JP2011151052A - 電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶剤の組成組み合わせを考慮することなく積層体の構造欠陥の発生を抑制できる電子部品の製造方法の提供を図る。
【解決手段】まず、シート１の主面に金属層２を形成する。次に、金属層２に対して非浸潤な特性を有するセラミックスラリーを用いて、セラミック層３を金属層２に積層する。次に、セラミック層３に対して浸潤な特性を有するセラミックスラリーを、セラミック層３に積層する。そして、金属層２およびシート１を剥離する。
【選択図】図１

Description

この発明は、セラミック層を積層した構成の電子部品の製造方法に関するものである。

コンデンサ、サーミスタ、コイル、ＥＭＩフィルタ、多層基板など、ある種の電子部品では、電極層をセラミック層で挟み込む積層構成が部分的または全体的に採用される（例えば、特許文献１および２参照。）。積層構造の一般的な形成プロセスの一つとして、WET積層工法が実用化されている。まず、樹脂フィルムなどの支持体にコーターや印刷などの塗布手段を用いてセラミック層を形成し、次に、その上にパターン電極を印刷形成し、更にその上に同様の塗布手段を用いてセラミック層を形成し、これを繰り返して積層構造体を得るものである。その後、任意の形状に切断してチップ状に加工した後、加熱焼成して、必要な電気特性を得る。

特開平０８−２７９４３８号公報 特開平０８−５５７５４号公報

上述の積層構造の形成プロセスでは、各セラミック層は液状のセラミックスラリーを用いて形成される。一般にセラミックスラリーは、溶剤成分および溶質成分を含有する。このため、乾燥固化したセラミックシート上に上層を塗り重ねると、上層のセラミック層に含有される溶剤成分によって下層のセラミック層が侵されることで、下層のセラミック層が部分的に膨潤してシワ付くなどの構造欠陥が発生する虞がある。特に、電極パターンにおける無印刷部は上下のセラミック層が直接接触するために、このような欠陥が生じ易い。

この問題を解決するために、従来は、各セラミック層を塗布形成した後に樹脂成分を架橋反応により硬化させる、もしくは、セラミック層の相互に非相溶の溶媒溶剤成分を用いて、下層の膨潤による欠陥の発生を防ぐ必要があった。しかしながら、いずれの方法も材料設計難度が高く、生産工程が複雑化して生産コストの増大を招いている。

そこで本発明は、セラミック層における硬化処理や溶剤の組み合わせを考慮することなく積層体の構造欠陥の発生を抑制できる電子部品の製造方法を提供することを目的とする。

この発明の電子部品の製造方法は金属層形成工程、第１の積層工程、第２の積層工程、および金属層除去工程を有する。金属層形成工程は、支持体の主面に金属結合を有する金属層を形成する。第１の積層工程は、セラミックスラリーを、金属層に塗布し乾燥させることで、第１のセラミック層を金属層に積層する。第２の積層工程は、第１のセラミック層に対して膨潤性を有するセラミックスラリーを、第１のセラミック層に塗布し乾燥させることで、第２のセラミック層を第１のセラミック層上に積層する。金属層除去工程は、金属層、第１のセラミック層、および第２のセラミック層が積層された積層体から、金属層を除去する。

この構成では、第１のセラミック層に対して膨潤性を有するセラミックスラリーを、第１のセラミック層上に塗布し積層する。ここでいう膨潤性とは、セラミックスラリーに含まれる溶剤成分により第１のセラミック層が材料として膨潤される性質のことである。このため、従来構成のままであればセラミックスラリーに含有される溶剤によって第１のセラミック層が侵されて、第１のセラミック層が膨潤してシワ付くなどの構造欠陥が生じることになる。しかしながら本発明を採用して金属層で第１のセラミック層を裏打ちしておくことで、材料として膨潤性を有する第１のセラミック層であってもシワ付きなどの構造欠陥を抑制できることを発明者は実験等で確認した。この機序は必ずしも明らかではないが、第１のセラミック層が金属層に裏打ちされた状態となることで、金属層に第１のセラミック層の形状が拘束されて、構造欠陥が生じにくくなるものと考えられる。また、金属層は金属層除去工程で除くため、金属層の存在が電子部品の機能および構成における制約とならず、電子部品の設計自由度を阻害することがない。

この発明の金属層除去工程は、金属層を焼失させると好適である。金属層の構成元素が第１のセラミック層に熱拡散することで金属層を焼失させることができ、金属層を除いて電子部品を構成できる。

この発明の金属層除去工程は、金属層および支持体を剥離すると好適である。これにより、金属層を除いて電子部品を構成できる。

この発明の電子部品の製造方法は、開口部を備えるパターンで電極ペーストを塗布し乾燥させて電極層を形成する電極積層工程を有してもよい。

この発明の電極ペーストは、上下に積層されるセラミック層に対して膨潤性を有してもよいが、電極ペースト塗布位置近傍は電子部品の電気特性に関係することが多いため、膨潤性を有さない方が電気特性への影響が小さい。

この発明の電極層に積層されるセラミックスラリーは、積層される電極層に対して膨潤性を有してもよいが、電極層は電子部品の電気特性に関係することが多いため、膨潤性を有さない方が電気特性への影響が小さい。

この発明によれば、第１のセラミック層と第２のセラミック層との溶剤の組み合わせによらずに、第２のセラミック層を積層する第１のセラミック層での膨潤によるシワ付きなどの構造欠陥の発生を抑制できる。

その上、第１のセラミック層の裏打ちのための金属膜は電子部品から省くことができるため、金属膜の存在が電子部品の機能および構成における制約とならず、電子部品の設計自由度を阻害することが無い。

本発明の第１の実施形態に係る電子部品の製造方法の各工程での状態図である。 本発明の第２の実施形態に係る電子部品の製造方法の各工程での状態図である。 本発明の効果を検証する第１の実験例について説明する図である。 第１の実験例でのシワ付き部分の拡大図である。 本発明の効果を検証する第２の実験例について説明する図である。

《第１の実施形態》
この発明の第１の実施形態に係る電子部品の製造方法について、電子部品として積層セラミックコンデンサを想定して説明する。
図１は、本実施形態に係る電子部品の製造方法における各工程での状態を示す断面図である。

図１（Ａ１）は、金属層形成工程での状態図である。この工程では、シート１の主面に対して蒸着法により金属層２を形成して、積層体１１を構成する。シート１はPETフィルムの主面に離型剤が塗布されてなり、可撓性と柔軟性を有する。金属層２は、蒸着法の他、スパッタ法やメッキ法など構成元素を金属結合させられる方法であれば、どのような方法で形成してもよい。なお、本実施形態では、シート１が本発明の支持体に相当する。この工程を終えると次の第１セラミックスラリー積層工程に移行する。

図１（Ａ２）は、第１セラミックスラリー積層工程での状態図である。この工程では、積層体１１の主面に対してダイコーターによってセラミックスラリーを塗布して乾燥させることでセラミック層３を形成する。これにより、セラミック層３および積層体１１からなる積層体１２が構成される。このセラミックスラリーは、有機溶媒などの溶剤に溶質として樹脂成分ならびにチタン酸バリウム粉末を溶かし分散させたものである。セラミック層３は、ダイコーターの他、ロールコーターやスクリーン印刷法など溶剤および溶質を有するスラリーを利用する方法であれば、どのような方法で形成してもよい。なお、本実施形態では、この工程が本発明の第１の積層工程に相当し、セラミック層３が本発明の第１のセラミック層に相当する。この工程を終えると次の第１電極ペースト積層工程に移行する。

図１（Ａ３）は、第１電極ペースト積層工程での状態図である。この工程では、積層体１２の主面に対してスクリーン印刷法などにより電極ペーストを塗布して乾燥させることで電極層４を形成する。電極層４は、部分的にセラミック層３が露出するパターン形状とする。これにより、電極層４および積層体１２からなる積層体１３が構成される。なお、本実施形態では、この工程が本発明の電極積層工程に相当し、電極ペーストとして、溶剤に、溶質として樹脂成分ならびにNiもしくはCuの粉末を溶かし分散させたものを利用する。この工程を終えると次の第２セラミックスラリー積層工程に移行する。

図１（Ａ４）は、第２セラミックスラリー積層工程での状態図である。この工程では、積層体１３の主面に対してダイコーターによりセラミックスラリーを塗布して乾燥させることでセラミック層５を形成する。これにより、セラミック層５および積層体１３からなる積層体１４が構成される。このセラミックスラリーは前述のセラミックスラリーと同成分であり、セラミック層３に対して膨潤性を有する。このセラミック層５は、ダイコーターの他、ロールコーターやスクリーン印刷法など溶剤および溶質を有するスラリーを利用する方法であれば、どのような方法で形成してもよい。なお、本実施形態では、この工程が本発明の第２の積層工程に相当し、セラミック層５が本発明の第２のセラミック層に相当する。この工程を終えると次の第２電極ペースト積層工程に移行する。

本実施形態では、前記第２セラミックスラリー積層工程で、電極層４およびパターン開口から露出するセラミック層３を覆うようにセラミック層５を形成する。このため、従来構成のままであれば電極層４のパターン開口から露出するセラミック層３をセラミックスラリーが膨潤させて、セラミック層３にシワ付きなどの構造欠陥を招来する危険性があった。また、電極層４の下に位置する部位においても、浸透した溶剤にセラミック層が侵され、同様の欠陥を生じる恐れがあった。しかしながら本実施形態では、セラミック層３の裏面が金属層２で拘束されているために、膨潤による変形が抑制され、構造欠陥がほとんど生じない。

図１（Ａ５）は、第２電極ペースト積層工程での状態図である。この工程では、積層体１４の主面に対して、部分的にセラミック層５が露出するパターンで電極ペーストを塗布して乾燥させることで電極層６を形成する。これにより、電極層６および積層体１４からなる積層体１５が構成される。この電極ペーストは、上述の電極ペーストと同成分である。この工程を終えると次の第３セラミックスラリー積層工程に移行する。

図１（Ａ６）は、第３セラミックスラリー積層工程での状態図である。この工程では、積層体１５の主面に対して、セラミックスラリーを塗布して乾燥させることでセラミック層７を形成する。これにより、セラミック層７および積層体１５からなる積層体１６が構成される。このセラミックスラリーは、前述のセラミックスラリーと同成分である。第３セラミックスラリー積層工程でも、セラミック層７がセラミック層５を侵す危険性があるが、セラミック層５はその下の層に拘束されているため膨潤による構造欠陥の発生は抑制される。その後、電極層塗布とセラミック層塗布を同様に繰り返し、所望の積層構造体を形成する。この工程を終えると次の金属層除去工程に移行する。

図１（Ａ７）は、金属層除去工程での状態図である。この工程では、積層体１６からシート１および金属層２を剥離する。その際、支持体１と金属層２の接着力が金属層２とセラミック層３の接着力よりも大きくなるよう界面状態を調整する必要がある。その後、複数の電子部品を区画する位置をダイサやブレイカを用いてカットして、焼成や外部電極形成などの製造プロセスを経て複数の電子部品を形成する。したがって、金属層２は製造プロセス内で利用および除去され、電子部品の作用や構成に制約無く設けることができる。

上記では、WET積層工法で全積層構造を形成する例として記述したが、同様な手法で製造した複数の積層構造体の金属層を除去した後、積層構造体同士を貼り合わせて多層化し、カット、焼成などの製造プロセスを経て電子部品を形成しても良い。

なお、電極層４は必ずしも必要ではなく、セラミック層同士を直接積層するような構成であってもよい。本発明は、第１のセラミック層上に塗布するセラミックスラリーが、第１のセラミック層に対して膨潤性を有する溶剤を含有していれば、第１のセラミック層を金属層で裏打ちすることで、好適に実施できる。

《第２の実施形態》
この発明の第２の実施形態に係る電子部品の製造方法について、電子部品として積層セラミックコンデンサを想定して説明する。
図２は、本実施形態に係る電子部品の製造方法における各工程での状態を示す断面図である。

図２（Ｂ１）は、第１セラミックスラリー積層工程での状態図である。この工程では、シート２１の主面に対してダイコーターやロールコーター、スクリーン印刷法などによってセラミックスラリーを塗布して乾燥させることでセラミック層２２を形成する。これにより、セラミック層２２およびシート２１からなる積層体３１が構成される。シート２１はPETフィルムの主面に離型材を設けた構成であり、可撓性と柔軟性を有する。このセラミックスラリーは、前述のセラミックスラリーと同成分である。この工程を終えると次の金属層形成工程に移行する。

図２（Ｂ２）は、金属層形成工程での状態図である。この工程では、積層体３１の主面に対して構成元素同士が金属結合する金属層２３を積層し、積層体３２を構成する。なお、積層体３１は本発明の支持体に相当する。この工程を終えると次の第１電極ペースト積層工程に移行する。

図２（Ｂ３）は、第１電極ペースト積層工程での状態図である。この工程では、積層体３２の主面に対してスクリーン印刷法などにより、部分的に金属層２３が露出するパターンで電極ペーストを塗布して乾燥させることで電極層２４を形成する。これにより、電極層２４および積層体３２からなる積層体３３が構成される。この電極ペーストは、前述の電極ペーストと同成分である。この工程を終えると次の第２セラミックスラリー積層工程に移行する
図２（Ｂ４）は、第２セラミックスラリー積層工程での状態図である。この工程では、積層体３３の主面に対してダイコーターやロールコーター、スクリーン印刷法などによりセラミックスラリーを塗布して乾燥させることでセラミック層２５を形成する。これにより、セラミック層２５および積層体３３からなる積層体３４が構成される。このセラミックスラリーは、前述のセラミックスラリーと同成分である。なお、第２セラミックスラリー積層工程は本発明の第１の積層工程に相当し、セラミック層２５は本発明の第１のセラミック層に相当する。この工程を終えると次の第２電極ペースト積層工程に移行する。

図２（Ｂ５）は、第２電極ペースト積層工程での状態図である。この工程では、積層体３４の主面に対してスクリーン印刷法などにより、部分的にセラミック層２５が露出するパターンで電極ペーストを塗布して乾燥させることで電極層２６を形成する。これにより、電極層２６および積層体３４からなる積層体３５が構成される。この電極ペーストは、上述の電極ペーストと同成分である。この工程を終えると次の第３セラミックスラリー積層工程に移行する。

図２（Ｂ６）は、第３セラミックスラリー積層工程での状態図である。この工程では、積層体３５の主面に対してダイコーターやロールコーター、スクリーン印刷法などによりセラミックスラリーを塗布して乾燥させることでセラミック層２７を形成する。これにより、セラミック層２７および積層体３５からなる積層体３６が構成される。このセラミックスラリーは、前述のセラミックスラリーと同成分であり、セラミック層２５に対して膨潤性を有する。なお、本実施形態では、この工程が本発明の第２の積層工程に相当し、セラミック層２７が本発明の第２のセラミック層に相当する。その後、電極層塗布とセラミック層塗布を同様に繰り返し、所望の積層構造体を形成する。この工程を終えると次の金属層除去工程に移行する。

本実施形態では、前記第３セラミックスラリー積層工程で、セラミック層２７を電極層２６およびパターン開口から露出するセラミック層２５を覆うように形成する。このため、従来であれば電極層２６のパターン開口から露出するセラミック層２５をセラミックスラリーが膨潤させて、セラミック層２５にシワ付きなどの構造欠陥を招来する危険性があった。また、電極層２６の下に位置する部位においても、浸透した溶剤にセラミック層が侵され、同様の欠陥を生じる恐れがあった。しかしながら本実施形態では、セラミック層２５の裏面が金属層２３で拘束されているため、膨潤による変形が抑制され、構造欠陥がほとんど生じない。

図２（Ｂ７）は、金属層除去工程での状態図である。この工程では、積層体３６からシート１を剥離するとともに、複数の電子部品を区画する位置をダイサやブレイカを用いてカットした後、加熱装置で所定温度に加熱する。この加熱により金属層２３はセラミック層２２，２５の構成元素や電極層２４の構成元素と反応して拡散し、これにより積層体３６から金属層２３が焼失する。なお、金属層２３の焼失条件としては、その膜厚や構成元素、および上下層の構成元素により異なるが、例えば金属層２３がＣｕ薄膜であれば、膜厚５０〜１００nmとして約１２００℃で一定時間加熱するとよい。また、金属層２３がＮｉ薄膜であれば、膜厚３０〜１００nmとして約１２００℃で一定時間加熱するとよい。
その後、外部電極形成などの製造プロセスを経て複数の電子部品を形成する。したがって、金属層２３は製造プロセス内で利用および除去され、電子部品の作用や構成に制約無く設けることができる。

上記では、WET積層工法で全積層構造を形成する例として記述したが、同様な手法で製造した複数の積層構造体のシート１を剥離した後、積層構造体同士を貼り合わせて多層化し、カット、焼成などの製造プロセスを経て電子部品を形成しても良い。

また、ここでは金属層２３の上に電極層２４を形成する例を示したが、金属層２３の上にセラミック層を形成し、その上に電極層を形成し、これを繰り返しても良い。

以上の各実施形態によれば、単一溶剤種のセラミックスラリーを塗り重ねて積層体を形成しても、樹脂成分の架橋反応による硬化処理を施すこと無くシワなどの欠陥のない構造体を得ることが出来る。さらに《第２の実施形態》においては、金属層とセラミック層の結合力が強く剥離が困難な場合においても、目的の構造体を形成することが可能である。

《第１実験例》
次に、第１実験例に基づいて本発明の作用効果を説明する。

図３は、本発明の構成（以下、本構成と称する。）と比較構成とを、単一のシート上に実際に作製した積層体の断面図および平面線図である。
積層体は、左側領域５５と右側領域５６とに区画される。左側領域５５は比較構成であり、シート５１にセラミック層５３およびセラミック層５４を直接積層して構成している。一方、右側領域５６は本構成であり、シート５１に金属層５２を形成してから、セラミック層５３およびセラミック層５４を積層して構成している。
図３（Ａ）に示すシート５１に金属層５２およびセラミック層５３を積層した段階では、比較構成の左側領域５５および本構成の右側領域いずれも、セラミック層５３にシワ付きは生じなかった。
一方、図３（Ｂ）に示すセラミック層５３に対してさらにセラミック層５４を積層する段階で、比較構成の左側領域５５では密にシワ付きが発生し、本構成の右側領域５６ではほとんどシワ付きが発生しなかった。この実験から、本構成では膨潤によるシワの発生を抑制できることが確認された。

図４は、上記本構成と比較構成とにおけるセラミック層５３，５４の４５°傾斜断面を電子顕微鏡により観察した平面図である。
図４（Ａ）に示す比較構成において、シワ付き部分の周辺では、セラミック層５４がほぼ一定の層厚であるのに対してセラミック層５３の層厚が部分的に増大している。
一方、図４（Ｂ）に示す本構成では、セラミック層５３，５４いずれもそれぞれの層厚が略一定であった。
このことから、下層のセラミック層５３に対する金属層による裏打ち無しの比較構成では、下層のセラミック層５３が膨潤してシワ付きの要因となり、下層のセラミック層５３に対する金属層による裏打ちが有る本構成では、下層のセラミック層５３の膨潤を抑制してシワ付きを無くすことができるといえる。

《第２実験例》
次に、第２実験例に基づいて本発明の作用効果を説明する。
図５は、本実験に用いた積層体の構成例を説明する図である。
本実験では、３層構造の積層体と４層構造の積層体とで、金属層の有無によるシワ付きの程度を比較した。

図５（Ａ）に示す３層構造の積層体は、基材６０、１層目セラミック層６３、および２層目セラミック層６４を積層してなる。この積層体では、基材６０として金属層を設けないシートのみを用いた場合は、１辺の長さが約３０〜１００μm程度で格子状（亀甲状）にシワ付きが発生した。約４０nmの厚みのCuを金属層６２Ａとして基材６０に設けた場合は、数μm以上のオーダーのシワは発生しなかった。約１００nmの厚みのNiを金属層６２Ｂとして基材６０に設けた場合は、１０μm以下のシワが分散した状態で発生した。
このことから、CuやNiによる金属膜を設けることにより、金属膜を設けない場合よりもシワ付きが抑制できることがわかった。より好適にはCuを金属膜に利用するとシワ付きをほとんど無くすことができることが確認された。

図５（Ｂ）に示す４層構造の積層体は、基材７０、１層目セラミック層７３、電極層７４、および２層目セラミック層７５を積層してなる。この積層体では、基材７０の構成によらずシワ付きは生じなかったが、最上面、即ち２層目セラミック層７５の表面がまだらに荒れて梨地状になった。このような梨地状の表面は、シワ付きよりも軽度な構造欠陥といえる。
梨地状の表面の凹凸は、基材７０として金属層を設けないシートのみを用いた場合に比べて、基材７０としてCuやNiを金属層として設けた場合に、凹凸深さが抑制されたものであった。
このことから、CuやNiによる金属膜を設けることにより、金属膜を設けない場合よりも表面の平坦度を改善できることが確認された。

１，２１…シート
１１〜１６，３１〜３６…積層体
２，２３…金属層
３，５，７，２２，２５，２７…セラミック層
４，６，２４，２６…電極層

Claims (6)

1. 支持体の主面に金属層を形成する金属層形成工程と、
   セラミックスラリーを前記金属層に塗布し乾燥させることで、第１のセラミック層を前記金属層に積層する第１の積層工程と、
   前記第１のセラミック層に対して膨潤性を有するセラミックスラリーを、前記第１のセラミック層に塗布し乾燥させることで、第２のセラミック層を前記第１のセラミック層に積層する第２の積層工程と、
   前記金属層、前記第１のセラミック層、および前記第２のセラミック層が積層された積層体から、前記金属層を除去する金属層除去工程と、
   を有する電子部品の製造方法。
2. 前記金属層除去工程は、焼失により前記金属層を除去する、請求項１に記載の電子部品の製造方法。
3. 前記金属層除去工程は、剥離により前記金属層および前記支持体を除去する、請求項１に記載の電子部品の製造方法。
4. 開口部を備えるパターンで電極ペーストを塗布し乾燥させて電極層を形成する電極積層工程を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品の製造方法。
5. 前記電極ペーストは、上下に積層されるセラミック層に対して膨潤性を有さない、請求項４に記載の電子部品の製造方法。
6. 前記電極層に積層されるセラミックスラリーは、積層される電極層に対して膨潤性を有さない、請求項４に記載の電子部品の製造方法。