JP4100907B2 - セラミックグリーンシートの製造方法およびセラミック電子部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水系溶剤を用いてもクラックや柚子肌などの各種欠陥を発生させることなくシートの厚膜化が可能なセラミック塗料、セラミックグリーンシートの製造方法、およびセラミック電子部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＲ内蔵型基板、積層セラミックコンデンサなどのセラミック電子部品を製造するには、通常、まずセラミック粉末、バインダ（アクリル系樹脂、ブチラール系樹脂など）、可塑剤および有機溶剤（トルエン、ＭＥＫ）からなるセラミック塗料を準備する。次に、このセラミック塗料を、ドクターブレード法などを用いてＰＥＴ製フィルム上に塗布し、加熱乾燥させた後、ＰＥＴ製フィルムを剥離してセラミックグリーンシートを得る。次に、このセラミックグリーンシート上に内部電極を印刷して乾燥させ、これらを積層したものをチップ状に切断してグリーンチップとし、これらのグリーンチップを焼成後、外部電極を形成し、積層セラミックコンデンサなどの電子部品を製造する。
【０００３】
積層セラミックコンデンサを製造する場合には、コンデンサとして必要とされる所望の静電容量に基づき、内部電極が形成されるシートの層間厚みは、約２μｍ〜１００μｍ程度の範囲にある。また、積層セラミックコンデンサでは、コンデンサチップの積層方向における外側部分には、内部電極が形成されない部分が形成される。
【０００４】
この内部電極が形成されない部分に対応する誘電体層の厚みは、数百μｍ程度であり、この部分は、内部電極が印刷されていない比較的厚いセラミックグリーンシートを用いて成形される。内部電極が印刷されるグリーンシートの厚みは、比較的に薄いので、この薄膜のグリーンシートを用いて、外側部分を成形しようとすると、積層数が多くなり、製造工数が増大し、製造コストの増大につながる。
【０００５】
なお、有機溶剤を含むセラミック塗料では、シートの成形厚みが、使用部位の目的に応じて、比較的に自由に変えられ、比較的に厚膜のシートの成形も可能である。
【０００６】
一方、近年では、電子部品の製造に際し、有機溶剤にかかるコストの問題のみでなく、乾燥および排気による有機溶剤の大気放出、すなわち大気汚染や温暖化の問題、あるいは溶剤回収装置のコストの問題が指摘されている。このため、セラミックグリーンシート用塗料のためのバインダとして、有機溶剤を使用しない水系バインダへの要望が高まっている。水系バインダの中でも、ポリビニルアルコールが、他の水溶性バインダと比較して、塗工性に優れ、フィルム強度が高く、取扱い性に優れるために広く用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリビニルアルコールは、水以外の溶剤には不溶であるため、塗料中の主溶剤は水のみとなる。水は、有機溶剤に比較して沸点が高く、蒸気圧が低く、比熱が大きいため、グリーンシートの乾燥温度を高くする必要がある。その結果、セラミックグリーンシートの成形時に、クラックが発生しやすくなる。よって、有機溶剤系塗料では可能となっている比較的に厚膜のグリーンシートの成形厚み（たとえば１００μｍ〜数百μｍ）を、水系塗料では、きわめて困難であった。すなわち、従来の水系塗料を用いて比較的厚膜（たとえば１００μｍ〜数百μｍ）のグリーンシートを成形した場合、クラックや柚子肌などの欠陥が発生してしまう。
【０００８】
なお、水溶性ポリビニルアセタール樹脂をバインダとして用いる水系グリーンシート用塗料も提案されているが、どのような構造の水溶性ポリビニルアセタール樹脂を選択すれば、安定して厚膜のグリーンシートを得ることができるのかは、今後の課題であった。
【０００９】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、水系溶剤を用いてもクラックや柚子肌などの各種欠陥を発生させることなく、安定してシートの厚膜化が可能な水系セラミックグリーンシート用塗料組成物、セラミックグリーンシートの製造方法および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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意検討の結果、特定重合度以下の水溶性ポリビニルアセタール樹脂を水溶性バインダとして用いることで、水系溶剤を用いてもクラックや柚子肌などの各種欠陥を発生させることなく、厚膜のグリーンシートを安定して得ることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、本発明に係るセラミックグリーンシートの製造方法に用いられる水系セラミックグリーンシート用塗料組成物は、セラミック原料と、バインダ樹脂と、溶剤水とを少なくとも有する水系セラミックグリーンシート用塗料組成物であって、前記バインダ樹脂が、水溶性ポリビニルアセタール樹脂を含み、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の重合度が３００〜８００であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度が、２５モル％〜４５モル％であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の水酸基量が５３モル％〜６５モル％であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るセラミックグリーンシートの製造方法は、
セラミック原料と、バインダ樹脂と、溶剤水とを少なくとも有する水系セラミックグリーンシート用塗料組成物であって、前記バインダ樹脂が、水溶性ポリビニルアセタール樹脂を含み、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の重合度が３００〜８００であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度が、２５モル％〜４５モル％であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の水酸基量が５３モル％〜６５モル％である水系セラミックグリーンシート用塗料組成物を調整する工程と、
前記水系セラミックグリーンシート用塗料組成物を用いてセラミックグリーンシートを成形する工程と、を有するセラミックグリーンシートの製造方法であって、
前記グリーンシートを、乾燥炉内に連続的に送り込み、乾燥炉内部の前半部では、３５〜４５°Ｃの温度で乾燥させ、前記乾燥炉の後半部では、徐々にあるいはステップ状に１５０°Ｃ以下の温度にまで昇温して乾燥させる工程をさらに有する。
【００１３】
乾燥工程の前半部において、３５〜４５°Ｃの温度で乾燥させ、その後昇温することにより、クラックなどの防止を図りつつシートの厚膜化が可能になることは、本発明者等により初めて見出された。
【００１４】
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、
セラミック原料と、バインダ樹脂と、溶剤水とを少なくとも有する水系セラミックグリーンシート用塗料組成物であって、前記バインダ樹脂が、水溶性ポリビニルアセタール樹脂を含み、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の重合度が３００〜８００であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度が、２５モル％〜４５モル％であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の水酸基量が５３モル％〜６５モル％である水系セラミックグリーンシート用塗料組成物を調整する工程と、
前記水系セラミックグリーンシート用塗料組成物を用いてセラミックグリーンシートを成形する工程と、
前記グリーンシートを乾燥させる工程と、
乾燥後のグリーンシートを積層し、グリーンチップを得る工程と、
前記グリーンチップを焼成する工程と、を有するセラミックグリーンシートの製造方法であって、
前記グリーンシートを、乾燥炉内に連続的に送り込み、乾燥炉内部の前半部では、３５〜４５°Ｃの温度で乾燥させ、前記乾燥炉の後半部では、徐々にあるいはステップ状に１５０°Ｃ以下の温度にまで昇温して乾燥させる工程をさらに有する。
【００１５】
本発明において、好ましくは、前記水溶性ポリビニルアセタール樹脂の重合度が３００〜８００である。この重合度が高すぎると、本発明の効果が得られ難くなる。一方、重合度が低すぎる樹脂の製造は困難である。よって、上記の範囲が特に好ましい。
【００１６】
さらに好ましくは、前記水溶性ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度が、２５モル％〜４５モル％である。この場合において、好ましくは、前記水溶性ポリビニルアセタール樹脂の水酸基量が５０モル％より大きく、好ましくは５５〜６５モル％である。アセタール化度を低くすることで、グリーンシートの厚膜化が容易になることは、本発明者等により初めて見出された。ただし、アセタール化度が低すぎる樹脂の製造は困難であり、高すぎると、水に対して溶解しなくなる傾向にある。したがって、上記の範囲が好ましい。また、水酸基量が小さすぎると、本発明の効果が小さく、多すぎると、その製造が困難になる傾向にある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの概略断面図、
図２は図１に示すコンデンサの製造過程に用いるグリーンシートの要部断面図、
図３は図１に示すコンデンサの製造過程に用いるグリーンチップの要部断面図、
図４は図２に示すグリーンシートを製造するための塗料組成物に含まれるバインダ樹脂の化学式における重合度とアセタール化度を示す概略図、
図５はグリーンシートの乾燥方法を示すグラフ、
図６は図５に示す乾燥方法とグリーンシートの成膜厚みとの関係を示すグラフである。
【００１８】
本実施形態では、セラミック電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサを例示して説明する。
図１に示すように、この積層セラミックコンデンサ１は、層間誘電体層２と内部電極層３とが交互に積層された構成のコンデンサ素子本体１０を有する。このコンデンサ素子本体１０の両側端部には、素子本体１０の内部で交互に配置された内部電極層３と各々導通する一対の外部電極４が形成してある。コンデンサ素子本体１０の形状に特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、その寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよいが、通常、（０．６〜５．６ｍｍ）×（０．３〜５．０ｍｍ）×（０．３〜１．９ｍｍ）程度である。
【００１９】
内部電極層３は、各側端面がコンデンサ素子本体１０の対向する２端部の表面に交互に露出するように積層してある。一対の外部電極４は、コンデンサ素子本体１０の両端部に形成され、交互に配置された内部電極層３の露出端面に接続されて、コンデンサ回路を構成する。
【００２０】
コンデンサ素子本体１０において、内部電極層３および層間誘電体層２の積層方向の両外側端部には、外側誘電体層２０が配置してあり、素子本体１０の内部を保護している。
【００２１】
誘電体層２および２０
層間誘電体層２および外側誘電体層２０の組成は、本発明では特に限定されないが、たとえば以下の誘電体磁器組成物で構成される。
本実施形態の誘電体磁器組成物は、たとえばＢａＴｉＯ３で表せる主成分を有する誘電体磁器組成物である。誘電体磁器組成物中に主成分と共に含まれる副成分としては、Ｓｒ，Ｚｒ，Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｖ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｗ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｓｉ，およびＰの酸化物から選ばれる１種類以上を含む副成分が例示される。
【００２２】
副成分を添加することにより、主成分の誘電特性を劣化させることなく低温焼成が可能となり、層間誘電体層を薄層化した場合の信頼性不良を低減することができ、長寿命化を図ることができる。ただし、本発明では、層間誘電体層の組成は、上記に限定されるものではない。
【００２３】
なお、図１に示す層間誘電体層２の積層数や厚み等の諸条件は、目的や用途に応じ適宜決定すればよいが、本実施形態では、層間誘電体層２の厚みは、１μｍ〜５０μｍ程度である。また、外側誘電体層２０の厚みは、たとえば１００μｍ〜数百μｍ程度である。
【００２４】
内部電極層３
内部電極層３に含有される導電材は特に限定されないが、層間誘電体層２の構成材料が耐還元性を有するため、卑金属を用いることができる。導電材として用いる卑金属としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｉ合金またはＣｕ合金が好ましい。内部電極層３の主成分をＮｉにした場合には、誘電体が還元されないように、低酸素分圧（還元雰囲気）で焼成するという方法がとられている。一方誘電体は還元されないようにその組成比をストイキオ組成からずらす等の手法がとられている。
内部電極層３の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよいが、通常、０．５〜５μｍ程度である。
【００２５】
外部電極４
外部電極４に含有される導電材は特に限定されないが、通常、ＣｕやＣｕ合金あるいはＮｉやＮｉ合金等を用いる。なお、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ合金等も、もちろん使用可能である。なお、本実施形態では、安価なＮｉ，Ｃｕや、これらの合金を用いることができる。
外部電極の厚さは用途等に応じて適宜決定されればよいが、通常、１０〜５０μｍ程度であることが好ましい。
【００２６】
積層セラミックコンデンサの製造方法
次に、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの製造方法について説明する。
本実施形態では、ペーストを用いた通常の印刷法やシート法によりグリーンチップを作製し、これを焼成した後、外部電極を印刷または転写して焼成することにより製造される。以下、製造方法について具体的に説明する。
【００２７】
まず、誘電体層用ペーストを調整する。
本実施形態では、誘電体層用ペーストは、セラミック原料（誘電体原料）と、バインダ樹脂と、溶剤水とを少なくとも有する水系セラミックグリーンシート用塗料組成物で構成される。この塗料組成物には、必要に応じて、可塑剤、分散剤、湿潤剤などが添加される。
【００２８】
この誘電体層用ペーストを用いて、図１に示す層間誘電体層２および外側誘電体層２０を成形することができるが、本発明の方法は、特に厚膜のグリーンシートを製造する場合を想定しているので、以下の説明では、特に、膜厚が厚い外側誘電体層２０を成形する場合を主として説明する。
【００２９】
バインダ樹脂として、本実施形態では、水溶性ポリビニルアセタール樹脂が用いられ、その重合度が１０００以下、好ましくは３００〜８００のものが用いられる。水溶性ポリビニルアセタール樹脂の化学式を図４に示す。本実施形態では、水溶性ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度は、好ましくは２５モル％〜４５モル％であり、水酸基量が５０モル％より大きいものが用いられる。誘電体原料１００質量部に対するバインダ樹脂の質量割合は、好ましくは１〜８質量部、さらに好ましくは２〜５質量部である。
【００３０】
可塑剤としては、バインダ樹脂に柔軟性を付与するものであれば、特に限定されず、たとえばアミン類、ジオール、トリオール類などが例示される。アミン類としては、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）などが例示され、ジオール、トリオール類としては、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、トリメチルプロパンなどが例示される。バインダ樹脂１００質量部に対する可塑剤の重量割合は、好ましくは５０〜１５０質量部である。
【００３１】
分散剤としては、粉体粒子を凝縮させないように分散させるものであれば特に限定されず、たとえばポリカルボン酸アンモニウム塩、アリルエーテルコポリマー、ベンゼンスルホン酸ナトリウム塩、グラフト化合物系分散剤、ポリエチレングリコール型ノニオン系分散剤などが例示される。誘電体原料１００質量部に対する分散剤の重量割合は、好ましくは０．１〜２質量部、より好ましくは０．２以上１．５質量部より小さい。
【００３２】
湿潤剤としては、粉体粒子と分散媒の濡れ性を向上させるものであれば特に限定されず、たとえばポリエチレングリコール型ノニオン系湿潤剤、スルホン酸型アニオン系湿潤剤などが例示される。誘電体原料１００質量部に対する湿潤剤の重量割合は、好ましくは０．０１〜５質量部である。
【００３３】
誘電体原料には、前述した誘電体磁器組成物の組成に応じ、主成分を構成する原料と、副成分を構成する原料と、必要に応じて焼結助剤を構成する原料とが用いられる。主成分を構成する原料としては、Ｔｉ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｚｒの酸化物および／または焼成により酸化物になる化合物が用いられる。副成分を構成する原料としては、Ｓｒ，Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｖ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｗ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｓｉ，およびＰの酸化物および／または焼成により酸化物になる化合物から選ばれる１種類以上、好ましくは３種類以上の単一酸化物または複合酸化物が用いられる。
【００３４】
本発明に係る製造方法では、誘電体原料には、必ずしも焼結助剤を含ませる必要はないが、焼結助剤を含ませる場合には、たとえばＳｉまたはＬｉの酸化物および／または焼成により酸化物になる化合物が用いられる。焼成により酸化物になる化合物としては、例えば炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、有機金属化合物等が例示される。もちろん、酸化物と、焼成により酸化物になる化合物とを併用してもよい。
これらの原料粉末は、通常、平均粒子径０．００５〜５μｍ程度のものが用いられる。このような原料粉末から誘電体原料を得るには例えば下記のようにすればよい。
【００３５】
まず、出発原料を所定の量比に配合し、例えば、ボールミル等により湿式混合する。次いで、スプレードライヤー等により乾燥させ、その後仮焼し、主成分を構成する上記式の誘電体酸化物を得る。なお、仮焼は、通常５００〜１３００℃、好ましくは５００〜１０００℃、さらに好ましくは８００〜１０００℃にて、２〜１０時間程度、空気中にて行う。次いで、ジェットミルあるいはボールミル等にて所定粒径となるまで粉砕し、誘電体原料を得る。副成分と、焼結助剤（ＳｉＯ２ またはＬｉ２ Ｏなど）とは、それぞれ主成分とは別に仮焼きし、得られた誘電体原料に混合される。
【００３６】
上述した誘電体原料と、バインダ樹脂と、可塑剤と、分散剤と、湿潤剤と、溶剤水とは、例えばボールミル等で混合してペースト（スラリー）とする。なお、混合に際し、誘電体原料と分散剤と湿潤剤とを少量の溶剤水で一次混合し、その後、バインダ樹脂と可塑剤と残りの溶剤水とを、二次混合することにより、本発明の塗料組成物から成る誘電体層用ペーストを得ても良い。
【００３７】
この誘電体層用ペーストをシート化するための手段として、本実施形態では、ドクターブレード法が用いられる。このシートを形成するための支持フィルムとしては、たとえばＳｉ処理無しのＰＥＴフィルムが用いられる。この支持フィルム上に、ドクターブレード法により、誘電体層用ペーストを所定厚みに塗布し、乾燥させる。
【００３８】
すなわち、図２に示すＰＥＴ製支持フィルム（非磁性支持体）３０が用いられる。この支持フィルム３０上に、ドクターブレード法により、誘電体層用ペーストを所定厚みに塗布し、乾燥させる。
【００３９】
その後、支持フィルム３０を剥がして得られる外装用グリーンシート２０ａは、図１に示す外側誘電体層２０を構成する部分であり、通常、１００〜５００μｍ程度の膜厚を有する。この外装用グリーンシート２０ａとは別に、同様な手法により、１μｍ〜５０μｍ程度に薄く成形された内装用グリーンシート２ａを形成する。内装用グリーンシート２ａの一方の表面には、図１に示す内部電極層３が形成される。内部電極層３の形成方法としては、特に限定されないが、印刷法または薄膜法などが例示される。
【００４０】
その後、図３に示すように、内部電極層が形成された内装用グリーンシート２ａを交互に積層すると共に、その積層方向の外側両端部に、外装用グリーンシート２０ａを単層または複層で積層する。
【００４１】
次に、このようにして得られた積層体を、所定の積層体サイズに切断し、グリーンチップ１００とした後、脱バインダ処理および焼成を行う。そして、誘電体層２および２０を再酸化させるため、熱処理を行う。
【００４２】
脱バインダ処理は、通常の条件で行えばよいが、内部電極層の導電体材料にＮｉやＮｉ合金等の卑金属を用いる場合、特に下記の条件で行うことが好ましい。
【００４３】
昇温速度：５〜３００℃／時間、特に１０〜５０℃／時間、
保持温度：２００〜３００℃、
保持時間：０．５〜２０時間、特に１〜１０時間、
雰囲気 ：空気中。
【００４４】
焼成条件は、下記の条件が好ましい。
昇温速度：５０〜５００℃／時間、特に２００〜３００℃／時間、
保持温度：１０００〜１４００℃、
保持時間：０．５〜８時間、特に１〜３時間、
冷却速度：５０〜５００℃／時間、特に２００〜３００℃／時間、
雰囲気ガス：加湿したＮ２ とＨ２ との混合ガス等。
【００４５】
ただし、焼成時の酸素分圧は、１０−２Ｐａ以下、特に１０−２〜１０−１０ Ｐａにて行うことが好ましい。前記範囲を超えると、内部電極層が酸化する傾向にあり、また、酸素分圧があまり低すぎると、内部電極層の電極材料が異常焼結を起こし、途切れてしまう傾向にある。
【００４６】
このような焼成を行った後の熱処理は、保持温度または最高温度を、好ましくは１０００℃以上、さらに好ましくは１０００〜１１００℃として行うことが好ましい。熱処理時の保持温度または最高温度が、前記範囲未満では誘電体原料の酸化が不十分なために絶縁抵抗寿命が短くなる傾向にあり、前記範囲をこえると内部電極のＮｉが酸化し、容量が低下するだけでなく、誘電体素地と反応してしまい、寿命も短くなる傾向にある。熱処理の際の酸素分圧は、焼成時の還元雰囲気よりも高い酸素分圧であり、好ましくは１０−３Ｐａ〜１Ｐａ、より好ましくは１０−２Ｐａ〜１Ｐａである。前記範囲未満では、誘電体層２および２０の再酸化が困難であり、前記範囲をこえると内部電極層３が酸化する傾向にある。そして、そのほかの熱処理条件は下記の条件が好ましい。
【００４７】
保持時間：０〜６時間、特に２〜５時間、
冷却速度：５０〜５００℃／時間、特に１００〜３００℃／時間、
雰囲気用ガス：加湿したＮ２ ガス等。
【００４８】
なお、Ｎ２ ガスや混合ガス等を加湿するには、例えばウェッター等を使用すればよい。この場合、水温は０〜７５℃程度が好ましい。また脱バインダ処理、焼成および熱処理は、それぞれを連続して行っても、独立に行ってもよい。これらを連続して行なう場合、脱バインダ処理後、冷却せずに雰囲気を変更し、続いて焼成の際の保持温度まで昇温して焼成を行ない、次いで冷却し、熱処理の保持温度に達したときに雰囲気を変更して熱処理を行なうことが好ましい。一方、これらを独立して行なう場合、焼成に際しては、脱バインダ処理時の保持温度までＮ２ ガスあるいは加湿したＮ２ ガス雰囲気下で昇温した後、雰囲気を変更してさらに昇温を続けることが好ましく、熱処理時の保持温度まで冷却した後は、再びＮ２ ガスあるいは加湿したＮ２ ガス雰囲気に変更して冷却を続けることが好ましい。また、熱処理に際しては、Ｎ２ ガス雰囲気下で保持温度まで昇温した後、雰囲気を変更してもよく、熱処理の全過程を加湿したＮ２ ガス雰囲気としてもよい。
【００４９】
このようにして得られた焼結体（素子本体１０）には、例えばバレル研磨、サンドプラスト等にて端面研磨を施し、外部電極用ペーストを焼きつけて外部電極４を形成する。なお、外部電極用ペーストは、一般に、各種導電性金属や合金から成る導電体材料、あるいは焼成後に導電体材料となる各種酸化物、有機金属化合物、レジネートなどと、有機ビヒクルとを混練して調整する。
このようにして製造された本発明の積層セラミックコンデンサは、ハンダ付等によりプリント基板上などに実装され、各種電子機器等に使用される。
【００５０】
本実施形態に係る積層セラミックコンデンサの製造方法によれば、水系溶剤を用いてもクラックや柚子肌などの各種欠陥を発生させることなく、安定してシートの厚膜化が可能になり、比較的に厚膜の外側誘電体層２０を、単層で形成することも可能になる。その結果、コンデンサの製造コストの低減が図れる。
【００５１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００５２】
【実施例】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００５３】
実施例１
まず、出発原料主成分（母材）として、ＢａＴｉＯ３ （ＢＴ−０５粉／堺化学工業（株）製）を用いた。その平均粒径は０．８６μｍで、その比表面積は、ＢＥＴ値で、２．３ｍ２／ｇであった。この主成分１００質量部に対して、副成分添加物として、（Ｂａ，Ｃａ）ＳｉＯ３ ：１.４８質量部、Ｙ２ Ｏ３ ：１.０１質量部、ＭｇＣＯ３ ：０.７２質量部、Ｃｒ２ Ｏ３ ：０．１３質量部およびＶ２ Ｏ５ ：０．０４５質量部を準備した。始めに、副成分添加物のみをボールミルで混合し、スラリー化した。
【００５４】
副成分添加物（合計量：3.385g）とイオン交換水7.723gとを、ボールミルにより、20時間予備粉砕を行った。次に、BaTiO３：100ｇに対して、副成分添加物の予備粉砕スラリー11.108gと、イオン交換水：92.254g、分散剤（アリルアルコール、無水マレイン酸およびスチレン共重合物と、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルとのグラフト化合物：日本油脂 マリアリム AKM0531： 0.4 質量部）、湿潤剤（アセチレンジオール系界面活性剤：エアープロダクツ、サーフィノル−465 を0.4 質量部）を添加し、ボールミルによって、16時間混合した。次に、この分散塗料に対して、バインダとして、ポリビニルアセタール樹脂（重合度：400、アセタール化度： 30モル%、残留アセチル基： 12モル%、水酸基： 58モル%、固形分濃度30%ラッカー）を固形分として2.5 質量部添加した。また、可塑剤として、ポリエチレングリコール４００を、バインダー１００質量部に対して、１００質量部添加した。バインダ、可塑剤が添加された塗料を更に、１６時間、ボールミルにて混合することによって、セラミック塗料（水系セラミックグリーンシート用塗料組成物）とした。
【００５５】
得られた塗料をドクターブレード法によって、支持フィルムとしてPETフィルム状に種々の厚みで塗布した。乾燥条件は、乾燥炉内の温度が25℃から70℃で、乾燥温度勾配が０．７１４℃/分、乾燥時間が63分であった。その後、グリーンシートの限界成膜厚みを評価した。
【００５６】
限界成膜厚みは、以下の様にして判定した。支持フィルム上の塗布厚みを、たとえば200μｍを基準にして、10〜20μｍ程度づつ増やしていき、シート乾燥後の成膜状態を評価した。成膜後のグリーンシートは、シートの両端、中央部、全面にクラックが発生したり、表面が柚子肌状態になったりする。このような不具合が発生しない最大のシート成形厚みを限界成膜厚みと定義した。なお、クラック、柚子肌の評価は、目視にて行った。限界成膜厚みが３００μｍ以上の場合を、○とし、４００μｍ以上の場合を◎とし、３００μｍに満たない場合を、×と評価した。
結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
実施例２
セラミック塗料におけるバインダとして、重合度が６００のポリビニルアセタール樹脂を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を表１に示す。
【００５９】
実施例３
セラミック塗料におけるバインダとして、重合度が８００のポリビニルアセタール樹脂を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を表１に示す。
【００６０】
比較例１
セラミック塗料におけるバインダとして、重合度が１５００のポリビニルアセタール樹脂を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を表１に示す。
【００６１】
実施例４
セラミック塗料におけるバインダとして、重合度が６００で、アセタール化度が４５モル％で、水酸基量が５３モル％のポリビニルアセタール樹脂を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を表１に示す。
【００６２】
参考例１
セラミック塗料におけるバインダとして、重合度が６００で、アセタール化度が３８モル％で、水酸基量が５０モル％のポリビニルアセタール樹脂を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を表１に示す。
【００６３】
比較例２
セラミック塗料における水溶性バインダとして、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ２０５、鹸化度８８％、重合度５００）を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を表１に示す。
【００６４】
評価
表１に示すように、ほぼ同じ重合度の実施例２と比較例２とを比較することで、バインダとしては、水溶性ポリビニルアセタール樹脂が好ましいことが確認できた。なお、ＰＶＡをバインダとして用いる場合には、シートの強度が十分でなく、この点からも水溶性ポリビニルアセタール樹脂が好ましい。また、実施例１〜４と比較例１とを比較することで、バインダ樹脂の重合度は、１０００以下、特に８００以下が、厚膜化の点で好ましいことが確認できた。なお、３００よりも小さな重合度の樹脂の合成は困難である。
【００６５】
さらに、実施例４と参考例１とを比較することで、水酸基量は、５０モル％よりも大きいことが、厚膜化の点で好ましいことが確認できた。ただし、水酸基量が多すぎると、その製造が困難になる傾向にある。
【００６６】
さらにまた、実施例１〜４を比較することで、厚膜化の点では、バインダ樹脂のアセタール化度は、２５モル％〜４５モル％が好ましいことが確認できた。なお、アセタール化度が低すぎる樹脂の製造は困難であり、高すぎると、水に対して溶解しなくなる傾向にある。
【００６７】
実施例５
図５に示すように、グリーンシートの乾燥温度プロファイルを、設定１〜５に変化させた以外は、前記実施例３と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を図６に示す。図６に示すように、乾燥炉内部の前半部では、３５〜４５°Ｃ、特に４０°Ｃ±３°Ｃの温度で乾燥させ、前記乾燥炉の後半部では、徐々にあるいはステップ状に１５０°Ｃ以下、好ましくは１３０°Ｃ以下、さらに好ましくは７５°Ｃ以下の温度、特に７０°Ｃの温度にまで昇温して乾燥させることが、厚膜化の点で好ましいことが確認できた。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、水系溶剤を用いてもクラックや柚子肌などの各種欠陥を発生させることなく、安定してシートの厚膜化が可能な水系セラミックグリーンシート用塗料組成物、セラミックグリーンシートの製造方法およびセラミック電子部品の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの概略断面図である。
【図２】 図２は図１に示すコンデンサの製造過程に用いるグリーンシートの要部断面図である。
【図３】 図３は図１に示すコンデンサの製造過程に用いるグリーンチップの要部断面図である。
【図４】 図４は図２に示すグリーンシートを製造するための塗料組成物に含まれるバインダ樹脂の化学式における重合度とアセタール化度を示す概略図である。
【図５】 図５はグリーンシートの乾燥方法を示すグラフである。
【図６】 図６は図５に示す乾燥方法とグリーンシートの成膜厚みとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１… 積層セラミックコンデンサ
２… 層間誘電体層
２ａ… 内装用グリーンシート
２０… 外側誘電体層
２０ａ… 外装用グリーンシート
３… 内部電極層
４… 外部電極
１０… コンデンサ素子本体
３０… ＰＥＴ製支持フィルム
１００… グリーンチップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、水系溶剤を用いてもクラックや柚子肌などの各種欠陥を発生させることなくシートの厚膜化が可能なセラミック塗料、セラミックグリーンシートの製造方法、およびセラミック電子部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＲ内蔵型基板、積層セラミックコンデンサなどのセラミック電子部品を製造するには、通常、まずセラミック粉末、バインダ（アクリル系樹脂、ブチラール系樹脂など）、可塑剤および有機溶剤（トルエン、ＭＥＫ）からなるセラミック塗料を準備する。次に、このセラミック塗料を、ドクターブレード法などを用いてＰＥＴ製フィルム上に塗布し、加熱乾燥させた後、ＰＥＴ製フィルムを剥離してセラミックグリーンシートを得る。次に、このセラミックグリーンシート上に内部電極を印刷して乾燥させ、これらを積層したものをチップ状に切断してグリーンチップとし、これらのグリーンチップを焼成後、外部電極を形成し、積層セラミックコンデンサなどの電子部品を製造する。
【０００３】
積層セラミックコンデンサを製造する場合には、コンデンサとして必要とされる所望の静電容量に基づき、内部電極が形成されるシートの層間厚みは、約２μｍ〜１００μｍ程度の範囲にある。また、積層セラミックコンデンサでは、コンデンサチップの積層方向における外側部分には、内部電極が形成されない部分が形成される。
【０００４】
この内部電極が形成されない部分に対応する誘電体層の厚みは、数百μｍ程度であり、この部分は、内部電極が印刷されていない比較的厚いセラミックグリーンシートを用いて成形される。内部電極が印刷されるグリーンシートの厚みは、比較的に薄いので、この薄膜のグリーンシートを用いて、外側部分を成形しようとすると、積層数が多くなり、製造工数が増大し、製造コストの増大につながる。
【０００５】
なお、有機溶剤を含むセラミック塗料では、シートの成形厚みが、使用部位の目的に応じて、比較的に自由に変えられ、比較的に厚膜のシートの成形も可能である。
【０００６】
一方、近年では、電子部品の製造に際し、有機溶剤にかかるコストの問題のみでなく、乾燥および排気による有機溶剤の大気放出、すなわち大気汚染や温暖化の問題、あるいは溶剤回収装置のコストの問題が指摘されている。このため、セラミックグリーンシート用塗料のためのバインダとして、有機溶剤を使用しない水系バインダへの要望が高まっている。水系バインダの中でも、ポリビニルアルコールが、他の水溶性バインダと比較して、塗工性に優れ、フィルム強度が高く、取扱い性に優れるために広く用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリビニルアルコールは、水以外の溶剤には不溶であるため、塗料中の主溶剤は水のみとなる。水は、有機溶剤に比較して沸点が高く、蒸気圧が低く、比熱が大きいため、グリーンシートの乾燥温度を高くする必要がある。その結果、セラミックグリーンシートの成形時に、クラックが発生しやすくなる。よって、有機溶剤系塗料では可能となっている比較的に厚膜のグリーンシートの成形厚み（たとえば１００μｍ〜数百μｍ）を、水系塗料では、きわめて困難であった。すなわち、従来の水系塗料を用いて比較的厚膜（たとえば１００μｍ〜数百μｍ）のグリーンシートを成形した場合、クラックや柚子肌などの欠陥が発生してしまう。
【０００８】
なお、水溶性ポリビニルアセタール樹脂をバインダとして用いる水系グリーンシート用塗料も提案されているが、どのような構造の水溶性ポリビニルアセタール樹脂を選択すれば、安定して厚膜のグリーンシートを得ることができるのかは、今後の課題であった。
【０００９】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、水系溶剤を用いてもクラックや柚子肌などの各種欠陥を発生させることなく、安定してシートの厚膜化が可能な水系セラミックグリーンシート用塗料組成物、セラミックグリーンシートの製造方法および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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意検討の結果、特定重合度以下の水溶性ポリビニルアセタール樹脂を水溶性バインダとして用いることで、水系溶剤を用いてもクラックや柚子肌などの各種欠陥を発生させることなく、厚膜のグリーンシートを安定して得ることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、本発明に係るセラミックグリーンシートの製造方法に用いられる水系セラミックグリーンシート用塗料組成物は、セラミック原料と、バインダ樹脂と、溶剤水とを少なくとも有する水系セラミックグリーンシート用塗料組成物であって、前記バインダ樹脂が、水溶性ポリビニルアセタール樹脂を含み、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の重合度が３００〜８００であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度が、２５モル％〜４５モル％であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の水酸基量が５３モル％〜６５モル％であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るセラミックグリーンシートの製造方法は、
セラミック原料と、バインダ樹脂と、溶剤水とを少なくとも有する水系セラミックグリーンシート用塗料組成物であって、前記バインダ樹脂が、水溶性ポリビニルアセタール樹脂を含み、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の重合度が３００〜８００であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度が、２５モル％〜４５モル％であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の水酸基量が５３モル％〜６５モル％である水系セラミックグリーンシート用塗料組成物を調整する工程と、
前記水系セラミックグリーンシート用塗料組成物を用いてセラミックグリーンシートを成形する工程と、を有するセラミックグリーンシートの製造方法であって、
前記グリーンシートを、乾燥炉内に連続的に送り込み、乾燥炉内部の前半部では、３５〜４５°Ｃの温度で乾燥させ、前記乾燥炉の後半部では、徐々にあるいはステップ状に１５０°Ｃ以下の温度にまで昇温して乾燥させる工程をさらに有する。
【００１３】
乾燥工程の前半部において、３５〜４５°Ｃの温度で乾燥させ、その後昇温することにより、クラックなどの防止を図りつつシートの厚膜化が可能になることは、本発明者等により初めて見出された。
【００１４】
本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、
セラミック原料と、バインダ樹脂と、溶剤水とを少なくとも有する水系セラミックグリーンシート用塗料組成物であって、前記バインダ樹脂が、水溶性ポリビニルアセタール樹脂を含み、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の重合度が３００〜８００であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度が、２５モル％〜４５モル％であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の水酸基量が５３モル％〜６５モル％である水系セラミックグリーンシート用塗料組成物を調整する工程と、
前記水系セラミックグリーンシート用塗料組成物を用いてセラミックグリーンシートを成形する工程と、
前記グリーンシートを乾燥させる工程と、
乾燥後のグリーンシートを積層し、グリーンチップを得る工程と、
前記グリーンチップを焼成する工程と、を有するセラミックグリーンシートの製造方法であって、
前記グリーンシートを、乾燥炉内に連続的に送り込み、乾燥炉内部の前半部では、３５〜４５°Ｃの温度で乾燥させ、前記乾燥炉の後半部では、徐々にあるいはステップ状に１５０°Ｃ以下の温度にまで昇温して乾燥させる工程をさらに有する。
【００１５】
本発明において、好ましくは、前記水溶性ポリビニルアセタール樹脂の重合度が３００〜８００である。この重合度が高すぎると、本発明の効果が得られ難くなる。一方、重合度が低すぎる樹脂の製造は困難である。よって、上記の範囲が特に好ましい。
【００１６】
さらに好ましくは、前記水溶性ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度が、２５モル％〜４５モル％である。この場合において、好ましくは、前記水溶性ポリビニルアセタール樹脂の水酸基量が５０モル％より大きく、好ましくは５５〜６５モル％である。アセタール化度を低くすることで、グリーンシートの厚膜化が容易になることは、本発明者等により初めて見出された。ただし、アセタール化度が低すぎる樹脂の製造は困難であり、高すぎると、水に対して溶解しなくなる傾向にある。したがって、上記の範囲が好ましい。また、水酸基量が小さすぎると、本発明の効果が小さく、多すぎると、その製造が困難になる傾向にある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの概略断面図、
図２は図１に示すコンデンサの製造過程に用いるグリーンシートの要部断面図、
図３は図１に示すコンデンサの製造過程に用いるグリーンチップの要部断面図、
図４は図２に示すグリーンシートを製造するための塗料組成物に含まれるバインダ樹脂の化学式における重合度とアセタール化度を示す概略図、
図５はグリーンシートの乾燥方法を示すグラフ、
図６は図５に示す乾燥方法とグリーンシートの成膜厚みとの関係を示すグラフである。
【００１８】
本実施形態では、セラミック電子部品の一例としての積層セラミックコンデンサを例示して説明する。
図１に示すように、この積層セラミックコンデンサ１は、層間誘電体層２と内部電極層３とが交互に積層された構成のコンデンサ素子本体１０を有する。このコンデンサ素子本体１０の両側端部には、素子本体１０の内部で交互に配置された内部電極層３と各々導通する一対の外部電極４が形成してある。コンデンサ素子本体１０の形状に特に制限はないが、通常、直方体状とされる。また、その寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよいが、通常、（０．６〜５．６ｍｍ）×（０．３〜５．０ｍｍ）×（０．３〜１．９ｍｍ）程度である。
【００１９】
内部電極層３は、各側端面がコンデンサ素子本体１０の対向する２端部の表面に交互に露出するように積層してある。一対の外部電極４は、コンデンサ素子本体１０の両端部に形成され、交互に配置された内部電極層３の露出端面に接続されて、コンデンサ回路を構成する。
【００２０】
コンデンサ素子本体１０において、内部電極層３および層間誘電体層２の積層方向の両外側端部には、外側誘電体層２０が配置してあり、素子本体１０の内部を保護している。
【００２１】
誘電体層２および２０
層間誘電体層２および外側誘電体層２０の組成は、本発明では特に限定されないが、たとえば以下の誘電体磁器組成物で構成される。
本実施形態の誘電体磁器組成物は、たとえばＢａＴｉＯ３で表せる主成分を有する誘電体磁器組成物である。誘電体磁器組成物中に主成分と共に含まれる副成分としては、Ｓｒ，Ｚｒ，Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｖ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｗ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｓｉ，およびＰの酸化物から選ばれる１種類以上を含む副成分が例示される。
【００２２】
副成分を添加することにより、主成分の誘電特性を劣化させることなく低温焼成が可能となり、層間誘電体層を薄層化した場合の信頼性不良を低減することができ、長寿命化を図ることができる。ただし、本発明では、層間誘電体層の組成は、上記に限定されるものではない。
【００２３】
なお、図１に示す層間誘電体層２の積層数や厚み等の諸条件は、目的や用途に応じ適宜決定すればよいが、本実施形態では、層間誘電体層２の厚みは、１μｍ〜５０μｍ程度である。また、外側誘電体層２０の厚みは、たとえば１００μｍ〜数百μｍ程度である。
【００２４】
内部電極層３
内部電極層３に含有される導電材は特に限定されないが、層間誘電体層２の構成材料が耐還元性を有するため、卑金属を用いることができる。導電材として用いる卑金属としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｉ合金またはＣｕ合金が好ましい。内部電極層３の主成分をＮｉにした場合には、誘電体が還元されないように、低酸素分圧（還元雰囲気）で焼成するという方法がとられている。一方誘電体は還元されないようにその組成比をストイキオ組成からずらす等の手法がとられている。
内部電極層３の厚さは用途等に応じて適宜決定すればよいが、通常、０．５〜５μｍ程度である。
【００２５】
外部電極４
外部電極４に含有される導電材は特に限定されないが、通常、ＣｕやＣｕ合金あるいはＮｉやＮｉ合金等を用いる。なお、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ合金等も、もちろん使用可能である。なお、本実施形態では、安価なＮｉ，Ｃｕや、これらの合金を用いることができる。
外部電極の厚さは用途等に応じて適宜決定されればよいが、通常、１０〜５０μｍ程度であることが好ましい。
【００２６】
積層セラミックコンデンサの製造方法
次に、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの製造方法について説明する。
本実施形態では、ペーストを用いた通常の印刷法やシート法によりグリーンチップを作製し、これを焼成した後、外部電極を印刷または転写して焼成することにより製造される。以下、製造方法について具体的に説明する。
【００２７】
まず、誘電体層用ペーストを調整する。
本実施形態では、誘電体層用ペーストは、セラミック原料（誘電体原料）と、バインダ樹脂と、溶剤水とを少なくとも有する水系セラミックグリーンシート用塗料組成物で構成される。この塗料組成物には、必要に応じて、可塑剤、分散剤、湿潤剤などが添加される。
【００２８】
この誘電体層用ペーストを用いて、図１に示す層間誘電体層２および外側誘電体層２０を成形することができるが、本発明の方法は、特に厚膜のグリーンシートを製造する場合を想定しているので、以下の説明では、特に、膜厚が厚い外側誘電体層２０を成形する場合を主として説明する。
【００２９】
バインダ樹脂として、本実施形態では、水溶性ポリビニルアセタール樹脂が用いられ、その重合度が１０００以下、好ましくは３００〜８００のものが用いられる。水溶性ポリビニルアセタール樹脂の化学式を図４に示す。本実施形態では、水溶性ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度は、好ましくは２５モル％〜４５モル％であり、水酸基量が５０モル％より大きいものが用いられる。誘電体原料１００質量部に対するバインダ樹脂の質量割合は、好ましくは１〜８質量部、さらに好ましくは２〜５質量部である。
【００３０】
可塑剤としては、バインダ樹脂に柔軟性を付与するものであれば、特に限定されず、たとえばアミン類、ジオール、トリオール類などが例示される。アミン類としては、トリエタノールアミン（ＴＥＡ）などが例示され、ジオール、トリオール類としては、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、グリセリン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、トリメチルプロパンなどが例示される。バインダ樹脂１００質量部に対する可塑剤の重量割合は、好ましくは５０〜１５０質量部である。
【００３１】
分散剤としては、粉体粒子を凝縮させないように分散させるものであれば特に限定されず、たとえばポリカルボン酸アンモニウム塩、アリルエーテルコポリマー、ベンゼンスルホン酸ナトリウム塩、グラフト化合物系分散剤、ポリエチレングリコール型ノニオン系分散剤などが例示される。誘電体原料１００質量部に対する分散剤の重量割合は、好ましくは０．１〜２質量部、より好ましくは０．２以上１．５質量部より小さい。
【００３２】
湿潤剤としては、粉体粒子と分散媒の濡れ性を向上させるものであれば特に限定されず、たとえばポリエチレングリコール型ノニオン系湿潤剤、スルホン酸型アニオン系湿潤剤などが例示される。誘電体原料１００質量部に対する湿潤剤の重量割合は、好ましくは０．０１〜５質量部である。
【００３３】
誘電体原料には、前述した誘電体磁器組成物の組成に応じ、主成分を構成する原料と、副成分を構成する原料と、必要に応じて焼結助剤を構成する原料とが用いられる。主成分を構成する原料としては、Ｔｉ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｚｒの酸化物および／または焼成により酸化物になる化合物が用いられる。副成分を構成する原料としては、Ｓｒ，Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｖ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｗ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｓｉ，およびＰの酸化物および／または焼成により酸化物になる化合物から選ばれる１種類以上、好ましくは３種類以上の単一酸化物または複合酸化物が用いられる。
【００３４】
本発明に係る製造方法では、誘電体原料には、必ずしも焼結助剤を含ませる必要はないが、焼結助剤を含ませる場合には、たとえばＳｉまたはＬｉの酸化物および／または焼成により酸化物になる化合物が用いられる。焼成により酸化物になる化合物としては、例えば炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、有機金属化合物等が例示される。もちろん、酸化物と、焼成により酸化物になる化合物とを併用してもよい。
これらの原料粉末は、通常、平均粒子径０．００５〜５μｍ程度のものが用いられる。このような原料粉末から誘電体原料を得るには例えば下記のようにすればよい。
【００３５】
まず、出発原料を所定の量比に配合し、例えば、ボールミル等により湿式混合する。次いで、スプレードライヤー等により乾燥させ、その後仮焼し、主成分を構成する上記式の誘電体酸化物を得る。なお、仮焼は、通常５００〜１３００℃、好ましくは５００〜１０００℃、さらに好ましくは８００〜１０００℃にて、２〜１０時間程度、空気中にて行う。次いで、ジェットミルあるいはボールミル等にて所定粒径となるまで粉砕し、誘電体原料を得る。副成分と、焼結助剤（ＳｉＯ２ またはＬｉ２ Ｏなど）とは、それぞれ主成分とは別に仮焼きし、得られた誘電体原料に混合される。
【００３６】
上述した誘電体原料と、バインダ樹脂と、可塑剤と、分散剤と、湿潤剤と、溶剤水とは、例えばボールミル等で混合してペースト（スラリー）とする。なお、混合に際し、誘電体原料と分散剤と湿潤剤とを少量の溶剤水で一次混合し、その後、バインダ樹脂と可塑剤と残りの溶剤水とを、二次混合することにより、本発明の塗料組成物から成る誘電体層用ペーストを得ても良い。
【００３７】
この誘電体層用ペーストをシート化するための手段として、本実施形態では、ドクターブレード法が用いられる。このシートを形成するための支持フィルムとしては、たとえばＳｉ処理無しのＰＥＴフィルムが用いられる。この支持フィルム上に、ドクターブレード法により、誘電体層用ペーストを所定厚みに塗布し、乾燥させる。
【００３８】
すなわち、図２に示すＰＥＴ製支持フィルム（非磁性支持体）３０が用いられる。この支持フィルム３０上に、ドクターブレード法により、誘電体層用ペーストを所定厚みに塗布し、乾燥させる。
【００３９】
その後、支持フィルム３０を剥がして得られる外装用グリーンシート２０ａは、図１に示す外側誘電体層２０を構成する部分であり、通常、１００〜５００μｍ程度の膜厚を有する。この外装用グリーンシート２０ａとは別に、同様な手法により、１μｍ〜５０μｍ程度に薄く成形された内装用グリーンシート２ａを形成する。内装用グリーンシート２ａの一方の表面には、図１に示す内部電極層３が形成される。内部電極層３の形成方法としては、特に限定されないが、印刷法または薄膜法などが例示される。
【００４０】
その後、図３に示すように、内部電極層が形成された内装用グリーンシート２ａを交互に積層すると共に、その積層方向の外側両端部に、外装用グリーンシート２０ａを単層または複層で積層する。
【００４１】
次に、このようにして得られた積層体を、所定の積層体サイズに切断し、グリーンチップ１００とした後、脱バインダ処理および焼成を行う。そして、誘電体層２および２０を再酸化させるため、熱処理を行う。
【００４２】
脱バインダ処理は、通常の条件で行えばよいが、内部電極層の導電体材料にＮｉやＮｉ合金等の卑金属を用いる場合、特に下記の条件で行うことが好ましい。
【００４３】
昇温速度：５〜３００℃／時間、特に１０〜５０℃／時間、
保持温度：２００〜３００℃、
保持時間：０．５〜２０時間、特に１〜１０時間、
雰囲気 ：空気中。
【００４４】
焼成条件は、下記の条件が好ましい。
昇温速度：５０〜５００℃／時間、特に２００〜３００℃／時間、
保持温度：１０００〜１４００℃、
保持時間：０．５〜８時間、特に１〜３時間、
冷却速度：５０〜５００℃／時間、特に２００〜３００℃／時間、
雰囲気ガス：加湿したＮ２ とＨ２ との混合ガス等。
【００４５】
ただし、焼成時の酸素分圧は、１０−２Ｐａ以下、特に１０−２〜１０−１０ Ｐａにて行うことが好ましい。前記範囲を超えると、内部電極層が酸化する傾向にあり、また、酸素分圧があまり低すぎると、内部電極層の電極材料が異常焼結を起こし、途切れてしまう傾向にある。
【００４６】
このような焼成を行った後の熱処理は、保持温度または最高温度を、好ましくは１０００℃以上、さらに好ましくは１０００〜１１００℃として行うことが好ましい。熱処理時の保持温度または最高温度が、前記範囲未満では誘電体原料の酸化が不十分なために絶縁抵抗寿命が短くなる傾向にあり、前記範囲をこえると内部電極のＮｉが酸化し、容量が低下するだけでなく、誘電体素地と反応してしまい、寿命も短くなる傾向にある。熱処理の際の酸素分圧は、焼成時の還元雰囲気よりも高い酸素分圧であり、好ましくは１０−３Ｐａ〜１Ｐａ、より好ましくは１０−２Ｐａ〜１Ｐａである。前記範囲未満では、誘電体層２および２０の再酸化が困難であり、前記範囲をこえると内部電極層３が酸化する傾向にある。そして、そのほかの熱処理条件は下記の条件が好ましい。
【００４７】
保持時間：０〜６時間、特に２〜５時間、
冷却速度：５０〜５００℃／時間、特に１００〜３００℃／時間、
雰囲気用ガス：加湿したＮ２ ガス等。
【００４８】
なお、Ｎ２ ガスや混合ガス等を加湿するには、例えばウェッター等を使用すればよい。この場合、水温は０〜７５℃程度が好ましい。また脱バインダ処理、焼成および熱処理は、それぞれを連続して行っても、独立に行ってもよい。これらを連続して行なう場合、脱バインダ処理後、冷却せずに雰囲気を変更し、続いて焼成の際の保持温度まで昇温して焼成を行ない、次いで冷却し、熱処理の保持温度に達したときに雰囲気を変更して熱処理を行なうことが好ましい。一方、これらを独立して行なう場合、焼成に際しては、脱バインダ処理時の保持温度までＮ２ ガスあるいは加湿したＮ２ ガス雰囲気下で昇温した後、雰囲気を変更してさらに昇温を続けることが好ましく、熱処理時の保持温度まで冷却した後は、再びＮ２ ガスあるいは加湿したＮ２ ガス雰囲気に変更して冷却を続けることが好ましい。また、熱処理に際しては、Ｎ２ ガス雰囲気下で保持温度まで昇温した後、雰囲気を変更してもよく、熱処理の全過程を加湿したＮ２ ガス雰囲気としてもよい。
【００４９】
このようにして得られた焼結体（素子本体１０）には、例えばバレル研磨、サンドプラスト等にて端面研磨を施し、外部電極用ペーストを焼きつけて外部電極４を形成する。なお、外部電極用ペーストは、一般に、各種導電性金属や合金から成る導電体材料、あるいは焼成後に導電体材料となる各種酸化物、有機金属化合物、レジネートなどと、有機ビヒクルとを混練して調整する。
このようにして製造された本発明の積層セラミックコンデンサは、ハンダ付等によりプリント基板上などに実装され、各種電子機器等に使用される。
【００５０】
本実施形態に係る積層セラミックコンデンサの製造方法によれば、水系溶剤を用いてもクラックや柚子肌などの各種欠陥を発生させることなく、安定してシートの厚膜化が可能になり、比較的に厚膜の外側誘電体層２０を、単層で形成することも可能になる。その結果、コンデンサの製造コストの低減が図れる。
【００５１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００５２】
【実施例】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００５３】
実施例１
まず、出発原料主成分（母材）として、ＢａＴｉＯ３ （ＢＴ−０５粉／堺化学工業（株）製）を用いた。その平均粒径は０．８６μｍで、その比表面積は、ＢＥＴ値で、２．３ｍ２／ｇであった。この主成分１００質量部に対して、副成分添加物として、（Ｂａ，Ｃａ）ＳｉＯ３ ：１.４８質量部、Ｙ２ Ｏ３ ：１.０１質量部、ＭｇＣＯ３ ：０.７２質量部、Ｃｒ２ Ｏ３ ：０．１３質量部およびＶ２ Ｏ５ ：０．０４５質量部を準備した。始めに、副成分添加物のみをボールミルで混合し、スラリー化した。
【００５４】
副成分添加物（合計量：3.385g）とイオン交換水7.723gとを、ボールミルにより、20時間予備粉砕を行った。次に、BaTiO３：100ｇに対して、副成分添加物の予備粉砕スラリー11.108gと、イオン交換水：92.254g、分散剤（アリルアルコール、無水マレイン酸およびスチレン共重合物と、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルとのグラフト化合物：日本油脂 マリアリム AKM0531： 0.4 質量部）、湿潤剤（アセチレンジオール系界面活性剤：エアープロダクツ、サーフィノル−465 を0.4 質量部）を添加し、ボールミルによって、16時間混合した。次に、この分散塗料に対して、バインダとして、ポリビニルアセタール樹脂（重合度：400、アセタール化度： 30モル%、残留アセチル基： 12モル%、水酸基： 58モル%、固形分濃度30%ラッカー）を固形分として2.5 質量部添加した。また、可塑剤として、ポリエチレングリコール４００を、バインダー１００質量部に対して、１００質量部添加した。バインダ、可塑剤が添加された塗料を更に、１６時間、ボールミルにて混合することによって、セラミック塗料（水系セラミックグリーンシート用塗料組成物）とした。
【００５５】
得られた塗料をドクターブレード法によって、支持フィルムとしてPETフィルム状に種々の厚みで塗布した。乾燥条件は、乾燥炉内の温度が25℃から70℃で、乾燥温度勾配が０．７１４℃/分、乾燥時間が63分であった。その後、グリーンシートの限界成膜厚みを評価した。
【００５６】
限界成膜厚みは、以下の様にして判定した。支持フィルム上の塗布厚みを、たとえば200μｍを基準にして、10〜20μｍ程度づつ増やしていき、シート乾燥後の成膜状態を評価した。成膜後のグリーンシートは、シートの両端、中央部、全面にクラックが発生したり、表面が柚子肌状態になったりする。このような不具合が発生しない最大のシート成形厚みを限界成膜厚みと定義した。なお、クラック、柚子肌の評価は、目視にて行った。限界成膜厚みが３００μｍ以上の場合を、○とし、４００μｍ以上の場合を◎とし、３００μｍに満たない場合を、×と評価した。
結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
実施例２
セラミック塗料におけるバインダとして、重合度が６００のポリビニルアセタール樹脂を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を表１に示す。
【００５９】
実施例３
セラミック塗料におけるバインダとして、重合度が８００のポリビニルアセタール樹脂を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を表１に示す。
【００６０】
比較例１
セラミック塗料におけるバインダとして、重合度が１５００のポリビニルアセタール樹脂を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を表１に示す。
【００６１】
実施例４
セラミック塗料におけるバインダとして、重合度が６００で、アセタール化度が４５モル％で、水酸基量が５３モル％のポリビニルアセタール樹脂を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を表１に示す。
【００６２】
参考例１
セラミック塗料におけるバインダとして、重合度が６００で、アセタール化度が３８モル％で、水酸基量が５０モル％のポリビニルアセタール樹脂を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を表１に示す。
【００６３】
比較例２
セラミック塗料における水溶性バインダとして、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ２０５、鹸化度８８％、重合度５００）を用いた以外は、前記実施例１と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を表１に示す。
【００６４】
評価
表１に示すように、ほぼ同じ重合度の実施例２と比較例２とを比較することで、バインダとしては、水溶性ポリビニルアセタール樹脂が好ましいことが確認できた。なお、ＰＶＡをバインダとして用いる場合には、シートの強度が十分でなく、この点からも水溶性ポリビニルアセタール樹脂が好ましい。また、実施例１〜４と比較例１とを比較することで、バインダ樹脂の重合度は、１０００以下、特に８００以下が、厚膜化の点で好ましいことが確認できた。なお、３００よりも小さな重合度の樹脂の合成は困難である。
【００６５】
さらに、実施例４と参考例１とを比較することで、水酸基量は、５０モル％よりも大きいことが、厚膜化の点で好ましいことが確認できた。ただし、水酸基量が多すぎると、その製造が困難になる傾向にある。
【００６６】
さらにまた、実施例１〜４を比較することで、厚膜化の点では、バインダ樹脂のアセタール化度は、２５モル％〜４５モル％が好ましいことが確認できた。なお、アセタール化度が低すぎる樹脂の製造は困難であり、高すぎると、水に対して溶解しなくなる傾向にある。
【００６７】
実施例５
図５に示すように、グリーンシートの乾燥温度プロファイルを、設定１〜５に変化させた以外は、前記実施例３と同様にして、グリーンシートを成膜し、これらのグリーンシートの限界成膜厚みを評価した。結果を図６に示す。図６に示すように、乾燥炉内部の前半部では、３５〜４５°Ｃ、特に４０°Ｃ±３°Ｃの温度で乾燥させ、前記乾燥炉の後半部では、徐々にあるいはステップ状に１５０°Ｃ以下、好ましくは１３０°Ｃ以下、さらに好ましくは７５°Ｃ以下の温度、特に７０°Ｃの温度にまで昇温して乾燥させることが、厚膜化の点で好ましいことが確認できた。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、水系溶剤を用いてもクラックや柚子肌などの各種欠陥を発生させることなく、安定してシートの厚膜化が可能な水系セラミックグリーンシート用塗料組成物、セラミックグリーンシートの製造方法およびセラミック電子部品の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの概略断面図である。
【図２】 図２は図１に示すコンデンサの製造過程に用いるグリーンシートの要部断面図である。
【図３】 図３は図１に示すコンデンサの製造過程に用いるグリーンチップの要部断面図である。
【図４】 図４は図２に示すグリーンシートを製造するための塗料組成物に含まれるバインダ樹脂の化学式における重合度とアセタール化度を示す概略図である。
【図５】 図５はグリーンシートの乾燥方法を示すグラフである。
【図６】 図６は図５に示す乾燥方法とグリーンシートの成膜厚みとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１… 積層セラミックコンデンサ
２… 層間誘電体層
２ａ… 内装用グリーンシート
２０… 外側誘電体層
２０ａ… 外装用グリーンシート
３… 内部電極層
４… 外部電極
１０… コンデンサ素子本体
３０… ＰＥＴ製支持フィルム
１００… グリーンチップ
Claims (6)
- セラミック原料と、バインダ樹脂と、溶剤水とを少なくとも有する水系セラミックグリーンシート用塗料組成物であって、前記バインダ樹脂が、水溶性ポリビニルアセタール樹脂を含み、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の重合度が３００〜８００であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度が、２５モル％〜４５モル％であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の水酸基量が５３モル％〜６５モル％である水系セラミックグリーンシート用塗料組成物を調整する工程と、
前記水系セラミックグリーンシート用塗料組成物を用いてセラミックグリーンシートを成形する工程と、
を有するセラミックグリーンシートの製造方法であって、
前記グリーンシートを、乾燥炉内に連続的に送り込み、乾燥炉内部の前半部では、３５〜４５°Ｃの温度で乾燥させ、前記乾燥炉の後半部では、徐々にあるいはステップ状に１５０°Ｃ以下の温度にまで昇温して乾燥させる工程をさらに有するグリーンシートの製造方法。 - 前記セラミックグリーンシートを成形する工程は、シート成膜厚みが１００〜５００μｍであるシート成膜工程を有する請求項１に記載のグリーンシートの製造方法。
- 前記セラミックグリーンシートを成形する工程は、シート成膜厚みが３００〜５００μｍであるシート成膜工程を有する請求項１に記載のグリーンシートの製造方法。
- セラミック原料と、バインダ樹脂と、溶剤水とを少なくとも有する水系セラミックグリーンシート用塗料組成物であって、前記バインダ樹脂が、水溶性ポリビニルアセタール樹脂を含み、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の重合度が３００〜８００であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度が、２５モル％〜４５モル％であり、当該水溶性ポリビニルアセタール樹脂の水酸基量が５３モル％〜６５モル％である水系セラミックグリーンシート用塗料組成物を調整する工程と、
前記水系セラミックグリーンシート用塗料組成物を用いてセラミックグリーンシートを成形する工程と、
前記グリーンシートを乾燥させる工程と、
乾燥後のグリーンシートを積層し、グリーンチップを得る工程と、
前記グリーンチップを焼成する工程と、
を有するセラミック電子部品の製造方法であって、
前記グリーンシートを乾燥させる工程は、乾燥炉内に連続的に送り込み、乾燥炉内部の前半部では、３５〜４５°Ｃの温度で乾燥させ、前記乾燥炉の後半部では、徐々にあるいはステップ状に１５０°Ｃ以下の温度にまで昇温して乾燥させる工程を有するセラミック電子部品の製造方法。 - 前記セラミックグリーンシートを成形する工程は、シート成膜厚みが１００μｍ〜５００μｍであるシート成膜工程を有する請求項４に記載のセラミック電子部品の製造方法。
- 前記セラミックグリーンシートを成形する工程は、シート成膜厚みが３００μｍ〜５００μｍであるシート成膜工程を有する請求項４に記載のセラミック電子部品の製造方法。
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