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KR101041199B1 - 세라믹 성형체, 세라믹 부품, 세라믹 성형체의 제조 방법및 세라믹 부품의 제조 방법 - Google Patents

세라믹 성형체, 세라믹 부품, 세라믹 성형체의 제조 방법및 세라믹 부품의 제조 방법 Download PDF

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KR101041199B1
KR101041199B1 KR1020080073244A KR20080073244A KR101041199B1 KR 101041199 B1 KR101041199 B1 KR 101041199B1 KR 1020080073244 A KR1020080073244 A KR 1020080073244A KR 20080073244 A KR20080073244 A KR 20080073244A KR 101041199 B1 KR101041199 B1 KR 101041199B1
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유키히사 다케우치
신스케 야노
가즈요시 시바타
고지 이케다
마사히로 아베
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

세라믹 성형체(10B)는 도체 성형체(12)를 포함하며, 열경화성 수지 전구체와 세라믹 분말과 용제가 혼합된 슬러리(18)를, 도체 성형체(12)를 피복하도록 도포한 후에 경화하여 얻어진다. 세라믹 성형체(10B)에 포함되는 열경화성 수지는, 이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제와, 수산기를 갖는 고분자를 반응 경화시킴으로써 얻어진다. 수산기를 갖는 고분자는, 부티랄 수지, 또는 에틸셀룰로오스계 수지, 또는 폴리에틸렌글리콜계 수지 또는 폴리에테르계 수지인 것이 바람직하다.

Description

세라믹 성형체, 세라믹 부품, 세라믹 성형체의 제조 방법 및 세라믹 부품의 제조 방법{CERAMIC COMPACT, CERAMIC PART, METHOD FOR PRODUCING CERAMIC COMPACT, AND METHOD FOR PRODUCING CERAMIC PART}
본 발명은 내부에 도체가 매설된 세라믹 성형체, 세라믹 부품, 세라믹 성형체의 제조 방법 및 세라믹 부품의 제조 방법에 관한 것으로, 예컨대 고주파 특성이 우수한 수동 부품 등을 구성할 수 있는 세라믹 성형체, 세라믹 부품, 세라믹 성형체의 제조 방법 및 세라믹 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
유전체 기판을 이용한 수동 부품 등을 제작하는 경우, 세라믹 분말과 수지를 포함하는 그린시트 상에 도체 패턴을 인쇄에 의해 형성한 것을 적층하여 일체화한 후에, 성형 가공한 후, 소성하도록 하고 있다(예컨대 일본 특허 공고 소화 제40-19975호 공보, 일본 특허 공개 평성 제2-58816호 공보 참조).
이 경우, 도체 패턴이 그린시트 상에 볼록 형상으로 형성되기 때문에, 그린시트를 적층할 때에, 도체 패턴의 둘레 가장자리 근방에 압력이 가해지지 않아, 적층한 후에, 박리가 발생하거나, 도체 패턴의 단부가 찌부러져 버려, 도체 패턴의 전기적 특성을 열화시킨다. 또한, 이러한 문제들로 인해, 도체 패턴의 두께를 두껍 게 할 수 없기 때문에, 저항값을 낮추는 데 한계가 있으며, 또한, 고주파 특성의 향상에도 한계가 있었다.
그래서, 종래에서는, 상술한 결점을 해결하기 위해서, 수지 필름과 같은 기체(基體)나 그린시트 상에, 도체 페이스트를 인쇄 형성한 후, 세라믹 분말과 수지로 이루어지는 슬러리를 도포하고, 그 후, 양이온성 응고욕(凝固浴)에 침지하여 상기 슬러리를 겔화한 그린시트로 함으로써, 도체 패턴을 그린시트 내에 매설하는 방법이 제안되어 있다(예컨대 일본 특허 공고 제40-19975호 공보, 일본 특허 공개 평성 제2-58816호 공보 및 일본 특허 공개 제2005-1279호 공보 참조).
또한, 다른 종래예에서는, 도체 패턴의 변형을 억제하기 위해서, 도체 페이스트에 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지를 혼입시키는 방법이 제안되어 있다(예컨대 일본 특허 공개 평성 제8-167537호 공보 참조).
또 다른 종래예에서는, 주형 내에 코일 형상의 금속선을 설치하고, 또한, 주형 내에 세라믹 슬러리를 충전하여, 세라믹 슬러리에 금속선을 내포시킨다. 그 후, 건조함으로써, 세라믹 성형체 내에 금속선의 코일이 내포된 전자 부품을 얻도록 하고 있다(예컨대 일본 특허 공개 평성 제11-126724호 공보 참조).
그런데, 일본 특허 공고 소화 제40-19975호 공보, 일본 특허 공개 평성 제2-58816호 공보 및 일본 특허 공개 제2005-1279호 공보에 기재된 제안예에 있어서, 세라믹 분말과 열가소성 수지를 포함하는 슬러리와, 열가소성 수지를 포함하는 도체 페이스트를 사용한 경우, 슬러리가 건조할 때에 발생하는 큰 수축에 의해, 세라믹 성형체 중, 도체 근방에 균열이 발생하여, 세라믹 성형체와 도체와의 일체화에 문제가 생기거나, 도체의 볼록 형상의 영향으로 그린시트가 요철 형상이 된다. 또한, 도체 페이스트에 포함되는 열가소성 수지는 용제에 용해되기 쉽기 때문에, 세라믹 성형체로 할 때에, 도체가 세라믹 중에 녹아서 도체의 패턴 형상이 붕괴된다는 문제가 있다.
또한, 일본 특허 공개 제2005-1279호 공보에서는, 그린시트 상에 도체 패턴을 형성하고, 슬러리를 도포하고, 양이온성 응고욕에 침지하고, 건조를 1층마다 행해야 하므로, 도체 패턴의 다층화에 따라 공정수가 증가한다는 문제가 있다.
일본 특허 공개 평성 제8-167537호 공보에서는, 그린시트 상에 도체 패턴을 인쇄에 의해 형성한 것을 적층하여 일체화한 후에, 프레스 가공하도록 하고 있기 때문에, 일본 특허 공고 소화 제40-19975호 공보나 일본 특허 공개 평성 제2-58816호 공보와 마찬가지로, 도체 패턴의 둘레 가장자리 근방에 압력이 가해지지 않아, 적층한 후에, 박리가 발생할 우려가 있다.
또, 일본 특허 공개 평성 제11-126724호 공보에 기재된 제안예는, 저항이나 코일 등의 소자를 세라믹 성형체에 매설하는 데는 적절하지만, 도체 패턴의 다층화에는 적용할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 과제를 고려하여 이루어진 것으로, 도체 패턴의 박리나 붕괴가 없고, 아울러 도체 패턴의 두께를 두껍게 할 수 있으며, 저항값의 저감화, 고주파 특성의 향상을 용이하게 도모할 수 있는 세라믹 성형체, 세라믹 부품, 세라믹 성형체의 제조 방법 및 세라믹 부품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1 발명에 따른 세라믹 성형체는 도체 성형체를 포함하며, 열경화성 수지 전구체와 세라믹 분말과 용제가 혼합된 슬러리를, 상기 도체 성형체를 피복하도록 공급한 후에 경화하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 제1 발명에 있어서, 상기 슬러리를 기체(基體) 상에 성형된 상기 도체 성형체를 피복하도록 도포한 후에 경화하여 세라믹 성형체를 얻도록 해도 좋다.
또한, 제1 발명에 있어서, 상기 열경화성 수지 전구체는, 이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제와, 수산기를 갖는 고분자로 이루어지도록 해도 좋다.
이 경우, 상기 수산기를 갖는 고분자는, 부티랄 수지, 에틸셀룰로오스계 고분자, 폴리에틸렌글리콜계 고분자 또는 폴리에테르계 고분자인 것이 바람직하다.
또한, 제1 발명에 있어서, 상기 도체 성형체는, 열경화성 수지 전구체와 은(Ag), 금(Au), 동(Cu)계의 금속 중 적어도 1종류의 분말을 포함하는 도체 페이스트를 패턴 형성하고, 그 후, 경화하여 이루어지도록 해도 좋다.
다음으로, 제2 발명에 따른 세라믹 부품은, 상술한 제1 발명에 따른 세라믹 성형체를 소성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 제3 발명에 따른 세라믹 성형체의 제조 방법은, 도체 성형체를 형성하는 도체 형성 공정과, 열경화성 수지 전구체와 세라믹 분말과 용제가 혼합된 슬러리를, 도체 성형체를 피복하도록 공급하는 슬러리 공급 공정과, 상기 슬러리를 경화하는 슬러리 경화 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 제3 발명에 있어서, 상기 도체 형성 공정은, 기체 상에 상기 도체 성형체를 형성하고, 상기 슬러리 공급 공정은, 상기 슬러리를, 상기 도체 성형체를 피복하도록 상기 기체 상에 도포하도록 해도 좋다.
또한, 제3 발명에 있어서, 상기 열경화성 수지 전구체는, 이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제와, 수산기를 갖는 고분자로 이루어지도록 해도 좋다.
이 경우, 상기 수산기를 갖는 고분자는, 부티랄 수지, 에틸셀룰로오스계 고분자, 폴리에틸렌글리콜계 고분자 또는 폴리에테르계 고분자인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 고분자는, 상기 겔화제와의 반응에 필요한 양보다도 많이 첨가되어 있어도 좋다.
또한, 제3 발명에 있어서, 상기 도체 형성 공정은, 필름 상에 도체 성형체를 형성하고, 상기 슬러리 공급 공정은, 상기 도체 성형체가 형성된 상기 필름을 주형 내에 설치하며, 상기 슬러리를 상기 주형 내에 주입하도록 해도 좋다.
이 경우, 상기 슬러리 공급 공정은, 상기 필름을 상기 주형 내에 설치할 때에, 상기 필름과 다른 필름을, 상기 도체 성형체가 형성된 면과 상기 다른 필름이 대향하고, 또한 상기 필름과 상기 다른 필름의 사이에 스페이서가 끼워지는 상태로 설치하며, 상기 스페이서에 의해 형성되는 공간 내에 상기 슬러리를 유입시키도록 해도 좋다.
또한, 상기 필름의 표면에 도포된 박리제의 박리력과, 상기 다른 필름의 표면에 도포된 박리제의 박리력이 다르도록 해도 좋다.
또한, 제3 발명에 있어서, 상기 도체 형성 공정은, 열경화성 수지 전구체와 은(Ag), 금(Au), 동(Cu)계의 금속 중 적어도 1종류의 분말을 포함하는 도체 페이스트를 패턴 형성하고, 그 후, 경화함으로써 상기 도체 성형체를 얻도록 해도 좋다.
이 경우, 상기 도체 페이스트에 포함되는 상기 열경화성 수지 전구체가 페놀 수지, 또는 자기 반응성의 레졸 수지인 것이 바람직하다.
또한, 제3 발명에 있어서, 상기 슬러리에 사용되는 상기 열경화성 수지 전구체가 폴리우레탄 수지 전구체인 것이 바람직하다.
다음으로, 제4 발명에 따른 세라믹 부품의 제조 방법은, 세라믹 성형체를 제작하는 공정과, 제작된 상기 세라믹 성형체를 소성하는 공정을 포함하는 세라믹 부품의 제조 방법으로서, 상기 세라믹 성형체를 제작하는 공정은, 도체 성형체를 형성하는 도체 형성 공정과, 열경화성 수지 전구체와 세라믹 분말과 용제가 혼합된 슬러리를, 도체 성형체를 피복하도록 공급하는 슬러리 공급 공정과, 상기 슬러리를 경화하는 슬러리 경화 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 세라믹 성형체, 세라믹 부품, 세라믹 성형체의 제조 방법 및 세라믹 부품의 제조 방법에 따르면, 도체 패턴의 박리나 붕괴가 없고, 아울러, 도체 패턴의 두께를 두껍게 할 수 있으며, 저항값의 저감화, 고주파 특성의 향상을 용이하게 도모할 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 나타내고 있는 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명확하게 될 것이다.
본 발명의 세라믹 성형체, 세라믹 부품, 세라믹 성형체의 제조 방법 및 세라믹 부품의 제조 방법에 따르면, 도체 패턴의 박리나 붕괴가 없고, 게다가 도체 패턴의 두께를 두껍게 할 수 있으며, 저항값의 저감화, 고주파 특성의 향상을 용이하게 도모할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 세라믹 성형체, 세라믹 부품, 세라믹 성형체의 제조 방법 및 세라믹 부품의 제조 방법의 실시형태의 예를 도 1 내지 도 15를 참조하면서 설명한다.
[제1 실시형태]
우선, 제1 실시형태에 따른 세라믹 성형체[이하, 제1 세라믹 성형체(10A)라고 기재함]는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 도체 성형체(12)가 매립되어 구성되어 있다.
이 제1 세라믹 성형체(10A)는, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 수지와 은(Ag), 금(Au), 동(Cu)계의 금속 중 적어도 1종류의 분말을 포함하는 도체 페이스트(14)를 소정의 형상으로 성형 경화한 후에, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 주형(16) 내에 설치하고, 열경화성 수지 전구체와 세라믹 분말과 용매를 포함하는 겔캐스트용 슬러리[이하, 슬러리(18)라고 기재함]를 주형(16) 내에 주입한 후에, 경화함으로써 얻어진다(도 2c 참조). 또, 주형(16)은 단면(斷面)으로 나타내는 구조의 일부가 개방되어 있어도 슬러리(18)의 누설이 없으면 문제없다.
도체 페이스트(14)에 사용되는 수지는, 열경화성 수지 전구체인 것이 바람직하다. 이 경우, 열경화성 수지 전구체는, 자기 반응성의 레졸형 페놀 수지인 것이 바람직하다.
슬러리(18)에 사용되는 열경화성 수지 전구체는, 폴리우레탄 수지 전구체인 것이 바람직하다.
도체 성형체(12)는, 도체 페이스트(14)를 인쇄법에 의해 패턴 형성한 후, 경화함으로써 얻어진다.
그리고, 제1 세라믹 성형체(10A)는, 예컨대 도 3a에 도시하는 바와 같이, 필름(20) 상에 도체 페이스트(14)를 인쇄법에 의해 패턴 형성한 후에 경화하여, 필름(20) 상에 도체 성형체를 형성한 후에, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 필름(20)을 주형(16) 내에 설치하고, 슬러리(18)를 주형(16) 내에 주입한 후에, 경화함으로써 얻어진다(도 3c 참조). 이 경우, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 필름(20) 상에 [도체 성형체(12)가 매설되어 있는] 제1 세라믹 성형체(10A)가 설치된 상태로 되어 있기 때문에, 제1 세라믹 성형체(10A)를 필름(20)으로부터 이형함으로써, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 도체 성형체(12)가 매설된 제1 세라믹 성형체(10A)가 얻어진다.
제1 세라믹 성형체(10A)는, 전체의 형상이 테이프 형상이어도 좋다. 이 경우, 도 5에 도시하는 바와 같이, 제1 세라믹 성형체(10A)가 복수 적층되며, 복수의 도체 성형체(12)가 삼차원 구조로 매설되어 있어도 좋다.
또한, 복수의 제1 세라믹 성형체(10A)에는, 슬러리(18)에 포함되는 용제의 일부가 잔존하고 있어도 좋다. 이 경우, 경화 후의 제1 세라믹 성형체(10A)는 유연성을 갖는다. 따라서, 일반적으로 딱딱하고 취약한 열경화성 수지 전구체를 바인더에 사용해도, 유연성이 있는 테이프 성형체로서 공정 사이를 반송시킬 수 있으며, 복수의 제1 세라믹 성형체(10A)를 적층해도, 적층 간에 공극이 생기는 등의 문제는 발생하지 않는다(적층성의 향상). 또, 적층 시의 압력, 온도는, 디라미네이션이나 적층체의 변형, 적층 어긋남을 감안하여 적절하게 설정된다.
제1 세라믹 성형체(10A)의 주형(16)으로부터의 이형성을 양호하게 하기 위해서, 도 6a 내지 도 7b에 도시하는 바와 같이 해도 좋다. 즉, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 필름(20) 상에 도체 페이스트(14)를 인쇄법에 의해 패턴 형성한 후 경화하여, 필름(20) 상에 도체 성형체(12)를 형성한 후에, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 필름(20)을 주형(16) 내에 설치할 때에, 필름(20)과 다른 필름(22)을, 도체 페이스트(14)가 형성된 면과 다른 필름(22)이 대향하고 또한 필름(20)과 다른 필름(22)의 사이에 스페이서(24)가 끼워지는 상태로 설치한다. 그리고, 스페이서(24)에 의해 형성되는 공간(26) 내에 슬러리(18)를 유입시킨 후에, 경화함으로써 제1 세라믹 성형체(10A)를 얻도록 해도 좋다(도 6c 참조). 이 경우, 도 7a에 도시하는 바와 같이, 제1 세라믹 성형체(10A)가 필름(20), 다른 필름(22) 및 스페이서(24)로 둘러싸인 상태로 되어 있기 때문에, 제1 세라믹 성형체(10A)가 주형(16)에 불필요하게 부착되지 않고, 간단히 주형(16)으로부터 이형될 수 있다.
또한, 도체 성형체(12)가 형성되는 필름(20)의 표면에 도포된 박리제의 박리력과, 다른 필름(22)의 표면에 도포된 박리제의 박리력을 다르게 하면, 반드시 어느 한쪽의 필름(20)(또는 22)이 벗겨지기 쉬워져서, 필름(20)(또는 22)으로부터의 이형도 용이해진다. 도 7b에, 필름(20), 다른 필름(22) 및 스페이서(24)로부터 제1 세라믹 성형체(10A)를 이형한 상태를 도시한다.
그리고, 제1 실시형태에 따른 세라믹 부품[이하, 제1 세라믹 부품이라고 기재함]은, 상술한 제1 세라믹 성형체(10A)를 건조한 후, 소성함으로써 얻을 수 있다.
상술한 제1 세라믹 성형체(10A)[및 제1 적층체(60)] 및 제1 세라믹 부품은, 도체 페이스트에 의한 도체 성형체(전극 패턴 등)의 박리나 붕괴가 없고, 아울러 전극 패턴 등의 두께를 두껍게 할 수 있으며, 저항값의 저감화, 고주파 특성의 향상을 용이하게 도모할 수 있다.
다음으로, 상술한 제1 세라믹 성형체(10A) 및 제1 세라믹 부품 및 제1 세라믹 성형체(10A)의 제조 방법 및 제1 세라믹 부품의 제조 방법의 실시예에 대해서 도 8 내지 도 10을 참조하면서 설명한다.
이 실시예에서는, 도 8에 도시하는 주형(16)이 사용된다.
주형(16)은, 한번에 복수 매(예컨대 3매)의 제1 세라믹 성형체(10A)를 제작할 수 있도록 되어 있다.
주형(16)은, 도 8에 도시하는 바와 같이, 하나의 기대(基臺; 30)와, 기대(30) 상에 적재되는 복수 매의 판부재[제1 판부재(32a)∼제4 판부재(32d)]와, 제4 판부재(32d) 상에 적재되는 상판(上板; 34)을 갖는다.
또한, 기대(30)는, 그 상면 중, 제1 측면에 근접하는 부분과 제2 측면(제1 측면과 대향하는 측면)에 근접하는 부분에 각각 수 개(예컨대 3개)의 막대 부재(36)가 설치되어 있다. 각 막대 부재(36)는, 축 방향이 기대(30)의 상면의 법선 방향이 되도록 기대(30)의 상면에 설치되어 있다.
제1 판부재(32a)∼제4 판부재(32d) 및 상판(34)은, 기대(30)의 막대 부재(36)와 대응하는 부분에 각각 위치 결정용의 관통 구멍[이하, 위치 결정 구멍(38)이라고 기재함]이 형성되고, 제1 판부재(32a)∼제4 판부재(32d) 및 상판(34)을 기대(30) 상에 순서대로 적재했을 때에, 각 위치 결정 구멍(38)을 통하여 기대(30)의 막대 부재(36)가 삽입 관통되도록 되어 있다.
그리고, 제1 판부재(32a)와 제2 판부재(32b) 사이, 제2 판부재(32b)와 제3 판부재(32c) 사이, 제3 판부재(32c)와 제4 판부재(32d) 사이에, 제1 필름(20)과, 스페이서(24)와, 제2 필름(22)의 적층체가 삽입된다. 제1 필름(20)에는, 그 상면에 도체 페이스트(14)에 의해 복수의 전극 패턴(40)이 형성되어 있다.
이들 제1 필름(20), 제2 필름(22) 및 스페이서(24)는, 주형(16) 내에서 제작된 제1 세라믹 성형체(10A)가 주형(16)의 제1 판부재(32a)∼제4 판부재(32d) 등에 불필요하게 부착되는 것을 방지하기 위한 것이며, 특히, 제1 필름(20)은, 제작되는 제1 세라믹 성형체(10A)의 하면의 형상을 결정하고, 제2 필름(22)은, 제작되는 제1 세라믹 성형체(10A)의 상면의 형상을 결정하도록 되어 있다. 스페이서(24)는, 개구부를 갖는 대략 프레임 형상으로 형성되며, 제1 세라믹 성형체(10A)의 면적과 높이를 결정한다. 도 8의 예에서는, 제1 필름(20) 상에 형성된 전극 패턴(40)의 군을 세방면에서 둘러싸도록 대략 프레임 형상으로 형성되어 있다. 이 스페이서(24)는, 예컨대 제1 필름(20)이나 제2 필름(22)과 동일한 재질로 구성해도 좋다. 또한, 이들 제1 필름(20), 제2 필름(22) 및 스페이서(24)는, 각 표면에 이형제가 코트되어 있어서, 제작된 제1 세라믹 성형체(10A)가 용이하게 분리되도록 되어 있다.
이들 제1 필름(20), 제2 필름(22) 및 스페이서(24)에는, 기대(30)의 막대 부재(36)와 대응하는 부분에 각각 위치 결정 구멍(42, 46 및 44)이 형성되어 있다.
또한, 상판(34)에는, 슬러리(18)를 주입하기 위한 U자 형상의 노치(notch; 48)가 형성되고, 제2 판부재(32b)∼제4 판부재(32d)에도, 각각 U자 형상의 노치(48)에 대응한 부분에, 슬러리(18)를 주입하기 위한 관통 구멍[이하, 주입 구멍(50)이라고 기재함]이 형성되어 있다.
제1 필름(20), 제2 필름(22) 및 스페이서(24)에도, 제2 판부재(32b)∼제4 판부재(32d)의 주입 구멍(50)에 대응한 부분에 각각 노치(52)나 주입 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
따라서, 주형(16)을 조립하는 경우는, 예컨대 이하와 같이 행한다.
우선, 기대(30)의 상면에 제1 판부재(32a)를 적재한다. 이때, 기대(30)의 막대 부재(36)를 제1 판부재(32a)의 위치 결정 구멍(38)에 각각 삽입 관통시켜서 적재한다. 그 후, 제1 판부재(32a) 상에 제1 필름(20), 스페이서(24), 제2 필름(22) 을 포개서 적재한다. 이때, 제1 필름(20), 스페이서(24), 제2 필름(22)의 각 위치 결정 구멍(42, 44 및 46)에 각각 기대(30)의 막대 부재(36)를 삽입 관통시켜서 적재한다. 이하, 마찬가지로, 제2 판부재(32b)를 적재하고, 상기 제2 판부재(32b) 상에, 제1 필름(20), 스페이서(24), 제2 필름(22)을 포개서 적재하며, 또한, 제3 판부재(32c)를 적재하고, 상기 제3 판부재(32c) 상에, 제1 필름(20), 스페이서(24), 제2 필름(22)을 포개서 적재하며, 또한, 제4 판부재(32d)를 적재하고, 마지막으로 상판(34)을 적재한다. 이에 따라, 주형(16)이 완성된다.
주형(16) 내에는, 제1 판부재(32a)와 제2 판부재(32b) 사이, 제2 판부재(32b)와 제3 판부재(32c) 사이, 제3 판부재(32c)와 제4 판부재(32d) 사이에, 각각 제1 필름(20), 스페이서(24) 및 제2 필름(22)에 의해 둘러싸인 중공부가 형성된다.
다음으로, 주형(16)을 사용하여 제1 세라믹 성형체(10A) 및 제1 세라믹 부품을 제작하는 방법에 대해서 도 9 및 도 10을 참조하면서 설명한다.
우선, 도 9의 단계 S1에서, 제1 필름(20) 상에 도체 페이스트(14)를 인쇄하여 복수의 전극 패턴(40)을 형성한다.
구체적으로는, 제1 필름(20)은, 표면에 실리콘 이형제가 코트된 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)이다. 도체 페이스트(14)의 가열 경화 시의 수축, 일그러짐을 억제하기 위해서, 미리 제1 필름(20)에 온도 150℃에서 10분 이상의 어닐링 처리를 실시한다.
그 후, 주형(16)에 적층할 때의 위치 결정을 행할 수 있도록, 제1 필름(20) 에 위치 결정 구멍(42)을 형성한다. 이어서, 제1 필름(20)의 상면 중, 위치 결정 구멍(42)을 기준으로 한 소정 영역에 도체 페이스트(14)를 인쇄하여, 복수의 전극 패턴(40)을 형성한다. 이 도체 페이스트(14)는, 예컨대 레졸형 페놀 수지를 함유한 열경화형의 은(Ag) 페이스트이다. 도체 페이스트(14) 내의 Ag 분말은, 유전체와의 동시 소성 시의 소성 수축 온도 특성을 가깝게 하기 위해서, 입도 조정된 분말을 사용하고 있다.
다음으로, 도 9의 단계 S2에서, 제1 필름(20) 상에 형성된 전극 패턴(40)을 가열 경화한다. 즉, 열경화형의 Ag 페이스트를 경화시키기 위해서, 120℃×1시간의 열처리를 실시한다.
그 후, 도 9의 단계 S3에서, 주형(16)을 조립하고, 전극 패턴(40)이 형성된 제1 필름(20)을 제2 필름(22) 및 스페이서(24)와 함께 주형(16) 내에 설치한다. 도 8의 주형(16)에서는, 제1 판부재(32a)와 제2 판부재(32b) 사이, 제2 판부재(32b)와 제3 판부재(32c) 사이, 제3 판부재(32c)와 제4 판부재(32d) 사이에 각각 제1 필름(20)이 설치된다. 물론, 스페이서(24) 및 제2 필름(22)도 제1 필름(20) 상에 적층되어 설치된다.
한편, 도 9의 단계 S4 및 단계 S5에서, 주형(16)에 주입되는 슬러리(18)를 조제한다.
우선, 단계 S4에서, 세라믹 슬러리를 조제한다. 세라믹 슬러리는, 산화티탄, 산화바륨계 분말과 소결 조제로서의 보로실리케이트 유리를 혼합한 세라믹 분말을 갖는다. 즉, 세라믹 슬러리는, 상술한 세라믹 분말 100 중량부와, 지방족 이 염기산 에스테르 27 중량부, 트리아세틴 3 중량부 및 폴리카르복실산 공중합체 3 중량부로 이루어지는 유기 분산매(폴리카르복실산은 유기 분산제로서 작용)의 혼합물로 이루어진다.
그 후, 단계 S5에서, 상술한 세라믹 슬러리에, 겔화제로서 폴리메틸렌 폴리페닐 폴리이소시아네이트의 변성물 1∼10 중량부와 에틸렌글리콜 0.05∼2.7 중량부, 반응 촉매로서 6-디메틸아미노-1-헥산올을 0.03∼0.3 중량부 첨가한 후, 교반하여, 슬러리(18), 즉, 겔캐스트용 슬러리를 조제한다.
다음으로, 단계 S6에서, 주형(16) 내에 슬러리(18)를 주입한다. 구체적으로는, 주형(16)에 있어서의 상판(34)의 U자 형상의 노치(48)로부터 노출되는 제4 판부재(32d)의 주입 구멍(50)[도 8, 도 10 참조]을 통해 슬러리(18)를 주입한다. 이 주입에 의해, 주형(16) 내의 복수의 중공부에 슬러리(18)가 각각 충전된다. 슬러리(18)는, 겔캐스트용 슬러리이기 때문에, 중공부에 충전된 상태에서 그대로 경화된다. 이에 따라, 주형(16) 내에 예컨대 3개의 제1 세라믹 성형체(10A)가 제작되게 된다.
그 후, 단계 S7에서, 주형(16)을 분해하고, 제1 필름(20), 스페이서(24) 및 제2 필름(22)으로부터 제1 세라믹 성형체(10A)를 떼어낸다. 이에 따라, 제1 세라믹 성형체(10A), 즉 도체 성형체(12)를 매설한 제1 세라믹 성형체(10A)[세라믹 테이프(10A)라고도 기재함]가 완성된다(도 10 참조).
다음으로, 도 9의 단계 S8에서, 복수 매의 세라믹 테이프(10A)를 적층하여 제1 적층체(60)를 제작한다(도 10 참조). 이때, 세라믹 테이프(10A)의 반응성 관능 기가 완전히 반응하지 않는 상태(실온에서, 주입 후 1시간∼48시간 경과 후)에서, 5∼100 kgf/㎠의 압력으로 가압 적층한다. 가압력은, 세라믹 테이프(10A)의 강도와 허용되는 적층 어긋남에 따라서 적절하게 선택된다.
적층 시의 가압력이 작은 경우는, 적층 어긋남은 작으나, 적층 시의 접착 불량에 의한 소성체의 디라미네이션이 발생하기 쉬워지는 한편, 적층 시의 가압력이 큰 경우는, 상술한 디라미네이션의 발생을 억제할 수 있으나, 세라믹 테이프(10A)의 적층 압력에 의한 변형 및 파손이 발생하기 쉬워진다. 그러나, 상술한 가압력의 범위이면, 적층 어긋남과 디라미네이션을 억제할 수 있어 바람직하다. 또한, 필요에 따라서, 상기 5∼100 kgf/㎠의 가압에 이어, 50∼400 kgf/㎠의 가압력으로 일체성을 높여도 좋다.
또한, 이때, 인접하는 세라믹 테이프(10A) 내의 미반응의 반응 경화물끼리를 반응시킴으로써, 세라믹 테이프(10A) 사이의 접착력을 얻을 수 있으나, 보다 단시간에 반응 경화시키기 위해서, 60℃∼80℃로 가온하면서 적층하는 것이 바람직하다.
보다 저압으로 충분한 제1 적층체(60)를 얻기 위해서는, 적층 시에 각 테이프 계면에 접착층으로서 상기 반응 경화 슬러리 중, 반응 촉매를 제외한 것을 도포, 인쇄하는 것이 바람직하다. 반응 촉매를 첨가하지 않아도, 세라믹 테이프(10A)에 잔존하는 반응 촉매의 영향으로, 실용적인 시간으로 반응 경화가 진행한다.
또는, 세라믹 테이프(10A)를 충분히 경화한 것이나, 또한 건조한 후에, 세라믹 테이프(10A)와 동일한 무기 분말, 부티랄 수지, 아크릴 수지, 부틸카르비톨아세 테이트 용제 및/또는 지방족 이염기산 에스테르 등의 유기 용제를 혼합한 접착 페이스트를 세라믹 테이프(10A) 상에 도포 또는 인쇄한 후, 적층하는 것도 바람직하다.
이렇게 함으로써, 세라믹 테이프(10A) 상호간의 접착성이 향상되어, 상술한 디라미네이션을 억제할 수 있다. 또, 접착 페이스트를 사용하는 경우는, 반응 경화 테이프 내의 용제가 남아 있어도 좋으며, 60℃∼100℃의 온도에서 미리 용제를 건조시켜도 좋다. 용제를 건조시킨 반응 경화 테이프는 가소성이 현저히 저하되어, 취급에 곤란을 초래하기 때문에, 건조 후의 세라믹 테이프(10A)에 가소성을 부여할 목적으로, 반응 경화 전의 슬러리에 가소제(DOP 또는 DBP)를 1∼10 중량부 첨가하는 것이 더욱 바람직하다.
다음으로, 도 9의 단계 S9에서, 제1 적층체(60)를 건조한 후, 단계 S10에서, 적층체를 복수의 칩(62)으로 분할한다(도 10 참조).
그 후, 단계 S11에서, 각 칩(62)의 표면이나 측면에 단자 전극을 인쇄에 의해 형성한다.
그리고, 단계 S12에서, 각 칩(62)을 소성함으로써, 실시예에 따른 도체 매설 세라믹 소성체가 완성된다.
여기서, 각 구성 부재의 바람직한 형태에 대해서 설명한다.
[도체 페이스트(14): 제1 실시형태]
도체 페이스트(14)로서는, 바인더로서 에폭시, 페놀 등의 미경화물을 함유하는 것이 바람직하지만, 특히, 레졸형 페놀 수지를 함유하는 것이 바람직하다. 또 한, 금속 분말로는, Ag, Pd, Au, Pt, Cu, Ni, Rh와 같은 금속의 단체(單體) 또는 합금, 금속간 화합물을 이용할 수 있으나, 동시 소성되는 세라믹 부재에 요구되는 특성, 즉 소성 시의 산소 분압, 온도, 소성 수축 온도 특성을 고려하여, 적절하게 선택된다. 소성 수축 온도 특성은, 금속 분말 조성뿐만 아니라, 금속 분말의 입자 직경, 비표면적, 응집도에 의해서도 적절하게 제어된다. 도체 페이스트(14) 내의 바인더 분량으로는, 예컨대, Ag 분말의 경우, 금속 분말 중량의 1%∼10%의 범위를 사용하지만, 세라믹 부재의 소성 수축률, 스크린 인쇄 시의 인쇄성을 고려하여, 3%∼6%의 범위가 바람직하다.
도체 페이스트(14)를, 상술한 바와 같이, 인쇄 후, 가열 경화시키지만, 경화조건은, 경화제의 종류에 따라 다르며, 예컨대, 제1 실시형태에서 사용하는 레졸형 페놀 수지의 경우, 120℃에서 10분∼60분 경화시킨다.
도체 페이스트(14)에 의한 전극 패턴(40)을 경화한 후, 경화한 전극 패턴(40)이 형성되어 있는 제1 필름(20)[이 경우, PET 필름]을, 주형(16)에 설치한다. PET 필름을 주형에 설치할 때, PET 필름이 주름지는 것을 억제하기 위해서, 원하는 평행도, 평탄도를 갖는 형판(型板)[제1 판부재(32a)∼제3 판부재(32c)]에, 진공 흡착, 풀 부착, 정전 흡착 등의 수단에 의해 흡착시킨다.
[주형(16)(금형): 제1 실시형태]
형판[제1 판부재(32a)∼제3 판부재(32c)]은, 흡착 수단에 따른 판부재를 사용한다. 예컨대 진공 흡착의 경우는, 금속, 세라믹, 수지 등의 재질에 관계없이, 다공질판이나 흡착용 구멍을 다수 뚫은 판을 사용하고, 풀 부착의 경우는, 풀과의 반응성이 없으며, 후에 용제 등으로 풀을 닦아낼 때에도 변질을 일으키지 않는 재질의 판을 사용하며, 정전 흡착의 경우는, PET와 정전 흡착하기 쉬운 재료로 만든 판을 사용하는 것이 바람직하다.
주형(16)은 내부에 슬러리(18)가 유통하는 경로를 가지며, 주입 경화 후의 슬러리(18)가 원하는 두께의 판 형상이 되도록, 형판 사이에, 전극 패턴(40)이 형성된 제1 필름(20), 제2 필름(22)[전극 패턴이 형성되어 있어도 좋고, 형성되어 있지 않아도 좋음] 및 스페이서(24)가 설치되고, 제1 필름(20) 및 제2 필름(22)이 평행하게 대향하는 형태를 가지며, 또한, 제1 필름(20)과 제2 필름(22) 사이에 적당한 간격이 설정되도록 하는 것이 바람직하다.
제1 필름(20), 제2 필름(22) 및 스페이서(24)로는, PET 필름, 이형제를 코트한 금속판·세라믹판, 또는 테플론(등록 상표) 수지판 등을 이용할 수 있다.
그리고, 이 주형(16)에, 반응 경화하는 수지를 함유하는 슬러리(18)를 유입시켜, 경화시킨다.
[슬러리(18): 제1 실시형태]
슬러리(18)는, 용도에 따라, 알루미나, 안정화 지르코니아, 각종 압전 세라믹 재료, 각종 유전 세라믹 재료와 같은 산화물 세라믹스를 비롯하여, 실리콘 나이트라이드, 알루미늄 나이트라이드와 같은 질화물 세라믹스, 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드와 같은 탄화물 세라믹스 분말이나 바인더로서의 유리 성분을 포함한 세라믹스 분말을 포함하는 무기 성분과, 예컨대 분산제와 겔화제 또는 겔화제 상호의 화학 반응이 일어나는 유기 화합물로 이루어진다.
이 슬러리(18)는, 무기 성분 분말 외에, 유기 분산매, 겔화제를 포함하고, 점성이나 고화 반응의 조정을 위한 분산제, 촉매를 포함해도 좋다. 유기 분산매는 반응성 관능기를 포함하여도 좋고, 포함하지 않아도 좋다. 그러나, 이 유기 분산매는 반응성 관능기를 갖는 것이 특히 바람직하다.
반응성 관능기를 갖는 유기 분산매로서는, 이하를 예시할 수 있다.
즉, 반응성 관능기를 갖는 유기 분산매는, 겔화제와 화학 결합하여, 슬러리(18)를 고화시킬 수 있는 액상 물질이라는 것과, 주입이 용이한 고유동성의 슬러리(18)를 형성할 수 있는 액상 물질이라는 것의 2가지를 만족할 필요가 있다.
겔화제와 화학 결합하여, 슬러리(18)를 고화시키기 위해서는, 반응성 관능기, 즉, 수산기, 카르복실기, 아미노기와 같은 겔화제와 화학 결합을 형성할 수 있는 관능기를 분자 내에 갖고 있는 것이 필요하다. 분산매는 적어도 1개의 반응성 관능기를 갖는 것이면 충분하지만, 보다 충분한 고화 상태를 얻기 위해서는, 2 이상의 반응성 관능기를 갖는 유기 분산매를 사용하는 것이 바람직하다. 2 이상의 반응성 관능기를 갖는 액상 물질로서는, 예컨대 다가 알코올, 다염기산이 고려된다. 또, 분자 내의 반응성 관능기는 반드시 동종의 관능기일 필요는 없으며, 다른 관능기여도 좋다. 또한, 반응성 관능기는 폴리글리세린과 같이 다수 있어도 좋다.
한편, 주입이 용이한 고유동성의 슬러리(18)를 형성하기 위해서는, 가능한 한 점성이 낮은 액상 물질을 사용하는 것이 바람직하고, 특히, 20℃에서의 점도가 20 cps 이하인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 이미 서술한 다가 알코올이나 다염기산은 수소 결합의 형성에 의해 점성이 높은 경우가 있기 때문에, 가령 슬러 리(18)를 고화하는 것이 가능해도 반응성 분산매로서 바람직하지 않은 경우가 있다. 따라서, 다염기산 에스테르, 다가 알코올의 산 에스테르 등의 2 이상의 에스테르기를 갖는 에스테르류를 상기 유기 분산매로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 다가 알코올이나 다염기산도, 슬러리(18)의 점도를 크게 증가시키지 않는 정도의 양이면, 강도 보강을 위해서 사용하는 것은 유효하다. 에스테르류는 비교적 안정하기는 하지만, 반응성이 높은 겔화제와 사용하면 충분히 반응할 수 있으며, 점성도 낮으므로, 상기 2 조건을 만족하기 때문이다. 특히, 전체의 탄소수가 20 이하인 에스테르는 저점성이기 때문에, 반응성 분산매로서 적합하게 이용할 수 있다.
슬러리(18)에 함유되어 있어도 좋은 반응성 관능기를 갖는 유기 분산매로서는, 구체적으로는, 에스테르계 비이온, 알코올에틸렌옥사이드, 아민 축합물, 비이온계 특수 아미드 화합물, 변성 폴리에스테르계 화합물, 카르복실기 함유 폴리머, 말레인계 폴리 음이온, 폴리카르복실산 에스테르, 다쇄형 고분자 비이온계, 인산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 알킬벤젠술폰산 Na, 말레인산계 화합물을 예시할 수 있다. 또한, 비반응성 분산매로서는, 탄화수소, 에테르, 톨루엔 등을 예시할 수 있다.
[겔화제: 제1 실시형태]
슬러리(18) 내에 함유되는 겔화제는, 분산매에 포함되는 반응성 관능기와 반응하여 고화 반응을 일으키는 것이며, 이하를 예시할 수 있다.
즉, 겔화제는 20℃에서의 점도가 3000 cps 이하인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 2 이상의 에스테르기를 갖는 유기 분산매와, 이소시아네이트기, 및/또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제를 화학 결합시킴으로써 슬러리(18)를 고화하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 이 반응성의 겔화제는, 분산매와 화학 결합하여, 슬러리(18)를 고화시킬 수 있는 물질이다. 따라서, 겔화제는, 분자 내에, 분산매와 화학 반응할 수 있는 반응성 관능기를 갖는 것이면 되고, 예컨대, 모노머, 올리고머, 가교제의 첨가에 의해 3차원적으로 가교되는 프리폴리머(예컨대, 폴리비닐알코올, 에폭시 수지, 페놀 수지 등) 등과 같이, 임의의 것이어도 좋다.
단, 반응성 겔화제로는, 슬러리(18)의 유동성을 확보하는 관점에서, 점성이 낮은 것, 구체적으로는 20℃에서의 점도가 3000 cps 이하인 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 평균 분자량이 큰 프리폴리머 및 폴리머는, 점성이 높기 때문에, 본 실시예에서는, 이들보다 분자량이 작은 것, 구체적으로는 (GPC법에 의한) 평균 분자량이 2000 이하인 모노머 또는 올리고머를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 여기서의 「점도」란, 겔화제 자체의 점도(겔화제가 100%일 때의 점도)를 의미하며, 시판의 겔화제 희석 용액(예컨대, 겔화제의 수용액 등)의 점도를 의미하는 것은 아니다.
겔화제의 반응성 관능기로는, 반응성 분산매와의 반응성을 고려하여 적절하게 선택하는 것이 바람직하다. 예컨대 반응성 분산매로서 비교적 반응성이 낮은 에스테르류를 이용하는 경우는, 반응성이 높은 이소시아네이트기(-N=C=O), 및/또는 이소티오시아네이트기(-N=C=S)를 갖는 겔화제를 선택하는 것이 바람직하다.
이소시아네이트류는, 디올류나 디아민류와 반응시키는 것이 일반적이지만, 디올류는 이미 서술한 바와 같이 고점성의 것이 많고, 디아민류는 반응성이 너무 높아 주입 전에 슬러리(18)가 고화해 버리는 경우가 있다.
이러한 관점에서도, 에스테르로 이루어지는 반응성 분산매와, 이소시아네이트기 및/또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제와의 반응에 의해 슬러리(18)를 고화하는 것이 바람직하고, 보다 충분한 고화 상태를 얻기 위해서는, 2 이상의 에스테르기를 갖는 반응성 분산매와, 이소시아네이트기, 및/또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제와의 반응에 의해 슬러리(18)를 고화하는 것이 바람직하다. 또한, 디올류, 디아민류도, 슬러리(18)의 점도를 크게 증가시키지 않는 정도의 양이면, 강도 보강을 위해서 사용하는 것은 유효하다.
이소시아네이트기 및/또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제로서는, 예컨대, MDI(4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트)계 이소시아네이트(수지), HDI(헥사메틸렌디이소시아네이트)계 이소시아네이트(수지), TDI(톨릴렌디이소시아네이트)계 이소시아네이트(수지), IPDI(이소포론디이소시아네이트)계 이소시아네이트(수지), 이소티오시아네이트(수지) 등을 들 수 있다.
또한, 반응성 분산매와의 상용성(相溶性) 등의 화학적 특성을 고려하여, 상술한 기본 화학 구조 중에 다른 관능기를 도입하는 것이 바람직하다. 예컨대, 에스테르로 이루어지는 반응성 분산매와 반응시키는 경우에는, 에스테르와의 상용성을 높여, 혼합 시의 균질성을 향상시키는 관점에서, 친수성의 관능기를 도입하는 것이 바람직하다.
또, 겔화제 분자 내에, 이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기 이외의 반응성 관능기를 함유시켜도 좋으며, 이소시아네이트기와 이소티오시아네이트기가 혼재해도 좋다. 또한, 폴리이소시아네이트와 같이, 반응성 관능기가 다수 존재해도 좋다.
제1 세라믹 성형체(10A)의 재료 및 접합면에 도포되는 슬러리(18)에는, 상술한 성분 이외에, 소포제, 계면 활성제, 소결 조제, 촉매, 가소제, 특성 향상제 등의 각종 첨가제를 첨가해도 좋다.
상술한 슬러리(18)는 이하와 같이 제작할 수 있다.
(1) 분산매에 무기물 분체를 분산시켜 슬러리(18)로 한 후, 겔화제를 첨가한다.
(2) 분산매에 무기물 분체 및 겔화제를 동시에 첨가하여 분산시킴으로써 슬러리(18)를 제조한다.
주입 시 및 도포 시의 작업성을 고려하면, 20℃에서의 슬러리(18)의 점도는 30000 cps 이하인 것이 바람직하고, 20000 cps 이하인 것이 보다 바람직하다. 슬러리(18)의 점도는, 이미 서술한 반응성 분산매나 겔화제의 점도 외에, 분체의 종류, 분산제의 양, 슬러리(18)의 농도[슬러리(18) 전체의 체적에 대한 분체의 체적%]에 의해서도 조정할 수 있다.
단, 슬러리(18)의 농도는, 통상은, 25∼75 체적%인 것이 바람직하고, 건조 수축에 의한 크랙을 적게 하는 것을 고려하면, 35∼75 체적%인 것이 더욱 바람직하다. 유기 성분으로서 분산매, 분산제, 반응 경화물, 반응 촉매를 갖는다. 이 중, 예컨대 분산매와 겔화제 또는 겔화제 상호간의 화학 반응에 의해 고화한다.
[제2 실시형태]
다음으로, 제2 실시형태에 따른 세라믹 성형체[이하, 제2 세라믹 성형체(10B)라고 기재함]에 대해서 도 11 내지 도 15를 참조하면서 설명한다.
이 제2 세라믹 성형체(10B)는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 열경화성 수지 전구체와 세라믹 분말과 용제가 혼합된 슬러리(18)를, 도체 성형체(12)를 피복하도록 도포한 후에 경화함으로써 얻어진다. 또, 제2 세라믹 성형체(10B)의 두께가 0.05 ㎜ 이하와 같이 얇은 경우에는, 형(型)에 주입하는 방법으로는 곤란이 따르기 때문에, 기체 상에 도포하는 방법이 바람직하다.
여기서, 구체적으로, 제2 세라믹 성형체(10B) 및 제2 세라믹 부품의 제조 방법에 대해서 도 12a∼도 14c를 참조하면서 설명한다.
우선, 도 12a에 도시하는 바와 같이, 필름 등의 기체(64)의 상면에 박리제(도시하지 않음)를 도포하고, 그 후, 기체(64)의 상면에 도체 페이스트(14)를 예컨대 인쇄법에 의해 패턴 형성하며, 또한, 이 패턴 형성된 도체 페이스트(14)를 가열 경화하여, 기체(64) 상에 도체 성형체(12)를 형성한다.
그 후, 도 12b에 도시하는 바와 같이, 열경화성 수지 전구체와 세라믹 분말과 용제가 혼합된 슬러리(18)를, 도체 성형체(12)를 피복하도록 기체(64) 상에 도포한다. 도포 방법으로서는, 디스펜서법이나, 도 13a 및 도 13b에 도시하는 방법이나 스핀코트법 등이 있다. 도 13a 및 도 13b에 도시하는 방법은, 한 쌍의 가이드판(66a 및 66b) 사이에 기체(64)[도체 성형체(12)가 형성된 기체(64)]를 설치하고, 그 후, 슬러리(18)를, 도체 성형체(12)를 피복하도록 기체(64) 상에 도포한 후, 블레이드 형상의 지그(jig; 68)를 한 쌍의 가이드판(66a 및 66b)의 상면을 미끄러뜨려(문질러서), 여분의 슬러리(18)를 제거하는 방법이다. 한 쌍의 가이드판(66a 및 66b)의 높이를 조정함으로써, 슬러리(18)의 두께를 용이하게 조정할 수 있다.
그 후, 도 14a에 도시하는 바와 같이, 기체(64) 상에 도포된 슬러리(18)를 경화(실온 경화나 건조 경화 등)시킨다.
그 후, 도 14b에 도시하는 바와 같이, 기체(64)를 박리, 제거함으로써 제2 세라믹 성형체(10B)가 완성된다.
또한, 도 14c에 도시하는 바와 같이, 제2 세라믹 성형체(10B)를 소성함으로써, 도체 성형체(12)가 매립된 세라믹 소성체(70)를 갖는 제2 세라믹 부품(72)이 완성된다.
여기서, 각 구성 부재의 바람직한 형태에 대해서 설명한다.
[도체 페이스트(14): 제2 실시형태]
제1 실시형태와 동일하기 때문에, 중복되는 기재를 생략하지만, 제2 실시형태에 있어서의 도체 페이스트(14)는, 수지와 은(Ag), 금(Au), 동(Cu)계의 금속 중 적어도 1종류의 분말을 포함한다. 도체 페이스트(14)에 사용되는 수지는, 열경화성 수지 전구체인 것이 바람직하다. 이 경우, 열경화성 수지 전구체는, 자기 반응성의 레졸형 페놀 수지인 것이 바람직하다.
도체 페이스트(14)는, 상술한 바와 같이, 인쇄 후, 가열 경화되지만, 경화 조건은, 경화제의 종류에 따라 다르며, 예컨대, 제2 실시형태에서 사용하는 레졸형 페놀 수지의 경우, 온도 80℃∼150℃, 시간 10분∼60분으로 경화시킬 수 있다.
[슬러리(18): 제2 실시형태]
제1 실시형태와 동일하기 때문에, 중복되는 기재를 생략하지만, 제2 실시형태에 있어서의 슬러리(18)에 포함되는 세라믹 분말은, 용도에 따라서, 알루미나, 안정화 지르코니아, 각종 압전 세라믹 재료, 각종 유전 세라믹 재료와 같은 산화물 세라믹스를 비롯하여, 실리콘 나이트라이드, 알루미늄 나이트라이드와 같은 질화물 세라믹스, 실리콘 카바이드, 텅스텐 카바이드와 같은 탄화물 세라믹스 분말이나 바인더로서의 유리 성분을 포함한다.
슬러리(18)에 포함되는 열경화성 수지 전구체는, 이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제와, 수산기를 갖는 고분자를 포함한다.
상술한 도포 방법 중, 디스펜서법이나 도 13a 및 도 13b에 도시하는 방법으로 슬러리(18)를 기체(64) 상에 도포하는 경우, 슬러리(18)의 점도는 비교적 높은 것이 바람직하다. 슬러리(18)의 점도는 제1 실시형태와 동일해도 좋으나, 슬러리(18)가 저점도이면, 도포한 후의 보형성(保形性)이 낮고, 유동에 의한 두께 변동이 발생하기 쉽다. 이 때문에, 슬러리(18)의 점도는 200 cps∼2000 cps가 바람직하다.
이에 따라, 수산기를 갖는 고분자로서 분자량이 큰 수지를 이용함으로써, 슬러리(18)의 점도를 높게 할 수 있다. 일례로서 부티랄 수지는 분자량이 크기 때문에, 슬러리(18)의 점도를 높이는 데에 적합하다. 물론, 고분자의 분자량으로 슬러리(18)의 점도 제어가 가능해지기 때문에, 도포 방법에 따라서, 고분자로서 사용하 는 수지를 적절하게 선택하면 된다.
상술한 부티랄 수지는, 일반적으로, 폴리비닐아세탈 수지이지만, 그 중에는 원료의 폴리비닐알코올 수지에 유래하는 OH기가 남기 때문에, 이 OH기가 겔화제의 이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기와 반응하는 것이라 생각된다.
특히, 이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기와의 반응에 필요한 양을 초과하여 부티랄 수지를 첨가하면, 반응 후에 남은 부티랄 수지는 열가소성 수지로서 작용하기 때문에, 열경화성 수지의 결점, 즉 경화 후의 접착성이 나빠진다고 하는 특성을 개선할 수 있다. 그 결과, 예컨대 도 15에 도시하는 바와 같이, 제2 세라믹 성형체(10B)를 복수 적층하여 제2 적층체(74)를 구성하는 경우에, 각 제2 세라믹 성형체(10B)의 접착성이 양호해지기 때문에, 제조 과정에서 제2 세라믹 성형체(10B)가 박리되는 문제점을 회피할 수 있으며, 복수의 제2 세라믹 성형체(10B)의 제2 적층체(74)에 의한 세라믹 부품(72)의 수율을 향상시킬 수 있다.
수산기를 갖는 고분자로서는, 그 외에, 에틸셀룰로오스계 수지, 폴리에틸렌글리콜계 수지, 폴리에테르계 수지, 폴리프로필렌글리콜계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지를 바람직하게 이용할 수 있다.
상술한 제2 세라믹 성형체(10B)[및 제2 적층체(74)] 및 제2 세라믹 부품(72)에 있어서도, 도체 페이스트(14)에 의한 도체 성형체(12)[전극 패턴 등]의 박리나 붕괴가 없고, 아울러, 도체 성형체(12)[전극 패턴 등]의 두께를 두껍게 할 수 있으며, 저항값의 저감화, 고주파 특성의 향상을 용이하게 도모할 수 있다.
여기서, 열가소성 수지를 이용한 종래의 세라믹 부품 전구체의 문제점과, 제 1 세라믹 성형체(10A) 및 제2 세라믹 성형체(10B)[이하, 통합하여 본 실시형태라고도 기재함]에 의한 문제 해결에 대해서 설명한다.
종래에 있어서는, 열가소성 수지를 포함하는 슬러리의 건조 수축 시에 도체 성형체와의 계면에서 간극이나 크랙이 발생하거나, 그린시트가 요철 형상으로 된다.
한편, 본 실시형태에서는, 슬러리(18)에 열경화성 수지 전구체를 포함시키고, 건조 시에 열경화성 수지 전구체를 경화시켜서 삼차원 메쉬 구조를 생성시켜, 수축을 작게 함으로써 상기 문제가 해결된다.
이 경우, 슬러리(18)에 사용하는 용제로서, 열경화성 수지 전구체가 경화하는 온도에서의 증기압이 작은 것을 선정하여, 열경화 시의 용제 건조에 의한 수축을 작게 하는 것이 바람직하다. 실온에서 경화하는 수지를 이용한 경우는, 특히 작업이나 장치가 간단해진다.
폴리우레탄 수지는, 경화 후의 탄성을 제어하기 쉬우며, 유연한 성형체도 가능해지는 등의 이점을 갖는다. 후속 공정에서의 취급을 고려하면, 너무 딱딱한 성형체는 적합하지 않은 경우가 있고, 열경화성 수지는 삼차원 메쉬 구조를 취하기 때문에 일반적으로 딱딱하지만, 폴리우레탄 수지는 유연성이 있는 성형체도 가능하며, 유연성이 요구되는 경우가 많기 때문에 특히 테이프 형상의 성형체가 바람직하다. 또한, 슬러리의 성상(性狀)을 제어하기 위해서, 열가소성 수지를 포함시켜도 좋다. 여기서, 폴리우레탄 수지의 정의는, 이소시아네이트기, 이소티오시아네이트기가 반응하여 가교한 수지로 한다. 우레탄기, 우레아기, 알로파네이트기, 뷰렛기 등과 같이, 단독의 수지 및 혼성한 수지도 포함한다.
종래에 있어서는, 열가소성 수지를 포함하는 도체 페이스트가, 슬러리를 도포할 때에, 슬러리의 용제에 용해되어, 패턴 형상이 붕괴된다.
한편, 본 실시형태에서는, 도체 페이스트(14)에 열경화성 수지 전구체를 포함시키고 있기 때문에, 내용제성이 향상되어, 패턴 형상의 붕괴는 발생하지 않는다.
열경화성 수지 전구체는, 경화 후에는 삼차원의 메쉬 구조가 되고, 원래로 되돌아가지 않기 때문에, 경화 후에는, 용제로의 재용해성이 없어지며, 일반적으로 열가소성 수지보다도 내용제성이 높다.
열경화성 수지 전구체 중에서는, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지가 경화 전 프리폴리머의 분자량의 제어가 가능하고, 페이스트 성상의 컨트롤이 가능하기 때문에 적합하다. 또, 페이스트의 성상을 제어하기 위해서, 열가소성 수지를 열경화성 수지와 함께 포함하여도 좋다.
특히, 에폭시 수지, 페놀 수지는 경화제가 필요 없고, 가열하는 것만으로 경화되는 타입이 있으며, 도체 페이스트(14)의 효율적인 사용에 적합하다. 다시 말하면, 경화제의 첨가가 필요한 다른 열경화성 수지 전구체는, 도체 페이스트(14)를 인쇄하기 전에, 경화제를 혼합할 필요가 있으나, 혼합하면 보존이 불가능하다. 따라서, 인쇄 후에 남은 도체 페이스트(14)를 회수하여 보존할 필요가 있는 인쇄법에 의해 도체 페이스트(14)를 인쇄하는 경우는, 경화제를 혼합할 필요가 없는 열경화형 에폭시 수지, 열경화형 페놀 수지가 적합하다.
종래에 있어서, 열가소성 수지를 바인더로 하는 세라믹 성형체는, 해당 세라믹 성형체의 밀도 변동이 발생하기 쉬우며, 그 때문에, 소성 후의 세라믹 소성체의 치수 변동이 크고, 매설된 도체 성형체의 소성 치수의 변동도 커진다. 전자 부품에는, 도체의 치수가 부품의 특성, 성능을 결정하는 것이 많다. 예컨대 도체 내장의 스트립라인 필터는, 그 공진 전극의 치수에 의해 필터의 중심 주파수가 결정된다.
한편, 본 실시형태에서는, 열경화성 수지 전구체를 바인더에 사용하여 도체 성형체(12)를 매설한 제1 세라믹 성형체(10A) 및 제2 세라믹 성형체(10B)를 얻음으로써, 소성 변동을 작게 할 수 있다.
예컨대 제2 세라믹 성형체(10B)의 소성 후의 치수는, 제2 세라믹 성형체(10B) 중, 도체 성형체(12)를 제외한 부분의 생밀도(green density)에 의해 주로 결정된다. 이것은 제2 세라믹 부품(72)의 세라믹 소성체(70)의 구조는 공극이 매우 적은 데 비해서, 제2 세라믹 성형체(10B)의 상기 부분은 공극이 많기 때문에, 그 공극량의 다소가, 소성 중의 수축량을 결정하기 때문이다.
열가소성 수지를 바인더로서 포함하는 슬러리(18)는, 용매를 건조하여 제1 세라믹 성형체(10A) 및 제2 세라믹 성형체(10B)를 얻지만, 건조할 때의 도공비(塗工比)[슬러리 체적과 성형 후의 성형체 체적의 비]가 크고, 이 큰 도공비가 성형체 밀도의 변동의 원인이 된다.
그러나, 본 실시형태와 같이, 열경화성 수지 전구체를 바인더로서 사용한 경우는, 용제를 포함한 상태로도 경화되기 때문에, 도공비를 작게 할 수 있으며, 생밀도의 변동을 작게 할 수 있다. 그 결과, 소성 후의 치수 변동이 작아져서, 매설 한 도체 성형체(12)의 치수 변동도 작게 할 수 있다.
[제3 실시형태]
상술한 제1 세라믹 성형체(10A)나 제2 세라믹 성형체(10B)와 거의 동일한 구성을 갖지만, 슬러리(18)의 성분이 일부 다르다.
즉, 분산매로서, 2 이상의 에스테르기를 갖는 다염기산 에스테르류를 이용한다. 또한, 열경화성 수지 전구체로서, 이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제와, 수산기를 갖는 고분자 또는 수산기를 갖는 분자를 이용한다. 또한, 소량의 물을 첨가해도 좋다.
이소시아네이트기는 물과 반응하여, 카르바민산을 거쳐 아민과 이산화탄소로 되며, 아민은 다른 이소시아네이트기와 더 반응하여 우레아기가 되고, 또한, 다른 이소시아네이트기와 우레아기가 반응하여 뷰렛으로서 가교한다. 물을 첨가하는 경우는, 이산화탄소(가스)가 발생하기 때문에, 그대로 슬러리(18)를 경화시키면 가스가 기공으로서 남기 때문에, 슬러리(18)를 혼합한 후에, 진공 탈포 등에 의해 반응 가스를 슬러리(18)로부터 제거하는 것이 바람직하다.
[제4 실시형태]
상술한 제1 세라믹 성형체(10A)나 제2 세라믹 성형체(10B)와 거의 동일한 구성을 갖지만, 슬러리(18)의 성분이 일부 다르다.
즉, 분산매로서, 겔화제와 반응성이 낮은 분산매 또는, 겔화제와 반응하지 않는 분산매를 이용한다. 열경화성 수지 전구체로서, 이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제와, 수산기를 갖는 고분자 또는 수산기를 갖는 분 자를 이용한다. 또한, 소량의 물을 첨가해도 좋다.
[제5 실시형태]
상술한 제1 세라믹 성형체(10A)나 제2 세라믹 성형체(10B)와 거의 동일한 구성을 갖지만, 슬러리(18)의 성분이 일부 다르다.
즉, 분산매로서, 겔화제와 반응성이 낮은 분산매 또는, 겔화제와 반응하지 않는 분산매를 이용한다. 열경화성 수지 전구체로서, 이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제와 물을 이용한다.
[그 외]
상술한 제2, 제3, 제4, 제5 실시형태에 있어서, 이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기와 반응하는 수산기의 당량비를, 이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기가 과잉이 되는 조합 조성으로 해도 좋다.
또, 세라믹 성형체, 세라믹 부품, 세라믹 성형체의 제조 방법 및 세라믹 부품의 제조 방법은, 상술한 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 여러 가지 구성을 채용할 수 있는 것은 물론이다.
도 1은 제1 세라믹 성형체를 도시하는 단면도이다.
도 2a는 도체 페이스트에 의한 패턴을 도시하는 단면도이다.
도 2b는 주형 내에 패턴을 설치한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 2c는 주형 내에 슬러리를 주입하여 경화한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 3a는 필름 상에 도체 페이스트에 의한 패턴을 형성한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 3b는 주형 내에 필름을 설치한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 3c는 주형 내에 슬러리를 주입하여 경화한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 4a는 주형으로부터 제1 세라믹 성형체를 필름과 함께 이형(離型)한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 4b는 필름으로부터 제1 세라믹 성형체를 이형한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 5는 제1 세라믹 성형체를 적층하여 제1 적층체를 구성한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 6a는 필름 상에 도체 페이스트에 의한 패턴을 형성한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 6b는 주형 내에 필름을 다른 필름 및 스페이서와 함께 설치한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 6c는 주형 내에 슬러리를 주입하여 경화한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 7a는 주형으로부터 세라믹 성형체를 필름, 다른 필름 및 스페이서와 함께 이형한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 7b는 필름, 다른 필름 및 스페이서로부터 세라믹 성형체를 이형한 상태를 도시하는 단면도이다.
도 8은 제1 세라믹 성형체를 제작하는 경우에 사용되는 주형을 도시하는 분해 사시도이다.
도 9는 제1 세라믹 성형체 및 제1 세라믹 부품을 제작하는 순서를 도시하는 공정 블록도이다.
도 10은 도 9의 단계 S6∼단계 S10까지의 순서를 도시하는 설명도이다.
도 11은 제2 세라믹 성형체를 도시하는 단면도이다.
도 12a는 기체 상에 도체 페이스트를 패턴 형성하고, 경화하여 도체 성형체를 형성한 상태를 도시하는 공정도이다.
도 12b는 도체 성형체를 피복하도록 기체 상에 슬러리를 도포한 상태를 도시하는 공정도이다.
도 13a는 기체 상에 슬러리를 도포하는 방법의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 13b는 그 측면도이다.
도 14a는 기체 상에 도포한 슬러리를 경화한 상태를 도시하는 공정도이다.
도 14b는 기체를 박리하여 제2 세라믹 성형체로 한 상태를 도시하는 공정도이다.
도 14c는 제2 세라믹 성형체를 소성하여 제2 세라믹 부품으로 한 상태를 도 시하는 공정도이다.
도 15는 제2 세라믹 성형체를 적층하여 제2 적층체를 구성한 상태를 도시하는 단면도이다.

Claims (19)

  1. 도체 성형체(12)를 포함하며,
    이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제와 수산기를 갖는 고분자로 이루어지는 열경화성 수지 전구체와, 세라믹 분말과, 용제가 혼합된 겔캐스트용 슬러리(18)를, 상기 도체 성형체(12)를 피복하도록 공급한 후에 경화하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬러리(18)를, 기체(64) 상에 성형된 상기 도체 성형체(12)를 피복하도록 도포한 후에 경화하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서, 상기 수산기를 갖는 고분자는, 부티랄 수지, 에틸셀룰로오스계 고분자, 폴리에틸렌글리콜계 고분자 또는 폴리에테르계 고분자인 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 도체 성형체(12)는, 열경화성 수지 전구체와 은(Ag), 금(Au), 동(Cu)계의 금속 중 1종 이상의 분말을 포함하는 도체 페이스트(14)를 패턴 형성한 후, 경화하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체.
  6. 제1항에 기재된 세라믹 성형체를 소성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 부품.
  7. 도체 성형체(12)를 형성하는 도체 형성 공정과,
    이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제와 수산기를 갖는 고분자로 이루어지는 열경화성 수지 전구체와, 세라믹 분말과, 용제가 혼합된 겔캐스트용 슬러리(18)를, 도체 성형체(12)를 피복하도록 공급하는 슬러리 공급 공정과,
    상기 슬러리(18)를 경화하는 슬러리 경화 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 도체 형성 공정은, 기체(64) 상에 상기 도체 성형체(12)를 형성하고,
    상기 슬러리 공급 공정은, 상기 슬러리(18)를, 상기 도체 성형체(12)를 피복하도록 상기 기체(64) 상에 도포하는 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서, 상기 수산기를 갖는 고분자는, 부티랄 수지, 에틸셀룰로오스계 고분자, 폴리에틸렌글리콜계 고분자 또는 폴리에테르계 고분자인 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 고분자는, 상기 겔화제와의 반응에 필요한 양보다도 많이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 도체 형성 공정은, 필름(20) 상에 도체 성형체(12)를 형성하고,
    상기 슬러리 공급 공정은, 상기 도체 성형체(12)가 형성된 상기 필름(20)을 주형(16) 내에 설치하며, 상기 슬러리(18)를 상기 주형(16) 내에 주입하는 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 슬러리 공급 공정은, 상기 필름(20)을 상기 주형(16) 내에 설치할 때에,
    상기 필름(20)과 다른 필름(22)을, 상기 도체 성형체(12)가 형성된 면과 상기 다른 필름(22)이 대향하고, 상기 필름(20)과 상기 다른 필름(22)의 사이에 스페이서(24)가 끼워지는 상태로 설치하며,
    상기 스페이서(24)에 의해 형성되는 공간(26) 내에 상기 슬러리(18)를 유입시키는 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 필름(20)의 표면에 도포된 박리제의 박리력과, 상기다른 필름(22)의 표면에 도포된 박리제의 박리력이 다른 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체의 제조 방법.
  15. 제7항에 있어서, 상기 도체 형성 공정은, 열경화성 수지 전구체와 은(Ag), 금(Au), 동(Cu)계의 금속 중 1종 이상의 분말을 포함하는 도체 페이스트(14)를 패턴 형성한 후, 경화함으로써 상기 도체 성형체(12)를 얻는 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 도체 페이스트(14)에 포함되는 상기 열경화성 수지 전구체가 페놀 수지인 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 도체 페이스트(14)에 포함되는 상기 열경화성 수지 전구체가 자기 반응성의 레졸 수지인 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체의 제조 방법.
  18. 제7항에 있어서, 상기 슬러리(18)에 사용되는 상기 열경화성 수지 전구체가 폴리우레탄 수지 전구체인 것을 특징으로 하는 세라믹 성형체의 제조 방법.
  19. 세라믹 성형체를 제작하는 공정과,
    제작된 상기 세라믹 성형체를 소성하는 공정을 포함하는 세라믹 부품의 제조 방법으로서,
    상기 세라믹 성형체를 제작하는 공정은,
    도체 성형체(12)를 형성하는 도체 형성 공정과,
    이소시아네이트기 또는 이소티오시아네이트기를 갖는 겔화제와 수산기를 갖는 고분자로 이루어지는 열경화성 수지 전구체와, 세라믹 분말과, 용제가 혼합된 겔캐스트용 슬러리(18)를, 도체 성형체(12)를 피복하도록 공급하는 슬러리 공급 공정과,
    상기 슬러리(18)를 경화하는 슬러리 경화 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 부품의 제조 방법.
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