JP2011003655A - 積層セラミックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内部電極とセラミックグリーンシートの収縮挙動の差に起因した歪み等の変形を、応力をかけずに抑制する積層セラミックの製造方法を提供する。
【解決手段】
本発明に係る積層セラミックの製造方法では、予めダミー電極のない予備積層セラミックで予備積層セラミックの収縮の大きい部分と収縮の小さい部分とを把握しておく。そして、収縮の小さい部分に対応する内部電極の周囲の部分に、ダミー電極を形成することを特徴としている。長辺は収縮の小さい中心を除く端部に、端部ダミー電極１４ｂを形成する。また、短辺は収縮の小さい中心を含む中心部に、中心部ダミー電極１４ａを形成する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、セラミック電子部品等に使用される積層セラミックの製造方法に関する。

近年、セラミック電子部品に対する需要が高まるにつれて、内部電極を有する積層セラミックに対する需要が高まってきている。積層セラミックを焼成した場合、内部電極とセラミックグリーンシートの収縮挙動の差に起因して、積層セラミックに歪み等の変形が発生する場合がある。

このような問題に鑑み、例えば下記の特許文献１では、歪み等の変形の発生を抑制する焼成方法が提案されている。図８の積層体１１０は、生のセラミック層１１２の主面上に導電性ペースト膜１１３が形成されており、導電性ペースト膜１１３の周辺部に収縮抑制層１１５が枠状に形成されている。収縮抑制層１１５は導電性ペースト膜１１３よりも収縮の度合いが少ない材料が選択される。焼成工程において、導電性ペースト膜１１３が収縮することで生のセラミック層１１２に歪みが生じるように力がかかっても、収縮抑制層１１５が収縮を抑制する役割を果たす。これにより、生のセラミック層１１２の焼成時の収縮を抑制する構成となっている。

特開２００１−３０８５２６号公報

上述したように特許文献１に記載の方法を用いた場合には、生のセラミック層１１２の周辺部は収縮抑制層１１５によって強制的に収縮が抑制されることになる。したがって、生のセラミック層１１２全体に対して外側へ引っ張る応力がかかってしまい、クラック等の不具合が発生する可能性があった。

本発明の目的は、上述した従来技術を鑑み、内部電極とセラミックグリーンシートの収縮挙動の差に起因した歪み等の変形を、応力をかけずに抑制する積層セラミックの製造方法を提供することである。

本発明に係る積層セラミックの製造方法は、予備セラミックグリーンシートを用意し、前記予備セラミックグリーンシート上に予備内部電極を形成し、前記予備内部電極を形成した前記予備セラミックグリーンシートを積層、圧着及び焼成して予備積層セラミックを得て、前記予備積層セラミックの収縮の大きい部分と収縮の小さい部分とを把握する工程と、セラミックグリーンシートを用意する工程と、前記セラミックグリーンシート上であって、前記把握する工程の前記予備内部電極と同じ位置に内部電極を形成する工程と、前記セラミックグリーンシートのうち所定のセラミックグリーンシート上であって、前記収縮の小さい部分に対応する部分にダミー電極を形成する工程と、前記セラミックグリーンシートを積層及び圧着して積層体を成形する工程と、前記積層体を焼成して積層セラミックを得る工程と、を備えることを特徴としている。

本発明では、収縮の小さい部分に対応する部分にダミー電極を形成することで、積層体を均一に焼成収縮させることができる。

また、本発明に係る積層セラミックの製造方法は、セラミックグリーンシートを用意する工程と、前記セラミックグリーンシート上に内部電極を形成する工程と、前記セラミックグリーンシートのうち所定のセラミックグリーンシート上であって、前記内部電極の周囲で前記セラミックグリーンシートの辺の中心を除いた端部にダミー電極を形成する工程と、前記セラミックグリーンシートを積層圧着して積層体を成形する工程と、前記積層体を焼成して積層セラミックを得る工程と、を備えることを特徴としている。

この場合、セラミックグリーンシートの辺の端部の収縮が小さい場合に、特に積層体を均一に焼成収縮させることができる。

また、本発明に係る積層セラミックの製造方法は、セラミックグリーンシートを用意する工程と、前記セラミックグリーンシート上に内部電極を形成する工程と、前記セラミックグリーンシートのうち所定のセラミックグリーンシート上であって、前記内部電極の周囲で前記セラミックグリーンシートの辺の中心部にダミー電極を形成する工程と、前記セラミックグリーンシートを積層圧着して積層体を成形する工程と、前記積層体を焼成して積層セラミックを得る工程と、
を備えることを特徴としている。

この場合、セラミックグリーンシートの辺の中心部の収縮が小さい場合に、特に均一に収縮させることができる。

また、本発明では、前記ダミー電極の収縮率が前記内部電極の収縮率に比べて大きいことを特徴としている。

また本発明では、前記内部電極と前記ダミー電極には金属粉が含まれており、前記金属粉には銀が含まれており、前記ダミー電極の銀の比率が前記内部電極の銀の比率に比べて小さいことを特徴としている。

また本発明では、前記ダミー電極中の前記金属粉の平均粒径が、前記内部電極中の前記金属粉の平均粒径に比べて大きいことを特徴としている。

この場合、ダミー電極を形成した部分をより収縮させることができることにより、積層体を均一に焼成収縮させることが可能となる。

本発明に係る積層セラミックの製造方法では、予めダミー電極のない予備積層セラミックで予備積層セラミックの収縮の大きい部分と収縮の小さい部分とを把握しておく。そして、収縮の小さい部分に対応する部分にダミー電極を形成することで、積層体を均一に収縮させ、歪み等の変形を抑制することができる。

本発明の予備積層セラミックの製造工程を示す上面図である。（第１の実施形態） 本発明の予備積層セラミックの製造工程を示す上面図である。（第１の実施形態） 本発明の予備積層セラミックの製造工程を示す断面図である。（第１の実施形態） 本発明の予備積層セラミックの製造工程を示す上面図である。（第１の実施形態） 本発明の積層セラミックの製造工程を示す上面図である。（第１の実施形態） 本発明の積層セラミックの製造工程を示す上面図である。（第１の実施形態） 本発明の積層セラミックの製造工程を示す断面図である。（第１の実施形態） 従来のセラミック基板を示す上面図である。（従来例）

以下において、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための形態について説明する。
〔第１の実施形態〕
図１〜７は第１の実施形態における積層セラミックの製造工程を示す図である。そのうち、図１〜４は、予備積層セラミックを製造する工程を示す図である。

まず、図１に示すように、予備セラミックグリーンシート２を用意する。予備セラミックグリーンシート２は、セラミック粉末と、有機樹脂バインダを含んでおり、例えばドクターブレード法で形成される。セラミック粉末の種類は、積層セラミックの特性により選択される。例えば、圧電特性を有する積層セラミックを製造する場合には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛、ニオブ酸アルカリ等の圧電セラミックからなるセラミック粉末を用いることができる。

そして、図２に示すように、所定の予備セラミックグリーンシート２の一方の主面上に、予備内部電極３を形成する。予備内部電極３の形成方法はスクリーン印刷等が挙げられる。予備内部電極３の電極パターンは、積層セラミックに求められる特性により適宜決定する。

そして、図３に示すように、予備内部電極３を形成した予備セラミックグリーンシートと予備内部電極を形成していない予備セラミックグリーンシートを積層、圧着して予備積層体５を得る。図３は図２で形成した予備内部電極の長手方向と垂直の断面図である。図３では１２枚の予備セラミックグリーンシート２から構成されている。また、予備内部電極３を形成した予備セラミックグリーンシート２と予備内部電極を形成していない予備セラミックグリーンシート２を交互に積層した。

そして、予備積層体５を焼成することで、図４に示すような予備積層セラミック１を得る。図４は予備積層セラミック１の焼成後の変形の例である。図４中の黒い矢印は収縮の大きい部分、白い矢印は収縮の小さい部分を示す。図４の予備積層セラミックの長辺に着目すると、長辺の中心を含む中心部は収縮が大きく、長辺の中心を除く端部の収縮は小さいことが分かる。そして、短辺の中心を含む中心部の収縮は小さく、短辺の中心を除く端部の収縮は大きいことが分かる。予備積層セラミック１は、選択しているセラミック材料やセラミックグリーンシートの大きさ、内部電極のパターン等により、様々な形に変形しうる。本工程では、予備積層セラミックの辺における、辺の中心を含む中心部と辺の中心を除く端部とで、収縮の相対的な大小を把握する。

次に、図５のようにセラミックグリーンシート１２を用意する。セラミックグリーンシート１２は、予備セラミックグリーンシートと同じ大きさ、同じ厚さ、同じ材質であることが望ましい。異なる材質の場合には、予備セラミックグリーンシートと同じ収縮挙動を示すものに限られる。

そして、図６のように、セラミックグリーンシート１２の一方の主面上に、内部電極１３を形成する。内部電極１３の位置は、図２の工程で形成した予備内部電極と同じ位置に形成する。そして、セラミックグリーンシート１２のうち所定のセラミックグリーンシート上であって、収縮の小さい部分に対応する部分にダミー電極１４を形成する。ダミー電極１４の形成は、内部電極１３の形成と同じタイミングで形成する方が、製造コスト上望ましい。

本発明では、前記収縮の小さい部分に対応する、内部電極１３の周囲の部分にダミー電極１４を形成することを特徴としている。本実施形態の予備積層セラミックの場合、長辺は長辺の中心を除く端部の収縮が、中心を含む中心部の収縮より小さい。また、短辺は短辺の中心を含む中心部の収縮が、中心を除く端部の収縮より小さい。したがって、長辺については収縮の小さい、辺の中心を除く端部に、端部ダミー電極１４ｂを形成する。また、短辺については収縮の小さい、辺の中心を含む中心部に、中心部ダミー電極１４ａを形成する。図６のダミー電極１４は全てセラミックグリーンシート１２の辺に接するように形成されているが、必ずしも辺に接する必要はない。ダミー電極１４は、セラミックグリーンシート１２の主面の面内方向の収縮を調整する機能を有する。ダミー電極１４の形成範囲は、予備積層セラミックの変形の形状や大きさに応じて適宜決定される。またダミー電極１４は、内部電極を形成していないセラミックグリーンシート１２上に形成することも可能である。その場合でも、収縮の小さい部分に対応する部分にダミー電極１４を形成することによって、均一に焼成収縮させることは可能である。

また、ダミー電極１４の焼成時の収縮率が、内部電極１３の焼成時の収縮率に比べて大きい電極を選定することがより好ましい。これにより、ダミー電極１４の形成部分の収縮をより大きくすることができる。例えば、ダミー電極１４の銀の比率を、内部電極１３の銀の比率に比べて小さくすることが挙げられる。また、ダミー電極１４中の金属粉の平均粒径を、内部電極１３中の金属粉の平均粒径に比べて大きくすることが挙げられる。

その後、図７のようにセラミックグリーンシート１２を積層、圧着し積層体１５を得る。そして、積層体１５を焼成することにより、積層セラミックを得る。このようにして得られた積層セラミックは、予備積層セラミックに比べて変形が小さく、セラミックグリーンシートの主面の面内方向に均一に収縮している。

〔実験例〕
〔実験例１〕
１００重量部のチタン酸ジルコン酸鉛系材料に対し、１０重量部の有機樹脂バインダ、１５重量部の水、その他適量の添加物を混合してスラリーを調製した。そのスラリーをドクターブレード法によりポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上に塗布することにより、厚さ４０μｍの予備セラミックグリーンシートとセラミックグリーンシートを得た。

次に、図２のように予備セラミックグリーンシートの一方の主面上に予備内部電極を印刷した。予備内部電極には銀とパラジウムの重量比が９：１の電極ペーストを使用した。予備内部電極の大きさは３２ｍｍ×１．５ｍｍを６本、１ｍｍ間隔に形成した。

そして、図３のように、予備セラミックグリーンシートを１２層積層、圧着後に切断して、大きさが３８ｍｍ×２６ｍｍで厚さが約３２０μｍの予備積層体を作製した。予備内部電極３を形成した予備セラミックグリーンシートと予備内部電極を形成していない予備セラミックグリーンシートを交互に積層した。上記のように得られた予備積層体を１０５０℃で焼成して、予備積層セラミックを得た。

次に、セラミックグリーンシートの一方の主面上に内部電極とダミー電極を印刷した。この時、内部電極には銀とパラジウムの重量比が９：１の電極ペーストを使用した。また、ダミー電極には銀とパラジウムの重量比が８：２の電極ペーストを使用した。図６のように内部電極とダミー電極を同じセラミックグリーンシート上に形成した。内部電極の大きさは３２ｍｍ×１．５ｍｍを６本、１ｍｍ間隔に形成した。そして、積層体の短辺に接するように中心部ダミー電極を２本形成した。中心部ダミー電極の大きさは１６．５ｍｍ×２ｍｍである。また、積層体の長辺に接するように端部ダミー電極を４本形成した。端部ダミー電極の大きさは９×３ｍｍである。図６中、ａとｂは短辺の中心部ダミー電極と、長辺の端部ダミー電極及び内部電極との距離を示す。また、ｃとｄは長辺の端部ダミー電極と内部電極との距離を示す。ａ，ｂの間隔は１ｍｍ、ｃ、ｄの間隔は３ｍｍである。

そして、図７のように、セラミックグリーンシートを１２層積層、圧着後に切断して、大きさが３８ｍｍ×２６ｍｍで厚さが約３２０μｍの積層体を作製した。内部電極を形成したセラミックグリーンシートと内部電極を形成していないセラミックグリーンシート２を交互に積層した。上記のように得られた積層体を１０５０℃で焼成して、積層セラミックを得た。この積層セラミックを条件１とした。

次に、比較のため、内部電極に銀とパラジウムの重量比が９：１の電極ペーストを使用し、ダミー電極を形成しない、積層セラミックを作製した。この積層セラミックを条件２とした。条件２の積層セラミックは、ダミー電極以外は全て条件１と同様に作製した。

各条件の積層セラミックについて、短辺と長辺の寸法を測定した。短辺は３０点、長辺は２０点、１ｍｍ間隔で測定して、寸法の最大値と最小値を得た。そして、変形率を下記の式（１）のように定義し、変形率が０．１％未満の試料を良品とし、０．１％以上の試料を不良品とした。そして、各条件１５個の試料を測定した。表１に、１５個中発生した不良数を示す。

変形率＝（最大値−最小値）÷最大値 式（１）

表１から明らかであるように、ダミー電極を形成していない条件２では、全ての試料で変形率が０．１％以上の不良品となった。一方、ダミー電極を形成することにより、条件１では全ての試料で変形率を０．１％未満に抑えることができた。なお、条件１における変形率の平均値は、短辺と長辺ともに０．０６％であった。一方、条件２における、短辺の変形率の平均値は０．１９％、長辺の変形率の平均値は０．１０％であった。ダミー電極を形成した条件１では、積層セラミックの主面の面内方向の収縮を均一にして、変形を抑えることができることが明らかとなった。

〔実験例２〕
実験例２では、ダミー電極中の金属粉の平均粒径を、内部電極中の金属粉の平均粒径に比べて大きくしたセラミック積層体を作製した。

実験例２では、内部電極とダミー電極ともに銀とパラジウムの重量比が９：１の電極ペーストを使用した。内部電極中の金属粉の平均粒径が０．５μｍである電極ペーストを使用した。そして、ダミー電極中の金属粉の平均粒径が１．０μｍである電極ペーストを使用した。その他の製造条件は実験例１と同様である。内部電極とダミー電極を有する積層セラミックを条件３とした。比較のため、内部電極のみの積層セラミックを条件４とした。そして、実験例１と同じ評価を行った。表２にその結果を示す。

表２から明らかであるように、ダミー電極を形成していない条件４では、全ての試料で変形率が０．１％以上の不良品となった。一方、ダミー電極を形成することにより、条件３では全ての試料で変形率を０．１％未満に抑えることができた。なお、条件３における変形率の平均値は、短辺と長辺ともに０．０７％であった。一方、条件２における、短辺の変形率の平均値は０．１９％、長辺の変形率の平均値は０．１０％であった。

１：予備積層セラミック
２：予備セラミックグリーンシート
３：予備内部電極
５：予備積層体
１０：積層セラミック
１２：セラミックグリーンシート
１３：内部電極
１４：ダミー電極
１４ａ：中心部ダミー電極
１４ｂ：端部ダミー電極
１５：積層体
１１０：積層体
１１２：生のセラミック層
１１３：導電性ペースト膜
１１５：収縮抑制層

Claims (6)

1. 予備セラミックグリーンシートを用意し、前記予備セラミックグリーンシート上に予備内部電極を形成し、前記予備内部電極を形成した前記予備セラミックグリーンシートを積層、圧着及び焼成して予備積層セラミックを得て、前記予備積層セラミックの収縮の大きい部分と収縮の小さい部分とを把握する工程と、
   セラミックグリーンシートを用意する工程と、
   前記セラミックグリーンシート上であって、前記把握する工程の前記予備内部電極と同じ位置に内部電極を形成する工程と、
   前記セラミックグリーンシートのうち所定のセラミックグリーンシート上であって、前記収縮の小さい部分に対応する部分にダミー電極を形成する工程と、
   前記セラミックグリーンシートを積層及び圧着して積層体を成形する工程と、
   前記積層体を焼成して積層セラミックを得る工程と、
   を備える積層セラミックの製造方法。
2. セラミックグリーンシートを用意する工程と、
   前記セラミックグリーンシート上に内部電極を形成する工程と、
   前記セラミックグリーンシートのうち所定のセラミックグリーンシート上であって、前記内部電極の周囲で前記セラミックグリーンシートの辺の中心を除いた端部にダミー電極を形成する工程と、
   前記セラミックグリーンシートを積層圧着して積層体を成形する工程と、
   前記積層体を焼成して積層セラミックを得る工程と、
   を備える積層セラミックの製造方法。
3. セラミックグリーンシートを用意する工程と、
   前記セラミックグリーンシート上に内部電極を形成する工程と、
   前記セラミックグリーンシートのうち所定のセラミックグリーンシート上であって、前記内部電極の周囲で前記セラミックグリーンシートの辺の中心部にダミー電極を形成する工程と、
   前記セラミックグリーンシートを積層圧着して積層体を成形する工程と、
   前記積層体を焼成して積層セラミックを得る工程と、
   を備える積層セラミックの製造方法。
4. 前記ダミー電極の収縮率が前記内部電極の収縮率に比べて大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層セラミックの製造方法。
5. 前記内部電極と前記ダミー電極には金属粉が含まれており、前記金属粉には銀が含まれており、前記ダミー電極の銀の比率が前記内部電極の銀の比率に比べて小さい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層セラミックの製造方法。
6. 前記ダミー電極中の前記金属粉の平均粒径が、前記内部電極中の前記金属粉の平均粒径に比べて大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層セラミックの製造方法。