JP2010177508A

JP2010177508A - 積層セラミック電子部品の製造方法

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Publication number: JP2010177508A
Application number: JP2009019524A
Authority: JP
Inventors: Kenji Murakami; 健二村上; Motohiko Sato; 元彦佐藤; Atsushi Otsuka; 淳大塚; Masahiko Okuyama; 雅彦奥山
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: JP5318600B2

Abstract

【課題】垂直性が高くかつテーパー率が高い貫通孔の形成が可能なため、形状が良好なビア導体を確実に形成できる積層セラミック電子部品の製造方法の提供。
【解決手段】本発明の積層セラミック電子部品１０１の製造方法では、レーザー加工工程により積層体２２０に貫通孔１３０を形成する。この工程では、レーザービーム２５０を反射及び集束させる光学系３０３を介して照射位置の制御を行う方式を採用する。光学系３０３を介して制御可能な加工エリアの最大幅を５０ｍｍ以下とする。レーザービーム２５０の焦点距離を７０ｍｍ以上、焦点深度を７０μｍ以上、波長を２μｍ以上かつ２０μｍ以下に設定する。レーザービーム２５０の照射方式をパルス方式とし、パルス幅を１５μｓｅｃ以上１５０μｓｅｃ以下に設定する。特定の孔形成位置Ｐ１にｎ回にわけてレーザービームを照射するにあたり、特定の孔形成位置Ｐ２〜Ｐ５にｎ回の照射を連続的に行わない。
【選択図】図６

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。

近年、各種電子機器の回路等には、積層セラミックコンデンサや積層セラミックインダクタ等の積層セラミック電子部品が用いられている。一般的に積層セラミック電子部品は、セラミック誘電体層表面に内部電極を形成したものを複数枚積層した構造（即ち多層構造）を有している。そしてこの多層構造の採用によって、例えば、積層セラミックコンデンサでは高い静電容量が確保できるようになっている。

このような積層セラミック電子部品の一種として、例えばビアアレイタイプの積層セラミックコンデンサがよく知られている。この種の積層セラミックコンデンサは、複数のビア導体を有している。これらのビア導体は、異なる層の内部電極どうしを導通させる役割を果たすものであって、全体としてアレイ状に配置された複数の貫通孔（ビアホール）内に形成されている。このようなビア導体用の貫通孔は、通常、セラミックグリーンシートに対するドリル加工により形成していたが、最近ではレーザービームの照射により加工を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。即ち、特許文献１〜３においては、まず、焼結後に内部電極として機能する未焼結金属層を、焼結後に誘電体層として機能する未焼結セラミック層上に設けたグリーンシートを複数枚用意する。そして、各グリーンシートを積層一体化して積層体を作製し、この積層体に対してレーザービームを照射するレーザー加工工程を行って、複数の貫通孔を形成する。その後、複数の貫通孔内にニッケルや銀等を含む導電ペーストを充填してから焼成することで、所望とするセラミック積層セラミックコンデンサを得るようになっている。

特開２００４−１５８５７１号公報特開２００４−１６５６３１号公報特開２００５−１１７００４号公報

しかしながら、上記従来の積層セラミック電子部品の製造方法では、１枚１枚のセラミックグリーンシートごとにレーザー加工工程を行うのではなく、それら複数枚からなる積層体を作製したうえで一括してレーザー加工工程を行うため、必然的に加工対象物（ワーク）である積層体の厚さが厚くなる。それゆえ、レーザー加工工程を経て得られる貫通孔の垂直性が低くなりやすい。即ち、積層体の主面に対して貫通孔の中心軸線は垂直である（即ち９０°の角度をなす）ことが通常望ましいが、この角度が９０°からずれる結果、貫通孔の入射側開口部と出射側開口部との位置が平面方向にずれてしまう。

また、積層体に対する一括レーザー加工の場合、貫通孔のテーパー率（本明細書においては「（貫通孔におけるレーザー出射側開口部の径／貫通孔におけるレーザー入射側開口部の径）×１００（％）」と定義する。）が高くなりやすくなる。即ち、一般的に貫通孔の両側の開口径は等しいことが望ましくこの場合にテーパー率が１００％となるが、積層体の厚さが厚い場合、貫通孔におけるレーザー入射側開口部の径のほうがレーザー出射側開口部の径よりも大きくなり、貫通孔に生じるテーパーの度合が大きくなってしまう。

以上のように、従来の製造方法では、形状が良好なビア導体を形成することが困難であった。また、このようなビア導体の形成の困難さは、積層体の厚さが厚くなるほど顕著になる傾向があった。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、垂直性が高くかつテーパー率が高い貫通孔の形成が可能なため、形状が良好なビア導体を確実に形成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にある。

そして上記課題を解決するための手段（手段１）としては、焼結後に内部電極として機能する未焼結金属層を焼結後に誘電体層として機能する未焼結セラミック層上に設けたグリーンシートを複数枚積層してなる積層体に対してレーザービームを照射し、前記積層体をその厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を形成するレーザー加工工程を含む積層セラミック電子部品の製造方法であって、前記レーザー加工工程では、前記レーザービームを反射及び集束させる光学系を介して前記レーザービームの照射位置の制御を行う方式を採用するとともに、前記光学系を介して制御可能な加工エリアの最大幅を５０ｍｍ以下とし、前記レーザービームの焦点距離を７０ｍｍ以上、焦点深度を７０μｍ以上、波長を２μｍ以上かつ２０μｍ以下に設定し、前記レーザービームの照射方式をパルス方式とし、そのパルス幅を１５μｓｅｃ以上１５０μｓｅｃ以下に設定し、特定の１つの孔形成位置に対してｎ回にわけて前記レーザービームを照射するにあたり、前記特定の１つの孔形成位置に対してｎ回の照射を連続的に行わず、ｎ回の照射が完了するまでの間に他の孔形成位置に対する照射も含めるようにして加工を行うことを特徴とする積層セラミック電子部品の製造方法、がある。

従って、手段１に記載の製造方法によると、レーザー加工工程における諸条件の適切化を図ったことにより、垂直性が高くかつテーパー率が高い貫通孔の形成が可能となり、形状が良好なビア導体を確実に形成することができるようになる。

本発明の製造方法により製造される積層セラミック電子部品としては、セラミック誘電体層間に内部電極が形成された構造を有するものであれば、特に限定されない。この種の積層セラミック電子部品の具体例としては、積層セラミックコンデンサ、積層セラミックインダクタ、積層セラミックコイル等が挙げられる。また、積層セラミックコンデンサである場合、全体としてアレイ状に配置された複数の貫通孔内に内部電極に接続する複数のビア導体を有するビアアレイタイプの積層セラミックコンデンサであってもよい。ちなみに、このタイプの積層セラミックコンデンサの利点は、インダクタンスの低減化が達成しやすくノイズ吸収や電圧安定化が可能となること、全体の小型化が達成しやすいこと、小さいわりに高静電容量が達成しやすいこと等である。

以下、手段１の積層セラミック電子部品の製造方法について説明する。

上記製造方法は、焼結後に内部電極として機能する未焼結金属層を焼結後に誘電体層として機能する未焼結セラミック層上に設けたグリーンシートを複数枚積層してなる積層体に対してレーザービームを照射し、前記積層体をその厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を形成するレーザー加工工程を含む。即ち、積層体の作製前にグリーンシートごとにレーザービームを照射するのではなく、積層体の作製後に一括してレーザービームを照射することを特徴としている。

未焼結セラミック層の焼結により得られるセラミック誘電体層の例としては、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどを主体とする焼結体層があり、これを選択した場合には静電容量の大きな積層セラミックコンデンサを実現しやすくなる。また、別の例としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックを主体とする焼結体層があるほか、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックを主体とする焼結体層がある。

未焼結金属層の焼結により得られる内部電極としては、特に限定されないが、いわゆるメタライズ導体であることが好ましい。なお、メタライズ導体は、金属粉末を含む導体ペーストを従来周知の手法、例えばメタライズ印刷法で塗布した後に焼成することにより、形成される。同時焼成法によってメタライズ導体及びセラミック誘電体層を形成する場合、メタライズ導体中の金属粉末は、セラミック誘電体層の焼成温度よりも高融点である必要がある。例えば、セラミック誘電体層がいわゆる高温焼成セラミック（例えばアルミナ等）からなる場合には、メタライズ導体中の金属粉末として、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等やそれらの合金が選択可能である。セラミック誘電体層がいわゆる低温焼成セラミック（例えばガラスセラミック等）からなる場合には、メタライズ導体中の金属粉末として、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等やそれらの合金が選択可能である。

上記積層体は、未焼結金属層を未焼結セラミック層上に設けたグリーンシートを複数枚積層して一体化することで作製される。この場合、ニッケルを主体とする未焼結金属層を、チタン酸バリウムを主体とする未焼結セラミック層上に設けたグリーンシートを複数枚積層して一体化することで作製された積層体を用いてもよい。

レーザー加工工程では、レーザービームを反射及び集束させる光学系を介してレーザービームの照射位置の制御を行う方式を採用する。その理由としては、例えば加工対象物側を駆動してレーザービームの照射位置を変更する方式に比べて、高速化が期待でき、生産性の向上を達成しやすいからである。また、光学系を介して制御可能な加工エリアの最大幅を５０ｍｍ以下とする。その理由としては、加工エリアが広くなりすぎた場合、照射位置がエリア中心から遠くなるほどビームが傾いてしまい、貫通孔の垂直性が低くなるからである。

レーザー加工工程では、レーザービームの焦点距離を７０ｍｍ以上に設定するとともに、焦点深度を７０μｍ以上に設定する。焦点距離及び焦点深度が小さすぎると、ワークである積層体の厚さが厚いような場合に、積層体の厚さ方向全体にわたって焦点を絞ることができなくなる。よって、垂直性が高くかつテーパー率が高い貫通孔の形成が困難になってしまう。

レーザー加工工程では、レーザービームの波長を２μｍ以上かつ２０μｍ以下に設定する。波長が上記好適範囲の下限値よりも短いと、焦点径が小さくなるため、所望の加工径を得ようとすると長い加工時間が必要となる。よって、厚いワークに対して効率的に貫通孔を形成できなくなるおそれがある。また、波長が上記好適範囲の上限値よりも長いと、焦点径が大きくなりすぎて、所望の加工径を得ることができなくなるおそれがある。

レーザー加工工程では、レーザービームの照射方式をパルス方式とし、そのパルス幅を１５μｓｅｃ以上１５０μｓｅｃ以下に設定する。レーザービームを連続的に照射する方式（例えばバースト方式）であると、ワークが熱の蓄積によるダメージを受けやすくなり、好ましくない。そして、この熱の蓄積は特にレーザー入射側において顕著なため、入射側の開口径が大きくなる結果、貫通孔のテーパー率が低くなる。また、パルス幅が長すぎると、やはり熱の蓄積によってワークがダメージを受けやすくなるとともに、テーパー率が低くなりやすくなる。逆にパルス幅が短すぎても、テーパー率が低くなりやすくなる。

レーザービームのパルス当たりのエネルギーは特に限定されず、所望とする加工径に応じて適宜設定可能であるが、例えば２ｍＪ以上２０ｍＪ以下であることがよい。

ここで、レーザー加工工程にて使用するレーザー加工機は特に限定されず任意に選択可能であり、上記好適範囲のレーザービームの波長が得やすいという点で、炭酸ガスレーザー加工機が好ましい。

レーザー加工工程において複数の貫通孔を形成する場合、レーザービームの照射の態様としては、少なくとも特定の１つの孔形成位置に対して連続してレーザービームを照射して完全に孔を掘り抜いてしまうことは、行わないようにする。具体的には次のようにする。即ち、特定の１つの孔形成位置に対してｎ回にわけてレーザービームを照射するにあたり、前記特定の１つの孔形成位置に対してｎ回の照射を連続的に行わず、ｎ回の照射が完了するまでの間に他の孔形成位置に対する照射も含めるようにして加工を行う。その理由は、レーザービームを連続的に照射する態様であると、加工部への熱の蓄積によりワークがダメージを受けやすくなり、テーパー率の向上の観点から好ましくないからである。より具体的には、特定の１つの孔形成位置に対してｎ回にわけてレーザービームを照射するにあたり、前記複数の孔形成位置に対して前記レーザービームをサイクリックに順次移動させながら照射して加工を行うことが好ましい。

また、レーザー加工工程では、前記積層体におけるレーザー入射側の表面に保護層を設けておき、その保護層を介して前記レーザービームを前記積層体に対して照射するようにしてもよい。先に述べたように、レーザー照射時には特にレーザー入射側の表面に熱が蓄積され、その結果レーザー入射側開口部が大径化して貫通孔の形状悪化を来しやすい。その点、保護層を設けるとともにそれを介してレーザービームを照射すれば、保護層に熱が蓄積される一方で積層体への熱の蓄積が抑制される。つまり、保護層により積層体が保護される結果、貫通孔の形状悪化を回避することができる。

本発明を具体化した一実施形態の積層セラミックコンデンサを示す概略断面図。上記積層セラミックコンデンサを電源用内部電極がある位置で切断したときの概略平断面図。上記積層セラミックコンデンサをグランド用内部電極がある位置で切断したときの概略平断面図。上記積層セラミックコンデンサの製造方法において、レーザー加工工程前の積層体を示す概略断面図。上記製造方法において、レーザー加工工程に使用するレーザー加工機を示す概略図。上記製造方法において、レーザー加工工程時の積層体を示す概略断面図。上記製造方法において、レーザー加工工程後の積層体を示す概略断面図。上記製造方法において、熱保護シート剥離後の積層体を示す概略断面図。上記製造方法において、導体ペースト充填後の積層体を示す概略断面図。上記製造方法において、外部電極となる未焼結金属層形成後の積層体を示す概略断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態の積層セラミックコンデンサの製造方法を図１〜図１０に基づき詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施形態の積層セラミックコンデンサ１０１（積層セラミック電子部品）は、いわゆるビアアレイタイプの積層セラミックコンデンサである。積層セラミックコンデンサ１０１を構成するセラミック焼結体１０４は、主面１０２（図１では上面）、裏面１０３（図１では下面）及び側面１０６を有する平面視矩形状の板状物である。なお、ここでは積層セラミックコンデンサ１０１の寸法は、縦１２．０ｍｍ×横１２．０ｍｍ×厚さ０．８ｍｍに設定されており、その四隅には面取り寸法０．５５ｍｍ以上の面取りが施されている（図２，３参照）。

図１に示されるように、セラミック焼結体１０４は、セラミック誘電体層１０５を介して電源用内部電極１４１とグランド用内部電極１４２とを交互に積層配置した構造を有している。また、セラミック誘電体層１０５は、高誘電率セラミックの一種であるチタン酸バリウムの焼結体からなり、電源用内部電極１４１及びグランド用内部電極１４２間の誘電体（絶縁体）として機能する。電源用内部電極１４１及びグランド用内部電極１４２は、いずれもニッケルを主成分として形成された層であって、セラミック焼結体１０４の内部において一層おきに配置されている。なお、図１においては便宜上セラミック誘電体層１０５の積層数を７層としたが、実際にはさらに多い層（数十層から数百層）としてもよい。

図１〜図３に示されるように、セラミック焼結体１０４には、多数のビアホール１３０（貫通孔）が形成されている。これらのビアホール１３０は、セラミック焼結体１０４をその厚さ方向に貫通するとともに、セラミック焼結体１０４の全体にわたって格子状（アレイ状）に配置されている。各ビアホール１３０内には、セラミック焼結体１０４の主面１０２及び裏面１０３間を連通させる複数のコンデンサ内ビア導体１３１，１３２が、ニッケルを主材料として形成されている。なお本実施形態において、ビアホール１３０の直径は約１００μｍに設定されているため、コンデンサ内ビア導体１３１，１３２の直径も約１００μｍに設定されている。各電源用コンデンサ内ビア導体１３１は、各電源用内部電極１４１を貫通しており、それら同士を互いに電気的に接続している。各グランド用コンデンサ内ビア導体１３２は、各グランド用内部電極１４２を貫通しており、それら同士を互いに電気的に接続している。各電源用コンデンサ内ビア導体１３１及び各グランド用コンデンサ内ビア導体１３２は、全体としてアレイ状に配置されている。本実施形態では、説明の便宜上、コンデンサ内ビア導体１３１，１３２を５列×５列で図示したが、実際にはさらに多くの列が存在している。

セラミック焼結体１０４の主面１０２上には、複数の主面側電源用外部電極１１１と複数の主面側グランド用外部電極１１２とが設けられている。主面側電源用外部電極１１１は、複数の電源用コンデンサ内ビア導体１３１における主面１０２側の端面に対して直接接続されている。主面側グランド用外部電極１１２は、複数のグランド用コンデンサ内ビア導体１３２における主面１０２側の端面に対して直接接続されている。

また、セラミック焼結体１０４の裏面１０３上には、複数の裏面側電源用外部電極１２１と複数の裏面側グランド用外部電極１２２とが設けられている。裏面側電源用外部電極１２１は、複数の電源用コンデンサ内ビア導体１３１における裏面１０３側の端面に対して直接接続されている。裏面側グランド用外部電極１２２は、複数のグランド用コンデンサ内ビア導体１３２における裏面１０３側の端面に対して直接接続されている。よって、電源用外部電極１１１，１２１は電源用コンデンサ内ビア導体１３１及び電源用内部電極１４１に導通しており、グランド用外部電極１１２，１２２はグランド用コンデンサ内ビア導体１３２及びグランド用内部電極１４２に導通している。

各外部電極１１１，１１２，１２１，１２２は、メタライズ導体層と、そのメタライズ導体層を被覆するめっき層とからなっている。メタライズ導体層は、主面１０２及び裏面１０３の上に配置されるとともに、ニッケルを主材料として形成されている。めっき層は、ニッケルよりも導電性の高い銅からなり、メタライズ導体層の表面を全体的に被覆している。めっき層の表面は粗化されていてもよく、その表面の算術平均粗さＲａは０．１μｍ〜１．０μｍの間に設定されることがよい。

そして、マザーボード側から外部電極１２１，１２２を介して通電を行い、電源用内部電極１４１−グランド用内部電極１４２間に電圧を加えると、電源用内部電極１４１に例えばプラスの電荷が蓄積し、グランド用内部電極１４２に例えばマイナスの電荷が蓄積する。その結果、積層セラミックコンデンサ１０１がコンデンサとして機能する。また、積層セラミックコンデンサ１０１では、電源用コンデンサ内ビア導体１３１及びグランド用コンデンサ内ビア導体１３２がそれぞれ交互に隣接して配置され、かつ、電源用コンデンサ内ビア導体１３１及びグランド用コンデンサ内ビア導体１３２を流れる電流の方向が互いに逆向きになるように設定されている。

次に、本実施形態の積層セラミックコンデンサ１０１の製造方法について述べる。

まず、図示しない離型性のキャリアフィルム上に、チタン酸バリウム等を主成分とするセラミックスラリーを均一に塗布して乾燥させる。これにより、キャリアフィルム上に厚さ数μｍ（本実施形態では厚さ約５μｍ）の未焼結セラミック層２０５を形成する。そして、この未焼結セラミック層２０５上に、内部電極用ニッケルペーストをスクリーン印刷して乾燥させる。これにより、厚さ数μｍ（本実施形態では厚さ約２μｍ）の未焼結金属層２４１，２４２を設け、合計で厚さ約７μｍのグリーンシート２１０とする。なお、グリーンシート２１０として、後に電源用内部電極１４１となる未焼結金属層２４１を備えるものと、後にグランド用内部電極１４２となる未焼結金属層２４２を備えるものの２種類を、それぞれ複数枚ずつ用意しておく。

次に、上記２種類のグリーンシート２１０を交互に積層配置するとともに、最外層にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の熱保護シート２１５（保護層）を配置し、シート積層方向に所定の押圧力を付与することにより、各グリーンシート２１０及び熱保護シート２１５を仮圧着して積層体２２０を形成する（図４参照）。なお、図４の積層体２２０においてグリーンシート２１０の積層数は７層とされているが、実際上はグリーンシート２１０の積層数は数十層から数百層程度であり、熱保護シート２１５を含む積層体２２０全体の厚さは約１ｍｍとなっている。また、積層体２２０の上端及び下端は、未焼結金属層２４１，２４２で挟まれるグリーンシート２２０より厚いグリーンシートでもよく、あるいは未焼結金属層２４１，２４２を塗布しないグリーンシートが複数積層されたグリーンシート積層部であってもよい。

次に、グリーンシート２１０を多数枚積層してなる積層体２２０に対してレーザービーム２５０を照射し、積層体２２０をその厚さ方向に貫通する複数のビアホール１３０を形成するレーザー加工工程を実施する。図５には、このようなレーザー加工工程に用いられるレーザー加工機３０１の概略構成が示されている。

このレーザー加工機３０１は、いわゆる従来公知の炭酸ガスレーザー加工機であり、パルス発振によってレーザービーム２５０を出力する発振器３０２と、出力されたレーザービーム２５０を反射及び集束する光学系３０３（具体的にはミラー３０４，３０５及びレンズ３０６）と、集束後のレーザービーム２５０が照射される位置に配置されたテーブル３０７と、上記の発振器３０２、光学系３０３、テーブル３０７の動作を制御する制御装置３０８とを備える。制御装置３０８は、光学系３０３に対して制御信号を発することによりレーザービーム２５０の照射位置を制御する。また、制御装置３０８の入力側には、発振器３０２、光学系３０３、テーブル３０７の動作内容を設定する設定部３０９が接続されている。発振器３０２から出力されたレーザービーム２５０は、ミラー３０４によって水平方向に反射され、更にミラー３０５によって垂直方向に反射された後、レンズ３０６を通過し、テーブル３０７上に配置された積層体２２０に照射されるようになっている。

本実施形態においては、制御装置３０８からの制御信号に基づいてミラー３０４の角度の変更やテーブル３０７の移動により、積層体２２０上の異なる位置にレーザービーム２５０を照射することを可能としている。このほかにも、勿論、制御装置３０８からの制御信号に基づいて光学系３０３を移動させることにより、レーザービーム２５０の積層体２２０に対する照射位置を変更することとしても差し支えない。

なお、積層体２２０に対するレーザービーム２５０の照射条件は、設定部３０９における設定内容に応じて適宜変更することができる。このような照射条件として、本実施形態では、光学系３０３を介して制御可能な加工エリアの最大幅を５０ｍｍ以下とし、レーザービーム２５０の焦点距離を７０ｍｍ以上、焦点深度を７０μｍ以上、波長を２μｍ以上かつ２０μｍ以下に設定し、レーザービーム２５０の照射方式をパルス方式とし、そのパルス幅を１５μｓｅｃ以上１５０μｓｅｃ以下に設定し、レーザービーム２５０のパルス当たりのエネルギーを２ｍＪ以上２０ｍＪ以下に設定している。

そして、上記のレーザー加工機３０１は、積層体２２０の主面にほぼ垂直な方向に沿ってレーザービーム２５０を照射する。この照射により、レーザービーム２５０上に位置する箇所が溶融し、そのビーム通過軌跡の周囲に積層体２２０を厚さ方向に貫通するビアホール１３０が貫通形成される（図７参照）。

積層体２２０における異なる複数の孔形成位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５にビアホール１３０を形成する手法として、本実施形態では、いわゆるサイクル加工方式を採用している。サイクル加工方式とは、図６にて概略的に示すように、各孔形成位置Ｐ１〜Ｐ５に順次レーザービーム２５０を照射する工程を何回か繰り返し、各孔形成位置Ｐ１〜Ｐ５における穴を徐々に掘り進みながら、最終的に全ての孔形成位置Ｐ１〜Ｐ５を貫通させる手法のことをいう。従ってこの手法においては、特定の１つの孔形成位置（例えばＰ１）に対してｎ回にわけてレーザービーム２５０を照射するにあたり、前記特定の１つの孔形成位置（例えばＰ１）に対してｎ回の照射を連続的に行わず、ｎ回の照射が完了するまでの間に他の孔形成位置（例えばＰ２〜Ｐ５）に対する照射が行われることになる。なお、厚さ約１ｍｍの積層体２２０をワークとした本実施形態の場合、レーザービーム２５０の１孔あたりの照射回数ｎ（即ち１孔あたりのショット数ｎ）を２５以上に設定している。積層体２２０を貫通させるためには、この程度のショット数ｎが必要とされるからである。

レーザー加工工程の完了後、積層体２２０の表面の熱保護シート２１５を剥離する（図８参照）。

この後、図示しないペースト圧入充填装置を用いて、ビア導体用ニッケルペーストを各ビアホール１３０内に充填することで、未焼結ビア導体２３１，２３２を形成する（図９参照）。続いて、ビア導体用ニッケルペーストが各ビアホール１３０内に充填された積層体２２０を加熱及び加圧して各グリーンシート２１０を本圧着することにより、各グリーンシート２１０を互いに密着させる。次に、積層体２２０の主面上に電極用ニッケルペーストを印刷し、積層体２２０の主面側にて各未焼結ビア導体２３１，２３２の上端面を覆うように、未焼結導体層２１１，２１２をそれぞれ形成する。また、積層体２２０の裏面上に電極用ニッケルペーストを印刷し、積層体２２０の裏面側にて各未焼結ビア導体２３１，２３２の下端面を覆うように、未焼結導体層２２１，２２２をそれぞれ形成する（図１０参照）。

この後、積層体２２０の乾燥後、脱脂を行い、さらに所定温度で所定時間焼成を行う。その結果、チタン酸バリウム及びペースト中のニッケルが同時焼結し、セラミック焼結体１０４となる。さらに、得られたセラミック焼結体１０４がその主面及び裏面に有する各メタライズ導体層に対して電解銅めっき（厚さ１５μｍ）を形成することで、外部電極１１１，１１２，１２１，１２２とする。その結果、図１に示す構造の積層セラミックコンデンサ１０１が完成する。
以下、本実施形態をより具体化した実施例をいくつか挙げて説明する。

［実施例１］焦点距離及び焦点深度の検討
実施例１では、図５の炭酸ガスレーザー加工機３０１を用いて積層体２２０（厚さ１ｍｍ）に対するレーザー加工工程を行うにあたり、焦点距離（ｍｍ）及び焦点深度（μｍ）を変更して検討を行った。その一方で、レーザー照射に関する他のパラメータについては共通とした。具体的には、パルス方式をサイクル方式とし、レーザービーム２５０のパルス幅を１００μｓｅｃとし、パルスあたりのエネルギーを８ｍＪとし、波長を約１０μｍとした。また、光学系３０３を介して制御可能な加工エリアの最大幅を５０ｍｍとし、加工穴の径を１２０μｍとした。そして、この加工によって得られたビアホール１３０のテーパー率（％）を調査した結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、焦点距離を６０ｍｍ、焦点深度を６０μｍに設定した試験区では、積層体２２０の厚さ方向全体にわたって焦点を絞ることができなかった。ゆえに、テーパー率が３７．６％となり、かなり低い値を示した。そのため、当該試験区では、テーパー率が高いビアホール１３０を形成することができなかった。これに対して、焦点距離を８０ｍｍ、焦点深度を８０μｍ以上に設定した３つの試験区では、いずれも積層体２２０の厚さ方向全体にわたって焦点を絞ることができ、８５．２％以上という高いテーパー率を達成することができた。よって、これら３試験区では、テーパー率が高いビアホール１３０を形成することができ、ストレート性の高い良好な形状のビアホール１３０（及びビア導体１３１，１３２）を得ることが可能であった。

［実施例２］レーザー波長の検討
実施例２では、図５の炭酸ガスレーザー加工機３０１を用いて積層体２２０（厚さ１ｍｍ）に対するレーザー加工工程を行うにあたり、レーザービーム２５０の波長（μｍ）を変更して検討を行った。なお、パルス方式をサイクル方式とし、レーザービーム２５０のパルス幅を１００μｓｅｃとし、焦点距離を６０ｍｍ、焦点深度を６０μｍとし、光学系３０３を介して制御可能な加工エリアの最大幅を５０ｍｍとし、加工穴の径を１２０μｍとした。また、形成すべきビアホール１３０の数を３０００穴とした。そして、３０００穴のビアホール１３０を貫通形成するのに要する時間（ｓｅｃ）を測定した結果を表２に示す。

ちなみに、波長を０．３５５μｍとした試験区では、繰り返し周波数を３０ｋＨｚとし、パルスあたりのエネルギーを４Ｗとし、ビーム走査速度を１５０ｍｍ／ｓとした。波長を１．０６μｍに設定した試験区では、繰り返し周波数を４ｋＨｚとし、パルスあたりのエネルギーを３ｍＪとした。波長を１０．６μｍに設定した試験区では、パルスあたりのエネルギーを８ｍＪとした。

表２の結果から明らかなように、波長を比較的短くした試験区（即ち０．３５５μｍ、１．０６μｍとした試験区）では、焦点径が１２０μｍよりも小さくなるため、所望の加工径を得ようとすると長い加工時間（３００ｓｅｃ、２５０ｓｅｃ）が必要になることがわかった。ゆえに、厚さ１ｍｍの積層体２２０に対して効率よくビアホール１３０を形成することができなかった。これに対し、波長を比較的長くした試験区（即ち１０．６μｍとした試験区）では、焦点径が適度な大きさになることから、加工時間が１２０ｓｅｃでよいことがわかった。よって、厚さ１ｍｍの積層体２２０に対して効率よくビアホール１３０を形成することが可能であった。

［実施例３］パルス幅の検討
実施例３では、図５の炭酸ガスレーザー加工機３０１を用いて積層体２２０（厚さ１ｍｍ）に対するレーザー加工工程を行うにあたり、レーザービーム２５０のパルス幅（μｓｅｃ）を変更して検討を行った。なお、パルス方式をサイクル方式とし、波長を１０．６μｍとし、レーザービーム２５０のパルス幅を１００μｓｅｃとし、焦点距離を１００ｍｍ、焦点深度を１００μｍとし、光学系３０３を介して制御可能な加工エリアの最大幅を５０ｍｍとし、加工穴の径を１２０μｍとした。また、パルス幅が短い試験区ではショット数ｎを多く設定し、パルス幅が長い試験区ではショット数ｎを少なく設定した。そして、この加工によって得られたビアホール１３０のテーパー率（％）を調査した結果を表３に示す。

表３の結果から明らかなように、パルス幅を最も短く設定した試験区（１０μｓｅｃとした試験区）では、テーパー率が５７．１％となって、良好な形状のビアホール１３０を形成することができなかった。また、パルス幅を最も長く設定した試験区（２００μｓｅｃとした試験区）では、テーパー率が７９．３％となって、やはり良好な形状のビアホール１３０を形成することができなかった。特に後者においては、熱の蓄積によって積層体２２０がダメージを受けたことが、テーパー率低減の原因であると考えられた。これらに対して、パルス幅を２０μｓｅｃ、３０μｓｅｃ、５０μｓｅｃ、１００μｓｅｃ、１５０μｓｅｃに設定した試験区では、積層体２２０の受ける熱ダメージを確実に少なくすることができ、テーパー率を８６．６％以上の高い値にすることができた。よって、良好な形状のビアホール１３０を形成することが可能であった。また、パルス幅を５０μｓｅｃ〜１００μｓｅｃに設定した試験区の結果が特に良好であった。

［実施例４］レーザービーム２５０の照射方式の検討
実施例４では、図５の炭酸ガスレーザー加工機３０１を用いて積層体２２０（厚さ１ｍｍ）に対するレーザー加工工程を行うにあたり、レーザービーム２５０の照射方式としてサイクル方式あるいはバースト方式を採用した試験区を設定し、両者の比較検討を行った。なお、レーザービーム２５０の波長を１０．６μｍとし、パルス幅を１００μｓｅｃとし、パルスあたりのエネルギーを８ｍＪとし、ショット数ｎを３０とし、焦点距離を１００ｍｍ、焦点深度を１００μｍとし、光学系３０３を介して制御可能な加工エリアの最大幅を５０ｍｍとし、加工穴の径を１２０μｍとした。照射間隔については、サイクル方式では０．１ｓｅｃとし、バースト方式では０．００２ｓｅｃ（即ちバーストパルス周波数５００Ｈｚ）とした。そして、この加工によって得られたビアホール１３０のテーパー率（％）を調査した結果を表４に示す。

表４の結果から明らかなように、１つの孔形成位置に対して連続的に照射を行うバースト方式では、熱の蓄積により積層体２２０がダメージを受けやすくなるため、テーパー率が８０．６％という低い値となった。また、このような熱の蓄積によるダメージだけでなく、レーザー入射側開口部が大径化しやすい傾向があった。よって、良好な形状のビアホール１３０を形成することが困難であった。これに対して、１つの孔形成位置に対して非連続的に照射を行うサイクル方式では、積層体２２０に熱が蓄積しにくいことから、テーパー率が９６．７％となり、良好な形状のビアホール１３０を形成することが可能であった。

［実施例５］加工エリアの最大幅の検討
実施例５では、図５の炭酸ガスレーザー加工機３０１を用いて積層体２２０（厚さ１ｍｍ）に対するレーザー加工工程を行うにあたり、加工エリアの中心からの距離（ｍｍ）を変更して検討を行った。ちなみに、当該距離が大きくなるほど、加工エリアの最大幅が大きくなる。なお、パルス方式としてはサイクル方式とし、レーザービーム２５０の波長を１０．６μｍとし、パルス幅を１００μｓｅｃとし、パルスあたりのエネルギーを８ｍＪとし、ショット数ｎを３０とし、焦点距離を１００ｍｍ、焦点深度を１００μｍとし、加工穴の径を１２０μｍとした。そして、この加工によって得られたビアホール１３０について、レーザービーム２５０の入射位置と出射位置との位置ずれ量（μｍ）を調査した結果を表５に示す。

表５の結果から明らかなように、加工エリアの中心からの距離が大きくなるほど、位置ずれ量が大きくなることがわかった。よって、位置ずれ量を例えば３０μｍ未満に抑えたいのであれば、加工エリアの中心からの距離を３０μｍよりも小さくすること（例えば、加工エリアの最大幅を６０μｍよりも小さく（望ましくは５０μｍ以下に）すること）がよいことがわかった。

［結論］
従って、本実施形態の積層セラミックコンデンサ１０１の製造方法では、上記各実施例にて示したように、レーザー加工工程における諸条件の適切化を図っている。その結果、ワークである積層体２２０が比較的厚いものであるにもかかわらず、その積層体２２０に対して、垂直性が高くかつテーパー率が高いビアホール１３０を形成することが可能である。ゆえに、このようにして得られたビアホール１３０に導電材料を充填することを行えば、形状が良好なビア導体１３１，１３２を確実に形成することができる。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、熱保護シート２１５の剥離前にビア導体用ニッケルペーストの充填を行っているが、これを剥離後に行うようにしてもよい。

・上記実施形態では、積層体２２０の仮圧着後にレーザー加工工程を行っているが、これを本圧着後に行うようにしてもよい。

・上記実施形態では、保護層としてＰＥＴ製の熱保護シート２１５を使用したが、これに限定されず、例えばＰＥＴ以外の合成樹脂材料からなる熱保護シートを用いてもよい。また、保護層は必ずしもシート状部材でなくてもよく、例えば液状の合成樹脂等を塗布することで形成してもよい。さらに、保護層は積層体２２０の両面に設けられてもよいほか、必要でなければ省略されてもよい。

・上記実施形態では、積層セラミックコンデンサ１０１の主面及び裏面を貫通するビア導体１３１，１３２を形成したが、非貫通状態のビア導体を形成してもよい。より具体的にいうと、貫通するビアホール１３０を形成してペースト充填を行った積層体２２０に対し、ビアホール１３０を形成していない表層カバー用グリーンシートを積層して焼成することにより、非貫通状態のビア導体を備える積層セラミックコンデンサとすることもできる。

・上記実施形態では、外部電極１１１，１１２，１２１，１２２となるべき未焼結導体層を積層体２２０に形成したうえで焼成を行う、いわゆる同時焼成法を採用したが、積層体２２０の焼成後に外部電極１１１，１１２，１２１，１２２となるべき未焼結導体層を形成したうえで再度焼成を行う、いわゆる二次焼成法を採用してもよい。

・上記実施形態では、図５に示すような構造の光学系３０３を備えるレーザー加工機３０１を用いたが、これとは異なる構造、方式の光学系を備えるレーザー加工機を用いてもよい。

次に、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
（１）焼結後に内部電極として機能する未焼結金属層を焼結後に誘電体層として機能する未焼結セラミック層上に設けたグリーンシートを複数枚積層してなる積層体に対してレーザービームを照射し、前記積層体をその厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を形成するレーザー加工工程を含む積層セラミック電子部品の製造方法であって、前記レーザー加工工程では、前記レーザービームを反射及び集束させる光学系を介して前記レーザービームの照射位置の制御を行う方式を採用するとともに、前記光学系を介して制御可能な加工エリアの最大幅を５０ｍｍ以下とし、前記レーザービームの焦点距離を７０ｍｍ以上、焦点深度を７０μｍ以上、波長を２μｍ以上かつ２０μｍ以下に設定し、前記レーザービームの照射方式をパルス方式とし、そのパルス幅を１５μｓｅｃ以上１５０μｓｅｃ以下に設定し、特定の１つの孔形成位置に対してｎ回にわけて前記レーザービームを照射するにあたり、前記特定の１つの孔形成位置に対してｎ回の照射を連続的に行わず、ｎ回の照射が完了するまでの間に他の孔形成位置に対する照射も含めるようにして加工を行うとともに、前記レーザー加工工程の後に前記積層体の前記貫通孔に対して導電材料を充填する充填工程を行い、次いで前記充填工程の後に前記積層体上に貫通孔を形成していない表層カバー用グリーンシートを積層する積層工程を行った後、前記積層体及び前記表層カバー用グリーンシートを焼成する焼成工程を行うことで、非貫通状態のビア導体を備える積層セラミック電子部品を得ることを特徴とする積層セラミック電子部品の製造方法。

１０１…積層セラミック電子部品としての積層セラミックコンデンサ
１０５…誘電体層としてのセラミック誘電体層
１３０…貫通孔としてのビアホール
１３１，１３２…ビア導体
１４１，１４２…内部電極
２０５…未焼結セラミック層
２１０…グリーンシート
２１５…保護層としての熱保護シート
２２０…積層体
２４１，２４２…未焼結金属層
２５０…レーザービーム
３０１…炭酸ガスレーザー加工機
３０３…光学系
Ｐ１〜Ｐ５…孔形成位置

Claims

焼結後に内部電極として機能する未焼結金属層を焼結後に誘電体層として機能する未焼結セラミック層上に設けたグリーンシートを複数枚積層してなる積層体に対してレーザービームを照射し、前記積層体をその厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を形成するレーザー加工工程を含む積層セラミック電子部品の製造方法であって、
前記レーザー加工工程では、
前記レーザービームを反射及び集束させる光学系を介して前記レーザービームの照射位置の制御を行う方式を採用するとともに、前記光学系を介して制御可能な加工エリアの最大幅を５０ｍｍ以下とし、
前記レーザービームの焦点距離を７０ｍｍ以上、焦点深度を７０μｍ以上、波長を２μｍ以上かつ２０μｍ以下に設定し、
前記レーザービームの照射方式をパルス方式とし、そのパルス幅を１５μｓｅｃ以上１５０μｓｅｃ以下に設定し、
特定の１つの孔形成位置に対してｎ回にわけて前記レーザービームを照射するにあたり、前記特定の１つの孔形成位置に対してｎ回の照射を連続的に行わず、ｎ回の照射が完了するまでの間に他の孔形成位置に対する照射も含めるようにして加工を行う
ことを特徴とする積層セラミック電子部品の製造方法。
特定の１つの孔形成位置に対してｎ回にわけて前記レーザービームを照射するにあたり、前記複数の孔形成位置に対して前記レーザービームをサイクリックに順次移動させながら照射して加工を行う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。
前記レーザービームのパルス当たりのエネルギーが２ｍＪ以上２０ｍＪ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
炭酸ガスレーザー加工機を用いて前記レーザー加工工程を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
前記レーザー加工工程では、前記積層体におけるレーザー入射側の表面に保護層を設けておき、その保護層を介して前記レーザービームを前記積層体に対して照射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
前記積層セラミック電子部品は、全体としてアレイ状に配置された前記複数の貫通孔内に前記内部電極に接続する複数のビア導体を有するビアアレイタイプの積層セラミックコンデンサであり、前記グリーンシートは、ニッケルを主体とする前記未焼結金属層を、チタン酸バリウムを主体とする前記未焼結セラミック層上に設けたものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。