JP2007189143A - 積層セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼成時の焼けムラを低減することが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】積層セラミック電子部品の製造方法であり、内層セラミック基体の形成用ペーストとして、第１のセラミック粉を含むペーストを用意するステップと、内層導電層の形成用ペーストとして、導体粉と第２のセラミック粉とを含むペーストを用意するステップと、外層セラミック基体の形成用ペーストとして、第３のセラミック粉と第２のセラミック粉とを含むペーストを用意するステップと、上記ペーストによってそれぞれ形成された内層部分及び外層部分が積層されている状態で、焼成を行うステップとを含む。
【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。

積層セラミック電子部品の一つである積層セラミックコンデンサは、内層部分と、その上下に設けられた外層部分とで構成されている。内層部分は、コンデンサとしての機能領域であり、セラミック基体とその内部に埋設された複数の内部電極とを有する。外層部分は、機能領域を保護するための保護領域であって、セラミック基体を有する。

積層セラミックコンデンサは通常、次のようにして製造される。誘電体ペーストからセラミックグリーンシートを形成し、内層部分を構成するものにはさらにその上に内部電極を形成するための導体ペーストを塗布する。そして、内層部分を構成するものは、導体ペーストが塗布されたセラミックグリーンシートを積層し、外層部分を構成するものは、セラミックグリーンシートをそのまま積層して、コンデンサの構成に対応したグリーンシート積層体を作る。そして、グリーンシート積層体をプレスした後、裁断し、そのグリーンシート積層体から複数の直方体状のグリーンチップを得る。そして、グリーンチップに対して、隅部を丸める研磨処理や、焼成処理を施し、さらに、端子電極を形成して、積層セラミックコンデンサを得る（特許文献１参照）。

しかしながら、上述した積層セラミックコンデンサのように、セラミックグリーンシートや内部電極を積層した後に焼成することで製造される積層セラミック電子部品においては、焼成における縮率の差異に応じた焼けムラが生じ、特に、内層部分と外層部分との境界部近傍において、クラックが生じる問題がある。
特開平９−１２９４８６号公報

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、焼成を伴う積層セラミック電子部品の製造方法であって、焼成時の焼けムラを低減することが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を目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、機能領域である内層部分に対して保護領域である外層部分が少なくとも一つ積層され、前記内層部分は内層セラミック基体と内層導電層とを有し、前記外層部分は外層セラミック基体を有している積層セラミック電子部品、を製造する方法であって、前記内層セラミック基体の形成用ペーストとして、第１のセラミック粉を含むペーストを用意するステップと、前記内層導電層の形成用ペーストとして、導体粉と第２のセラミック粉とを含むペーストを用意するステップと、前記外層セラミック基体の形成用ペーストとして、第３のセラミック粉と前記第２のセラミック粉とを含むペーストを用意するステップと、前記ペーストによってそれぞれ形成された前記内層部分及び前記外層部分が積層されている状態で、焼成を行うステップとを含む。

好適には、第３のセラミック粉として、第１のセラミック粉を用いる。

第２のセラミック粉の粒径は、第１のセラミック粉の粒径及び第３のセラミック粉の粒径よりも小さいと好適である。

上述した本発明によれば、焼成時の焼けムラが低減され、クラックの発生を低減することができる。

第３のセラミック粉として、第１のセラミック粉を用いる場合には、製造や管理が容易に行える。

第２のセラミック粉の粒径が、第１のセラミック粉の粒径及び第３のセラミック粉の粒径よりも小さい場合には、内層部分と外層部分との縮率差をいっそう小さくすることができる。

なお、本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。

以下、本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法を、積層セラミックコンデンサの製造方法として実施した場合の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

図１は、本実施の形態に係る製造方法を適用する積層セラミックコンデンサの一例を示す断面図である。図示の積層セラミックコンデンサ１は、セラミックからなるセラミック基体３の内部に、複数の内部電極（内層導電層）５、７が埋設されている。セラミック基体３は後述するように複数のセラミックグリーンシートを積層することによって構成されている。

図中上下に隣り合う関係の内部電極５、７は、位置が互い違いになるように配置され、セラミック基体３を構成するセラミック層を介して向き合っている。内部電極５、７の層数は、要求される静電容量に応じて決定される。

セラミック基体３は、内層部分９及び外層部分１１，１３によって構成されている。すなわち、内層部分９を構成する部分が内層セラミック基体３ａであり、外層部分１１，１３を構成する部分が外層セラミック基体３ｂである。そして、内部電極５、７は、厳密には、セラミック基体３のうちの内層セラミック基体３ａに埋設されていた。外層部分１１，１３は上下一対設けられており、すなわち、内層部分９の上方には上部外層部分１１が積層され、内層部分９の下方には下部外層部分１３が積層されている。内層部分９は、複数の内部電極（内層導電層）を備えたコンデンサの機能領域であり、外層部分１１，１３はそれぞれ、保護領域として機能する。

セラミック基体３の対向する側面には外部電極としての端子電極１５、１７が設けられている。内部電極５は、このうちの端子電極１５に導通されており、内部電極７は端子電極１７に導通されている。

次に、本実施の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説明する。本発明の製造方法は、概要としては、内部電極５、７を設けたセラミックグリーンシートを複数枚積層して、内層部分９を構成するとともに、セラミックグリーンシートを複数枚積層して外層部分１１，１３を構成し、それら内層部分９及び外層部分１１，１３がブロック状に積層されている状態で、焼成を行うものである。

まず、図２を参照して、内層部分９を構成するシートの形成について説明する。図２に示されるように、可撓性のあるＰＥＴフィルム２１の上面に、セラミックグリーンシート２３を形成する。このセラミックグリーンシート２３の形成は、内層セラミック基体３ａの形成用のペーストとして、第１のセラミック粉、バインダ、溶剤及び可塑剤などを必要に応じて含む誘電体ペーストを用意し、それをＰＥＴフィルム２１の上面に塗布し、乾燥させることによる。誘電体ペーストの塗布においては、例えば、ドクターブレード又は押出ヘッド等を用いることができる。セラミックグリーンシート２３は、最終的には内層セラミック基体３ａを構成するセラミック層となる。

続いて、乾燥されたセラミックグリーンシート２３の上面に、内部電極５、７の形成用のペーストとして、導体粉、共材である第２のセラミック粉、バインダ及び溶剤などを必要に応じて含む導電ペースト２５を塗布する。導電ペースト２５は、形成すべき内部電極５、７の形状や位置に対応して、セラミックグリーンシート２３の上面において、複数部分に分離するように配置される。また、導電ペースト２５の配置は、例えば、スクリーン印刷法やグラビア印刷法によって行うことができるが、図２では、スクリーン印刷法を例に示す。

すなわち、スクリーン２７の面上で、スキージ２９を矢印Ｆの方向に移動させ、導電ペースト２５をセラミックグリーンシート２３の面上に押出すことにより印刷する。さらに、印刷された導電ペーストの乾燥を行って、内部電極５、７を得る。

他方、上述した内層部分９を構成するセラミックグリーンシート２３の製造とは別の工程で、外層部分１１，１３を構成するセラミックグリーンシート１１ａ及び１３ａ（図３参照）を製造する。外層部分１１，１３を構成するセラミックグリーンシート１１ａ及び１３ａの形成においても、誘電体ペーストを塗布し、さらに、それを乾燥して、セラミックグリーンシートを得る。外層セラミック基体３ｂの形成用のペーストとしては、第３のセラミック粉、バインダ、溶剤及び可塑剤などを必要に応じて含み、さらに内部電極５、７の形成用のペーストに共材として用いられていた第２のセラミック粉も含むものを用いる。誘電体ペーストの塗布においては、例えば、ドクターブレード又は押出ヘッド等を用いることができる。セラミックグリーンシート１１ａ及び１３ａは、最終的には外層セラミック基体３ｂを構成するセラミック層となる。

そして、このようにして用意されたセラミックグリーンシートを図３に示すように積層する。まず、必要層数の下部外層部分１３用のセラミックグリーンシート１３ａを、受台３１の上に順次に積層した後、その上に、必要層数の内層部分９用のセラミックグリーンシート２３を、順次に積層する。用いられるセラミックグリーンシートの層数は、要求される容量値などによって定まり、合計、数百層に及ぶこともある。さらに、内層部分９の上に、上部外層部分１１用のセラミックグリーンシート１１ａを、順次に積層する。

なお、セラミックグリーンシートの積層方法には、種々の態様がありえる。例えば、内層部分用セラミックグリーンシートを、必要層数だけ積層して、内層部分用のセラミックグリーンシート積層体を形成する一方、別の工程で、外層部分用セラミックグリーンシートを必要数積層し、その後に両者を重ね合わせてもよい。あるいは、内層部分や外層部分という区分けではなく、何枚かまとめて乾燥させたセラミックグリーンシート積層体を作っては、それを順次に積層していく態様でもよい。さらに、各セラミックグリーンシート毎に形成、乾燥、積層を繰り返す態様も可能である。

内層部分用のセラミックグリーンシート２３の積層にあたっては、隣接する２枚の内層部分用のセラミックグリーンシート２３において、一方のセラミックグリーンシート２３上の内部電極５、７が、他方のセラミックグリーンシート２３の内部電極５、７の一部、及び、内部電極５、７間の隙間と重なるようにして、順次に積層する。

この後は、グリーンシート積層体をプレスした後、裁断し、そのグリーンシート積層体から複数の直方体状のグリーンチップを得る。さらに、グリーンチップに対して脱バインダ処理を行い、グリーンチップからバインダ成分をバーンアウトさせた後、焼成を行い、端子電極１５、１７を形成して、図１に示した積層セラミックコンデンサ１が得られる。

積層セラミックコンデンサにおいては、焼成によるクラックの発生が問題となる。内層部分についてみてみると、導電ペーストに包含される導体粉自体は、セラミックグリーンシートを形成するセラミックペーストに包含されたセラミック粉よりも焼けやすい。よって、傾向としては概ね、内部電極の方が内層セラミック基体よりも焼けやすいといえる。

このため、本発明では、導電ペースト２５にもセラミック粉を混ぜて焼けにくくし、内部電極５、７の縮率を内層セラミック基体３ａの縮率に近づけるようにして、内部電極５、７と内層セラミック基体３ａとの間のクラックの発生を抑制している。このように導電ペースト２５に混ぜられたセラミック粉が、すなわち、上述した共材としての第２のセラミック粉である。

なお、本実施の形態では、具体的な一例として、導体粉としてはＮｉ粉を用い、第１のセラミック粉としては、添加物コートされたチタン酸バリウム粉を用い、共材である第２のセラミック粉としては、添加物を含まないチタン酸バリウム粉を用いる。また、第１のセラミック粉であるチタン酸バリウム粉は、平均粒径０．５μｍのものを用い、第２のセラミック粉であるチタン酸バリウム粉は、平均粒径０．１μｍのものを用い、導体粉であるＮｉ粉は平均粒径０．５μｍのものを用いている。

さらに、本発明者の経験によると、焼成によるクラックは、内層部分と外層部分との境界部付近においても生じている。そこで、本発明者はさらに検討を重ねたところ、導電ペーストにおいては、焼成に伴い共材として含まれたセラミック粉が拡散し、その周囲の内層セラミック基体を形成するセラミックペースト内へと流れ込み、組成のずれを引き起こし、これがクラックを発生させるものと考えることができる。

つまり、本来の内層セラミック基体形成用のセラミック粉よりも粒径の小さい、共材としてのセラミック粉が、内層セラミック基体の形成用のペーストに流入することで、内層セラミック基体が本来よりも焼けやすくなる。つまり、導体粉との関係では焼けにくさをもたらす共材が、拡散先である内層セラミック基体の形成用ペーストのセラミック粉との関係では焼けやすさをもたらすこととなる。このような経緯により、外層セラミック基体と内層セラミック基体との間には、焼成時の焼けやすさに差異が生じてしまい、それが一因となって、内層部分と外層部分との境界部付近においてもクラックが生じるものと考えられる。

そこで、本発明では、内層セラミック基体３ａの形成用のペーストに導電ペースト２５の共材である第２のセラミック粉が拡散することを見越して、外層セラミック基体３ｂの形成用のペーストに本来の第３のセラミック粉に加えて予め第２のセラミック粉を混入しておくこととした。これによって、焼成時の導電ペースト２５の共材の拡散を加味し、外層セラミック基体と内層セラミック基体との縮率を接近させる。従って、焼成時の焼けムラが低減され、内層部分と外層部分との境界部付近においてもクラックの発生を低減し、焼成後の素体強度向上を図ることができる。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

まず、上述した実施の形態において、外層セラミック基体３ｂの形成用のペーストを構成する第３のセラミック粉として、内層セラミック基体３ａの形成用のペーストを構成する第１のセラミック粉を用いることができる。すなわち、具体的な例を挙げると、第１のセラミック粉及び第３のセラミック粉として、共に、平均粒径０．５μｍのチタン酸バリウム粉を用いる。このような態様によれば、製造や管理が容易になり、また、内層部分と外層部分との縮率調整に関し設計・制御がより確実に行える。

また、第２のセラミック粉の粒径を、第１のセラミック粉及び第３のセラミック粉それぞれの粒径よりも小さくするようにしてもよい。具体的な例を挙げると、第２のセラミック粉として、平均粒径０．１μｍのチタン酸バリウム粉を用い第１のセラミック粉及び第３のセラミック粉として、共に、平均粒径０．５μｍのチタン酸バリウム粉を用いる。このような態様によれば、内層部分と外層部分との縮率差をいっそう小さくすることができる。

なお、上述してきたセラミック粉や導体粉の全てにおいて、その材料や粒径はあくまでも例示であり、本発明はそれに限定されるものではない。

さらに、本発明を適用する積層セラミック電子部品は、積層セラミックコンデンサに限定されるものではない。すなわち、電子部品としての機能を担う導電層を有した機能領域としての層部分と、保護領域としての層部分とを積層することで構成され、その積層状態で焼成が行われるものに対してならば、広く適用することができる。したがって、例えば、インダクタ、ＬＣフィルタ、アレイ部品等に適用することもできる。また、保護領域（外層部分）とは、必ずしも導電材料からなる層を全く含まないものを意味するものではない。要するに、積層状態で焼成を行うことにより、実質的に縮率差が現れる積層構成に対して広く適用することが可能である。

本発明の実施の形態に係る製造方法を適用する積層セラミックコンデンサの断面図である。 本実施の形態におけるシートの形成態様を説明する図である。 本実施の形態におけるシートの積層態様を説明する図である。

符号の説明

１ 積層セラミックコンデンサ
５、７ 内部電極（内層導電層）
９ 内層部分
１１、１３ 外層部分

Claims (3)

1. 機能領域である内層部分に対して保護領域である外層部分が少なくとも一つ積層され、前記内層部分は内層セラミック基体と内層導電層とを有し、前記外層部分は外層セラミック基体を有している積層セラミック電子部品、を製造する方法であって、
   前記内層セラミック基体の形成用ペーストとして、第１のセラミック粉を含むペーストを用意するステップと、
   前記内層導電層の形成用ペーストとして、導体粉と第２のセラミック粉とを含むペーストを用意するステップと、
   前記外層セラミック基体の形成用ペーストとして、第３のセラミック粉と前記第２のセラミック粉とを含むペーストを用意するステップと、
   前記ペーストによってそれぞれ形成された前記内層部分及び前記外層部分が積層されている状態で、焼成を行うステップと
   を含む、積層セラミック電子部品の製造方法。
2. 前記第３のセラミック粉として、前記第１のセラミック粉を用いる、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. 前記第２のセラミック粉の粒径は、前記第１のセラミック粉の粒径及び第３のセラミック粉の粒径よりも小さい、請求項１又は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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