(57)【要約】【課題】  セラミックグリーン積層体において、バインダ等の有機成分はスムーズに放出るとともに、セラミック組成に係る成分の揮発は抑制し、かつ反りを防止した、表面が平坦なセラミック基板とセラミック基板の製造方法を提供すること。【解決手段】  焼成前のセラミックグリーンシートが複数積層されたセラミックグリーンシート積層体１の両主面を多孔質セラミック焼成体２ａおよび２ｂで挟み込んだユニット４を形成する工程と、ユニット４の両主面を緻密質セラミック焼成体３ａおよび３ｂで挟み込んだ状態で、セラミックグリーンシート積層体１のバインダを放出する脱バインダ工程と、セラミックグリーンシート積層体１を焼成する焼成工程を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼成前のセラミックグリーンシートが複数積層されたセラミックグリーンシート積層体の両主面を第１および第２の多孔質セラミック焼成体で挟み込んだユニットを形成する工程と、前記ユニットの両主面を第１および第２の緻密質セラミック焼成体で挟み込んだ状態で、前記セラミックグリーンシート積層体のバインダを放出する脱バインダ工程と、脱バインダ工程の後に前記セラミックグリーンシート積層体を焼成する焼成工程を有す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】
請求項１記載のセラミック基板の製造方法において、前記多孔質セラミック焼成体の気孔率は１８％以上、４０％以下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】
請求項１または２記載のセラミック基板の製造方法で製造されるセラミック基板において、前記セラミックグリーンシートは、セラミック組成として焼成時に揮発する揮発性成分を含有していることを特徴とするセラミック基板。
【請求項４】
セラミック基板中に含有された焼成時に揮発する揮発性成分の表面濃度は、前記セラミック基板の厚み方向の中央部における前記揮発性成分の濃度の５０％以上、１００％以下であることを特徴とする請求項３に記載のセラミック基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック基板の製造方法およびセラミック基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック電子部品は、電気機器および電子機器中の電子部品として広く利用されており、近年これらの機器の小型化、高性能化に伴い、セラミック電子部品に対しても更なる小型化、高性能化への要求が高まっている。
【０００３】
また、セラミック電子部品は、寸法が小さく、個々の部品として製造することが困難であるため、電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層し焼成することでセラミック基板を得たのち、切断加工により個々のセラミック電子部品とする製造方法が用いられている。
【０００４】
しかし、厚みの薄い平板状のセラミックグリーンシート積層体を焼成する場合、内部電極パターンとセラミックグリーンシートとの収縮率の違いや、焼成時の温度分布あるいは焼成雰囲気の不均一などにより反りが発生しやすく、平坦なセラミック焼結体を得ることは非常に困難であるという課題がある。
【０００５】
これに対処するため、セラミックグリーンシート積層体をセラミックセッター等で挟み込んだ状態で焼成することが考えられるが、この方法ではセラミックグリーンシート中に含まれるバインダ成分がスムーズに放出するのを妨げられるため、バインダ成分の分解に伴う急激な発熱反応を生じて焼成後のセラミック基板に焼成斑が発生する場合がある。焼成斑が発生すると電極パターンの途切れや積層剥離などが発生し、電気特性および機械的特性の劣化を引き起こす原因となる課題がある。
【０００６】
そこで、バインダ成分の放出を妨げることなく、反りの発生を抑制し、平坦なセラミック基板を製造する方法としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。図２は従来のセラミック基板の製造方法を示す断面模式図である。複数のグリーンシートが積層された焼成前のグリーンセラミック基板１１の両主面を、ハニカム構造を有するハニカム状セラミックセッター１２ａおよび１２ｂにて挟持してユニット１３を形成する。このユニット１３を焼成することで、平坦で焼成斑のないセラミック基板を製造するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１１６２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、グリーンセラミック基板に対してハニカム状セラミックセッターが接している箇所にのみ荷重がかかり、それ以外の開口部においては荷重がかからないため、焼成後のセラミック基板にはハニカム状セラミックセッターの貫通孔の形状パターンに対応した凹凸が形成される。そのため、表面が平坦なセラミック基板を得ることは困難であるという課題がある。
【０００９】
また、貫通孔の開口面積を小さくして微細化したハニカム構造とすることで、グリーンセラミック基板にかかる荷重の均一化を図る方法も考えられるが、このようなセッターは製造が難しく、製造コストもかかる。また、ハニカム状セラミックセッターは焼成を重ねると割れやカケが発生しやすいという課題もある。
【００１０】
さらに、焼成時に揮発しやすい成分を含んだ薄いセラミック基板を製造する場合、セラミックグリーンシート積層体の両主面をハニカム状セラミックセッター等の気孔率の高いセッターで挟持すると、バインダ等の有機成分の放出は広い面積を通してスムーズに行われる一方で、セラミックグリーンシート積層体の表面における雰囲気ガスの循環もスムーズに行われるため、セラミックグリーンシートに含まれた焼成時に揮発しやすい成分までも放出しやすくなる。このため、セラミック組成分布が不均一となり、反りや焼成斑が発生しやすくなる。また、セラミック組成に係る成分の放出により所望のセラミック組成を得ることが難しくなるため、素子特性の劣化や特性ばらつきを引き起こすという課題もある。
【００１１】
そこで本発明は、バインダ等の有機成分はスムーズに放出させるとともに、セラミック組成に係る成分の放出は抑制し、かつ反りを防止した、表面が平坦なセラミック基板とセラミック基板の製造方法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】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明によれば、焼成前のセラミックグリーンシートが複数積層されたセラミックグリーンシート積層体の両主面を第１および第２の多孔質セラミック焼成体で挟み込んだユニットを形成する工程と、前記ユニットの両主面を第１および第２の緻密質セラミック焼成体で挟み込んだ状態で、前記セラミックグリーンシート積層体のバインダを放出する脱バインダ工程と、脱バインダ工程の後に前記セラミックグリーンシート積層体を焼成する焼成工程を有することを特徴とするセラミック基板の製造方法が得られる。
【００１３】
前記多孔質セラミック焼成体は、バインダ成分の放出をスムーズに行うため、多数の連通気孔を有していることが望ましい。
【００１４】
前記セラミックグリーンシート積層体の両主面を前記多孔質セラミック焼成体で挟み込むことで、前記セラミックグリーンシート積層体に対して荷重が均一にかかるため、平坦な表面を得ることが可能となり、また、バインダ成分の放出もスムーズに行うことが可能である。さらに、前記ユニットを前記緻密質セラミック焼成体で挟み込むことで、多孔質セラミックの反りを抑えることができ、従って、セラミック基板の反りを防止することができる。また、多孔質セラミックの反りを抑えることにより、繰り返し使用することが可能であり、製造コストを削減することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記多孔質セラミック焼成体の気孔率は１８％以上、４０％以下であることを特徴とする上記のセラミック基板の製造方法が得られる。
【００１６】
本発明によるセラミック基板の製造方法では、気孔率を１８％以上とすることで、前記セラミックグリーンシート積層体のバインダ成分の放出をスムーズに行い、焼成斑の発生を防止することが可能である。さらに、気孔率を４０％以下とすることで、前記多孔質セラミック焼成体の強度を確保し、カケや反りの発生を防止することが可能である。
【００１７】
また、本発明によれば、前記セラミックグリーンシートは、セラミック組成として焼成時に揮発する揮発性成分を含有していることを特徴とするセラミック基板が得られる。
【００１８】
本発明のセラミック基板によると、セラミック組成に係る焼成時に揮発する揮発性成分の放出を抑制するので、所望のセラミック組成を得ることが可能である。
【００１９】
また、本発明によれば、セラミック基板中に含有された焼成時に揮発する揮発性成分の表面濃度は、前記セラミック基板の厚み方向の中央部における前記揮発性成分の濃度の５０％以上、１００％以下であることを特徴とする上記のセラミック基板が得られる。
【００２０】
本発明によるセラミック基板の製造方法では、セラミックグリーンシート積層体を多孔質セラミック焼成体で挟み込むだけでは、拡散速度の早い揮発性成分は多孔質セラミック焼成体を通じて外部に放出される。そのため、さらに緻密質セラミック焼成体で挟み込むことで、雰囲気ガスの循環を適度に抑制することが可能となる。また、十分な焼成により多孔質セラミック焼成体とセラミックグリーンシート積層体の濃度が平衡した状態でセラミックグリーンシート積層体の表面の揮発性成分の濃度は約５０％となり、雰囲気ガスの循環を抑制されているため、揮発性成分は多孔質セラミック焼成体またはセラミックグリーンシート積層体の側面よりゆっくりと放出されることとなる。これにより、揮発性成分の濃度は高い値を保てることが可能となり、セラミック基板の揮発性成分の表面濃度は、セラミック基板の厚み方向の中央部における揮発性成分の濃度の５０％以上、１００％以下を保つことが可能である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、バインダ等の有機成分はスムーズに放出させるとともに、セラミック組成に係る成分の揮発は抑制し、かつ反りを防止した、表面が平坦なセラミック基板とセラミック基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるセラミック基板の製造方法を示す断面模式図である。
【図２】従来のセラミック基板の製造方法を示す断面模式図である。
【図３】本発明によるセラミック基板の主面の凹凸および反りを示す図である。
【図４】従来のセラミック基板の表面の主面の凹凸および反りを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。まず、ここで用語の説明を行う。反り量とは、測定器の定盤上に基板の主面が対向するように置き、定盤と基板の上側の主面との距離を測定することで生じる差である。
【００２４】
図１は本発明によるセラミック基板の製造方法を示す断面模式図である。図１に示されるように、セラミック組成として焼成時に揮発する揮発性成分を含有しているセラミックグリーンシート積層体１の両主面を、多孔質セラミック焼成体２ａおよび２ｂが直接接触するように挟み込んでユニット４を形成する。さらに、ユニット４の両主面を緻密質セラミック焼成体３ａおよび３ｂで挟み込み、この状態で、脱バインダ工程によりセラミックグリーンシート積層体１にバインダとして含まれる有機成分を放出させた後、焼成工程により焼成を行うことでセラミック基板を得る。
【００２５】
ここで、セラミックグリーンシート積層体１は焼成前のセラミックグリーンシートが積層されていれば特に制限されないが、セラミックグリーンシートと焼成後に内部電極となる導体パターンとが積層されていることが望ましい。この構造により、内部電極を有したセラミック電子部品となる素子が複数形成されたセラミック基板が得られる。
【００２６】
また、多孔質セラミック焼成体２ａおよび２ｂと緻密質セラミック焼成体３ａおよび３ｂの材質は特に制限されないが、焼成温度の高いセラミック基板に対しては高温で安定な安定化ジルコニアやアルミナなどを使用することが望ましい。さらに、多孔質セラミック焼成体２ａおよび２ｂと緻密質セラミック焼成体３ａおよび３ｂの反り量が小さいほど、焼成後のセラミック基板に発生する反り量が減少する傾向にあるため、好ましい反りは５０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。
【００２７】
また、前記多孔質セラミック焼成体の厚みが薄すぎると強度が低下し焼成時に割れや反りが発生しやくなり、厚すぎると焼成炉に入れることができる個数が減少することにより量産性が低下するため、前記多孔質セラミック焼成体の厚みは１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２８】
焼成条件は、セラミック原料、内部電極の材質、所望する特性等に応じて適宜設定して行うことが望ましいが、セラミック組成に係る揮発性成分の揮発を抑制する為に焼成温度は１１００℃以上、１４００℃以下、焼成時間は１時間以上、１０時間以下で行う事が望ましい。このような条件で焼成したセラミック基板の揮発性成分の表面濃度は、セラミック基板の厚み方向の中央部における揮発性成分の濃度の５０％以上、１００％以下となる。
【実施例】
【００２９】
本発明の実施例について、具体的に説明する。主原料となる平均粒径が０．１μｍである高純度のＢａＴｉＯ３粉末１００重量部に対して、０．１重量部のＬｉ２ＣＯ３を含む数種類の副成分を添加し、ボールミルにより２４時間の湿式混合を行う。乾燥後、大気中８５０℃で３時間仮焼を行い、粉砕することでセラミック原料粉末を得た。得られたセラミック原料粉末１００重量部に対して、有機バインダを７重量部と、有機系溶剤を８０重量部とを配合し、混合してセラミックスラリーとした。次に、このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法によりシート状に形成し、厚さ約１６μｍのセラミックグリーンシートを得た。
【００３０】
このセラミックグリーンシート上にＮｉを主体とする導電ペーストを用いてスクリーン印刷法により電極パターンを印刷して、内部電極を構成するための導電層を形成する。導電層はセラミックグリーンシートの一辺に接しており、他辺には接しないよう形成されている。この導電層を形成したセラミックグリーンシートを、導電層が接している辺が互いに離れるように積層して、セラミックグリーンシート積層体を得た。
【００３１】
得られたセラミックグリーンシート積層体の両主面を多孔質セラミック焼成体で挟み込んでユニットを形成し、このユニットの両主面を緻密質セラミック焼成体で挟み込んだ構成を形成した。この構成の状態で、Ｎ２ガス雰囲気中３００℃にて４０時間熱処理を行う脱バインダ処理を施した後、Ｈ２−Ｎ２−Ｈ２Ｏガス中１２５０℃で３時間焼成を行い、外形寸法が幅約２５ｍｍ、長さ約３０ｍｍ、厚さ約０．２５ｍｍのセラミック積層体を得た。
【００３２】
多孔質セラミック焼成体は、厚さ約４ｍｍ、気孔率約４０％の連通気孔を有する安定化ジルコニアセッターを用いた。また、緻密質セラミック焼成体は厚さ１．５ｍｍ、気孔率０％の安定化ジルコニアセッターを用いた。
【００３３】
また、本発明に対する従来例として、図２に示すように、セラミックグリーンシート積層体の両主面をハニカム状セラミックセッターで挟み込んでユニットを形成し、上記の本発明と同様にバインダ成分の放出および焼成を行ってセラミック基板を得た。ここで用いたハニカム状セラミックセッターは格子間隔約２ｍｍ、壁厚約０．４ｍｍ、厚さ約２ｍｍの格子状ハニカムパターンを有するイットリア安定化ジルコニアを用いた。
【００３４】
図３は本発明によるセラミック基板の主面の凹凸および反りを示す図である。図３には、本発明による実施例により得られたセラミック基板の主面が定盤と対向するようにセラミック基板を定盤上に置き、非接触レーザー形状測定器により定盤とセラミック基板の上側の主面との距離を計測し、計測した値の最小値を高さ０μｍとした結果が示されている。多孔質セラミック焼成体を使用することにより、反り量は約１５μｍと低く抑えられており、かつ周期的な凹凸のない平坦な表面が得られた。
【００３５】
図４は従来のセラミック基板の主面の凹凸および反りを示す図である。従来例により得られたセラミック基板について、本発明と同様に計測した結果が示されている。反り量は約２０μｍと抑えられているが、ハニカム状セッターを使用したことにより、約２ｍｍであるハニカムの格子間隔に対応した凹凸が見られ、凹凸の高さは約５μｍ乃至８μｍであった。
【００３６】
また、焼成後のセラミック基板のリチウム含有量をＩＣＰ発光分析装置により評価した結果を表１に示す。表１の数値は、焼成前のリチウム含有量に対する焼成後のリチウム含有割合を示しており、本実施の形態では８４．８％と高い値を保っているが、従来例では１９．５％まで減少していた。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
本発明のセラミック基板は、上述のように、セラミックグリーンシート積層体を多数の連通気孔を有する多孔質セラミック焼成体で挟み込み、さらに緻密質セラミック焼成体で挟むことで、バインダ成分はスムーズに放出させても、セラミック基板表面における雰囲気ガスの循環が適度に抑制される。従って、薄いセラミック基板の製造においても、セラミック組成に係る成分の放出を抑制することが可能となる。また、セラミックグリーンシート積層体に対して面荷重が均一にかかるため、焼成後のセラミック基板表面の凹凸を抑制することが可能となる。さらに、緻密質セラミック焼成体で挟み込むことにより、焼成時の多孔質セラミック焼成体の反りを抑制することが可能となり、従って、セラミック基板の反りを防止することができる。これにより、焼成斑を抑制し、反りを防止した、表面が平坦なセラミック基板とセラミック基板の製造方法を提供することができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の変更や修正、および材料などの変更が可能である。例えば、実施の形態に係るセラミック基板において、主原料としてＢａＴｉＯ３を例示したが、これに限らず、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３や、（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ３等であってもよい。また、揮発性成分としてＬｉ２ＣＯ３を例示したが、リチウムに限らず、鉛やナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属等であってもよい。ただし、焼成時にセッターと反応する場合があるので、適切なセッター材質を選定することが必要である。また、揮発性成分を多孔質セラミック焼成体に含有させてもよい。
【００４０】
また、焼成時間、焼成温度や焼成雰囲気は例示したものに制限されず、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。また、セラミックグリーンシートの厚み、およびセラミックグリーンシート積層体の厚みは、所望の特性に応じて変更可能であり、セラミックグリーンシート積層体の形状も、例示したものに制限されない。さらに、セラミックグリーンシートの成形方法や導体パターンの形成方法についても、例示したものに制限されない。
【符号の説明】
【００４１】
１    セラミックグリーンシート積層体
２ａ、２ｂ    多孔質セラミック焼成体
３ａ、３ｂ    緻密質セラミック焼成体
４、１３    ユニット
１１    グリーンセラミック基板
１２ａ、１２ｂ    ハニカム状セラミックセッター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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