JP2006100498A - セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単且つ安価な方法で、外部電極の剥離を効果的に防止できるセラミック電子部品の製造方法を提供する。
【解決手段】（ａ）セラミック基材２の表面にダミー電極パターン１３、１４を形成する工程Ａ、（ｂ）ダミー電極パターン１３、１４上にセラミックグリーンシート２を積層する工程Ｂ、（ｃ）セラミックグリーンシート２上に外部電極パターン５、６を形成する工程Ｃ、（ｄ）セラミックグリーンシート２、ダミー電極パターン１３、１４及び外部電極パターン５、６を焼成することによってセラミック電子部品を得る工程Ｄとを含むセラミック電子部品１０の製造方法であって、工程Ｂ乃至工程Ｃで、セラミックグリーンシート２を加圧することにより、ダミー電極パターン１３、１４及び外部電極パターン５、６のうち少なくとも一方の電極パターンに含まれている金属粒子Ｍをセラミックグリーンシート２内に埋入させるとともに、他方の電極パターンに含まれている金属粒子Ｍと接触させ、接触させた金属粒子Ｍ同士を工程Ｄで焼結させることにより相互に接続させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック電子部品の製造方法に関するものである。

代表的なセラミック電子部品として、セラミックコンデンサを用いて説明する。

図６は、従来のセラミックコンデンサを示す横断面図である。

図において、セラミックコンデンサ３０は、複数個の誘電体層（セラミック層）３２を積層した積層体３１の内部で、隣接する誘電体層３２間に内部電極３３、３４を介在させるとともに、積層体３１の側面に内部電極３３、３４の端部に電気的に接続される外部電極３５、３６を形成し、外部電極３５、３６の一端を積層体３１の４つの主面に延在させている。

上記セラミックコンデンサ３０の製造方法は、誘電体層となるセラミックグリーンシート３２と、内部電極となる内部電極パターン３３、３４とを交互に積層して未焼成状態の積層体３１を形成する工程と、未焼成状態の積層体３１の一対の端部に外部電極となる外部電極導体膜３５、３６を形成する工程と、外部電極導体膜３５、３６が形成された未焼成状態の積層体３１を焼成し、セラミックコンデンサ３０を得る工程とからなる（例えば、特許文献１参照）。
特許第２９４３３８０号公報

しかしながら、上記セラミックコンデンサ３０によれば、外部電極３５、３６の内、積層体３１の側面に形成された部分は、内部電極３３、３４と金属−金属結合により強固に接続しているが、積層体３１の４つの主面に形成された部分は、積層体３１との機械的接続強度が弱いため、図６に示すように、外部からの衝撃により、剥離３７が生じやすいという問題点があった。

本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、簡単且つ安価な方法で、外部電極の剥離を効果的に防止できる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、セラミック基材の表面に金属粒子を含む導体ペーストを塗布してダミー電極パターンを形成する工程Ａと、該ダミー電極パターン上にセラミックグリーンシートを積層する工程Ｂと、該セラミックグリーンシート上に金属粒子を含む導体ペーストを塗布して外部電極パターンを形成する工程Ｃと、前記セラミックグリーンシート、ダミー電極パターン及び外部電極パターンを焼成することによってセラミック電子部品を得る工程Ｄとを含むセラミック電子部品の製造方法であって、前記工程Ｂ乃至前記工程Ｃで、前記セラミックグリーンシートを加圧することにより、ダミー電極パターン及び外部電極パターンのうち少なくとも一方の電極パターンに含まれている金属粒子をセラミックグリーンシート内に埋入させるとともに、他方の電極パターンに含まれている金属粒子と接触させ、該接触させた金属粒子同士を前記工程Ｄで焼結させることにより相互に接続したことを特徴とするものである。

また、セラミック基材の表面に金属粒子を含む導体ペーストを塗布してダミー電極パターンを形成する工程Ａと、該ダミー電極パターン上にセラミックグリーンシートを積層するとともに、前記ダミー電極パターン中の金属粒子を前記セラミックグリーンシート中に埋入させて、その一部をセラミックグリーンシートの表面に露出させる工程Ｂと、該セラミックグリーンシート及びダミー電極パターンを焼成する工程Ｃと、前記セラミックグリーンシートを焼成して成るセラミック層の表面に、前記金属粒子の露出部と電気的・機械的に接続される外部電極を形成する工程Ｄとを含むことを特徴とするものである。

さらに、前記外部電極が前記金属粒子の露出部を起点に金属材料を析出させた金属メッキ膜から成ることを特徴とするものである。

そして、前記外部電極が導体ペーストの塗布及び焼成によって形成されることを特徴とするものである。

本発明によれば、セラミックグリーンシートを加圧することにより、ダミー電極パターン及び外部電極パターンのうち少なくとも一方の電極パターンに含まれている金属粒子をセラミックグリーンシート内に埋入させるとともに、他方の電極パターンに含まれている金属粒子と接触させ、接触させた金属粒子同士を前記工程Ｄで焼結させることにより相互に接続させる。

これにより、積層体主面において、外部電極を積層体内に埋設した金属粒子と強固な金属−金属結合により接続させることができるため、外部電極と積層体主面間の機械的接続強度を増大させることができ、外部電極の剥離を防止できる。

また、金属粒子がダミー電極と接続しているため、金属粒子が１層のセラミック層内で確実に固定され、このことによっても、外部電極の剥離を効果的に防止できる。さらに、ダミー電極と外部電極の間のセラミック層と、ダミー電極間の剥離も防止できる。

さらに、金属粒子を介した機械的接続が、金属粒子とダミー電極パターン中の金属成分との焼結、並びに金属粒子と外部電極パターン中の金属成分との焼結によってなされているため、通常の製造ラインを変更することなく、上記機械的接続を実現できるとともに、金属粒子、ダミー電極中及び外部電極は一体化しており、このことによっても、外部電極の剥離を効果的に防止できる。

また、本発明は、セラミック基材の表面に金属粒子を含む導体ペーストを塗布してダミー電極パターンを形成する工程Ａと、ダミー電極パターン上にセラミックグリーンシートを積層するとともに、ダミー電極パターン中の金属粒子をセラミックグリーンシート中に埋入させて、その一部をセラミックグリーンシートの表面に露出させる工程Ｂと、セラミックグリーンシート及びダミー電極パターンを焼成する工程Ｃと、セラミックグリーンシートを焼成して成るセラミック層の表面に、金属粒子の露出部と電気的・機械的に接続される外部電極を形成する工程Ｄとを含む場合に好ましい。

すなわち、外部電極が金属粒子の露出部を起点に金属材料を析出させた金属メッキ膜から成るため、外部電極の厚み精度が向上するとともに、積層体を無電解メッキ用のメッキ液に所定時間浸漬しておくだけの簡単且つ安価な方法によって、外部電極を形成することができる。

一方、外部電極が導体ペーストの塗布及び焼成によって形成されるようにしても良い。すなわち、導体ペースト中のガラス成分の含有量を少なくしても、外部電極の剥離を防止することができるため、内部電極と外部電極間の電気的接続が良好になる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明にかかるセラミック電子部品の製造方法の第１実施形態を示す断面図、図２は本発明の製造方法によって作製した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）は横断面図である。

図２において、セラミックコンデンサ１０は、複数個の誘電体層（セラミック層）２を積層した積層体１の内部で、隣接する誘電体層２間に内部電極３、４を介在させるとともに、積層体１の側面に内部電極３、４の端部に電気的に接続される外部電極５、６を形成し、外部電極５、６の一端を積層体１の４つの主面に延在させている。

誘電体層２は、例えば、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３等を主成分とする誘電体材料によって１層あたり０．５μｍ〜４μｍの厚みに形成されており、かかる誘電体層２を、セラミックコンデンサ１０の実装面に垂直な方向に、例えば２０層〜２０００層だけ積層することによって積層体１が形成される。

内部電極３、４は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｐｄ等の金属を主成分とする導体材料によって、例えば０．５μｍ〜２．０μｍの厚みに形成されている。

外部電極５、６は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ａｇ等の金属を主成分とする導体材料を主成分とし、積層体１の一対の側面から夫々隣接する４つの主面に回り込むように形成されている。

次に上述した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、図中の各符号は焼成の前後で区別しないこととする。

まず、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３等を主成分とする誘電体材料の粉末に適当な有機溶剤、ガラスフリット、有機バインダ等を添加・混合して泥漿状のセラミックスラリを作製するとともに、得られたセラミックスラリを従来周知のドクターブレード法等による、所定形状、所定厚みの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。

次に、セラミックグリーンシート２上に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｐｄ等の金属材料の粉末に適当な有機溶剤、有機バインダ等を添加・混合して得た導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって所定パターンに塗布し、内部電極となる内部電極パターン３、４及びダミー電極となるダミー電極パターン１３、１４を形成する。このとき、図１（ａ）に示すように、ダミー電極パターンとなる導体ペースト１３、１４中に、粒径が比較的大きな金属粒子Ｍを混合しておく。具体的には、セラミックグリーンシート２の厚みが０．５μｍ〜１μｍである場合、粒径の大きな金属粒子Ｍの平均粒径は０．５μｍ〜２μｍ、その他の小さな金属粒子（以下、金属微粒子という。）ｍの平均粒径は０．１μｍ〜０．３μｍの範囲にあることが望ましい。一方、セラミックグリーンシート２の厚みが１μｍ〜２μｍである場合、金属粒子Ｍの平均粒径は１〜４μｍ、その他の金属微粒子ｍの平均粒径は０．３ｍ〜０．５μｍの範囲にあることが望ましい。また、セラミックグリーンシート２の厚みが２μｍ〜３μｍである場合、金属粒子Ｍの平均粒径は２μｍ〜６μｍ、金属微粒子ｍの平均粒径は０．４μｍ〜０．６μｍの範囲にあることが望ましい。そして、セラミックグリーンシート２の厚みが３μｍ〜４μｍである場合、金属粒子Ｍの平均粒径は３μｍ〜８μｍ、金属微粒子ｍの平均粒径は０．５μｍ〜１．０μｍの範囲にあることが望ましい。

また、図１（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート２内に存在する金属粒子の粒径Ａが、ダミー電極パターン１３、１４と外部電極パターン５、６の延在部の間に位置するセラミックグリーンシート２の厚みＢに対し１００％〜２００％に設定されていることが望ましい。すなわち、上記金属粒子の平均粒径Ａが、セラミックグリーンシート２の厚みＢに対し１００％以上であるため、金属粒子がセラミックグリーンシート２を貫通し、ダミー電極１３、１４と外部電極５、６を確実に接続することができる。一方、上記金属粒子の平均粒径Ａが、セラミックグリーンシート２の厚みＢに対し２００％以下であるため、製造時に、スクリーン印刷等によりダミー電極パターン１３、１４を精度良く形成することができるとともに、大型積層体１１となるセラミックグリーンシート２、内部電極パターン３、４及びダミー電極パターン１３、１４を加圧加熱する際に、セラミックグリーンシート２間の密着性の低下が問題になることはない。

さらに、スクリーン印刷により、内部電極パターン３、４及びダミー電極パターン１３、１４を形成する場合、ダミー電極パターン１３、１４を形成するスクリーン製版の開口を、内部電極パターン３、４を形成するスクリーン製版の開口より大きくしても良い。このことにより、ダミー電極パターン１３、１４を形成する際の、スクリーン製版の目詰まりを防ぐことができ、且つ内部電極パターン３、４の厚みを必要以上に大きくせずに済む。さらに、内部電極パターン３、４の積層数は大きいため、内部電極パターン３、４の厚みが大きくなると、内部電極パターン３、４の有無による段差が問題となるが、ダミー電極パターン１３、１４の積層数は部電極パターン３、４の積層数に比べて小さいため、ダミー電極パターン１３、１４の厚みが大きくなった場合も、電極パターン３、４の有無による段差が問題となることはない。

次に、図２（ｂ）に示すように、内部電極パターン３、４及びダミー電極パターン１３、１４が形成されたセラミックグリーンシート２を所定の枚数だけ積層後、加圧・加熱することにより、大型積層体１１が得られる。

このとき、ダミー電極パターン１３、１４中に、金属粒子Ｍが含有されるため、金属粒子Ｍがセラミックグリーンシート２を突き破って、大型積層体１１表面に露出したり、隣接するダミー電極パターン（１３−１３、１４−１４）に跨る。また、金属粒子Ｍにより突き破られるセラミックグリーンシート２は、その他のセラミックグリーンシート２に比べ、やわらかいこと、あるいは熱可塑性のセラミックグリーンシート２であることが望ましい。

また、間に内部電極パターン３、４が形成されたセラミックグリーンシート２と、間にダミー電極パターン１３、１４が形成されたセラミックグリーンシート２を別々に積層後、加圧・加熱するようにしても良い。すなわち、例えば間に内部電極パターン３、４が形成されたセラミックグリーンシート２を加圧・加熱する圧力を、間にダミー電極パターン１３、１４が形成されたセラミックグリーンシート２を加圧・加熱する圧力より大きくすることにより、ダミー電極パターン１３、１４中に含有される金属粒子Ｍが確実にセラミックグリーンシート２を突き破るとともに、内部電極パターン３、４中に含有される金属微粒子ｍがセラミックグリーンシート２を突き破るのを防止できる。

次に、大型積層体１１を所定の寸法で切断することにより、未焼成状態の積層体１が得られる。

次に、図２（ｃ）に示すように、積層体１の一対の側面に外部電極となる外部電極パターン５、６を形成する。すなわち、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ａｇ等の金属材料の粉末に、有機溶剤、有機バインダ等や、必要に応じてガラス成分を添加・混合して得た導体ペーストを従来周知のディップ法、スクリーン印刷等によって積層体１の一対の端部に塗布する。このとき、外部電極パターンとなる導体ペースト５、６中に、粒径が比較的大きな金属粒子Ｍを混合しておく。そして、外部電極パターン５、６を形成後、加圧・加熱することにより、金属粒子Ｍが外部電極パターン−ダミー電極パターン（５−１３、６−１４）間に跨る。

最後に、図１（ｄ）に示すように、端部に外部電極パターン５、６が形成された未焼成状態の積層体１を例えば１１００℃〜１４００℃の温度で焼成することにより、端部に外部電極５、６が形成された積層体１が得られる。

なお、必要に応じて、外部電極５、６の表面に、Ｎｉメッキ層、Ｓｎメッキ層、半田メッキ層等の金属メッキ層（図示せず）により被覆しても良い。

このとき、内部電極３、４がＮｉを主成分とするとともに、外部電極５、６がＮｉを主成分とする場合、金属メッキ層としてＣｕにより被覆することが好ましい。すなわち、Ｃｕにより被覆した場合、緻密な金属メッキ層となるため、半田爆ぜを防止することができる。

このようにして、図１に示すようなセラミックコンデンサ１０が得られる。

かくして、本発明によれば、外部電極５、６を積層体１内に埋設した金属粒子Ｍと強固な金属−金属結合により接続させることができるため、外部電極５、６と積層体１主面間の機械的接続強度を増大させることができ、外部電極５、６の剥離を防止できる。

また、金属粒子Ｍがダミー電極１３、１４と接続しているため、金属粒子が１層のセラミック層内で確実に固定され、このことによっても、外部電極５、６剥離３７を効果的に防止できる。さらに、ダミー電極１３、１４と外部電極５、６の間の誘電体層２と、ダミー電極１３、１４間の剥離も防止できる。

さらに、金属粒子Ｍを介した機械的接続が、金属粒子Ｍとダミー電極パターン１３、１４中の金属成分との焼結、並びに金属粒子Ｍと外部電極パターン５、６中の金属成分との焼結によってなされているため、通常の製造ラインを変更することなく、上記機械的接続を実現できるとともに、金属粒子Ｍ、ダミー電極１３、１４及び外部電極５、６は一体化しており、このことによっても、外部電極５、６の剥離３７を効果的に防止できる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。

図３は本発明にかかるセラミック電子部品の製造方法の第２実施形態を示す断面図であり、かかる第２実施形態では、（ａ）セラミックグリーンシート（セラミック基材）２の表面に金属粒子を含む導体ペーストを塗布してダミー電極パターン１３、１４を形成する工程Ａと、（ｂ）ダミー電極パターン１３、１４上にセラミックグリーンシート２を積層するとともに、ダミー電極パターン１３、１４中の金属粒子Ｍをセラミックグリーンシート２中に埋入させて、その一部をセラミックグリーンシート２の表面に露出させる工程Ｂと、（ｃ）セラミックグリーンシート２及びダミー電極パターン１３、１４を焼成する工程Ｃと、（ｄ）セラミックグリーンシート２を焼成して成る誘電体層（セラミック層）２の表面に、金属粒子Ｍの露出部と電気的・機械的に接続される外部電極を形成する工程Ｄとを経てセラミック電子部品が製造される。

このとき、焼成後の積層体１をバレル研磨することにより、積層体１内に埋設した１個または２個の金属粒子Ｍを積層体１の表面に露出させることが望ましい。

すなわち、外部電極５、６が金属粒子Ｍの露出部を起点に金属材料を析出させた金属メッキ膜から成る場合、外部電極５、６の厚み精度が向上するとともに、積層体１を無電解メッキ用のメッキ液に所定時間浸漬しておくだけの簡単且つ安価な方法によって、外部電極５、６を形成することができる。

さらに、外部電極５、６を導体ペーストの塗布及び焼成によって形成しても良い。すなわち、外部電極５、６を導体ペーストの塗布及び焼成によって形成する場合、導体ペースト中のガラス成分が接着剤の役割をなすことにより、外部電極５、６と積層体１主面間が機械的に接続しているため、外部電極５、６の剥離３７を防止するためには、導体ペースト中のガラス成分の含有量を多くする必要があり、内部電極−外部電極（３−５、４−６）間の電気的接続が低下するという問題点があった。これに対し、本発明では、導体ペースト中のガラス成分の含有量を少なくしても、外部電極５、６の剥離３７を防止することができるため、内部電極と外部電極（３−５、４−６）間の電気的接続が良好になる。

図４は上述した製造方法によって作製したセラミックコンデンサの横断面図であり、同図によれば、外部電極５、６は、ダミー電極１３、１４と同様の方法で形成される外部電極５ａ、６ａと、積層体１を焼成（工程Ｃ）後、積層体１の端部を覆うように、金属メッキ膜の析出（工程Ｄ）によって形成される外部電極５ｂ、６ｂとからなる。すなわち、金属メッキ膜５ｂ、６ｂは、外部電極５ａ、６ａ上に選択的に析出するため、積層体１主面側の外部電極５ａ、６ａの面積精度が向上する。

なお、本発明は上述した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において種々の変更、改良等が可能であり、上述した第１，第２実施形態ではセラミックコンデンサを製造する場合を例にとって説明したが、本発明は、積層圧電部品、回路基板、半導体部品等、あらゆるセラミック電子部品の製造方法に適用可能である。

例えば、本発明を回路基板１０の製造方法に適用する場合、図５に示すように、外部電極５を積層体１の側面から離間させて形成する。さらに、外部電極５やダミー配線１３より寸法の大きいダミー配線１４を埋設するとともに、ダミー配線１３とダミー配線１４とを両者間のセラミック層２内に存在する金属粒子Ｍを介して電気的・機械的に接続する。これにより、外部電極５と積層体１主面間の機械的接続強度をさらに増大させることができ、外部電極５の剥離をさらに効果的に防止できる。なおこのとき、ダミー配線１４となる導体ペースト中に粒子Ｍを含有すると、ダミー配線１３の外側に金属粒子Ｍがはみ出てしまうため、ダミー配線１３とダミー配線１４は、ダミー配線１３となる導体ペースト中に含有される金属粒子Ｍにより接続されるようにする。なお、図中の符号３は内部配線導体、７はビアホール導体、８は他の電子部品である。更に、ダミー電極パターン１３、１４中に、セラミックグリーンシート２と略同一の誘電体成分が含有されるようにしても良い。これによっても、誘電体層２とダミー電極１３、１４間の剥離を防止できる。

本発明にかかるセラミック電子部品の製造方法の第１実施形態を示す断面図である。 本発明の製造方法を用いて作製した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）は横断面図である。 本発明にかかるセラミック電子部品の製造方法の第２実施形態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態により作製したセラミックコンデンサの横断面図である。 本発明の他の実施形態にかかる製造方法により作製した回路基板の横断面図である。 従来のセラミックコンデンサを示す横断面図である。

符号の説明

１０・・・セラミックコンデンサ（セラミック電子部品）
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
１３、１４・・・ダミー電極（ダミー電極パターン）
５、６・・・外部電極
１１・・・大型積層体
Ｍ・・・金属粒子

Claims (4)

1. セラミック基材の表面に金属粒子を含む導体ペーストを塗布してダミー電極パターンを形成する工程Ａと、
   該ダミー電極パターン上にセラミックグリーンシートを積層する工程Ｂと、
   該セラミックグリーンシート上に金属粒子を含む導体ペーストを塗布して外部電極パターンを形成する工程Ｃと、
   前記セラミックグリーンシート、ダミー電極パターン及び外部電極パターンを焼成することによってセラミック電子部品を得る工程Ｄとを含むセラミック電子部品の製造方法であって、
   前記工程Ｂ乃至工程Ｃで、前記セラミックグリーンシートを加圧することにより、ダミー電極パターン及び外部電極パターンのうち少なくとも一方の電極パターンに含まれている金属粒子をセラミックグリーンシート内に埋入させるとともに、他方の電極パターンに含まれている金属粒子と接触させ、該接触させた金属粒子同士を前記工程Ｄで焼結させることにより相互に接続したことを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。
2. セラミック基材の表面に金属粒子を含む導体ペーストを塗布してダミー電極パターンを形成する工程Ａと、
   該ダミー電極パターン上にセラミックグリーンシートを積層するとともに、前記ダミー電極パターン中の金属粒子を前記セラミックグリーンシート中に埋入させて、その一部をセラミックグリーンシートの表面に露出させる工程Ｂと、
   該セラミックグリーンシート及びダミー電極パターンを焼成する工程Ｃと、
   前記セラミックグリーンシートを焼成して成るセラミック層の表面に、前記金属粒子の露出部と電気的・機械的に接続される外部電極を形成する工程Ｄとを含むことを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。
3. 前記外部電極が前記金属粒子の露出部を起点に金属材料を析出させた金属メッキ膜から成ることを特徴とする請求項２に記載のセラミック電子部品の製造方法。
4. 前記外部電極が導体ペーストの塗布及び焼成によって形成されることを特徴とする請求項２に記載のセラミック電子部品の製造方法。

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