JP3510802B2 - 積層セラミックコンデンサの製造方法 - Google Patents

積層セラミックコンデンサの製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は積層セラミックコン
デンサーの製造方法に関し、さらに詳しくは積層セラミ
ックコンデンサーの製造に用いる積層シートを、効果的
に緻密化処理する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】積層セラミックコンデンサは複数の誘電
体セラミックス層と各誘電体セラミックス層間に形成さ
れる複数の内部電極と、誘電体セラミック層の各端面に
おいてこれらの内部電極と接続される外部電極からなっ
ている。
【0003】従来、積層セラミックコンデンサは、以下
のような工程で製造されている。例えばセラミックスス
ラリーをドクターブレード法によってステンレススチー
ルベルト等の上にキャストすることによりシート状に成
形されたセラミックグリーンシートと呼ばれるフィルム
上面に、例えばパラジウム、銀−パラジウム、ニッケル
等の内部電極となる金属を含む導電ペーストを用い、ス
クリーン印刷等の方法により所定の電極パターンを形成
する。通常1枚のグリーンシート上に複数の電極パター
ンを形成し、後の工程で切断することによって複数個の
積層セラミックコンデンサを製造する。
【0004】導電ペースト層が形成されたセラミックス
グリーンシートは複数枚積層され、厚み方向にプレスす
ることにより圧着する。こうした積層体の成形密度を均
一に向上させる方法として、特公平3−58524号公
報には、ゴムやビニール等の柔軟材で真空包装した後、
高圧成形容器中で水または油を圧力媒体として静水圧プ
レスする方法が開示されている。
【0005】次に圧着された積層体は個々の積層セラミ
ックコンデンサを得るための積層体が得られるように切
断され、得られたここの積層体を脱バインダーしさらに
焼成して焼結体を得る。その後、内部電極と導通する外
部電極を焼き付けることにより積層セラミックコンデン
サが製造される。
【0006】一方、近年では積層セラミックコンデンサ
ーの薄層化が進み、特徴のあるグリーンシートの発明が
なされている。特表平4−500835号公報において
は、薄自立性無機未加工圧縮物が開示されており、該公
報記載のフィルムの積層により積層セラミックコンデン
サーの製造が可能であることが記載されている。ところ
で、該公表特許に例示されているようなシートのように
その製造において延伸プロセスを経ているものは、十分
な熱緩和がなされていない場合には加熱時に収縮すると
いう問題がある。従って、こうしたグリーンシートある
いはその積層体を脱脂、焼成する場合そのままでは良好
な製造物を得ることができない。しかも、該発明による
シートのように多孔質のものに対しては、空孔を除去す
ることも必要である。
【0007】こうした2軸延伸工程を経ていてポリマー
鎖が分子配向したグリーンシートの積層体の場合、その
ままの状態で加熱処理すると収縮してしまい目的とする
積層体が得られない。こうしたフィルムの緻密化処理に
は熱板プレス機で収縮を抑制した状態で加熱処理するこ
とが好ましいが、熱板プレス機での緻密化処理は、内部
電極が形成されている部分とそうでない部分の圧力が不
均一となり、層間剥離の原因ともなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は積層セ
ラミックコンデンサの製造に際し、分子配向していて強
度や自立性を有するが熱収縮してしまうグリーンシート
を使用する際に効果的な緻密化処理が可能な方法を提供
することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の課題
を解決すべく鋭意検討した結果、積層シートを用いて積
層セラミックコンデンサを製造するに際し、配向したグ
リーンシートを面内方向に垂直に加圧固定した状態で緩
和熱処理し熱収縮率を特定値以下とした後、静水圧での
加圧により緻密化処理することにより得られるフィルム
を積層シートに用いることが有効であることを見出し本
発明に至った。
【0010】すなわち本発明は、セラミックス及び有機
結合材成分からなり、かつ加熱により収縮する少なくと
も1軸方向に延伸したグリーンシートと内部電極とから
なるフィルムを積層した積層シートを切断してチップ化
し、ついで脱バインダーおよび焼成し、さらに外部電極
を形成して積層セラミックコンデンサを製造するにあた
り、該積層シートは、面内方向が収縮しないように固定
した状態で、該有機結合材成分の融点以上の温度で加熱
緩和処理して、200℃における面内の収縮率を1%以
下とした後、静水圧プレスされていることを特徴とする
積層セラミックコンデンサの製造方法である。
【0011】本発明におけるセラミックグリーンシート
は、セラミックス及び有機結合材成分からなる。そして
分子配向しており、キャリヤテープ等の支持基材なしで
単独で扱えることができる自立性を持ち、柔軟さ、しな
やかさがあって、かつ伸縮性を有することを特徴とする
フィルムである。この分子配向しているフィルムは、加
熱により収縮するもの、例えば一軸延伸フィルムであ
り、有機結合材成分の融点以上に昇温することにより、
1%以上の収縮率を有するものをさす。そうしたグリー
ンシートとしては、例えば特表平4−500835号公
報にて開示されている無機物含有フィルムを挙げること
ができる。
【0012】本発明におけるグリーンシートは薄層で高
積層の積層セラミックコンデンサを製造するのに好まし
いように,延伸により少なくとも1軸方向に分子配向し
ている。このようなグリーンシートはそのままの状態で
加熱処理すると収縮してしまうものである。
【0013】本発明における焼結可能なセラミックスと
しては、従来の積層セラミックコンデンサの製造に使用
可能な材料であれば制限はなく、各種誘電体材料が使用
可能である。例えばチタン、アルミ、バリウム、鉛、ジ
ルコニウム、珪素、イットリウム等からなる酸化物セラ
ミックスを挙げることができる。
【0014】本発明で使用される有機結合材成分として
は、上記公表公報に記載されているように重量平均分子
量40万以上のポリマー、特に重量平均分子量40万以
上ポリオレフィンを好ましく使用することができる。分
子量はグリーンシートへの成形が可能であれば、伸度、
強度の点で高いほうが好ましく、100万以上が更に好
ましい。ポリオレフィンとしてはポリエチレン、および
その共重合体のいずれかからなるポリオレフィンである
ことが好ましく、ポリエチレンが特に好ましい。また有
機結合材成分としては、重量平均分子量40万以上のポ
リビニルアルコールおよびそれらの共重合体も好まし
い。
【0015】本発明で使用されるグリーンシートは、焼
結可能なセラミックス成分50〜95重量%、有機結合
材成分5〜50重量%からなる。セラミックスの含有率
は高いほど有機成分の除去には有利であるが、シートの
形状保持の点から有機結合材成分が5〜50重量%程度
あることが好ましい。有機結合材成分としては6〜35
重量%がより好ましく、7〜20重量%の範囲が更に好
ましい。上記のシートの厚さは、1〜100μmが好ま
しい。
【0016】本発明で使用される積層シートは、上述の
グリーンシート上に矩形の電極パターンの内部回路要素
が規則的に多数形成されたものが、積層セラミックコン
デンサの構造を有するように(たとえば、該電極パター
ンを同方向にして(上にして))多層積層されているも
のである。ここで内部電極は、例えばパラジウム、銀−
パラジウム、ニッケル等の金属成分及び有機結合材成
分、または、金属単独からなり、矩形の大きさは一般に
0.1mmから数mm程度の大きさである。こうした電
極パターンは、スクリーン印刷法、転写法、蒸着法、ス
パッタ法等の従来公知の方法によりグリーンシート上に
形成されたものでよい。
【0017】本発明で使用される積層シートの製造方法
としては、アルミ合金等の金属製の積層用基板上に保護
層(カバー層)を設け、その上に、例えばあらかじめ上
述の矩形の電極が形成されたグリーンシートを、コンデ
ンサの電極を構成するように積層して形成する方法、該
保護層上に、グリーンシートを載せ、次いで該グリーン
シートに電極を形成し、次に再び次のクリーンシートを
載せ、これに電極を形成するというように、グリーンシ
ートの積層と電極の形成とを交互に繰り返して形成する
方法等を挙げることができる。このようにして、積層セ
ラミックコンデンサの構造を有する積層シートとするこ
とができる。
【0018】本発明では、上述のようにして得られた積
層シートは、該積層シートの面内方向の収縮が起こらな
いように、面内方向を固定した状態で、該有機結合材成
分の融点以上の温度にて該積層シートを加熱処理される
ことによって熱緩和することにより、該有機結合材成分
で形成された部分における該積層シートの面内の一方向
における収縮率が200℃において1%以下とする。
【0019】積層シートの面内方向の収縮が起こらない
ように、面内方向を固定するには、例えば該積層シート
を、面内方向に対して垂直に圧力をかけてプレスした
り、あるいは該積層シートを面内方向に引張ったり、つ
まんでおさえたりする方法が挙げられる。実際には、前
者が実用的であり好ましい。その場合、プレスする圧力
としては、積層シートが収縮したり変形したりしない範
囲である必要があるが、該積層シートを構成する素材、
厚さ、加熱処理温度等によって適宜選択することができ
る。
【0020】ここでの加熱処理が不十分な場合には、次
の静水圧プレス工程で、該積層シートの面内での収縮が
起こる。熱処理時間はグリーンシートを構成するポリマ
ーにもよるが、通常、融点以上の温度で数十秒から数十
分程度である。積層シートを保持する圧力としては、熱
処理時に積層体が収縮しなければ低い方が好ましく、通
常は50kg/cm2以下で実施することが好ましい。
【0021】このような熱緩和処理によって、200℃
における該積層シート面内の収縮率が1%以下である積
層シートを得ることができる。
【0022】こうして緩和熱処理が完了した積層体は静
水圧プレス機を用いて加圧処理を行う。圧力は通常10
0から4000kg/cm2である。処理は、室温から
積層体の融点を超える温度で実施可能であるが、融点近
辺あるいは融点以上の温度(例えば(融点−80)℃か
ら(融点+30)℃)で処理する方が、積層体の緻密化
や、有機結合材成分の熱緩和の点で好ましい。
【0023】得られた積層体は電極パターンに従ってチ
ップ化し、これを加熱して脱バインダー及び焼成し、さ
らに外部電極を形成することにより積層セラミックコン
デンサを得る。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、熱収縮のあるグリーン
シートの積層体であっても静水圧プレス機を利用した緻
密な成形体を得ることが可能であり、製品の歩留まり向
上に有効である。得られた積層セラミックコンデンサー
は他の電子部品と組み合わされて電子、電気回路を構成
して電子機器、電気機器等に好適に用いられる。
【0025】
【実施例】以下実施例を挙げて本発明の好ましい態様に
ついて記載するが、本発明は実施例のみに限定されるも
のではない。
【0026】[実施例1]チタン酸バリウムを主成分と
するセラミックス91重量%、超高分子量ポリエチレン
9重量%、単位面積当たりの重量が40g/m2、15
5℃での収縮率が45%、幅12cmのフィルム(以下
積層用フィルムと記載する)を12×12.8cmのア
ルミ合金製の基板上に、50kg/cm2の圧力で12
0℃で5秒間順次プレスし、20層積層してカバー層と
した。
【0027】次に、スクリーン印刷法により、金属粉と
して銀/パラジウム(重量比70/30)のものを用
い、バインダー樹脂としてエチルセルロース、溶剤とし
て炭化水素系溶剤と高沸点のアルコールとの混合溶剤系
のものを使用して電極を形成する。まず、上記基板上に
載せたカバー層の最上層のシートに、6.92mm*
1.3mmの矩形の電極パターンを、各電極パターン間
の距離(マージン)を0.6mmとして、長辺方向に8
列、短辺方向に30列形成した。次に、積層用フィルム
をその上に積載し、50kg/cm2の圧力で120℃
で5秒間上記カバー層と圧着した。次に、電極パターン
が長辺方向に3.76mmずれるようにする以外は上述
と同様に電極を形成した。ついで、さらに上述と同様に
積層用フィルムを載せ圧着した。以下順次、フィルムの
圧着、電極形成を繰り返し、電極層が51層となるまで
繰り返した。その後、再びカバー層を20層積層し、緻
密化処理前の積層シートを形成した。
【0028】得られた積層シートにステンレス板を重
ね、155℃、30kg/cm2で10分間加圧した。
この時点で、一部取り出したサンプルで測定した200
℃での収縮率は0.3%未満であった。次に、耐熱性の
袋を使用して該積層シートを真空パックし、155℃の
トリエチレングリコールを満たした静水圧プレス機にい
れ、1000kg/cm2に4分間150℃で加圧した
後、サンプルを取り出し、電極パターンにしたがってチ
ップ化した。ついで得られたチップを大気中で徐々に燃
焼させながら1140℃まで昇温し、2時間保持して焼
成した。
【0029】得られた焼結体に銀の導電ペーストを用い
て外部電極を焼き付けた。こうしてできた積層セラミッ
クコンデンサは1kHzでの静電容量が203nF、誘
電損失が2.4%であった。
【0030】[比較例1]実施例1において、得られた
積層シートを155℃で加熱プレスすることなく、耐熱
性の袋に該積層シートを真空パックし、155℃のトリ
エチレングリコールを満たした静水圧プレス機にいれ、
1000kg/cm2に加圧したところ、積層シートは
大きく変形し、チップ化することはできなかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 定延 治朗 山口県岩国市日の出町2番1号 帝人株 式会社 岩国研究センター内 (56)参考文献 特開 平7−307240(JP,A) 特開 昭61−292309(JP,A) 特開 平7−86089(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 4/00 - 4/42

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックス及び有機結合材成分からな
    り、かつ加熱により収縮する少なくとも1軸方向に延伸
    したグリーンシートと内部電極とからなるフィルムを積
    層した積層シートを切断してチップ化し、ついで脱バイ
    ンダーおよび焼成し、さらに外部電極を形成して積層セ
    ラミックコンデンサを製造するにあたり、該積層シート
    は、面内方向が収縮しないように固定した状態で、該有
    機結合材成分の融点以上の温度で加熱緩和処理して、2
    00℃における面内の収縮率を1%以下とした後、静水
    圧プレスされていることを特徴とする積層セラミックコ
    ンデンサの製造方法。
  2. 【請求項2】 該積層シートは、面内方向に垂直にプレ
    スすることにより面内方向が収縮しないように固定した
    状態で、該有機結合材成分の融点以上の温度で加熱緩和
    処理することを特徴とする請求項1記載の積層セラミッ
    クコンデンサの製造方法。
  3. 【請求項3】 グリーンシートが、焼結可能なセラミッ
    クス成分50〜95重量%、および有機結合材成分5〜
    50重量%からなる請求項1または2記載の積層セラミ
    ックコンデンサの製造方法。
  4. 【請求項4】 有機結合材成分が重量平均分子量40万
    以上のポリオレフィンまたはポリビニルアルコールおよ
    びそれらの共重合体である請求項1〜3のいずれかに記
    載の積層セラミックコンデンサの製造方法。
  5. 【請求項5】 ポリオレフィンがポリエチレン、および
    その共重合体からなる群より選ばれる少なくとも一種の
    ポリオレフィンである請求項4記載の積層セラミックコ
    ンデンサの製造方法。
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