JP2004179568A

JP2004179568A - 積層セラミック部品の製造方法

Info

Publication number: JP2004179568A
Application number: JP2002346646A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Asaumi; 克志浅海
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】セラミックグリーンシートとセラミックパターンとの区別が明確になり、安定且つ簡単な製造が可能な積層セラミック部品の製造方法を提供する。
【解決手段】積層セラミック部品の製造方法は、積層された複数のセラミックグリーンシート３間に、矩形状の導体パターン７及びその周辺に形成されたセラミックパターン５を介在してなる大型積層体９を作製する工程と、大型積層体１３を所定位置で切断して未焼成状態の積層体を作製する工程とを具備する積層セラミック部品の製造方法であって、セラミックパターン５は、セラミックグリーンシート３と実質的に同一のセラミック成分と、セラミックグリーンシート３と異なる色彩の高分子材料とを含有する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層セラミック部品の製造方法に関し、特に、配線基板や積層セラミックコンデンサのようにセラミックグリーンシート及び導体パターンが薄層多層化された積層セラミック部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、電子機器の小型化、高密度化に伴い、積層セラミック部品中に導体パターンが形成された配線基板や積層セラミックコンデンサは、小型薄型化及び高寸法精度が求められており、例えば、積層セラミックコンデンサでは小型高容量化が求められ、このためセラミックグリーンシートや導体パターンの薄層化及び多層化が進められている。
【０００３】
このような積層セラミック部品では、セラミックグリーンシートの薄層化及び多層化に伴い、セラミックグリーンシート上に形成された導体パターンの厚みが大きく影響するようになり、導体パターンが形成されている部分と形成されていない部分との間で導体パターンの厚みによる段差が累積し、導体パターンの無い周囲のセラミックグリーンシート同士の密着が弱くなり、焼成時のデラミネーションやクラックが発生しやすくなる。このためセラミックグリーンシート上の段差を無くす工夫が図られている。
【０００４】
このような積層セラミック部品の製造方法として、例えば、特開２０００−３１１８３１号公報に開示されるようなものが知られている。この公報に開示された積層セラミック部品の製造方法では、図６に示すように、セラミックグリーンシート８１の主面上に形成された導体パターン８３と同じ高さのセラミックパターン８５が形成され、これにより導体パターン８３の厚みによる段差を実質的に無くすことができ、導体パターン８３の厚みの影響を受けない状態で、セラミックグリーンシート８１を積層することができる（特開２０００−３１１８３１号公報参照）。
【０００５】
尚、このような積層セラミック部品の製造方法では、セラミックグリーンシート８１の主面上に、先ず、導体ペーストを印刷して導体パターン８３を所定間隔をおいて複数形成し、次いで、この導体パターン８３間に、セラミック粉末を含有するセラミックペーストを印刷してセラミックパターン８５が形成される。
【特許文献１】
特開２０００−３１１８３１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の製造方法において、セラミックパターン８５に印刷ずれが発生した場合、導体パターン８３間に確実に充填されているかを確認する必要がある。この場合、セラミックパターン８５に位置ずれが発生し、導体パターン８３の周囲に下層のセラミックグリーンシート８１が露出していても、セラミックパターン８５との色彩が実質的に同一であると、セラミックパターン８５のずれ量を確認することが困難となる。その結果、導体パターン８３の周囲に、過度の空隙が存在した状態で積層、焼成処理を行うことにより、大型積層体の状態でデラミネーションが発生しやすくなる。即ち、セラミックパターン８５のずれ量を未然に確認することができないため、無駄な工程、無駄な材料を費やすことになってしまう。
【０００７】
また、上記積層セラミック部品の製造方法では、導体パターン８３の薄層化を図るために、金属粉末の含有量を低減して調製した低粘度の導体ペーストが用いられるため、印刷時に導体ペーストのにじみが発生しやすくなり、導体パターン８３の面積のばらつきが大きくなり、例えば、積層セラミックコンデンサを形成した場合には静電容量のばらつきが増大したり、短絡が生じやすくなるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、セラミックグリーンシートまたは導電性ペーストに対するとセラミックパターンの形成領域を明確化することにより、導体パターンの周囲の段差を解消できる積層セラミック部品の製造方法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】
本発明の積層セラミック部品の製造方法は、積層された複数のセラミックグリーンシート間に、矩形状の導体パターン及びその周辺に形成されたセラミックパターンを介在してなる大型積層体を作製する工程と、該大型積層体を所定位置で切断して未焼成状態の積層体を作製する工程とを具備する積層セラミック部品の製造方法であって、前記セラミックパターンは、前記セラミックグリーンシートと実質的に同一のセラミック成分と、前記セラミックグリーンシートと異なる色彩の高分子材料とを含有する。
【００１０】
【作用】
本発明によれば、セラミックパターンは、セラミックグリーンシートと実質的に同一のセラミック成分と、前記セラミックグリーンシートと異なる色彩の高分子材料とを含有している。例えばセラミックグリーンシート上、まず、セラミックパターンを形成し、次いで、導体パターンを形成する場合、セラミックグリーンシートと色彩が相違するセラミックパターンの位置を基準にして、導体パターンを形成することができることから、精度良くセラミックパターンの内側に導体パターンを形成することができる。また、このとき、導体パターンを低粘度の導体ペーストを用いることができるため、導体パターンの周辺がセラミックパターンに囲まれた状態であるため、にじみを抑制でき、例えば、積層セラミックコンデンサの静電容量のばらつきや短絡を防止することができる。
【００１１】
また、例えばセラミックグリーンシート上、まず、導体パターンを形成し、次いで、セラミックパターンを形成する場合、セラミックグリーンシートと色彩が相違するセラミックパターンにより、セラミックパターンの印刷ずれを簡単に把握できるため、位置ずれの大きいグリーンシートを除外することができるため、その後の工程が不要となり、無駄な工程、無駄な材料を省くことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の積層セラミック部品の製造方法を図面に基づいて詳説する。尚、説明は、積層セラミック部品の一つである積層セラミックコンデンサを例に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の導電性ペーストを用いた積層セラミックコンデンサを示す図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は縦断面図である。
【００１４】
図において、２１は積層体であり、２２は積層体２１を構成する誘電体層、２３は積層体２１内に形成した内部電極層であり、２４は外部電極である。尚、内部電極層の周囲の誘電体層２１間に誘電体充填層が配置されているが、実際にこの誘電体充填層は図２に示すように誘電体層２１と一体化するため、図では省略している。
【００１５】
誘電体層２２は、チタン酸バリウムを主成分とする非還元性誘電体材料、及びガラス粉末を含む誘電体材料からなり、その形状は、２．０ｍｍ×１．２ｍｍなどであり、その厚みは高容量化のために１〜５μｍとしている。この誘電体層２が図上、上方向に積層して積層体２１が構成される。なお、誘電体層２２の形状、厚み、積層数は容量値によって任意に変更することができる。
【００１６】
内部電極層２３、２３は、Ｎｉを主成分とする材料から構成されている。そして、誘電体層２２の積層方向に隣接しあう一対の内部電極層２３、２３は、互いに積層体１の異なる端面側に延出し、各々異なる外部電極２４、２４に接続されている。その厚みは１〜２μｍとしている。
【００１７】
外部電極２４、２４は、導電性ペーストを焼き付けることによって得られる下地導体膜と、表面メッキ層（図示せず）とから構成されている。外部電極２４、２４の下地導体膜は、銅を主成分とする導体及びガラス粉末によって構成されている。表面メッキ層は、Ｎｉメッキ、Ｓｎメッキ、半田メッキなどが例示できる。
【００１８】
図２の積層セラミックコンデンサの積層体２１が複数抽出できる未焼成状態の大型積層体を形成する工程を示すものである。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、まず、支持体（キャリアフィルム）１上にセラミックスラリを塗布して、誘電体層２２となるセラミックグリーンシート３を形成する。
【００２０】
本発明のセラミックグリーンシート３を形成するためのセラミックスラリは、例えば、セラミック粉体と、有機バインダと、この有機バインダを溶解する溶媒とを混合したものが用いられる。
【００２１】
セラミック粉体としては、例えば、ＢａＴｉＯ_３を主成分とするセラミック粉体が好適に用いられる。また、耐還元性を高めるための公知の添加剤や焼結助剤として、ガラス粉末を加えてもよい。
【００２２】
有機バインダとしては、ポリビニルブチラール樹脂が、また、溶媒としてはトルエンとエチルアルコールとを混合したものが好適に用いられる。また、その他のバインダとしては、セラミック粉体や溶媒との分散性、セラミックグリーンシート３の強度、脱バインダ性の点でアクリル樹脂を用いることもできる。
【００２３】
また、このセラミックグリーンシート３の厚みは、小型、大容量化という理由から、１．５〜４μｍであることが望ましい。
【００２４】
次に、図２（ｂ）に示すように、このセラミックグリーンシート３の一方主面上にセラミックペーストを印刷して例えば平面視格子状態のセラミックパターン５を形成する。このとき、セラミックグリーンシートとは異なる色彩のセラミックパターン５を形成する。ここで、画像認識装置によりセラミックパターン５を認識させるためには、セラミックグリーンシート３とセラミックパターン５のコントラスト比が２０％以上であることが望ましい。
【００２５】
次に、図２（ｃ）に示すように、この格子状のセラミックパターン５の内側に、導体ペーストを印刷して内部電極層２３となる導体パターン７を形成する。このとき、画像認識装置により、セラミックパターン５の位置を基準にして、導体パターン７を形成することができることから、精度良くセラミックパターン５の内側に導体パターン７を形成することができる。
【００２６】
図３は、セラミックグリーンシート３上に形成されたセラミックパターン５及び導体パターン７の配置を示す斜視図である。このように、矩形状の導体パターン７が所定間隔Ｌをおいて複数形成され、この導体パターン７間に、導体パターン７の厚みによる段差を実質的に無くすようにセラミックパターン５が形成されている。
【００２７】
次に、図２（ｄ）、（ｅ）に示すように、セラミックパターン５及び導体パターン７を形成したセラミックグリーンシート３を複数積層して未焼成状態の大型積層体１３を形成する。図２（ｄ）はサイドマージン側、図２（ｅ）はエンドマージン側の断面図である。
【００２８】
この後、この大型積層体１３を点線部Ｃで切断して積層体成形体を形成した後、さらに、この未焼成状態の積層体を所定の雰囲気及び温度条件下で焼成することにより、図１に示す積層体２１が達成され、さらに、外部電極２４を形成して、セラミック層と内部電極層を具備する積層セラミックコンデンサを形成する。
【００２９】
上述の製造方法において、セラミックパターン５が、焼成後にセラミック層（誘電体層）２１と略同一の色彩となるようにすれば、最終製品としての積層セラミックコンデンサの外観不良が問題になることがなく、また、セラミックパターン５部分の焼成物である誘電体充填層は図１において省略している。
【００３０】
本発明の積層セラミック部品の製造方法では、まず、グリーンシート３上に格子状のセラミックパターン５を形成し、この格子状のセラミックパターン５から露出するグリーンシートの領域に低粘度の導体ペーストを用いても導体パターン７を形成している。即ち、導体パターン７を形成するにあたりセラミックグリーンシート３と色彩の相違するセラミックパターン５を基準に導体ペーストの印刷が可能となるため、面積精度の高い導体パターン７となる。また、導体パターン形成領域が特定されることから、低粘度の導体ペーストであっても導体パターン７を安定して形成できる。導体パターン７が印刷後乾燥されるまでの間に、導体パターン７の周辺がセラミックパターン５に囲まれた状態となり印刷時のにじみを抑制でき、導体パターン７の有効面積に起因する、例えば、積層セラミックコンデンサの静電容量のばらつきを小さくすることができるとともに短絡を防止できる。
【００３１】
また、この製造方法によれば、セラミックペーストを印刷、乾燥してセラミックパターン５を形成した後に、導体ペーストを印刷、乾燥して導体パターン７を形成するため、導体パターン７の乾燥工程は１回だけとなる。このため積層までの工程において導体パターン７中に含まれる溶剤の揮発を抑えることができることから、導体パターン７とセラミックグリーンシート３の密着性を高めることができ、このためこれらの層の焼結性をも高めることができることからデラミネーションを低減できる。
【００３２】
さらに、この製造方法によれば、平坦なセラミックグリーンシート３の主面上に導体パターン７を形成できることから、導体パターン７の形成精度が良好になり、容量ばらつきを低減できるとともに、積層数を増大しても導体パターン７の形成精度には影響しないことから、積層セラミック部品の高積層化や大型化を実現できる。
【００３３】
図５はセラミックグリーンシート３上に形成されたセラミックパターン５及び導体パターン７の要部拡大図である。図５に示すように、セラミックパターン５と導体パターン７とは、セラミックパターン５の厚みをｔ_１、導体パターン７の厚みをｔ_２としたときに、ｔ_１＞ｔ_２の関係を満足することが望ましく、特に、ｔ_１／ｔ_２比は１．０５〜１．２の範囲であることがより望ましい。
【００３４】
このようにセラミックパターン５の厚みを厚く形成することにより、導体パターン７形成時の導体ペーストのセラミックパターン５側へのにじみによる乗り上げを抑制するとともに、セラミックパターン５及び導体パターン７が形成されたセラミックグリーンシート３を吸着する積層ヘッドによる導体パターン７の変形を抑制できる。さらに、仮積層体を加圧加熱して大型積層体１３を形成する際にも、まずセラミックパターン５が圧力を受け、導体パターン７は徐々に圧力を受けることから、ショートや絶縁不良を抑制できる。ここで、導体パターン７厚みは、積層セラミックコンデンサの小型、高信頼性化という点から３μｍ以下、特には１μｍ以下であることが望ましい。
【００３５】
また、セラミックパターン５の周辺部９は導体パターン７の形状の精度を高め、かつ導体ペーストの印刷時の乗り上げを防止するという理由から、セラミックパターン５の角度θは０．５°以上の傾斜面１１を形成していることが望ましく、特に、その角度は１〜４０°であることが望ましい。
【００３６】
また、セラミックパターン５と導体パターン７とは、周辺部９で接していることが望ましく、両パターン間の空隙を低減し変形を防止するという点で、導体パターン７がセラミックパターン５の周辺部９の傾斜面１１に重なっていることがより望ましい。
【００３７】
本発明のセラミックパターン５を形成するためのセラミックペーストは、セラミック粉末と、有機溶剤と、この有機溶剤に対して可溶性の有機粘結剤及び着色剤とを含有するものである。
【００３８】
このセラミックペーストに用いるセラミック粉末の組成は、セラミックグリーンシート３の粉末組成もしくは異なる粉末組成の何れかを適用できるが、セラミックグリーンシート３とセラミックパターン５との焼成収縮率を合致させるという理由から、セラミックペーストはセラミックグリーンシート３を形成するセラミックスラリと実質的に同じセラミック粉末組成であることが望ましい。
【００３９】
また、有機溶剤としては、脂肪族炭化水素と高級アルコールとの混合物からなるものが好適に用いられ、さらに、有機粘結剤としてはエチルセルロースが好適に用いられる。
【００４０】
さらに、セラミックパターン５がセラミックグリーンシート３及び導体パターン７と異なる色彩を有するように、セラミックペースト中に高分子材料の着色剤が添加される。着色剤は、セラミックペースト中の有機溶剤に溶解し、均一なペーストとなることが求められる。また、セラミックパターンが、焼成後にセラミック層と略同一の色彩となるように、着色剤はＣ、Ｏ、Ｎ、Ｈ原子など、脱バインダ時に燃焼分解する原子から構成される有機化合物が望ましい。具体的には、有機化合物の構造中に、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｎ＝Ｎ−などの不飽和結合を持つ基（発色団）が存在すると、その有機化合物が特定の波長の光（スペクトル色）を吸収して、吸収されない部分の光（余色）が肉眼あるいは画像処理により検出されることを利用する。あるいは、有機化合物の構造中に、−ＮＨ_２、−ＯＨなどの遊離電子対を持つ基（助色団）を入れると、その吸収波長が長波長側あるいは短波長側に移動することを利用しても良い。また、有機ＥＬ材料、フォトクロミック有機材料等、光照射により着色する材料を用いても良い。
【００４１】
また、このセラミックペーストの粘度は、このセラミックペースト中のセラミック粉末、有機粘結剤、有機溶剤及び分散剤を適正化して制御でき、このことによりセラミックペーストにチクソトロピック性を付与することができる。
【００４２】
そして、このセラミックペーストの粘度特性としては、２５０〜５００Ｐａ・ｓであることが望ましく、セラミックペーストをこのような粘度特性とすることにより、印刷時ににじみのないセラミックパターン５を形成できるとともに、このセラミックパターン５間に形成される導体パターン７のにじみによる流出や乗り上げを防止するための傾斜面１１を容易に形成できる。
【００４３】
一方、導体パターン７を形成するための導体ペーストとしては、金属粒子と、有機溶剤と、この有機溶剤に対して可溶性の有機粘結剤とを含有するものが好適に用いられる。
【００４４】
金属粒子としては、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕの群から選ばれる少なくとも１種の金属粒子が好ましいが、金属の焼成温度が一般の絶縁体の焼成温度と一致する点、及びコストが安いという点からＮｉが望ましい。また、固形分として、金属粒子以外に、導体パターン７の焼結性を抑えるために微細なセラミック粉末を混合して用いることが好ましい。
【００４５】
さらには、導体ペーストの有機粘結剤及び有機溶剤は、セラミックペーストの印刷と同じ条件を採用できること及びセラミックグリーンシート３の表面からの粘結剤の揮発速度を一致させるという理由から、導体ペーストはセラミックペーストと同じ組成であることが望ましい。そして、本発明では、このように形成される導体パターン７が電子部品の一つである積層セラミックコンデンサの内部電極層となることが好ましい。
【００４６】
また、本発明の導体パターン７では、積層体成形体を構成する１層のセラミックグリーンシート３の主面の面積をＡ_１、その主面に形成される導体パターン７の面積をＡ_２としたときに、Ａ_２／Ａ_１＞０．６の関係を満足することが望ましく、このように導体パターン７の有効面積が大きくなり、より高いパターン精度が要求される場合に、セラミックパターン５による導体パターン７の面積精度を高めるという本発明の製造方法がより好適であり、このように導体パターン７の有効面積を大きくすることにより積層セラミックコンデンサの静電容量をさらに高めることができる。
【００４７】
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。
【００４８】
図４は本発明の他の実施形態の積層セラミック部品の製造方法の工程図である。図４（ａ）に示すように、支持体（台板）１上にセラミックグリーンシート３ａを搭載する工程と、（ｂ）に示すようにセラミックグリーンシート３ａの主面上における導体パターン７が形成される領域を囲む部分にセラミックペーストを印刷して、セラミックグリーンシート３ａとは異なる色彩のセラミックパターン５を形成する工程と、（ｃ）に示すようにセラミックパターン５の内側に導体パターン７を形成する工程と、（ｄ）に示すようにセラミックパターン５及び導体パターン７が形成されたセラミックグリーンシート３ａ上に、別のセラミックグリーンシート３ｂを搭載する工程と、（ｅ）に示すようにセラミックグリーンシート３ｂの主面上に、セラミックパターン５及び導体パターンを形成する工程とを繰り返すことにより、（ｆ）に示す大型積層体１３が作製される。この製造方法によれば、積層精度が良好になり、容量ばらつきを低減できるとともに、サイドマージンやエンドマージンを小さくできることから、積層セラミック部品の小型化に対応できる。さらに、（ｄ）に示す工程において、セラミックパターン５及び導体パターン７が形成されたセラミックグリーンシート３ａ上に、フィルムによって裏打ちされた別のセラミックグリーンシート３ｂを載置し、フィルム側から加圧加熱することにより、セラミックグリーンシート３ｂをセラミックグリーンシート３ａ上に積層するようにしても良い。このことにより、セラミックグリーンシート３ｂを吸着する工程を設ける必要がないため、セラミックグリーンシート３ｂの欠陥を防止することができる。
【００４９】
また、上記実施の形態では、セラミックパターン５が着色するようにしたが、セラミックグリーンシート３が着色するようにしても良い。
【００５０】
さらに、セラミックパターン５が焼成後にセラミック層と異なる色彩となるようにしても良い。このことにより、外観から積層セラミック部品の積層方向を容易に判別することができる。
【００５１】
上述の実施例では、セラミックグリーンシート上、まず、セラミックパターンを形成し、次いで、導体パターンを形成する製造方法で説明したが、例えばセラミックグリーンシート上、まず、導体パターンを形成し、次いで、セラミックパターンを形成する場合、セラミックグリーンシートと色彩が相違するセラミックパターンにより、セラミックパターンの印刷ずれを簡単に把握できるため、位置ずれの大きいグリーンシートを除外することができるため、その後の工程が不要となり、無駄な工程、無駄な材料を省くことができる。
【００５２】
上記実施の形態では、本発明を積層セラミックコンデンサに適用した例を用いて説明したが、本発明は、その他の電子部品や、半導体部品などにも適用できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、セラミックパターンは、セラミックグリーンシートと実質的に同一のセラミック成分と、前記セラミックグリーンシートと異なる色彩の高分子材料とを含有するため、セラミックグリーンシートとセラミックパターンとのコントラスト差が明確となり、セラミックパターンの形成位置を確認できる。このため、導体パターンの印刷時の位置決めが容易になり、その結果、例えば、積層セラミックコンデンサの静電容量のばらつきや短絡を防止することができる。また、導体パターンに対するセラミックパターンの位置ずれが明確になるため、不量なセラミックグリーンシートを後工程に回すことなく、廃棄できるため、無駄な工程、無駄な材料の発生を有効に抑えることかできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層セラミック部品である積層セラミックコンデンサを示し、（ａ）は、外観斜視図であり、（ｂ）は断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の積層セラミック部品を製造するための主要工程の各断面であり、（ｅ）は図２の（ｄ）に相当する断面図のエンドマージン側の断面図である。
【図３】セラミックグリーンシート上に形成されたセラミックパターン及び導体パターンの配置を示す斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）本発明の他の実施の形態の積層セラミック部品を製造するための工程図である。
【図５】セラミックグリーンシート上に形成されたセラミックパターン及び導体パターンの要部拡大図である。
【図６】従来のセラミックグリーンシート上に形成されたセラミックパターン及び導体パターンの要部拡大図である。
【符号の説明】
１支持体
３セラミックグリーンシート
５セラミックパターン
７導体パターン
１３大型積層体

Claims

積層された複数のセラミックグリーンシート間に、矩形状の導体パターン及び該導体パターンの周辺に形成されたセラミックパターンを介在してなる未焼成状態の大型積層体を作製する工程と、
該大型積層体を所定位置で切断して積層体を作製し、該積層体を焼成処理する工程とを含む積層セラミック部品の製造方法であって、
前記セラミックパターンは、前記セラミックグリーンシートと実質的に同一のセラミック材料と、前記セラミックグリーンシートと異なる色彩の高分子材料とを含有することを特徴とする積層セラミック部品の製造方法。