JP4072861B2

JP4072861B2 - 積層チップ部品の製造方法

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Publication number: JP4072861B2
Application number: JP2004281648A
Authority: JP
Inventors: 考喜伊藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2024-09-28
Also published as: JP2006100358A

Description

本発明は、積層チップ部品の製造方法に関するものであり、特に、脱バインダおよび焼成前、製品サイズに切断されたグリーンチップに加える処理に関する。

近年、積層コンデンサや積層インダクタ、或いは積層フィルタチップ等の積層チップ部品が実用化されている。

一般に、積層チップ部品の材料には、チタン酸バリウムを中心とした誘電体材料、アルミナ−ガラス系絶縁材料、フェライトを中心とした磁性体材料などがある。これらの材料を仮焼処理し粉砕して、樹脂などのバインダ、可塑剤、分散剤、溶剤などを加え混合してペーストを作成する。ペーストからドクターブレードなどの塗布装置を用いてグリーンシートを形成し、製品に合わせてコンデンサパターンやコイルパターンなどの内部電極パターンを印刷して、その後に積層圧着することでグリーンシート積層体を得る。

この様にして得られたグリーンシート積層体を製品サイズ（例えば、１．０×０．５×０．５ｍｍ、１．６×０．８×０．８ｍｍなど）となるように切断してグリーンチップを作製したのち、製造過程におけるグリーンチップ同志の衝突による割れや欠けを防止するために、グリーンチップを研磨して角部に丸みを付ける。その後、このグリーンチップを、脱バインダおよび焼成して積層体を焼成し、外部電極を形成することにより積層チップ部品を得る。

ここで、脱バインダ時において、グリーンチップおよび内部電極に存在する溶剤ならびにバインダが分解、揮発して多量のガスが発生する。このガスがグリーンチップ内部から抜け出すときに、積層体チップ部品にクラックが発生する問題がある。

上記課題を解決するため、バインダがチップ素体から抜ける温度帯において、脱バインダ炉の内圧を大気圧よりも高くすることによってチップ素体の膨張を抑え、脱バインダ時に発生するクラックやはがれを防止する積層電子部品の脱バインダ方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。

しかし、圧力制御が可能なバインダ炉を量産設備として導入すると、製造コストの大幅なアップにつながる問題がある。

また、湿式バレル研磨工程に先行して切断されたグリーンシート積層体に対して、所定の熱処理を行うことにより、バレル工程以後の乾燥時もしくは焼成時に発生する積層チップ部品同志の吸着を防止し、製造歩留まりを改善する積層チップ部品の製造方法が知られている（特許文献２）。しかし、脱バインダ時もしくは焼成時に生じるクラック防止に関する記載はない。
特開平０６−１６８８４１号公報特開２００３−３３２１７１号公報

そこで本発明は、グリーンシート積層体を製品サイズに切断したグリーンチップにおいて、脱バインダ時もしくは焼成時に発生するクラックを防止し、製造歩留まりを改善できる積層チップ部品の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る第１の積層チップ部品の製造方法は、導電体層が形成された誘電体グリーンシートを複数積層してなるグリーンシート積層体を所定サイズに切断してグリーンチップにする切断工程と、グリーンチップの角部を研磨する研磨工程と、研磨したグリーンチップを脱バインダおよび焼成する工程を含む積層チップ部品の製造方法において、切断後のグリーンチップに含有する溶剤量を調整する溶剤量調整工程を研磨工程前に有することを特徴とする。

また、本発明に係る第２の積層チップ部品の製造方法によると、上記研磨工程は湿式であることを特徴とする。

また、本発明に係る第３の積層チップ部品の製造方法によると、溶剤量調整工程は、グリーンチップに含有する溶剤量を調整前の１０〜７０ｗｔ％にすることを特徴とする。

また、本発明に係る第４の積層チップ部品の製造方法によると、溶剤量調整工程は、１２０〜１８０℃で５〜２０時間熱処理を行うことを特徴とする。

本発明の製造方法によれば、研磨工程以後の脱バインダ時もしくは焼成時に発生する積層チップ部品のクラック不良の少ない積層チップ部品を製造でき、製造歩留まりを改善できる。

本発明の積層チップ部品の製造方法では、グリーンチップに含有する溶剤量調整工程を研磨工程前に採用することを特徴とするものである。

以下、本発明に係る積層チップ部品の製造方法の実施形態について、図１を参照してさらに詳しく説明する。

本実施形態の製造工程は、原料配合工程から始まる（Ｓｔｅｐ１）。まず、誘電体材料を用いた積層セラミック部品を作成する場合、原材料として、チタン酸バリウム系、チタン酸ストロンチウム系などの誘電体材料を用い、仮焼き処理や粉砕による粒径調整、表面処理を行う。絶縁材料を用いた積層セラミック部品を作成する場合、原材料として、アルミナ、シリカガラス、アルミナ−シリカ混合系等を用いればよく、磁性材料を用いた積層セラミック部品を作成する場合には、原材料としてＮｉＺｎＣｕフェライト、ＭｎＺｎＣｕフェライト、ＭｇＺｎＣｕフェライト、六方晶フェライト等を用いればよい。

次に、混合・分散工程（Ｓｔｅｐ２）について説明する。ポリビニルブチラールなどのブチラール樹脂、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル樹脂、エチルセルロースなどのセルロース樹脂などのバインダと、アルコール系の溶剤、可塑剤、分散剤等を加えてボールミルなどの混合機でスラリーを作る。そして、攪拌脱泡工程（Ｓｔｅｐ３）にて、混合で得られたスラリーを攪拌脱泡してスラリー中の気泡を除去する。

次に、シート成形工程（Ｓｔｅｐ４）にて、攪拌脱泡後のスラリーをドクターブレードなどの塗布装置を用い、支持体となるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのフィルム上に上記スラリーを塗布し、厚みが１〜５０μｍ程度となるグリーンシートを形成する。

次に、内部電極印刷工程（Ｓｔｅｐ５）にて、コンデンサパターンやコイルパターン等の内部電極パターンを製品の仕様に合わせて印刷し、乾燥する。内部電極は、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、銀―パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）合金などの導電性金属が好ましく、上記の導電性金属粉末に、エチルセルロースなどの樹脂とテルピネオールなどの溶剤を加えた導電性ペーストを用いて、スクリーン印刷して形成する。

次に、剥離工程（Ｓｔｅｐ６）にて、グリーンシートを所定の積層金型に合わせたサイズに打ち抜き、支持体から剥離する。また、コイルパターンの場合には、必要に応じて、メカパンチやＹＡＧ、ＣＯ_２レーザー装置などでコイルパターン等に合わせてスルーホールを開口し、スルーホールを通じてコイルパターン同志を接続するようにする。

次に、積層工程（Ｓｔｅｐ７）にて、内部電極パターンが印刷されたグリーンシートを積層装置にて複数枚積層圧着し、グリーンシート積層体を形成する。

次に、切断工程（Ｓｔｅｐ８）にて、グリーンシート積層体を製品サイズに合わせて切断する。この工程は、ダイシング装置によりグリーンシート積層体を縦横に碁盤目状に切断することにより行う。サイズは、焼成後に縦寸法が０．６〜２．０ｍｍ、横寸法が０．３〜１．２ｍｍ、高さ寸法が０．２〜１．２ｍｍ等の所定寸法になるように切断して、グリーンチップを得る。

次に、溶剤量調整工程（Ｓｔｅｐ９）により、グリーンチップの溶剤量を調整する。この工程は、脱バインダおよび焼成前において、グリーンチップに含まれる溶剤量を減少させることを目的としており、後述する脱バインダおよび焼成工程において発生するクラックを低減させるのに有効である。

溶剤量調整方法は、加熱処理法、真空処理法、もしくはこれらの組み合わせが好ましい。

特に、この溶剤量調整工程によって、グリーンチップの溶剤量を調整工程前に対して１０〜７０ｗｔ％にするのが好ましい。具体的には、溶剤量調整工程前におけるグリーンチップの重量をＷ０、溶剤量を調整したグリーンチップの重量をＷ１、溶剤が残存しないときのグリーンチップの重量をＷ２としたとき、グリーンチップの溶剤残存率Ｘは、
Ｘ（％）＝１００×（（Ｗ１―Ｗ２）／（Ｗ０―Ｗ２））より算出される。

なお、グリーンチップの溶剤残存率は、加熱温度、真空度、処理時間などで制御すればよい。

次に、研磨工程（Ｓｔｅｐ１０）にて、焼成前のグリーンチップに対してその角部に丸みを付ける湿式の研磨処理を行う。

なお、研磨工程を上述した溶剤量調整工程よりも先に行うと、グリーンチップに付着した研磨溶媒の影響により、溶剤残存率Ｘの算出に必要な溶剤量調整前のグリーンチップ重量（Ｗ０）を正確に測定することができなることから、研磨工程は溶剤量調整工程後に行う必要がある。

次に、脱バインダ工程（Ｓｔｅｐ１１）および焼成工程（Ｓｔｅｐ１２）へと進む。脱バインダ処理は、混合・分散工程（Ｓｔｅｐ２）にて添加したバインダや残存溶剤分などを分解、揮発する工程である。焼成は、原材料および内部電極を焼結する工程である。使用する原材料および内部電極に合わせて焼成温度を設定することになるが、９００〜１２００℃程度の温度で焼成することで、積層セラミック焼結体および金属内部電極が形成される。

さらに、チップの角部のバリを除去したのち、外部電極形成工程（Ｓｔｅｐ１３）により、外部電極材を被着してメッキ処理等により外部電極を形成し、積層チップ部品を得る。

以上、本実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々に改変することできる。

以下、本発明を積層コンデンサの詳細な実施例に基づいて説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。

チタン酸バリウムの原料となる炭酸バリウムおよび酸化チタン粉末ならびに添加剤を混合して仮焼き粉砕処理して粒径調整、表面処理を行った。

次にバインダとしてポリビニルブチラール樹脂を６重量部、溶剤としてメチルエチルケトン（MEK）を６０重量部、エタノールを４０重量部、トルエンを２０重量部、可塑剤としてフタル酸ジオクチル（DOP）３重量部を添加してボールミルで混合し、誘電体ペーストを作製した。

次に、塗布装置を用いて、ＰＥＴフィルム上に誘電体ペーストを塗布、乾燥して、厚みがおよそ３．０μｍ程度となる誘電体グリーンシートを作製した。

次に、ニッケル（Ｎｉ）１００重量部に対して、バインダとしてエチルセルロースを５重量部、溶剤としてテルピネオールを９５重量部加えた導電性ペーストを作製し、これを用いて誘電体グリーンシートの面上に内部電極パターンをスクリ−ン印刷法によって印刷、乾燥し、厚みがおよそ１．５μｍとなる内部電極層を形成した。

その後、グリーンシートを所定の積層金型に合わせたサイズに打ち抜き、ＰＥＴフィルムから剥離した。

次に、ＰＥＴフィルムから剥離した内部電極が形成された誘電体グリーンシートを３６０層圧着積層し、最層外層に保護層として内部電極パターンが印刷されていないグリーンシートを積層し、グリーンシート積層体を作製した。次に、上記グリーンシート積層体を７５０ｋｇｆ／ｃｍ^２にて仮圧着したのちに、１５００ｋｇｆ／ｃｍ^２にて静水圧プレスにより本圧着処理を行った。

次に、グリーンシート積層体を製品サイズに合わせて切断した。サイズは、焼成後に１．６×０．８×０．８ｍｍになるように切断して、グリーンチップを得た。

次に、上記のグリーンチップを、加熱温度１２０〜１８０℃、加熱時間５〜２０時間の範囲で熱処理条件を定め、溶剤残存率Ｘが１０〜７０％となるように調整した。

なお、溶剤残存率は以下のように算出した。まず、グリーンチップを示差熱分析装置（ＴＧ−ＤＴＡ）により、溶剤が完全に揮発し、なおかつバインダが分解しない温度を測定した。本実施例においては、加熱温度が２１０℃では溶剤が完全に揮発し、なおかつバインダは分解しなかった。次に、溶剤残存率（Ｘ）を以下の式から算出した。

溶剤残存率Ｘ（％）＝１００×（（Ｗ１―Ｗ２）／（Ｗ０―Ｗ２））
ここで、Ｗ０は加熱前におけるグリーンチップの重量、Ｗ１は所定の加熱温度、加熱時間で熱処理したグリーンチップの重量、Ｗ２は上記示差熱分析装置から求めた溶剤が完全に揮発する温度で熱処理したときのグリーンチップの重量であって、本実施例では２１０℃、５時間熱処理したときのグリーンチップの重量である。

次に、研磨工程にて、湿式バレル処理を行ったのち、脱バインダ処理を４００℃、４８時間行い、さらに１１５０℃で焼成して積層セラミック焼結体を得た。さらに、上記積層セラミック焼結体の両端部にＣｕ／Ｎｉ／Ｓｎの外部電極を形成した。

以上の製造工程によって、寸法が１．６×０．８×０．８ｍｍ、誘電体層の厚みが２．０μｍ、誘電体層の層数が３６０層、内部電極層の厚みが１．２μｍとなる積層セラミックコンデンサを作製し、得られたコンデンサ試料についてクラックが発生したコンデンサの数を調べた（各１０００個）。

表１には、溶剤残存率Ｘと積層コンデンサのクラック発生率の関係を示す。

溶剤残存率Ｘが１０ｗｔ％よりも小さかったり、７０ｗｔ％よりも大きいとクラック発生率が１％以上と大きくなるが、Ｘが１０〜７０ｗｔ％の範囲においては、クラックの発生率を１％未満に抑えることができた。さらに、溶剤残存率Ｘが３０〜６０ｗｔ％の範囲においては、クラックの発生率を０．１％未満に抑えることができた。

また、熱処理温度が１２０〜１８０℃で熱処理時間が５〜２０時間の範囲においては、クラックの発生率を１％未満に抑えることができた。さらに、熱処理温度が１５０〜１8０℃で熱処理時間が５〜２０時間においては、クラックの発生率を０．１％未満に抑えることができた。

本発明の一実施形態における積層チップ部品の製造方法の工程フロー図である。

Claims

導電体層が形成された誘電体グリーンシートを複数積層してなるグリーンシート積層体を所定サイズに切断してグリーンチップにする切断工程と、
該グリーンチップの角部を研磨する研磨工程と、
研磨した該グリーンチップを脱バインダ及び焼成する工程
とを含む積層チップ部品の製造方法であって、
前記切断後のグリーンチップに含有する溶剤量を調整する溶剤量調整工程を前記研磨工程前に有し、
前記グリーンチップは、バインダとして、ブチラール樹脂を含み、前記溶剤の主成分として、メチルエチルケトン（MEK）を含み、
前記溶剤量調整工程では、１２０〜１８０℃の温度範囲、かつ、５〜２０時間の範囲で熱処理を行い、前記グリーンチップに含有する前記溶剤の残存率（Ｘ）を調整前の１０〜７０ｗｔ％の範囲にする、
ことを特徴とする積層チップ部品の製造方法。
請求項１に記載された積層チップ部品の製造方法であって、前記溶剤の残存率Ｘは、次の式、
Ｘ（％）＝１００×（（Ｗ１―Ｗ２）／（Ｗ０―Ｗ２）
但、Ｗ０は加熱前におけるグリーンチップの重量、
Ｗ１は所定の加熱温度、加熱時間で熱処理したグリーンチップの重量、
Ｗ２は示差熱分析装置から求めた溶剤が完全に揮発する温度で熱処理したときのグリーンチップの重量
に従って算出されたものである、
積層チップ部品の製造方法。