(57)【要約】【課題】成形後のグリーンシートの硬度を０．２００ｍｍ／分以下と高くして、グリーンシート表面のキズ、ヒビを低減する。【解決手段】セラミック基板を製造するにあたり、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする粉末原料に混合するアクリル系樹脂のバインダーの酸価を１００以上に増加させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ２Ｏ３を主成分とする粉末原料に、酸価１００以上のバインダーを添加したスラリーを噴霧乾燥して、得られた顆粒をシート状に成形した後、焼成する工程からなるセラミック基板の製造方法。
【請求項２】
上記スラリーが可塑剤を含まず、噴霧乾燥して得られた顆粒に成形する前に水分を付与しシート状に成形した後、３００〜４００℃の熱処理で上記水分を蒸発させる工程を含むことを特徴とする請求項１記載のセラミック基板の製造方法。
【請求項３】
Ａｌ２Ｏ３を主成分とする粉末原料と、酸価１００以上のバインダーを含み、１００ｇの荷重で針を押しあてた時の侵入深さが０．２００ｍｍ／分以下であることを特徴とするセラミックグリーンシート。
【請求項４】
請求項１または２に記載の製造方法で得られたセラミック基板の表面にグレーズを形成してなるサーマルヘッド用部分グレーズ基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は、回路用基板およびサーマルヘッド用基板に好適なセラミック基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回路用およびサーマルヘッド用基板には電気絶縁性に優れるセラミックスが多用され、近年の高密度実装化の進展に伴い、基板の両面パターン化と高密度パターン化が図られている。
【０００３】
このようなセラミックス基板の製造方法としては、ドクターブレード法、押し出し成形法およびロール成形法が挙げられる。これらのいずれの成形方法を用いる場合においても、主成分となる原料および各種焼結助剤にバインダーと溶媒を混合している。この中のバインダーには一般的に結合剤、可塑剤、潤滑剤、離型剤、分散剤等が含まれており、いずれも必要不可欠な物でその成形法により、比率コントロールの行われたバインダーを用いている。
【０００４】
このようなＡｌ２Ｏ３を主成分とする粉末原料を用いるテープ成形方法では、成形したグリーンシートを一端ドラムに巻き取りストックし、その後、既定の寸法にカットしたり、プレスなどの生加工を施したりして焼成を行っている。また、生産効率の点で複数のグリーンシートを一度に焼結するように、グリーンシート表面にセラミックビーズを均一に塗布して多段に重ねて焼成を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記従来の方法では、グリーンシート成形後にドラムに巻き取る必要があるため、バインダーとして４０〜５０の低酸価のアクリル系樹脂と可塑剤としてポリアルキレングリコール系の高分子体の混合物を用いてグリーンシートに可塑性，柔軟性を持たせているが、巻き取ることにより表面に微少なヒビが発生するという問題があった。さらにグリーンシートの状態での取り扱いが多く、且つシートが軟らかいために取り扱いが困難であるため、シート表面にキズが発生しやすいという問題があった。また、複数のグリーンシートを一度に焼結するためにセラミックビーズを表面に均一に塗布し多段に重ねて焼成しているが、シートが軟らかいために塗布したセラミックビーズが表面に食い込みキズが付くという問題があった。このようにグリーンシート表面に、キズ，ヒビが発生するために、基板表面に高密度パターンを形成した際、パターンが断線、ショートするという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、焼成後のセラミック基板の表面にキズ，ヒビが付き難いセラミック基板の製造方法の提供にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題の解決のために、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする粉末原料に、酸価１００以上のバインダーと可塑剤を添加したスラリーを噴霧乾燥して、得られた顆粒をシート状に成形した後、焼成することで、表面にキズやヒビが付き難いセラミック基板を製造することを特徴とする。
【０００８】
また、上記スラリーが可塑剤を含まず、噴霧乾燥して得られた顆粒に成形する前に水分を付与しシート状に成形した後、３００〜４００℃の熱処理で上記水分を蒸発させた後、焼成することで表面にキズ、ヒビが付き難いセラミック基板を製造することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする粉末原料と、酸価１００以上のバインダーを含み、１００ｇの荷重で針を押しあてた時の侵入深さが０．２００ｍｍ／分以下であるセラミックグリーンシートを製造したことを特徴とする。
【００１０】
さらに、上記製造方法で得られたセラミック基板の表面にグレーズを形成してなるサーマルヘッド用部分グレーズ基板を製造したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
本発明は、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする粉末原料に、酸価１００以上のバインダー、可塑剤を添加したスラリーを噴霧乾燥して、得られた顆粒をシート状に成形した後、焼成する工程からセラミック基板を製造することを特徴とする。
【００１３】
また、上記スラリーが可塑剤を含まず、噴霧乾燥して得られた顆粒に成形する前に水分を付与しシート状に成形した後、３００〜４００℃の熱処理で上記水分を蒸発させる工程からなることを特徴とする。
【００１４】
化１に本発明で用いるバインダーの共重合反応式を示すが、左辺のアクリル酸エステルと不飽和カルボン酸を共重合させることによって、右辺のアクリル系樹脂を得る。本発明はこの右辺のアクリル系樹脂をバインダーとして用い、グリーンシートの硬度を高くすることでグリーンシート状態での取り扱いを容易にし、シート表面にキズやヒビが付き難いセラミック基板を製造したことを特徴とする。
【００１５】
【化１】
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【００１６】
本発明に用いたバインダーである、化１の右辺に示すアクリル系樹脂はグリーンシートの硬度を高くするために酸価を１００以上に操作してある。酸価を１００以上にする理由は、一般に酸価が大きくなるとＡｌ２Ｏ３粒子へのバインダーの吸着が多くなり、グリーンシートの生密度が増加し、硬度が高くなるためであり、さらにこのアクリル系樹脂においては酸価が大きくなると、アクリル酸エステルモノマーのカルボン酸エステル部が少なくなり、その結果高分子の側鎖が短くなり高分子自体が硬くなるためである。酸価が１００未満である場合は、グリーンシートに十分な硬度が得られないため、グリーンシートでの取り扱いが困難であり、表面にキズ，ヒビが発生しやすいためである。酸価の調整は共重合の際に不飽和カルボン酸の濃度を調整しておこなっている。
【００１７】
またこのアクリル系樹脂は可塑性に乏しいことから、単体で用いた場合、成形できない、もしくはできたとしても得られたグリーンシートの生密度が不均一であるなど、成形性が困難である。そのため、可塑剤として低分子量のポリアルキレングリコール系の高分子体を混合する。
【００１８】
上記酸価が１００以上であるアクリル系樹脂５〜９重量％と、可塑剤をアクリル系樹脂に対して１０〜３０重量％の割合で、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする粉末原料に混合し、スラリー作成する。作成したスラリーを噴霧乾燥して得られた顆粒をロール成形法でシート状に成形することで、針侵入測定法による測定硬度が０．２００ｍｍ／分以下となるグリーンシートを成形することができる。
【００１９】
図１に針侵入測定法の測定器を示すが、針７を測定試料１０の表面に設置し、１００ｇのおもり９により荷重をかけることで針７が測定試料１０に侵入し、一定時間後の侵入距離をダイヤルゲージ８で読みとる硬度測定法であり、針侵入距離が短い場合は硬度が高いことを示す。
【００２０】
このようにグリーンシートが硬くなっているため、取り扱いが容易になり、ドラムに巻き取ることなく即座に規定の寸法にカットすることで、シート表面のキズやヒビを低減することができる。さらに多段焼成をおこなうためにグリーンシート表面にセラミックビーズを塗布するが、硬度が高くなったことから表面への食い込み量が減少しキズを低減することができる。
【００２１】
また、図２に示すようにこのグリーンシートを焼成して得るセラミック基板１にグレーズヒーター２を形成すれば、キズ，ヒビなどの欠陥が少ないために、配線パターン３のショート率が少ない優れたサーマルヘッド用部分グレーズ基板を提供することができる。
【００２２】
次により高い硬度のグリーンシートを製造する方法を説明する。
【００２３】
この方法は、可塑性、柔軟性を向上するために加える可塑剤を添加しないでグリーンシートを成形することを特徴とする。
【００２４】
一般に可塑剤を除くことで成形されたグリーンシートは硬くなるが、厚み，生密度などの制御が困難である、できたグリーンシートの生加工が困難であるなどの問題がある。さらに噴霧乾燥されたＡｌ２Ｏ３顆粒自体が硬くなっていることから、できたグリーンシートの表面に顆粒の粒界，３重点が残り、セラミック基板表面に配線パターンを形成した場合、断線およびショートしてしまい、回路用基板およびサーマルヘッド用基板として用いることができないという問題もある。
【００２５】
このような理由により回路用基板およびサーマルヘッド用基板用途のグリーンシート成形においては、可塑剤抜きでは成形できないと考えられているが、本発明においては、以下に示すような手法により可塑剤抜きでグリーンシート成形をおこなっている。
【００２６】
上記アクリル系樹脂をＡｌ２Ｏ３を主成分とする粉末原料に混合し、スラリー作成後、噴霧乾燥して得られた顆粒１２を、成形開始前に図３に示すミキサー１１に入れ、噴霧状にした水１３を吹きかけながら、回転、揺動することで０．５〜３．０％の水分を付与させる。
【００２７】
水分が０．５％未満では、顆粒に可塑性がないため成形性が困難になり、例え成形できてもグリーンシートには顆粒の粒界や３重点が残る。さらに可塑性がなく生加工が困難であるという問題があるため、０．５％以上が好ましい。水分が３．０％を越える場合は、可塑性は向上するが顆粒の流れ性が悪くなり、顆粒の充填が悪く空気をかみ込んだり、生密度がばらついたりするなど成形性が悪化するという問題があるために、３．０％以下が好ましい。水分の付与は、成形するグリーンシートの厚みに応じて０．５〜３．０％の範囲でコントロールする。０．５〜３．０％にコントロールすることで可塑剤を添加した場合と同様にロール成形法で容易にシート状に成形することでき、得られたグリーンシートも同様に柔軟性を持つ。
【００２８】
これは水分が付与されたことでバインダーと水が溶け込み、見かけのガラス転移温度が減少し、バインダーが柔軟性，可塑性をもったためであることが考えられる。水分の付与は成形開始前にする必要があるが、これは、水分付与と成形の間に時間が空きすぎると、水分が蒸発してしまい柔軟性がなくなってしまう、顆粒同士がブロッキングしやすくなるなどの問題があるためである。
【００２９】
このようにして成形されたグリーンシートは、直ちに既定の寸法にカットし、３００〜４００℃の熱処理を受け、水分が除去されることで、硬度が高くなる。温度が３００℃未満の場合は付与された水分が蒸発するまでに長時間必要になり、４００℃以上の場合は水分だけでなくバインダーも蒸発するため、３００℃〜４００℃が好ましい。
【００３０】
得られたグリーンシートの硬度は、針侵入測定法で測定した場合、０．１００ｍｍ／分以下となり、可塑剤を添加した場合のグリーンシートよりも高い硬度を有する。このようにグリーンシートが硬くなっているため、取り扱いが容易になり、ドラムに巻き取ることなく即座に規定の寸法にカットすることで、シート表面のキズ，ヒビを低減することができる。さらに多段焼成をおこなうためにグリーンシート表面にセラミックビーズを塗布するが、硬度が高くなったことから表面への食い込み量が減少しキズを低減することができる。
【００３１】
その為、図２に示すようにこのグリーンシートを焼成して得るセラミック基板１にグレーズヒーター２を形成すれば、キズ，ヒビなどの欠陥が少ないために、配線パターン３のショート率が少ない優れたサーマルヘッド用部分グレーズ基板を提供することができる。
【００３２】
【実施例】
Ａｌ２Ｏ３の一次原料９６重量％に対してＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯなどの焼結助剤を４重量％配合し、アクリル酸エステルと不飽和カルボン酸の混合比を調整して共重合させ得られた酸価が４０〜１２０の範囲のアクリル系樹脂、可塑剤、溶媒を加え、この溶液を粉砕混合してスラリーを作成し、噴霧乾燥により顆粒を得、この顆粒をロール成形法により０．７４０ｍｍのグリーンシートに成形した。
【００３３】
同様に、Ａｌ２Ｏ３一次原料９６重量％に対してＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯなどの焼結助剤を４重量％配合し、酸価が１００以上のアクリル系樹脂、溶媒を加え、この溶液を粉砕混合して、スラリーを作成し、噴霧乾燥により顆粒を得た後、ミキサーにより１．０％の水分を付与して、この顆粒をロール成形法により０．７４０ｍｍのグリーンシートに成形した。成形後、乾燥ラインを通過させ、付与した水分を蒸発させた。
【００３４】
そして、これら成形したグリーンシートを針侵入測定法により１分後の針侵入距離を測定した。表１にバインダーの酸価別の測定結果、表２に可塑剤を添加しない場合の乾燥温度別の測定結果をそれぞれ示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
【表２】
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【００３７】
表１に判るように、酸価が１００以上であるバインダーを使用したグリーンシートの場合は、針侵入距離が０．２００ｍｍ／分となり、シートの硬度が酸価１００未満の時に較べて高くなった。
【００３８】
また、表２より酸価１００以上のバインダーを使用し、可塑剤を添加しない場合は、３００〜４００℃の乾燥で、針侵入距離が０．１００ｍｍ／分となり、さらにシートの硬度が高くなった。
【００３９】
次に得られたグリーンシート表面にセラミックビーズを塗布し、多段に積み重ねてＲＨＫ炉にて焼成をおこない、セラミック基板を得た。このセラミック基板にグレーズヒーター部を形成した後、基板表面に幅２０μｍの配線パターンを２０μｍ間隔で形成し、導通試験を行い、断線・ショート率を調査した。表３に可塑剤が導通試験の結果を示す。断線・ショート率は、一つのウェハー中のショート数の割合（％）を示したものである。
【００４０】
【表３】
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【００４１】
表３より判るようにバインダーの酸価が大きくなるほど、断線・ショート率が減少しており、可塑剤を添加していないグリーンシートにおいてはさらに減少した。このことから、グリーンシートの硬度が高くなるほど取り扱いが容易になりキズ、ヒビが低減したこと、さらに多段焼成するために塗布するセラミックビーズの食い込みが低減しそれによるキズが低減したことが判る。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、セラミック基板を製造するにあたり、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする粉末原料に混合するアクリル系樹脂のバインダーの酸価を１００以上に増加させることで、成形後のグリーンシートの硬度を０．２００ｍｍ／分以下と高くすることができ、グリーンシート表面のキズ、ヒビを低減することができる。
【００４３】
さらに、上記バインダーから可塑剤を除き、替わりにセラミック顆粒に水分を付与することで可塑性、柔軟性を出し、グリーンシート成形後、３００〜４００℃の熱処理を施すことで付与された水分を蒸発させ、成形後のグリーンシートの硬度を０．１００ｍｍ／分以下と高くすることができ、グリーンシート表面のキズ、ヒビを低減することができる。
【００４４】
また、本発明のセラミック基板を用いれば、基板表面に断線・ショートすることなく高密度配線パターンを形成することが容易であり、優れた部分グレーズ用途のサーマルヘッド用基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のグリーンシートの硬度を測定する針侵入測定器の模式図である。
【図２】本発明のサーマルヘッド用部分グレーズ基板を示す平面図である。
【図３】本発明のセラミック基板の製造方法における顆粒に水分を付与するミキサー装置の概略図である。
【符号の説明】
１：セラミック基板
２：グレーズヒーター
３：配線パターン
４：アクリル酸エステル
５：不飽和カルボン酸
６：アクリル系樹脂
７：針
８：ダイヤルゲージ
９：おもり
１０：測定試料
１１：ミキサー本体
１２：セラミック顆粒
１３：噴霧状の水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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