JP4018898B2

JP4018898B2 - 積層セラミック電子部品

Info

Publication number: JP4018898B2
Application number: JP2001351097A
Authority: JP
Inventors: 淳一伊藤; 秀夫丹下; 淳大塚; 学佐藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: JP2003151851A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば積層コンデンサ、積層インダクタ、積層コンデンサ内蔵基板、積層モジュール基板等として好適に使用される積層セラミック電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような積層セラミック電子部品（例えば積層セラミックコンデンサ）は、従来、セラミックグリーンシートと配線パターン層とが交互に積層された積層グリーン体を作製し、この積層セラミックグリーン体を同時焼成することにより製造している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、セラミックグリーンシートと配線パターン層とを積層体の形で同時焼成しようとした場合、その焼成温度は当然、セラミックの焼成が十分に進行する温度域に設定される。他方、配線パターン層は金属粉末により形成されるが、金属粉末は通常、セラミックよりも低温域で焼成が開始する。すなわち、積層体を焼成する際には、セラミックグリーンシートと配線パターン層との間で焼成温度域に差があるため、金属を主体とする配線パターン層の焼成が、セラミックグリーンシートの焼成よりも常に先んじる傾向にある。
【０００４】
配線パターン層は焼成が開始すると面内方向に大きく収縮する。他方、セラミックグリーンシートは焼成温度域に到達していないため、収縮は未だほとんど進行していない状態である。この収縮量の差により、図１３に示すように、未収縮のセラミックグリーンシート５は配線パターン層６に引っ張られる形で反りを生じやすくなる。その結果、得られる部品の表面に凹凸や曲がりなどの不具合が生じやすくなる問題がある。セラミックグリーンシート５の焼成が進行すれば、このような反りはある程度は減少するものの、ある程度の残留は避けがたい。
【０００５】
今日、積層電子部品には、さらなる高性能化、高集積化及び小型化（薄型化）が求められており、シートの積層数増大と薄型化とが一層推し進められようとしている。シートの積層数が多くなるほど、上記のような収縮不均一の影響を受けやすくなり、セラミックグリーンシートが薄くなることも加重されて、焼成後の積層部品に反り等の不具合が出やすくなる。特に、配線部として大面積の電極が形成される積層セラミックコンデンサの場合は、この傾向が著しい。そして、このような反りの発生を防ぐために、製造における個々の工程を高精度に管理する必要があり、また焼成後における部品の品質検査の負担、不合格品を排除することによる歩留まり低下等のために、製造コストの上昇を招きやすく、このようなことがコストダウンを図る上での障害となる。
【０００６】
この発明は、高性能化・薄型化が求められる積層セラミック電子部品において、セラミックグリーンシートの多層化及び薄型化に拘わらず、反り等の不具合が軽減し、品質の向上及びコストの低減を図ることを直接の課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記の課題を解決するために、本発明の積層セラミック電子部品は、
誘電体セラミック層により絶縁された、対向する一対の配線パターン層を有し、該配線パターン層を、該誘電体セラミック層を貫いて形成されたビア電極に、１層おきに電気的に接続してなるコンデンサ層を１又は２以上備える積層セラミック電子部品であって、
誘電体セラミック層、配線パターン層、及びビア電極は、同時焼成により形成され、
配線パターン層は、平均粒径が５００ｎｍ以下の無機化合物粒子が金属相中に分散した組織を有し、ビア電極は、少なくとも当該ビア電極に接続される配線パターン層から伸びる仮想の延長帯と交差する部分以外の部分は、無機化合物粒子を含有しない金属相のみからなることを特徴とする。
【０００８】
なお、本明細書では、「ビア電極」と「配線パターン層」の両名称（及びその下位概念）を、便宜的に焼成前の状態と焼成後の状態の双方に共通に用いる。また、本明細書において「主成分」とは、その成分の重量含有率が、他の成分の重量含有率の合計よりも高くなっているものをいい、「２以上の成分が主成分である」とは、それら成分の合計が、他の成分の重量含有率の合計よりも高くなっていることをいう。また、無機化合物粒子の平均粒径は、組織断面の走査型電子顕微鏡観察画像において観察される１次粒子の、粒子外形線に外接する最小間隔の平行線距離ｄ１と最大間隔の平行線距離ｄ２との相加平均値を粒径と定義したときの、その平均値を意味するものとする。
【０００９】
上記のような部品は、以下のようなセラミックグリーンシートを複数積層してなる積層グリーン体を焼成することにより得られる。すなわち、該セラミックグリーンシートは、セラミックグリーンシートを厚さ方向に貫通するように形成された１又は２以上のビアホールと、該ビアホールに充填されたビア電極と、該ビア電極の少なくとも１つに接続し、該セラミックグリーンシートの第１主表面に形成された配線パターン層とを有するセラミックグリーンシートであって、
配線パターン層は、平均粒径が０．１〜３μｍの金属粉末と、平均粒径が５００ｎｍ以下の無機化合物粉末とを含有し、
ビア電極は、平均粒径２〜２０μｍの金属粉末を含有するとともに、配線パターン層よりも少ない含有量で無機化合物粉末を含有するか、又は無機化合物粉末を含有しないことを特徴とする。以下、配線パターン層をなす粉末の全体を第１粉末、ビア電極をなす粉末の全体を第２粉末という。
【００１０】
このようなセラミックグリーンシートを複数積層することより、配線パターン層が、平均粒径が５００ｎｍ以下の無機化合物粒子が金属からなる金属相中に分散した組織を有するものとなる一方、ビア電極の、当該ビア電極により接続される配線パターン層間の誘電体セラミック層内に位置する部分が少なくとも、無機化合物粒子を含有しない金属相のみからなるものとなることは明らかである。
【００１１】
配線パターン層用の第２粉末は、例えば図１４に示すように、金属粉末粒子３１０（以下、第２金属粉末という）のみから構成されていると、セラミックに適合した焼成温度では、金属粉末粒子間における拡散や粒子の溶融により収縮が急激に進行し、図１３に示すような反り等を招くことにつながる。しかしながら、図１５に示すように、上記粒径の無機化合物粉末粒子３１５を含有させると、該セラミックグリーンシートを積層体となして焼成する際に、無機化合物粉末粒子３１５が金属粉末粒子３１０間の拡散を阻害し、また、無機化合物粉末粒子３１５が金属粉末粒子３１０の空間的な占有を排除することも手伝って、配線パターン層の焼成収縮を適度に遅らせることができる。その結果、前記した反り等の発生を効果的に抑制することができる。
【００１２】
無機化合物粉末（焼成後では無機化合物粒子：以下、同様）の平均粒径を５００ｎｍ以下としているのは、上記反り等の不具合を効果的に防止するための無機化合物粉末による第２金属粉末の焼成収縮抑制が効果的に得られるためである。無機化合物粉末の平均粒径が５００ｎｍを超えると、無機化合物粉末の粒子数が少ないため焼成収縮抑制効果の発現が損なわれ、反り防止効果を十分に達成できなくなる。また、第２金属粉末より大きくては均質な分散性が得られないため、同様に十分な焼成収縮抑制効果が得られない。一方、無機化合物粉末の平均粒径の下限値については特に制限はないが、極度に粒径の小さい粉末は凝集を起こしやすく、均一分散を図る上での限界が存在することがあり、また価格の高騰も招きやすい。これらのことを考慮して、無機化合物粉末の平均粒径は、例えば５ｎｍ程度を下限値の目安として設定することが望ましい。
【００１３】
第２導電体粉末中の金属粉末（以下、第２金属粉末ともいう）の平均粒径を０．１〜３μｍとしているのは、厚さ数μｍ以下の薄い配線パターン層でも均一に形成できるようにするためである。第２金属粉末の平均粒径が３μｍを超えると表面粗さが悪化し、細線部での抵抗の増大や高周波領域での表皮効果によるインピーダンス増大（ひいては高周波信号の伝送損失の増大）、さらには導通不良等をもたらし、また、薄いセラミック層では耐電圧等の低下や最悪の場合、貫通によるショート不良が生じる。平均粒径を０．１μｍ以下とすると焼成収縮量が増大するだけでなく、ハンドリング性の悪さや価格的なデメリットも生じる。
【００１４】
第２導電体粉末に含有される無機化合物粉末は、平均粒径が望ましくは１００ｎｍ以下、さらに望ましくは平均粒径が５０ｎｍ以下であることが、配線パターン層の収縮抑制効果を均一に発現させ、反り等の不具合を防止する上でより好都合である。また、第２導電体粉末に含有される無機化合物粉末は、第２導電体粉末中の配合比率を、例えば０．５〜３０質量％に調整することが望ましい。該配合比率が０．５質量％未満では配線パターン層の収縮抑制効果が十分でなくなり、３０質量％を超えると得られる配線パターン層の導電率が十分に確保できなくなる問題を生ずる。
【００１５】
次に、ビア電極を形成する第１粉末中の金属粉末（以下、第１金属粉末ともいう）の平均粒径を２〜２０μｍとやや大きくするのは、ビアホール内への充填率を高め、緻密で導電率の高いビア電極を形成しやすくするためである。第１金属粉末の平均粒径が２μｍ未満ではビア電極内の粉末充填密度が不足して、緻密なビア電極が得られなくなったり、過度の収縮によりビア電極がビアホール内周面から剥離したりする不具合につながる。他方、第１金属粉末の平均粒径が２０μｍを超えると焼結性が損なわれ、緻密なビア電極が得られなくなる不具合につながる。第１金属粉末の平均粒径は、より望ましくは５〜１０μｍの範囲で調整するのがよい。
【００１６】
なお、ビア電極は、配線パターン層ほどには焼成収縮のタイミングの不整合は問題となりにくいため、焼成収縮制御を配線パターン層ほどには考慮する必要がない。そのため、なるべく高い導電率を得ることができるようにするために、第１粉末は無機化合物粉末を含有しないものを用いる。
【００１７】
誘電体セラミック層の材質としては、アルミナ含有量を９８％以上としたアルミナ質セラミックス、ムライト質セラミックス、窒化アルミニウムセラミックス、窒化珪素セラミックス、炭化珪素セラミックスおよびガラスセラミックス等、高周波領域においても誘電損失が小さい材質が本発明に好適に使用される。特に、低抵抗で高周波での信号の損失の少ないＣｕ，Ａｇ等の低融点金属を導体層に使用できる点において、ガラスとガラス以外のセラミックフィラーとの複合材料（以下、これをガラスセラミックという）を使用することが望ましい。また、高周波における誘電体損失が少ないという点において、高純度アルミナ質セラミックスを使用することが望ましい。また、他の誘電体セラミック層の材質としては、強誘電性ペロブスカイト型酸化物を使用できる。これは、ＡＴｉＯ_３（Ａ：アルカリ土類金属元素）の化学式で表され、Ａのサイトを、アルカリ土類金属元素であるＢａまたは、Ｂａと、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒのうち１種もしくは２種以上とより構成したもの、さらには、上記ＡＴｉＯ_３のＴｉサイトの一部をＺｒもしくはＨｆで置換したもの、または、ＰｂＴｉＯ_３もしくは、ＰｂＴｉＯ_３とＰｂＺｒＯ_３との固溶体であるＰＺＴ、もしくは、ＫＮｂＯ_３などを挙げることができる。このような強誘電体酸化物としては、構成元素が少ないほど組成比が安定した状態で充填層に分散形成され、結果として安定した結晶形成、ひいては上記した誘電率向上の機能がさらに高められると考えられる。さらに、室温付近における誘電率および環境性を考慮すれば、特にＢａＴｉＯ_３が好適である。
【００１８】
このうちガラスセラミックは焼成温度が比較的低いので、Ｃｕ、Ａｇ等の低抵抗の金属配線パターンとの同時焼成を考慮する上で最も有効な材質である。この場合、ホウケイ酸系ガラスあるいはホウケイ酸鉛系ガラスに無機セラミックフィラーを４０〜６０重量部添加した系が、金属配線部との同時焼成性が良好で好ましい。無機セラミックフィラーとしては、例えば、シリカ、アルミナ、石英、ガーナイト、ディオプサイド、スピネル、エンスタタイト、コージェライト、アノーサイト等を使用できる。
【００１９】
配線パターン層及びビア電極を形成するための金属粉末の上記材質は、セラミックスとの同時焼結性を考慮して選定する必要があり、特に前記したセラミックスとの同時焼結性を考慮する場合は、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ及びＰｄから選ばれる１種又は２種以上を主成分とするものを使用することが望ましい。
【００２０】
次に、第２粉末に含有される第１無機化合物粉末としては、酸化アルミニウム、二酸化珪素及び酸化チタンの少なくとも１種からなるものを特に好適に使用することができる。
【００２１】
一方、第２粉末中に配合する無機化合物粉末は、セラミックグリーンシートを構成する誘電体セラミック粉末からなる第２無機化合物粉末を含有させることができる。このような第２無機化合物の使用により、焼成後の誘電体セラミック層と配線パターン層との線膨張係数を近づけることができ、特に焼成後に冷却する際の、誘電体セラミック層と配線パターン層との層間剥離等を抑制する効果も合わせて得られる。例えば、誘電体セラミックが強誘電性ペロブスカイト型酸化物を含有するものである場合、第２無機化合物粉末を、強誘電性ペロブスカイト型酸化物粉末を含有するものとすることで、上記の効果をより顕著なものとすることができる。
【００２２】
無機化合物粉末は、酸化アルミニウム、二酸化珪素及び酸化チタンの少なくとも１種からなる第１無機化合物粉末と、セラミックグリーンシートを構成するセラミック粉末である第２無機化合物粉末のうち、少なくとも一方を含むものとして構成すればよく、両者を単独で用いることもできるし、両者を配合して用いることもできる。第１無機化合物粉末は、第２無機化合物粉末よりも平均粒径が小さいものを使用することができる。第２無機化合物粉末は上記の通りセラミックグリーンシートを構成する誘電体セラミック粉末を使用するので、セラミックグリーンシートの生産性を考慮して平均粒径の下限値をそれほど小さくすることができない。しかしながら、第１無機化合物粉末にはそのような制限がなく、第２無機化合物粉末よりも粒径の小さなものを使用することで、配線パターン層中への分散効果、ひいては前記の焼成収縮抑制効果を一層高めることができる。
【００２３】
本発明の積層セラミック電子部品は、ビア電極が電気的に接続された、フリップチップ型の表面実装端子とを備えた、表面実装型の積層セラミックコンデンサとして構成することができる。コンデンサ電極は大面積であり、焼成時における誘電体セラミック層との間の収縮挙動の差の影響を特に受けやすい。しかしながら、本発明の適用により、誘電体セラミック層とコンデンサ電極との間の収縮差に基づく反りの発生が効果的に抑制されるので、反りや凹凸などの不具合の発生率が大幅に軽減され、波及効果が特に大きい。また、コンデンサ電極を接続するビア電極は、本発明においては前記した通りビア電極は、少なくとも当該ビア電極に接続される配線パターン層から伸びる仮想の延長帯と交差する部分以外の部分は、無機化合物粒子を含有しない金属相のみからなるものとして形成されるので、その導電性が大幅に向上し、コンデンサの寄生インダクタンスを軽減する上でも有利となる。この場合、当該ビア電極に接続される配線パターン層から伸びる仮想の延長帯と交差する部分を含めて、無機化合物粒子を含有しない金属相のみからなるものとすれば、寄生インダクタンス軽減効果がさらに向上する。該効果は、特に高周波用（例えば周波数１ＧＨｚ以上）のコンデンサに本発明を適用した場合に、特に顕著である。
【００２４】
次に、上記のセラミックグリーンシートは、第１主表面に配線パターン層が形成され、該第１主表面と対向して位置する第２主表面が剥離可能な樹脂フィルムにて覆われてなるものとすることができる。
【００２５】
上記のような樹脂フィルムは、樹脂フィルムは、セラミックグリーンシートを形成する際に用いたキャリアフィルム（例えばドクターブレード法にて形成する際のキャリアフィルム）を流用することで、樹脂フィルム付セラミックグリーンシートを簡単に製造できる。この場合、ビアホールは、セラミックグリーンシートを樹脂フィルムとともに貫通する形態で形成すればより能率的である。
【００２６】
特に薄いセラミックグリーンシートを用いる場合、樹脂フィルムをセラミックグリーンシートよりも厚く形成しておくと、セラミックグリーンシートのハンドリング性改善効果がより顕著である。一例として、セラミックグリーンシートの厚さが１〜２５μｍの場合、樹脂フィルムの厚さは１５〜８０μｍに調整することが望ましい。樹脂フィルムの厚さが１５μｍ未満では樹脂フィルム付セラミックグリーンシートのハンドリング性改善効果が不十分となり、８０μｍを超える厚さではハンドリング性改善効果が飽和して素材の無駄が多くなるほか、樹脂フィルムの剛性が高くなり、セラミックグリーンシートから剥がしとる際にセラミックグリーンシートの一部が樹脂フィルムに付着した形で抉り取られたりする不具合を生ずる場合がある。樹脂フィルムの厚さは、より望ましくは２０〜５０μｍの範囲で調整するのがよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に示す実施例を参照して説明する。
図７は、本発明の積層セラミック電子部品の一実施例たる表面実装型積層セラミックコンデンサ（以下、単にコンデンサともいう）４０の断面構造を示すものである。該コンデンサ４０は、誘電体セラミック層５と配線パターン層６とが交互に積層されるとともに、誘電体セラミック層５を隔てて対向する配線パターン層６が、誘電体セラミック層５を貫くビア電極８，８’により電気的に接続された構造を有する。配線パターン層６は、誘電体セラミック層５を介して対向する第１及び第２のコンデンサ電極６ａ，６ｂを含み、ビア電極８，８’が、第１のコンデンサ電極６ａと電気的に導通し第２のコンデンサ電極６ｂとは導通しない第１のビア電極８と、第２のコンデンサ電極６ｂと電気的に導通し第１のコンデンサ電極６ａとは導通しない第２のビア電極８’とを含む。そして、第１のビア電極８と第２のビア電極８’とには、それぞれ選択的に導通するフリップチップ型の表面実装端子３１が、コンデンサ４０の片側の主表面に形成され、それぞれ表面実装用の金属バンプ３２が設けられている。
【００２８】
ビア電極８，８’と配線パターン層６はいずれもＡｇ、ＡｇＰｔ、ＡｇＰｄ、Ａｕ、Ｎｉ及びＣｕからなる金属にて構成される。配線パターン層６は、図９〜図１１に示すように、平均粒径が５００ｎｍ以下（望ましくは１００ｎｍ以下、さらに望ましくは５０ｎｍ以下）の無機化合物粒子３１７あるいは３１６が、上記金属からなる金属相３１３中に分散した組織を有する。他方、図７において、ビア電極８，８’の、当該ビア電極８，８’により接続される配線パターン層６，６間の誘電体セラミック層５内に位置する部分（以下、主要部ともいう）８ａが少なくとも、無機化合物粒子を含有しない金属相のみからなる組織を有する。配線パターン層６が、平均粒径が５００ｎｍ以下の無機化合物粒子が金属相中に分散した組織を有することにより、反り等の不具合が軽減された高品質の表面実装型積層セラミックコンデンサ４０が実現される。他方、ビア電極８，８’は、主要部８ａが無機化合物粉末を含有しないものとして形成されるので、導電性が大幅に向上し、ひいてはコンデンサ４０の寄生インダクタンス軽減に有効である。
【００２９】
以下、上記コンデンサ４０の製造工程の一例について説明する。
コンデンサ４０はセラミックグリーンシートを用いて製造される。該セラミックグリーンシートは、以下のようなドクターブレード法により製造することができる。まず、誘電体セラミックからなる原料セラミック粉末（例えば、ガラスセラミック粉末の場合、ホウケイ酸ガラス粉末とＢａＴｉＯ_３等のセラミックフィラー粉末との混合粉末：平均粒径は０．３〜１μｍ程度）に溶剤（アセトン、メチルエチルケトン、ジアセトン、メチルイソブチルケトン、ベンゼン、ブロムクロロメタン、エタノール、ブタノール、プロパノール、トルエン、キシレンなど）、結合剤（アクリル系樹脂（例えば、ポリアクリル酸エステル、ポリメチルメタクリレート）、セルロースアセテートブチレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなど）、可塑剤（ブチルベンジルフタレート、ジブチルフタレート、ジメチルフタレート、フタル酸エステル、ポリエチレングリコール誘導体、トリクレゾールホスフェートなど）、解膠剤（脂肪酸（グリセリントリオレートなど）、界面活性剤（ベンゼンスルホン酸など）、湿潤剤（アルキルアリルポリエーテルアルコール、ポチエチレングリコールエチルエーテル、ニチルフェニルグリコール、ポリオキシエチレンエステルなど）などの添加剤を配合して混練し、スラリーを作る。
【００３０】
図８に示すように、容器３０１の開放底を、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルムからなるキャリアフィルム３０２にて塞ぎ、容器３０１内に上記のスラリー３０３を充填する。キャリアフィルム３０２は、容器３０１に対し面内長手方向に所定速度で送出可能とされる一方、容器３０１の該送出方向前方側の側壁部にはドクターブレード３０４が配置され、その下縁と、キャリアフィルム３０２との間には一定量の隙間３０５が形成されている。この状態でキャリアフィルム３０２の送出を開始すると、キャリアフィルム３０２上にはドクターブレード３０４により隙間３０５に対応した厚さに擦り切られる形で、スラリー塗布層３０６が形成される。そして、その送出方向下流側には乾燥チャンバ３０７が配置され、キャリアフィルム３０２上のスラリー塗布層３０６は、このチャンバ３０７内に流通される温風３０８に暴露されることにより溶媒が蒸発し、セラミックグリーンシート３０９となる。この工程からも明らかな通り、セラミックグリーンシート３０９は、片側の主表面にキャリアフィルム３０２が一体化された連続ストリップ形態で得られ、適当な寸法に切断されて、積層電子部品の製造に供される。
【００３１】
なお、本実施形態では、セラミックグリーンシート３０９の厚さが３〜２５μｍとされ、キャリアフィルム３０２（樹脂フィルム）の厚さは３０〜５０μｍとされている。
【００３２】
次に、ビア電極形成用の第１粉末の印刷用ペースト（以下、ビア電極用ペーストという）を調製する。図１２に示すように、使用する金属粉末３１２は、例えばＡｇ、ＡｇＰｔ、ＡｇＰｄ、Ａｕ、Ｎｉ及びＣｕのいずれかにより構成され、平均粒径が２〜２０μｍの範囲で調整されたものである。この金属粉末３１２に、ブチルカルビトール等の有機溶剤を、適度な粘度が得られるように配合・調整することによりビア電極用ペーストが得られる。本実施形態ではＡｇ、ＡｇＰｄ、ＡｇＰｔを用いた。
【００３３】
他方、配線パターン層形成用の第２粉末の印刷用ペースト（以下、配線パターン層用ペーストという）を調製する。図９〜図１１に示すように、使用する金属粉末３１１は、例えば金属粉末３１２と材質は同じであるが、平均粒径が０．１〜３μｍと小さく調整されたもである。この金属粉末３１１に、平均粒径５００ｎｍ以下（望ましくは１００ｎｍ以下、さらに望ましくは５０ｎｍ以下）の無機化合物粉末を０．５〜３０重量％の範囲にて配合し、さらに、エチルセルロース等の有機バインダと、ブチルカルビトール等の有機溶剤を、適度な粘度が得られるように配合・調整することにより配線パターン層形成用が得られる。
【００３４】
無機化合物粉末は、図９に示すように、セラミックグリーンシート３０９の原料セラミック粉末を第２種無機化合物粉末３１６として使用してもよいし、図１０に示すように、第２種無機化合物粉末３１６とともに、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）及び酸化チタン（ＴｉＯ_２）の少なくとも１種からなる第１種無機化合物粉末（平均粒径１００ｎｍ以下、望ましくは５０ｎｍ以下）３１７を配合して使用してもよい。さらに、図１１に示すように、第１種無機化合物粉末３１７を単独で使用してもよい。これらの無機化合物粉末は、いずれも焼成時において金属粉末３１１が収縮して配線パターン層の金属マトリックス３１３となる際に、その焼成収縮を抑制する働きをなす。この焼成抑制効果に特に優れるのは、第１種無機化合物粉末３１７を単独で使用した図１１の態様、及び第２種無機化合物粉末３１６と配合して使用する図１０の態様である。
【００３５】
上記セラミックグリーンシート３０９及び金属ペーストを用い、コンデンサ４０は以下のようにして製造することができる（以下、説明を容易にするため、焼成前の各部の符号及び名称を、焼成後のコンデンサ４０の各部の符号ないし名称にて代用する）。図１は、その工程の概略を示すもので、（ａ）に示すように、第２のベース部用セラミックグリーンシート２１を用意する一方、それよりも薄い積層用セラミックグリーンシート５を別途用意し、それぞれ複数のビアホール４を同じ位置に形成するとともに、各ビアホール４内にビア電極用ペーストを充填してビア電極８を形成しておく。また、セラミックグリーンシート５の片面には、各ビア電極８に導通する形で、配線パターン層としての内部電極６（以下、第１及び第２のコンデンサ電極６ａ，６ｂを総称する名称として使用する）を、配線パターン層用ペーストを用いて印刷形成しておく。次に、（ｂ）に示すように、これら積層用セラミックグリーンシート５を第２のベース部用セラミックグリーンシート２１上に順次積層する。そして、（ｃ）に示すように、ビアホール２内にビア電極３を形成した第１のベース部用セラミックグリーンシート１を重ね合わせて圧着し、最終的に必要とする所定数Ｎのセラミックグリーンシート５（これにベース部用のセラミックグリーンシート１及び２１が加わる）と所定数の配線パターン層とを交互に積層してなる積層グリーン体３０を作製する。その後、（ｄ）に示すように、ベース用のセラミックグリーンシート１に形成されたビア電極３の上に実装パッド３１のパターンを形成し、さらに積層グリーン体３０の焼成後にパッド３１上に金属バンプ３２を形成することにより、面実装型積層セラミックコンデンサ４０が得られる。
【００３６】
図２は、第１のベース部用セラミックグリーンシート１の製造工程をより詳しく示す図である。図８の方法により得られたセラミックグリーンシート３０９において、キャリアフィルム３０２は（１）に示すようにバックテープ１１となり、これと一体化されたセラミックグリーンシート１を得る。このセラミックグリーンシート１は、積層用のセラミックグリーンシート５以上の厚みを有する（例えば２〜５倍程度の厚み）ものとされる。次に（２）に示すように、そのバックテープ付のベース部用セラミックグリーンシート１に、金型、数値制御のパンチング手段あるいはレーザ孔開け装置等のビア形成手段により、所定のパターンで複数のビアホール２を形成する。さらに（３）で、そのビアホール２に、前記したビア電極用ペーストを、例えば穴埋め印刷により充填して固化させることにより、ビア電極３を形成する。なお、第２のベース部用セラミックグリーンシート２１は、ビアホールの穿孔とビア電極充填を行わない以外は、第１のベース部用セラミックグリーンシート１と同様に製造される。
【００３７】
また、図３の（１）に示すように、積層用のセラミックグリーンシート５を用意する。これは上述と同様のバックテープ（キャリアフィルム）１１を有し、ベース用のシートより薄く形成されたものである。さらに図３の（２）に示すように、上述のようなビア形成手段により積層用のセラミックグリーンシート５の所定の位置にビアホール４を形成する。次に（３）に示すように、ビア電極用ペーストをビアホール４内に、例えば穴埋め印刷により充填することにより、ビア電極８を形成する。そして、（４）に示すように、そのビアホール４が開けられたセラミックグリーンシート５のバックテープ１１とは反対側のシート面（主表面）に、前記した配線パターン層ペーストを、例えばスクリーン印刷により所定のパターンで塗布することにより所定パターンの内部電極６（第１のコンデンサ電極６ａ）を形成する。
【００３８】
また、同様に（５）〜（６）に示すように、積層用の別のセラミックグリーンシート５に、ビアホール４を導電ペーストで埋めてビア電極８を形成し、さらに（４）とは別の配置パターンで内部電極６（第１のコンデンサ電極６ｂ）を形成する。つまり、シートに対する第１の配置パターンで内部電極６を保持するビア電極付の第１のセラミックグリーンシート５（図３の（４））と、シートに対する第２の配置パターンで内部電極６を保持する、ビア電極付の第２のセラミックグリーンシート５（図３の（６））とを作製する。
【００３９】
これら２種類のものを交互に重ねることにより、セラミックグリーンシート５と内部電極６とを交互に積層し、かつ第１の内部電極６と第２の内部電極６も交互に積層することができる。ここで、セラミックグリーンシートは内部電極６の間に介在すべき誘電体としての機能と、２種類の内部電極をその種類毎に区別して保持（担持）する保持体ないし担持体の役割を果たす。
【００４０】
そして、図４のように、ビア電極８が形成されるとともにバックテープ１１とは反対側のシート面にそれぞれ内部電極６が形成された積層用のセラミックグリーンシート５を、第２のベース部となるセラミックグリーンシート２１上に複数枚積層する。より詳しくは、第２のベース部となるセラミックグリーンシート２１のバックテープ１１とは反対側のシート面に、積層用のセラミックグリーンシート５の片面に形成された内部電極６が対面するように、セラミックグリーンシート５を圧着する。次にその圧着されたセラミックグリーンシート５のバックテープ１１を剥がした後、その剥がした後のシート面に次のセラミックグリーンシート５を、自身の片面に形成された内部電極６が対面するようにして圧着する。
【００４１】
以下同様にして、セラミックグリーンシート５を、各内部電極６を交互に挟み込んでラミネートするように順次圧着していき（図５参照）、予定された積層数に達すれば、図６に示すように、第１のベース部となるセラミックグリーンシート１を積層・圧着することにより、積層グリーン体３０を得る。これらビア電極８（ビア電極形成用導電部とも言える）は、積層グリーン体３０の厚さ方向（積層方向）にお互いに連結して適数本の連結（集合）ビア電極を構成し、さらにこれらのビア電極８が、第１のベース部となるセラミックグリーンシートのビア電極３とも電気的に接続されて、積層グリーン体３０の片側の主表面に露出したビア電極となる。これらは通常２グループ、具体的にはコンデンサの正極・負極の各グループに分けることができる。図６に示すように、極性の異なるビア電極に導通する内部電極６は、セラミックグリーンシート５を介して絶縁形態にて部分的に対向することにより、コンデンサ構造を形成している。
【００４２】
図６においては、さらに露出するビア電極３に対して、後の金属バンプの形成のための実装パッド３１を、所定の導電ペースト、例えば前述のビア電極や内部電極と同様な導電ペーストを用いてスクリーン印刷等により印刷する。このような積層グリーン体３０を必要に応じて所定のグリーンチップの形状に切断した後、これを所定の温度と雰囲気中で脱脂・焼成し、図７に示す積層セラミックコンデンサの積層焼成体４０を得る。焼成後には、その積層焼成体４０のパッド３１上に、必要な金属バンプ３２、例えばハンダバンプを形成し、積層セラミックコンデンサチップ（部品）とする。
【００４３】
この焼成に際して、内部電極６（配線パターン層）を形成する配線パターン層用ペーストには、前記した平均粒径の無機化合物粉末が配合されており、図１６に示すように、内部電極６の収縮に適度で均一な遅れが生ずるとともに、最終的な収縮量も抑制される。その結果、図１３に示すようなセラミックグリーンシート５との間の収縮差に基づく反りの発生が抑制され、焼成後の積層セラミックコンデンサチップに反りや凹凸などの不具合が発生することが効果的に防止される。積層セラミックコンデンサの場合、内部電極６の面積が大きいので、焼成時におけるセラミックグリーンシート５との間の収縮挙動の差の影響を受けやすいので、本発明の適用による波及効果は特に大きい。他方、ビア電極３，８は無機化合物粉末を含有しないビア電極用ペーストが使用され、その金属粉末の粒径も配線パターン層用ペーストよりは大きく設定されてビアホール内への充填率も高められるから、導電性が良好である。
【００４４】
上記の工程では、図３に示すように、積層用のグリーンシート５のビアホール４へのペースト充填を行ってから、ビアホール４の領域を包含する形で配線パターン層（内部電極）６を形成していた。従って、図２０に示すように、縦に連なったビア電極８の、ビア電極に接続される配線パターン層（第１及び第２のコンデンサ電極６）から伸びる仮想の延長帯と交差する部分（以下、交差電極部という）８ｂは、配線パターン層６と同様に、平均粒径が５００ｎｍ以下の無機化合物粒子３１５が金属相中に分散した組織を有するものとなる。この構造は、配線パターン層（内部電極）６間の個々のビア電極部分が、ペーストを逐次的に充填するために高密度化される利点がある。しかし、交差電極部８ｂには無機化合物粒子３１５が含有されるので、ビア電極の導電性改善の観点においてこの点が多少不利に作用する。
【００４５】
他方、図１７（ａ）に示すように、配線パターン層（内部電極）６は形成し、ビアホール４は充填しない状態のグリーンシート５（及びグリーンシート２１，１）を先にまとめて積層しておき、（ｂ）に示すように、その一体化されたビアホール４にペーストＰを一括充填してビア電極８とすることもできる（（ｃ）参照）。さらに実装用パッド３１を形成し（詳細な構造は図１８に示す）、これを焼成した後金属バンプ３２を設ければ、（ｄ）に示すコンデンサ４０が得られる（詳細な構造は図１９）に示す。この場合、配線パターン層（内部電極）６よりも後にビア電極８が一括形成されるので、図２１に示すように、縦に連なったビア電極８の、該ビア電極に接続される配線パターン層（第１及び第２のコンデンサ電極６）から伸びる仮想の延長帯と交差する部分（以下、交差電極部という）８ｂは、ビア電極８の他の部分と同様に、無機化合物粒子を含有しない金属相のみからなる組織を有するものとなる。この構造は、ビア電極８の主要部８ａのみならず交差電極部８ｂからも無機化合物粒子が排除されるので、極めて導電性の高いビア電極が得られ、コンデンサ４０の寄生インダクタンス軽減効果も大幅に高めることができる。
【００４６】
なお、以上の実施形態は、すべて積層セラミックコンデンサを例にとったが、コンデンサ以外に、積層セラミックインダクタ等の他の積層セラミック電子部品にこの発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】積層セラミックコンデンサの製造方法の一例を示す工程説明図。
【図２】図１における第１のベース部用セラミックグリーンシートの製造工程を詳細に説明する図。
【図３】同じく積層用セラミックグリーンシートの製造工程を詳細に説明する図。
【図４】積層用セラミックグリーンシートの積層工程の説明図。
【図５】図４に続く説明図。
【図６】図１の工程を用いた場合の積層グリーン体の完成状態を示す説明図。
【図７】図６の積層グリーン体を用いて製造された面実装型積層セラミックコンデンサの断面構造を示す図。
【図８】ドクターブレード法によるセラミックグリーンシートの製造工程説明図。
【図９】第２導電体粉末における無機化合物粉末の第１の配合形態を示す模式図。
【図１０】同じく第２の配合形態を示す模式図。
【図１１】同じく第３の配合形態を示す模式図。
【図１２】第１導電体粉末の模式図。
【図１３】配線パターン層とセラミックグリーンシートとが焼成収縮の際により反りが生ずる様子を説明する図。
【図１４】金属粉末のみからなる配線パターン層が大きく収縮する様子を説明する図。
【図１５】金属粉末に無機化合物粉末を配合することにより収縮抑制を図る様子を説明する図。
【図１６】その収縮抑制により反り防止がなされる様子を説明する図。
【図１７】積層セラミックコンデンサの製造方法の別例を示す工程説明図。
【図１８】図１７の工程を用いた場合の積層グリーン体の完成状態を示す説明図。
【図１９】図１８の積層グリーン体を用いて製造された面実装型積層セラミックコンデンサの断面構造を示す図。
【図２０】図１の工程により得られるビア電極の構造を模式的に示す図。
【図２１】図１７の工程により得られるビア電極の構造を模式的に示す図。
【符号の説明】
１，５，２１セラミックグリーンシート（セラミックグリーンシート）
６内部電極（配線パターン層、コンデンサ電極）
６ａ第１のコンデンサ電極
６ｂ第２のコンデンサ電極
３ビア電極
８ビア電極（第１のビア電極）
８’ビア電極（第２のビア電極）
８ｂ交差電極部
１１バックテープ（樹脂フィルム）
３０積層グリーン体
４０積層セラミックコンデンサ
３１１，３１２金属粉末
３１７第１種無機化合物粉末
３１６第２種無機化合物粉末

Claims

誘電体セラミック層により絶縁された、対向する一対の配線パターン層を有し、該配線パターン層を、該誘電体セラミック層を貫いて形成されたビア電極に、１層おきに電気的に接続してなるコンデンサ層を１又は２以上備える積層セラミック電子部品であって、
前記誘電体セラミック層、前記配線パターン層、及び前記ビア電極は、同時焼成により形成され、
前記配線パターン層は、平均粒径が５００ｎｍ以下の無機化合物粒子が金属相中に分散した組織を有し、前記ビア電極は、少なくとも当該ビア電極に接続される配線パターン層から伸びる仮想の延長帯と交差する部分以外の部分は、前記無機化合物粒子を含有しない金属相のみからなることを特徴とする積層セラミック電子部品。
前記ビア電極は、当該ビア電極に接続される配線パターン層から伸びる仮想の延長帯と交差する部分を含めて、前記無機化合物粒子を含有しない金属相のみからなる請求項１記載の積層セラミック電子部品。
前記無機化合物粉末粒子は、酸化アルミニウム、二酸化珪素及び酸化チタンの少なくとも１種からなる第１無機化合物粒子と、前記誘電体セラミック層と同一材質からなる第２無機化合物粒子の少なくとも一方を含有する請求項１又は２に記載の積層セラミック電子部品。
前記第２無機化合物粒子は、強誘電性ペロブスカイト型酸化物粒子を含有するものである請求項３記載の積層セラミック電子部品。
前記第１無機化合物粉末は、前記第２無機化合物粉末よりも平均粒径が小さい請求項３又は４に記載の積層セラミック電子部品。
前記ビア電極が電気的に接続された、フリップチップ型の表面実装端子とを備えた、表面実装型の積層セラミックコンデンサとして構成されてなる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の積層セラミック電子部品。