JP3617062B2

JP3617062B2 - Ceramic green sheet degreasing apparatus and degreasing method

Info

Publication number: JP3617062B2
Application number: JP23622693A
Authority: JP
Inventors: 隆亮東田; 隆彦岩城; 博之大谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2020-02-02
Also published as: JPH0797274A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電子機器の回路に広く用いるセラミックグリーンシートの脱脂装置および脱脂方法に関するものである
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子回路には、厚膜印刷法により簡便に回路形成出来る熱放散性の優れたセラミック基板を使用した電子回路が使用されている。そして、より小型高性能化を実現するために多層電子回路基板が使用され始めている。
【０００３】
セラミック基板の特性を決定する焼成工程では、品質の安定、歩留の向上を実現する焼成プロセス及び装置の開発が急がれており、特に脱脂時にはセラミックグリーンシートに極力温度差をつけないような工夫がなされている。例えば輻射熱を遮蔽するための遮蔽板を設けるなどしている。しかしながら脱脂時には、炉内の温度をコントロールしにくいなどの理由から温度のばらつきが発生するために、昇温速度を非常に緩やかにして品質の安定化をはかっている。
【０００４】
以下に図面を参照しながら、上記した従来のセラミック基板の製造方法の例について説明する。
【０００５】
図３は従来技術の第一例のセラミック基板の製造装置を示すものである。図３において、２は熱源、３はセッタ、４はセラミックグリーンシート、８はマッフルである。
【０００６】
まず、セラミックグリーンシート４に含まれる樹脂を分解する脱脂工程において、熱源２が装置内部のインコネルよりなるマッフル８を加熱し、所定温度に加熱されたマッフル８が装置内部の気体を加熱する。さらに所定温度に加熱された装置内部の気体が所定の位置におかれたセラミックグリーンシート４を加熱することで、セラミックグリーンシート４に含まれる樹脂を分解する。セラミックグリーンシート４に含まれる樹脂を分解する際の温度上昇において、炉内の温度を一様に上昇させなければならないために、およそ２４〜４８時間かけて所定温度まで上昇させる必要がある。
【０００７】
図４は従来技術の第二例によるセラミック基板の製造装置を示すものである。図４で２は熱源、３はセッタ、４は装置内部の所定の位置におかれたセラミックグリーンシートで、９は送風ファンである。
【０００８】
以下その動作について説明する。まず、熱源２で加熱された気体が装置内部の送風ファン９によってセラミックグリーンシート４の周辺に一様な流れである層流として送られる。この流れはセラミックグリーンシート４の表面近傍では流速が極めて遅くなり、緩やかな流れを形成する。セラミックグリーンシート４は、この緩やかな流れの気体を冷媒として、熱源２からの熱を受け取りセラミックグリーンシート４の内部に樹脂が分解され、セラミックグリーンシート４の近傍より除去される。この後、焼結工程を通り、セラミック基板を形成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような構成では、炉内全体の温度を一様に保たなければ、セラミックグリーンシート中で部分的に樹脂の分解が起こり、分解ガスの圧力が上昇し、層間剥離、われ、クラック等の欠陥が発生する。炉内の温度ばらつきを抑制するために、昇温速度を遅くして、単位時間当りに抜け出す分解ガスの量を少なく出来るが、脱脂工程にかかる時間が極めて長くなり、生産性が劣る。さらに従来例の第一例ではセラミックグリーンシート４から除去されたガスは装置内に滞留し、装置の内部に存在する気体内において、分解ガスの分圧が上昇してくるために、樹脂を分解するためには時間がかかる。
【００１０】
また、従来技術の第二例の方法において、セラミックグリーンシート表面近傍に存在する樹脂の分解ガスは送風ファンによって送られる流れによって除去することは難しく、この部分を濃度変化に対する送風の効果はほとんど得られない。これは、セラミックグリーンシートの表面に送られる気体が層流となるため、セラミックグリーンシート表面には上記気体の粘性のために形成される境界層が厚く形成されるためである。物体の表面近傍の気体の流れの速度ｖ₁は、その粘性のために物体から離れた位置での流れの速度ｖ₂よりも遅くなることが一般に知られており、境界層の厚さ（δで表される）は以下の式で定義される。
【００１１】
【数１】

【００１２】
この境界層中においては、気体の流れや対流等の影響よりもむしろ物質の拡散現象の方が支配的となる。
【００１３】
境界層中の分解ガスは、一様な流れでは上記のような理由から十分除去することが出来ない。このため境界層中のガスの拡散は緩やかに起こるので樹脂の分解、除去に極めて長い時間を要するという重大な課題を有していた。
【００１４】
また、従来技術の第二例においては、一様な流れの気体によるセラミックグリーンシートの加熱方法では、セラミックグリーンシートの存在のために気体の流れに乱れが起こる。このため、炉内の熱分布にばらつきが起こる。このため樹脂の分解にもばらつきが起こり、セラミックグリーンシートそのものの温度制御が極めて困難となる。また、セラミックグリーンシート４を一様に加熱する場合、炉内の温度が樹脂の分解温度を越えると、セラミックグリーンシート表面及び内部で樹脂が急速に分解を起こす。このため単位時間当りに発生するセラミックグリーンシート４の内部の分解ガスの圧力が大きくなると層間剥離を起こし、部分的に分解ガスの圧力が大きくなると、われやクラックを起こし、品質が悪くなるという問題点を有していた。
【００１５】
さらに、分解された樹脂が基板上に残ったり、低分子となりガス化された樹脂は炉内の排気口近傍で冷却され、凝縮し炉内に付着する。このために、基板上に残った場合は、基板の絶縁抵抗の低下、炉に対してはメンテナンス性が悪いという重大な問題点を有していた。
【００１６】
本発明は上記問題点に鑑み、セラミックグリーンシートの加熱中に酸化性ガスをスリットを通してセラミックグリーンシートに吹き付け、または、セラミックグリーンシートの上面と下面に所定の温度差をつけることで樹脂の熱分解を促進し、これをセラミックグリーンシートから速やかに除去することで、短時間でわれやクラック等の欠陥の無い脱脂工程を終了させることの出来るセラミックグリーンシートの脱脂装置および脱脂方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、セラミックグリーンシートの加熱源と、ガスの噴射部が装置に備えられ、ガスの流れを拘束するスリット部が、炉体内部に設置されていることを特徴とするセラミック基板の製造装置であり、炉体内に載置されたセラミックグリーンシートの端部から、上記スリット部までの空間直線距離は、スリット部に設けられているスリット状溝幅の長さの５倍以上であるように、炉体内にスリット部が設置されていることを特徴とし上記スリット部は管と平板により構成され、矩形または円形の穴を有し、上記管の出口にガスの流れに対して垂直方向に上記平板を配置した構造であることを特徴とする。
【００１８】
さらにセラミックグリーンシートの加熱源と、セラミックグリーンシートの冷却部を備えられ、上記冷却部の上にセッタを載せ、セッタ上にセラミックグリーンシートを載せてグリーンシートの上方または側方に加熱源を配置することを特徴とするセラミック基板の製造装置であり、上記冷却部とセッタが接触する面には冷却用の液体または気体が通過できる管が１つないしはそれ以上備えられ、この管の上にセッタを載せることが可能となる構造であることを特徴とする。
【００１９】
【作用】
本発明は上記した構成によってセラミックグリーンシート表面近傍に酸化性ガスの乱流を供給し、セラミックグリーンシート表面近傍に存在する樹脂の分解ガスを除去することが可能となる。
【００２０】
所定の温度範囲で樹脂は分解されガスを発生するため、酸化性ガスの供給による樹脂の分解ガスの除去は極めて有効となる。樹脂の分解ガスは、セラミックグリーンシート表面から除去される際に、表面近傍に滞留する。この滞留する分解ガスを出来るだけ除去してやることで、セラミックグリーンシートからの分解ガスを速やかに除去することが出来る。
【００２１】
酸化性ガスは、所定の流速以上においてセラミックグリーンシートの表面近傍に滞留する樹脂の分解ガスの層を小さくする効果を持つ。即ち、分解ガス発生の化学的平衡をより速く分解ガスを除去できる方へずらせることになるため、セラミックグリーンシート中の樹脂の熱分解を加速する。
【００２２】
また吹き付ける酸化性ガスによって分解ガスを酸化し、タール化を防ぐことが出来、セラミックグリーンシート表面の熱分解中の樹脂を酸化させる効果もある。
【００２３】
また、管の出口にスリットを設けることで、管中のガスの速度の差の少ないところを選択的に取り出すことが出来、これを乱流にすることが出来るため、セラミックグリーンシートの表面近傍に供給する乱流の流速を制御することが出来る。
【００２４】
スリット部から所定の距離にはなれたところにセラミックグリーンシートを置くことで、スリット部から供給される酸化性ガスの乱流をセラミックグリーンシートに供給することが出来る。
【００２５】
また、セラミックグリーンシートの上面温度をＴｕ（℃），同じく下面をＴｄ（℃）とすると
【００２６】
【数２】

【００２７】
とすることで、高温側である表面から順にセラミックグリーンシート中の樹脂を熱分解させることで、まずグリーンシート表面の樹脂が分解除去され、順に内部の樹脂が分解される。樹脂が除去された後の多孔質のセラミックグリーンシートを通過して、分解ガスはセラミックグリーンシートから速やかに除去されていく。
【００２８】
さらに、冷却部の表面に冷却液または冷却気体の通過する管を配置することで、セラミックグリーンシートの上面温度をＴｕ（℃），同じく下面をＴｄ（℃）とすると
【００２９】
【数３】

【００３０】
のように温度差をつけることが出来る。
【００３１】
【実施例】
以下本発明の一実施例のセラミック基板の製造方法及び製造装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図１は本発明の実施例におけるセラミック基板の製造装置を示すものである。図１において、１はスリット部、２は熱源、３はセッタ、４はセラミックグリーンシート、５は気体排出口である。
【００３３】
スリット部１は、熱源２の側方に配置されセラミックグリーンシート４に対して気体を側方から供給する形態となっている。また、スリット部１は、セラミックグリーンシート４からスリット幅の５〜７倍以上隔たって配置されている。この理由は、スリット部１から流れ出てきた気体は通常スリット幅の５〜７倍の範囲においてポテンシャルコアと呼ばれる層流拡散層を持つためである。セラミックグリーンシート４に対して層流を供給している状態ではセラミックグリーンシート４の表面には大きな境界層が存在してしまい、スリットを設けた効果が発揮出来ない。また、このポテンシャルコアの存在する領域以上はなれた位置では気体の流れは乱流となり、この乱流を分解ガスの除去に利用するためにはスリット幅の５〜７倍以上の距離を必要とする。本願第一の実施例においては、所定の気体流速でスリットの幅を１〜１０ｃｍの間で変化させた。スリット部１は複数個設けた。
【００３４】
気体はスリット部１から供給され、セラミックグリーンシート４から発生する樹脂の分解ガスを気体の流れと共に除去する。この時、スリット部１を通してセラミックグリーンシート４の表面近傍を流れる気体は乱流を形成している。この状態におけるセラミックグリーンシート４の表面に形成される境界層の厚さは、気体の流速をＶ、動粘性係数をν、気体の吹き付け方向のセラミックグリーンシート４の端面からの距離をｘとすると、ｘの位置において境界層の厚さは
【００３５】
【数４】

【００３６】
である。この厚さは通常、送風ファンなどで形成される場合、
【００３７】
【数５】

【００３８】
であることを考えると、極めて小さくなっている。また
【００３９】
【数６】

【００４０】
となるためには吹き付ける気体の流速ｖ（ｃｍ／ｓｅｃ）は、流れ方向のセラミックグリーンシート長をＬ（ｃｍ）とすると
【００４１】
【数７】

【００４２】
でなくてはならない。
【００４３】
脱脂中の分解ガスの挙動は数式的には（数８）によって支配される。
【００４４】
【数８】

【００４５】
ただし、Ｄは分解ガスの気体中への拡散定数
Ｃは分解ガスの濃度
Ｖはグリーンシート中から分解していく樹脂の分解面の移動速度
この問題は、ステファン問題として研究されている。（Ｓｔｅｆａｎ．Ｊ．，ＵｅｂｅｒｄｉｅＶｅｒｄａｍｐｆｕｎｇｕｎｄｄｉｅＡｕｆｌｏｅｓｕｎｇａｌｓＶｏｒｇａｅｎｇｅｄｅｒＤｉｆｆｕｓｉｏｎＳｉｔｚｂｅｒ．Ｗｉｅｎ．Ａｋａｄ．Ｍａｔ．ｎａｔｕｒｗ．，９８，１１ａ，１８８９，１４１８−１４４２）。（数８）より樹脂の分解面における樹脂成分の濃度差が極めて大きければ、
【００４６】
【数９】

【００４７】
の項は極めて大きくなり樹脂の除去される速度は非常に大きくなる。このように、倫理的には分解した樹脂の濃度差を大きく取ることで樹脂工程を速やかに終了させることが出来る。
【００４８】
さらに、分解ガスは、スリット部１から供給される酸化性ガスにより酸化され、このため加熱により除去される樹脂の挙動に対して化学平衡的には影響を与えず、樹脂の気化当初の除去状態を維持したまま樹脂の除去を行うことが出来る。スリット部１から供給された気体は樹脂を分解した後、気体排出口５から除去される。
【００４９】
以上のように構成されたセラミック基板の製造装置における本実施例の条件を検討した。まず、セラミックグリーンシート４を所定の位置におき、熱源２からの熱の供給を開始する。この時の温度上昇は、毎分一定温度とし、セラミックグリーンシート４が所定の温度になった時に酸化性ガスの導入を開始する。その後所定の時間保持することで、脱脂工程を終了する。この後残存樹脂量を測定し、脱脂終了時間をもとめた。
【００５０】
（表１）は１００ｍ／ｓから１０ｍ／ｓの流速で各種の気体を導入した時の脱脂完了時間を示したものである。（表１）から明らかなように酸化性ガスの導入により脱脂時間の短縮が確認される。基板温度をさらに高温にした時も同様の効果を得た。また、本実施例においては不活性ガスに窒素を選んだが、これをアルゴンやヘリウム等の他の不活性ガスとしても同様のことであった。
【００５１】
さらに、樹脂分を除去されたセラミックグリーンシートには層間剥離やわれ、クラック等の欠陥は発見出来なかった。
【００５２】
【表１】

【００５３】
以上のように第一の実施例によれば、加熱中にセラミックグリーンシートに酸化性ガスを吹き付けることにより、高品質を保ったまま従来よりも短い時間で脱脂工程を終了することができる。
【００５４】
次に本発明の第二の実施例のセラミック基板の製造方法及び製造装置について、図面を参照しながら説明する。
【００５５】
図２は本発明の第二の実施例を示すセラミック基板の製造装置図である。
【００５６】
図２にいて、２は熱源、３はセッタ、４はセラミックグリーンシートで、以上は図３の構成と同様なものである。
【００５７】
熱源２はセラミックグリーンシート４の上方に配置されセラミックグリーンシート４に対して安定して熱を供給する形態となっており、セラミックグリーンシート４の温度保持、及び温度上昇を所望の状態にすることが可能となっている。基板冷却装置６はセラミックグリーンシート４の下方に配置されており、セラミックグリーンシート４と接触しているセッタ３と接触している。基板冷却装置６は流量計とつながっており、所望の温度勾配で、冷却することが可能である。
【００５８】
加熱は熱源２によって行われ、セラミックグリーンシート４を加熱する。セラミックグリーンシート４が所定温度となった後、流量計７を調節し、基板冷却装置６を作動させ、セラミックグリーンシート４に対して所望の温度勾配をつける。
【００５９】
基板の冷却に関して、流量計によってコントロールされた冷却液または冷却気体が基板冷却装置６の温度を低温に保つ。低温に保たれた基板冷却装置６によって、セッタ３が低温に保たれセラミックグリーンシート４の下面が低温に保たれることとなる。本実施例においては、水冷方式を用いて冷却効果を確認したが、ファンを回すことなどによってセッタ３を冷却する空冷方式を用いても同様の結果を得ることが出来た。
【００６０】
セラミックグリーンシート４に含まれる樹脂は、加熱にともなって分解温度近傍から分解を開始する。この時、セラミックグリーンシート４には上面と下面で温度差がつけられているため、高温側の表面から順に熱分解が始まる。
【００６１】
分解ガスは、まずセラミックグリーンシート４の表面から熱分解され、雰囲気中に移動していく。次に、セラミックグリーンシート４表面の樹脂が除去された後の多孔質のセラミックグリーンシート４を通過して分解ガスは除去され、速やかにセラミックグリーンシート４の外へ取り出すことが出来る。
【００６２】
以上のように構成されたセラミック基板の製造装置における本実施例の条件を検討した。まず、セラミックグリーンシート４を所定の位置におき、熱源２から熱の供給を開始する。この時の温度上昇は、毎分一定温度とし、セラミックグリーンシート４が所定の温度になった時に基板の冷却を開始する。その後所定の時間保持することで、脱脂工程を終了する。（表２）は１００℃から基板冷却を開始した時の樹脂の除去時間を示したものである。（表２）から明らかなようにセラミックグリーンシートの上面温度をＴｕ（℃），同じく下面をＴｄ（℃）とすると
【００６３】
【数１０】

【００６４】
としたことによる脱脂時間の短縮が確認される。基板温度をさらに高温にした時から基板の冷却を開始した時も同様の結果を得た。
【００６５】
また、１つの条件を除いて、脱脂分を除去されたセラミックグリーンシートには層間剥離やわれ、クラック等の欠陥は発見出来なかった。
【００６６】
【表２】

【００６７】
以上のように、セラミックグリーンシート４に温度差をつけることにより、高品質を保ったまま従来よりも短時間で脱脂工程を終了することが出来る。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、セラミックグリーンシート表面近傍に酸化性ガスの乱流を供給し、セラミックグリーンシート表面近傍に存在する境界層を小さくすることが可能となった。所定の温度範囲で樹脂は分解され、ガスを発生するため、発生した樹脂の分解ガスを酸化性ガスを吹き付けることによる除去は極めて有効であった。樹脂の分解ガスは、セラミックグリーンシート表面から除去される際に、表面近傍に滞留するが、分解ガスを出来るだけ除去してやることで、セラミックグリーンシートからの分解ガスを速やかに除去することが出来た。
【００６９】
酸化性ガスを所定の流速以上においてセラミックグリーンシートの表面近傍に供給することで、分解ガス発生の化学的平衡をより速く分解ガスを除去出来る方へずらせることになり、セラミックグリーンシート中の樹脂の熱分解を加速することが出来た。また吹き付ける酸化性ガスが分解ガスを酸化し、タール化を防ぐことが出来た。
【００７０】
また、管の出口にスリットを設けることで、セラミックグリーンシートの表面近傍に供給する乱流の流速を制御することが出来た。スリット部から所定の距離にはなれたところにセラミックグリーンシートを置くことで、スリット部から供給される酸化性ガスの乱流をセラミックグリーンシートに供給することが出来た。
【００７１】
また、セラミックグリーンシートに温度差をつけることで、高温側である表面から順にセラミックグリーンシート中の樹脂を熱分解させることができ、まずセラミックグリーンシート表面の樹脂が分解除去され、順に内部の樹脂が分解されていった。樹脂が除去された後の多孔質のセラミックグリーンシートを通過して、分解ガスをセラミックグリーンシートから速やかに除去することができた。
【００７２】
さらに、冷却部の表面に冷却液または冷却気体の通過する管を配置することで、５０℃〜１５０℃の範囲でセラミックグリーンシートの上下面に対して温度差をつけることが出来た。
【００７３】
以上のような構成でセラミックグリーンシートを脱脂することで短時間で脱脂を完了することが出来、われやクラック等の欠陥はなかった。従って、高品質で生産性の高いセラミックグリーンシートの脱脂装置および脱脂方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるセラミックグリーンシートの脱脂装置の構成図
【図２】本発明の第２の実施例におけるセラミックグリーンシートの脱脂装置の構成図
【図３】従来のセラミックグリーンシートの脱脂装置の例を示す図
【図４】従来のセラミックグリーンシートの脱脂装置の例を示す図
【符号の説明】
１スリット部
２熱源
３セッタ
４セラミックグリーンシート
５気体排出口
６基板冷却装置
７流量計
８マッフル
９送風ファン[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates broadly to degreasing apparatus and degreasing a ceramic green sheet used in the circuit of the electronic device [0002]
[Prior art]
In recent years, electronic circuits using ceramic substrates with excellent heat dissipation that can be easily formed by thick film printing have been used. Multilayer electronic circuit boards have begun to be used to realize smaller size and higher performance.
[0003]
In the firing process that determines the characteristics of the ceramic substrate, the development of firing processes and equipment that realizes stable quality and improved yield is urgently required, especially when degreasing the ceramic green sheet as little as possible. Ingenuity has been made. For example, a shielding plate for shielding radiant heat is provided. However, during degreasing, temperature fluctuations occur because it is difficult to control the temperature in the furnace, so the temperature rise rate is made very slow to stabilize the quality.
[0004]
Hereinafter, an example of a conventional method for manufacturing a ceramic substrate will be described with reference to the drawings.
[0005]
FIG. 3 shows a ceramic substrate manufacturing apparatus according to a first example of the prior art. In FIG. 3, 2 is a heat source, 3 is a setter, 4 is a ceramic green sheet, and 8 is a muffle.
[0006]
First, in the degreasing process for decomposing the resin contained in the ceramic green sheet 4, the heat source 2 heats the muffle 8 made of inconel inside the apparatus, and the muffle 8 heated to a predetermined temperature heats the gas inside the apparatus. Furthermore, the gas contained in the ceramic green sheet 4 is decomposed by heating the ceramic green sheet 4 placed in a predetermined position by the gas inside the apparatus heated to a predetermined temperature. In order to increase the temperature when decomposing the resin contained in the ceramic green sheet 4, it is necessary to increase the temperature in the furnace uniformly, and therefore it is necessary to increase the temperature to a predetermined temperature over approximately 24 to 48 hours.
[0007]
FIG. 4 shows a ceramic substrate manufacturing apparatus according to a second example of the prior art. In FIG. 4, 2 is a heat source, 3 is a setter, 4 is a ceramic green sheet placed at a predetermined position inside the apparatus, and 9 is a blower fan.
[0008]
The operation will be described below. First, the gas heated by the heat source 2 is sent as a laminar flow that is a uniform flow around the ceramic green sheet 4 by the blower fan 9 inside the apparatus. This flow has a very slow flow rate in the vicinity of the surface of the ceramic green sheet 4 and forms a gentle flow. The ceramic green sheet 4 receives the heat from the heat source 2 by using the gently flowing gas as a refrigerant, the resin is decomposed inside the ceramic green sheet 4, and is removed from the vicinity of the ceramic green sheet 4. Thereafter, a ceramic substrate is formed through a sintering process.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the configuration as described above, unless the temperature inside the furnace is kept uniform, the resin partially decomposes in the ceramic green sheet, the pressure of the decomposition gas rises, delamination, cracks, cracks occur. Such defects occur. In order to suppress the temperature variation in the furnace, the rate of temperature rise can be slowed to reduce the amount of cracked gas that escapes per unit time, but the time required for the degreasing process becomes extremely long, and the productivity is poor. Furthermore, in the first example of the conventional example, the gas removed from the ceramic green sheet 4 stays in the apparatus, and the partial pressure of the decomposition gas increases in the gas existing in the apparatus, so that the resin is decomposed. It takes time to do.
[0010]
Further, in the second example method of the prior art, it is difficult to remove the decomposition gas of the resin existing in the vicinity of the ceramic green sheet surface by the flow sent by the blower fan, and this part has almost no effect of blowing on the concentration change. I can't. This is because the gas sent to the surface of the ceramic green sheet becomes a laminar flow, and the boundary layer formed due to the viscosity of the gas is formed thick on the surface of the ceramic green sheet. It is generally known that the flow velocity v ₁ of the gas near the surface of the object is slower than the flow velocity v ₂ at a position away from the object due to its viscosity, and the boundary layer thickness (δ Is defined by the following equation.
[0011]
[Expression 1]

[0012]
In this boundary layer, the phenomenon of material diffusion is more dominant than the influence of gas flow, convection and the like.
[0013]
The cracked gas in the boundary layer cannot be sufficiently removed by the uniform flow for the reasons described above. For this reason, the diffusion of the gas in the boundary layer occurs slowly, which has a serious problem that it takes a very long time to decompose and remove the resin.
[0014]
In the second example of the prior art, in the method of heating the ceramic green sheet with a uniform flow of gas, the gas flow is disturbed due to the presence of the ceramic green sheet. For this reason, variation occurs in the heat distribution in the furnace. For this reason, dispersion | variation also arises in decomposition | disassembly of resin, and temperature control of the ceramic green sheet itself becomes very difficult. Further, when the ceramic green sheet 4 is uniformly heated, if the temperature in the furnace exceeds the decomposition temperature of the resin, the resin rapidly decomposes on and inside the ceramic green sheet. For this reason, when the pressure of the cracked gas inside the ceramic green sheet 4 generated per unit time increases, delamination occurs, and when the pressure of the cracked gas partially increases, cracks and cracks occur, resulting in poor quality. Had a point.
[0015]
Further, the decomposed resin remains on the substrate, or the resin gasified into low molecules is cooled in the vicinity of the exhaust port in the furnace, condensed, and attached to the furnace. For this reason, when it remains on the substrate, it has a serious problem that the insulation resistance of the substrate is lowered and the maintainability is poor for the furnace.
[0016]
In view of the above problems, the present invention is directed to thermal decomposition of a resin by blowing an oxidizing gas to the ceramic green sheet through a slit during heating of the ceramic green sheet, or creating a predetermined temperature difference between the upper surface and the lower surface of the ceramic green sheet. And providing a degreasing method and a degreasing method for a ceramic green sheet capable of completing a degreasing process free from defects such as cracks and cracks in a short time by quickly removing this from the ceramic green sheet. Objective.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the apparatus is provided with a heating source for ceramic green sheets and a gas injection unit, and a slit unit for restricting the flow of gas is installed inside the furnace body. The apparatus for manufacturing a ceramic substrate, wherein the spatial linear distance from the end of the ceramic green sheet placed in the furnace body to the slit is 5 times the length of the slit-like groove width provided in the slit As described above, a slit portion is provided in the furnace body, the slit portion is constituted by a tube and a flat plate, has a rectangular or circular hole, and the gas outlet at the outlet of the tube Thus, the flat plate is arranged in the vertical direction.
[0018]
Furthermore, a ceramic green sheet heating source and a ceramic green sheet cooling unit are provided. A setter is placed on the cooling unit, and a ceramic green sheet is placed on the setter, and a heating source is disposed above or to the side of the green sheet. One or more tubes through which a cooling liquid or gas can pass are provided on the surface where the cooling unit and the setter come into contact, and the ceramic substrate manufacturing device is provided on the tube. It is characterized by having a structure on which a setter can be placed.
[0019]
[Action]
According to the present invention, it is possible to supply a turbulent flow of an oxidizing gas near the surface of the ceramic green sheet and remove a decomposition gas of the resin existing near the surface of the ceramic green sheet.
[0020]
Since the resin is decomposed to generate gas within a predetermined temperature range, removal of the resin decomposition gas by supplying an oxidizing gas is extremely effective. When the resin decomposition gas is removed from the surface of the ceramic green sheet, it stays in the vicinity of the surface. By removing the staying cracked gas as much as possible, the cracked gas from the ceramic green sheet can be quickly removed.
[0021]
The oxidizing gas has the effect of reducing the resin decomposition gas layer staying in the vicinity of the surface of the ceramic green sheet at a predetermined flow rate or higher. That is, the chemical equilibrium of generation of cracked gas is shifted to a direction where the cracked gas can be removed faster, so that the thermal decomposition of the resin in the ceramic green sheet is accelerated.
[0022]
Further, the decomposition gas can be oxidized by the oxidizing gas to be blown, tarring can be prevented, and there is an effect of oxidizing the resin being thermally decomposed on the surface of the ceramic green sheet.
[0023]
In addition, by providing a slit at the outlet of the tube, it is possible to selectively take out the place where the difference in gas velocity in the tube is small, and this can be turbulent, so that it is near the surface of the ceramic green sheet. It is possible to control the flow rate of the supplied turbulent flow.
[0024]
By placing the ceramic green sheet at a predetermined distance from the slit portion, the turbulent flow of the oxidizing gas supplied from the slit portion can be supplied to the ceramic green sheet.
[0025]
If the upper surface temperature of the ceramic green sheet is Tu (° C.) and the lower surface is Td (° C.),
[Expression 2]

[0027]
By thermally decomposing the resin in the ceramic green sheet in order from the surface on the high temperature side, the resin on the surface of the green sheet is first decomposed and removed, and the internal resin is decomposed in order. The cracked gas is rapidly removed from the ceramic green sheet through the porous ceramic green sheet after the resin is removed.
[0028]
Further, by arranging a pipe through which the coolant or cooling gas passes on the surface of the cooling section, when the upper surface temperature of the ceramic green sheet is Tu (° C.) and the lower surface is Td (° C.),
[Equation 3]

[0030]
A temperature difference can be given as follows.
[0031]
【Example】
Hereinafter, a method and an apparatus for manufacturing a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0032]
FIG. 1 shows an apparatus for manufacturing a ceramic substrate in an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a slit part, 2 is a heat source, 3 is a setter, 4 is a ceramic green sheet, and 5 is a gas discharge port.
[0033]
The slit portion 1 is arranged on the side of the heat source 2 and is configured to supply gas from the side to the ceramic green sheet 4. Moreover, the slit part 1 is arrange | positioned from the ceramic green sheet 4 at 5-7 times or more of slit width. This is because the gas flowing out from the slit portion 1 usually has a laminar flow diffusion layer called a potential core in a range of 5 to 7 times the slit width. In a state where a laminar flow is supplied to the ceramic green sheet 4, a large boundary layer exists on the surface of the ceramic green sheet 4, and the effect of providing a slit cannot be exhibited. In addition, the gas flow becomes turbulent at a position beyond the region where the potential core exists, and a distance of 5 to 7 times the slit width is required to use this turbulent flow for removing the cracked gas. . In the first embodiment of the present application, the width of the slit was changed between 1 to 10 cm at a predetermined gas flow rate. A plurality of slit portions 1 were provided.
[0034]
The gas is supplied from the slit portion 1, and the resin decomposition gas generated from the ceramic green sheet 4 is removed together with the gas flow. At this time, the gas flowing near the surface of the ceramic green sheet 4 through the slit portion 1 forms a turbulent flow. The thickness of the boundary layer formed on the surface of the ceramic green sheet 4 in this state is as follows: V is the gas flow velocity, ν is the kinematic viscosity coefficient, and x is the distance from the end surface of the ceramic green sheet 4 in the gas blowing direction. , X at the position of the boundary layer is
[Expression 4]

[0036]
It is. This thickness is usually formed by a blower fan, etc.
[0037]
[Equation 5]

[0038]
Given that, it is extremely small. [0039]
[Formula 6]

[0040]
In order to achieve this, the flow velocity v (cm / sec) of the gas to be blown is assumed that the length of the ceramic green sheet in the flow direction is L (cm).
[Expression 7]

[0042]
It must be.
[0043]
The behavior of the cracked gas during degreasing is mathematically governed by (Equation 8).
[0044]
[Equation 8]

[0045]
However, D is a diffusion constant C of the cracked gas into the gas C is a concentration V of the cracked gas V is a moving speed of the decomposition surface of the resin that is decomposed from the green sheet. This problem has been studied as a Stefan problem. (Stefan. J., Ueber die Verdampung und die Auffeloesungals Vorgage der Diffusion Sitzber. Wien. Acad. Mat. Nature., 98, 11a, 1889, 1489-1442). If the concentration difference of the resin component on the decomposition surface of the resin is extremely large from (Equation 8),
[0046]
[Equation 9]

[0047]
This term becomes very large, and the removal rate of the resin becomes very large. Thus, ethically, the resin process can be completed quickly by taking a large concentration difference between the decomposed resins.
[0048]
Further, the cracked gas is oxidized by the oxidizing gas supplied from the slit portion 1, and thus does not affect the behavior of the resin removed by heating in a chemical equilibrium, and the removal state at the beginning of the vaporization of the resin. The resin can be removed while maintaining the above. The gas supplied from the slit part 1 is removed from the gas outlet 5 after decomposing the resin.
[0049]
The conditions of this embodiment in the ceramic substrate manufacturing apparatus configured as described above were examined. First, the ceramic green sheet 4 is placed at a predetermined position, and supply of heat from the heat source 2 is started. The temperature rise at this time is a constant temperature per minute, and introduction of the oxidizing gas is started when the ceramic green sheet 4 reaches a predetermined temperature. Thereafter, the degreasing step is completed by holding for a predetermined time. Thereafter, the amount of residual resin was measured, and the degreasing end time was determined.
[0050]
(Table 1) shows the degreasing completion time when various gases are introduced at a flow rate of 100 m / s to 10 m / s. As is clear from Table 1, shortening of the degreasing time is confirmed by introducing the oxidizing gas. Similar effects were obtained when the substrate temperature was further increased. In this embodiment, nitrogen is selected as the inert gas, but the same applies to other inert gases such as argon and helium.
[0051]
Further, the ceramic green sheet from which the resin content was removed was delaminated and cracks and other defects could not be found.
[0052]
[Table 1]

[0053]
As described above, according to the first embodiment, the degreasing step can be completed in a shorter time than before while maintaining high quality by spraying the oxidizing gas on the ceramic green sheet during heating.
[0054]
Next, a ceramic substrate manufacturing method and manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0055]
FIG. 2 is an apparatus for manufacturing a ceramic substrate showing a second embodiment of the present invention.
[0056]
In FIG. 2, 2 is a heat source, 3 is a setter, 4 is a ceramic green sheet, and the above is the same as the structure of FIG.
[0057]
The heat source 2 is disposed above the ceramic green sheet 4 and stably supplies heat to the ceramic green sheet 4 so that the temperature of the ceramic green sheet 4 is maintained and the temperature rise is in a desired state. Is possible. The substrate cooling device 6 is disposed below the ceramic green sheet 4 and is in contact with the setter 3 in contact with the ceramic green sheet 4. The substrate cooling device 6 is connected to a flow meter and can be cooled with a desired temperature gradient.
[0058]
Heating is performed by the heat source 2 to heat the ceramic green sheet 4. After the ceramic green sheet 4 reaches a predetermined temperature, the flowmeter 7 is adjusted, the substrate cooling device 6 is operated, and a desired temperature gradient is applied to the ceramic green sheet 4.
[0059]
Regarding the cooling of the substrate, the coolant or the cooling gas controlled by the flow meter keeps the temperature of the substrate cooling device 6 at a low temperature. With the substrate cooling device 6 kept at a low temperature, the setter 3 is kept at a low temperature, and the lower surface of the ceramic green sheet 4 is kept at a low temperature. In this example, the cooling effect was confirmed using a water cooling method, but the same result could be obtained even if an air cooling method for cooling the setter 3 by rotating a fan or the like was used.
[0060]
The resin contained in the ceramic green sheet 4 starts to decompose near the decomposition temperature with heating. At this time, since the ceramic green sheet 4 has a temperature difference between the upper surface and the lower surface, thermal decomposition starts in order from the surface on the high temperature side.
[0061]
The cracked gas is first pyrolyzed from the surface of the ceramic green sheet 4 and moves into the atmosphere. Next, the decomposition gas is removed by passing through the porous ceramic green sheet 4 after the resin on the surface of the ceramic green sheet 4 is removed, and can be quickly taken out of the ceramic green sheet 4.
[0062]
The conditions of this embodiment in the ceramic substrate manufacturing apparatus configured as described above were examined. First, the ceramic green sheet 4 is placed at a predetermined position, and the supply of heat from the heat source 2 is started. The temperature rise at this time is a constant temperature per minute, and the cooling of the substrate is started when the ceramic green sheet 4 reaches a predetermined temperature. Thereafter, the degreasing step is completed by holding for a predetermined time. (Table 2) shows the resin removal time when the substrate cooling is started from 100 ° C. As apparent from (Table 2), when the upper surface temperature of the ceramic green sheet is Tu (° C.) and the lower surface is Td (° C.),
[Expression 10]

[0064]
It is confirmed that the degreasing time is shortened. Similar results were obtained when the cooling of the substrate was started after the substrate temperature was further increased.
[0065]
Except for one condition, the ceramic green sheet from which the degreased component was removed was delaminated and no defects such as cracks were found.
[0066]
[Table 2]

[0067]
As described above, by applying a temperature difference to the ceramic green sheet 4, the degreasing process can be completed in a shorter time than before while maintaining high quality.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to supply a turbulent flow of oxidizing gas in the vicinity of the surface of the ceramic green sheet, and to reduce the boundary layer existing in the vicinity of the surface of the ceramic green sheet. Since the resin is decomposed in a predetermined temperature range to generate gas, removal of the generated resin decomposition gas by blowing an oxidizing gas was extremely effective. When the resin decomposition gas is removed from the surface of the ceramic green sheet, it stays near the surface, but by removing the decomposition gas as much as possible, the decomposition gas from the ceramic green sheet could be removed quickly. .
[0069]
By supplying oxidizing gas to the vicinity of the surface of the ceramic green sheet at a predetermined flow rate or higher, the chemical equilibrium of generation of the cracked gas is shifted to a direction where the cracked gas can be removed more quickly. It was possible to accelerate the thermal decomposition of. Moreover, the oxidizing gas sprayed could oxidize the cracked gas and prevent tar formation.
[0070]
Moreover, the flow velocity of the turbulent flow supplied to the vicinity of the surface of the ceramic green sheet could be controlled by providing a slit at the outlet of the tube. By placing the ceramic green sheet at a predetermined distance from the slit, the turbulent flow of oxidizing gas supplied from the slit could be supplied to the ceramic green sheet.
[0071]
In addition, by giving a temperature difference to the ceramic green sheet, the resin in the ceramic green sheet can be thermally decomposed in order from the surface on the high temperature side. First, the resin on the surface of the ceramic green sheet is decomposed and removed, and the resin inside Was disassembled. The decomposition gas could be quickly removed from the ceramic green sheet through the porous ceramic green sheet after the resin was removed.
[0072]
Furthermore, by arranging a pipe through which the cooling liquid or cooling gas passes on the surface of the cooling section, a temperature difference could be made with respect to the upper and lower surfaces of the ceramic green sheet in the range of 50 ° C to 150 ° C.
[0073]
By degreasing the ceramic green sheet with the above configuration, degreasing could be completed in a short time, and there were no defects such as cracks and cracks. Therefore, it is possible to provide a ceramic green sheet degreasing apparatus and degreasing method with high quality and high productivity.
[Brief description of the drawings]
Configuration diagram of a degreasing apparatus ceramic green sheet in the second embodiment of the diagram the invention; FIG degreasing apparatus ceramic green sheet in the first embodiment of the invention, FIG 3 shows a conventional Fig. 4 shows an example of a ceramic green sheet degreasing device. Fig. 4 shows an example of a conventional ceramic green sheet degreasing device.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Slit part 2 Heat source 3 Setter 4 Ceramic green sheet 5 Gas exhaust port 6 Substrate cooling device 7 Flowmeter 8 Muffle 9 Air blower fan

Claims

A ceramic green sheet degreasing device comprising a heating source for heating the ceramic green sheet and an injection unit for injecting an oxidizing gas, and a slit unit for restricting a gas flow is installed inside the furnace body. In the apparatus, the spatial linear distance from the end portion of the ceramic green sheet placed in the furnace body to the slit portion is more than five times the length of the slit-like groove width provided in the slit portion. In addition, a ceramic green sheet degreasing apparatus , wherein a slit portion is installed in the furnace body.

Slit portion is constituted by a tube and a flat plate, has a rectangular or circular holes, according to claim 1, characterized in that a structure in which the flat plate in a direction perpendicular to the flow of gas to the outlet of the pipe Ceramic green sheet degreasing equipment.

A heating source for heating the ceramic green sheet and a cooling unit for cooling the ceramic green sheet are provided. A setter is mounted on the cooling unit, and the ceramic green sheet is mounted on the setter, and the heating source is above or to the side of the green sheet. A ceramic green sheet degreasing apparatus characterized by comprising:

One or more tubes through which a cooling liquid or gas can pass are provided on the surface where the cooling unit and the setter come into contact, and the setter can be placed on the tube. The degreasing apparatus for ceramic green sheets according to claim 3 .

A method for degreasing ceramic green sheets using the production apparatus according to claim 1.