JP4071841B2

JP4071841B2 - Porous ceramic setter with high thermal conductivity and method for producing the same

Info

Publication number: JP4071841B2
Application number: JP06079797A
Authority: JP
Inventors: 笏平王; 望谷藤; 耕次柴田
Original assignee: Isolite Insulating Products Co Ltd; Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Isolite Insulating Products Co Ltd; Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2017-03-14
Also published as: JPH10251071A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス製の電子部品及び回路基板の焼成に使用されるセラミックスセッターであって、多孔質で通気性を有すると同時に熱伝導率に優れたセラミックスセッター、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、セラミックスコンデンサ、アルミナ基板、フェライト、圧電体、ＩＣパッケジ、セラミックス製回路基板などのセラミックス電子部品を焼成する場合、Ａｌ₂Ｏ₃質、ＺｒＯ₂質、ムライト質などからなるセラミックスセッターの上に載せて焼成を行っている。
【０００３】
従来のセラミックスセッターは、ほぼ２種類に大別される。その一つは、かさ密度が約２.０〜４.０ｇ／ｃｍ³の緻密なセッターであり、熱伝導率はおよそ０.５〜１.５Ｗ／ｍＫ程度であるが、通気性が殆どない。他の一つは、かさ密度が０.２〜１.５ｇ／ｃｍ³程度の軽量なセッターであって、良好な通気性を有するが、熱伝導率は０.５Ｗ／ｍＫよりも小さい。
【０００４】
この緻密なセラミックスセッターは、セラミックス粒子を耐熱性無機結合剤と共に乾式プレスで成形して、焼成することにより製造される。一方、軽量なセラミックスセッターは、アルミナ質やアルミノシリケート質のセラミックスファイバーと、Ａｌ₂Ｏ₃粒子及び／又はムライト粒子に、耐熱性無機結合剤を混合し、脱水成形し、焼成して製造される。
【０００５】
しかし、最近のセラミックス電子部品の進歩に伴い、セラミックスセッターに対しても今までにない様々な特性が要求されるようになってきた。例えば、従来のＩＣパッケージやセラミックス製回路基板等の組成は、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が９０〜９４重量％であり、メタライズ金属はＭｏ又はＷなどが使われ、焼成は１３００℃以上の高温で行っていた。この場合、焼成温度が高いため、使用できるメタライズ金属が制限され、また高温焼成による熱の歪を非常に受けやすかった。そこで、この焼成温度を下げるため、Ａｌ₂Ｏ₃に各種のガラス質の酸化物を添加したり、或はホットプレスを採用する方法などが開発されている。
【０００６】
これに加えて、生産効率を向上させるため、セラミックスセッターの間にセラミックス電子部品のグリーンテープを挟持し、これを複数重ねて１２００℃以下で焼成する方法が研究されている。この焼成方法では、セラミックスセッターに挟持されたグリーンテープ中の有機バインダーが、焼成時にセラミックスセッターの気孔を通して排出される必要がある。また、グリーンテープは全体にできるだけ均一な温度で焼成することが好ましい。焼成温度が不均一になると、得られるセラミックス電子部品が変形したり、その特性に悪影響がでる恐れがあるからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなセラミックスセッターの間にグリーンテープを挟んで焼成を行う方法では、従来のセラミックスセッターは殆ど使用できなかった。なぜなら、かさ密度が２.０〜４.０ｇ／ｃｍ³の緻密なセッターでは通気性が殆どないため、焼成時にグリーンテープ中の有機バインダーがセッターを通して排出されないからである。一方、かさ密度が０.２〜１.５ｇ／ｃｍ³の軽量なセッターは通気性があるが、高温熱伝導率が小さいため焼成時におけるグリーンテープの中心部と外側部の温度差が大きくなり易いため、加熱に長い時間を要することとなり、焼成効率が悪く、生産性が低いという欠点があった。
【０００８】
本発明は、かかる従来の事情に鑑み、セラミックス電子部品や回路基板の焼成のため１２００℃程度の高温まで使用可能であり、良好な通気性を備えると同時に、高温での熱伝導率が高い多孔質のセラミックスセッターを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供する多孔質セラミックスセッターは、セラミックスファイバー及び／又はウイスカー５〜３０重量％と、平均粒径５〜１００μｍのＳｉＣ、ＡｌＮ、ＢｅＯから選ばれた少なくとも１種のセラミックス粒子７０〜９５重量％とからなり、これらが耐熱性無機質結合剤で結合された繊維間の絡み合い構造を有し、かさ密度が０ . ８〜１ . ７ｇ／ｃｍ ^３で、通気率が０.５×１０^−３ｃｍ^２以上であり、９００℃での熱伝導率が０.５Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする高熱伝導率の多孔質セラミックスセッターである。
【００１０】
また、この高熱伝導率の多孔質セラミックスセッターの製造方法は、セラミックスファイバー及び／又はウイスカー５〜３０重量％と、平均粒径５〜１００μｍのＳｉＣ、ＡｌＮ、ＢｅＯから選ばれた少なくとも１種のセラミックス粒子７０〜９５重量％とを、耐熱性無機質結合剤と共に混合し、その混合物を凝集させて成形した後、８００〜１２００℃で焼成することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明のセラミックスセッターの代表的な製法の概要を説明する。骨格部分となるＡｌ₂Ｏ₃ファイバー及び／又はアルミノシリケートファイバーを水中に撹拌しながら分散させ、次にＳｉＣなどの熱伝導率の高いセラミックス粒子を添加し、更に耐熱性無機質結合剤としてＳｉＯ₂ゾル又はＡｌ₂Ｏ₃ゾルを添加撹拌してスラリー状とする。このスラリーに澱粉を加えて凝集させ、圧力を加えながら吸引成形して成形体を形成する。最後に、この成形体を１２０℃で乾燥し、８００〜１２００℃の温度で焼成することにより本発明のセラミックスセッターが得られる。
【００１２】
原料のセラミックスファイバーとしては、アルミナファイバー（Ａｌ₂Ｏ₃含有率７０％以上）、アルミノシリケートファイバー（Ａｌ₂Ｏ₃：ＳｉＯ₂の比が３０〜６０：７０〜４０）、ＳｉＣファイバー、ＺｒＯ₂ファイバーなどが好ましい。尚、アルミナファイバーには、イギリスＩＣＩ社製のサフィル（商品名）、三菱化学（株）製のマフテックバルクファイバー（商品名）等がある。アルミノシリケートファイバーとしては、イソライト工業（株）製の結晶質又は非晶質のものがある。
【００１３】
セラミックスウイスカーとしては、ＳｉＣウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカーなどが好ましい。また、セラミックス粒子は、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＢｅＯのいずれか１種、又はこれらの２種以上を組合せて使用する。使用するセラミックス粒子の平均粒径は５〜１００μｍの範囲とし、全体の平均粒径が上記範囲内にあれば、平均粒径の異なる複数の粒子を組合せて用いることもできる。尚、耐熱性無機質結合剤とは、焼成時にセラミックスファイバーやウイスカー同士又はこれらとセラミックス粒子との接触部に融着し、これらを結合するために従来から使用されているバインダーであって、例えばシリカゾルやアルミナゾルなどが一般的に使用されている。
【００１４】
このようにして得られる本発明のセラミックスセッターは、本質的にセラミックスファイバー及び／又はウイスカーとセラミックス粒子とで構成され、これらが耐熱性無機結合剤で相互に結合された繊維間での絡み合い構造を有している。このため、本発明のセラミックスセッターは、内部に多数の連通気孔を有する多孔質であり、かさ密度が０.８〜１.７ｇ／ｃｍ³の範囲にあって非常に軽量であり、空気中においても１２００℃の高温まで十分な耐熱性を備えている。
【００１５】
かかる本発明の多孔質セラミックスセッターの大きな特徴は、優れた通気性と高い熱伝導率とを兼ね備えている点にある。具体的には、従来の軽量なセラミックスセッターと同程度の通気性を備えると同時に、９００℃での熱伝導率が０.５Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは０.６〜０.８Ｗ／ｍＫであり、従来の緻密なセラミックスセッターと同程度に高い。
【００１６】
このため、本発明のセラミックスセッターは、ＩＣパッケージや回路基板などのセラミックス電子部品の焼成用として好適であり、特にセラミックスセッターの間にグリーンテープを挟持して焼成する場合に、グリーンテープの中心部と外側部の温度差が小さく、具体的には５℃以下の温度差を達成でき、このため均一な加熱を実現できると同時に、グリーンテープ中の有機バインダーの排出に優れている。この有機バインダーの排出に適したセラミックスセッターは、通気率が０.５×１０^-3ｃｍ²以上の場合に良好であり、更に好ましくは０.９×１０^-3〜１.０ｃｍ²の範囲である。
【００１７】
この通気性と熱伝導率の二つの特性はもともと相反するものであり、一般に通気性が高いと熱伝導率が小さくなり、逆に通気性が悪くなると熱伝導率が大きくなる。このため、この二つの特性を兼ね備えたセラミックスセッターは従来存在しなかったのである。
【００１８】
一般的に、通気性を得るためには、内部に連続した気孔を持つ必要がある。この連通気孔を積極的に形成する手段として、原料スラリー中にポリスチレンビーズ、木屑、泡剤などの気泡付与剤を添加し、この気泡付与剤を焼成時に焼失させて気孔を形成する方法がある。しかし、この方法で形成される気孔はかなり大きく、例えば直径１００μｍ以上となり、このため表面が非常に粗くなるので、高い表面寸法精度又は表面粗さ精度を必要とするセラミックス製回路基板用のグリーンテープなどの焼成には使用できない。また、この方法では、大きな気孔が増える分かさ密度が小さくなり、それに伴って熱伝導率が低くなるという問題がある。
【００１９】
逆に、表面が滑らかなセラミックスセッターは、粒径の小さいセラミックス粒子のみを使い、小さい気孔を造る気泡付与剤を用いることにより製造できる。しかし、得られるセッターは、かさ密度が大きくなり過ぎたり、満足すべき通気性が得られないなどの問題がある。
【００２０】
そこで、本発明においては、セラミックスファイバー又はウイスカーが湿式成形時に繊維間で絡み合うことにより形成される凝集フロックを利用して連通気孔を形成させ、優れた通気性を保持すると同時に、熱伝導率の高い特定のセラミックス粒子の使用並びにファイバーやウイスカーの添加量の制御により、高い熱伝導率を達成し、更には満足すべき表面平滑性を得るものである。
【００２１】
即ち、セラミックスファイバーやセラミックスウイスカーは、大きなアスペクト比を持っているので、スラリー中でランダムに凝集したフロックを形成することができ、従って繊維間での絡み合った構造が得られ、これを焼成することにより多数の連通気孔が簡単に形成される。しかも、ファイバーやウイスカーのアスペクト比を変えることにより、フロック並びに気孔の大きさをコントロールできる。しかし、ファイバー又はウイスカーの添加量が５重量％未満では、多数の凝集フロックの形成が難しく、従って通気性が低下する。ファイバー又はウィスカーの添加量が３０重量％を越えると、セッターの通気率が良くなるが、かさ密度が小さくなり、これに伴って熱伝導率が低下する。
【００２２】
本発明のセラミックスセッターの熱伝導率は、粒子とファイバー又はウイスカーの両方の熱伝導率を含んでいる。一般に、熱伝導率を上げるためには気孔率を小さくすればよいが、同時に通気性も必要なので、所定の気孔率を保ちながら、いかに熱伝導率を上げるかが重要なポイントになる。
【００２３】
ところが、ファイバーやウイスカーは粒子と比べるとアスペクト比が高く、またセッター内で曲っているため、熱の伝達の抵抗が大きい。このため、ファイバーやウイスカーの量が３０重量％を越えると、同じかさ密度の場合、熱伝導率が低下する傾向がある。また、ファイバーやウイスカーは高価なため、添加量が多くなるとコストの増加につながる。高温熱伝導率を大きくするためには、一般的にかさ密度を高くするのも一つの方法であるが、ファイバーやウイスカーの添加量が３０重量％以上を越えると高いかさ密度が得にくくなる。これらの点からも、セラミックスファイバー又はウイスカーの添加量は３０重量％以下とする。
【００２４】
一方、セラミックス粒子の熱伝導率は、セッターの熱伝導率に直接影響する。そこで本発明では、セッターの熱伝導率を上げるため、材質的に高温での熱伝導率の高いセラミックス粒子を使用することとした。具体的には、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＢｅＯの粒子を使用することができ、特にＳｉＣ粒子が好ましい。これらのセラミックス粒子は、いずれを使用しても高熱伝導率のセラミックスセッターを得ることができるが、製造時又は使用時の雰囲気に差がある。即ち、焼成して製造する際の及びセラミックス製の基板や部品の焼成時における雰囲気として、ＳｉＣ、ＢｅＯは特に制限がなく空気中でもよいが、他の粒子の場合は真空又は窒素などの不活性雰囲気とする必要がある。
【００２５】
これらのセラミックス粒子の添加量と粒径は、セッターの通気性と熱伝導率に関係し、同じかさ密度の場合、粒子添加量が７０重量％未満では高温熱伝導率が小さくなり、逆に９５重量％を越えると通気性が低下する傾向がある。従って、セラミックス粒子の添加量は７０〜９５重量％の範囲とする。また、セラミックス粒子の平均粒径が５μｍ未満では、同じ気孔率の場合、連続しない独立な且つ小さな気孔が増えるため通気性が低下し、熱伝導率も下がることになる。逆に平均粒径が１００μｍを越えると、通気性と熱伝導率にとっては有利になるが、セッターの表面が大きな粒子のために非常に粗くなり、この上に載せる焼成用のグリーンテープなどの焼成後の表面の平滑性を低下させる原因となる。このため、セラミックス粒子の平均粒径は５〜１００μｍの範囲とする。
【００２６】
本発明のセラミックスセッターは、上記したようにセラミックス製の電子部品及び回路基板の焼成に使用でき、１２００℃の高温まで十分に耐えるものである。しかし、含まれるセラミックス粒子がＳｉＣ、ＢｅＯ又はＭｏＳｉ₂の場合には大気中を含むあらゆる雰囲気中で使用できるが、それ以外のＢＮ、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＺｒＢ₂の粒子を使用したセラミックスセッターでは、高温での焼成時には真空又は窒素などの不活性雰囲気を用いる。ただし、この場合でも、３００℃程度の脱バインダー処理は大気中で行ってもよい。
【００２７】
尚、本発明において、セラミックスセッターの熱伝導率と通気率は、ＪＩＳに準拠して測定した値である。
【００２８】
【実施例】
実施例１
３３ｇのＡｌ₂Ｏ₃ファイバー（イギリスＩＣＩ社製のサフィルＨＡ、Ａｌ₂Ｏ₃：９７重量％）と、５９４ｇのＳｉＣ粒子（昭和電工(株)社製のＧｒｅｅｎＳｉｌｉｃｏｎＣａｒｂｉｄｅ粒子、平均粒径２０μｍ）を、８３ｇのＳｉＯ₂ゾル（日産化学(株)社製ＳＴ−４０、ＳｉＯ₂含有率４０重量％）と共に１５リットルの水に入れ、撹拌しながら分散させてスラリーを得た。このスラリーに、凝集剤として固形分２％の澱粉水溶液を加えて凝集させ、吸引加圧成形によって板状の成形体を得た。この成形体を９０℃で乾燥させ、大気中において１１００℃で２時間焼成した。
【００２９】
得られたセラミックスセッターは、寸法を縦２５０ｍｍ×横２５０ｍｍ×厚さ５ｍｍに調整した。このセラミックスセッターは表面の平滑性に優れ、気孔率が５０％で、かさ密度も本発明の範囲内であった。また、ＪＩＳの平板比較法で測定した９００℃での熱伝導率は０.７Ｗ／ｍＫ、及び通気率は１１×１０^−２ｃｍ^２以上であった。このセラミックスセッター２枚の間に回路基板用のグリーンテープを挟持し、これを更に数段を重ねて大気中にて１２００℃で加圧焼成を行った結果、脱バインダー性が良好であり、且つ焼成時にグリーンテープの中心部と外側部の温度差が５℃以下と小さくなり、均一な品質のセラミックス製回路基板が得られた。
【００３０】
比較のために、ＳｉＣ粒子の代わりにＡｌ₂Ｏ₃粒子（住友化学(株)社製、平均粒径２０μｍ）を用いた以外は上記実施例１と同様にして、セラミックスセッターを製造した。ただし、成形体の焼成は１３００℃で２時間とした。得られたセラミックスセッターは、気孔率が５０％、通気率が８.３×１０^-3ｃｍ²であったが、９００℃での熱伝導率は０.４Ｗ／ｍＫと低い値であった。
【００３１】
この比較例のセラミックスセッターを用いて、上記と同様に回路基板用のグリーンテープの焼成を行ったところ、脱バインダー性は良好であったが、焼成時にグリーンテープの中心部と外側部の温度差が最大で３５℃と極めて大きく、得られた回路基板は焼成特性のバラツキが大きいものであった。
【００３２】
実施例２
上記ＳｉＣ粒子とＡｌ₂Ｏ₃粒子の平均粒径を変化させると共に、これらセラミックス粒子とＡｌ₂Ｏ₃ファイバーの合計量に対するＳｉＣ粒子又はＡｌ₂Ｏ₃粒子とＡｌ₂Ｏ₃ファイバーの添加量を、それぞれ下記表１のごとく変化させ、上記実施例１と同様の方法によりセラミックスセッターを製造した。ただし、ＳｉＯ₂ゾルの添加量はスラリー全体の固形分の５重量％とした。また、このセラミックスセッターの寸法は、縦２５０ｍｍ×横２５０ｍｍ×厚さ５ｍｍに調整した。
【００３３】
【表１】

【００３４】
得られた各セラミックスセッターについて、上記と同様に気孔率、熱伝導率、及び通気率を測定し、更に表面の平滑性を観察評価して、その結果を表２に示した。また、各セラミックスセッターを用いて上記と同様にグリーンテープを焼成し、そのときの有機バインダーの排気性能、及びグリーンテープの中心部と外側部における温度差を評価し、併せて表２に示した。尚、表２における表面の平滑性の評価は、良好なものを○、表面が粗でありグリーンテープの焼成後の品質に支障をきたすものを×とした。
【００３５】
【表２】

【００３６】
本発明の試料１〜４のセラミックスセッターは、所定の気孔率とかさ密度を有し、高い通気率に伴う優れた排気性能と、要求されるグリーンテープの中心部と外側部における温度差５℃以下の条件を満たしている。一方、比較例の試料５、６、８のセラミックスセッターは排気性能か又は温度差が要求される条件を満たさず、また試料７のセラミックスセッターは、熱伝導率及び通気率ともに本発明の範囲内にあり、グリーンテープを挟持して数段重ねて焼成したとき有機バインダーの排気に支障なく且つグリーンテープの中心部と外側部との温度差も殆どなかったが、大きなＳｉＣ粒子の存在によりセッター表面が粗面であるため、焼成により得られたセラミックス製品の表面にその模様がはっきり写し出されていた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、セラミックスファイバー又はウィスカーと、ＳｉＣ粒子などのセラミックス粒子とを含む多孔質のセラミックスセッターであって、軽量で平滑な表面を有しており、通気性に優れると同時に高い高温熱伝導率を備え、１２００℃の高温まで十分に使用可能なセラミックスセッターを提供することができる。
【００３８】
従って、本発明の多孔質セラミックスセッターは、アルミナ基板のような回路基板、セラミックスコンデンサー、フェライト、圧電体、ＩＣパッケージなどのセラミックス電子部品の焼成に適しており、特にその間にセラミックス電子部品のグリーンテープを挟んで焼成する場合に、焼成時におけるグリーンテープ中の有機バインダーの排出性及び温度の均一性に優れている。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic setter used for firing ceramic electronic components and circuit boards, and relates to a ceramic setter that is porous and air-permeable, and at the same time has excellent thermal conductivity, and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when firing ceramic electronic parts such as ceramic capacitors, alumina substrates, ferrites, piezoelectric bodies, IC packages, ceramic circuit boards, etc., ceramic setters made of Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , mullite, etc. And firing.
[0003]
Conventional ceramic setters are roughly classified into two types. One of them is a dense setter with a bulk density of about 2.0 to 4.0 g / cm ³ and a thermal conductivity of about 0.5 to 1.5 W / mK, but there is almost no air permeability. . The other one is a lightweight setter having a bulk density of about 0.2 to 1.5 g / cm ³ and has good air permeability, but its thermal conductivity is smaller than 0.5 W / mK.
[0004]
This dense ceramic setter is manufactured by molding ceramic particles together with a heat-resistant inorganic binder by a dry press and firing. On the other hand, lightweight ceramic setters are manufactured by mixing alumina fiber or aluminosilicate ceramic fibers, Al ₂ O ₃ particles and / or mullite particles with a heat-resistant inorganic binder, dehydrating, and firing. .
[0005]
However, with the recent progress of ceramic electronic components, various characteristics that have never existed have been required for ceramic setters. For example, the composition of conventional IC packages, ceramic circuit boards, etc. has an Al ₂ O ₃ content of 90 to 94% by weight, the metallized metal is Mo or W, etc., and firing is performed at a high temperature of 1300 ° C. or higher. I was going. In this case, since the firing temperature is high, the metallized metal that can be used is limited, and heat distortion due to high-temperature firing is very susceptible. Therefore, in order to lower the firing temperature, a method of adding various glassy oxides to Al ₂ O ₃ or employing a hot press has been developed.
[0006]
In addition, in order to improve production efficiency, a method of sandwiching a green tape of a ceramic electronic component between ceramic setters and stacking a plurality of the tapes at 1200 ° C. or less has been studied. In this firing method, the organic binder in the green tape sandwiched between the ceramic setters needs to be discharged through the pores of the ceramic setter during firing. The green tape is preferably baked at a temperature as uniform as possible. This is because if the firing temperature becomes non-uniform, the obtained ceramic electronic component may be deformed or its characteristics may be adversely affected.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the method of firing by sandwiching a green tape between such ceramic setters, the conventional ceramic setter could hardly be used. This is because a dense setter having a bulk density of 2.0 to 4.0 g / cm ³ has almost no air permeability, so that the organic binder in the green tape is not discharged through the setter during firing. On the other hand, a lightweight setter with a bulk density of 0.2 to 1.5 g / cm ³ is breathable, but the high temperature thermal conductivity is small, so the temperature difference between the center and the outside of the green tape during firing becomes large. Since it is easy, it takes a long time for heating, and there are disadvantages that the firing efficiency is poor and the productivity is low.
[0008]
In view of such conventional circumstances, the present invention can be used up to a high temperature of about 1200 ° C. for firing ceramic electronic components and circuit boards, has good air permeability, and at the same time has a high thermal conductivity at high temperatures. An object is to provide a quality ceramic setter.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the porous ceramic setter provided by the present invention is at least one selected from SiC, AlN, and BeO having 5 to 30% by weight of ceramic fibers and / or whiskers and an average particle size of 5 to 100 μm. consists of ceramic particles 70 to 95% by weight, they have entanglement structure between fibers bonded with a heat-resistant inorganic binder, with bulk density ^{0. 8~1. 7g / cm 3} , the permeability It is a porous ceramic setter having a high thermal conductivity, which is 0.5 × 10 ⁻³ cm ² or more and has a thermal conductivity at 900 ° C. of 0.5 W / mK or more.
[0010]
Further, the method for producing the porous ceramic setter having high thermal conductivity comprises 5 to 30% by weight of ceramic fiber and / or whisker, and at least one ceramic selected from SiC, AlN, and BeO having an average particle diameter of 5 to 100 μm. 70 to 95% by weight of particles are mixed with a heat-resistant inorganic binder, the mixture is aggregated and formed, and then fired at 800 to 1200 ° C.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, an outline of a typical method for producing the ceramic setter of the present invention will be described. Disperse Al ₂ O ₃ fiber and / or aluminosilicate fiber as the skeleton part in water while stirring, then add ceramic particles with high thermal conductivity such as SiC, and further use SiO ₂ sol as heat resistant inorganic binder Alternatively, an Al ₂ O ₃ sol is added and stirred to form a slurry. Starch is added to the slurry to agglomerate, and suction molding is performed while applying pressure to form a compact. Finally, the formed body is dried at 120 ° C. and fired at a temperature of 800 to 1200 ° C., thereby obtaining the ceramic setter of the present invention.
[0012]
As the raw material ceramic fiber, alumina fiber (Al ₂ O ₃ content 70% or more), aluminosilicate fiber (Al ₂ O ₃ : SiO ₂ ratio is 30-60: 70-40), SiC fiber, ZrO ₂ fiber Etc. are preferable. Examples of the alumina fiber include Safil (trade name) manufactured by ICI of the United Kingdom, and Muff Tech Bulk Fiber (trade name) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. As the aluminosilicate fiber, there is a crystalline or amorphous one manufactured by Isolite Industry Co., Ltd.
[0013]
As the ceramic whisker, SiC whisker, aluminum borate whisker and the like are preferable. The ceramic particles are used in any one of SiC, AlN, and BeO , or in combination of two or more thereof. The average particle diameter of the ceramic particles to be used is in the range of 5 to 100 μm, and if the overall average particle diameter is within the above range, a plurality of particles having different average particle diameters can be used in combination. The heat-resistant inorganic binder is a binder conventionally used for fusing and bonding ceramic fibers and whiskers to each other or a contact portion between these and ceramic particles during firing, for example, silica sol. And alumina sol are generally used.
[0014]
The ceramic setter of the present invention thus obtained is essentially composed of ceramic fibers and / or whiskers and ceramic particles, and these have an entangled structure between fibers bonded together with a heat-resistant inorganic binder. Have. For this reason, the ceramic setter of the present invention is a porous material having a large number of continuous air holes therein, and has a bulk density in the range of 0.8 to 1.7 g / cm ³ and is very lightweight. Has sufficient heat resistance up to a high temperature of 1200 ° C.
[0015]
A major feature of the porous ceramic setter of the present invention is that it has both excellent air permeability and high thermal conductivity. Specifically, it has the same level of air permeability as a conventional lightweight ceramic setter, and at the same time, the thermal conductivity at 900 ° C. is 0.5 W / mK or more, preferably 0.6 to 0.8 W / mK. As high as the conventional dense ceramic setter.
[0016]
For this reason, the ceramic setter of the present invention is suitable for firing ceramic electronic components such as IC packages and circuit boards. Particularly when the green tape is sandwiched between the ceramic setters and fired, the center portion of the green tape is used. The temperature difference between the outer portion and the outer portion is small, specifically, a temperature difference of 5 ° C. or less can be achieved. Therefore, uniform heating can be realized, and at the same time, the organic binder in the green tape is discharged. The ceramic setter suitable for discharging the organic binder is good when the air permeability is 0.5 × 10 ⁻³ cm ² or more, more preferably in the range of 0.9 × 10 ^{−3 to} 1.0 cm ² . is there.
[0017]
The two characteristics of air permeability and thermal conductivity are contradictory to each other. Generally, when the air permeability is high, the thermal conductivity is reduced, and conversely, when the air permeability is deteriorated, the thermal conductivity is increased. For this reason, ceramic setters having these two characteristics have not existed in the past.
[0018]
Generally, in order to obtain air permeability, it is necessary to have continuous pores inside. As a means for positively forming the continuous air holes, there is a method of forming pores by adding a bubble-imparting agent such as polystyrene beads, wood chips, foaming agent or the like to the raw material slurry, and burning off the bubble-imparting agent during firing. However, the pores formed by this method are quite large, for example, a diameter of 100 μm or more, and thus the surface becomes very rough. Therefore, a green tape for a ceramic circuit board that requires high surface dimensional accuracy or surface roughness accuracy. It cannot be used for firing. In addition, this method has a problem that the bulk density increases due to the increase of large pores, and the thermal conductivity decreases accordingly.
[0019]
Conversely, a ceramic setter having a smooth surface can be produced by using only a ceramic particle having a small particle diameter and using a foaming agent that creates small pores. However, the obtained setter has problems such as excessive bulk density and insufficient air permeability.
[0020]
Therefore, in the present invention, continuous air holes are formed using agglomerated flocs formed by entanglement between fibers during wet molding of ceramic fibers or whiskers, while maintaining excellent air permeability and at the same time high thermal conductivity. By using specific ceramic particles and controlling the amount of fibers and whiskers added, high thermal conductivity is achieved, and satisfactory surface smoothness is obtained.
[0021]
That is, since ceramic fibers and ceramic whiskers have a large aspect ratio, they can form randomly aggregated flocs in the slurry, thus obtaining an intertwined structure between the fibers, and firing this. Thus, a large number of continuous air holes can be easily formed. In addition, by changing the aspect ratio of the fiber or whisker, the size of the flock and pores can be controlled. However, if the added amount of fibers or whiskers is less than 5% by weight, it is difficult to form a large number of aggregated flocs, and thus the air permeability is lowered. When the added amount of the fiber or whisker exceeds 30% by weight, the air permeability of the setter is improved, but the bulk density is decreased, and the thermal conductivity is lowered accordingly.
[0022]
The thermal conductivity of the ceramic setter of the present invention includes the thermal conductivity of both particles and fibers or whiskers. Generally, in order to increase the thermal conductivity, the porosity may be reduced, but at the same time, the air permeability is also necessary. Therefore, how to increase the thermal conductivity while maintaining a predetermined porosity is an important point.
[0023]
However, fibers and whiskers have a higher aspect ratio than particles and are bent in a setter, so they have a high resistance to heat transfer. For this reason, when the amount of fibers or whiskers exceeds 30% by weight, the thermal conductivity tends to decrease in the case of the same bulk density. Further, since fibers and whiskers are expensive, an increase in the amount added leads to an increase in cost. In order to increase the high-temperature thermal conductivity, it is generally one method to increase the bulk density. However, if the added amount of fibers or whiskers exceeds 30% by weight, it is difficult to obtain a high bulk density. Also from these points, the amount of ceramic fiber or whisker added is 30% by weight or less.
[0024]
On the other hand, the thermal conductivity of ceramic particles directly affects the thermal conductivity of the setter. Therefore, in the present invention, in order to increase the thermal conductivity of the setter, ceramic particles having a high thermal conductivity at a high temperature are used. Specifically, SiC, AlN, and BeO particles can be used, and SiC particles are particularly preferable. Any of these ceramic particles can be used to obtain a ceramic setter having a high thermal conductivity, but there is a difference in atmosphere during production or use. That is, SiC and BeO are not particularly limited and may be in the air as the atmosphere during firing and firing of ceramic substrates and components, but in the case of other particles, an inert atmosphere such as vacuum or nitrogen It is necessary to.
[0025]
The addition amount and particle size of these ceramic particles are related to the air permeability and thermal conductivity of the setter. When the bulk density is the same, the high-temperature thermal conductivity becomes small when the particle addition amount is less than 70% by weight. If it exceeds wt%, the air permeability tends to decrease. Therefore, the amount of ceramic particles added is in the range of 70 to 95% by weight. Further, when the average particle size of the ceramic particles is less than 5 μm, in the case of the same porosity, discontinuous, independent and small pores are increased, so that the air permeability is lowered and the thermal conductivity is also lowered. Conversely, if the average particle size exceeds 100 μm, it is advantageous for air permeability and thermal conductivity, but the surface of the setter becomes very rough due to large particles, and firing such as a green tape for firing placed thereon It becomes a cause of lowering the smoothness of the subsequent surface. For this reason, the average particle diameter of the ceramic particles is in the range of 5 to 100 μm.
[0026]
As described above, the ceramic setter of the present invention can be used for firing ceramic electronic parts and circuit boards, and can sufficiently withstand a high temperature of 1200 ° C. However, when the ceramic particles contained are SiC, BeO or MoSi ₂ , they can be used in any atmosphere including air, but other ceramic setters using particles of BN, AlN, TiN, ZrB ₂ have a high temperature. An inert atmosphere such as vacuum or nitrogen is used during firing at. However, even in this case, the binder removal treatment at about 300 ° C. may be performed in the air.
[0027]
In the present invention, the thermal conductivity and air permeability of the ceramic setter are values measured according to JIS.
[0028]
【Example】
Example 1
33 g of Al ₂ O ₃ fiber (Safir HA, UK made by ICI, Al ₂ O ₃ : 97% by weight) and 594 g of SiC particles (Green Silicon Carbide particles, Showa Denko KK, average particle size 20 μm) Was added to 15 liters of water together with 83 g of SiO ₂ sol (ST-40, Nissan Chemical Co., Ltd., SiO ₂ content 40 wt%), and dispersed with stirring to obtain a slurry. An aqueous starch solution having a solid content of 2% was added to the slurry as an aggregating agent to cause aggregation, and a plate-like molded body was obtained by suction pressure molding. The molded body was dried at 90 ° C. and fired at 1100 ° C. for 2 hours in the air.
[0029]
The obtained ceramic setter was adjusted to a size of 250 mm long × 250 mm wide × 5 mm thick. This ceramic setter was excellent in surface smoothness, had a porosity of 50% , and had a bulk density within the scope of the present invention. Moreover, the heat conductivity in 900 degreeC measured by the flat plate comparison method of JIS was 0.7 W / mK, and the air permeability was 11 * 10 ^<-2 > cm ^< ² > or more. As a result of sandwiching a green tape for a circuit board between the two ceramic setters, and further stacking several stages on this ceramic setter at 1200 ° C. in the atmosphere, the binder removal property is good. During firing, the temperature difference between the central portion and the outer portion of the green tape was as small as 5 ° C. or less, and a ceramic circuit board with uniform quality was obtained.
[0030]
For comparison, a ceramic setter was manufactured in the same manner as in Example 1 except that Al ₂ O ₃ particles (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., average particle size 20 μm) were used instead of SiC particles. However, the compact was fired at 1300 ° C. for 2 hours. The obtained ceramic setter had a porosity of 50% and an air permeability of 8.3 × 10 ⁻³ cm ² , but the thermal conductivity at 900 ° C. was a low value of 0.4 W / mK.
[0031]
Using the ceramic setter of this comparative example, when the green tape for circuit boards was fired in the same manner as described above, the binder removal property was good, but the temperature difference between the central portion and the outer portion of the green tape during firing was good. Was as large as 35 ° C. at maximum, and the obtained circuit board had a large variation in firing characteristics.
[0032]
Example 2
While changing the average particle diameter of the SiC particles and Al ₂ O ₃ particles, the addition amount of SiC particles or Al ₂ O ₃ particles and Al ₂ O ₃ fibers relative to the total amount of these ceramic particles and Al ₂ O ₃ fibers, The ceramic setter was manufactured by the same method as in Example 1 with the change as shown in Table 1 below. However, the addition amount of SiO ₂ sol was 5% by weight of the solid content of the entire slurry. The dimensions of the ceramic setter were adjusted to 250 mm long × 250 mm wide × 5 mm thick.
[0033]
[Table 1]

[0034]
About each obtained ceramic setter, the porosity, thermal conductivity, and air permeability were measured in the same manner as described above, and the surface smoothness was observed and evaluated. The results are shown in Table 2. Further, the green tape was fired in the same manner as described above using each ceramic setter, the exhaust performance of the organic binder at that time, and the temperature difference between the central portion and the outer portion of the green tape were evaluated. . The evaluation of the smoothness of the surface in Table 2 was evaluated as “good”, and “good” as “x” when the surface was rough and the quality after firing of the green tape was hindered.
[0035]
[Table 2]

[0036]
The ceramic setters of Samples 1 to 4 of the present invention have a predetermined porosity and bulk density, excellent exhaust performance associated with a high air permeability, and a required temperature difference of 5 ° C. between the central portion and the outer portion of the green tape. The following conditions are met. On the other hand, the ceramic setters of the samples 5, 6 and 8 of the comparative example do not satisfy the condition that exhaust performance or temperature difference is required, and the ceramic setter of the sample 7 is within the scope of the present invention in terms of both thermal conductivity and air permeability. When the green tape was sandwiched and baked several times, there was no problem in exhausting the organic binder, and there was almost no temperature difference between the center and the outside of the green tape. Because of the rough surface, the pattern was clearly projected on the surface of the ceramic product obtained by firing.
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【The invention's effect】
According to the present invention, a porous ceramic setter containing ceramic fibers or whiskers and ceramic particles such as SiC particles, having a light and smooth surface, excellent air permeability and high high temperature heat A ceramic setter that has conductivity and can be used sufficiently up to a high temperature of 1200 ° C. can be provided.
[0038]
Therefore, the porous ceramic setter of the present invention is suitable for firing ceramic electronic components such as circuit boards such as alumina substrates, ceramic capacitors, ferrites, piezoelectric bodies, IC packages, and in particular, green tapes for ceramic electronic components in the meantime. In the case of firing with sandwiching, the organic binder in the green tape is excellent in discharging property and temperature uniformity during firing.

Claims

It consists of ceramic fibers and / or whiskers 5 to 30% by weight and at least one ceramic particle 70 to 95% by weight selected from SiC, AlN and BeO having an average particle diameter of 5 to 100 μm, and these are heat-resistant inorganic bonds has the entanglement structure between bonded fibers with agents, bulk density from 0.8 to 1. in 7 g / cm ^3, and a ventilation rate of 0.5 × ¹⁰ -3 cm ² or more, heat at 900 ° C. A porous ceramic setter having a high thermal conductivity, wherein the conductivity is 0.5 W / mK or more.

Ceramic fiber and / or whisker 5 to 30% by weight and at least one ceramic particle 70 to 95% by weight selected from SiC, AlN, and BeO having an average particle diameter of 5 to 100 μm are mixed together with a heat-resistant inorganic binder. Then, the mixture is aggregated and formed, and then fired at 800 to 1200 ° C. A method for producing a porous ceramic setter having high thermal conductivity.