JP3921946B2 - セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック電子部品の製造方法に関し、詳しくは、セラミック素子を研磨して、面取りを行う工程を備えたセラミック電子部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
代表的なセラミック電子部品の１つに、例えば、図３に示すような積層セラミックコンデンサがある。この積層セラミックコンデンサは、複数の内部電極５２がセラミック層５１を介して互いに対向するように配設され、かつ、その一端側が交互に異なる側の端面に引き出されたセラミック素子６０の両端面に、内部電極５２と導通するように一対の外部電極５３，５３が配設された構造を有している。
【０００３】
そして、このような構造を有する積層セラミックコンデンサは、従来、内部電極ペーストが塗布された複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、これを厚み方向に圧着して積層体（マザー積層体）を形成し、この積層体をカットして個々のセラミック素子に分割し、所定の条件で脱脂、焼成を行った後、セラミック素子（焼結体）の、内部電極が引き出されている端面に外部電極を付与することにより製造されている。
【０００４】
ところで、上記従来の方法で製造された積層セラミックコンデンサにおいては、コンデンサ素子６０の稜線部Ａ（図３）が尖って（角張って）いるため、以下のような不具合が発生する場合がある。
(1)内部電極５２が引き出されている端面の周辺を構成する稜線部Ａが尖っていると、外部電極５３の塗布厚みが稜線部Ａの近傍において不十分となり、稜線部Ａの近傍でセラミック素子６０が露出して、外部電極５３の断線が発生する場合があり、十分な接続信頼性を確保することができない、
(2)焼成後のセラミック素子６０の稜線部Ａが尖っていると、加工上の取り扱いの際に、稜線部Ａに欠けや割れ（いわゆるチッピング）が生じやすく、慎重な取り扱いが必要になるため、生産性が低下する。
【０００５】
そこで、このような問題点を解決するために、従来は、セラミック素子の稜線部に丸みをつける（面取りを行う）ことにより、チッピングを生じにくくし、かつ、外部電極の厚みを均一化させることが行われている。
【０００６】
ところで、セラミック素子の稜線部に丸みを付ける（面取りをする）ための方法として、従来は、バレル（回転容器）内に、セラミック素子を、アルミナボール、シリカボール、ジルコニアボールなどの研磨媒体、研磨剤、水などとともに投入し、バレルを回転させて研磨を行う湿式バレル研磨法が広く用いられている。
【０００７】
そして、この湿式バレル研磨法によれば、セラミック素子の稜線部を研磨して、丸みを持たせることが可能になる。しかし、この湿式バレル研磨法においては、研磨の過程で、セラミック素子に割れ、欠け、クラックなどが生じやすく、高い歩留まりを確保することが困難であるという問題点がある。このため、バレルの回転速度を遅くしたりしなければならず、生産性にも劣っていた。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、セラミック素子の稜線部に確実に丸みを付けることが可能で、しかも、研磨の過程で、セラミック素子に割れ、欠け、クラックなどが生じにくく、高い歩留まりを生産性よく確保することが可能なセラミック電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、発明者等は、種々の実験、検討を行い、被研磨物であるセラミック素子の容積のバレル（回転容器）の容積に対する割合、研磨媒体の容積及びセラミック素子と研磨媒体の容積比率が、研磨効果や、研磨工程におけるセラミック素子の割れ、欠け、クラックなどの発生に影響することを知り、さらに実験、検討を重ねて、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明（請求項１）のセラミック電子部品の製造方法は、
焼成後のセラミック素子に外部電極を設ける工程を経て製造されるセラミック電子部品の製造方法であって、
セラミック素子と研磨媒体の総容積がバレルの内容積の２０〜５０％の範囲となり、かつ、セラミック素子の研磨媒体に対する容積比率（＝セラミック素子／研磨媒体）が０．８以下となるように、セラミック素子と研磨媒体をバレルに投入し、バレルを回転させることにより、セラミック素子を研磨して面取りを行い、セラミック素子の稜線部に丸みを付与する工程を備えているとともに、
前記工程を、前記セラミック素子を焼成する工程の前に、かつ、乾式で実施すること
を特徴としている。
【００１１】
セラミック素子と研磨媒体の総容積がバレルの内容積の２０〜５０％の範囲となるように、セラミック素子を研磨媒体とともにバレルに投入し、バレルを回転させることにより、研磨工程でセラミック素子に割れ、欠け、クラックなどが発生することを抑制、防止しつつ、セラミック素子を確実に研磨、面取りして、稜線部に丸みをつけることが可能になる。
【００１２】
なお、セラミック素子と研磨媒体の総容積を、バレルの内容積の２０〜５０％の範囲とするのが好ましいのは、セラミック素子と研磨媒体の総容積がバレルの内容積の２０％未満になると、セラミック素子と研磨媒体の動きがランダムになり、各セラミック素子の稜線部に十分に丸みを付けることができなくなり、また、セラミック素子と研磨媒体の総容積がバレルの内容積の５０％を超えると、バレル内におけるセラミック素子と研磨媒体の動きが不十分になり、各セラミック素子の稜線部に十分に丸みを付けることができなくなることによる。
【００１３】
また、セラミック素子を研磨して面取りを行う工程において、セラミック素子の研磨媒体に対する容積比率（＝セラミック素子／研磨媒体）を０．８以下とすることにより、セラミック素子を効率よく研磨して、面取りを行うことが可能になる。なお、セラミック素子の研磨媒体に対する容積比率が０．８を超えると、研磨媒体量に対するセラミック素子量が多くなり過ぎて、研磨媒体がセラミック素子に衝突する回数が減り、セラミック素子の稜線部に十分な丸みを付けることができなくなる。
【００１４】
また、セラミック素子を研磨して面取りを行う工程を、未焼成のセラミック素子について行うとともに、研磨を乾式で実施することにより、セラミック素子の稜線部に丸みをつけて、チッピングの発生を防止することが可能になるとともに、内部電極とセラミック界面にクラック（隙間）が形成される、いわゆるウキの発生を防止することが可能になる。
なお、研磨を乾式で行うとは、バレルに水、溶剤、分散剤などの液体が実質的に存在しない状態で行うことを意味する概念である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示してその特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【００１６】
［実施形態１］
なお、この実施形態１では、図１に示すように、複数の内部電極１２がセラミック層１１を介して互いに対向するように配設され、かつ、その一端側が交互に異なる側の端面に引き出されたセラミック素子２の両端面に、内部電極１２と導通するように一対の外部電極１３，１３が配設された構造を有する積層セラミックコンデンサを製造する場合を例にとって説明する。
【００１７】
＜セラミック素子の作製＞
まず、電極ペーストを塗布して内部電極パターンを形成したセラミックグリーンシートを複数枚積層するとともに、さらにその上下両面側に内部電極パターンが配設されていないセラミックグリーンシートを積層して厚み方向に圧着することにより積層体（未焼成のマザー積層体）を形成し、このマザー積層体を切断して、個々の未焼成のセラミック素子を切り出す。なお、このセラミック素子を形成する工程は、従来の積層セラミックコンデンサの製造に際して用いられている周知の方法により行うことができる。
【００１８】
＜バレル研磨＞
次に、この未焼成のセラミック素子について、面取りを行い、稜線部Ａ（図１）に丸みを付けるために、バレル研磨を行う。
このバレル研磨を実施するにあたっては、まず、図２に示すように、回転軸Ｘ方向に直交する方向の断面形状が６角形の多角筒状で有底のバレル１を用意する。なお、バレル１は、蓋部１ａを備えており、中心軸Ｘを回転軸として回転させることができるように構成されている。
また、バレル１の内面は、例えばフッ素樹脂のように柔軟性を有し、かつ他の物質が付着しにくい材料により構成されることが好ましい。このバレル１は、従来よりセラミック電子部品の製造工程でセラミック素子を研磨する際に用いられているものと本質的に異なるものではない。
【００１９】
そして、このバレル１に、セラミック素子２、研磨媒体３、及び緩衝材４を、所定の割合となるように投入する。
【００２０】
なお、この実施形態１では、研磨媒体３として、直径が４mmのアルミナボールと、直径が同じく４mmのシリカボールを混合したものを用いた。なお、研磨媒体の種類には特別の制約はなく、ジルコニアボールなどを用いることも可能である。
【００２１】
また、緩衝材４としては、有機物微粉を用いた。なお、有機物微粉は１００cc投入したが、この実施形態１の場合には、有機物微粉は５０〜１５０ccの範囲とすることが好ましい。
【００２２】
そして、この実施形態１においては、セラミック素子２と研磨媒体３を、セラミック素子２の研磨媒体３に対する容積比率（＝セラミック素子／研磨媒体）が０．５となるような割合でバレル１に投入するとともに、セラミック素子２と研磨媒体３の総容積の、バレル１の内容積に対する割合（（セラミック素子容積＋研磨媒体容積）／バレル内容積）を表１に示すような割合で変化させた。
【００２３】
【表１】

【００２４】
そして、セラミック素子２、研磨媒体３、及び緩衝材４が投入されたバレル１を、矢印Ｙの方向に１８０rmp×２０分の条件で回転させることによりセラミック素子２のバレル研磨を行った。なお、バレル研磨は、水、溶剤、分散剤などの液体が実質的に存在しない条件、すなわち乾式で行った。
【００２５】
＜欠け・割れの発生率の測定＞
各条件でのバレル研磨の終了後、セラミック素子を焼成し、得られたセラミック素子（焼結体）２について、欠け・割れの発生率を調べた（但し、試料数ｎ＝５００）。その結果を表１に併せて示す。
【００２６】
表１のNo.１のように、セラミック素子２と研磨媒体３の総容積の、バレル１の内容積に対する割合（（セラミック素子容積＋研磨媒体容積）／バレル内容積）が０．１５（百分率：１５％）の条件では、欠け・割れの発生が認められた。これは、セラミック素子２と研磨媒体３の総容積のバレル１の内容積に対する割合が小さいために、セラミック素子２と研磨媒体３の動きがランダムになり、セラミック素子２の稜線部Ａに十分な丸みを付けることができなかったことによるものである。
【００２７】
また、No.５，No.６のように、セラミック素子２と研磨媒体３の総容積の、バレル１の内容積に対する割合（（セラミック素子容積＋研磨媒体容積）／バレル内容積）を０．６（百分率：６０％）以上とした場合にも、欠け・割れが発生した。これは、セラミック素子２と研磨媒体３の総容積のバレル１の内容積に対する割合が大きくなり過ぎて、バレル１内でセラミック素子２と研磨媒体３が動きにくくなり、稜線部Ａに十分な丸みを付けることができなかったことによるものである。
【００２８】
一方、本発明の範囲内にあるNo.２〜４の場合には、割れや欠けなどを発生することなく、セラミック素子２の稜線部Ａに丸みを付けることができた。その結果、外部電極１３がセラミック素子２の稜線部Ａで断線するようなことのない信頼性の高いセラミック電子部品を効率よく製造することができた。
なお、表１、No.３の、（（セラミック素子容積＋研磨媒体容積）／バレル内容積）を０．３（百分率：３０％）とした場合において、水を１０００cc添加して湿式バレル研磨を行ったところ、欠け・割れの発生は認められなかったが、セラミック素子を焼成した後に、ウキ（内部電極とセラミック界面に発生するクラック）が５８％の試料について認められた。このようなウキの欠陥の発生を防止する見地からは、乾式でバレル研磨を行う方が好ましい。但し、場合によっては、湿式研磨でも良好な結果を得ることができる場合もある。
【００２９】
［実施形態２］
この実施形態２では、上記実施形態１の場合と同じセラミック素子を用いて、以下に説明するような条件でバレル研磨を行った。したがって、ここでは、セラミック素子の構成及び製造方法についての説明は省略する。
【００３０】
＜バレル研磨＞
この実施形態２でも、バレルとして、上記実施形態１で用いたものと同じバレル１（図２）を用いた。
また、研磨媒体及び緩衝材も、上記実施形態１の場合と同じく、直径が４mmのアルミナボールと、直径が同じく４mmのシリカボールを混合したもの（研磨媒体）と、有機物微粉（緩衝材）を用いた。なお、有機物微粉の投入量は１００ccとした。
【００３１】
そして、セラミック素子容積と研磨媒体容積の合計量のバレル内容積に対する割合（（セラミック素子容積＋研磨媒体容積／バレル内容積）を０．４０（百分率：４０％）で一定とするとともに、セラミック素子と研磨媒体を、セラミック素子の研磨媒体に対する容積比率（＝セラミック素子／研磨媒体）を表２に示すような容積比率となるように変化させた。
【００３２】
【表２】

【００３３】
そして、セラミック素子、研磨媒体、及び緩衝材が投入されたバレルを、上記実施形態１の場合と同じく、１８０rmp×２０分の条件で回転させてセラミック素子２のバレル研磨（乾式バレル研磨）を行った。
【００３４】
＜欠け・割れの発生率の測定＞
各条件でのバレル研磨の終了後、セラミック素子を焼成し、得られたセラミック素子（焼結体）について、欠け・割れの発生率を調べた（但し、試料数ｎ＝５００）。その結果を表２に併せて示す。
【００３５】
表２のNo.５，６のように、セラミック素子容積／研磨媒体容積＝１．０以上の条件では、セラミック素子に欠け・割れの発生が認められた。これは、研磨媒体に対するセラミック素子の割合が大きくなり過ぎて、研磨媒体がセラミック素子に衝突する回数が減少し、セラミック素子の稜線部に十分な丸みを付けることができなかったことによるものである。
【００３６】
一方、本発明の範囲内にあるNo.１〜４（セラミック素子容積／研磨媒体容積＝０．２〜０．８）の場合には、割れや欠けなどを発生することなく、セラミック素子の稜線部に丸みを付けることができた。その結果、外部電極がセラミック素子の稜線部で断線するようなことのない信頼性の高いセラミック電子部品を効率よく製造することができた。
【００３７】
なお、上記実施形態１及び２では、セラミック素子が積層セラミックコンデンサの製造に用いられる未焼成の積層体である場合を例にとって説明したが、本発明は種々のセラミック電子部品の製造工程でセラミック素子を研磨して、その稜線部の面取りを行う場合に広く適用することが可能である。
【００３８】
また、上記実施形態１，２では、６角筒状の形状を有するバレルを用いたが、本発明において、バレルの形状に特に制約はなく、公知の種々の形状のバレルを用いることが可能である。
【００３９】
本発明はさらにその他の点においても上記実施形態に限定されるものではなく、研磨媒体及び緩衝材の種類、被研磨物であるセラミック素子の具体的な形状、構造、セラミック素子を構成するセラミックの種類、具体的な研磨条件などに関し、発明の要旨の範囲内において種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
上述のように、本発明（請求項１）のセラミック電子部品の製造方法は、セラミック素子と研磨媒体の総容積がバレルの内容積の２０〜５０％の範囲となり、かつ、セラミック素子の研磨媒体に対する容積比率（＝セラミック素子／研磨媒体）が０．８以下となるように、セラミック素子を研磨媒体とともにバレルに投入し、バレルを回転させるようにしているので、研磨工程でセラミック素子に割れ、欠け、クラックなどが発生することを抑制、防止しつつ、セラミック素子を確実に研磨、面取りして、稜線部に丸みをつけることが可能になる。その結果、外部電極がセラミック素子の稜線部で断線するようなことのない信頼性の高いセラミック電子部品を歩留まりよく製造することができる。
【００４１】
また、上述のセラミック電子部品の製造方法のように、セラミック素子を研磨して面取りを行う工程において、セラミック素子の研磨媒体に対する容積比率（＝セラミック素子／研磨媒体）を０．８以下としているので、セラミック素子を効率よく研磨して、面取りを行うことが可能になる。なお、セラミック素子の研磨媒体に対する容積比率が０．８を超えると、研磨媒体量に対するセラミック素子量が多くなり過ぎて、研磨媒体がセラミック素子に衝突する回数が減り、セラミック素子の稜線部に十分な丸みを付けることができなくなる。
【００４２】
また、上述のように、セラミック素子を研磨して面取りを行う工程を、未焼成のセラミック素子について行うとともに、研磨を乾式で実施するようにしているので、セラミック素子の稜線部に丸みをつけて、チッピングの発生を防止することが可能になるとともに、内部電極とセラミック界面にクラック（隙間）が形成される、いわゆるウキの発生を防止することが可能になり、本発明をより実効あらしめることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態にかかるセラミック電子部品の製造方法により製造されたセラミック電子部品（積層セラミックコンデンサ）を示す断面図である。
【図２】 本発明の一実施形態にかかるセラミック電子部品の製造方法の一工程（バレル研磨工程）を示す図である。
【図３】 従来の方法で製造されたセラミック電子部品（積層セラミックコンデンサ）を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ セラミック素子の稜線部
１ａ バレルの蓋部
１ バレル
２ セラミック素子
３ 研磨媒体
４ 緩衝材（有機物微粉）
１１ セラミック層
１２ 内部電極
１３ 外部電極
Ｘ バレルの回転軸
Ｙ バレルの回転方向を示す矢印

Claims (1)

1. 焼成後のセラミック素子に外部電極を設ける工程を経て製造されるセラミック電子部品の製造方法であって、
   セラミック素子と研磨媒体の総容積がバレルの内容積の２０〜５０％の範囲となり、かつ、セラミック素子の研磨媒体に対する容積比率（＝セラミック素子／研磨媒体）が０．８以下となるように、セラミック素子と研磨媒体をバレルに投入し、バレルを回転させることにより、セラミック素子を研磨して面取りを行い、セラミック素子の稜線部に丸みを付与する工程を備えているとともに、
   前記工程を、前記セラミック素子を焼成する工程の前に、かつ、乾式で実施すること
   を特徴とするセラミック電子部品の製造方法。

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