JP2010093061A - 電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エージング工程を行う電子部品の製造方法において、電子部品の生産効率を向上させる。
【解決手段】セラミックグリーンシート及びコイル電極により構成される未焼成のマザー積層体１１２を作製する。次に、未焼成のマザー積層体１１２を圧着する。次に、未焼成のマザー積層体１１２に対して、常温よりも高い温度の熱処理を施して熱エージング工程を行う。未焼成のマザー積層体１１２を常温で放置して自然エージング工程を行う。次に、未焼成のマザー積層体１１２をカットして、未焼成の積層体を得る。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子部品の製造方法に関し、より特定的には、絶縁層及び内部電極により構成される積層体を有する電子部品の製造方法に関する。

電子部品の製造方法としては、例えば、特許文献１に記載の積層型チップインダクタの製造方法が知られている。該積層チップインダクタの製造方法では、まず、セラミックグリーンシート上に導体を印刷する。次に、所定枚数の磁性体シートを積層及び圧着し、成形体を得る。この後、成形体をカットしてチップを得た後、該チップを焼成する。最後に、チップに対して外部電極を形成する。以上の工程を経て、積層型チップインダクタが完成する。

ところで、成形体に圧着を施した場合には、成形体は、圧縮された状態から元に戻ろうとして膨張する。そのため、特許文献１に記載の積層チップインダクタの製造方法では、圧着工程とカット工程との間において、所定時間だけ常温・常圧で成形体を放置する自然エージング工程が行われていると考えられる。

しかしながら、前記自然エージング工程は、一般的に、約２０時間程度の時間を要するため、積層チップインダクタの効率のよい生産を妨げてしまう。
特開昭６３−１２４４０４号公報

そこで、本発明の目的は、エージング工程を行う電子部品の製造方法において、電子部品の生産効率を向上させることである。

本発明の一形態に係る電子部品の製造方法は、絶縁層及び内部電極により構成される未焼成のマザー積層体を作製する工程と、前記未焼成のマザー積層体を圧着する工程と、前記未焼成のマザー積層体に対して、常温よりも高い温度の熱処理を施す工程と、前記未焼成のマザー積層体を常温で放置する工程と、前記未焼成のマザー積層体をカットして、未焼成の積層体を得る工程と、を備えていること、を特徴とする。

本発明によれば、マザー積層体に対して常温よりも高い温度の熱処理が施されるので、マザー積層体の膨張が促進される。その結果、マザー積層体を常温で放置する時間を短くすることができ、電子部品の生産効率を向上させることができる。

以下に、本発明の一実施形態に係る電子部品の製造方法について説明する。

（電子部品の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る電子部品の製造方法によって作製される電子部品１０の外観斜視図である。図２は、図１の電子部品１０のマザー積層体１１２の分解斜視図である。図２では、個別のチップに積層体１２にカットされる前のマザー積層体１１２を示してある。以下、電子部品１０の積層方向をｚ軸方向と定義し、電子部品１０の長辺方向をｘ軸方向と定義し、電子部品１０の短辺方向をｙ軸方向と定義する。

電子部品１０は、図１に示すように、積層体１２及び外部電極１４ａ，１４ｂを備えている。積層体１２は、直方体状をなし、螺旋状のコイルＬ（図１には図示せず）を内蔵している。外部電極１４ａ，１４ｂは、ｘ軸方向の両端に位置する積層体１２の側面を覆うように設けられている。

積層体１２は、図２に示すように、絶縁体層１６ａ〜１６ｌが積層されることにより構成されている。絶縁体層１６ａ〜１６ｌは、絶縁材料（例えば、Ｂａ−Ａｌ−Ｓｉ系セラミックス）からなる長方形状の絶縁体層である。以下では、個別の絶縁体層１６ａ〜１６ｌを指す場合には、参照符号の後ろにアルファベットを付し、これらを総称する場合には、参照符号の後ろのアルファベットを省略する。

コイルＬは、図２に示すように、コイル電極１８ａ〜１８ｆ及びビアホール導体ｂ１〜ｂ５により構成されている。コイル電極１８ａ〜１８ｆはそれぞれ、Ａｇ等からなる導電性材料からなり、３／４ターンの長さで周回しており、絶縁体層１６ｄ〜１６ｉ上に設けられている。以下では、個別のコイル電極１８ａ〜１８ｆを指す場合には、参照符号の後ろにアルファベットを付し、これらを総称する場合には、参照符号の後ろのアルファベットを省略する。

ビアホール導体ｂ１〜ｂ５は、コイル電極１８ａ〜１８ｆを接続している。より詳細には、ビアホール導体ｂ１は、絶縁体層１６ｄをｚ軸方向に貫通するように設けられ、コイル電極１８ａとコイル電極１８ｂとを接続している。ビアホール導体ｂ２は、絶縁体層１６ｅをｚ軸方向に貫通するように設けられ、コイル電極１８ｂとコイル電極１８ｃとを接続している。ビアホール導体ｂ３は、絶縁体層１６ｆをｚ軸方向に貫通するように設けられ、コイル電極１８ｃとコイル電極１８ｄとを接続している。ビアホール導体ｂ４は、絶縁体層１６ｇをｚ軸方向に貫通するように設けられ、コイル電極１８ｄとコイル電極１８ｅとを接続している。ビアホール導体ｂ５は、絶縁体層１６ｈをｚ軸方向に貫通するように設けられ、コイル電極１８ｅとコイル電極１８ｆとを接続している。これにより、絶縁体層１６ａ〜１６ｌが積層されると、コイル電極１８ａ〜１８ｆ及びビアホール導体ｂ１〜ｂ５は、積層体１２内において、螺旋状のコイルＬを構成するようになる。

絶縁体層１６ｄ上には、図２に示すように、ｚ軸方向の最も正方向側に位置しているコイル電極１８ａに接続されている引き出し電極２０ａが設けられている。また、引き出し電極２０ａは、絶縁体層１６ｄにおいて、ｘ軸方向の負方向側に位置している辺に引き出されており、外部電極１４ａと接続されている。絶縁体層１６ｉ上には、図２に示すように、ｚ軸方向の最も負方向側に位置しているコイル電極１８ｆに接続されている引き出し電極２０ｂが設けられている。また、引き出し電極２０ｂは、絶縁体層１６ｉにおいて、ｘ軸方向の正方向側に位置している辺に引き出され、外部電極１４ｂと接続されている。

（電子部品の製造方法）
以下に、電子部品１０の製造方法について図面を参照しながら説明する。図３は、電子部品１０の工程断面図である。図３（ａ）は、圧着工程における断面構造図であり、図３（ｂ）は、加熱エージング工程における断面構造図であり、図３（ｃ）は、自然エージング工程における断面工程図である。なお、図３において、ハッチングは省略してある。図４は、カット工程におけるマザー積層体１１２の外観斜視図である。

まず、絶縁体層１６となるセラミックグリーンシート１１６を作製する。ホウ珪酸ガラス及びＢａ−Ａｌ−Ｓｉ系セラミックスを主成分としたセラミック粉末と、バインダー（酢酸ビニル、水溶性アクリル等）と、可塑剤と、湿潤材と、分散剤と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により、キャリアシート上にシート状に形成して乾燥させ、セラミックグリーンシート１１６を作製する。

次に、セラミックグリーンシート１１６ｄ〜１１６ｈのそれぞれに、ビアホール導体ｂ１〜ｂ５を形成する。具体的には、セラミックグリーンシート１１６ｄ〜１１６ｈにレーザビームを照射してビアホールを形成する。次に、このビアホールに対して、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などの導電性ペーストを印刷塗布などの方法により充填する。

次に、セラミックグリーンシート１１６ｄ〜１１６ｉ上に、図２に示すように、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などを主成分とする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、コイル電極１８ａ〜１８ｆを形成する。また、コイル電極１８ａ，１８ｆの形成と同時に、図２に示すように、Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ａｕやこれらの合金などを主成分とする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、引き出し電極２０ａ，２０ｂを形成する。なお、コイル電極１８ａ〜１８ｅを形成する工程とビアホールに対して導電性ペーストを充填する工程とは、同じ工程において行われてもよい。

次に、各セラミックグリーンシート１１６ａ〜１１６ｌを積層する。具体的には、セラミックグリーンシート１１６ｌを配置する。セラミックグリーンシート１１６ｌの上にセラミックグリーンシート１１６ｋを積層し、圧着を行う。この後、セラミックグリーンシート１１６ｊ，１１６ｉ，１１６ｈ，１１６ｇ，１１６ｆ，１１６ｅ，１１６ｄ，１１６ｃ，１１６ｂ，１１６ａについても同様にこの順番に積層及び圧着する。これにより、未焼成のマザー積層体１１２（以下、単にマザー積層体１１２と称す）が作製される。マザー積層体１１２とは、個別の積層体１２にカットされる前の状態の積層体を意味する。

次に、図３（ａ）に示すように、圧着台３０上にマザー積層体１１２を載置する。更に、マザー積層体１１２の側面（x軸又はy軸と交差する面）を囲むように、金型枠３２を取り付ける。金型枠は、ｚ軸方向から平面視したときに「ロ」字型を有しており、マザー積層体１１２が図３（ａ）に示すように内部に納まったときに、該マザー積層体１１２の側面と略隙間なく接触する。これにより、マザー積層体１１２は、ｘ軸方向及びｙ軸方向において拘束される。そして、マザー積層体１１２を金型枠３２に収めた状態で、圧着ツール３４をｚ軸方向の正方向側から負方向側へと下降させて、マザー積層体１１２に対してｚ軸方向に圧力を加えて圧着する。本実施形態では、９０℃の温度及び１１０ｔの圧力で圧着を行った。

次に、マザー積層体１１２に対して常温よりも高い温度で熱処理を行う熱エージング工程を行う。より具体的には、図３（ｂ）に示すように、マザー積層体１１２を金型枠３２に収めた状態で、４５℃以上８５℃以下の温度までマザー積層体１１２を加熱する。そして、４５℃以上８５℃以下の温度を１０分以上６０分以下の間維持する。本実施形態では、７０℃の温度で２０分間の熱エージング工程をマザー積層体１１２に対して行った。

熱エージング工程が終了したら、図３（ｃ）に示すように、金型枠３２をマザー積層体１１２から取り外し、マザー積層体１１２を常温で放置して、自然エージング工程を行う。自然エージング工程は、マザー積層体１１２を４．５時間の間だけ常温・常圧下で放置する。

次に、図４に示すように、マザー積層体１１２を押し切りカットにより１．２ｍｍ×０．６ｍｍ×０．６ｍｍのサイズの積層体１２にカットする。これにより未焼成の積層体１２が得られる。この未焼成の積層体１２には、脱バインダー処理及び焼成がなされる。脱バインダー処理は、例えば、低酸素雰囲気中において５００℃で２時間の条件で行う。焼成は、例えば、大気中において８９０℃で２．５時間の条件で行う。

以上の工程により、焼成された積層体１２が得られる。積層体１２には、バレル加工が施されて、面取りが行われる。その後、積層体１２の表面に、主成分が銀である電極ペーストを塗布及び焼き付けすることにより、外部電極１４ａ，１４ｂとなるべき銀電極を形成する。銀電極の乾燥は、１００℃で１０分間行われ、銀電極の焼き付けは、７８０℃で２．５時間行われる。

最後に、銀電極の表面に、Ｎｉめっき／Ｓｎめっきを施すことにより、外部電極１４ａ，１４ｂを形成する。以上の工程を経て、図１に示すような電子部品１０が完成する。

（効果）
本実施形態に係る電子部品１０の製造方法によれば、以下に説明するように、自然エージング工程における時間を短縮することができるので、電子部品１０の生産効率を向上させることができる。

より詳細には、マザー積層体１１２は、圧着後に膨張する。マザー積層体１１２の膨張は、マザー積層体１１２に含まれているバインダー（アクリル樹脂）の分子鎖が再配列することにより生じている。従来、バインダーの分子鎖の再配列が安定するまでには、常温・常圧下で約２０時間の間、マザー積層体１１２を放置する必要があった（自然エージング工程）。

そこで、本実施形態に係る電子部品１０の製造方法では、自然エージング工程の前に、熱エージング工程を行っている。熱エージング工程において、マザー積層体１１２に熱を加えることにより、バインダーの分子鎖の再配列が促進される。その結果、本実施形態に係る電子部品１０の製造方法では、２０分程度の熱エージング工程と、５時間程度の自然エージング工程によって、バインダーの分子鎖の再配列を安定させることができる。すなわち、本実施形態に係る電子部品１０の製造方法では、従来の電子部品の製造方法に比べて、自然エージング工程の時間が大幅に短縮され、電子部品１０の生産効率が向上する。

また、本実施形態に係る電子部品１０の製造方法では、以下に説明するように、カット工程を精度良く行うことができる。より詳細には、従来の電子部品の製造方法では、自然エージング工程は、マザー積層体を常温・常圧下において所定時間放置することにより行われていた。この際、積層方向と垂直な方向に膨張することを規制するような拘束は、マザー積層体に対して行われていなかった。そのため、マザー積層体は、積層方向に垂直な方向に比較的大きく膨張していた。このように、マザー積層体が積層方向に垂直な方向に大きく膨張した場合には、マザー積層体間に生じる膨張量のばらつきも大きくなる。そのため、カット工程において、膨張量を予測してカット位置を決定したとしても、実際の膨張量が予測した膨張量よりも大きい又は小さいために、実際のカット位置が、正確なカット位置からずれてしまうおそれがある。その結果、カット工程において、積層体からコイル電極が露出してしまい、電子部品に不良が発生する。

そこで、本実施形態に係る電子部品１０の製造方法では、マザー積層体１１２を金型枠３２に収めた状態で熱エージング工程を行っている。マザー積層体１１２がｘ軸方向及びｙ軸方向に膨張することが規制される。これにより、ｘ軸方向及びｙ軸方向におけるマザー積層体１１２の膨張量は、低減されるようになる。その結果、マザー積層体１１２間に生じる膨張量のばらつきは、従来のマザー積層体間に生じる膨張量のばらつきに比べて小さくなる。よって、本実施形態に係る電子部品１０の製造方法では、実際のカット位置が正確なカット位置からずれる量が小さくなり、カット工程を精度良く行うことができる。

なお、本実施形態の熱エージング工程において、マザー積層体１１２は、ｚ軸方向に膨張する。しかしながら、マザー積層体１１２のカット位置は、ｘｙ平面内において決定されるため、マザー積層体１１２のｚ軸方向における膨張は、カット位置のずれには影響しない。

（実験結果）
本願発明者は、本実施形態に係る電子部品１０の製造方法が奏する効果をより明確なものとするために、以下に説明する実験を行った。具体的には、本実施形態に示した構造の第１のマザー積層体及び第２のマザー積層体を作製した。第１のマザー積層体には、自然エージング工程のみを行った（従来の製造方法に相当）。第２のマザー積層体には、０．５時間の熱エージング工程を行った後、自然エージング工程を行った（本実施形態の製造方法に相当）。また、第１のマザー積層体の自然エージング工程では金型枠３２を取り外した。第２のマザー積層体の熱エージング工程では金型枠３２を取り付け、自然エージング工程では金型枠３２を取り外した。そして、これらのエージング工程中における、マザー積層体のｘ軸方向及びｙ軸方向における伸びと、マザー積層体のｚ軸方向における伸びとを計測した。

図５は、実験結果を示したグラフである。図５（ａ）は、エージング工程の時間と第１のマザー積層体のｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の伸び量との関係を示したグラフである。図５（ｂ）は、エージング工程の時間と第２のマザー積層体のｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の伸び量との関係を示したグラフである。図５において、縦軸は、マザー積層体のｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の伸び量を示し、横軸は、エージング工程の時間を示す。また、図５（ｂ）では、理解の容易のために、横軸の０．５時間経過時点を、実際よりも正方向側にずらして記載した。

図５（ａ）に示すように、熱エージング工程を行わない場合には、自然エージング工程を開始してから、第１のマザー積層体の膨張が止まるまで、約２０時間かかっていることが理解できる。一方、図５（ｂ）に示すように、熱エージング工程を行った場合には、自然エージング工程を開始してから４．５時間程度で第１のマザー積層体の膨張が止まっていることが理解できる。すなわち、本実施形態に係る電子部品１０の製造方法によれば、自然エージング工程を短くすることができ、電子部品１０の生産効率を向上できる。

また、図５（ａ）に示すように、第１のマザー積層体では、ｘ軸方向及びｙ軸方向に約７００μｍの伸びが発生していることがわかる。一方、図５（ｂ）に示すように、第２のマザー積層体では、ｘ軸方向及びｙ軸方向に約３５０μｍの伸びしか発生していないことがわかる。その代わり、図５（ａ）に示すように、第１のマザー積層体では、ｚ軸方向に殆ど伸びが発生していないのに対して、図５（ｂ）に示すように、第２のマザー積層体では、ｚ軸方向に１５μｍ程度の伸びが発生していることが分かる。以上より、金型枠を第２のマザー積層体に取り付けた状態で熱エージング工程を行うことにより、第２のマザー積層体がｘ軸方向及びｙ軸方向に伸びる代わりに、ｚ軸方向に伸びていることが分かる。これにより、第２のマザー積層体のｘ軸方向及びｙ軸方向における伸びが抑制されていることが分かる。その結果、本実施形態に係る電子部品１０の製造方法では、カット工程を精度良く行うことができる。

（変形例）
本発明に係る電子部品１０の製造方法は、前記実施形態に示したものに限らない。よって、その要旨の範囲内において適宜変更可能である。電子部品１０は、コイルＬを内蔵しているが、例えば、コンデンサやノイズフィルタを内蔵していてもよい。

また、電子部品１０は、セラミックグリーンシート１１６が積層されることにより作製されるシート積層法により作製されているが、例えば、印刷法により作製されてもよい。印刷法とは、セラミックペーストを塗布して絶縁体層１６となるべき絶縁層を形成する工程と、導電性ペーストを塗布して該絶縁層上にコイル電極１８を形成する工程とを交互に行って、マザー積層体１１２を作製する方法である。このような印刷法によってマザー積層体１１２が作製される場合でも、マザー積層体１１２に対して圧着が行われる。そのため、熱エージング工程を行って、自然エージング工程の時間を短縮化できると共に、ｘ軸方向及びｙ軸方向におけるマザー積層体１１２の伸びを低減できる。

また、マザー積層体１１２のｘ軸方向及びｙ軸方向における拘束は、金型枠３２を用いたものに限らない。マザー積層体１１２のｘ軸方向及びｙ軸方向における拘束は、例えば、マザー積層体１１２を金属板や厚肉フィルム上に載置することによって行ってもよい。この場合、マザー積層体１１２と金属板又は厚肉フィルムとが密着することにより、マザー積層体１１２がx軸方向及びy軸方向に拘束される。

本発明の一実施形態に係る電子部品の製造方法によって作製される電子部品の外観斜視図である。 図１の電子部品のマザー積層体の分解斜視図である。 電子部品の工程断面図である。 カット工程におけるマザー積層体の外観斜視図である。 実験結果を示したグラフである。

符号の説明

１０ 電子部品
１２ 積層体
１４ａ，１４ｂ 外部電極
１６ａ〜１６ｌ 絶縁体層
１８ａ〜１８ｆ コイル電極
２０ａ，２０ｂ 引き出し電極
３２ 金型枠
３４ 圧着ツール
１１２ マザー積層体
１１６ａ〜１１６ｌ セラミックグリーンシート

Claims (5)

1. 絶縁層及び内部電極により構成される未焼成のマザー積層体を作製する工程と、
   前記未焼成のマザー積層体を圧着する工程と、
   前記未焼成のマザー積層体に対して、常温よりも高い温度の熱処理を施す工程と、
   前記未焼成のマザー積層体を常温で放置する工程と、
   前記未焼成のマザー積層体をカットして、未焼成の積層体を得る工程と、
   を備えていること、
   を特徴とする電子部品の製造方法。
2. 前記熱処理を施す工程では、前記未焼成のマザー積層体に対して、積層方向と垂直な方向において拘束を行いつつ、該熱処理を施すこと、
   を特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
3. 前記圧着を行う工程では、前記未焼成のマザー積層体を側面を覆った状態でかつ枠に収めた状態で、積層方向から圧力を加え、
   前記熱処理を施す工程では、前記未焼成のマザー積層体を前記枠に収めた状態で、熱処理を施すこと、
   を特徴とする請求項２に記載の電子部品の製造方法。
4. 前記未焼成のマザー積層体を作製する工程は、
   前記絶縁層に対して前記内部電極を形成する工程と、
   前記絶縁層を積層する工程と、
   を含んでいること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
5. 前記熱処理を行う工程では、４５℃以上８５℃以下の温度で１０分以上６０分以下の時間だけ熱処理を行うこと、
   を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電子部品の製造方法。

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