JP4044953B2 - 積層セラミック部品の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば積層セラミックコンデンサ、積層セラミック基板などの積層セラミック部品の製造方法およびそれらに用いられる製造装置に関する。

従来、たとえば積層セラミックコンデンサのような積層セラミック部品を製造しようとするとき、まず、図６に示す各種セラミック誘電体粉末、樹脂バインダーおよび溶剤からなるスラリー状の組成物をコーティング法などにより薄膜に成形してセラミックグリーンシート１００を形成する。

次に、そのセラミックグリーンシート１００の表面にスクリーン印刷機でパラジウム、銀、ニッケルなどの金属粉を含む導電材ペーストを印刷−乾燥して導体パターン１０１を多数形成する。

そして、このセラミックグリーンシート１００を打ち抜き、積み重ねることで積層体を形成する。

このようなセラミックグリーンシート１００の打ち抜きについては、例えば特許文献１、２に開示されている。即ち、図５は、従来の積層装置を示す。

図に示すように、従来の積層装置は、上側に上下移動が可能な打ち抜き雄型１００と下側に打ち抜かれたセラミックグリーンシート１００を受ける受け穴１２１が形成された打ち抜き雌型１２０が配設され、この打ち抜き雄型１１０と打ち抜き雌型１２０の間にセラミックグリーンシート１００を移送させ、セラミックグリーンシート１００上面の打ち抜き領域が打ち抜き雄型１１０に来たときに停止し、打ち抜き雄型１１０が打ち抜き雌型１２０に向けて降下させることにより、打ち抜き雄型１１０がセラミックグリーンシート１００上の打ち抜き領域に当接してセラミックグリーンシート１００は打ち抜かれ、打ち抜き雌型１２０の受け穴１２１内に落ちる。打ち抜かれたセラミックグリーンシート１００は、打ち抜き雌型１２０の内部で順次積層され、積層体１３０を形成する。
特開昭６１−２１９１２５号公報 特開昭５４−５４３８５号公報

しかしながら、積層セラミックコンデンサのような積層セラミック部品において、その小型化および高性能化を実現するため、近年セラミックグリーンシートの薄層化および多層化が進められている。たとえば、積層セラミックコンデンサであれば、セラミックグリーンシートの薄層化および多層化することによって小型化かつ大容量化を図ることができる。このように、セラミックグリーンシートの薄層化および多層化が進めば進むほど、セラミックグリーンシート１枚あたりの強度が弱くなり、従来の製造方法では、セラミックグリーンシート１００を積層するとき、セラミックグリーンシート１００を搬送するので、それ自体の自重でセラミックグリーンシート１００は、たわんで変形をおこし、その上に印刷された導体パターン１０１同士の間隔が所定の寸法とずれてしまうという問題点があった。

また、打ち抜きの際にセラミックグリーンシート１００は、打ち抜き雄型１１０の当接面の外周部が延ばされ変形を起こして落下するため、積層体１３０を形成すると、得られる積層体１３０内部の導体パターン１０１は、ずれて容量のばらつきや内部回路の断線等を生じることもある。

本発明は以上のような課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、セラミックグリーンシートの薄膜化に伴って、たわまずセラミックグリーンシートを積層できるとともに、積層時に変形せず、精度の良い積層が可能である積層セラミック部品の製造装置を提供することにある。

本発明の積層セラミック部品の製造装置は、圧着面に加熱部を、内部に冷却部を配置した上パンチ部と、被積層体を支持する下パンチ部とからなり前記上パンチ部と下パンチ部との間に配置されたセラミックグリーンシート、導体パターン、キャリアフィルムとからなる積層物の前記セラミックグリーンシート、導体パターンを前記下パンチ部に載置された被積層体上に熱圧着転写する積層セラミック部品の製造装置であって、前記加熱部が板状の抵抗体から成るとともに、前記加熱部と前記冷却部との間に緩衝断熱部が介在されていることを特徴とするものである。

なお、積層セラミック部品の製造装置は、前記上パンチ部および下パンチ部の少なくとも一方が加圧の際に圧力が変化して可動することを特徴とするものである。

また本発明の積層セラミック部品の製造装置は、上パンチ部および下パンチ部の少なくとも一方は、油圧サーボ方式および電気サーボ方式の少なくとも一方により前記圧力が変化して可動することを特徴とするものである。

本発明の積層セラミック部品の製造装置によれば、上パンチ部の圧着面と加熱部の間に緩衝断熱部を備えた構成とすることにより加熱の際には、上パンチの冷却部に熱が逃げることなく、積層物・被積層体に適切な熱を伝達でき、冷却の際には、加熱されないので積層物・被積層体の熱を冷却部に伝達できる。また、緩衝材料を備えているので積層物と被積層体の圧着面が均一な圧力になり圧着面は均一な圧着力を得る。また、板状の抵抗体を備えた構成とすることにより、通電により抵抗体を発熱するので積層物や被積層体に均一な温度が得られ、発熱量は抵抗体の厚みや材料により制御が可能となり、積層物の変形を押さえることができる。

また本発明の積層セラミック部品の製造装置によれば、油圧サーボ方式または／および電気サーボ方式を備えた構成とすることにより、加圧力を調整できるので積層物と被積層体の接触の際の加圧力を小さく出来る。また、圧着した状態での加圧力が細かく制御でき、積層物や被積層体の変形を押さえることができる。

本発明の実施形態を以下に説明する。図１は、本発明の積層セラミック部品の製造装置を示し、図２は本発明に用いられる積層物１の構造を説明するものである。

本発明の積層セラミック部品の製造装置は、主に上パンチ部３とそれに対向する下パンチ部４とからなり、上パンチ部３と下パンチ部４間に積層物１を搬送・通過させてなる。

積層物１は、キャリアフィルム１１上にセラミックグリーンシート１２が形成され、さらに上に導体パターン１３がスクリーン印刷などで所定の位置に印刷して形成されている。

キャリアフィルム１１は、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（ポリエステルフィルム）または二軸延伸ポリプロピレンフィルムなどの硬質樹脂材料から形成された、長尺状のフィルムである。

一方、セラミックグリーンシート１２は、各種セラミック誘電体粉末、樹脂バインダーおよび溶剤からなるスラリー状の組成物をコーティング法または印刷法により製膜することによりキャリアフィルム１１表面に形成される。このセラミックグリーンシート１２の厚みは、たとえば１μｍ〜２０μｍ程度とされる。

また、セラミックグリーンシート１２の上面には、パラジウム、銀、ニッケルなどの金属粉を含む導電材が導体パターン１３として印刷される。

上パンチ部３は、その表面から順次、加熱部３２、緩衝断熱部３４、冷却部３３の順で構成されている。

加熱部３２は、セラミックグリーンシート１２のキャリアフィルム１１裏面に当接する圧着面３１を有する平板状の抵抗体からなる。この加熱部３２は電源装置６から給電された直流電流により発熱する。加熱部３２は導電性を有する材料であれば、任意のものを用いる事ができる。好ましくは、平滑性に優れたＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属、ＳｉＣ、Ｃ等の焼結体及び、それらの合金材料および複合材料である。さらに、好ましくは、磨耗の点からステンレス合金である。加熱部３２は、平滑性を高めるために、表面にめっき処理またはテフロン（登録商標）（登録商標）（登録商標）コートをすることもできる。

加熱部３２の厚みは、０．０１ｍｍ〜１ｍｍの間で任意の厚みを用いることができる。好ましくは、耐久性の観点から容易に裂けにくい厚みが０．１ｍｍ〜１ｍｍである。さらに、好ましくは、温度制御の観点から熱容量の小さい厚みが０．１ｍｍである。また、冷却部３３は、上パンチ部３内部に冷却媒体を流入口３５ａから流出口３５ｂへ通して冷却する。内部の流体の流経路は、任意に形成できる。好ましくは、温度分布の観点から圧着面３１の温度が均一になるよう流経路を複数経路用いることである。

冷却媒体として任意のものを用いる事ができる。好ましくは、空気などの気体または油などの液体である。さらに、好ましくは、冷却効率と経済性の観点から熱容量が大きく安価な水である。

また、冷却媒体は、チラーなどの熱交換器で指定の温度に管理されていることが好ましい。

さらに、冷却媒体は、循環式または非循環式どちらでもよいが、環境の観点から循環式が好ましい。

緩衝断熱部３４は、冷却部３３と加熱部３２の間にあって、緩衝材料および断熱材料を兼ねる任意のものを用いる事ができる。好ましくは、平滑性に優れた弾性のある熱抵抗材料、たとえば、鉛などの金属、シリコンなどの樹脂、カーボンなどの焼結材料およびそれらの複合材料である。さらに、好ましくは、加熱部３２との絶縁の観点から電気抵抗の大きいシリコンである。また、緩衝断熱部３４は、緩衝材料と断熱材料を組み合わせて用いてもよい。緩衝材料は、任意のものを用いる事ができる。好ましくは、平滑性に優れた弾性材料、たとえば、鉛などの金属、シリコンなどの樹脂、カーボンなどの焼結材料およびそれらの複合材料である。断熱材料は、任意のものを用いる事ができる。

好ましくは、平滑性に優れた断熱材料、たとえば、鉛などの金属、シリコンなどの樹脂、セラミック、カーボンなどの焼結材料およびそれらの複合材料である。さらに、緩衝材料と断熱材料を組み合わせて用いる場合、組み合わせ順序は、冷却部３３、断熱材料、緩衝材料、加熱部３２の順序または、冷却部３３、緩衝材料、断熱材料、加熱部３２の順序のいずれでもよい。好ましくは、圧力分布の観点から、積層体の表面圧力が均一となる冷却部３３、断熱材料、緩衝材料、加熱部３２の順序である。

加熱部３２に接する緩衝断熱材料、緩衝材料、あるいは断熱材料に導電性材料を用いる際は、紙、樹脂フィルムなどを加熱部３２との間に用いることができる。あるいは、導電性材料にテフロン（登録商標）（登録商標）コーティング処理などの絶縁材料を付着する処理を行う事もできる。

緩衝断熱部３２の厚みは、０．０１ｍｍ〜３０ｍｍの間で任意の厚みを用いる事ができる。好ましくは、耐久性の観点から容易に裂けにくい厚みが１ｍｍ〜３０ｍｍの間である。さらに、好ましくは、温度制御の観点から熱容量の小さい厚みが１ｍｍである。

下パンチ部４は、支持基体２１に接する表面を平坦にすることが好ましい。押圧部５は、油圧サーボを用い、下パンチ部４を押し上げ加圧する。加圧駆動は、サーボモータを用いてもよい。また、本発明の実施の形態は、下パンチ部４を押し上げる形態を示したが、押圧部５を上パンチ部３に設置し、上パンチ部３を下降させ、加圧する形態でもよい。

電源装置１９は、前記加熱部３２に直流電流を給電し、加熱部３２を発熱させる。電源装置は、１０Ｖ−１０００Ａ〜５０Ｖ−６０００Ａの出力の間で任意のものを用いる事ができる。さらに、直流電流は、電流量の制御ができるよう電流制御を行うことである。また、通電時間により発熱量の制御を行うことができる。さらに、加熱部３２の温度を測定し、直流電流量を制御することもできる。

次に、本発明の製造装置の動作について説明する。積層体を形成するのに、まず、上述の積層物１を上パンチ部３の所定の位置に移動する。その際、右矢印の方向に移動するが、上パンチ部３の両端部でキャリアフィルム保持具３６ａ、３６ｂにより吸引保持され上パンチ部の直下まで積層する領域を移送する。

次に、下パンチ部４に保持された支持基体２１と積層中間体２２からなる被積層体２の表面に積層物１とが圧着するように、下パンチ部４を押圧部５で押し上げ加圧する。この状態で、上パンチ部３の加熱部３２に電流量を制御しながら電源装置６より給電し、発生するジュール熱で積層物１を加熱する。

さらに、加圧したまま加熱部３２に電流量を制御しながら、発熱量を減少させ積層物１を冷却する。従って、以下に示す加圧、加熱、冷却、剥離のステップにより積層物１を所定の温度まで冷却し、下パンチ４を押圧部５により下げると、キャリアフィルム１１は、キャリアフィルム保持具３６ａ、３６ｂにより固定されているので上パンチ部３にのこり、積層物１より剥離され、セラミックグリーンシート１２は、被積層体２の表面に転写される。上に述べたようにして、一連の積層操作が繰り返され、積層体を製造する。

また、ジュール熱により加熱される積層物１および冷却される積層物１は、本発明の一例であり積層物１および被積層体２を加熱、冷却してもよい。

次に、積層物１と被積層体２を加圧しながら加熱、冷却し、キャリアフィルム１１を剥離する圧力と温度の状態を図３に示し、圧着、剥離プロセスをさらに詳しく説明する。

Ｔ１は初期温度、Ｔ２は圧着温度、Ｐ１は初期圧力、Ｐ２は圧着圧力であり、ＴａからＴｆは温度の主なポイント、ＰａからＰｄは圧力の主なポイントを表す。

加圧は下パンチ部４を押し上げ、ポイントＰａより増圧を開始しポイントＰｂで圧力Ｐ１から圧力Ｐ２に達する。この間、温度Ｔ１を維持し、加熱されずに積層物１と被積層体２は加圧される。さらに、ポイントＰｂからポイントＰｃまで圧力Ｐ２を維持し、温度Ｔ１のポイントＴｂより加熱部３２を通電加熱し昇温する。このとき、積層物１とセラミックグリーンシート１２の圧着面は熱により軟化する。積層物１とセラミックグリーンシート１２の圧着面を温度Ｔ２になるポイントＴｃで通電量を制御し、ポイントＴｄまで温度Ｔ２を維持した後、通電量を減少または停止して温度Ｔ１となるポイントＴｅまで上パンチ部３の冷却部３３により冷却する。軟化した積層物１のセラミックグリーンシート１２と被積層体２の圧着面は加圧したまま冷却され固まり圧着する。この圧着力は、キャリアフィルム１１とセラミックグリーンシート１２の圧着力より大きくなる。さらに、下パンチ部４が、下降し圧力Ｐ２は、ポイントＰｃより減圧、ポイントＰｄで圧力Ｐ１となり加圧を終了する。一方、キャリアフィルム１１はキャリアフィルム保持具３６ａ、３６ｂにより保持すると下パンチ部４が、下降すると同時に積層物１より剥離される。その後、ポイントＴｅよりポイントＴｆまで温度Ｔ１を維持し、繰り返す積層動作の準備をする。

上述のように、セラミックグリーンシート１２は、キャリアフィルム１１で支持されているのでたわみがなく積層でき、加圧したまま積層物１と被積層体２を冷却ができるので積層物１のセラミックグリーンシート１２と被積層体２の圧着面の圧着力が強く、キャリアフィルム１１の剥離が確実にでき、積層時に変形の少ない積層体を形成することができる。

積層セラミックコンデンサの積層実施例を示す。

キャリアフィルムにＰＥＴフィルムを用いて、そのフィルム上に厚み１μｍ〜８μｍのセラミックグリーンシートを形成し、表面に電極パターンをスクリーン印刷などで印刷形成されている材料を用いた。緩衝断熱材として厚さ１ｍｍのシリコン板を用い、抵抗体として厚さ０．１ｍｍ幅１５０ｍｍ長さ２５０ｍｍのステンレス板を用いた。加圧後、この抵抗体に１５００Ａの直流電流を材料の厚さに応じて０．２秒〜０．９秒通電することで、積層体内部の導体パターンのずれが押さえられ、製造できた。

図４に示す測定方法により、変形が生じている導体パターンと導体パターンの間を測定し、設計値と比較すると従来方法で積層する積層体の変形量は、３０μｍである。本発明の製造方法で積層する積層体の変形量は、１５μｍとなった。

本発明の製造装置を用いた積層セラミック部品の製造方法によれば、キャリアフィルムに支持されたセラミックグリーンシートおよび導体パターンからなる積層物を用いているので、セラミックグリーンシートが自重でのたわみが起きず、安定した積層が可能となる。

このような積層セラミック部品の製造方法によれば、キャリアフィルムに支持されたセラミックグリーンシートおよび導体パターンからなる積層物を用いるために、たわまずに積層物を圧着することが可能になる。そして、被積層体の表面に載置し、加圧圧着しながら加熱、冷却するので、積層物を加熱することでキャリアフィルムとセラミックグリーンシートの境界部における圧着力を弱め、続いて冷却硬化することで被積層体とセラミックグリーンシートとの境界部の圧着力を強めることができ、これにより、キャリアフィルムとセラミックグリーンシートの圧着力よりも被積層体とセラミックグリーンシートの圧着力の方が強くなり、セラミックグリーンシートをキャリアフィルムから剥離するのに充分な圧着力を被積層体の圧着面に得ることができるものである。その結果、剥離不良なく、キャリアフィルムを剥離することが可能となる。

本発明の製造装置によれば、上パンチ部の圧着面と加熱部の間に緩衝断熱部を備えた構成とすることにより、加熱の際には、積層物・被積層体に適切な熱を伝達し、冷却の際には、積層物・被積層体の熱を冷却部に伝達でき加熱、冷却の効果を合わせ持つことが可能となる。また、緩衝材料を備えているので積層物と被積層体の圧着面が均一な圧力になり、圧着面は均一な圧着力を得る。

さらに本発明の製造装置によれば、油圧サーボ方式や電気サーボ方式を備えた構成とすることにより、加圧力を調整できるので積層物と被積層体の接触の際の加圧力を小さく出来るので積層物の変形を押さえることが可能となる。また、圧着した状態での加圧力が細かく制御でき、積層物の変形を押さえることが出来る。

また、さらに本発明の製造装置によれば、板状の抵抗体を備えた構成とすることにより、通電により抵抗体を発熱するので積層物や被積層体に均一な温度が得られるので積層物の熱影響による局部的な変形を押さえることができる。また、発熱量は抵抗体の厚みや材料により制御が可能となり、様々な材料の積層物に容易に適用でき、それらの積層物の変形を押さえることが可能となる。

この発明の一実施例を実施している状態を示す断面図である。 この発明の積層物を示す図である。 図１に示した実施例の圧力と温度のプロファイル図である。 積層体変形量の定義を示す図である。 従来の積層セラミック部品の製造装置を説明する図である。 従来の方法のセラミックグリーンシートと導体パターンを示す図である。

符号の説明

１・・・・・積層物
２・・・・・被積層体
３・・・・・上パンチ部
４・・・・・下パンチ部
５・・・・・押圧部
６・・・・・電源装置
１１・・・・テープ
１２・・・・キャリアフィルム
１３・・・・セラミックグリーンシート
１４・・・・導体パターン
２１・・・・支持基体
２２・・・・積層中間体
３１・・・・圧着面
３２・・・・加熱部
３２ａ・・・抵抗体
３３・・・・冷却部
３４・・・・緩衝断熱部
３５ａ・・・流入口
３５ｂ・・・流出口

Claims (3)

1. 圧着面に加熱部を、内部に冷却部を配置した上パンチ部と、被積層体を支持する下パンチ部とからなり前記上パンチ部と下パンチ部との間に配置されたセラミックグリーンシート、導体パターン、キャリアフィルムとからなる積層物の前記セラミックグリーンシート、導体パターンを前記下パンチ部に載置された被積層体上に熱圧着転写する積層セラミック部品の製造装置であって、
   前記加熱部が板状の抵抗体から成るとともに、前記加熱部と前記冷却部との間に緩衝断熱部が介在されていることを特徴とする積層セラミック部品の製造装置。
2. 前記上パンチ部および下パンチ部の少なくとも一方が加圧の際に圧力が変化して可動することを特徴とする請求項１記載の積層セラミック部品の製造装置。
3. 上パンチ部および下パンチ部の少なくとも一方は、油圧サーボ方式および電気サーボ方式の少なくとも一方により前記圧力が変化して可動することを特徴とする請求項２記載の積層セラミック部品の製造装置。

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