陶瓷成形體的制造方法

專利名稱：陶瓷成形體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以陶瓷基板為代表的陶瓷成形體的制造方法，詳細地說，本發(fā)明涉及 經(jīng)過所謂的約束燒成工序而制成的陶瓷基板等陶瓷成形體的制造方法，所述約束燒成工序 是在被燒成體上設(shè)置約束層，在抑制被燒成體的平面方向的收縮的同時進行燒成的工序。
背景技術(shù)：
陶瓷電子器件中要求高平面尺寸精度的陶瓷基板等的燒成工序中的平面方向的 燒成收縮和該收縮的偏差等會對產(chǎn)品的品質(zhì)造成很大影響。于是，作為在抑制上述燒成工序中的收縮的同時對陶瓷成形體進行燒成的方法， 例如提出了如下燒成方法如圖5所示，在陶瓷成形體51的兩個主面上形成在陶瓷成形體 51的燒成溫度下實質(zhì)上不燒結(jié)的以氧化鋁等難燒結(jié)性材料為主要成分的層(約束層)52a、 52b，以該狀態(tài)進行燒成(約束燒成)，藉此可在實質(zhì)上不產(chǎn)生平面方向的燒成收縮的情況 下進行燒成(參照專利文獻1)。而且，上述現(xiàn)有的燒成方法中，為提高約束層所發(fā)揮的約束力，需要減小難燒結(jié)性 材料的粒徑。但是，如果減小粒徑，則基材層和約束層牢固地接合，因此存在當(dāng)燒成后通過濕式 噴砂等方法除去約束層時會對基材層表面和電極造成損傷的問題。例如在制造實現(xiàn)了陶瓷 層和電極層的薄層化、多層化的多層陶瓷基板的情況下，在約束層的除去工序中，存在基板 產(chǎn)生裂紋或電極剝離的問題。專利文獻1 日本專利特開平4-243978號公報發(fā)明的揭示本發(fā)明是用于解決上述問題的發(fā)明，其目的是提供在燒成工序結(jié)束后的約束層的 除去工序中不會對作為燒結(jié)體的陶瓷成形體造成損傷、能可靠且高效地制造尺寸精度高的 陶瓷成形體的陶瓷成形體的制造方法。為了解決上述問題，本申請的權(quán)利要求1的陶瓷成形體的制造方法的特征在于， 包括制作未燒成層疊體的層疊體制作工序，所述未燒成層疊體包括基材層、第一約束 層和第二約束層，所述基材層含有陶瓷粉末和玻璃材料，在燒成后成為陶瓷成形體，所述第 一約束層配置成與所述基材層的至少一個主面相接，并且以在低氧氣氛中燒成時不燒去、 而在氧分壓高于所述低氧氣氛的氣氛中燒成時燒去的燒去材料為主要成分，所述第二約束 層配置于所述第一約束層的與所述基材層相接的面的相反側(cè)的不與所述基材層相接的主 面，并且以在所述基材層的燒結(jié)溫度下不燒結(jié)的陶瓷粉末為主要成分；以及燒成工序，在該燒成工序中，對所述未燒成層疊體進行燒成，使所述基材層燒結(jié)；所述燒成工序包括第一燒成工序，在該第一燒成工序中，在所述低氧氣氛中在包括所述第一約束層 和第二約束層的狀態(tài)下進行燒成，使所述基材層燒結(jié)；以及
4
第二燒成工序，在該第二燒成工序中，在氧分壓高于所述第一燒成工序的條件下 進行燒成，使構(gòu)成所述第一約束層的所述燒去材料燒去。此外，權(quán)利要求2的陶瓷成形體的制造方法的特征在于，在所述燒成工序之后包 括除去所述第二約束層的約束層除去工序。此外，權(quán)利要求3的陶瓷成形體的制造方法的特征在于，所述陶瓷成形體是陶瓷基板。此外，權(quán)利要求4的陶瓷成形體的制造方法的特征在于，在所述第一燒成工序中， 進行燒成以使所述基材層所包含的所述玻璃材料滲透至所述第一約束層。此外，權(quán)利要求5的陶瓷成形體的制造方法的特征在于，所述燒去材料是碳粉末。此外，權(quán)利要求6的陶瓷成形體的制造方法的特征在于，所述基材層包含粘合劑，并且在所述燒成工序中的所述第一燒成工序之前包括除去所述基材層所包含的所述 粘合劑的脫粘合劑工序，所述脫粘合劑工序在含氧氣氛中且在所述燒去材料不燒去的溫度下實施。此外，權(quán)利要求7的陶瓷成形體的制造方法的特征在于，在所述層疊體制作工序 中，所述第一約束層通過將含有其構(gòu)成材料的片材配置成與所述基材層的至少一個主面 相接而形成，所述第二約束層通過將含有其構(gòu)成材料的片材配置在所述第一約束層上而形 成。此外，權(quán)利要求8的陶瓷成形體的制造方法的特征在于，在所述層疊體制作工序 中，所述第一約束層通過將含有其構(gòu)成材料的糊料涂布于所述基材層的至少一個主面而形 成，所述第二約束層通過將含有其構(gòu)成材料的糊料涂布于所述第一約束層上而形成。此外，權(quán)利要求9的陶瓷成形體的制造方法的特征在于，所述基材層具有多層結(jié) 構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)包括多個含有所述陶瓷粉末和所述玻璃材料的層。此外，權(quán)利要求10的陶瓷成形體的制造方法的特征在于，所述基材層的至少一個 主面具有布線圖案。此外，權(quán)利要求11的陶瓷成形體的制造方法的特征在于，還包括在所述燒成工序 中經(jīng)過燒成后的基材層的外表面上安裝電子器件的工序。本申請的權(quán)利要求1的陶瓷成形體的制造方法中，將以在低氧氣氛中燒成時不燒 去、而在氧分壓高于該低氧氣氛的氣氛中燒成時燒去的燒去材料為主要成分的第一約束層 設(shè)置成與基材層相接，再在第一約束層上(即，第一約束層的不與基材層相接的那個主面) 設(shè)置以在基材層的燒結(jié)溫度下不燒結(jié)的陶瓷粉末為主要成分的第二約束層，從而形成未燒 成層疊體。接著，在第一燒成工序中，在燒去材料不會燒去的低氧氣氛下進行約束燒成，在 不會使基材層在平面方向上收縮的情況下使其燒結(jié)，然后在第二燒成工序中，在氧分壓高 于第一燒成工序的條件下進行燒成。因此，在第一燒成工序中，利用介于第二約束層和基材 層之間的第一約束層來阻止燒成工序中第二約束層和基材層牢固地粘合。此外，在第二燒成工序中，由于構(gòu)成介于第二約束層和基材層之間的第一約束層 的燒去材料燒去，因此通過第一約束層與基材層接合的第二約束層和基材層的接合被解 除。因此，在燒成工序結(jié)束后，即使不設(shè)置主動除去約束層的工序，也能取出燒結(jié)好的在通過例如濕式噴砂或噴砂等物理方法將約束 層從基材層除去時產(chǎn)生的陶瓷成形體的裂紋或缺陷等，能以高原材料利用率制造尺寸精度 高的陶瓷成形體。S卩，根據(jù)本發(fā)明，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整燒成溫度、燒成氣氛和第一約束層的厚度等，在 燒成工序之后實際上無需設(shè)置用于主動除去約束層的除去工序就可獲得與約束層分離的 狀態(tài)的陶瓷成形體。另外，本發(fā)明的陶瓷成形體的制造方法中，在第一燒成工序(約束燒成工序)中， 第一約束層和第二約束層對基材層施加抑制平面方向(與主面平行的方向)的收縮的約束 力。而且，通過該約束力，基材層的平面方向上的燒結(jié)收縮得到抑制，被燒成體實質(zhì)上僅在 厚度方向上燒結(jié)收縮，因此能可靠地制造平面方向的尺寸精度高的陶瓷成形體。尤其是本 發(fā)明中由于在具有第一約束層和第二約束層的雙層結(jié)構(gòu)的約束層的狀態(tài)下實施第一燒成 工序，因此可獲得足夠的約束力。另外，本發(fā)明的第一燒成工序中的低氧氣氛是指氧分壓比大氣等低得多的氣氛， 具體可例舉常壓下的氧分壓在10_2atm(大氣壓)左右以下(即，氣氛中的氧濃度在lvol% (體積％)左右以下)的氣氛。作為該低氧氣氛的更優(yōu)選的條件，可例舉例如常壓下的氧分壓為10_3 l(T6atm(氧濃度 0. 1 0. 0001vol% )的條件。此外，第二燒成工序中的氧分壓高于第一燒成工序的條件是指可使上述燒去材料 燃燒而燒去的氧分壓的氣氛，具體可例舉常壓下的氧分壓在lO—ktm以上(即，氣氛中的氧 濃度在IOvol %以上)的氣氛。此外，如上所述，本發(fā)明中，通過在第二燒成工序中將第一約束層燒去，通過第一 約束層與基材層接合的第二約束層和基材層的接合被解除，第二約束層與基材層分離，因 此可以不特別設(shè)置除去第二約束層的工序，但如權(quán)利要求2的發(fā)明所述，通過在燒成工序 之后設(shè)置除去第二約束層的約束層除去工序，可獲得更切實地除去了約束層的可靠性高的 陶瓷成形體。另外，在第二燒成工序后的階段，因為第二約束層不與基材層粘合，所以可方 便地除去第二約束層，幾乎不會損傷基材層。此外，如權(quán)利要求3所述，本發(fā)明適用于陶瓷成形體中希望平面方向的尺寸精度 和形狀精度高的陶瓷基板(包括多層陶瓷基板)的制造方法，通過采用本發(fā)明，可高效地制 造尺寸精度高的陶瓷基板。此外，采用權(quán)利要求4的陶瓷成形體的制造方法時，在第一燒成工序中，基材層所 包含的玻璃材料滲透至第一約束層或滲透至第一約束層和第二約束層，從而形成滲透層。 然后，約束層和基材層通過該滲透層牢固地接合，并且利用滲透層來切實地抑制、防止第一 燒成工序中的基材層的平面方向的收縮。另外，為了更切實地獲得約束力，較好是基材層的玻璃材料切實地滲透至約束層。 為此，約束層較好是設(shè)置成與基材層密合。另外，因為構(gòu)成第一約束層的燒去材料在第二燒成工序中燒去，所以如上所述，通 過第一約束層與基材層接合的第二約束層和基材層的接合實際上在第二燒成工序中解除。此外，權(quán)利要求5的陶瓷成形體的制造方法中，第一燒成工序中在低氧分壓氣氛 中燒成時，作為第一約束層的燒去材料使用的碳粉末不燃燒并且也不收縮，因此可充分發(fā)
6揮抑制基材層的燒成收縮的功能，而在第二燒成工序中在高氧分壓條件下進行燒成時，所 述碳粉末燃燒而燒去，因此可充分發(fā)揮將通過第一約束層與基材層接合的第二約束層和基 材層的接合解除的接合解除功能。此外，通過適當(dāng)?shù)剡x擇碳粉末的粒徑，可抑制第一約束層的平均比表面積的增大， 可減少所使用的有機粘合劑量。另外，作為碳粉末，優(yōu)選使用粒徑在0. 1 100 μ m的范圍內(nèi)的碳粉末。這是因為如 果粒徑超過ΙΟΟμπι，則約束力不足，S卩，粒徑在ΙΟΟμπι以下時，可獲得較大的約束力，此外， 通過使粒徑在0. 1 μ m以上，可防止碳粉末在第一燒成工序中燒去，另一方面也可確保碳粉 末在第二燒成工序中的易燒去性。此外，權(quán)利要求6的陶瓷成形體的制造方法中，在第一燒成工序之前，在含氧氣氛 中且在燒去材料不燒去的溫度下實施脫粘合劑工序，因此可切實地除去基材層所包含的粘 合劑，順利地實施后續(xù)的進行約束燒成的第一燒成工序和使構(gòu)成約束層的燒去材料燒去的
第二燒成工序。另外，進行脫粘合劑工序時的含氧氣氛可例舉大氣氣氛或?qū)⒋髿鈱?dǎo)入惰性氣體而 成的氣氛等。通常，在大氣氣氛這樣的高氧分壓條件下實施所述脫粘合劑工序可更高效地 完成脫粘合劑。此外，本發(fā)明中，作為形成第一約束層和第二約束層的方法，可例舉如權(quán)利要求7 所述，通過將含有第一約束層的構(gòu)成材料的片材配置于基材層的至少一個主面而形成第一 約束層，通過將含有第二約束層的構(gòu)成材料的片材配置在第一約束層上而形成第二約束層 的方法；或如權(quán)利要求8所述，通過將含有第一約束層的構(gòu)成材料的糊料涂布于基材層的 至少一個主面而形成第一約束層，通過將含有第二約束層的構(gòu)成材料的糊料涂布在第一約 束層上而形成第二約束層的方法等。通過采用這些方法，可高效地設(shè)置約束層。此外，如權(quán)利要求9的陶瓷成形體的制造方法所述，通過將基材層制成多層結(jié)構(gòu)， 可高效地制造平面形狀精度良好的以陶瓷基板為代表的各種陶瓷成形體。此外，權(quán)利要求10的陶瓷成形體的制造方法中，由于基材層的至少一個主面形成 有布線圖案，因此通過使用由該方法制成的陶瓷成形體，可如權(quán)利要求11所述，在燒成工 序中經(jīng)過燒成后的基材層上安裝電子器件，高效地制造具有外表面上裝載有電子器件的結(jié) 構(gòu)的以陶瓷基板為代表的陶瓷成形體。附圖的簡單說明

圖1是表示通過本發(fā)明的實施例(實施例1)的陶瓷成形體的制造方法制成的多 層陶瓷基板的圖。圖2是表示圖1的陶瓷基板上裝載有安裝器件的狀態(tài)的圖。圖3是表示圖1和圖2的陶瓷基板的制造工序中制成的包括第一約束層和第二約 束層的未燒成層疊體的圖。圖4是表示本發(fā)明的實施例的一個工序中從包括第一約束層和第二約束層的層 疊體中燒去了第一約束層后的狀態(tài)的圖。圖5是表示以往的采用以難燒結(jié)性材料為主要成分的約束層來對陶瓷成形體進 行約束燒成的方法的圖。符號的說明
7
1絕緣性體陶瓷層
Ia基板用陶瓷生坯
2導(dǎo)體部
3a、3b安裝電子器件
12貫通孔
21表面導(dǎo)體(外部導(dǎo)體)
21a未燒結(jié)的外部導(dǎo)體
22層間導(dǎo)體(內(nèi)部導(dǎo)體)
22a未燒結(jié)的內(nèi)部導(dǎo)體
23過孔導(dǎo)體
23a未燒結(jié)的過孔導(dǎo)體
31第一約束層
32第二約束層
33未燒成層疊體
A多層陶瓷基板
A，基材層(未燒成的多層陶瓷基板)
B裝載有安裝器件的多層陶瓷基板
實施發(fā)明的最佳方式
下面示出本發(fā)明的實施方式，對本發(fā)明進行更詳細的說明。
(1)含氧陶瓷粉末和玻璃材料的基材層的制作
形成構(gòu)成陶瓷基板的主要部分的基材層時，首先向由陶瓷粉末和玻璃材料混合而
成的混合粉末中分別添加適量的粘合劑、分散劑、增塑劑和有機溶劑等，將它們混合，從而 制成陶瓷漿料。作為陶瓷粉末，可使用各種陶瓷粉末，作為優(yōu)選材料的一例，可例舉氧化鋁(Al2O3) 粉末。關(guān)于玻璃材料，可以從一開始就以玻璃粉末的形式含有，也可以在燒成工序中析 出玻璃質(zhì)。此外，上述玻璃材料也可以在燒成工序的至少最終階段使結(jié)晶質(zhì)析出，藉此進行 結(jié)晶化。作為玻璃材料，可優(yōu)選使用例如可析出鎂橄欖石、鎂黃長石或透輝石這樣的介質(zhì)損 耗小的結(jié)晶質(zhì)的硼硅酸鹽玻璃類的玻璃粉末。接著，通過刮刀涂布法等方法將該陶瓷漿料成形為片狀，制成基材層用的生坯 (例如制造多層陶瓷基板時的基板用陶瓷生坯)Ia(圖3)。更具體而言，將50 64重量％作為玻璃粉末的含有10 55重量％的Ca0、45 70重量％的Si02、0 30重量％的A1203、0 10重量％的雜質(zhì)、5 20重量％的B2O3的 組成的玻璃粉末(平均粒徑1. 5 μ m)和35 50重量％作為陶瓷粉末的Al2O3粉末(平均 粒徑Ι.Ομπι)混合，將該混合物分散于由有機溶劑、增塑劑等構(gòu)成的有機載體中，調(diào)制成漿 料。然后通過刮刀涂布法或澆鑄法將該漿料成形為片狀，藉此制成基板用陶瓷生坯。另外， 作為陶瓷粉末的Al2O3粉末也可含有0 10重量％的雜質(zhì)。此外，基板(基材層)通常通過將多塊陶瓷生坯層疊而形成，但也可由一塊陶瓷生 坯構(gòu)成。此外，基板用陶瓷生坯優(yōu)選通過上述片材成形法形成的陶瓷生坯，也可以是通過厚
8膜印刷法形成的未燒結(jié)的厚膜印刷層。此外，作為陶瓷粉末，除上述絕緣體材料外，也可使 用鐵素體等磁性體材料或鈦酸鋇等電介質(zhì)材料。此外，作為基板用陶瓷生坯，優(yōu)選使用在1050°C以下的溫度下燒結(jié)的低溫?zé)Y(jié)陶 瓷生坯。為此，作為上述玻璃粉末，優(yōu)選使用具有750°C以下的軟化點的玻璃粉末。(2)約束層本發(fā)明的陶瓷成形體的制造方法中，使用第一約束層和第二約束層，所述第一約 束層以在低氧氣氛中燒成時不燒去、而在氧分壓高于該低氧氣氛的氣氛中燒成時燒去的燒 去材料為主要成分，所述第二約束層設(shè)置于第一約束層上，以在基材層的燒結(jié)溫度下不燒 結(jié)的陶瓷粉末為主要成分。(a)第一約束層作為設(shè)置成與基材層相接的第一約束層，必須具備下述的2個性質(zhì)(I)到構(gòu)成基材層的低溫?zé)Y(jié)陶瓷材料燒結(jié)為止，即，在低氧氣氛中進行燒成的第 一燒成工序中，起到抑制基材層的收縮的約束層原本的功能；(II)在后續(xù)的氧分壓高于第一燒成工序的條件下進行燒成的第二燒成工序中燒 去。因此，本發(fā)明中，作為第一約束層，使用含有在低氧氣氛中燒成時不燒去、而在高 氧氣氛中燒成時燒去的燒去材料作為主要成分的約束層。作為第一約束層，可使用例如以碳粉末作為燒去材料的約束層。作為碳粉末等燒去材料，優(yōu)選使用以其為主要成分的約束層能發(fā)揮足夠的約束力 的性狀的碳粉末，即，能構(gòu)成在第一燒成工序中不易發(fā)生收縮的約束層的碳粉末。此外，為使燒去材料不會在第一燒成工序中燒去，構(gòu)成第一約束層的燒去材料優(yōu) 選使用燃燒溫度高的材料。此外，通過使用燃燒溫度高的材料作為燒去材料，可提高脫粘合 劑工序中的加熱溫度，切實地進行脫粘合劑，并且可擴大粘合劑的選擇范圍。另外，作為碳 粉末等燒去材料，優(yōu)選使用例如燃燒溫度在600°C以上的材料。此外，為使第一約束層發(fā)揮足夠的約束力，較好是基材層所包含的玻璃材料切實 地滲透至第一約束層，形成滲透層。因此，為使基材層的玻璃材料切實地滲透至第一約束 層，較好是將第一約束層設(shè)置成與基材層密合。例如，將約束層用片材層疊而形成第一約束 層時，較好是將片材壓接于基材層，另外，涂布糊料而形成第一約束層時，較好是在將印刷 夾具按壓于基材層并與基材層密合的狀態(tài)下涂布糊料。此外，作為燒去材料的碳粉末優(yōu)選粒徑在0. 1 100 μ m的范圍內(nèi)的碳粉末。這是 因為粒徑在100 μ m以下時，可獲得較大的約束力，此外，粒徑在0. 1 μ m以上時，在第二燒成
工序中容易燒去。此外，較好是在第一燒成工序后的第二燒成工序中導(dǎo)入大氣，在高氧分壓氣氛中 進行燒成，藉此使第一約束層燃燒而燒去。為了在第二燒成工序中容易燒去，約束層較好是 由碳粉末、粘合劑和溶劑形成，而減少其它添加物。此外，第一約束層的厚度優(yōu)選100 200 μ m。這是因為通過使第一約束層的厚度 在100 μ m以上，可賦予其足夠的約束力，通過使第一約束層的厚度在200 μ m以下，可容易 地進行片材成形。(b)第二約束層
第二約束層通過第一約束層與基材層接合，是為了更切實地確保約束力而設(shè)置的 約束層，使用的是以在基材層的燒成工序中實質(zhì)上不燒結(jié)的陶瓷粉末為主要成分的材料。 作為優(yōu)選的陶瓷粉末，可例舉例如氧化鋁粉末。氧化鋁粉末容易獲得性狀和特性穩(wěn)定的粉末，且在基材層的燒結(jié)溫度下不燒結(jié)， 具備理想的條件。作為構(gòu)成第二約束層的陶瓷粉末，優(yōu)選使用平均粒徑為0. 1 5. Ομπι的陶瓷粉末。陶瓷粉末的平均粒徑如果不足0. 1 μ m，則因為粒徑小，所以片材中的粘合劑等有 機成分在燒成工序中難以分解飛散，有時會在基材層中發(fā)生脫層疊，不理想。此外，平均粒 徑如果超過5. 0 μ m，則燒成收縮的抑制力下降，因此不理想。另外，構(gòu)成第二約束層的陶瓷粉末是在基材層的燒成工序中實質(zhì)上不燒結(jié)的陶瓷 粉末即可，除氧化鋁外，也可使用氧化鋯或氧化鎂等各種陶瓷粉末。此外，第二約束層的厚度優(yōu)選100 200 μ m。這是因為通過使第二約束層的厚度 在100 μ m以上，可賦予其足夠的約束力，通過使第二約束層的厚度在200 μ m以下，可容易 地進行片材成形。(3)關(guān)于形成于基材層的導(dǎo)體及該導(dǎo)體所用的導(dǎo)電材料基材層在未燒成的階段中形成有作為過孔導(dǎo)體、通孔導(dǎo)體、外部導(dǎo)體和內(nèi)部導(dǎo)體 的導(dǎo)體圖案等，作為其中所用的導(dǎo)電材料，優(yōu)選使用以低電阻且難氧化性的金屬材料(例 如Ag)為主要成分的導(dǎo)電材料。但是，作為導(dǎo)電材料，也可使用其它材料，可使用例如Ag-Pd、Au、Pt等。此外，要求與陶瓷的接合強度時，也可在導(dǎo)電材料中添加1種以上的Al2O3等添加 物。此外，可以相對于上述主要成分(導(dǎo)電材料)以規(guī)定的比例添加有機載體，攪拌、 混煉，從而制成導(dǎo)電性糊料，用該導(dǎo)電性糊料形成作為過孔導(dǎo)體、通孔導(dǎo)體、外部導(dǎo)體和內(nèi) 部導(dǎo)體的導(dǎo)體圖案等。但是，構(gòu)成導(dǎo)電性糊料的主要成分、添加成分、有機載體等的種類的配比無特別限定。此外，有機載體是粘合劑樹脂和溶劑混合而成的載體，作為粘合劑樹脂，可使用例 如乙基纖維素、丙烯酸樹脂、聚乙烯醇縮丁醛、甲基丙烯酸樹脂等。此外，作為溶劑，可使用 例如萜品醇、二羥基萜品醇、二羥基萜品醇乙酸酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、醇類 等。還可根據(jù)需要添加各種分散劑、增塑劑、活性劑等。基材層表面的導(dǎo)體圖案還包括用于將上下層間的導(dǎo)體圖案相互連接的過孔導(dǎo)體、 通孔導(dǎo)體等貫通導(dǎo)體暴露在表面的部分。這些貫通導(dǎo)體可通過如下方法等形成通過沖壓 加工等在玻璃陶瓷生坯上形成貫通孔，通過印刷在該貫通孔中填入上述糊料。(4)脫粘合劑工序在燒成工序之前實施的脫粘合劑工序通常通過在大氣中從室溫升溫至粘合劑分 解或燃燒的溫度并保持一定時間來實施。例如可通過在大氣中從室溫升溫至400°C并保持60分鐘來進行脫粘合劑。另外，本發(fā)明的陶瓷成形體的制造方法中，為獲得高效率，脫粘合劑工序較好是在大氣中等高氧分壓氣氛中進行。但是，在氧分壓低于大氣的條件下也可進行脫粘合劑，根據(jù) 情況也可在氧分壓比大氣低得多的低氧氣氛中進行。(5)燒成條件(a)第一燒成工序通過在脫粘合劑工序后導(dǎo)入氮氣并將基材層的燒結(jié)溫度例如從 400°C升溫至950°C來進行。本發(fā)明中，第一燒成工序中的低氧氣氛是指氧分壓低于大氣的氣氛，尤其是氧分 壓為10_3 10_6atm時，第一約束層中的碳粉末等燒去材料不燒去，能可靠地約束基材層，因 此較佳。(b)第二燒成工序在氧分壓高于第一燒成工序的條件下實施，使構(gòu)成第一約束層 的例如碳粉末等燒去材料燒去，從而除去第一約束層。例如，在第一燒成工序結(jié)束后導(dǎo)入大氣，在常壓下、氧分壓0. 2Iatm,9500C的條件 下保持10分鐘，藉此使構(gòu)成第一約束層的碳燒去。另外，第一燒成工序和第二燒成工序可以如上所述在相同的燒成溫度下實施，但 也可以在不同的溫度下實施第一燒成工序和第二燒成工序。此外，第一燒成工序和第二燒 成工序可以連續(xù)地進行，也可以在進行完第一燒成工序后暫時從爐中取出，然后再次投入 爐中進行第二燒成工序。如上所述，通過在第二燒成工序中將第一約束層燒去，利用第一約束層與基材層 接合的第二約束層和基材層的接合被解除，第二約束層與基材層分離。其結(jié)果是，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整燒成溫度、燒成氣氛、約束層的厚度等，即使不設(shè)置主 動除去約束層的工序，也能取出燒成后的基材層(陶瓷成形體)。因此，將約束層從基材層除去時的工序中不會對基材層(陶瓷成形體)造成裂紋 或缺陷等損傷，能以高原材料利用率制造尺寸精度高的陶瓷成形體。另外，通過在第二燒成工序中將第一約束層燒去，利用第一約束層與基材層接合 的第二約束層和基材層的接合被解除，第二約束層與基材層分離，因此可以不設(shè)置主動除 去第二約束層的工序，但在殘留有第一約束層的殘渣或第二約束層時，也可以設(shè)置除去該 殘渣和第二約束層的約束層除去工序，此時，可更切實地獲得沒有殘渣等附著的可靠性高 的陶瓷成形體。另外，作為除去約束層的方法，可例舉用手等拂拭的方法或用超聲波清洗的方法 等。通過這些方法，可容易地除去約束層，不會對基材層和電極造成損傷。此外，本發(fā)明中，將第一約束層和第二約束層層疊而形成約束層。如果采用該方 法，則與僅用由燒去材料構(gòu)成的第一約束層來形成約束層的情況相比，產(chǎn)生如下效果。本發(fā)明的方法中，將第一約束層的厚度設(shè)為與僅由第一約束層來形成約束層時的 第一約束層的厚度相同時，可增加整個約束層的厚度，因此可增強約束力。此外，將第一約束層和第二約束層層疊而成的約束層的厚度設(shè)為與僅由第一約束 層形成的約束層的厚度相同時，前者(本發(fā)明)能減小第一約束層相對于整個約束層的厚 度，因此與后者相比，可減少爐內(nèi)氣氛的變化，可減小對陶瓷燒成體的影響。以下，示出本發(fā)明的實施例，對本發(fā)明的特征點進行更詳細的說明。實施例1圖1是表示通過本發(fā)明的實施例(實施例1)的陶瓷成形體的制造方法制成的多層陶瓷基板(陶瓷成形體)的圖，圖2是表示圖1的多層陶瓷基板上裝載有安裝器件的狀 態(tài)的圖，圖3是表示圖1和圖2的多層陶瓷基板的制造工序中制成的包括第一約束層和第 二約束層的未燒成層疊體的圖，圖4是表示從包括第一約束層和第二約束層的層疊體中燒 去了第一約束層后的狀態(tài)的圖。圖1所示的多層陶瓷基板A包括對含有陶瓷粉末和玻璃材料的低溫?zé)Y(jié)陶瓷原料 組合物進行燒成而得的絕緣性陶瓷層1，以及設(shè)置于絕緣性陶瓷層1的導(dǎo)體部2。另外，本實 施例1的多層陶瓷基板A是具有由多塊絕緣性陶瓷層1層疊而成的多層結(jié)構(gòu)的多層基板。作為構(gòu)成絕緣性陶瓷層1的低溫?zé)Y(jié)陶瓷組合物，可使用將氧化鋁類的陶瓷粉末 和硼硅酸鹽玻璃類的玻璃粉末混合而成的低溫?zé)Y(jié)陶瓷組合物。此外，導(dǎo)體部2由表面導(dǎo)體(外部導(dǎo)體)21、層間導(dǎo)體(內(nèi)部導(dǎo)體)22、過孔導(dǎo)體23 構(gòu)成，所述表面導(dǎo)體21位于多層陶瓷基板A的表面，所述層間導(dǎo)體22設(shè)置于相互接合的多 個絕緣性陶瓷層1、1之間，所述過孔導(dǎo)體23將層間導(dǎo)體22彼此連接，或者將表面導(dǎo)體21 和層間導(dǎo)體22連接。表面導(dǎo)體21和層間導(dǎo)體22通過對印刷導(dǎo)電性糊料(例如銀類導(dǎo)電性糊料)而形 成的外部導(dǎo)體膜和內(nèi)部導(dǎo)體膜進行燒成而形成。此外，過孔導(dǎo)體23例如通過向貫通孔內(nèi)填 充導(dǎo)電性糊料或?qū)w粉末并進行燒成而形成。此外，圖2的裝載有電子器件的多層陶瓷基板B通過在圖1的多層陶瓷基板A上 設(shè)置半導(dǎo)體元件或片狀電容器等安裝電子器件3a、3b而形成。接著，對該多層陶瓷基板A和B的制造方法進行說明。下面參照圖1 圖4進行說明。(1)首先，向由陶瓷粉末和玻璃材料混合而成的混合粉末中分別添加適量的粘合 劑、分散劑、增塑劑和有機溶劑等，將它們混合，從而制成陶瓷漿料。(2)接著，通過刮刀涂布法等方法將該陶瓷漿料成形為片狀，制成基板用陶瓷生坯 Ia (圖 3)。另外，在此，將(a) 45重量％作為玻璃粉末的含有43重量％的CaO、41重量％的SiO2、7重量％的 Al203、6重量％的B2O3的組成的玻璃粉末和(b)55重量％作為陶瓷粉末的Al2O3粉末混合，將該混合物分散于由有機溶劑、增塑劑等構(gòu)成的有機載體中，調(diào)制成漿料。然后，通過刮刀涂布法或澆鑄法等將該漿料成形為片狀，制成燒成后的厚度達到 50 μ m的基板用陶瓷生坯。另外，該基板用陶瓷生坯的燒結(jié)溫度在1050°C以下。(3)接著，根據(jù)需要在所得的基板用陶瓷生坯Ia上形成用于形成過孔導(dǎo)體的貫通 孔12(圖3)，通過向該貫通孔12內(nèi)填充導(dǎo)電性糊料或?qū)w粉末而形成未燒結(jié)的過孔導(dǎo)體 23a (圖3)(本實施例1中，向貫通孔12內(nèi)填充以Ag為導(dǎo)電成分的導(dǎo)電性糊料)。(4)此外，根據(jù)需要通過例如印刷銀類導(dǎo)電性糊料而在基板用陶瓷生坯Ia上形成 未燒結(jié)的外部導(dǎo)體21a、內(nèi)部導(dǎo)體22a(參照圖3)。(5)此外，按照以下步驟制作第一約束層。首先，相對于100重量份的平均粒徑2 μ m的碳粉末，摻入12重量份的粘合劑、1重 量份的分散劑、4重量份的增塑劑和100重量份的有機溶劑，混合，從而制成約束層用漿料。然后，通過刮刀涂布法將該約束層用漿料成形為片狀，制成厚100 μ m的第一約束層。(6)此外，按照以下步驟制作第二約束層。首先，將在上述基板用陶瓷生坯的燒成溫度下實質(zhì)上不燒結(jié)的陶瓷粉末(本實施 例中為氧化鋁粉末)分散于由有機粘合劑、有機溶劑、增塑劑等構(gòu)成的有機載體中，調(diào)制成 漿料。然后，將所得漿料成形為片狀，制成約束層用陶瓷生坯。另外，本實施例中，作為陶 瓷粉末使用平均粒徑1 μ m的氧化鋁粉末。另外，本實施例中，將第二約束層的厚度設(shè)為300 μ m以確保足夠的約束力。(7)接著，如圖3所示，將多塊基板用陶瓷生坯la、第一約束層31、第二約束層32 按規(guī)定順序?qū)盈B，通過靜水壓加壓等方法，例如通過以5 200MPa的壓力加壓而壓接，從而 制成未燒成層疊體33，該未燒成層疊體33具備在將基板用陶瓷生坯Ia層疊而形成的具有 多層結(jié)構(gòu)的基材層(未燒成的多層陶瓷基板)A’的兩個主面上配置有第一約束層31、在第 一約束層31上還配置有第二約束層32的結(jié)構(gòu)(參照圖3)。本實施例1中，基材層A’的厚度為250 μ m，第一約束層31的厚度為100 μ m，第二 約束層32的厚度為300 μ m。另外，也可根據(jù)需要將該未燒成層疊體33切割成合適的大小。此外，本實施例中，將多塊基板用陶瓷生坯Ia層疊而制成多層結(jié)構(gòu)的基材層A’， 但也可以將基板用陶瓷生坯Ia的塊數(shù)設(shè)為一塊，制作單層結(jié)構(gòu)的基材層，從而制成單板型 的陶瓷基板。此外，本實施例中，在基材層A’的上下兩側(cè)設(shè)置第一約束層31和第二約束層32， 但也可以構(gòu)成為僅設(shè)置于基材層A’的一個主面。此外，第一約束層31和第二約束層32可以通過將多塊約束層用陶瓷生坯層疊而 形成，也可以由一塊約束層用陶瓷生坯形成。(8)接著，在大氣中于較低的脫脂溫度(例如400°C左右的溫度)下對該未燒成層 疊體33進行熱處理，除去粘合劑等有機物。然后，在基材層A’燒結(jié)、而構(gòu)成第一約束層31的燒去材料不燒去、且構(gòu)成第二約 束層32的陶瓷粉末也不燒結(jié)的條件下，S卩，本實施例中，在氧濃度以下的低氧氣氛 (本實施例中為氧分壓10_5atm)中升溫至850 950°C而進行燒成，使基材層Α’燒結(jié)(第 一燒成工序)。此時，構(gòu)成約束層31的碳粉末未燒去而殘留，構(gòu)成第二約束層32的陶瓷粉末也未 燒結(jié)，因此第一約束層31和第二約束層32兩者的約束力均得以充分發(fā)揮，可切實地抑制基 材層A’的平面方向的收縮。此外，第二約束層32和基材層A’之間存在有第一約束層31，因此可防止第二約束 層32與基材層A’牢固地粘合。(9)然后，在氧分壓高于第一燒成工序的條件(本實施例中，氧分壓為0. 21atm)下 進行燒成(第二燒成工序)，將作為構(gòu)成第一約束層31的燒去材料的碳粉末燒去。藉此，如 圖4示意地表示，第一約束層31被除去，通過第一約束層31與基材層A’接合的第二約束 層32和基材層A’燒成而得的多層陶瓷基板A(圖1)的接合被解除。其結(jié)果是，在燒成工序結(jié)束后無需設(shè)置主動地除去第二約束層32的工序，可取出
13具有圖ι所示的結(jié)構(gòu)的作為燒結(jié)后的陶瓷成形體的多層陶瓷基板A。S卩，利用本實施例的方法，不會導(dǎo)致在通過例如濕式噴砂或噴砂等物理方法除去 約束層時產(chǎn)生的燒結(jié)后的陶瓷成形體(多層陶瓷基板A)的裂紋或缺陷等，能以高原材料利 用率制造尺寸精度高的多層陶瓷基板A。此外，通過在圖1的多層陶瓷基板A上裝載半導(dǎo)體元件或片狀電容器等安裝電子 器件3a、3b，可獲得具有圖2所示的結(jié)構(gòu)的陶瓷成形體B。另外，上述實施例中，以制造作為陶瓷成形體的陶瓷基板(多層陶瓷基板)的情況 為例進行了說明，但本發(fā)明不限于陶瓷基板，可用于以陶瓷線圈器件、陶瓷LC復(fù)合器件等 陶瓷電子器件為代表的各種陶瓷成形體的制造方法。本發(fā)明的其它方面也不限于上述實施例，對于構(gòu)成基材層的陶瓷粉末和玻璃材料 的具體種類和配比、構(gòu)成第一約束層的燒去材料和構(gòu)成第二約束層的陶瓷粉末的具體種 類、第一燒成工序和第二燒成工序中的具體條件、脫粘合劑工序中的處理條件等，可在發(fā)明 的范圍內(nèi)加以各種應(yīng)用和改變。工業(yè)上的可利用性如上所述，利用本發(fā)明，在燒成工序結(jié)束后的約束層的除去工序中不會對作為燒 結(jié)體的陶瓷成形體造成損傷、能可靠且高效地制造尺寸精度高的陶瓷成形體。因此，本發(fā)明可廣泛用于經(jīng)過燒成工序而制成的陶瓷基板、陶瓷線圈器件、陶瓷LC 復(fù)合器件等陶瓷成形體的制造領(lǐng)域。
1權(quán)利要求
一種陶瓷成形體的制造方法，其特征在于，包括制作未燒成層疊體的層疊體制作工序，所述未燒成層疊體包括基材層、第一約束層和第二約束層，所述基材層含有陶瓷粉末和玻璃材料，在燒成后成為陶瓷成形體，所述第一約束層配置成與所述基材層的至少一個主面相接，并且以在低氧氣氛中燒成時不燒去、而在氧分壓高于所述低氧氣氛的氣氛中燒成時燒去的燒去材料為主要成分，所述第二約束層配置于所述第一約束層的與所述基材層相接的面的相反側(cè)的不與所述基材層相接的主面，并且以在所述基材層的燒結(jié)溫度下不燒結(jié)的陶瓷粉末為主要成分；以及燒成工序，在該燒成工序中，對所述未燒成層疊體進行燒成，使所述基材層燒結(jié)；所述燒成工序包括第一燒成工序，在該第一燒成工序中，在所述低氧氣氛中在包括所述第一約束層和第二約束層的狀態(tài)下進行燒成，使所述基材層燒結(jié)；以及第二燒成工序，在該第二燒成工序中，在氧分壓高于所述第一燒成工序的條件下進行燒成，使構(gòu)成所述第一約束層的所述燒去材料燒去。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷成形體的制造方法，其特征在于，在所述燒成工序之后包 括除去所述第二約束層的約束層除去工序。
3.如權(quán)利要求1或2所述的陶瓷成形體的制造方法，其特征在于，所述陶瓷成形體是陶 瓷基板。
4.如權(quán)利要求1 3中的任一項所述的陶瓷成形體的制造方法，其特征在于，在所述第 一燒成工序中進行燒成以使所述基材層所包含的所述玻璃材料滲透至所述第一約束層。
5.如權(quán)利要求1 4中的任一項所述的陶瓷成形體的制造方法，其特征在于，所述燒去 材料是碳粉末。
6.如權(quán)利要求1 5中的任一項所述的陶瓷成形體的制造方法，其特征在于，所述基材層包含粘合劑，并且在所述燒成工序中的所述第一燒成工序之前包括除去所述基材層所包含的所述粘合 劑的脫粘合劑工序，所述脫粘合劑工序在含氧氣氛中且在所述燒去材料不燒去的溫度下實施。
7.如權(quán)利要求1 6中的任一項所述的陶瓷成形體的制造方法，其特征在于，在所述層 疊體制作工序中，所述第一約束層通過將含有其構(gòu)成材料的片材配置成與所述基材層的至 少一個主面相接而形成，所述第二約束層通過將含有其構(gòu)成材料的片材配置在所述第一約 束層上而形成。
8.如權(quán)利要求1 6中的任一項所述的陶瓷成形體的制造方法，其特征在于，在所述層 疊體制作工序中，所述第一約束層通過將含有其構(gòu)成材料的糊料涂布于所述基材層的至少 一個主面而形成，所述第二約束層通過將含有其構(gòu)成材料的糊料涂布于所述第一約束層上 而形成。
9.如權(quán)利要求1 8中的任一項所述的陶瓷成形體的制造方法，其特征在于，所述基材 層具有多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)包括多個含有所述陶瓷粉末和所述玻璃材料的層。
10.如權(quán)利要求1 9中的任一項所述的陶瓷成形體的制造方法，其特征在于，所述基 材層的至少一個主面具有布線圖案。
11.如權(quán)利要求1 10中的任一項所述的陶瓷成形體的制造方法，其特征在于，還包括在所述燒成工序中經(jīng)過燒成后的基材層的外表面上安裝電子器件的工序。
全文摘要
在燒成工序結(jié)束后的約束層的除去工序中不會對陶瓷成形體造成損傷，能可靠且高效地制造尺寸精度高的陶瓷成形體。將以在低氧氣氛中燒成時不燒去、而在氧分壓高于該低氧氣氛的氣氛中燒成時燒去的燒去材料為主要成分的第一約束層(31)設(shè)置成與基材層(A’)相接，在第一約束層上設(shè)置以在基材層的燒結(jié)溫度下不燒結(jié)的陶瓷粉末為主要成分的第二約束層(32)，從而形成未燒成層疊體(33)，在第一燒成工序中，在燒去材料不會燒去的低氧氣氛下進行約束燒成，在不會使基材層在平面方向上收縮的情況下使基材層燒結(jié)，然后在第二燒成工序中，在氧分壓高于第一燒成工序的條件下進行燒成，使第一約束層燒去。
文檔編號B28B11/00GK101909837SQ20088012461
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者岡田佳子, 村田崇基, 近川修 申請人:株式會社村田制作所