JP2005286204A - 積層セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 界面近傍の誘電体積層部にポーラス層が発生せず、マイグレーションによる絶縁抵抗劣化の少ない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】 磁性体グリーンシート２と誘電体グリーンシート３，４を作製する。磁性体グリーンシート２を積層して構成した磁性体積層部８と誘電体グリーンシート３，４を積層して構成した誘電体積層部９が一体となった積層体を形成し、焼成する。誘電体グリーンシート３，４は誘電体セラミックスとガラスを含有し、誘電体グリーンシート３，４のうち、磁性体積層部８との界面近傍に配置される誘電体グリーンシート４のガラス添加量を３０重量％以上８０重量％以下に設定し、該誘電体グリーンシート４のガラス濃度を誘電体グリーンシート３のガラス濃度より高くしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、積層セラミック電子部品、特に、磁性体積層部と誘電体積層部を一体的に焼成して得られるＬＣ複合部品などの積層セラミック電子部品の製造方法に関する。

従来より、磁性体グリーンシートを積層して構成した磁性体積層部（コイル部）と誘電体グリーンシートを積層して構成した誘電体積層部（コンデンサ部）が一体となった積層体を同時焼成するとき、誘電体グリーンシートの焼結温度を下げるために誘電体グリーンシートにガラスを添加することが行われている（特許文献１参照）。

しかしながら、磁性体グリーンシートとガラスを添加した誘電体グリーンシートとを同時焼成した場合、誘電体グリーンシートのガラスが磁性体グリーンシートへ拡散し、誘電体積層部と磁性体積層部の界面近傍の誘電体積層部内にガラス抜け層が発生する。このガラス抜けにより、界面近傍の誘電体積層部のガラス（焼結助剤）濃度が、誘電体積層部を緻密に焼結させることができるガラス濃度以下になる。この結果、緻密に焼結しなかった界面近傍の誘電体積層部が、ポーラス層となって吸湿し易い性質を有するようになる。このため、吸湿したポーラス層で、内部導体材料や外部電極材料がマイグレーションを起こし、絶縁抵抗値が低下してしまうという問題があった。
特開２０００−３４８９７２号公報

そこで、本発明の目的は、界面近傍の誘電体積層部にポーラス層が発生せず、マイグレーションによる絶縁抵抗劣化の少ない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。

前記目的を達成するため、本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法は、
（ａ）磁性体グリーンシートと誘電体グリーンシートを作製する工程と、
（ｂ）磁性体グリーンシートを積層して構成した磁性体積層部と誘電体グリーンシートを積層して構成した誘電体積層部が一体となった積層体を形成する工程と、
（ｃ）積層体を焼成する工程とを備え、
（ｄ）誘電体グリーンシートは誘電体セラミックスとガラスを含有し、誘電体グリーンシートのうち、磁性体積層部との界面近傍に配置される誘電体グリーンシートのガラス添加量は３０重量％以上８０重量％以下であり、該誘電体グリーンシートのガラス濃度は他の誘電体グリーンシートのガラス濃度より高いこと、
を特徴とする。ここに、ガラス濃度＝ガラス重量／（ガラス重量＋誘電体セラミックス重量）である。

以上の方法により、同時焼成の際に、誘電体積層部から磁性体積層部へガラスが拡散しても、界面近傍の誘電体積層部のガラス濃度が、誘電体積層部を緻密に焼結させることができるガラス濃度以下にならない。

また、本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法は、磁性体積層部は、磁性体グリーンシートと内部導体とを交互に積層することにより構成され、内部導体はＡｇを主成分とする導電材料からなる。そして、積層体を焼成する工程において、焼成温度が９００℃以下であることを特徴とする。

本発明によれば、誘電体グリーンシートのうち、磁性体積層部との界面近傍に配置される誘電体グリーンシートのガラス濃度を他の誘電体グリーンシートのガラス濃度より高くしているので、同時焼成の際に誘電体積層部から磁性体積層部へガラスが拡散しても、界面近傍の誘電体積層部のガラス濃度が、誘電体積層部を緻密に焼結させることができるガラス濃度以下にならない。この結果、界面近傍の誘電体積層部が緻密に焼結し、ポーラス層が発生せず、マイグレーションによる絶縁抵抗劣化の少ない積層セラミック電子部品を得ることができる。

以下に、本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法の実施例について添付の図面を参照して説明する。なお、各実施例は個産品の場合を例にしているが、量産する場合には、多数の内部導体をマザーのセラミックグリーンシートの表面に印刷し、このマザーのセラミックグリーンシートを複数枚積層圧着させて未焼成のセラミック積層体ブロックを形成する。そして、セラミック積層体ブロックを内部導体パターンの配置に合わせてカットして個々の積層セラミックチップを切り出し、切り出された積層セラミックチップを焼成し、焼成した積層セラミックチップに外部電極を形成することにより生産される。

図１に示すように、ＬＣフィルタ１は、コイル用導体５や層間接続用ビアホール１５をそれぞれ設けた磁性体セラミックグリーンシート２と、予め導体が設けられていない磁性体セラミックグリーンシート２と、コンデンサ用導体６を設けた誘電体セラミックグリーンシート３と、予め導体が設けられていない誘電体セラミックグリーンシート３と、予め導体が設けられていないガラス高濃度誘電体セラミックグリーンシート４などで構成されている。

磁性体セラミックグリーンシート２は、以下のようにして製作される。Ｆｅ₂Ｏ₃−ＺｎＯ−ＮｉＯ−ＣｕＯ系のフェライトセラミック粉末を準備し、このフェライトセラミック粉末に対してバインダと可塑剤、溶剤、分散剤を加えてボールミルで混合を行い、その後、減圧により脱泡を行う。得られたセラミックスラリーをドクターブレード法などによって、シート状に形成して乾燥させ、所望の膜厚の磁性体セラミックグリーンシート２を作製する。

所定の磁性体セラミックグリーンシート２には、層間接続用ビアホール１５が設けられている。層間接続用ビアホール１５は、シート２にレーザビームなどを用いて貫通孔を形成し、この貫通孔にＡｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などの導電ペーストを印刷塗布などの方法により充填することによって形成される。

さらに、所定の磁性体セラミックグリーンシート２上には、コイル用導体５がそれぞれ導電性ペーストをスクリーン印刷法やフォトリソグラフィ法などの方法で塗布することにより形成される。コイル用導体５は、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などからなる。

複数のコイル用導体５は、磁性体セラミックグリーンシート２に設けた層間接続用ビアホール１５を介して電気的に直列に接続され、螺旋状コイルＬを形成する。コイルＬのコイル軸はシート２，３，４の積み重ね方向に対して平行である。螺旋状コイルＬの引出し部はそれぞれシート２の右辺および左辺に露出している。

誘電体セラミックグリーンシート３は、以下のようにして製作される。ＢａＯ−ＣａＯ−ＴｉＯ₂−ＺｒＯ₂系の誘電体セラミック粉末とＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂−ＢａＯ−ＣｕＯを主成分とするガラス粉末を８対２の重量比の割合で準備し、この誘電体セラミック粉末に対してバインダと可塑剤、溶剤、分散剤を加えてボールミルで混合を行い、その後、減圧により脱泡を行う。得られたセラミックスラリーをドクターブレード法などによって、シート状に形成して乾燥させ、所望の膜厚の誘電体セラミックグリーンシート３を作製する。

所定の誘電体セラミックグリーンシート３上には、コンデンサ用導体６がそれぞれ導電性ペーストをスクリーン印刷法やフォトリソグラフィ法などの方法で塗布することにより形成される。コンデンサ用導体６は、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などからなる。複数のコンデンサ用導体６は、誘電体セラミックグリーンシート３を間にして対向し、コンデンサＣ１，Ｃ２を形成する。

ガラス高濃度誘電体セラミックグリーンシート４は、以下のようにして製作される。ＢａＯ−ＣａＯ−ＴｉＯ₂−ＺｒＯ₂系の誘電体セラミック粉末とＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂−ＢａＯ−ＣｕＯを主成分とするガラス粉末とを、種々の重量比の割合で混合したものを準備し、言い換えると、誘電体セラミック粉末に対するガラス粉末の添加量を種々変えたものを準備し（表１の試料番号１〜１０参照）、この誘電体セラミック粉末に対してバインダと可塑剤、溶剤、分散剤を加えてボールミルで混合を行い、その後、減圧により脱泡を行う。得られたセラミックスラリーをドクターブレード法などによって、シート状に形成して乾燥させ、所望の膜厚のガラス高濃度誘電体セラミックグリーンシート４を作製する。

なお、本実施例で使用したＢａＯ−ＣａＯ−ＴｉＯ₂−ＺｒＯ₂系の誘電体セラミック粉末は、１３００℃以上で焼結する材料であるが、ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂−ＢａＯ−ＣｕＯを主成分とするガラス粉末を１５重量％の濃度で混合することで、９００℃以下での焼結を可能とする。内部導体であるコイル用導体５やコンデンサ導体６の材料としてＡｇを使用する場合、Ａｇの溶融を防止するために焼成温度を９００℃程度にする必要があるからである。一般に、誘電体セラミックスの焼成温度は１０００℃を超えるため、焼成温度を下げるためにガラスを添加するが、ガラス濃度が１５％以上にならないと、焼成温度を９００℃程度まで下げられず、不十分な焼結になってポーラス層が形成されてしまう。

磁性体セラミックグリーンシート２、誘電体セラミックグリーンシート３およびガラス高濃度誘電体セラミックグリーンシート４は図１に示すように積み重ねられた後、一体的に圧着されて未焼成積層体とされる。

次に、この未焼成積層体は、例えば空気中で約５００℃の温度で脱バインダ処理をした後、約９００℃の温度で約２時間の焼成を行う。これにより、図２に示すように、磁性体セラミックグリーンシート２を積層して構成した磁性体積層部８と、誘電体セラミックグリーンシート３およびガラス高濃度誘電体セラミックグリーンシート４を積層して構成した誘電体積層部９とが一体となった直方体形状を有するセラミック積層体２０とされる。

セラミック積層体２０の左右の端面には入出力電極２１，２２が形成され、奥側および手前側の側面にはグランド電極２３ａ，２３ｂが形成されている。螺旋状コイルＬの両端部は、入出力電極２１，２２に電気的に接続されている。コンデンサＣ１，Ｃ２のそれぞれの一端は入出力電極２１，２２に電気的に接続され、他端はグランド電極２３ａ，２３ｂに電気的に接続されている。

積層ＬＣフィルタ１は、図３に示すように、複数のコイル用導体パターン５を電気的に接続して構成した螺旋状コイルＬを内蔵した磁性体積層部８と、コンデンサＣ１，Ｃ２を内蔵した誘電体積層部９とを有している。そして、積層ＬＣフィルタ１の積層方向において、誘電体積層部９の磁性体積層部８との界面側に、ガラス高濃度誘電体セラミックシート４にて構成されたガラス高濃度誘電体層１０が配置されている。図４は積層ＬＣフィルタ１の電気等価回路図である。

ここで、ガラス高濃度誘電体セラミックグリーンシート４の誘電体セラミック粉末に対するガラス粉末の添加量を種々変えて積層ＬＣフィルタ１を作製し、評価した結果を表１に示す。ガラス高濃度誘電体層１０の厚みは２０μｍに設定した。

なお、表１の「焼成後の接合界面近傍の誘電体積層部９のガラス濃度」とは、焼成後の界面から１０〜２０μｍの部分の誘電体積層部９のガラス濃度のピーク値である。焼成後の界面から１０〜２０μｍの部分の誘電体積層部９のガラス濃度を測定しているのは、積層ＬＣフィルタ１の全ての試料において、界面におけるガラス濃度が略１００％になるので、その部分を外して評価するためである。ガラス濃度は、ガラス濃度＝ガラス重量／（ガラス重量＋誘電体セラミックス重量）で算出した。

表１より、ガラス高濃度誘電体セラミックグリーンシート４のガラス添加量が３０重量％より少なくなると、焼成後の接合界面近傍の誘電体積層部９のガラス濃度が１５％より低くなる（試料番号１，２参照）。このため、９００℃の焼成温度では、接合界面近傍の誘電体積層部９が十分に焼結せず、接合界面近傍の誘電体積層部９にポーラス層が発生した。

逆に、ガラス高濃度誘電体セラミックグリーンシート４のガラス添加量が８０重量％より多くなると、誘電体積層部９から磁性体積層部８へのガラス拡散距離が大きくなり過ぎ、磁性体積層部８の特性を阻害する（試料番号１０参照）。

一方、ガラス高濃度誘電体セラミックグリーンシート４のガラス添加量が３０重量％以上８０重量％以下の場合には、同時焼成の際に誘電体積層部９から磁性体積層部８へガラスが拡散しても、界面近傍の誘電体積層部９のガラス濃度が、誘電体積層部９を緻密に焼結させることができるガラス濃度以下にならない。すなわち、焼成後の接合界面近傍の誘電体積層部９のガラス濃度が１５％以上となる（試料番号３〜９参照）。このため、９００℃の焼成温度で、接合界面近傍の誘電体積層部９が十分に焼結し、ポーラス層が発生せず、マイグレーションによる絶縁抵抗劣化の少ない積層ＬＣフィルタ１を容易にかつ生産性良く得ることができる。

また、図５（Ａ）は、表１の試料番号８の積層ＬＣフィルタ１の磁性体積層部８と誘電体積層部９の界面部分におけるガラス濃度分布を示すグラフである。比較のために、図５（Ｂ）には、表１の試料番号１の積層ＬＣフィルタ１の磁性体積層部８と誘電体積層部９の界面部分におけるガラス濃度分布を示すグラフを記載している。図５において、実線３０が焼成前のガラス濃度分布を表示し、実線３１が焼成後のガラス濃度分布を表示している。ここに、焼成前のガラス濃度は、セラミックグリーンシート２〜４を作製する際の誘電体セラミック粉末とガラス粉末との重量混合比から算出した。焼成後のガラス濃度は、焼成後の積層ＬＣフィルタ１を鏡面研磨し、ガラスの主成分元素であるＳｉを波長分散型Ｘ線分光器によって線分析を行い、ガラス中のＳｉ組成比から算出した。

図５（Ａ）より、同時焼成の際に誘電体積層部９から磁性体積層部８へガラスが拡散しても、界面近傍の誘電体積層部９のガラス濃度が１５％以上となり、９００℃の焼成温度で、接合界面近傍の誘電体積層部９が十分に焼結し、ポーラス層が発生していないことがわかる。一方、図５（Ｂ）からは、界面近傍の誘電体積層部９のガラス濃度が１５％より低くなり（図中の符号Ｆで示した領域を参照）、９００℃の焼成温度で、接合界面近傍の誘電体積層部９が十分に焼結せず、ポーラス層が発生していることがわかる。

なお、表１の試料番号７〜１０において、焼成前と焼成後とで接合界面近傍の誘電体積層部９のガラス濃度が変わっていないように見える。これは、焼成前は界面から０〜２０μｍの部分で等しく高濃度になっているのに対して、焼成後はピーク値を測定しているためであり、表１ではガラス濃度が低下していないように見えても、実際は低下している（図５（Ａ）参照）。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。積層セラミック電子部品としては、磁性体積層部と誘電体積層部を一体的に焼成して得られるセラミック電子部品であれば、ＬＣフィルタに限るものではない。

本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法の一実施例を示す分解斜視図。 図１に示した積層セラミック電子部品の外観斜視図。 図２に示した積層セラミック電子部品の断面図。 図２に示した積層セラミック電子部品の電気等価回路図。 磁性体積層部と誘電体積層部の界面部分におけるガラス濃度分布を示すグラフ。

符号の説明

１…積層ＬＣフィルタ
２…磁性体セラミックグリーンシート
３…誘電体セラミックグリーンシート
４…ガラス高濃度誘電体セラミックグリーンシート
５…コイル用導体
６…コンデンサ用導体
８…磁性体積層部
９…誘電体積層部
１０…ガラス高濃度誘電体層
２０…セラミック積層体
Ｌ…螺旋状コイル

Claims (3)

1. 磁性体グリーンシートと誘電体グリーンシートを作製する工程と、
   前記磁性体グリーンシートを積層して構成した磁性体積層部と前記誘電体グリーンシートを積層して構成した誘電体積層部が一体となった積層体を形成する工程と、
   前記積層体を焼成する工程とを備え、
   前記誘電体グリーンシートは誘電体セラミックスとガラスを含有し、前記誘電体グリーンシートのうち、前記磁性体積層部との界面近傍に配置される誘電体グリーンシートのガラス添加量は３０重量％以上８０重量％以下であり、該誘電体グリーンシートのガラス濃度は他の誘電体グリーンシートのガラス濃度より高いこと、
   を特徴とする積層セラミック電子部品の製造方法。
2. 前記磁性体積層部は、前記磁性体グリーンシートと内部導体とを交互に積層することにより構成され、前記内部導体はＡｇを主成分とする導電材料からな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。
3. 前記積層体を焼成する工程において、焼成温度が９００℃以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。

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