JP3629007B2

JP3629007B2 - セラミック電子部品の端子電極焼付方法及び装置

Info

Publication number: JP3629007B2
Application number: JP2002041754A
Authority: JP
Inventors: 昭佐々木; 伸一佐々木; 慎太郎金
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: JP2003077776A

Description

【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等のセラミック電子部品の端子電極焼付方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内部電極を有するセラミック電子部品は端部に端子電極（外部電極）を有する。例えば、積層セラミックコンデンサはグリーンシートを積層するが、内部電極と、セラミック誘電体層とを、必要数だけ交互に積層してグリーンシート積層体を構成する。次に、グリーンシート積層体を、個々のグリーンチップに切断した後、焼成する。
【０００３】
次に、グリーンチップが焼成され得られたセラミック素体の両端に、導電成分及び有機バインダを含む電極ペースト（導体ペースト）を塗布し、焼き付けることにより、内部電極の断層面と、電気的に接続する端子電極を形成する。導電成分としては、例えば、銅粉の形で他の組成物と混合された銅端子電極ペーストとされて、セラミック素体の両端面に塗布された後、焼き付け処理されて銅端子電極とされる。端子電極の焼き付けに当たっては、内部電極の断層面が酸化して端子電極と導通不良が生じないように、窒素（Ｎ_２）雰囲気中、つまり中性雰囲気中で、７００℃〜９００℃の温度範囲にて焼き付けしている。
【０００４】
この焼き付け工程は、トンネル形状の焼成炉をステンレス鋼線（例えばＳＵＳ３１６）でなるメッシュベルトが循環する構成にして、電極ペーストが塗布されたセラミック素体をステンレス鋼線でなるメッシュで作製されたトレーにランダムに収容し、このトレーをステンレス鋼線でなる枠に載置して、その枠をメッシュベルトに載せてトンネル形状の焼成炉を通過させて行う。ところが、トレーにランダムに収容されたセラミック素体は端子電極同士の接触があるために焼結過程で付着してしまう問題がある。ここで付着したセラミック素体を強制的に剥がそうとすると、どちらか片方の端子電極が部分的に剥がれてしまい、そのため図８のようなセラミック素体１の両端部に形成された端子電極１０の一部に凹凸した傷１１が残り、外観不良として歩留まりを悪化させる要因になってしまう。
【０００５】
電極ペースト焼き付け後、バレルメッキ装置等で、この端子電極上にニッケル電解メッキ層、錫（Ｓｎ）もしくはその合金電解メッキ層を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したように端子電極になる電極ペーストが塗布されたセラミック素体は、ステンレス鋼線でなるメッシュで作製された従来のトレーにランダムに収容されるが、セラミック素体に塗布された端子電極が他のセラミック素体に塗布された端子電極に接触すると、接触した状態で焼き付けが行われ、相互に付着してしまうことになる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、セラミック素体に塗布された端子電極が他のセラミック素体に塗布された端子電極に接触することのないトレーとし、また、このトレーはセラミック素体や塗布された電極ペーストに対して無用な反応を生じることなく、さらに、セラミック素体を載置する作業が容易にできる構成とし、セラミック素体に塗布、焼き付けで形成される端子電極の外観不良を防止したセラミック電子部品の端子電極焼付方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１の発明に係るセラミック電子部品の端子電極焼付方法は、セラミック素体に、金属粉を主成分とする導電成分と有機バインダとを少なくとも含む電極ペーストを塗布し、塗布された電極ペースト塗膜から有機バインダを除去する脱バインダを行い、還元雰囲気中で前記塗膜中の前記導電成分を還元処理し、中性雰囲気中で熱処理して前記セラミック素体に端子電極を形成する場合に、
前記脱バインダ工程と前記還元処理工程と前記熱処理工程とに、前記塗膜付きセラミック素体を保持し搬送するトレーを用い、
前記トレーはベース板に網を固着し、少なくとも前記塗膜付きセラミック素体を保持する側の前記ベース板と前記網には前記セラミック素体と前記塗膜とに反応しない材質で表面被膜を形成してなり、前記トレーの網目の１区画につき１個の前記塗膜付きセラミック素体をそれぞれ収容して搬送することを特徴としている。
【００１０】
本願請求項２の発明に係るセラミック電子部品の端子電極焼付方法は、請求項１において、前記ベース板と網がＮｉであり、前記網が固着された前記ベース板面と前記網とにジルコニアを溶射して前記セラミック素体と前記塗膜とに反応しない表面被膜を形成したことを特徴としている。
【００１１】
本願請求項３の発明に係るセラミック電子部品の端子電極焼付装置は、金属粉を主成分とする導電成分と有機バインダとを少なくとも含む電極ペーストを端部に塗布して塗膜となしたセラミック素体を保持し搬送するトレーと、該トレーを脱バインダ用炉、還元処理用炉及び熱処理用炉の順に搬送する搬送手段とを備え、
前記トレーは、ベース板と網とを平面で重ね合わせて、所定間隔をおいて複数点で固着し、前記網が固着された前記ベース板面と前記網とに前記セラミック素体と前記塗膜とに反応しない表面被膜を形成したものであって、前記トレーの網目の１区画につき１個の前記塗膜付きセラミック素体をそれぞれ収容して搬送することを特徴としている。
【００１２】
本願請求項４の発明に係るセラミック電子部品の端子電極焼付装置は、請求項３において、前記ベース板と前記網がＮｉであって、点溶接で固着されており、前記表面被膜がジルコニアで形成されてなることを特徴としている。
【００１３】
本願請求項５の発明に係るセラミック電子部品の端子電極焼付装置は、請求項３又は４において、前記網目の１区画は、前記塗膜付きセラミック素体の長手方向が横向きに入ることができない寸法であり、前記トレーは前記網目の１区画に１個の前記塗膜付きセラミック素体を当該素体長手方向が前記網目に縦に入る姿勢で収容することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るセラミック電子部品の端子電極焼付方法及び装置の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１５】
図１及び図２は本発明に係るセラミック電子部品の端子電極焼付方法及び装置において使用するトレーの構造及びセラミック素体の配置を示し、図３は１枚のトレーの全体構成、図４及び図５はトレーの要部を拡大して示す。また、図６は枠に複数のトレーを配置した様子を示し、図７はセラミック素体端部の電極ペースト塗膜を焼き付けるための脱バインダ用炉、還元処理用炉、熱処理用炉、及び搬送手段の概略構成を示す。
【００１６】
まず、図１乃至図６を用いてトレー２０について説明する。始めに、平面が正方形で材質がＮｉ（ニッケル）でなる薄い板と、材質がＮｉ線でなる網を板とほぼ同じ正方形に切り出し、Ｎｉ板をベース板２１として網２２を正方形が重なるよう平面で重ね合わせて、所定の間隔と配置でベース板と網を点溶接する。続いて、網２２を点溶接したベース板２１に対してジルコニア（ＺｒＯ_２）を溶射でコートしてトレー２０とする。
【００１７】
図３のように、前記点溶接Ｐの間隔と配置は、例えば縦横方向共に等間隔であり、点溶接Ｐの周辺部分は図４に拡大して示される。ベース板２１に網２２を点溶接した個所は板２１と網２２が固着しているが、点溶接されていない個所は板と網の間に隙間が生じ易い。この隙間が後述するセラミック素体の保持において、不都合なまで拡がらない程度に点溶接Ｐの配置を密にするが、点溶接をした個所はセラミック素体を保持できないことから、点溶接Ｐの配置はなるべく疎にしてセラミック素体の収容数を得ることにする。
【００１８】
また、前記ジルコニアの溶射は、図１に示す如く、Ｎｉ板のベース板２１とＮｉ線の網２２を点溶接した側に実施し、この結果、ジルコニアは網２２の周りとベース板２１の表面（網を配置した片側面）に表面被膜２３として付着する。ジルコニアは、ベース板２１の表面では網２２の陰にあたる部分で付着が少なく、また、網２２のベース板２１に向いた側も付着が少なく、さらに図１に拡大して示す如くジルコニアが板と網の両者に一体に付着している状態が部分的に見られるが、概ねジルコニアの表面被膜２３は均一に付着しており、トレー２０としては充分に機能を果たすものである。また、図５の網目部分の拡大写真図から判るように、網２２にジルコニアを溶射した表面被膜２３はセラミック素体を点接触で保持する程度の凸凹な表面を有している。こうして図１に断面を示す如くのトレー２０が得られる。
【００１９】
なお、図３のように、１枚のトレー２０の全体の平面形状は、本実施の形態では正方形をしているが、長方形あるいは任意の外形でもよい。しかし、本実施の形態の正方形のトレー形状とすると、図６に示す如くステンレス鋼線の枠３０に複数枚を配置する構成において、配置の方向に制約が少なく不要に作業を難しくしないし、枠３０の広さに効率よく配置することができる利点がある。
【００２０】
図１及び図２のように、前記トレー２０に直方体状セラミック素体１の両端に端子電極１０となるべき電極ペースト４１を塗布して電極ペースト塗膜を形成したもの（つまり塗膜付きセラミック素体であり、以後、チップ４０と呼ぶ）を収容する。前記電極ペースト４１は金属粉（例えば銅等）を主成分とする導電成分と有機バインダとを少なくとも含むものである。
【００２１】
図１及び図２はこのチップ４０を収容した状態を示し、ジルコニアの溶射で表面被膜２３が形成されたトレー２０の網目の１区画Ｄに１個のチップ４０を収容するメッシュにしてあり、１区画Ｄにつき１個のチップ４０がそれぞれ収まる。ここで、１区画Ｄの底面はベース板２１の表面被膜２３を設けた面であり、４側面は網２２の表面被膜２３で覆われた部分で構成されており、ベース板２１側の表面被膜２３と網２２側の表面被膜２３とは図示しないが隙間が生じている部分があり、その隙間を気体が流通できるようになっている。また、前記網目の１区画Ｄは、チップ４０の長手方向が横向きに入ることができない寸法であり、トレー２０は前記網目の１区画Ｄに１個のチップ４０を当該チップ長手方向が前記網目に縦に入る姿勢で収容する。
【００２２】
前記トレー２０の網目にチップ４０を収容する方法は、ほぼ水平にしたトレー２０の網２２を備える面側にチップ４０の集合体を載置し、トレー２０をランダムな方向にやや傾ける動作を実行する。チップ４０の集合体はトレー２０の網２２を備える面上に拡がる過程で、網目の１区画Ｄに１個づつ入り込む。既に入り込んだチップ４０があると２個は入らない。トレー２０の面全体に拡げた後にやや傾斜を強くして余りを取り除くと、図１及び図２に示す状態に各網目に分散してチップ４０が収容されるようになる。この作業は比較的容易にでき、チップ４０に損傷を生じないで行えることも確認できている。また、チップ４０の長手方向が横にはこの網目に入り込まない寸法関係にしてあり、チップ４０は各網目に長手方向を上下に向けて、換言すれば縦方向に収容されている。チップ４０の寸法が異なると異なるメッシュのトレー２０を用いることになる。
【００２３】
図７は、セラミック素体１の両端に電極ペースト４１を塗布してその塗膜を形成してなるチップ４０を前述のようにトレー２０に収容し、トレー２０を搬送し前記塗膜を焼き付けて端子電極を形成する工程を示し、当該工程を実行するために、脱バインダ用炉５０、還元処理用炉６０及び熱処理用炉７０が順次設けられており、さらにトレーの搬送手段として各炉の下方に左右に長い搬送機構８０を設けている。
【００２４】
前記脱バインダ用炉５０、還元処理用炉６０及び熱処理用炉７０はトンネル形状であり、脱バインダ工程、還元工程及び焼き付け工程を順に司るものである。
【００２５】
前記搬送機構８０はステンレス鋼線（例えばＳＵＳ３１６でなる）のメッシュベルトを有するベルトコンベアであり、当該ベルトの上側を左から右方向に、下側を逆に循環させる機構となっている。
【００２６】
そして、図６に示す如くステンレス鋼線（例えばＳＵＳ３１６）の枠３０にトレー２０を複数枚配置し、その枠３０を前記搬送機構８０のメッシュベルト上に載置することで、脱バインダ用炉５０、還元処理用炉６０及び熱処理用炉７０の順に各トレー２０はメッシュベルトにより搬送される。
【００２７】
始めにチップ４０を載せたトレー２０は脱バインダ工程を実行するための脱バインダ用炉５０を通過する。脱バインダ用炉５０は、トンネル形状で入口カーテンと出口カーテンとを有し（両カーテン共に空気の下吹き付け併用）、両カーテン間の内部空間を加熱する内部ヒータを具備するとともに、その内部空間に数１００℃の加熱空気を導入している。この脱バインダ工程では、入口カーテンから炉５０内部に入ったトレー２０上のセラミック素体１両端部の電極ペースト４１に含まれる有機バインダを除去する熱処理を行い、この脱バインダ工程により、有機成分であるバインダを充分に燃焼させてしまう。例えば、金属粉が銅の電極ペーストにおいて、脱バインダに最適な温度範囲は３００℃〜６００℃である。この範囲より低いと有機バインダがカーボンとして残り、この範囲より高いと銅が過酸化状態になり次工程で還元しきれない。トレー２０は出口カーテンを通過しその温度が１００℃以下になる。
【００２８】
次に、チップ４０を載せたトレー２０は還元工程を実行するための還元処理用炉６０を通過する。還元処理用炉６０は、トンネル形状で入口カーテンと出口カーテンとを有し（両カーテン共に窒素（Ｎ_２）等の非酸化性気体の下吹き付け併用）、両カーテン間の内部空間を加熱する内部ヒータを具備するとともに、その内部空間に数１００℃の還元用の気体を導入し、還元雰囲気としている。この還元工程では、入口カーテンから炉６０内部に入ったトレー２０上のチップ４０端部の電極ペーストを脱バインダした端子電極になる部分を、還元雰囲気中におき、還元処理する。還元雰囲気は、窒素（Ｎ_２）と水素（Ｈ_２）の混合ガスを用いるとよい。特に、水素（Ｈ_２）の濃度を１〜１０％とする混合ガスでよい結果が得られた。こうして、例えば、脱バインダ工程で酸化した金属粉としての銅を還元することができるが、金属成分が銅の場合、還元処理の好ましい温度条件は３００℃〜６００℃であり、この範囲より低いと還元しきれず、この範囲より高いとセラミック素体を部分的に還元してしまう。トレー２０は出口カーテンを通過しその温度が１００℃以下になる。
【００２９】
最後にチップ４０を載せたトレー２０は焼き付け工程を実行するための熱処理用炉７０を通過する。熱処理用炉７０は、トンネル形状で入口カーテンと出口カーテンとを有し（両カーテン間は窒素（Ｎ_２）等の非酸化性かつ非還元性雰囲気に保持される）、両カーテン間の内部空間を加熱する内部ヒータを具備する。この焼き付け工程は、チップ４０端部の電極ペーストの脱バインダされ還元処理されて端子電極になる部分に、６００℃〜９００℃の温度範囲において、窒素（Ｎ_２）ガス等の非酸化性かつ非還元性雰囲気（中性雰囲気）で熱処理する。焼き付け時間の一例は８０分程度であるが、電気的特性に優れた緻密な構造の端子電極を得ることができる。そうして、トレー２０は冷却され、出口カーテンから出て来るときはほぼ常温になっている。
【００３０】
この後、トレー２０から処理済みチップ４０を空けて別の容器に移し、トレー２０は図７の始めに戻されて新規なチップ４０を収容し再び循環する。別の容器に移された処理済みのチップ４０は、後工程のバレルメッキ工程で端子電極上にニッケル電解メッキ層、Ｓｎもしくはその合金電解メッキ層を形成される。
【００３１】
この実施の形態によれば、次の通りの効果を得ることができる。
【００３２】
（１）端子電極になる電極ペースト４１が塗布されたセラミック素体、つまりチップ４０は、それが接触する表面被膜２３が全てジルコニアでなるトレー２０の網目の１区画Ｄに１個づつ入り保持される。つまり、セラミック素体や電極ペーストに反応しない材質であるジルコニアで表面が覆われているので、トレー２０での保持に不都合は発生しない。また、１区画Ｄはチップ４０の長手方向を上下（縦）に向けて収容するので１個だけ確実に入ることになり、チップ４０同士が付着して、剥がすときに外観不良となる問題点を解消できる。
【００３３】
（２）トレー２０に対するチップ４０の供給は、ほぼ水平にしたトレー２０の網を備える面側にチップ４０の集合を載置し、トレー２０をランダムな方向にやや傾ける動作を実行することで１個づつ入り込ますことができる。この動作は人手による作業においても、自動化する動作においても容易に行える動作である。
【００３４】
（３）図５にトレー２０の区画Ｄを拡大して示す如く、ジルコニアの溶射により表面被膜２３が形成された網目表面は、チップ４０を点接触で保持する程度の凸凹な表面であり、特に端子電極になる電極ペースト４１が塗布された部分が接触しても各炉５０，６０，７０における雰囲気を遮断すること無く、端子電極を形成するためのトレーとして適した保持をする。また、トレー２０の網目の表面被膜２３と底面のベース板２１側の表面被膜２３間には、部分的に隙間が存在し、気体の通過性が良好であり、各炉での処理において雰囲気が位置により偏ることが少ない構成である。
【００３５】
（４）以上の結果、トレー２０上のチップ４０は、端子電極になる部分が相互に接触することなく、かつ点接触に近い状態で保持され、雰囲気が位置により偏ることもないので、焼き付けを行っても端子電極が相互に付着してしまうことなく、電気的特性に優れた緻密な構造の端子電極を得ることができる。例えば、数百乃至数千個のセラミック素体の両端に電極ペーストを塗布し焼き付けて端子電極を形成してみると、従来の技術では端子電極に付着不良を有するセラミック素体が２０％くらい発生するが、本実施の形態では電極に付着不良を有するセラミック素体が０．８％程度に減少し、不良が約１／２０以下に減少する大きな効果を得ることができた。
【００３６】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、電極ペースト塗膜付きセラミック素体の前記塗膜から有機バインダを除去し、還元雰囲気中で前記塗膜中の導電成分を還元処理し、中性雰囲気中で熱処理してセラミック素体に端子電極を形成する場合に、脱バインダ、還元処理、及び熱処理に前記塗膜付きセラミック素体を保持し搬送するトレーを用い、前記トレーはベース板に網を固着し、少なくとも前記塗膜付きセラミック素体を保持する側の前記ベース板と前記網には前記セラミック素体と前記塗膜とに反応しない材質で表面被膜を形成した構造とし、前記トレーの網目の１区画につき１個の前記塗膜付きセラミック素体をそれぞれ収容して搬送する。これにより、前記トレー上の塗膜付きセラミック素体は、端子電極になる部分が相互に接触することなく、かつ点接触に近い状態で保持され、雰囲気が位置により偏ることもないので、焼き付けを行っても端子電極が相互に付着してしまうことなく、電気的特性に優れた緻密な構造の端子電極を得ることができる。そして、電極部分の付着に起因する不良発生を従来の数１０分の１に低減可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセラミック電子部品の端子電極焼付方法及び装置の実施の形態において用いるトレー及び塗膜付きセラミック素体であるチップの収容状態を示す側断面図である。
【図２】同じくチップ収容状態のトレーを上方よりみた拡大斜視図である。
【図３】トレー全体の平面図である。
【図４】トレーの点溶接周辺部の拡大平面図である。
【図５】トレーの網目部分の拡大写真図である。
【図６】枠に複数枚のトレーを載置した状態を示す平面図である。
【図７】本実施の形態において、脱バインダ用炉、還元処理用炉及び熱処理用炉にトレーをメッシュベルトで循環させる構成を示す説明図である。
【図８】セラミック素体に形成した端子電極の外観不良の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１セラミック素体
１０端子電極
２０トレー
２１ベース板
２２網
２３表面被膜
３０枠
４０チップ
４１電極ペースト
５０脱バインダ用炉
６０還元処理用炉
７０熱処理用炉

Claims

セラミック素体に、金属粉を主成分とする導電成分と有機バインダとを少なくとも含む電極ペーストを塗布し、塗布された電極ペースト塗膜から有機バインダを除去する脱バインダを行い、還元雰囲気中で前記塗膜中の前記導電成分を還元処理し、中性雰囲気中で熱処理して前記セラミック素体に端子電極を形成するセラミック電子部品の端子電極焼付方法であって、
前記脱バインダ工程と前記還元処理工程と前記熱処理工程とに、前記塗膜付きセラミック素体を保持し搬送するトレーを用い、
前記トレーはベース板に網を固着し、少なくとも前記塗膜付きセラミック素体を保持する側の前記ベース板と前記網には前記セラミック素体と前記塗膜とに反応しない材質で表面被膜を形成してなり、前記トレーの網目の１区画につき１個の前記塗膜付きセラミック素体をそれぞれ収容して搬送することを特徴とするセラミック電子部品の端子電極焼付方法。
前記ベース板と網がＮｉであり、前記網が固着された前記ベース板面と前記網とにジルコニアを溶射して前記セラミック素体と前記塗膜とに反応しない表面被膜を形成した請求項１記載のセラミック電子部品の端子電極焼付方法。
金属粉を主成分とする導電成分と有機バインダとを少なくとも含む電極ペーストを端部に塗布して塗膜となしたセラミック素体を保持し搬送するトレーと、該トレーを脱バインダ用炉、還元処理用炉及び熱処理用炉の順に搬送する搬送手段とを備え、
前記トレーは、ベース板と網とを平面で重ね合わせて、所定間隔をおいて複数点で固着し、前記網が固着された前記ベース板面と前記網とに前記セラミック素体と前記塗膜とに反応しない表面被膜を形成したものであって、前記トレーの網目の１区画につき１個の前記塗膜付きセラミック素体をそれぞれ収容して搬送することを特徴とするセラミック電子部品の端子電極焼付装置。
前記ベース板と前記網がＮｉであって、点溶接で固着されており、前記表面被膜がジルコニアで形成されてなる請求項３記載のセラミック電子部品の端子電極焼付装置。
前記網目の１区画は、前記塗膜付きセラミック素体の長手方向が横向きに入ることができない寸法であり、前記トレーは前記網目の１区画に１個の前記塗膜付きセラミック素体を当該素体長手方向が前記網目に縦に入る姿勢で収容する請求項３又は４記載のセラミック電子部品の端子電極焼付装置。