(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-08
(45)【発行日】2022-11-17
(54)【発明の名称】セラミックパッケージ及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
C04B 37/00 20060101AFI20221109BHJP
H01L 23/08 20060101ALI20221109BHJP
H01H 35/02 20060101ALI20221109BHJP
【FI】
C04B37/00 Z
H01L23/08 C
H01H35/02 C
(21)【出願番号】P 2021535403
(86)(22)【出願日】2020-07-29
(86)【国際出願番号】 JP2020029148
(87)【国際公開番号】W WO2021020473
(87)【国際公開日】2021-02-04
【審査請求日】2022-01-21
(31)【優先権主張番号】P 2019140638
(32)【優先日】2019-07-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000006633
【氏名又は名称】京セラ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090033
【氏名又は名称】荒船 博司
(74)【代理人】
【識別番号】100093045
【氏名又は名称】荒船 良男
(72)【発明者】
【氏名】中本 真二
(72)【発明者】
【氏名】田中 強
【審査官】田中 永一
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2016/051454(WO,A1)
【文献】国際公開第2012/046597(WO,A1)
【文献】特開2007-173427(JP,A)
【文献】特開2007-234640(JP,A)
【文献】特開2006-335611(JP,A)
【文献】特開2011-001258(JP,A)
【文献】特開2008-185095(JP,A)
【文献】特開2015-087220(JP,A)
【文献】特開2015-176855(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C04B 37/00 - 37/04
H01L 23/02
H01L 23/08
H01H 35/02
H01H 35/14
G01H 1/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のセラミック部品と、接合材と、
可動体と、を備えており、
前記複数のセラミック部品は、内部が密閉された容器を構成するように前記接合材を介して互いに接合されており、
前記可動体は、前記容器の前記内部に位置し、
前記可動体の焼成温度は、前記接合材の焼成温度より高く、
前記接合材は、セラミック材であるセラミックパッケージ。
【請求項2】
前記接合材の焼成温度は、前記複数のセラミック部品の焼成温度より低い請求項1に記載のセラミックパッケージ。
【請求項3】
前記接合材の強度は、前記複数のセラミック部品の強度より高い請求項1又は請求項2に記載のセラミックパッケージ。
【請求項4】
前記容器の前記内部に位置する可動体を更に備えており、
前記可動体の表面に粒状体を有している請求項1から請求項
3のうちいずれか一に記載のセラミックパッケージ。
【請求項5】
前記複数のセラミック部品は、開口部を有する枠体と、前記枠体の前記開口部を塞ぐ蓋体とを有し、
前記接合材は、前記枠体の前記開口部と前記蓋体とに挟まれてこの両者に接合するとともに、前記枠体の前記開口部に沿った環状の形状であり、
前記蓋体が、前記容器の内面を構成している請求項1から請求項
4のうちいずれか一に記載のセラミックパッケージ。
【請求項6】
前記枠体と前記蓋体とは、同一のセラミック材料からなる請求項
5に記載のセラミックパッケージ。
【請求項7】
前記複数のセラミック部品は、開口部を有する枠体と、前記枠体の前記開口部を塞ぐ蓋体とを有し、
前記接合材は、前記枠体の前記開口部と前記蓋体とに挟まれてこの両者に接合するとともに、前記枠体の前記開口部の開口を覆う形状であり、当該開口に対向する前記蓋体の面にも接合しており、
前記接合材が、前記容器の内面を構成している請求項1から請求項
4のうちいずれか一に記載のセラミックパッケージ。
【請求項8】
前記複数のセラミック部品は、1つの中空球体を分けた2つの半球体であり、
前記接合材は、前記2つの半球体の開口部同士に挟まれてこの両者に接合するとともに、前記開口部に沿った円環状の形状である請求項1から請求項
4のうちいずれか一に記載のセラミックパッケージ。
【請求項9】
前記接合材の外周端は、当該接合材が接合している2つのセラミック部品の外面に対して、引っ込んでいる請求項1から請求項
8のうちいずれか一に記載のセラミックパッケージ。
【請求項10】
前記接合材の外周端は、当該接合材が接合している2つのセラミック部品の外面に対して、突出している請求項1から請求項
8のうちいずれか一に記載のセラミックパッケージ。
【請求項11】
セラミック材からなる接合材と、複数のセラミック部品と、を準備する工程と、
前記複数のセラミック部品を第1の温度で焼成する第1焼成工程と、
前記第1焼成工程により焼成された前記複数のセラミック部品を、前記接合材を介して所望の配置に組み立てて、組立体を得る組み立て工程と、
前記第1の温度より低い第2の温度で前記組立体を焼成することにより前記接合材を介して前記複数のセラミック部品同士を接合して、内部が密閉された容器を得る第2焼成工程と、
を備え
、
前記組み立て工程において、前記組立体の内部に、前記第2の温度より融点が高い可動体を封入して、前記複数のセラミック部品を、前記接合材を介して組み立てるとともに、
前記可動体が封入された前記組立体に対して前記第2焼成工程を実行するセラミックパッケージの製造方法。
【請求項12】
前記組み立て工程において、前記可動体として、表面に金属又はカーボンの粒状体が付着した可動体を適用する請求項
11に記載のセラミックパッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、セラミックパッケージ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、特開2000-148156号公報に記載されるように、容器に球体等の封入物を可動状態に閉じ込めた密閉構造が振動吸収等の用途に利用されている。
【発明の概要】
【0003】
本開示の1つの態様のセラミックパッケージは、複数のセラミック部品と、接合材と、可動体と、を備えている。複数のセラミック部品は、内部が密閉された容器を構成するように接合材を介して互いに接合されている。可動体は、容器の内部に位置している。可動体の焼成温度は、接合材の焼成温度よりも高い。また、接合材はセラミック材である。
【0004】
本開示の1つの態様のセラミックパッケージの製造方法は、セラミック材からなる接合材と、複数のセラミック部品と、を準備する工程と、前記複数のセラミック部品を第1の温度で焼成する第1焼成工程と、前記第1焼成工程により焼成された前記複数のセラミック部品を、前記接合材を介して所望の配置に組み立てて、組立体を得る組み立て工程と、前記第1の温度より低い第2の温度で前記組立体を焼成することにより前記接合材を介して前記複数のセラミック部品同士を接合して、内部が密閉された容器を得る第2焼成工程と、を備える。前記組み立て工程において、前記組立体の内部に、前記第2の温度より融点が高い可動体を封入して、前記複数のセラミック部品を、前記接合材を介して組み立てるとともに、前記可動体が封入された前記組立体に対して前記第2焼成工程を実行する。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【
図1】本開示の第1実施形態に係るセラミックパッケージの斜視図である。
【
図2】本開示の第1実施形態に係るセラミックパッケージの正面図である。
【
図3】本開示の第1実施形態に係るセラミックパッケージの分解斜視図であり、接合材が環状の場合を示す。
【
図4】本開示の第1実施形態に係るセラミックパッケージの断面図であり、接合材が環状の場合を示す。
【
図5】本開示の第1実施形態に係るセラミックパッケージの分解斜視図であり、接合材が板状の場合を示す。
【
図6】本開示の第1実施形態に係るセラミックパッケージの断面図であり、接合材が板状の場合を示す。
【
図7】粒状体が付着したセラミック球の模式図である。
【
図8】セラミック球とパッケージ内面との間に粒状体が介在する様子を示した模式図である。
【
図9】本開示の第2実施形態に係るセラミックパッケージの正面図である。
【
図10】本開示の第2実施形態に係るセラミックパッケージの断面図である。
【
図11】本開示の第1実施形態に係るセラミックパッケージの正面図であり、接合材が引っ込んでいる構造を示す。
【
図12】本開示の第2実施形態に係るセラミックパッケージの正面図であり、接合材が引っ込んでいる構造を示す。
【
図13】本開示の第1実施形態に係るセラミックパッケージの正面図であり、接合材が突出している構造を示す。
【
図14】本開示の第2実施形態に係るセラミックパッケージの正面図であり、接合材が突出している構造を示す。
【
図15】本開示の第1実施形態に係るセラミックパッケージの正面図であり、接合材が引っ込んでいたり、突出していたりする構造を示す。
【
図16】本開示の第2実施形態に係るセラミックパッケージの正面図であり、接合材が引っ込んでいたり、突出していたりする構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【0006】
図面を参照して本開示の一実施形態のセラミックパッケージ及びその製造方法について説明する。
〔第1実施形態〕
図1から
図6に示すセラミックパッケージ10は、複数のセラミック部品と、接合材と、を備えている。複数のセラミック部品は、接合材を介して接合されることで内部に密閉空間を構成する。密閉空間は、密閉された容器と言い換えることができる。具体的には、セラミックパッケージ10は、枠体11と、当該枠体11の開口11aを塞ぐ蓋体12とを含む2つのセラミック部品を有する。
セラミックパッケージ10は容器を構成する複数のセラミック部品11,12が接合材13を介して接合することにより密閉される。
また、セラミックパッケージ10は、容器の内部10Rに可動体としてのセラミック球Bが位置している。本実施形態のセラミック球Bは、容器の内部で自由に可動することができる。なお、可動体としては、特定の一方向等、限定された方向のみの可動性を有して保持されたものであってもよい。また、可動体の形状および材質は、例示している形状以外の形状および材質であってもよい。
本実施形態の枠体11は、周壁部材と一端の開口を塞ぐ部材(図において底面の部材)とが一体となった構造である。つまり、一端が開口している構造である。一端が開口している構造以外にも、枠体は両端が開口している構造であってもよい。両端が開口している構造である場合、セラミックパッケージ10は、両端の開口をそれぞれ塞ぐ蓋体を2つ有していればよい。
【0007】
図3及び
図4に示すセラミックパッケージ10Aは、接合材13Aが環状である。
すなわち、接合材13Aは、枠体11の開口11a周囲の端面11bと蓋体12とに挟まれている。そして、接合材13Aは、開口11a周囲の端面11bと蓋体12とを接合している。接合材13Aは、開口11aに沿った環状の形状である。
したがって、蓋体12が、開口11aを閉じる容器の内部10Rの内面の一部を構成している。
セラミック球Bは、容器の内部10Rにおいて、枠体11にも、蓋体12にも衝突し得る。
【0008】
図5及び
図6に示すセラミックパッケージ10Bは、接合材13Bが孔の無い板状であるものである。
すなわち、接合材13Bは、その周縁部13B1が枠体11の開口11a周囲の端面11bと蓋体12とに挟まれている。そして、接合材13Bは、開口11a周囲の端面11bと蓋体12とを接合するとともに、その中央部13B2が当該開口11aを覆い、当該開口11aに対向する蓋体12の面を接合している。
したがって、接合材13Bの蓋体12に対する接合面積が大きくなり、接合強度が向上する。
セラミック球Bは、枠体11が構成する容器の内面および接合材13Bが構成する容器の内面には衝突し得るが、蓋体12に直接衝突することはない。
【0009】
図7に示すセラミック球Bは、表面に金属又はカーボンの導電性を有する粒状体Gが付着している。
図8に示すように、粒状体Gによってセラミック球Bと内面10Iとの間の滑りまたは転がりの抵抗が低減され、セラミック球Bが移動しやすくなる。
そのため、セラミックパッケージ10の振動時にセラミック球Bの速度が上昇しやすくなるので、ボールセンサなどの用途とした場合に、セラミックパッケージ10は、センサ感度に優れる。
粒状体Gの材料は、例えば、マグネシウム、タングステン等の金属材料、またはカーボンが挙げられる。
【0010】
枠体11と蓋体12とは同一のセラミック材料である。なお、ここでセラミック材料とは、下記のように多少の不純物等(10%程度)が混ざっているものであってもよい。そして、同一のセラミック材料とは、主成分となるセラミック材料が同一であるということであり、不純物等が異なっていてもよいし、同じであってもよい。
枠体11及び蓋体12の物性値及び主成分の実施例として以下を挙げることができる。
・焼成温度(第1の温度):1500~1600℃
・材質:アルミナ90%
・強度:300~500MPa
・ビッカース硬さ:1100~1300
(*強度は3点曲げの強度。以下同じ)
【0011】
接合材13の物性値及び主成分の実施例として以下を挙げることができる。
・焼成温度(第2の温度):1200~1500℃
・材質:アルミナ90%
・強度:400~800MPa
・ビッカース硬さ:900~1200
【0012】
セラミック球Bの物性値及び主成分の実施例として以下を挙げることができる。
・融点:2500~2800℃
・材質:ジルコニア
・強度:1100~1300MPa
・ビッカース硬さ:1200~1300
【0013】
以上挙げたように、接合材13は、複数のセラミック部品(11,12)より低い焼成温度を有するセラミック材である。なお、ここでいうセラミック材とは、主成分がセラミック材料であるもののことであり、多少の不純物が含まれていてもよい。
また、接合材13は、複数のセラミック部品(11,12)より高い強度を有する。
セラミック球Bは、接合材13の焼成温度より高い融点を有する。
【0014】
製造方法は以下の通りである。
枠体11及び蓋体12を成形する。
(1)まず、枠体11及び蓋体12を構成するセラミックグリーンシートを形成する。例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)質焼結体である枠体11及び蓋体12を得る場合には、Al2O3の粉末に焼結助材としてシリカ(SiO2)、マグネシア(MgO)またはカルシア(CaO)等の粉末を添加し、さらに適当なバインダー、溶剤および可塑剤を添加し、次にこれらの混合物を混錬してスラリー状となす。その後、ドクターブレード法またはカレンダーロール法等の成形方法によって、枠体11及び蓋体12のそれぞれの多数個取り用のセラミックグリーンシートを得る。
(2)次に、前述のグリーンシートを金型等によって加工する。ここで枠体11に開口部を形成する。
(3)次に枠体11及び蓋体12のそれぞれに各絶縁層となるセラミックグリーンシートを積層して加圧する。このことにより各絶縁層となるグリーンシートを積層し、枠体11及び蓋体12となるセラミックグリーンシート積層体を作製してもよい。
(4)次にグリーンシートの所定の位置に、金型、パンチング、またはレーザー等を用いて分割溝を設けてもよい。なお、分割溝は、焼成後にスライシング装置により多数個取り配線基板の厚みより小さく切り込むことによって形成することができるが、多数個取り配線基板用のセラミックグリーンシート積層体にカッター刃を押し当てたり、スライシング装置によりセラミックグリーンシート積層体の厚みより小さく切り込んだりすることによって形成してもよい。
(5)次に、このセラミックグリーンシート積層体を約1500℃~1800℃の温度で焼成して、枠体11及び蓋体12が複数配列された多数個取り配線基板を得る。
(6)次に、焼成して得られたそれぞれの多数個取り配線基板を複数の枠体11及び蓋体12に分断する。この分断においては、枠体11及び蓋体12の外縁となる箇所に沿って多数個取り配線基板に(5)の工程で分割溝を形成しておき、この分割溝に沿って破断させて分割する方法がある。また、(5)の工程を行わずスライシング法等により枠体11及び蓋体12の外縁となる箇所に沿って切断する方法もある。
上述したように、枠体11及び蓋体12を第1の温度で焼成する第1焼成工程を実施する。ここで、第1の温度は、上掲の材料で1500~1600℃の範囲とする。
一方、セラミック球Bの表面に金属又はカーボンの粒状体Gを付着させておく。
次に、容器の内部に可動体が封入される場合には、粒状体Gが付着しているセラミック球B(可動体)を容器の内部10Rに封入して、枠体11及び蓋体12を、接合材13を介して所望の配置に組み立てて、組立体(セラミックパッケージ10の焼成前)を得る組み立て工程を実施する。次に、第1の温度より低い第2の温度で組立体(セラミックパッケージ10の焼成前)を焼成することにより当該接合材13を介して配置された枠体11及び蓋体12を接合して、内部が密閉された容器を得る第2焼成工程を実行する。
ここで、第2の温度は、上掲の材料で1200~1500℃とされる。
【0015】
以上の実施形態のセラミックパッケージ10によれば、容器を構成する部品11,12に加え、接合材13がセラミック材であるため、セラミックパッケージ10は、高耐熱、高強度である。また、容器を構成する複数のセラミック部品11,12は、接合材13より高い焼成温度である。さらに、接合材13の焼成時の温度負荷により部品11,12に欠陥が発生することも低減できるから、高耐熱、高強度の品質を保持できる。
【0016】
以上の実施形態のセラミックパッケージの製造方法によれば、容器を構成する部品11,12及び接合材13がセラミック材であるため高耐熱、高強度のセラミックパッケージを製造することができる。また、接合時の温度より高い焼成温度を選択できるので、容器を構成する複数のセラミック部品11,12は高強度である。さらに、部品11,12の焼成温度より低い焼成温度で接合材13を焼成して部品11,12を接合するため、接合材13の焼成時の温度負荷により部品11,12に欠陥を発生させることを低減することができ、高耐熱、高強度の品質を保持したセラミックパッケージを歩留まり良く製造することができる。
【0017】
以上述べたようにセラミックパッケージ10は、耐熱性が高く、例えば600℃以上の高温環境下に投入が可能である。
接合材13が蓋体12に比較して強度が高いため、蓋体12が変形することを低減できる。特に
図5及び
図6に示したセラミックパッケージ10Bによれば、蓋体12の周縁部13B1のみならず、中央部13B2が蓋体12に接合しているので、蓋体12が変形することを低減できる。
図3及び
図4に示したセラミックパッケージ10Aによれば、容器の内部10Rの内面を、同一のセラミック材料である枠体11と蓋体12とで構成することができ、反発係数を均一化することが容易である。
セラミックパッケージ10は、気密性があり液体中でも内部のセラミック球Bは自由に動くことができる。
セラミック球Bは、接合材13の焼成温度より高い融点を有し、さらには枠体11及び蓋体12の焼成温度より高い融点を有するので、接合材13の焼成工程及びその後の高温使用環境下において変形することなく耐えることができる。
【0018】
〔第2実施形態(球体パッケージの実施形態)〕
次に、球体のセラミックパッケージの実施形態を開示する。
図9及び
図10に示すようにセラミックパッケージ20にあっては、複数のセラミック部品21,21は、1つの中空球体を分けた2つの半球体21,21である。
接合材22は、2つの半球体21,21の開口21a周囲の端面21b,21b同士に挟まれてこの両者に接合するとともに、当該開口21aに沿った円環状の形状である。
以上のようにすれば、セラミックパッケージ20を球体とすることができる。その他は、上記第1実施形態と同様に実施する。
【0019】
〔接合材の外周端の位置について〕
図11から
図16に示すように接合材13,22の外周端の位置を様々に配置し得る。
図11及び
図12に示す構造では、接合材13(22)の外周端は、当該接合材13(22)が接合している2つのセラミック部品11,12(21,21)の外面に対して、容器の内部10Rに近づく方向に引っ込んでいる。このとき、接合材13(22)の外周端は、当該接合材13(22)が接合している2つのセラミック部品11,12(21,21)の外面に対して、全てが容器の内部10Rに近づく方向に引っ込んでいてもよいし、一部のみが容器の内部10Rに近づく方向に引っ込んでいてもよい。
図13及び
図14に示す構造では、接合材13(22)の外周端は、当該接合材13(22)が接合している2つのセラミック部品11,12(21,21)の外面に対して、容器の内部10Rから離れる方向に突出している。このとき、接合材13(22)の外周端は、当該接合材13(22)が接合している2つのセラミック部品11,12(21,21)の外面に対して、全てが容器の内部10Rから離れる方向に突出していてもよいし、一部のみが容器の内部10Rから離れる方向に突出していてもよい。
図15及び
図16に示す構造では、接合材13(22)の外周端は、当該接合材13(22)が接合している2つのセラミック部品11,12(21,21)の外面に対して、外周位置により、容器の内部10Rに近づく方向に引っ込んでいたり、容器の内部10Rから離れる方向に突出していたりする。
【0020】
以上のように、接合材13,22の外周端の位置を様々に配置し得る。
接合材13(22)が容器の内部10Rから離れる方向に突出している構造では、2つのセラミック部品11,12(21,21)の接合寸法を大きく確保できて、接合強度、気密性を高く保持できる。
接合材13(22)が容器の内部10Rに近づく方向に引っ込んでいる構造では、接合材13(22)の外周端への物の衝突が低減されるので、破損しにくい。
接合材13の外周端の一部が容器の内部10Rに近づく方向に引っ込んでいる構造では、特定方向において外圧等による衝突を低減できる。また、接合材13の外周端の一部が容器の内部10Rから離れる方向に突出している構造では、特定方向の接合強度または気密性もしくはその両方が高い。
第2実施形態の球体のセラミックパッケージ20の場合は、
図12に示す接合材22が容器の内部10Rに近づく方向に引っ込んでいる構造により、セラミックパッケージ20が良好な転がり性を持つことができる。
【0021】
以上本開示の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として示したものであり、この他の様々な形態で実施が可能であり、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【0022】
本開示は、セラミックパッケージ及びその製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【0023】
10 セラミックパッケージ
10A セラミックパッケージ
10B セラミックパッケージ
10I 内面
10R 容器の内部
11 枠体(セラミック部品)
11a 開口
11b 端面
12 蓋体(セラミック部品)
13 接合材
13A 接合材
13B 接合材
13B1 周縁部
13B2 中央部
B セラミック球(可動体)
G 粒状体
20 セラミックパッケージ
21 半球体(セラミック部品)
22 接合材