JP2004289088A

JP2004289088A - 積層セラミック電子部品の製造方法

Info

Publication number: JP2004289088A
Application number: JP2003082528A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Saito; 和人斉藤; Takeshi Okura; 猛大倉
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】層間ハガレやショート不良などの発生を抑制した高信頼性を有する積層セラミック電子部品を作業負荷を大きく増加させることなく製造する。
【解決手段】内部電極パターンが表面に形成されたセラミックグリーンシートを所定枚数積層してグリーンシート積層体を形成する。このグリーンシート積層体を弾性体シートを介在させて平板状の剛体で挟み込み弾性体プレスと行い（ｓ４）、次に、弾性体シートを取り除いて剛体プレスを行う（ｓ５）。ここで、弾性体プレスの加圧力は剛体プレスの加圧力の１０〜３０％に設定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、積層セラミックコンデンサ等の積層セラミック電子部品の製造方法に関するものであり、特に積層されたセラミックグリーンシートを加熱プレスする工程に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
積層セラミック電子部品として、例えば積層セラミックコンデンサの場合、次の方法で製造される。
【０００３】
まず、セラミックグリーンシートの表面に内部電極パターンを形成し、このセラミックグリーンシートを所定枚数積層して、グリーンシート積層体を形成する。次に、グリーンシート積層体を加熱プレスし、それぞれが個々の積層セラミックコンデンサとなる素体に切り分け、所定雰囲気で焼成する。そして、焼成された素体の内部電極が露出する端面に外部電極ペーストを塗布し所定雰囲気で焼結することで、積層セラミックコンデンサが形成される。
【０００４】
前述のグリーンシート積層体の加熱プレス工程に用いられる手法としては、グリーンシート積層体を剛体板で挟み、所定の温度および圧力でプレスを行う、剛体プレスと、グリーンシート積層体と剛体板との間に弾性体を介在させて所定の温度および圧力でプレスを行う、弾性体プレスと、グリーンシート積層体を密封性を有する袋に挿入して真空パックし、これを水中に配置することで水圧によりプレスを行う、静水圧プレスとがある。
【０００５】
ところで、グリーンシート積層体内部には内部電極パターンが複数層形成されており、二つの内部電極パターンがセラミックグリーンシートを介して交互に重なり合う部分（以下、「内部電極重なり部」という。）と一方の内部電極パターンのみがセラミックグリーンシートを介して積層され、二つの内部電極パターンが重ならない部分（以下、「内部電極非重なり部」という。）とが存在する。また、素体に切り出した状態で、内部電極パターンが露出しない側の端面に対応する内部電極が積層されない部分（以下、「内部電極非積層部」という。）も存在する。このため、積層する内部電極パターンの層数により、これらの部分間でグリーンシート積層体の厚みが異なる。
【０００６】
一方、近年、積層セラミックコンデンサでは小型化、高容量化しており、これに伴い積層数が増加している。このため、内部電極重なり部と内部電極非重なり部および内部電極非積層部との厚みの差はさらに大きくなっている。
【０００７】
このような積層セラミックコンデンサを剛体プレスで加熱プレスする場合、前記厚みの差から内部電極重なり部には圧力が加わるものの、内部電極非重なり部および内部電極非積層部に十分に圧力が加わらなくなり、内部電極非重なり部および内部電極非積層部におけるセラミックシート間の密着力が弱くなってしまう。このため、後の工程でこれらの部分に層間ハガレが発生する可能性が大きくなってしまう。
【０００８】
また、弾性体プレスで加熱プレスを行う場合、弾性体が変形することにより、グリーンシート積層体の全面に同じ圧力がかかるため、前述のような層間ハガレは生じないが、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、内部電極非重なり部１０２および内部電極非積層部１０３の厚みが薄くなる。このため、このグリーシート積層体１を各素体１０に切り分けると、図６（ｃ）に示すように、端部から中央部にかけて盛り上がる太鼓形状になってしまう。
【０００９】
ここで、図６（ａ），（ｂ）は、それぞれグリーンシート積層体を積層方向に平行な方向に切った断面図であり、（ａ）は素体の内部電極露出面に垂直に切った断面図、（ｂ）は素体の内部電極露出面に平行に切った断面図である。また、図６（ｃ）は、素体の外観斜視図である。
【００１０】
図６において、１はグリーンシート積層体、２はセラミックグリーンシート、３ａ，３ｂは内部電極パターン、１０１は内部電極重なり部、１０２は内部電極非重なり部、１０３は内部電極非積層部、および１０は素体である。
【００１１】
この素体を用いて積層セラミックコンデンサを製造しても、天面が平坦でないため、回路基板に実装する際にマウンタが部品をチャックすることができず実装不良が発生する可能性が大きい。
【００１２】
また、静水圧プレスの場合についても、弾性プレスと同様にグリーンシート積層体が変形してしまうので、この積層体から切り出した素体を用いて積層セラミックコンデンサを製造しても、実装不良が発生してしまう。
【００１３】
このような問題を解決する発明とし、静水圧プレスを行った後に剛体プレスを行う工程を含む積層コンデンサの製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１４】
【特許文献１】
特開平２−６５２１７号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に記載の製造方法では、静水圧プレスを行った後に剛体プレスを行うのであるが、前述のように、静水圧プレスは、グリーンシート積層体を密封性のある袋内に封入し、袋内を真空にした後に水中に配置してプレスを行うものであり、プレス後もグリーンシート積層体が入った袋を水中から取り出し、グリーンシート積層体を袋から濡れないように取り出さなければならず、非常に作業負荷が大きくなってしまう。
【００１６】
また、静水圧プレスのプレス圧力と剛体プレスのプレス圧力とが略同じであった場合には、静水圧プレス後に剛体プレスを行ってもグリーンシート積層体の変形を改善することはできない。
【００１７】
また、静水圧プレスは、グリーンシート積層体の積層方向にのみ圧力が加わるのではなく、積層方向に垂直な方向、すなわちグリーンシート積層体の側壁方向からも圧力が加わるため、静水圧プレスを行うことでグリーンシート積層体全体が縮小する。このため、比較的低い圧力で静水圧プレスを行った後に、これより高い圧力で剛体プレスを行った場合、図７に示すように、内部電極重なり部１０１の内部電極パターン３ａおよびセラミックグリーンシート２が内部電極非重なり部１０２に流れて変形する現象が発生してしまう。
【００１８】
図７はグリーンシート積層体の部分断面図であり、１はグリーンシート積層体、２はセラミックグリーンシート、３ａ，３ｂは内部電極パターン、１０１は内部電極重なり部、１０２は内部電極非重なり部である。
【００１９】
このような現象が発生すると、一方の内部電極パターン３ａの端部が、これに隣り合って積層された他方の内部電極パターン３ｂに近づき、内部電極重なり部１０１と内部電極非重なり部１０２との境界部でセラミックグリーンシート２の厚みが薄くなる。このため、このグリーンシート積層体１を切り分けて積層セラミックコンデンサを形成した場合に前記境界部で隣り合う内部電極同士が電気的に短絡してショート不良が発生する可能性が高くなってしまう。
【００２０】
この発明の目的は、前述の層間ハガレやショート不良などの発生を抑制した高信頼性を有する積層セラミック電子部品を作業負荷を大きく増加させることなく製造する積層セラミック電子部品の製造方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明の積層セラミック電子部品の製造方法におけるプレス工程は、グリーンシート積層体の積層方向の両主面を一対の剛体板で挟み込むとともに少なくとも一方の主面と剛体板との間に弾性体シートを介在させてプレスを行う第１のプレス工程と、該第１のプレス工程後に行われる、グリーンシート積層体の積層方向の両主面を一対の剛体板で挟み込んでプレスを行う第２のプレス工程とを含み、第１のプレス工程におけるプレス圧力を第２のプレス工程におけるプレス圧力の１０％〜３０％にすることを特徴としている。
【００２２】
この構成では、まず弾性体プレスでグリーンシート積層体全体を加圧しておくことで、内部電極非重なり部および内部電極非積層部についても必要な層間の密着力を得る。次に、弾性体プレスの圧力よりも高い圧力で剛体プレスを行うことで、内部電極重なり部の密着力をさらに高めるとともに、グリーンシート積層体の積層方向の両端面が略平坦になるように成形する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る積層セラミック電子部品の製造方法について、図を参照して説明する。なお、本実施形態では積層セラミック電子部品として積層セラミックコンデンサについて説明する。
図１は、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサの製造工程を示すフロー図である。
また、図２は、一次プレスである弾性体プレスの状態を示す断面図であり、図３は二次プレスである剛体プレスの状態を示す断面図である。
また、図４は弾性体プレスおよび剛体プレスにおける加圧力および加圧時間を示すグラフである。
図２および図３において、１はグリーンシート積層体、２はセラミックグリーンシート、３ａ，３ｂは内部電極パターン、５０は平板状の剛体板、５１は弾性体シートである。
【００２４】
本実施形態に係る積層セラミックコンデンサの製造方法について図１に基づいて説明する。
【００２５】
まず、ＢａＴｉＯ_３等を主成分とするセラミック材料とバインダとを所定の溶剤で混練して、セラミックスラリーを作成する。次に、このセラミックスラリーをドクターブレード等を用いて支持フィルム表面に均一な厚みで印刷し、乾燥することによりセラミックグリーンシートを形成する（ｓ１）。このように形成されたセラミックグリーンシートの表面にＮｉ粉末等の金属粉末とバインダとを溶剤で混合した内部電極ペーストをスクリーン印刷等により印刷し、乾燥することで、所定パターンの内部電極パターン３ａ，３ｂを形成する（ｓ２）。次に、内部電極パターン３ａ，３ｂがそれぞれ形成されたセラミックグリーンシート２を所定枚数積層して、図２に示すようなグリーンシート積層体１を形成する（ｓ３）。ここで、グリーンシート積層体１は、内部電極パターン３ａが形成されたセラミックグリーンシート２と内部電極パターン３ｂが形成されたセラミックグリーンシート２とが交互に積層されている。
【００２６】
次に、グリーンシート積層体１を、図２に示すように、耐熱性の弾性体シート５１で積層方向の両主面から挟み込み、さらに、一対の剛体板５０で挟み込む。なお、剛体板５０は予め所定温度（例えば、約８０℃）に、所定時間予熱してある。このように、弾性体シート５１および剛体板５０により挟み込まれたグリーンシート積層体１に対して一次プレス（弾性体プレス）を行う（ｓ４）。ここで、一次プレスは、図３に示すように、所定圧力（例えば１０〜３０ＭＰａ内の選択された圧力）で所定時間ｔ_１に亘り、前記予熱温度（８０℃）と同温度に加熱しながらグリーンシート積層体１の加圧を行う。
【００２７】
次に、グリーンシート積層体１と剛体板５０との間に挟まれた弾性体シート５１を取り除き、図３に示すように、グリーンシート積層体１を直接一対の剛体板５０で挟み込んで二次プレス（剛体プレス）を行う（ｓ５）。ここで、二次プレスは、図４に示すように、一次プレスよりも高い圧力（例えば、約１００ＭＰａ）で、一次プレスと同じ加圧時間ｔ_１に亘り、再度予熱温度と同温度（８０℃）に加熱しながらグリーンシート積層体の加圧を行う。
【００２８】
次に、前述のように加熱プレスされたグリーンシート積層体を、それぞれが個々の積層セラミックコンデンサとなる大きさの素体に切り分け（ｓ６）、匣等に積載して焼成炉に投入し、所定の雰囲気で焼成することによりセラミック焼結体を得る（ｓ７）。
【００２９】
そして、このように形成されたセラミック焼結体の内部電極が露出する端面にＮｉ等を含む導電性ペーストを塗布し（ｓ８）、焼結して外部電極を形成することで積層セラミックコンデンサを形成する（ｓ９）。
前述の工程で二次プレス（剛体プレス）の加圧力に対する一次プレス（弾性体プレス）の加圧力の割合をパラメータとして積層セラミックコンデンサを形成し、層間ハガレ発生率、チップ変形量、およびショート発生率を観測および測定した。その結果を次に示す。なお、本観測および測定に用いた積層セラミックコンデンサはセラミック層（セラミックグリーンシート）が４００層積層された、外形寸法１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．８ｍｍいわゆる１６０８タイプのものである。
ここで、層間ハガレは、セラミック焼結体の状態で各条件につき１００個観測し、層間ハガレの有無を条件良否の基準とした。すなわち、層間ハガレが発生していなければＯ．Ｋ．、発生していればＮ．Ｇ．とした。また、チップ変形量とは、図５に示すように、セラミック焼結体２０の中央部２０１と、内部電極が露出側の端部２０２との高さの差Δｈであり、各条件につき２０個測定した。そして、チップ変形量が５０μｍ以下の場合をＯ．Ｋ．と判定した。また、ショート率は、各条件につき１０００個の積層セラミックコンデンサを短絡検査し、その発生率が１％以下である場合をＯ．Ｋ．と判定した。
【００３０】
なお、比較例として、剛体プレスのみで加熱プレスを行った場合と、弾性体プレスのみで加熱プレスを行った場合についても、同様の観測および測定を行った。
この結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１に示すように、条件１（一次プレス６ＭＰａ、二次プレス１００Ｍｐａ）では、層間ハガレが発生するとともにショート不良も３％になった。これは、一次プレス（弾性体プレス）の加圧力が低すぎるため、剛体プレスのみを行った場合（条件６）と殆ど加圧条件が変わらないためと考えられる。
条件２（一次プレス８ＭＰａ、二次プレス１００Ｍｐａ）では、層間ハガレは発生しないがショート不良が４％となった。これは、一次プレス（弾性体プレス）により内部電極非重なり部が若干は加圧されているが、その加圧力が低いため、二次プレス（剛体プレス）時に、内部電極重なり部の内部電極パターンおよびセラミックグリーンシートが内部電極非重なり部側に大きく流れ込んでしまい、内部電極重なり部と内部電極非重なり部との境界部付近で、セラミックグリーンシートの厚みが薄くなってしまったことが原因と考えられる。
条件３（一次プレス１０ＭＰａ、二次プレス１００Ｍｐａ）、条件４（一次プレス２０ＭＰａ、二次プレス１００Ｍｐａ）、条件５（一次プレス３０ＭＰａ、二次プレス１００Ｍｐａ）では、層間ハガレの発生もなく、チップ変形量も５０μｍ以下であり、ショート発生率も１％以下であるので、問題はない。これは、一次プレス（弾性体プレス）により、内部電極非重なり部が必要十分に加圧されてたことで層間ハガレの発生が抑制されたからだと考えられる。また、この加圧力が強すぎないので、二次プレス（剛体プレス）により、内部電極重なり部と内部電極非重なり部との高さの差が減少する方向に変形し、チップ変形量を比較的小さくすることができたからだと考えられる。さらに、一次プレス（弾性体プレス）の加圧力が適当であったことにより、これより高い加圧力の二次プレス（剛体プレス）を行っても、内部電極重なり部から内部電極非重なり部への内部電極ペーストおよびセラミックグリーンシートの流れ込みを抑制することができたからだと考えられる。
【００３３】
条件６（一次プレス４０ＭＰａ、二次プレス１００Ｍｐａ）、条件７（一次プレス５０ＭＰａ、二次プレス１００Ｍｐａ）では、層間ハガレの発生はなく、ショート発生率も１％よりも低いが、チップ変形量が５０μｍよりも大きくなった。これは、一次プレス（弾性体プレス）の加圧力が大きすぎるため、内部電極重なり部と内部電極非重なり部とが略十分に加圧されているので、次に二次プレス（剛体プレス）を行っても、内部電極重なり部と内部電極非重なり部との高さの差を解消することができなかったからだと考えられる。
【００３４】
前述のように、二次プレス（剛体プレス）の加圧力が１００ＭＰａのとき一次プレス（弾性体プレス）の加圧力を１０ＭＰａから３０ＭＰａに設定すること、すなわち、一次プレスの加圧力を二次プレスの加圧力の１０〜３０％に設定することで、高信頼性を有する積層セラミックコンデンサを製造することができる。
【００３５】
また、製造される積層セラミックコンデンサの天面を平坦にすることができるので、この積層セラミックコンデンサを回路基板等に実装する場合におけるマウンタでのチャックミスを防止し、実装不良を抑制することができる。
【００３６】
また、前述の加圧プレスの工程において、一次プレスから二次プレスに移行する間の作業は弾性体シートを取り除く作業のみであるので、作業負荷を大幅に増加させることなく、容易な工程で高信頼性を有する積層セラミックコンデンサを製造することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、グリーンシート積層体の両端面に弾性体シートを配置したが、一方の端面にのみ弾性体シートを設けてもよい。このようにすることで、さらに作業負荷の増加を抑制できる。
【００３８】
また、本実施形態では積層セラミックコンデンサを例に説明したが、インダクタ等の他の積層セラミック電子部品等についても本発明の構成を適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によれば、加熱プレス工程を弾性体プレスで行う第１の加熱プレス工程と、該第１の加熱プレス工程後に行われる、剛体プレスで行われる第２の加熱プレス工程とで構成し、第１の加熱プレスのプレス圧力を第２の加熱プレスのプレス圧力の１０％〜３０％とすることにより、内部電極非重なり部および内部電極非積層部における層間の密着力を得るとともに、グリーンシート積層体の積層方向の端面を略平坦になるように成形することができる。
これにより、層間ハガレやショート不良の発生が抑制されて高信頼性の積層セラミック電子部品を製造することができる。
また、積層セラミック電子部品の天面が平坦に形成されるので、実装時でのマウンタによるチャックミスを防止し、実装不良を抑制することができる。
また、二回の加熱プレスの間の作業が弾性体シートを取り除く作業のみであるので、作業負荷を殆ど増加させることなく高信頼性を有する積層セラミック電子部品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る積層セラミックコンデンサの製造工程を示すフロー図
【図２】弾性体プレスの状態を示す断面図
【図３】剛体プレスの状態を示す断面図
【図４】弾性体プレスおよび剛体プレスにおける加圧力の状態を示すグラフ
【図５】セラミック焼結体の形状を示す部分断面図
【図６】従来のグリーンシート積層体を積層方向に平行な方向に切った断面図および素体の外観斜視図
【図７】従来のグリーンシート積層体の部分断面図
【符号の説明】
１−グリーンシート積層体
１０１−グリーンシート積層体１の内部電極重なり部
１０２−グリーンシート積層体１の内部電極非重なり部
１０３−グリーンシート積層体１の内部電極非積層部
２−セラミックグリーンシート
３ａ，３ｂ−内部電極パターン
１０−素体
２０−セラミック焼結体
２１−セラミック層
３０ａ，３０ｂ−内部電極
５０−剛体板
５１−弾性体シート

Claims

内部電極パターンを形成したセラミックグリーンシートを複数枚積層してグリーンシート積層体を形成する工程と、該グリーンシート積層体をプレスする工程と、該プレスされたグリーンシート積層体を各素体に分割して焼成する工程と、該素体に外部電極ペーストを塗布して焼結する工程とを含む積層セラミック電子部品の製造方法であって、
前記プレス工程は、前記グリーンシート積層体の積層方向の両主面を一対の剛体板で挟み込むとともに少なくとも一方の主面と剛体板との間に弾性体シートを介在させてプレスを行う第１のプレス工程と、該第１のプレス工程後に行われる、前記グリーンシート積層体の積層方向の両主面を一対の剛体板で挟み込んでプレスを行う第２のプレス工程とを含み、
前記第１のプレス工程のプレス圧力が前記第２のプレス工程のプレス圧力の１０％〜３０％であることを特徴とする積層セラミック電子部品の製造方法。