(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xを主成分とする粉末を作成する工程と、
未焼成セラミック基板を形成する工程と、
前記未焼成セラミック基板間に、Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xを主成分とする前記粉末を配設して、前記未焼成セラミック基板を所定の段数積み重ねる工程と、
前記未焼成セラミック基板を焼成して焼成後セラミック基板を形成する工程と、
所定の段数積み重ねた前記焼成後セラミック基板相互を、Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xを主成分とする前記粉末を配設した位置で別ける工程と、を備え、
前記Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xのｘの範囲は、−０．１０≦ｘ≦０．０３であること、
を特徴とする、セラミック基板の製造方法。
【請求項２】
Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xを主成分とする粉末と、脱脂時に容易に分解しかつ基板内に残存しない有機バインダと、からなる樹脂シートを作成する工程と、
前記樹脂シートを間に配設して、未焼成セラミック基板を所定の段数積み重ねた未焼成成形体を形成する工程と、
前記未焼成成形体を焼成して、前記未焼成セラミック基板を焼成後セラミック基板に形成する工程と、
所定の段数積み重ねた前記焼成後セラミック基板相互を、前記樹脂シートを配設した位置で別ける工程と、を備え、
前記Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xのｘの範囲は、−０．１０≦ｘ≦０．０３であること、
を特徴とする、セラミック基板の製造方法。
【請求項３】
前記未焼成セラミック基板は、フェライトＹＩＧ原料で成形した基板であること、を特徴とする、請求項１または請求項２に記載のセラミック基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣａＴａＯ系粉を利用したセラミック基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックグリーンシート（例えばＹＩＧシート）を積層して圧着したセラミック基板を焼成する際には、通常、生産性を向上するために、セラミック基板を積み重ねて多段で焼成する。このとき、上下に配置されたセラミック基板間に、難焼結性粉末（例えば、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2またはセラミック基板共材を微粒化したもの）を配設し、焼成後のセラミック基板（以下、「焼成後セラミック基板」と称する）間の固着防止を図ることができる。
【０００３】
もしくは、上下に配置されたセラミック基板間に、難焼結性粉末とバインダとからなる樹脂シートを配設し、焼成後セラミック基板間の固着防止を図ることができる。難焼結性粉末には、例えば、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2またはセラミック基板共材を微粒化したものが用いられる。バインダには、焼成後の脱脂工程時に容易に分解し、かつ、焼成後セラミック基板中に残存しないものが用いられる。
【０００４】
なお、特許文献１には、強誘電体薄膜素子に関する発明ではあるが、本発明の先行技術が記載されている。また、特許文献２にも、熱電対に関する発明ではあるが、本発明の先行技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１０２５８７号公報
【特許文献２】特開２００２−１３９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、多段に配置されたセラミック基板間に、難焼結性粉末または樹脂シートを配設して、セラミック基板を焼成した際、セラミック材料によっては、難焼結性粉末が、若干、セラミック材料と反応する場合があった。これにより、上下に配置されたセラミック基板間の剥離性が低下したり、セラミック基板のセラミックスのグレインサイズ増加が発生したりする。そして、上下に配置されたセラミック基板間の剥離性が低下すると、セラミック基板が欠けたり、割れたりするというおそれがあった。また、セラミック基板のセラミックスのグレインサイズが増加すると、セラミック基板の抗折強度が低下するというおそれがあった。
【０００７】
それゆえに、本発明の目的は、焼成後セラミック基板間の剥離が容易で、セラミック基板のセラミックスのグレインサイズ増加が抑制され、セラミック基板の抗折強度の低下が防止できるセラミック基板の製造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】
本発明は、
Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xを主成分とする粉末を作成する工程と、
未焼成セラミック基板を形成する工程と、
未焼成セラミック基板間に、Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xを主成分とする粉末を配設して、未焼成セラミック基板を所定の段数積み重ねる工程と、
未焼成セラミック基板を焼成して焼成後セラミック基板を形成する工程と、
所定の段数積み重ねた焼成後セラミック基板相互を、Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xを主成分とする粉末を配設した位置で別ける工程と、を備え、
Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xのｘの範囲は、−０．１０≦ｘ≦０．０３であること、
を特徴とする、セラミック基板の製造方法である。
【０００９】
本発明では、焼成後セラミック基板間にＣａＴａＯ系粉が配設されているため、焼成後セラミック基板（焼結体）間の固着がなく、焼成後セラミック基板相互を容易に別けることができる。さらに、焼成後セラミック基板のセラミックスのグレインサイズの増加が抑制される。
【００１０】
また、本発明は、
Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xを主成分とする粉末と、脱脂時に容易に分解しかつ基板内に残存しない有機バインダと、からなる樹脂シートを作成する工程と、
樹脂シートを間に配設して、未焼成セラミック基板を所定の段数積み重ねた未焼成成形体を形成する工程と、
未焼成成形体を焼成して、未焼成セラミック基板を焼成後セラミック基板に形成する工程と、
所定の段数積み重ねた焼成後セラミック基板相互を、樹脂シートを配設した位置で別ける工程と、を備え、
Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xのｘの範囲は、−０．１０≦ｘ≦０．０３であること、
を特徴とする、セラミック基板の製造方法である。
【００１１】
本発明では、焼成後セラミック基板間に、ＣａＴａＯ系粉および有機バインダからなる樹脂シートが配設されているため、焼成後セラミックス基板間にＣａ1-xＴａ4Ｏ11-xが均一に分布して、焼成後セラミック基板相互を、より一層容易に別けることができる。さらに、Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xの均一分布によって、焼成後セラミック基板の反りの増加も防止できる。
【００１２】
また、本発明は、未焼成セラミック基板は、フェライトＹＩＧ原料で成形した基板であること、を特徴とする、請求項１または請求項２に記載のセラミック基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、焼成後セラミック基板間に、ＣａＴａＯ系粉、もしくは、ＣａＴａＯ系粉および有機バインダからなる樹脂シートが配設されているので、焼成後セラミック基板（焼結体）間の固着がなく、焼成後セラミック基板相互を容易に別けることができる。さらに、焼成後セラミック基板のセラミックスのグレインサイズの増加が抑制され、セラミック基板の抗折強度の低下が防止できる。その結果、後工程でのラップ研磨加工や、ビア穴あけ加工でのセラミック基板の割れや欠けが防止できる。
【００１４】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るセラミック基板の製造方法の第１実施形態を示すフローチャートである。
【図２】図１に示したセラミック基板の製造方法を説明するための分解構成図である。
【図３】図２に続くセラミック基板の製造方法を説明するための斜視図である。
【図４】図３に続くセラミック基板の製造方法を説明するための概略構成図である。
【図５】図４に続くセラミック基板の製造方法を説明するための概略構成図である。
【図６】図５に続くセラミック基板の製造方法を説明するための概略構成図である。
【図７】本発明に係るセラミック基板の製造方法の第２実施形態を示すフローチャートである。
【図８】図７に示したセラミック基板の製造方法を説明するための分解構成図である。
【図９】図８に続くセラミック基板の製造方法を説明するための概略構成図である。
【図１０】図９に続くセラミック基板の製造方法を説明するための概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態、図１〜図６）
図１は、本発明に係るセラミック基板の製造方法の第１実施形態を示すフローチャートである。
【００１７】
ステップＳ１で、高純度のＹ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｖ、Ｓｎを含有するフェライトＹＩＧ仮焼原料が作成される。そのフェライトＹＩＧ仮焼原料とバインダと少量の分散剤等は、混合されてスラリーとされる。このスラリーはドクターブレード法によりシート状に成形され、厚みが１５０〜２００μｍのセラミックグリーンシート１２（図２参照）が作成される。
【００１８】
次に、ステップＳ２で、図２に示すように、所定の枚数のセラミックグリーンシート１２が積層、加圧圧着されて未焼成セラミック基板１４（図３参照）が形成される。なお、未焼成セラミック基板１４は、押し出し成形法や粉末プレス成形法など用いて形成してもよい。この後、未焼成セラミック基板１４は、図３に示すように、カット線Ｃに沿って所定のサイズに切り出される。
【００１９】
一方、ステップＳ３では、高純度の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）および酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）が、難焼結性粉末の出発素材として準備され、これらは表１（後出）に示した組成比率で調合され粉末化される。このＣａ1-xＴａ4Ｏ11-xを主成分とする調合粉末は、ボ−ルミルを用いて１６時間湿式混合された後、脱水、乾燥され、１４００〜１５００℃で３時間焼成される。焼成後のＣａ1-xＴａ4Ｏ11-xを主成分とする原料は、さらに、乳鉢で粉砕され、Ｄ５０（積算値５０％の粒度、平均粒径）が５０μｍ程度の微粒粉末（以下、「ＣａＴａＯ系粉末」と称する）とされる。ＣａＴａＯ系粉末は、後述の焼成後セラミック基板１４´相互間の融着を防止する機能を有する。
【００２０】
次に、ステップＳ４で、所定のサイズに切り出された未焼成セラミック基板１４は、サヤ（図示せず）内に並べられると共に、図４に示すように、所定の段数積み重ねられる。このとき、上下に配置された未焼成セラミック基板１４間にＣａＴａＯ系粉末が配設されるように、未焼成セラミック基板１４を一段積み上げる毎に、ＣａＴａＯ系粉末が未焼成セラミック基板１４の表面に均一に振りかけられる。
【００２１】
次に、ステップＳ５で、所定の段数積み重ねられた状態の未焼成セラミック基板１４を収容したサヤは、焼成炉に入れられた後、酸素雰囲気中で焼成される。これにより、未焼成セラミック基板１４は焼成されて、図５に示すように、焼成後セラミック基板１４´が形成される。その後、焼成後セラミック基板１４´はサヤから取り出される。
【００２２】
次に、ステップＳ６で、図６に示すように、所定の段数積み重ねた焼成後セラミック基板１４´相互を、ＣａＴａＯ系粉末を配設した位置で別ける。より具体的には、焼成後セラミック基板１４´が、機械的に（または、作業者の手で）一枚別ける毎に、スキージ１８等を用いて焼成後セラミック基板１４´の表面に振りかけられているＣａＴａＯ系粉末を除去する。
【００２３】
次に、ステップＳ７で、焼成後セラミック基板１４´は、ラップ研磨加工、ビア穴あけ加工などの後加工が実施される。
【００２４】
このようにして得られた焼成後セラミック基板１４´について、基板相互間の剥離性、セラミックスの平均グレインサイズおよび基板の抗析強度を評価した。表１は、評価結果を示す。なお、表１には、従来技術との比較のため、難焼結性粉末として、ＺｒＯ2粉末を用いた場合（試料番号１）およびＴａ2Ｏ5粉末を用いた場合（試料番号２）の評価結果も併せて記載している。基板相互間の剥離性は、ステップＳ６で焼成後セラミック基板１４´相互が固着しておらず、容易に別けることができたか否かで判断し、容易に別けることができた場合は「○」、容易に別けることができなかった場合は「×」とした。セラミックスの平均グレインサイズは、表面ＳＥＭ写真（×１０００倍）でグレインの個数をカウントし、平均グレインサイズを測定した。基板の抗析強度は、焼成後セラミック基板１４´をラップ研磨加工後、約１０００℃でアニールし、ダイサーカット機で幅１０ｍｍの短冊形状にカットし、抗折強度試験機で測定した。
【００２５】
【表１】
0005761003.tif 000002
【００２６】
表１から、難焼結性粉末として、ＺｒＯ2粉末を用いた場合（試料番号１）は、基板相互間の剥離性が悪いことが認められる。また、難焼結性粉末として、Ｔａ2Ｏ5粉末を用いた場合（試料番号２）は、焼成後セラミック基板１４´のセラミックスの平均グレインサイズが２０μｍより大きく、基板の抗析強度が１００Ｎ／ｍ2より小さくなることが認められる。なお、平均グレインサイズが２０μｍより大きくなったり、抗析強度が１００Ｎ／ｍ2より小さくなったりすると、後工程でのラップ研磨加工やビア穴あけ加工の際に、基板の割れや欠けが著しく増加することがわかっている。
【００２７】
これに対して、難焼結性粉末としてＣａＴａＯ系粉末を用いた場合、Ｃａ含有量において、ＣａＴａＯ系粉末の組成式Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xのｘの範囲が、−０．１０≦ｘ≦０．０３である場合（試料番号５〜試料番号１６の場合）は、焼成後セラミック基板１４´のセラミックスの平均グレインサイズが２０μｍ以下で、基板の抗析強度が１００Ｎ／ｍ2以上となることが認められる。この結果、本第１実施形態のセラミック基板の製造方法によれば、焼成後セラミック基板１４´間の固着がなく、焼成後セラミック基板相互を容易に別けることができる。さらに、焼成後セラミック基板１４´のセラミックスのグレインサイズの増加が抑制され、焼成後セラミック基板１４´の抗折強度の低下が防止できる。その結果、後工程でのラップ研磨加工やビア穴あけ加工での焼成後セラミック基板１４´の割れや欠けが防止できる。
【００２８】
一方、Ｃａ含有量において、ＣａＴａＯ系粉末の組成式Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xのｘの範囲が、ｘ＞０．０３の場合（試料番号３および試料番号４の場合）は、焼成後セラミック基板１４´のセラミックスの平均グレインサイズが２０μｍより大きく、基板の抗析強度が１００Ｎ／ｍ2より小さくなることが認められる。また、Ｃａ含有量において、ＣａＴａＯ系粉末の組成式Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xのｘの範囲が、ｘ＜−０．１０の場合（試料番号１７および試料番号１８の場合）は、基板相互間の剥離性が低下することが認められる。さらに、難焼結性粉末として、Ｔａを含有しないＣａＯ粉末を用いた場合（試料番号１９）も、基板相互間の剥離性が低下することが認められる。
【００２９】
（第２実施形態、図７〜図１０）
図７は、本発明に係るセラミック基板の製造方法の第２実施形態を示すフローチャートである。
【００３０】
ステップＳ１１で、高純度のＹ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｖ、Ｓｎを含有するフェライトＹＩＧ仮焼原料が作成される。そのフェライトＹＩＧ仮焼原料とバインダと少量の分散剤等は、混合されてスラリーとされる。このスラリーはドクターブレード法によりシート状に成形され、厚みが１５０〜２００μｍのセラミックグリーンシート２２（図８参照）が作成される。
【００３１】
一方、ステップＳ１２で、高純度の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）および酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）が、難焼結性粉末の出発素材として準備され、これらは表２（後出）に示した組成比率で調合され粉末化される。このＣａ1-xＴａ4Ｏ11-xを主成分とする調合粉末は、ボ−ルミルを用いて１６時間湿式混合された後、脱水、乾燥され、１４００〜１５００℃で３時間焼成される。焼成後のＣａ1-xＴａ4Ｏ11-xを主成分とする原料は、さらに、乳鉢で粉砕され、Ｄ５０（積算値５０％の粒度、平均粒径）が５０μｍ程度の微粒粉末（以下、「ＣａＴａＯ系粉末」と称する）とされる。
【００３２】
このＣａＴａＯ系粉末は、有機バインダに対して５〜３０重量部に相当する量を秤量され、少量の分散剤と可塑剤と有機バインダとに混合されてスラリーとされる。有機バインダとしては、後述の脱脂加工時に容易に分解し、かつ、セラミック基板２４´内に残存しないものが用いられる。このスラリーはドクターブレード法によりシート状に成形され、厚みが１０〜３０μｍの樹脂シート２６（図８参照）が作成される。樹脂シート２６は、後述の焼成後セラミック基板２４´相互間の融着を防止する機能を有する。
【００３３】
次に、ステップＳ１３で、図８に示すように、所定の枚数（本第２実施形態の場合は５〜１０枚）積層したセラミックグリーンシート２２の上に、１枚の樹脂シート２６を配設する作業が、所定の回数（本第２実施形態の場合は５〜１０回）繰り返される。こうして、所定の枚数積層したセラミックグリーンシート２２相互間に、樹脂シート２６が配設され、所定の枚数積層したセラミックグリーンシート２２が所定の段数積み重ねられる。
【００３４】
次に、ステップＳ１４で、所定の段数積み重ねられたセラミックグリーンシート２２および樹脂シート２６が、一体的に加圧圧着されて、所定の枚数積層したセラミックグリーンシート２２が未焼成セラミック基板２４に形成されると共に、樹脂シート２６を間に配設して未焼成セラミック基板２４が所定の段数積み重ねられた未焼成成形体２８（図９参照）が形成される。この後、未焼成成形体２８は、カット線に沿って所定のサイズに切り出される。次に、所定のサイズに切り出された未焼成成形体２８は、サヤ（図示せず）内に並べられる。
【００３５】
次に、ステップＳ１５で、未焼成成形体２８を収容したサヤは、焼成炉に入れられた後、酸素雰囲気中で焼成される。これにより、未焼成成形体２８（未焼成セラミック基板２４）は焼成されて、図９に示すように、焼成後セラミック基板２４´が形成される。その後、焼成後セラミック基板２４´はサヤから取り出される。
【００３６】
次に、ステップＳ１６で、図１０に示すように、所定の段数積み重ねた焼成後セラミック基板２４´相互を、樹脂シート２６を配設した位置で別ける。より具体的には、焼成中に樹脂シート２６の有機バインダが焼失し、ＣａＴａＯ系粉末が焼失せずに焼成後セラミック基板２４´相互の間に残る。この結果、本第２実施形態のセラミック基板の製造方法によれば、焼成後セラミック基板２４´間の固着がなく、焼成後セラミック基板相互を容易に別けることができる。
【００３７】
次に、ステップＳ１７で、焼成後セラミック基板２４´は、ラップ研磨加工、ビア穴あけ加工などの後加工が実施される。
【００３８】
このようにして得られた焼成後セラミック基板２４´について、基板相互間の剥離性、セラミックスの平均グレインサイズおよび基板の抗析強度を評価した。表２は、評価結果を示す。なお、表２には、従来技術との比較のため、難焼結性粉末として、ＺｒＯ2粉末を用いた場合（試料番号２０）およびＴａ2Ｏ5粉末を用いた場合（試料番号２１）の評価結果も併せて記載している。基板相互間の剥離性は、ステップＳ１６で焼成後セラミック基板２４´相互が固着しておらず、容易に別けることができたか否かで判断した。
【００３９】
【表２】
0005761003.tif 000003
【００４０】
表２から、難焼結性粉末として、ＺｒＯ2粉末を用いた場合（試料番号２０）は、基板相互間の剥離性が悪いことが認められる。また、難焼結性粉末として、Ｔａ2Ｏ5粉末を用いた場合（試料番号２１）は、焼成後セラミック基板２４´のセラミックスの平均グレインサイズが２０μｍより大きく、基板の抗析強度が１００Ｎ／ｍ2より小さくなることが認められる。
【００４１】
これに対して、難焼結性粉末としてＣａＴａＯ系粉末を用いた場合において、Ｃａ含有量において、ＣａＴａＯ系粉末の組成式Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xのｘの範囲が、−０．１０≦ｘ≦０．０３である場合（試料番号２４〜試料番号３５の場合）は、焼成後セラミック基板２４´のセラミックスの平均グレインサイズが２０μｍ以下で、基板の抗析強度が１００Ｎ／ｍ2以上となることが認められる。この結果、本第２実施形態のセラミック基板の製造方法によれば、焼成後セラミック基板２４´間の固着がなく、焼成後セラミック基板相互を容易に別けることができる。さらに、焼成後セラミック基板２４´のセラミックスのグレインサイズの増加が抑制され、焼成後セラミック基板２４´の抗折強度の低下が防止できる。その結果、後工程でのラップ研磨加工やビア穴あけ加工での焼成後セラミック基板２４´の割れや欠けが防止できる。さらに、焼成後セラミックス基板２４´相互間にＣａＴａＯ系粉末が均一に分布され、焼成後セラミック基板２４´の剥離性がより一層向上する。さらに、ＣａＴａＯ系粉末の均一分布によって、焼成後セラミック基板２４´の反りの増加も防止できる。
【００４２】
一方、Ｃａ含有量において、ＣａＴａＯ系粉末の組成式Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xのｘの範囲が、ｘ＞０．０３の場合（試料番号２２および試料番号２３の場合）は、焼成後セラミック基板２４´のセラミックスの平均グレインサイズが２０μｍより大きく、基板の抗析強度が１００Ｎ／ｍ2より小さくなることが認められる。また、Ｃａ含有量において、ＣａＴａＯ系粉末の組成式Ｃａ1-xＴａ4Ｏ11-xのｘの範囲が、ｘ＜−０．１０の場合（試料番号３６および試料番号３７の場合）は、基板相互間の剥離性が低下することが認められる。さらに、難焼結性粉末として、Ｔａを含有しないＣａＯ粉末を用いた場合（試料番号３８）も、基板相互間の剥離性が低下することが認められる。
【００４３】
なお、本第２実施形態では、所定枚数のセラミックグリーンシート２２を積層して形成された未焼成セラミック基板２４の場合を例にして説明しているけれども、押し出し成形法や粉末プレス成形法などで形成された未焼成セラミック基板２４の場合であっても、本発明は適用できる。
【００４４】
この場合、前述のステップＳ１１は省略される。そして、ステップＳ１３で、未焼成セラミック基板２４上に、１枚の樹脂シート２６を配設する作業が、所定の回数繰り返される。こうして、未焼成セラミック基板２４相互間に樹脂シート２６が配設され、未焼成セラミック基板２４が所定の段数積み重ねられる。
【００４５】
次に、ステップＳ１４で、所定の段数積み重ねられた未焼成セラミック基板２４および樹脂シート２６が、一体的に加圧圧着されて、樹脂シート２６を間に配設して未焼成セラミック基板２４が所定の段数積み重ねられた未焼成成形体２８が形成される。未焼成成形体２８は、カット線に沿って所定のサイズに切り出される。次に、所定のサイズに切り出された未焼成成形体２８は、サヤ内に並べられる。これ以降の工程は、前記ステップＳ１５〜ステップＳ１７と同様である。
【００４６】
なお、この発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。
【符号の説明】
【００４７】
１２，２２  セラミックグリーンシート
１４，２４  未焼成セラミック基板
１４´，２４´  焼成後セラミック基板
１６  ＣａＴａＯ系粉
２６  樹脂シート
【図１】
0005761003.tif 000004
【図２】
0005761003.tif 000005
【図３】
0005761003.tif 000006
【図４】
0005761003.tif 000007
【図５】
0005761003.tif 000008
【図６】
0005761003.tif 000009
【図７】
0005761003.tif 000010
【図８】
0005761003.tif 000011
【図９】
0005761003.tif 000012
【図１０】
0005761003.tif 000013