方法を提供することができる。【選択図】図１
2011145058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に断熱材が内入された炉本体と、
前記炉本体の内部に配置され、セラミック成形体が上部に積載される１つ以上のセッターと、
前記セラミック成形体に熱を供給する発熱体と、
前記炉本体の内部において、前記セラミック成形体の水平方向における温度勾配が均一に維持されるように前記セッターの下部または前記発熱体の周辺に配置されるガス供給装置と
を含むセラミック製品用焼成炉。
【請求項２】
前記ガス供給装置は、雰囲気ガスまたは冷却ガスを供給することを特徴とする請求項１に記載のセラミック製品用焼成炉。
【請求項３】
前記ガス供給装置は、窒素、水素及び酸素のうちから選択される少なくとも１つのガスを供給することを特徴とする請求項１または２に記載のセラミック製品用焼成炉。
【請求項４】
前記ガス供給装置は、前記炉本体に均一にガスを供給するように所定の間隔で配列されたガス供給孔を具備することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のセラミック製品用焼成炉。
【請求項５】
前記セッターの下部に配置される前記ガス供給装置は、前記セッター及び前記セラミック成形体の支持台の役割をすることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のセラミック製品用焼成炉。
【請求項６】
前記断熱材に配置される排気口をさらに含むことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のセラミック製品用焼成炉。
【請求項７】
内部に断熱材が内入された炉本体を備える段階と、
前記炉本体の内部に１つ以上のセッターを配置する段階と、
前記セッター上にセラミック成形体を積載する段階と、
前記セラミック成形体の周辺に発熱体を配置する段階と、
前記炉本体の内部において、前記セラミック成形体の水平方向における温度勾配が均一に維持されるように、前記セッターの下部または前記発熱体の周辺にガス供給装置を配置する段階と、
前記セラミック成形体を焼成する段階と
を含むセラミック製品用焼成炉を利用した焼成方法。
【請求項８】
前記ガス供給装置は、雰囲気ガスまたは冷却ガスを供給することを特徴とする請求項７に記載のセラミック製品用焼成炉を利用した焼成方法。
【請求項９】
前記ガス供給装置は、窒素、水素及び酸素のうちから選択される少なくとも１つのガスを供給することを特徴とする請求項７または８に記載のセラミック製品用焼成炉を利用した焼成方法。
【請求項１０】
前記ガス供給装置は、前記炉本体に均一にガスを供給するように所定の間隔のガス供給孔を具備することを特徴とする請求項７から９の何れか１項に記載のセラミック製品用焼成炉を利用した焼成方法。
【請求項１１】
前記セッターの下部に配置される前記ガス供給装置は、前記セッター及び前記セラミック成形体の支持台の役割をすることを特徴とする請求項７から１０の何れか１項に記載のセラミック製品用焼成炉を利用した焼成方法。
【請求項１２】
前記断熱材に排気口を配置する段階をさらに含むことを特徴とする請求項７から１１の何れか１項に記載のセラミック製品用焼成炉を利用した焼成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック製品用焼成炉及びこれを利用した焼成方法に関するもので、より具体的には、焼成炉の内部の温度偏差を最小化することによって焼成時の温度勾配の差によるセラミック製品の特性の変化を防止することができるセラミック製品用焼成炉及びこれを利用した焼成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近チップ形態のセラミック部品は、サイズが小さく容量を極大化することができる機種の開発に集中しており、誘電体の厚さや内部電極の厚さが１μｍ以下に減り、積層数が増加している。このようなチップ形態のセラミック部品においては、仮焼または焼成中に多くの欠陥が発生する虞があり、熱処理技術や設備開発の重要性が台頭している。
【０００３】
特に、内部電極の厚さが薄型化されなければならないため、必然的に内部電極に使用される母材の粉末も１００ｎｍ以下の微粒子が必要で、母材粉末のサイズが小さいほど低い温度で酸化が発生したり内部電極が凝固するために連結性が低下する傾向が明らかに発見される。これを抑制するためには、誘電体と内部電極の焼結開始温度を一致させることが重要であり、これを克服するための代表的な方法としては急速昇温を通じた内部電極の焼結遅延方法がある。
【０００４】
現在量産に使用している代表的な焼成炉は、構造によりバッチ型（ｂａｔｃｈ  ｔｙｐｅ）とトンネル型（ｔｕｎｎｅｌ  ｔｙｐｅ）に区分されるが、トンネル型焼成炉は、セラミック成形体を焼成炉の内部に進入させる方法により、さらにプッシュ型（ｐｕｓｈ  ｔｙｐｅ)とロール型（ｒｏｌｌｅｒ  ｔｙｐｅ)に分けられる。
【０００５】
バッチ型焼成炉は多様な焼成条件の具現が可能で、多様なサイズと特性のチップ形態のセラミック部品を焼成するのに有利であるが、急速昇温が制限されるため、チップ形態のセラミック部品の内部電極の構造の安定化が難しいという点がある。反面、トンネル型焼成炉は、一定に発熱する発熱体の間をプッシャー（ｐｕｓｈｅｒ）やロール（ｒｏｌｌｅｒ）によって焼成物が移動して焼成されるため、焼成炉内部の温度と雰囲気の安定性の面において優れているが、多様な焼成条件を具現することが難しいという点がある。チップ形態のセラミック部品の今後の開発方向を見ると、多様な焼成条件の具現が可能なバッチ型焼成炉が有利であり、バッチ型焼成炉の短所である急速昇温能力を改善することが必要である。
【０００６】
一般的にバッチ型焼成炉の発熱体は、円筒型焼成炉の内部の焼成炉の内壁に沿って多数配列されており、焼成物は焼成炉の真ん中に位置し、発熱体と焼成物の距離が多少離れている。発熱体から発生する熱源は、対流や輻射により焼成物に伝達されるが、発熱体と焼成物が多少離れているため、発熱体から発生した熱は主に対流により伝達され、距離によって熱量が減り、輻射方式の熱伝達よりは焼成物に直接熱が伝達されないため急速昇温が難しい。また、焼成炉の内部を囲んでいる断熱材の潜熱により急激な冷却も難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、焼成炉の内部の温度偏差を最小化することによって焼成時の温度勾配の差によるセラミック製品の特性の変化を防止することができるセラミック製品用焼成炉及びこれを利用した焼成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態は、内部に断熱材が内入された炉本体と、上記炉本体の内部に配置され、セラミック成形体が上部に積載された１つ以上のセッターと、上記セラミック成形体に熱を供給する発熱体と、上記炉本体の内部が均一な温度勾配を維持するように上記セッター下部または上記発熱体の周辺に配置されるガス供給装置とを含むセラミック製品用焼成炉を提供する。
【０００９】
ここで、上記ガス供給装置は、雰囲気ガスまたは冷却ガスを供給することができる。
【００１０】
また、上記ガス供給装置は、窒素、水素及び酸素のうちから選択される少なくとも１つのガスを供給することができる。
【００１１】
ここで、上記ガス供給装置は、上記炉本体に均一にガスを供給するように所定の間隔で配列されたガス供給孔を具備することができる。
【００１２】
また、上記セッターの下部に配置される上記ガス供給装置は、上記セッター及び上記セラミック成形体の支持台の役割をすることができる。
【００１３】
そして、上記断熱材の上部に配置される排気口をさらに含むことができる。
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明の他の実施形態は、内部に断熱材が内入された炉本体を備える段階と、上記炉本体の内部に１つ以上のセッターを配置する段階と、上記セッター上にセラミック成形体を積載する段階と、上記セラミック成形体の周辺に発熱体を配置する段階と、上記炉本体の内部が均一な温度勾配を維持するように、上記セッターの下部または上記発熱体の周辺にガス供給装置を配置する段階と、上記セラミック成形体を焼成する段階とを含むセラミック製品用焼成炉を利用した焼成方法を提供する。
【００１５】
ここで、上記ガス供給装置は、雰囲気ガスまたは冷却ガスを供給することができる。
【００１６】
また、上記ガス供給装置は、窒素、水素及び酸素のうちから選択される少なくとも１つのガスを供給することができる。
【００１７】
ここで、上記ガス供給装置は、上記炉本体に均一にガスを供給するように所定の間隔のガス供給孔を具備することができる。
【００１８】
また、上記セッターの下部に配置される上記ガス供給装置は、上記セッター及び上記セラミック成形体の支持台の役割をすることができる。
【００１９】
そして、上記断熱材の上部に排気口を配置する段階をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、焼成炉の内部の温度偏差を最小化することによって、焼成時の温度勾配の差によるセラミック製品の特性の変化を防止することができるセラミック製品用焼成炉及びこれを利用した焼成方法を提供することができる。
【００２１】
また、焼成炉内の円滑な熱源の供給と冷却によって均一な温度勾配を維持することができるため、焼成時に物理的、化学的な結合をせずに、金属焼成と同時に残留結晶相が形成されない単結晶セラミック製品の製作が可能であるため、誘電定数、非抵抗、キャパシタ等に誤差が少ない、即ち優れた電気的特性を有するセラミック製品とそのモジュール製作も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例によるセラミック製品用焼成炉を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例によるセラミック製品用焼成炉を利用したセラミック製品の焼成工程を概略的に示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００２４】
しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は当業界において平均的な知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における要素の形状及びサイズ等はより明確な説明のために誇張されることもあり、図面上の同一の符号で表示される要素は同一の要素である。
【００２５】
以下では図１を参照し、本発明の一実施例による焼成炉について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施例によるセラミック製品用焼成炉を概略的に示す断面図である。
【００２７】
本発明の一実施例によるセラミック製品用焼成炉１は、内部に断熱材１１が内入された炉本体１０と、上記炉本体１０の内部に配置され、セラミック成形体Ｃが上部に積載されたセッターＳと、上記セラミック成形体Ｃに熱を供給する発熱体１３と、上記炉本体１０の内部において、セラミック成形体Ｃの水平方向における温度勾配が均一に維持されるように上記セッターＳの下部または上記発熱体１３の周辺に配置されるガス供給装置１５を含んで構成される。また、セラミック製品用焼成炉１は、上記断熱材１１の上部に配置される排気口１７をさらに含んで構成されることもできる。
【００２８】
上記断熱材１１は、壁体がアルミナ系セラミック繊維製ボードで構成され、底体はムライト耐火物の耐火断熱材で構成され、上記断熱材１１の壁体を貫通して多数の発熱体１３が結合されることにより密閉されたチャンバー型の断熱材１１の内部が発熱体１３の加熱により８００℃〜１７００℃内外の温度に昇温される。ここで、断熱材１１を構成する物質はこれに限定されるものではない。
【００２９】
また、上記断熱材１１の下部にはセラミック成形体Ｃが上部に積載されたセッターＳが配置されており、上記断熱材１１の上部のセラミック成形体Ｃ上には排気口１７が配置され焼成中に発生した有機物を含んだバインダー及びその他不純物を外部に排出する。本実施例では排気口１７が上部に配置されたものを一例としたが、排気口１７の位置はこれに限定されるものではなく、使用者の必要に応じて多様に設計されることができる。  
【００３０】
ここで、上記セッターＳの下部または上記発熱体１３の周辺にはガス供給装置１５が配置される。上記ガス供給装置１５は、上記炉本体１０に均一にガスを供給するように所定の間隔で配列されたガス供給孔１５ａを具備している。
【００３１】
上記ガス供給装置１５は、雰囲気ガスまたは冷却ガスを供給するが、窒素、水素及び酸素のうちから選択される少なくとも１つのガスを供給することができる。
【００３２】
ここで、上記セッターＳの下部に配置されるガス供給装置１５は、セッターＳとセラミック成形体Ｃを安定して支持する支持台の役割及び発熱体１３から供給される熱を冷却する役割をすることができる。
【００３３】
また、上記発熱体１３の周辺に配置されるガス供給装置１５は、発熱体１３から供給される熱を冷却する役割をすることができる。
【００３４】
発熱体１３が近接配置されたセラミック成形体Ｃは、発熱体１３が相対的に離れて配置されたセラミック成形体Ｃに比べて、焼成収縮開始が早く発生し、発熱体１３が相対的に離れて配置されたセラミック成形体Ｃとの焼成収縮開始が不均衡に発生することによって、セラミック成形体Ｃに曲がり、歪みまたはクラック等の様々な変形が発生することがある。
【００３５】
このような問題を解決するために、発熱体１３との距離に関係なく焼成収縮  開始温度を一致させることが重要であり、焼成収縮開始温度を一致させるための代表的な方法が急速昇温方法である。
【００３６】
上述したように、一般的なバッチ型焼成炉の発熱体は円筒型焼成炉の内部の炉壁に沿って多数配列されており、焼成物は焼成炉の真ん中に位置し発熱体と焼成物の距離が多少離れている。この時、発熱体から発生する熱源は、対流や輻射により焼成物に伝達されるが、発熱体と焼成物が多少離れているため、発熱体から発生した熱は主に対流により伝達され、距離によって熱量が減り、輻射方式の熱伝達よりは焼成物に直接熱が伝達されないため急速昇温が難しい。一般的なバッチ型焼成炉は、２０℃／ｍｉｎ程度の昇温速度（ｈｅａｔｉｎｇ  ｒａｔｅ）を有する。また、焼成炉の内部を囲んでいる断熱材の潜熱により急激な冷却も難しい。
【００３７】
これとは異なり、本発明の実施例の多層に配列されたセッターＳの下部または発熱体１３の周辺にはガス供給装置１５が配列され、炉本体１０の内部において、セラミック成形体Ｃの水平方向における温度勾配が均一に維持できることによって上記のような焼成収縮開始の不均衡を補完することができ、これによりセラミック成形体Ｃに発生し得る上記のような変形を防止することができる。
【００３８】
炉本体１０に多数の発熱体１３を一定の間隔で狭く配列し、発熱体１３の間にセッターＳを置いてセラミック成形体ＣをセッターＳの上に位置させ、発熱体１３の発熱がセラミック成形体Ｃに直接伝達されるように設計される焼成炉構造は、発熱体１３から発生する熱が直接セラミック成形体Ｃに伝達され急速昇温に有利である。本発明の実施例による焼成炉１は、１００℃／ｍｉｎ以上の昇温速度を有する。また、ガス供給装置１５を配列することによって必要に応じて急激冷却が可能なため、更なる冷却装置も不要である。そして、発熱体１３とセッターＳが一定の間隔を維持できることにより発熱体１３とセッターＳの間の反応を減らすことができるようになり、発熱体１３及びセッターＳの耐久性を向上させることができる効果もある。また、ガス供給装置１５はセッターＳとセラミック成形体Ｃの安定した支持台の役割も行うことができる。
【００３９】
以下では図１及び図２を参照し、本発明の一実施例によるセラミック製品用焼成炉を利用したセラミック製品の焼成工程について説明する。
【００４０】
図１は、本発明の一実施例によるセラミック製品用焼成炉を概略的に示す断面図であり、図２は本発明の一実施例によるセラミック製品用焼成炉を利用したセラミック製品の焼成工程を概略的に示す流れ図である。
【００４１】
本発明の一実施例によるセラミック製品用焼成炉１を利用したセラミック製品の焼成方法は、内部に断熱材１１が内入された炉本体１０を備える段階（Ｓ１）と、上記炉本体１０の内部にセッターＳを配置する段階（Ｓ２）と、上記セッターＳ上にセラミック成形体Ｃを積載する段階（Ｓ３）と、上記セラミック成形体Ｃの周辺に発熱体１３を配置する段階（Ｓ４）と、上記炉本体１０の内部において、セラミック成形体Ｃの水平方向における温度勾配が均一に維持されるように上記セッターＳの下部または上記発熱体１３の周辺にガス供給装置１５を配置する段階（Ｓ５）と、上記セラミック成形体Ｃを焼成する段階（Ｓ６）とを含む。また、セラミック製品用焼成炉１を利用したセラミック製品の焼成方法は上記断熱材１１の上部に排気口１７を配置する段階をさらに含むこともできる。
【００４２】
先ず、壁体がアルミナ系セラミック繊維製ボードで構成され、底体はムライト耐火物の耐火断熱材で構成された断熱材１１が内入された炉本体１０を備える。ここで、断熱材１１を構成する物質はこれに限定されるものではない。
【００４３】
多数の発熱体１３が断熱材１１の壁体を貫通して結合されることにより密閉されたチャンバー型の断熱材１１の内部は発熱体１３の加熱により８００℃〜１７００℃内外の温度に昇温される。
【００４４】
次に、上記炉本体１０の内部にセッターＳを配置し、上記セッターＳ上にセラミック成形体Ｃを積載する。この時、セッターＳは必要に応じて多層に配置される。
【００４５】
また、上記断熱材１１の上部のセラミック成形体Ｃ上には、排気口１７を配置し、焼成中に発生した有機物を含んだバインダー及びその他不純物を外部に排出させる。
【００４６】
次に、上記セッターＳの下部または上記発熱体１３の周辺にガス供給装置１５を配置させる。上記ガス供給装置１５は、上記炉本体１０に均一にガスを供給するように所定の間隔で配列されたガス供給孔１５ａを具備している。
【００４７】
上記ガス供給装置１５は、雰囲気ガスまたは冷却ガスを供給するが、窒素、水素及び酸素のうちから選択される少なくとも１つのガスを供給することができる。
【００４８】
ここで、上記セッターＳの下部に配置されるガス供給装置１５は、セッターＳとセラミック成形体Ｃを安定して支持する支持台の役割及び発熱体１３から供給される熱を冷却する役割をすることができる。
【００４９】
また、上記発熱体１３の周辺に配置されるガス供給装置１５は、発熱体１３から供給される熱を冷却する役割をすることができる。
【００５０】
最後に、セラミック成形体Ｃを焼成する。焼成時、上記排気口１７を通じて上記断熱材１１の内部に活性ガスをリフローし、上記焼成段階を活性化することもできる。
【００５１】
発熱体１３が近接配置されたセラミック成形体Ｃは、発熱体１３が相対的に離れて配置されたセラミック成形体Ｃに比べ、焼成収縮開始が早く発生し、発熱体１３が相対的に離れて配置されたセラミック成形体Ｃとの焼成収縮開始が不均衡に発生することにより、セラミック成形体Ｃに曲がり、歪みまたはクラック等の様々な変形が発生することがある。
【００５２】
このような問題を解決するために、発熱体１３との距離と関係なく焼成収縮開始温度を一致させることが重要であり、焼成収縮開始温度の一致による代表的な方法が急速昇温方法である。
【００５３】
上述したように、一般的なバッチ型焼成炉の発熱体は、円筒型焼成炉の内部の炉壁に沿って多数配列されており、焼成物は焼成炉の真ん中に位置し発熱体と焼成物の距離が多少離れている。この時、発熱体から発生する熱源は対流や輻射により焼成物に伝達されるが、発熱体と焼成物が多少離れているため、発熱体から発生した熱は主に対流により伝達され、距離により熱量が減り、輻射方式の熱伝達よりは焼成物に直接熱が伝達されないため急速昇温が難しい。一般的なバッチ型焼成炉は、２０℃／ｍｉｎ程度の昇温速度を有する。また、焼成炉の内部を囲んでいる断熱材の潜熱により急激な冷却も難しい。
【００５４】
これとは異なり、本発明の実施例の多層に配列されたセッターＳの下部または発熱体１３の周辺にはガス供給装置１５が配列され、炉本体１０の内部において、セラミック成形体Ｃの水平方向における温度勾配が均一に維持できることによって上記のような焼成収縮開始の不均衡を補完することができ、これによりセラミック成形体Ｃに発生し得る上記のような変形を防止することができる。
【００５５】
焼成炉の内部に多数の発熱体１３を一定の間隔で狭く配列し、発熱体１３の間にセッターＳを置いてセラミック成形体ＣをセッターＳ上に位置させ、発熱体１３の発熱がセラミック成形体Ｃに直接伝達されるように設計される焼成炉の構造は、発熱体１３から発生する熱が直接セラミック成形体Ｃに伝達され急速昇温に有利である。本発明の実施例による焼成炉１は、１００℃／ｍｉｎ以上の昇温速度を有する。また、ガス供給装置１５を配列することによって必要に応じて急激冷却が可能であるため、更なる冷却装置も不要である。そして、発熱体１３とセッターＳが一定の間隔を維持できることにより発熱体１３とセッターＳの間の反応を減らすことができるようになり、発熱体１３及びセッターＳの耐久性を向上させることができる効果もある。また、ガス供給装置１５は、セッターＳとセラミック成形体Ｃの安定した支持台の役割も行うことができる。
【００５６】
本発明によると、焼成炉の内部の温度偏差を最小化することによって、焼成時の温度勾配の差によるセラミック製品の特性変化を防止することができるセラミック製品用焼成炉及びこれを利用した焼成方法を提供することができる。
【００５７】
また、焼成炉内の円滑な熱源の供給と冷却によって、均一な温度勾配を維持することができるため、焼成時に物理的、化学的結合をせずに、金属焼成と同時に残留結晶相が形成されない単結晶セラミック製品の製作が可能であるため、誘電定数、非抵抗、キャパシタ等に誤差が少ない、即ち優れた電気的特性を有するセラミック製品とそのモジュール製作も可能である。
【００５８】
大型焼成炉内で多層の大面積厚膜セラミック積層体に対して昇温速度調節も可能であるため、信号線、グラウンド、パワー等のような高周波適用モジュールに対する設計を自由に進行することができるという利点がある。
【００５９】
高精細微細パターンに対する同時焼成が可能であり、薄膜抵抗、インダクタに対するパターン形成が自由で、これにより高周波基板の高集積化も可能である。
【００６０】
そして、脱バインダーと溶媒の除去が容易で、大型基板の上下位置の差に関係なく焼成結晶化及び緻密化が可能であるため、焼成セラミック製品の脱色が無く、高強度セラミック製品の製作が可能である。
【００６１】
本発明は上述した実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、添付の請求範囲により限定する。従って、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【００６２】
１  セラミック製品用焼成炉
１０  炉本体
１１  断熱材
１３  発熱体
１５  ガス供給装置
１５ａ  ガス供給孔
１７  排気口
Ｓ  セッター
Ｃ  セラミック成形体
【図１】
2011145058.tif 000003
【図２】
2011145058.tif 000004