JP2005186474A - セラミックグリーンシート圧着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミックグリーンシート全体に歪みを与えず、セラミックグリーンシートの積層体の密度が不均一となる構造欠陥を引き起こすことのないセラミックグリーンシート圧着装置を提供する。
【解決手段】第１の型１は、受面１２を含み、第２の型２は、加圧面２１を含んでいる。第１の型１及び第２の型２は、受面１２と加圧面２１とが互いに対向するように配置され、加圧手段３によって、受面１２と加圧面２１とが相対的に接近し、又は遠ざかるように駆動される。静電吸着手段４は帯電電極４１と、静電気帯電部材４３とを含み、第１の型１に備えられる。静電気帯電部材４３は、帯電電極４１と組み合わされ、表面が平滑な受面１２を構成する。受面１２は、セラミックグリーンシート８を静電吸着する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、積層コンデンサや積層インダクタ等その他の積層セラミック電子部品の製造に用いるセラミックグリーンシート圧着装置に関する。

セラミック電子部品において、例えば積層セラミックコンデンサは、従来より、以下の方法により製造されている。すなわち、支持体上に、セラミック粉、有機バインダ、可塑剤、溶剤等を含むセラミック塗料を、ドクターブレード法等によってシート状に成形し、その上にパラジウム、銅、ニッケル等の内部電極をスクリーン印刷により形成する。シート状成形物は、一般に、セラミックグリーンシートと称されている。

次に、このセラミックグリーンシートは、所定の大きさにカットされ、重ね合わされて積層される。積層されたセラミックグリーンシートは、プレスにより圧着され、一体化したブロックのセラミックグリーンシート積層体を形成する。

セラミックグリーンシート積層体は、所定の大きさにカットされ、セラミックグリーンチップとなる。このようにして得られたセラミックグリーンチッブは、内部のバインダがバーンアウトされ、１０００〜１４００℃の温度範囲で焼成される。得られた焼成体は、銀、銀−パラジウム、ニッケル、銅等の端子電極が形成されることによって、積層セラミックコンデンサとなる。

このような、積層セラミックコンデンサで代表されるセラミック電子部品の製造工程において、セラミックグリーンシートの積層、圧着工程は、例えば特許文献１〜４等に開示されている。具体的には、特許文献１には、セラミックグリーンシートに貫通孔を設け、更に、上下金型に吸引孔を設けて、この貫通孔を通して吸引し、セラミックグリーンシートを保持しながら積層圧着する方法が開示されている。特許文献２〜４には、上下金型に吸引孔を設けて、この貫通孔を通して吸引し、積層圧着する方法が開示されている。

ところで、近年、電子機器の小型化、回路部品の高密度実装化が進展し、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分野においても小型化、高性能化が望まれている。

積層セラミックコンデンサを小型、高容量化する方法として、誘電体層及び内部電極層の薄層化、多層化があげられる。誘電体層及び内部電極層を薄層化するためには焼成前のセラミックグリーンシートを薄くする必要があり、現状では、厚さ１μmの誘電体層や厚さ１．２μmの内部電極層が実現されている。

ところが、誘電体層及び内部電極層の薄層化が進むと、真空吸着方式では、次のような新たな問題が発生することがわかった。

セラミックグリーンシートあるいはその積層体は、焼成前の段階にあり、柔軟性を有している。真空吸着方式の場合、上下金型に吸引孔を設けて、この貫通孔を通して吸引するので、受け台の表面は多数の開口による微小な凹凸面を形成している。このため、金型上に配置されたセラミックグリーンシートあるいはその積層体は、接触面が金型の吸引孔の微小な凹部に吸引されて凹凸状に変形する。

凹凸状の変形は、セラミックグリーンシートが加熱、加圧される圧着工程でより顕著となり、セラミックグリーンシートが薄層化するほど悪影響を及ぼす。更に、この凹凸状の変形は、セラミックグリーンシート全体に歪みを与え、積層ずれや内部電極パターンずれの原因となり、セラミックグリーンシート積層体の密度が不均一となる構造欠陥を引き起こす。この構造欠陥は、デラミネーション（層間剥離）やクラック発生の原因となり、セラミックグリーンシート積層体が焼成された後の積層セラミックコンデンサにおける短絡不良や耐電圧不良を引き起こす。
特開２００１−１０２２４８号公報 特開平１１−２７７５１８号公報 特許第２５０４２７６号公報 特開平１０−７１６１１号公報

本発明の課題は、セラミックグリーンシート全体に歪みを与えず、セラミックグリーンシート積層体の密度が不均一となる構造欠陥を引き起こすことのないセラミックグリーンシート圧着装置を提供することである。

本発明のもう一つの課題は、デラミネーションやクラックの発生を抑え、焼成後の積層セラミックコンデンサにおける短絡不良や耐電圧不良を防止し得るセラミックグリーンシート圧着装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係るセラミックグリーンシート圧着装置は、第１の型と、第２の型と、加圧手段と、静電吸着手段とを含み、積層されたセラミックグリーンシートを圧着する。前記第１の型は、受面を含んでいる。前記第２の型は、加圧面を含み、前記加圧面が前記受面に対して対向している。前記加圧手段は、第１の型または前記第２の型を駆動し、前記加圧面と前記受面とを相対的に接近させ、または、遠ざける。

前記静電吸着手段は、帯電電極と、静電気帯電部材とを含み、前記第１の型に備えられている。前記静電気帯電部材は、前記帯電電極と組み合わされ、表面が平滑に形成されて前記受面を構成している。前記受面は、前記セラミックグリーンシートを静電吸着する。

上述したように、本発明に係るセラミックグリーンシート圧着装置において、第２の型は加圧面を含んでおり、加圧面は、第１の型の受面に対して対向している。加圧手段は第２の型を駆動し、加圧面を受面に対して接近させ、または、遠ざける。このため、受面と加圧面とが離隔している状態で、セラミックグリーンシートを、受面上に配置し、積層することができる。

ここで、本発明に係るセラミックグリーンシート圧着装置は、静電吸着手段を含んでいる。静電吸着手段は、帯電電極と、静電気帯電部材とを含み、第１の型に備えられている。静電気帯電部材は、帯電電極と組み合わされ、表面が受面を構成している。受面はセラミックグリーンシートを静電吸着する。従って、従来の真空吸着と異なって、受面は凹凸のない平滑な面とすることができ、平滑な受面上にセラミックグリーンシートを配置し、吸着することができる。

上述したように、受面は、表面が平滑に形成されているから、受面に保持されたセラミックグリーンシートに凹凸変形が発生しない。このため、加圧圧着前の積層状態でも、セラミックグリーンシート全体に歪みが発生することがない。

セラミックグリーンシートを、上述のようにして受面上に配置した後、加圧手段によって、第２の型を駆動し、加圧面を受面に対して接近させ、それによって、セラミックグリーンシートを、受面と加圧面との間で加圧して圧着し、一体化されたセラミックグリーンシート積層体を得る。

ここで、本発明に係るセラミックグリーンシート圧着装置は、静電吸着手段を含んでおり、受面は、表面が平滑に形成されているから、加圧圧着の工程において、受面に保持されたセラミックグリーンシートに凹凸変形が発生しない。このため、加圧圧着後も、セラミックグリーンシート全体に歪みが発生せず、積層ずれや内部電極パターンずれが防止でき、セラミックグリーンシート積層体の密度が不均一となる構造欠陥を引き起こすことがない。従って、デラミネーションやクラックの発生を抑え、焼成後の積層セラミックコンデンサにおける短絡不良や耐電圧不良を防止し得る。

受面は、具体的には、アルミナで構成することができる。その平面度は、５０ｎｍ以下であることが好ましい。アルミナであれば、このような平面度を容易に実現できる。

以上述べたように、本発明によれば次のような効果を得ることができる。
（ａ）セラミックグリーンシート全体に歪みを与えず、セラミックグリーンシート積層体の密度が不均一となる構造欠陥を引き起こすことのないセラミックグリーンシート圧着装置を提供することができる。
（ｂ）デラミネーションやクラックの発生を抑え、焼成後の積層セラミックコンデンサにおける短絡不良や耐電圧不良を防止し得るセラミックグリーンシート圧着装置を提供することができる。

本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。但し、添付図面は、単なる例示に過ぎない。

図１は本発明に係るセラミックグリーンシート圧着装置の正面図でる。図示された圧着装置は、第１の型１と、第２の型２と、加圧手段３と、静電吸着手段４と、支持体５１、５２とを含んでいる。

第１の型１は、取り付け台６に固定されており、ヒーター１３と、受け台１１を含んでいる。受け台１１は、受面１２を含み、受面１２にセラミックグリーンシート８が配置される。セラミックグリーンシート８は、焼成前のやわらかいシートである。一般には、複数が積層されて積層体を構成する。

第２の型２は、加圧面２１と、ヒーター２３とを含み、加圧面２１が受面１２と対向するように配置され、両側が支持体５１、５２によって支持され、支持体５１、５２に沿って摺動可能に支持されている。支持体５１、５２は、取り付け台６に固定されている。

加圧手段３は、駆動装置（図示しない）により駆動され、第２の型２を支持体５１、５２に沿って摺動させ、加圧面２１を受面１２に接近F1または離隔F2させる。そして、加圧面２１を受面１２に接近させて、受面１２の上に配置されたセラミックグリーンシート８を圧着する。駆動装置としては、空気圧駆動装置、油圧駆動装置、またはモータなどを用いることができる。微小動作コントロールという観点からは、モータが望ましい。

本実施例において、第１の型１は、固定型として構成され、第２の型２は、可動型として構成されているが、受面１２と加圧面２１とを相対的に接近、離隔できればよく、固定型と可動型とが入れ替わってもよい。

静電吸着手段４は、帯電電極４１と、電源４２と、静電気帯電部材４３とを含み、第１の型１の受け台１１に固定して備え付けられている。帯電電極４１は、電源４２の例えば正電位側に接続される。

図では、説明の簡単化のため、電源４２として、直流電源を示したが、交流電源であってもよい。また、帯電電極４１は複数であってもよく、それぞれに対して、位相の異なる交流電源を供給してもよい。これらの具体的構成に関しては、従来技術を適用できる。

静電気帯電部材４３は絶縁性材料で構成されており、帯電電極４１と組み合わされ、表面が平滑に形成されて受面１２を構成する。受面１２は、セラミックグリーンシート８を静電吸着する。

図2は静電吸着手段及び吸着されたセラミックグリーンシートの帯電状態を示す概念図である。図2に図示したように、帯電電極４１は、電源４２の正電位側に接続されて正に帯電される。帯電電極４１に組み合わされた静電気帯電部材４３は分極し、その帯電電極４１側に負電気が誘導され、帯電電極４１から遠い反対側が正に帯電する。静電気帯電部材４３の正に帯電した表面は受面１２を構成している。

受面１２に配置されたセラミックグリーンシート８の受面１２側に負電気が誘導され、セラミックグリーンシート８は受面１２の正電気によって静電吸着される。受面１２を構成する静電気帯電部材４３の表面は平滑に形成されているので、受面１２に配置し、保持されたセラミックグリーンシート８に凹凸変形が生じることはない。

静電気帯電部材４３の形状は、配置されるセラミックグリーンシート８の形状より大きな平面を有する形状であればよく、その形状を考慮した例えば四角形状に形成される。帯電電極４１及び静電気帯電部材４３との組み合わせ形態は、帯電電極４１に接して平板状の静電気帯電部材４３を配置する形態や、帯電電極４１に絶縁被覆を施し、絶縁被覆を静電気帯電部材４３とする形態や、帯電電極４１を内部電極として静電気帯電部材４３に内蔵する形態等の何れであってもよい。静電気帯電部材４３の材質は、アルミナ等のセラミック材料が適している。アルミナであれば、上述した種々の形態に対応でき、加熱、加圧に対する耐久性も高く、また、表面の平面度を５０ｎｍ以下にできる。

図３は本発明に係るセラミックグリーンシート圧着装置において、受面１２と加圧面とを接近させた状態を示している。セラミックグリーンシート８を、受面１２上に配置した後、加圧手段３によって、第２の型２を駆動し、加圧面２１を受面１２に対して接近させ、それによって、セラミックグリーンシート８を、受面１２と加圧面２１との間で加圧して圧着し、一体化されたセラミックグリーンシート８の積層体を得る。

図４は本発明に係るセラミックグリーンシート圧着装置における受面１２と、セラミックグリーンシート８との関係を示す図である。

本発明に係るセラミックグリーンシート圧着装置は、静電吸着手段を含んでおり、受面１２は、表面が平滑に形成されているから、加圧圧着の工程において、受面１２に保持されたセラミックグリーンシート８に凹凸変形が発生しない。

このため、加圧圧着後も、セラミックグリーンシート８全体に歪みが発生せず、積層ずれや内部電極パターンずれが防止でき、セラミックグリーンシート８の積層体の密度が不均一となる構造欠陥を引き起こすことがない。従って、デラミネーションやクラックの発生を抑え、焼成後の積層セラミックコンデンサにおける短絡不良や耐電圧不良を防止し得る。

図５はポーラスな受面を有する従来の真空吸着を用いた場合の問題点を示す図である。真空吸着方式は、図５に示すように、多数の微小開口を含むポーラスな受け台４４を用い、真空吸引することにより、受け台４４上に配置されたセラミックグリーンシート８を吸着する方式である。

セラミックグリーンシート８は、焼成前の段階にあり、柔軟性を有している。ポーラスな受け台４４の表面は、多数の開口４４２による凹凸面４４１を形成している。このため、受け台４４に配置されたセラミックグリーンシート８は、ポーラスな受け台４４との接触面が、開口４４２による凹凸面４４１に吸引されて凹凸状に変形する。

凹凸状の変形は、セラミックグリーンシート８が加熱、加圧される圧着工程でより顕著となり、セラミックグリーンシート８が薄層化するほど、悪影響を及ぼす。

更に、この凹凸状の変形は、セラミックグリーンシート８の全体に歪みを与え、積層ずれや内部電極パターンずれの原因となり、セラミックグリーンシート８の積層体の密度が不均一となる構造欠陥を引き起こす。従来は、この構造欠陥が、セラミックグリーンシート８の積層体が焼成された後の積層セラミックコンデンサにおける短絡不良や耐電圧不良を引き起こし、デラミネーション（層間剥離）やクラック発生の原因となっていたのである。本発明に係るセラミックグリーシート圧着装置によれば、このような構造欠陥を回避できることは、前述した説明から明らかである。

本発明に係るセラミックグリーンシート圧着装置は、複数枚のセラミックグリーンシートを積層圧着する必要のある積層電子部品の製造に広く適用できる。以下に、その代表例として、積層セラミックコンデンサの製造を例にとって説明する。

図６は、積層セラミックコンデンサの製造に用いるセラミックグリーンシート８の平面図、図７は、図６に図示したセラミックグリーンシート８の積層状態を説明する図である。

セラミックグリーンシート８は、図６に示すように、セラミック塗料層８０の上に、電極E11〜Ｅｍｎを、ｍ行ｎ列のマトリクス状に形成したものである。図示の電極Ｅ１１〜Ｅｍｎは、縦方向Ｙよりも、横方向Ｘに長い平面形状を有する。セラミック塗料層８０及び電極Ｅ１１〜Ｅｍｎは乾燥後の状態にある。このようなセラミックグリーンシート８は周知の技術にしたがって得ることができる。セラミックグリーンシート８は積層枚数ｎだけ作製される。作製されたセラミックグリーンシート８１〜８ｎは、図示はされていないが、別途備えられている位置決め機能を有するキャリアに保持されて、順次圧着装置に運ばれる。

図６に図示した１枚目のセラミックグリーンシート８１は、図１に図示した受面１２と加圧面２１とが離隔した状態で、圧着装置の受面１２の上に配置される。受面１２を構成する静電気帯電部材４３の表面は正に帯電しているから、配置されようとしたセラミックグリーンシート８１は、その受面１２側に受面１２と反対の負電気が誘導され、受面１２に静電吸着される。

２枚目のセラミックグリーンシート８２は、１枚目のセラミックグリーンシート８１に対して横方向XにオフセットΔXして位置決めされ積層される。１枚目のセラミックグリーンシート８１における受面１２と遠い側は、受面１２と同じ正電気が誘導されており、２枚目のセラミックグリーンシート８２は、その積層側に１枚目のセラミックグリーンシート８１と反対の負電気が誘導され、１枚目のセラミックグリーンシート８１に静電吸着される。

３枚目のセラミックグリーンシート８３は、１枚目のセラミックグリーンシート８１と面方向において同一位置に位置決めされて積層される。２枚目のセラミックグリーンシート８２における受面１２と遠い側は、受面１２と同じ正電気が誘導されており、３枚目のセラミックグリーンシート８３は、その積層側に２枚目のセラミックグリーンシート８２と反対の負電気が誘導され、２枚目のセラミックグリーンシート８２に静電吸着される。

図示されない４枚目以降のセラミックグリーンシート８は同様に交互にオフセットされて、同様に静電吸着される。受面１２に保持されたセラミックグリーンシート８１〜８ｎは、ヒータ１３により加熱される。

セラミックグリーンシート８の電極印刷プロセスにおいて、２つの製版を用い、電極にオフセットを付した２種のセラミックグリーンシート８を製造し、これらを交互に積層するプロセスを採用することもでき、この場合には、積層するセラミックグリーンシート８の相互に、上述したオフセットを付する必要はない。

所定積層枚数nのセラミックグリーンシート８１〜８ｎを積層した後、図３に図示したように、加圧手段３により、第２の型２を矢印F１の方向に駆動し、その加圧面２１を受面１２の方向に接近させる。これにより、セラミックグリーンシート８１〜８ｎはヒータ１３、２３に加熱されながら、圧着される。圧着されセラミックグリーンシート８の積層体９はブロック状に一体化される。

ここで、受面１２は、表面が平滑に形成されている。このため、薄層、多層化したセラミックグリーンシート８の積層体９を均一に荷重できるので、セラミックグリーンシート８の積層体９に凹凸変形が生じることはない。従って、セラミックグリーンシート８の積層体９の全体に歪みが発生せず、積層ずれや内部電極パターンずれが防止でき、密度が不均一となる構造欠陥を引き起こすことがない。

その後、セラミックグリーンシート８の積層体９は、所定の大きさにカットされ、セラミックグリーンチップとなる。このようにして得られたセラミックグリーンチッブは、内部のバインダがバーンアウトされ、１０００〜１４００℃の温度範囲で焼成される。得られた焼成体は、銀、銀−パラジウム、ニッケル、銅等の端子電極が形成されることによって、積層セラミックコンデンサとなる。

本発明圧着装置を用いて製造したセラミックグリーンシート８の積層体は、構造欠陥がないので、デラミネーションやクラックの発生を抑え、焼成後の積層セラミックコンデンサにおける短絡不良や耐電圧不良を防止し得る。

以上、好ましい実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、その基本的技術思想および教示に基づき、種々の変形例を想到できることは自明である。

本発明に係るセラミックグリーンシート圧着装置の正面部分断面図である。 静電吸着手段及び吸着されたセラミックグリーンシートの帯電状態を示す概念図である。 図１に示した本発明に係るセラミックグリーンシート圧着装置の圧着動作時の正面部分断面図である。 本発明に係るセラミックグリーンシート圧着装置における受面と、セラミックグリーンシートとの関係を示す図である。 ポーラスな受面を有する従来の真空吸着を用いた場合の問題点を示す図である。 積層セラミックコンデンサの製造に用いるセラミックグリーンシートの平面図である。 図６に図示したセラミックグリーンシートの積層状態を説明する図である。

符号の説明

１ 第１の型
１２ 受面
２ 第２の型
２１ 加圧面
３ 加圧手段
４ 静電吸着手段
４１ 帯電電極
４３ 静電気帯電部材
８、８１〜８ｎ セラミックグリーンシート

Claims (3)

1. 第１の型と、第２の型と、加圧手段と、静電吸着手段とを含み、積層されたセラミックグリーンシートを圧着する装置であって、
   前記第１の型は、受面を含んでおり、
   前記第２の型は、加圧面を含み、前記加圧面が前記受面に対して対向しており、
   前記加圧手段は、第１の型または前記第２の型を駆動し、前記加圧面と前記受面とを相対的に接近させ、または、遠ざけるものであり、
   前記静電吸着手段は、帯電電極と、静電気帯電部材とを含み、前記第１の型に備えられており、
   前記静電気帯電部材は、前記帯電電極と組み合わされ、表面が平滑に形成されて前記受面を構成しており、
   前記受面は、前記セラミックグリーンシートを静電吸着するものである
   セラミックグリーンシート圧着装置。
2. 請求項１に記載された圧着装置であって、前記受面は、アルミナで構成されるセラミックグリーンシート圧着装置。
3. 請求項１または２に記載された圧着装置であって、前記受面は、平面度が５０ｎｍ以下であるセラミックグリーンシート圧着装置。

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