JP2005136126A - 積層セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼成時の内部欠陥、圧着積層体の変形そして耐電圧性の低下を防止しつつ、容量ばらつきや絶縁抵抗などの信頼性の低下を防止できる積層セラミック電子部品の製造方法を提供する。
【解決手段】第１バインダ樹脂を含有する複数のセラミックグリーンシート２を、間に、並設された内部電極（導体層）３、４及び第２バインダ樹脂を含有するセラミック層１２を並設・介在させて積層することにより積層素体を形成するとともに、積層素体を積層方向に温度Ｔ_０で加熱しつつ積層方向に加圧することにより圧着積層体を形成し、圧着積層体を焼成して積層セラミック電子部品を得る積層セラミック電子部品の製造方法であって、第１バインダ樹脂の軟化温度をＴ_１、第２バインダ樹脂の軟化温度をＴ_２とした場合、Ｔ_２＜Ｔ_０＜Ｔ_１の関係を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は積層セラミック電子部品の製造方法に関するものである。

代表的な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を用いて説明する。

従来の積層セラミックコンデンサの製造方法としては、まず、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）などの誘電体材料を主成分とするセラミック粉末、第１バインダ樹脂、溶剤などを混合したセラミックスラリーを、シート状に成形するとともに乾燥し、誘電体層となるセラミックグリーンシートを形成する。

次に、このセラミックグリーンシート上に、スクリーン印刷法などにより、Ｃｕ、Ｎｉなどの金属粉末、第３バインダ樹脂、溶剤などを混合した導体ペーストを薄膜状に塗布するとともに乾燥し、導体層である内部電極を形成する。

そして、セラミックグリーンシート上であって内部電極の周囲に、スクリーン印刷法などにより、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）などの誘電体材料を主成分とするセラミック粉末、第２バインダ樹脂、溶剤などを混合したセラミックペーストを薄膜状に塗布するとともに乾燥し、セラミック層を形成する。

導体層及びセラミック層が形成されたセラミックグリーンシートを積層した積層素体を温度Ｔ_０で加熱しつつ積層方向に加圧することにより、圧着積層体を形成する。

圧着積層体を各素子領域に切断、焼成することによって、積層体を形成するとともに、積層体端部に内部電極と接続する外部電極を形成し、積層セラミックコンデンサを得る。

前記圧着積層体の形成に際して、第１バインダ樹脂の軟化温度をＴ_１とした場合、Ｔ_１＜Ｔ_０の関係を満足する積層セラミック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。）。

当該製造方法によれば、積層素体を加熱しつつ積層方向に加圧する際に、積層方向に隣接するセラミックグリーンシートが塑性流動することにより十分密着するようにし、焼成時の層間剥離などの内部欠陥を防止していた。

しかしながら上述の積層セラミック電子部品の製造方法によれば、セラミックグリーンシートが塑性流動して厚みにばらつきが生じることにより、圧着積層体が変形したり、積層セラミックコンデンサの耐電圧性が低下するという問題点があった。

そこで、導体層に含有される第３バインダ樹脂の軟化温度をＴ_３とした場合、Ｔ_３＜Ｔ_０＜Ｔ_１の関係を満足する積層セラミック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２参照。）。

当該製造方法によれば、Ｔ_０＜Ｔ_１の関係を満足するため、積層素体を加熱しつつ積層方向に加圧する際に、セラミックグリーンシートの流動が生じず、圧着積層体の変形や、耐電圧性の低下を防止することができた。また、Ｔ_３＜Ｔ_０の関係を満足するため、導体層が塑性流動することにより、導体層を並設・介在させて積層されるセラミックグリーンシートが十分密着するようにし、焼成時の層間剥離などの内部欠陥を防止していた。
特開平０８−１６７５３７号公報（３−４頁、図１−２） 特開平０９−２７５０３０号公報（３−５頁、図面なし）

しかしながら、上述の積層セラミックコンデンサの製造方法によれば、積層素体を積層方向に温度Ｔ_０で加熱しつつ積層方向に加圧する際に、導体層が塑性流動するため、導体層の面積ばらつきによる容量ばらつきが発生したり、サイドマージンやエンドマージンが小さくなることにより、絶縁抵抗などの信頼性が低下するという問題点があった。ここで、エンドマージンとは、内部電極層の長手方向端辺と積層体の長手方向側端面との間の距離を言い、サイドマージンとは、内部電極層の側辺と積層体の側面との間の距離を言う。

本発明は、上述の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、焼成時の内部欠陥、圧着積層体の変形そして耐電圧性の低下を防止しつつ、容量ばらつきや絶縁抵抗などの信頼性の低下を防止でき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。

本発明は、第１バインダ樹脂を含有する複数のセラミックグリーンシートを、間に、導体層及び第２バインダ樹脂を含有するセラミック層を並設・介在させて積層することにより積層素体を形成するとともに、該積層素体を温度Ｔ_０にて加熱しつつ積層方向に加圧することにより圧着積層体を形成し、該圧着積層体を焼成することによって積層セラミック電子部品を得る積層セラミック電子部品の製造方法であって、前記第１バインダ樹脂の軟化温度をＴ_１、前記第２バインダ樹脂の軟化温度をＴ_２とした場合、Ｔ_２＜Ｔ_０＜Ｔ_１の関係を満足することを特徴とするものである。

また、前記導体層に第３バインダ樹脂が含有されており、該第３バインダ樹脂の軟化温度をＴ_３とした場合、Ｔ_２＜Ｔ_０＜Ｔ_３＜Ｔ_１の関係を満足することを特徴とするものである。

本発明によれば、第１バインダ樹脂の軟化温度をＴ_１、前記第２バインダ樹脂の軟化温度をＴ_２とした場合、Ｔ_２＜Ｔ_０＜Ｔ_１の関係を満足することから、セラミックグリーンシートの流動による圧着積層体の変形や耐電圧性の低下を防止するとともに、セラミック層を介してセラミックグリーンシート同士の密着強度を上げることにより焼成時の層間剥離などの内部欠陥を防止することができる。

また、第３バインダ樹脂の軟化温度をＴ_３とした場合、Ｔ_２＜Ｔ_０＜Ｔ_３＜Ｔ_１の関係を満足することから、上記効果に加えて、導体層は塑性流動しないため、導体層の面積ばらつきによるコンデンサ容量のばらつき並びにサイドマージンやエンドマージンが小さくなることによる絶縁抵抗などの信頼性の低下を防止することができる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

代表的な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の製造方法を用いて説明する。

図１は、本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法を示す図であり、積層・加圧加熱工程を示す断面図である。図２は、本発明の製造方法を用いて作製された積層セラミックコンデンサを示す図であり、（ａ）外観斜視図、（ｂ）平面断面図、（ｃ）縦断面図である。

図において、積層セラミックコンデンサ１０は、矩形状の誘電体層２を複数積層して成る積層体１と、誘電体層２間に複数配列されるとともに、その一端が積層体１の端面から露出する導体層としての内部電極３、４と、誘電体層間、且つ内部電極３、４の周辺に配置しているセラミック層１２と、積層体１の両端部に形成され、内部電極３、４に夫々接続される複数の外部電極５、６とからなる。

以下、本発明の積層セラミックコンデンサ１０の製造方法について説明する。なお、図番は、加熱加圧及び焼成の前後で区別しないことにする。

まず、ＰＥＴフィルムなどのキャリアフィルム２０上に、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）などの誘電体材料を主成分とするセラミック粉末、第１バインダ樹脂、溶剤、可塑剤、分散剤などを混合したセラミックスラリーを、ドクターブレード法、引き上げ法、ダイコーター、グラビアロールコータなどにより、シート状に成形するとともに乾燥し、誘電体層となるセラミックグリーンシート２を形成する。第１バインダ樹脂としては、セラミックグリーンシート２の強度を比較的大きくするため、例えば、ポリビニルブチラール（ガラス転移温度Ｔｇ：５０℃）及びポリビニルアルコール（Ｔｇ：６０〜８５℃）を所定の割合で混合して、第１バインダ樹脂の軟化温度Ｔ_１を６５〜８０℃にすればよい。ここで、軟化温度とは、バインダ樹脂を含有するセラミックグリーンシート２、セラミック層１２そして内部電極３、４が塑性流動を開始する温度のことを言い、バインダ樹脂が複数の成分を含有する場合は、一般にガラス転移温度（Ｔｇ）の低い成分のＴｇに支配されることが多い。

次に、セラミックグリーンシート２上に、スクリーン印刷法などにより、Ｃｕ、Ｎｉなどの金属粉末、第３バインダ樹脂、溶剤などを混合した導体ペーストを薄膜状に塗布するとともに乾燥し、内部電極３、４を形成する。第３バインダ樹脂としては、例えば、エチルセルロース（Ｔｇ：１００〜１２０℃）及びアルキド樹脂（Ｔｇ：−４０〜１０℃）を所定の割合で混合して第３バインダ樹脂の軟化温度Ｔ_３を５５〜７５℃にすればよい。

次に、セラミックグリーンシート２上の内部電極３、４の周囲に、スクリーン印刷法などにより、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）などの誘電体材料を主成分とするセラミック粉末、第２バインダ樹脂、溶剤などを混合したセラミックペーストを薄膜状に塗布するとともに乾燥し、セラミック層１２を形成する。第２バインダ樹脂としては、エチルセルロース（Ｔｇ：１００〜１２０℃）及びアルキド樹脂（Ｔｇ：−４０〜１０℃）を所定の割合で混合して第２バインダ樹脂の軟化温度Ｔ_２を２０℃にすればよい。この第２バインダ樹脂及び第３バインダ樹脂に、相溶性が良好であるエチルセルロース及びアルキド樹脂を用いることから、均一な導体ペースト、セラミックペーストを作製することができる。

ここで内部電極３、４は、セラミックグリーンシート２上にセラミック層１２を形成した後で形成するようにしても良い。このことにより、導体ペーストの粘度が小さい場合も、セラミック層１２の存在によりにじみを防止できる。またこのとき、セラミックグリーンシート２とセラミック層１２の色が同一である場合、画像処理装置などによりセラミック層１２の位置を認識しにくくなるため、セラミックグリーンシート２あるいはセラミック層１２の一方に、着色剤を添加しておくと良い。

次に、内部電極３、４及びセラミック層１２が形成されたセラミックグリーンシート２を下パンチ２２上に載置させ、積層素体１１を形成するとともに、キャリアフィルム２０側の上パンチ２１及び／または下パンチ２２により、積層素体１１をＴ_２＜Ｔ_０＜Ｔ_１の関係を満足するような温度Ｔ_０（例えば、６０℃〜７０℃）で加熱しつつ積層方向に加圧することにより、圧着積層体１１を形成する。この後、上パンチ２１及びキャリアフィルム２０を上昇させ、キャリアフィルム２０を圧着積層体１１から離間させる。これらの工程を繰り返すことにより、セラミックグリーンシート２と内部電極３、４が交互に積層された圧着積層体１１が形成される。

このように、Ｔ_２＜Ｔ_０＜Ｔ_１の関係を満足する温度Ｔ_０で加熱しつつ積層方向に加圧することにより、セラミックグリーンシート２の流動による圧着積層体１１の変形や耐電圧性の低下を防止するとともに、セラミック層１２を介してセラミックグリーンシート同士の密着強度を上げることにより焼成時の層間剥離などの内部欠陥を防止することができる。

また、Ｔ_２＜Ｔ_０＜Ｔ_３＜Ｔ_１の関係を満足することにより、上記効果に加えて、内部電極（導体層）３、４は塑性流動しないため、内部電極３、４の面積ばらつきによるコンデンサ容量のばらつき並びにサイドマージンやエンドマージンが小さくなることによる絶縁抵抗などの信頼性の低下を防止することができる。

一体化された圧着積層体１１は、各素子領域に切断することにより得た未焼成状態の積層体１を焼成して積層体１を得る。

得られた積層体１の両端面に、内部電極３、４に接続するように、夫々外部電極５、６を形成することにより、図２に示すような積層セラミックコンデンサ１０が作製される。

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。

例えば、セラミック層１２の厚みが内部電極３、４の厚みより大きくなるようにしても良い。このことにより、セラミック層１２が流動することにより、セラミックグリーンシート２がさらに効果的に密着するとともに、積層素体１１を積層方向に加圧する際に、セラミック層２が加圧された後で内部電極３、４が加圧されるため、内部電極３、４の変形を防止できるという効果もある。

また、上記実施の形態では、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を用いて説明したが、本発明は、回路基板、積層圧電部品、半導体部品など、あらゆる積層セラミック電子部品に適用できる。

さらに、セラミックグリーンシート２を下パンチ２２上に載置させ、加熱しつつ積層方向に加圧した後、内部電極３、４を形成することを繰り返すことにより、圧着積層体１を形成するようにしても良い。

また、セラミックグリーンシート２を吸着ヘッドなどにより吸着することにより、下パンチ２２上に載置するようにしても良い。

本発明者は、本発明の作用効果を確認するために、評価を行った。

上記製造方法により、第１バインダ樹脂を含有する複数のセラミックグリーンシート２を、間に、並設された第３バインダ樹脂を含有する内部電極（導体層）３、４及び第２バインダ樹脂を含有するセラミック層１２を並設・介在させて積層することにより積層素体１１を形成するとともに、積層素体１１を積層方向に温度Ｔ_０で加熱しつつ積層方向に加圧することにより圧着積層体１１を形成した。形成された圧着積層体１１を各素子領域に切断することにより、未焼成状態の積層体１を形成した。形成された未焼成状態の積層体１を焼成することにより、積層体１を得た。

このとき、表１に示すように、第１バインダ樹脂は、ポリビニルブチラールとポリビニルアルコールを所定の割合で混合することにより、軟化温度Ｔ_１を５５℃〜８０℃に調節した。また、第２バインダ樹脂は、エチルセルロールとアルキド樹脂を８０：２０の割合で混合することにより、軟化温度Ｔ_２を２０℃〜１１０に調節した。さらに、第３バインダ樹脂は、エチルセルロールとアルキド樹脂を所定の割合で混合することにより、軟化温度Ｔ_３を５５℃〜１１０℃に調節した。そして、加熱温度Ｔ_０は、６０℃と７０℃の２通りに調節した。

得られた圧着積層体１１について、内部電極（導体層）３、４の変形率、サイドマージン小発生率、層間剥離発生率を評価した。それぞれについての測定・判断方法は以下の通りである。

変形率は、印刷直後と積層後の内部電極（導体層）３、４の寸法変化を調べることにより測定した。この場合、印刷直後の寸法は、印刷後に測定顕微鏡を用いて、積層後は積層体を切断した断面に露出した内部電極（導体層）３、４について、これも測定顕微鏡を用いて測定した。

サイドマージン小発生率として、圧着積層体１１を切断後の未焼成状態の積層体１の端面を測定顕微鏡を用いて、サイドマージンが所定の長さに満たない未焼成状態の積層体１の割合を求めた。

層間剥離発生率は、焼成直後の積層体１と、この積層体１を３４０℃の半田槽に２秒間浸漬（熱衝撃試験）し、誘電体層２と第１の内部電極３、第２の内部電極４の間に剥離が発生した割合を求めた。

サイドマージン小発生率及び層間剥離発生率の評価は、１００個の試料について、研磨面を金属顕微鏡で観察することにより評価した。

判定方法として、変形率が０％、サイドマージンが６０μｍ未満である割合が０％、焼成直後の積層体１の層間剥離発生率が０％である場合を良品として○印とした。良品の内、サイドマージンが７０μｍ未満である割合が０％、熱衝撃試験後の層間剥離の発生率が０％である場合を◎印とした。一方、良品以外のものを不良品として×印とした。

結果を表１に示す。

表１に示す通り、Ｔ_２＜Ｔ_０＜Ｔ_１の関係を満足する本実施例（試料番号１〜５）では、変形率が０％、サイドマージンが６０μｍ未満である割合が０％、焼成直後の積層体１の層間剥離発生率が０％となった。特に、Ｔ_２＜Ｔ_０＜Ｔ_３＜Ｔ_１の関係を満足する場合（試料番号１、５）、サイドマージンが７０μｍ未満である割合が０％、熱衝撃試験後の層間剥離の発生率が０％となった。

これに対し、Ｔ_０＜Ｔ_１（＜Ｔ_２、Ｔ_３）の関係を満足する比較例（試料番号６）では、焼成直後の積層体１の層間剥離発生率が５％となった。一方、Ｔ_１＜Ｔ_０（＜Ｔ_２、Ｔ_３）の関係を満足する比較例（試料番号７）では、変形率が０％、サイドマージンが６０μｍ未満である割合が５％となった。また、Ｔ_３＜Ｔ_０＜Ｔ_１（、Ｔ_２）の関係を満足する比較例（試料番号８）では、サイドマージンが６０μｍ未満である割合が１０％となった。

これらの結果から、本発明の積層セラミックコンデンサ１０の製造方法によれば、プレス温度をＴ_０、第１バインダ樹脂の軟化温度をＴ_１、第２バインダ樹脂の軟化温度をＴ_２とした場合、Ｔ_２＜Ｔ_０＜Ｔ_１の関係を満足するため、焼成時の内部欠陥や、積層体の変形を防止しつつ、（内部電極）導体層の流動によるサイドマージンが小さくなることを防止できすることがわかり、容量ばらつきや、絶縁抵抗などの信頼性の低下を防止できることがわかる。

本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法を示す図であり、積層・加圧加熱工程を示す断面図である。 本発明の製造方法を用いて作製された積層セラミックコンデンサを示す図であり、（ａ）外観斜視図、（ｂ）平面断面図、（ｃ）縦断面図である。

符号の説明

１０・・積層セラミックコンデンサ
１・・・積層体
２・・・誘電体層（セラミックグリーンシート）
３、４・内部電極（導体層）
５、６・外部電極
１２・・セラミック層
１１・・圧着積層体（積層素体）
２０・・支持体（キャリアフィルム）
２１・・上パンチ
２２・・下パンチ

Claims (2)

1. 第１バインダ樹脂を含有する複数のセラミックグリーンシートを、間に、導体層及び第２バインダ樹脂を含有するセラミック層を並設・介在させて積層することにより積層素体を形成するとともに、該積層素体を温度Ｔ_０にて加熱しつつ積層方向に加圧することにより圧着積層体を形成し、該圧着積層体を焼成することによって積層セラミック電子部品を得る積層セラミック電子部品の製造方法であって、
   前記第１バインダ樹脂の軟化温度をＴ_１、前記第２バインダ樹脂の軟化温度をＴ_２とした場合、Ｔ_２＜Ｔ_０＜Ｔ_１の関係を満足す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。
2. 前記導体層に第３バインダ樹脂が含有されており、該第３バインダ樹脂の軟化温度をＴ_３とした場合、Ｔ_２＜Ｔ_０＜Ｔ_３＜Ｔ_１の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。

Images