JP4289054B2 - 積層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、例えば積層セラミックコンデンサなどの積層セラミック電子部品の製造方法に関し、より詳細には、内部電極パターンが形成された複数枚のマザーのセラミックグリーンシートを積層する工程を備えた積層セラミック電子部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層セラミックコンデンサなどの積層セラミック電子部品の製造方法に際しては、先ず、セラミック粉末と合成樹脂バインダーとを含む組成物をシート成形し、マザーのセラミックグリーンシートを得る。このマザーのセラミックグリーンシート上に内部電極ペーストを印刷し、内部電極パターンを形成する。内部電極パターンが形成されたマザーのセラミックグリーンシートを複数枚熱圧着しつつ積層し、マザーの積層体を得る。しかる後、マザーの積層体を厚み方向にプレスした後、個々の積層セラミックコンデンサ単位の積層体チップに切断する。なお、このとき、マザーの積層体の外周部分は、不要な部分として廃棄される。このようにして得られた積層体チップと焼成することにより、内部電極が形成されたセラミック焼結体が得られている。
【０００３】
ところで、近年、積層セラミック電子部品では、小型化の要求が強くなっており、それにともなって、内部電極積層数が増大してきている。そのため、多数枚のセラミックグリーンシートを積層しなければならなくなっている。
【０００４】
ところが、多数枚のセラミックグリーンシートを１枚ずつ熱圧着により積層すると、積層枚数が増加するにつれて、圧着時における内部圧力分布の偏りが大きくなる。そのため、圧力歪みにより、得られたセラミック焼結体においてクラックが発生したり、層間剥離が生じたりするおそれがあった。
【０００５】
そこで、下記の特許文献１には、このような問題を解決する積層方法が開示されている。
特許文献１に記載の積層方法では、図５に示すように、積層ステージ１０１上において、所定枚数のセラミックグリーンシート１０２が順次積み重ねられ、熱圧着される。次に、所定枚数のセラミックグリーンシート１０３が再度順次積み重ねられ、全体が熱圧着される。このような工程を繰り返すことにより、全体の積層枚数が増加した場合であっても、熱圧着時に応力歪みや積層ずれが生じ難いとされている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０８−１６２３６４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、積層セラミック電子部品では、小型化がより一層強く求められており、それにともなって、積層数の増大及び使用するセラミックグリーンシートの薄層化が進んでいる。すなわち、積層枚数が３００枚を超えたり、セラミックグリーンシートの厚みが３μｍ以下とされたりしてきている。
【０００８】
上記のような薄いセラミックグリーンシートでは、ピンホールが生じ易いという問題があった。ピンホールが生じると、得られた積層セラミック電子部品において短絡不良が生じたり、信頼性が低下したりすることとなる。
【０００９】
そこで、ピンホールの発生を抑制するために、セラミック原料粉末を微粉化し、かつセラミックグリーンシートを得るための組成物中の樹脂バインダー量を増大させる方法が試みられている。
【００１０】
また、セラミックグリーンシートが薄くなると、当然のことながら、セラミックグリーンシートの強度が低下する。そのため、薄いセラミックグリーンシートの強度を高めるためにも、樹脂バインダーが多く添加されている。
【００１１】
ところが、セラミック原料粉末の微粉化及び樹脂バインダー含量の増大を図ると、セラミックグリーンシートの物理的特性に、樹脂バインダーの特性が大きく影響することになる。
【００１２】
他方、セラミックグリーンシートに添加されている樹脂バインダーは、ポリビニルブチラールなどにより構成されているが、このような樹脂バインダーの熱収縮率は、原料粉末に比べて遥かに大きい。そのため、樹脂バインダーが多く含まれたセラミックグリーンシートでは、温度変化による収縮が大きくなる。
【００１３】
ところで、積層セラミック電子部品の製造に際し、セラミックグリーンシートを高精度に積み重ねるには、加圧・熱圧着により、セラミックグリーンシートと内部電極パターンとの間の密着力、及びセラミックグリーンシートとセラミックグリーンシートとの間の密着力を高める必要がある。熱圧着を伴わない場合には、これらの密着力を十分な大きさとすることができず、高精度にセラミックグリーンシートを積層することができなくなる。セラミックグリーンシートを高精度に積層することができなくなると、電極パターン間の位置ずれが生じ、セラミックグリーンシートの歩留りが低下することとなる。
【００１４】
特許文献１に記載の積層方法では、積層枚数の増大に伴う積層内の圧力歪みの発生を抑制し、多数枚のセラミックグリーンシートを歩留りを発生させることなく積層することができるとされていた。しかしながら、上記のようにセラミックグリーンシートの薄層化に伴って、樹脂バインダー含有量が多くなると、セラミックグリーンシートの温度変化による収縮率が大きくならざるを得ない。そのため、熱圧着時に伸長していたセラミックグリーンシートが、熱圧着後に収縮する率も大きくなる。このとき、セラミックグリーンシートと内部電極、あるいはセラミックグリーンシート間の密着力が十分な箇所では、熱圧着後の収縮が抑制されるが、密着力が不十分な箇所については、この部分において大きく収縮することとなる。特に外周部分において、密着力が不十分な箇所が存在すると、この部分において大きく収縮する。この外周部分の収縮に伴って、収縮箇所に近い内側領域において内部電極パターンの積層ずれが生じるおそれがあった。
【００１５】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、セラミックグリーンシートを積層するに際し、熱圧着によるセラミックグリーンシートの収縮に伴う内部電極パターンの位置ずれが生じ難い工程を備えた積層セラミック電子部品の製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法は、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを用意する工程と、前記セラミックグリーンシートを１枚ずつまたは複数枚毎に積層ステージ上において熱圧着することにより積層していき、積層体を得る積層工程とを備え、前記熱圧着に際し、下面が平坦な加圧面とされているプレス部材と、前記１枚または複数枚のセラミックグリーンシートが積層されていくシート積層面を上面に有する積層ステージとが用いられ、前記積層ステージとして、上面のシート積層面が平坦であり、該シート積層面の下方において、前記セラミックグリーンシートの内側領域の下方に相当する位置に空間が設けられている積層ステージが用いられ、前記積層工程において、１枚または複数枚のセラミックグリーンシートの外周部分に、加わる圧力をＰ１、前記外周部分の内側の内側領域に加わる圧力をＰ２としたときに、１０Ｐ２＞Ｐ１＞Ｐ２となるようにして熱圧着が行われることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法の他の特定の局面では、前記積層ステージが、上面が平坦なテーブルと、前記テーブルの上面に配置されており、下面に前記セラミックグリーンシートの外周部分に相当する領域において下方に突出した凸部が形成されており、該凸部で囲まれた領域が凹部とされている積層治具とを備える。
【００１９】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法のさらに別の特定の局面では、前記積層治具が、平板状の第１の部材と、第１の部材の下面に形成されており、下方に突出した前記凸部を構成している第２の部材とを有する。
【００２０】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法のさらに他の特定の局面では、前記積層治具が、上面が平坦であり、かつ下面に前記凹部を有し、凹部の外側の領域が前記凸部を構成しているプレートである。
【００２１】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法のさらに別の特定の局面では、前記積層ステージが、前記１枚または複数枚のセラミックグリーンシートの前記内側領域に相当する領域が凹部とされている上面を有するテーブルと、前記テーブルの上面に積層されており、かつ平板状の部材からなる積層治具とを有する。
【００２２】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法のさらに他の特定の局面では、前記積層工程により得られた積層体を厚み方向に加圧する加圧工程と、前記加圧工程により加圧された積層体を切断し、個々の積層セラミック電子部品単位の積層体を得る工程と、個々の積層セラミック電子部品の単位の積層体を焼成し、焼結体を得る工程とがさらに備えられる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２４】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法では、先ず、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートが用意される。内部電極パターンは、目的とする積層セラミック電子部品の内部電極に応じた形状とされる。内部電極パターンは、セラミックグリーンシート上に導電ペーストを例えばスクリーン印刷することにより形成される。セラミックグリーンシートは、誘電体セラミック粉末または圧電体セラミック粉末などの適宜のセラミック粉末と、樹脂バインダーと溶剤とを含むセラミックスラリーもしくはセラミックペーストをシート成形することにより得られる。
【００２５】
次に、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートが、１枚ずつまたは複数枚毎に積層ステージ上において熱圧着することにより積層され、マザーの積層体が得られる。
【００２６】
図１は、この積層工程を説明するための正面断面図である。図１に示す積層装置１では、積層ステージ２上において、複数枚のセラミックグリーンシートが積層される。図１では、マザーのセラミックグリーンシート３，４が積層された状態が示されている。マザーのセラミックグリーンシート３及び４上には、内部電極パターン６，７が形成されている。
【００２７】
他方、積層ステージの上方には、プレス部材８が配置されている。プレス部材８は、本実施形態では、平板状のプレス部材である。もっとも、プレス部材８は、下面８ａが平坦な加圧面とされている限り、平板状である必要は必ずしもない。
【００２８】
プレス部材８は、図示しない油圧シリンダーなどの駆動源により上下方向に移動可能とされている。また、プレス部材８は図示しないヒータにより加熱されている。
【００２９】
積層ステージ２は、テーブル９を有する。テーブル９の上面９ａは平坦面とされている。そして、テーブル９の上面９ａ上に、矩形枠状の支持部材１０が固定されている。もっとも、支持部材１０は、テーブル９の上面９ａに載置されているだけであってもよい。
【００３０】
支持部材１０は、金属により構成されているが、金属以外の他の剛性材料により構成されていてもよい。
上記支持部材１０は、本発明における凸部を構成するために設けられており、マザーのセラミックグリーンシート３，４の外周部分の下方に位置している。言い換えれば、矩形枠状の支持部材１０の内側の領域の上方にセラミックグリーンシートの内側の内側領域が位置するように、支持部材１０が配置されている。なお、外周部分とは、切断時に不要部分として廃棄される部分であり、内側領域は積層体チップになる部分である。
【００３１】
支持部材１０の上面には、平坦なプレート部材１１及び１２が積層されている。プレート部材１２の上面１２ａにおいて、セラミックグリーンシート３，４が積層されていく。すなわち、上面１２ａがシート積層面となる。
【００３２】
なお、上記テーブル９及びプレート部材１１，１２は、例えばステンレスなどの金属あるいは金属と同様の剛性の材料により構成される。
また、プレート部材１２は、搬送治具となる。
【００３３】
上記積層ステージ２では、プレート部材１１とテーブル９の上面９ａとの間に空間Ａが形成されている。すなわち、支持部材１０が矩形枠状の形状を有するため、支持部材１０の開口部分により空間Ａが構成されている。
【００３４】
本実施形態では、上記積層ステージ２上に、マザーのセラミックグリーンシート３，４が１枚ずつまたは複数枚毎に、積層され、プレス部材８を下降させ、熱圧着することにより積層が行われる。この工程を繰り返すことにより、多数の枚数のマザーのセラミックグリーンシートが積層され、図２に示すマザーの積層体１３が得られる。
【００３５】
そして、マザーの積層体１３は、焼成に先立ち、厚み方向にその全体が強く加圧される。しかる後、マザーの積層体１３が個々の積層セラミック電子部品単位の積層体チップに切断される。なお、この時点で、外周部分１３ａは廃棄される。該積層体チップを焼成することにより、内部電極が形成されたセラミック焼結体が得られる。しかる後、該セラミック焼結体の外表面に外部電極を形成することにより積層セラミック電子部品が得られる。あるいは、焼成に先立ち、個々の積層セラミック電子部品単位の積層体チップの外表面に外部電極を形成してもよく、または導電ペーストを付与し、焼成に際してセラミックスの焼結と外部電極の焼き付けとが果たされてもよい。
【００３６】
本実施形態の特徴は、上記積層工程において、セラミックグリーンシート３，４の内側領域の下方に相当する位置に、空間Ａが設けられている状態で、マザーのセラミックグリーンシート３，４の熱圧着による積層が行われることにある。そして、このような空間Ａが形成されているため、セラミックグリーンシート３，４は、支持部材１０が設けられていることにより外周部分が内側領域に比べて強く圧着されることになる。従って、各セラミックグリーンシート３，４では、外周部分が強く加圧されて積層が行われているため、熱圧着による熱が加えられたとしても、各セラミックグリーンシートの外周部分における熱圧着後の収縮が抑制される。すなわち、セラミックグリーンシート３，４の外周部分の収縮が抑制されるため、内部電極パターンの位置ずれが生じ難い。
【００３７】
よって、セラミックグリーンシートとして、樹脂バインダーの含有量が多い、熱収縮率の大きなセラミックグリーンシートを用いた場合であっても、内部電極パターン間の位置ずれを確実に抑制することができる。
【００３８】
なお、外周部への加圧力が大きすぎると、加圧力自体により外周部が伸びるおそれがある。後述の実施例から明らかなように、外周部への加圧力をＰ１、内側部分への加圧力をＰ２としたとき、１０Ｐ２＞Ｐ１＞Ｐ２となるように、加圧力を調整することが必要である。
【００３９】
図３は、本発明の第２の実施形態を説明するための断面図である。第２の実施形態では、図３に示す積層装置が用いられる。この積層装置２１では、積層ステージ２２は、上面９ａが平坦なテーブル９を有する。そして、テーブル９の上面９ａ上に、下面２３ａの内側領域が凹部とされているプレート２３が積層されている。プレート２３の下面２３ａは、上記のように内側領域が凹部とされており、外周部分が矩形枠状の凸部とされている。それによって、プレート２３の下面２３ａとテーブル９の上面９ａとの間に空間Ａが構成されている。プレート２３の上面には、平板状のプレート２４が積層されている。
【００４０】
積層装置２１では、空間Ａを形成するために、下面２３ａが上記のように構成されたプレート２３が用いられていることを除いては、第１の実施形態で用いた積層装置１と同様に構成されている。本実施形態においても、プレート２３の下面２３ａが上記のように構成されているため、第１の実施形態の場合と同様にマザーのセラミックグリーンシートを積層した際に、空間Ａの外側の領域においてマザーのセラミックグリーンシートの上記外周部分が強く加圧されて、積層が行われる。従って、第１の実施形態の場合と同様に、第２の実施形態においても、マザーのセラミックグリーンシートの外周部分の熱収縮が効果的に抑制される。
【００４１】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る積層セラミック電子部品の製造方法において用いられる積層装置を示す正面断面図である。積層装置３１では、積層ステージ３２は、上面３３ａが凹んだテーブル３３が用いられている。テーブル３３の上面３３ａは、内側領域で凹んでおり、凹んでいる部分の外側領域に接触するように、平板状のプレート３４が積層されている。そして、平板状のプレート３４上に、同じく平板状のプレート３５が積層されている。ここでは、プレート３４の下面３４ａと、テーブル３３の上面３３ａとの間に空間Ａが構成されている。すなわち、テーブル３３の上面３３ａを上記のような形状とすることにより、第１の実施形態の積層装置１と同様に、空間Ａが構成されている。
【００４２】
本実施形態においても、空間Ａの外側の領域においては、セラミックグリーンシート３，４が熱圧着・積層される際に、セラミックグリーンシートの外周部分が十分に加圧される。従って、セラミックグリーンシート３，４の外側の領域における熱収縮を効果的に抑制することができる。
【００４３】
第１〜第３の実施形態の製造方法で用いられる積層装置１，２１，３１から明らかなように、本発明においては、セラミックグリーンシートの内部電極パターンが形成されていない外周部分に、内側の領域に比べて大きな圧力を加えつつ、圧着を行うことを可能とする限り、前記空間Ａを構成する構造は適宜変形され得る。
【００４４】
次に、具体的な実験例に基づき、空間Ａを設けたことによる効果をより詳細に説明する。
（実験例１）
ＢａＴｉＯ3、希土類酸化物、Ｃｏ2Ｏ3、ＢａＣＯ3、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＭｎＣＯ3、及びＢａＯ−ＳｒＯ−ＬｉＯ−ＳｉＯ2を主成分とする酸化物ガラスを用意した。これらの原料を目的とする組成物から、ＢａＴｉＯ3及び酸化物ガラスを除いた組成となるように秤量し、原料組成物を得た。この原料組成物をボールミルで湿式混合し、乾燥した後、１０００℃で仮焼し、仮焼物を得た。
【００４５】
上記のように得た仮焼物を、再度ＰＳＺを用いたボールミルで十分に湿式混合・粉砕し、粉砕物を得た。このようにして得られた粉砕物の水分を乾燥させた後、目的となる組成となるようにＢａＴｉＯ3及び酸化物ガラスを添加し、非還元性誘電体磁器組成物を得た。
【００４６】
上記のようにして得られた非還元性誘電体磁器組成物に分散媒を添加し、ＰＳＺボールを用いたボールミルにより混合し、セラミックスラリーを得た。
上記のようにして得られたセラミックスラリーに、バインダー樹脂としてポリビニルブチラールと、可塑剤としてジオクチルフタレートを添加した後、ドクターブレード法によりシート成形し、セラミックグリーンシートを得た。
【００４７】
上記のようにして得られたセラミックグリーンシートの片面に導電ペーストを印刷し、内部電極パターンを形成した。このようにして内部電極パターンが形成されたマザーのセラミックグリーンシートを得た。なお、セラミックグリーンシートの厚みは２．５μｍとした。
【００４８】
次に、内部電極パターンが形成されたマザーのセラミックグリーンシートを、図１に示した積層装置１を用い、１枚ずつ熱圧着し、２５０枚積層し、マザーの積層体を得た。熱圧着に際しては、マザーのセラミックグリーンシート１枚毎に後述の圧力を１秒加え、６０℃の温度により熱圧着を行った。上記熱圧着に際しての圧力は、支持部材１０の厚みを５μｍ〜２０μｍの範囲で変化させ、すなわち上述した空間Ａの厚みを変化させ、セラミックグリーンシートに下記の表１に示す圧力分布が生じるように圧力を加えた。下記の表１における外周部圧力及び内部圧力とは、それぞれ、空間Ａの外側の外周部分における圧力と、空間Ａの上方においてセラミックグリーンシートに加わる圧力であり、圧力分布は、感圧紙により測定した。
【００４９】
また、下記の表１における試料番号１〜７では、外周部の圧力及び内部圧力が３Ｍｐａ〜１５ＭＰａの割合で種々異ならされている。このような圧力分布は、上述したように、支持部材１０の厚みの調整により実現されている。
【００５０】
なお、圧力分布は支持部材１０の厚みを以下のようにして調整した。
試料番号１については、支持部材１０を使用せずに、プレス部材で１０ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
【００５１】
試料番号２については、内側領域において、厚み１０μｍの矩形の支持部材を配置し、その周囲に厚み５μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、プレス部材８で１０ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
【００５２】
試料番号３については、外周部分において、厚み１０μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、その内側に厚み５μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、プレス部材８で１０ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
【００５３】
試料番号４については、支持部材１０を使用せずに、プレス部材で３ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
試料番号５については、支持部材１０を使用せずに、プレス部材で１５ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
【００５４】
試料番号６については、外周部分において、厚み１０μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、その内側に厚み５μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、プレス部材８で１５ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
【００５５】
試料番号７については、外周部分において、厚み２０μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、その内側に厚み１０μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、さらにその内側に厚み５μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、プレス部材８で１５ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
【００５６】
また、図３に示した積層装置２１を用いて、試料番号１〜７の場合と同様に、マザーのセラミックグリーンシートを同様に積層し、試料番号８のマザーの積層体を得た。この場合、圧力分布は下記の表１に示す通りであり、この圧力分布はプレート２３の下面の２３ａの凹部を最大深さ１０μｍの湾曲した形状にし、プレス部材８により１５ＭＰａの圧力で積層することにより行った結果である。
【００５７】
さらに、試料番号９のマザーの積層体を、図４に示した積層装置３１を用いて得た。この場合においても、試料番号１〜７の場合と同様に用意されたマザーのセラミックグリーンシートを用いた。積層装置３１のテーブル３３の上面３３ａを最大深さ１０μｍの湾曲した形状にし、プレス部材８により１５ＭＰａの圧力で積層を行った。
【００５８】
上記のようにして試料番号１〜９のマザーの積層体を得た後、該マザーの積層体を、金型内に配置し、厚み０．２ｍｍの弾性体を積層体の上部に設置し、セラミックグリーンシートが軟化する７０〜８０℃の高温状態で１００ＭＰａ／ｃｍ2の圧力を１分間厚み方向に印加し、マザーの積層体を加圧した。このようにして得られた加圧されたマザーの積層体を、２．０×１．２５×１．２５ｍｍの大きさとなるように切断し、個々の積層セラミックコンデンサ単位の積層体チップを得た。
【００５９】
得られた積層体チップについて、内部電極が高精度に形成されているか否かを評価した。すなわち、内部電極の先端と、積層体の内部電極が引き出されている端面と反対側の端面との間のギャップの寸法が、目標値＝１００μｍとされているか否かを評価した。このギャップ寸法が１００μｍ以下である積層体チップを不良品とし、８０００個の積層体チップ中の不良品の割合を不良チップ発生率として評価した。結果を下記の表１に示す。
【００６０】
また、下記の表１では、積層体チップにおける最小ギャップ寸法についても示した。
次に、積層体チップを空気中において３００℃で５時間保持し、脱バインダー工程を実施した。このようにして得られた脱バインダー後の積層体チップを、２００℃／時間の速度で１．０×１０-7ＭＰａ以下の酸素分圧の雰囲気中で昇温し、１３００℃の温度で、１．０×１０-11ＭＰａの酸素分圧中で所定の時間保持し、室温まで２００℃／時間の速度で、１．０×１０-7ＭＰａ以下の酸素分圧中で降温し、焼成を完了した。このようにして得られた焼結体において端面で層間剥離が生じているか否かを評価した。１万個の焼結体における上記層間剥離が生じている焼結体の数を求めた。結果を下記の表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１から明らかなように、試料番号６，８，９では、不良チップ発生率が０．０２７％以下と低く、かつ最終的に得られた焼結体において層間剥離の発生も皆無であった。これに対して、試料番号１〜５では、不良チップ発生率が０．４８％以上と高く、かつ試料番号２，４では、最終的に得られた焼結体における層間剥離もかなりの割合で発生していることがわかる。
【００６３】
従って、試料番号１〜５と試料番号６，８，９の比較から明らかなように、外周部分を内側の領域に比べて大きな圧力を加えつつ、マザーのセラミックグリーンシートを熱圧着し、積層することにより、内部電極の位置精度が高められ、かつ層間剥離が生じない、信頼性に優れた積層セラミックコンデンサを安定に得られることがわかる。
【００６４】
また、試料番号７では、内部圧力に比べて外周部分の圧力が１５ＭＰａと高すぎたためか、不良チップ発生率が５％となり、ギャップが形成されていない不良品も生じていた。また、層間剥離も生じていた。従って、内部圧力に比べて外周部の圧力が高すぎないことが必要であり、外周部圧力は、内部圧力の１５倍未満とすべきことがわかる。また、本願発明者の実験によれば、外周部圧力が内周部圧力の１０倍以下であれば、試料番号６，８，９と同様に良好な結果が得られることが確かめられている。
【００６５】
（実験例２）
内部電極積層数を５００枚に変更したこと、積層体チップの大きさを、３．２×２．５×２．５ｍｍにしたこと、マザーの積層体加圧時に厚み０．２μｍの弾性体を積層体の上下に設置したことを除いては、実験例１の試料番号１〜７のマザーの積層体を得た場合と同様にして、下記の表２に示す圧力分布を実現するようにして、下記の表２に示す試料番号１０〜１６の各マザーの積層体を得、実験例１と同様にして評価した。結果を下記の表２に示す。
【００６６】
【表２】
【００６７】
表２から明らかなように、試料番号１２，１５では、不良チップ発生率が０．０５８％以下と低く、かつ最終的に得られた焼結体において層間剥離の発生も皆無であった。これに対して、試料番号１０，１１，１３，１４では、不良チップ発生率が０．７８％以上と高く、かつ試料番号１１，１３では、最終的に得られた焼結体における層間剥離もかなりの割合で発生していることがわかる。
【００６８】
従って、試料番号１０，１１，１３，１４と試料番号１２，１５の比較から明らかなように、外周部分に内側の領域に比べて大きな圧力を加えつつ、マザーのセラミックグリーンシートを熱圧着し、積層することにより、内部電極の位置精度が高められ、かつ層間剥離が生じないことがわかる。
【００６９】
また、試料番号１６では、外周部圧力が内部圧力の１５倍と高すぎたためか、不良チップ発生率が９％と高く、焼結体における層間剥離もかなりの割合で認められた。
【００７０】
なお、上記実験例では、マザーのセラミックグリーンシートを１枚ずつ熱圧着したが、複数枚毎に熱圧着し、積層してもよく、その場合であっても、本発明に従って各セラミックグリーンシートの外周部が強く熱圧着されて積層されるため、外周部におけるセラミックグリーンシートの収縮を確実に抑制することができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法によれば、積層工程において、１枚または複数枚のセラミックグリーンシートの外周部分に加わる圧力をＰ１、外周部分の内側の内側領域に加わる圧力をＰ２としたときに、１０Ｐ２＞Ｐ１＞Ｐ２となるように、圧力を加えつつ熱圧着が行われるため、熱圧着に際して、セラミックグリーンシートの外周部分の収縮が確実に抑制される。よって、熱圧着・積層に際してのセラミックグリーンシートの収縮による内部電極パターンの位置ずれが生じ難い。また、マザーの積層体を得た後の加圧工程、切断工程及び焼成工程においても、熱や温度変化が与えられたとしても、上記セラミックグリーンシートの外周部分の収縮が効果的に抑制される。従って、内部電極の位置精度が飛躍的に高められる。
【００７２】
よって、本発明によれば、内部電極の積層数が増大し、内部電極間のセラミックス層の厚みが薄い小型の積層セラミック電子部品を得る場合であっても、内部電極の位置精度を効果的に高め得るため、小型であり、信頼性に優れた積層セラミック電子部品を安定に提供することが可能となる。
【００７３】
また、積層ステージとして、積層面が平坦であり、シート積層面の下方において、セラミックグリーンシートの内側領域の下方に相当する位置に空間が設けられている積層ステージが用いられているので、該空間の外側でセラミックグリーンシートが該空間の上方部分に比べて相対的に強く加圧されるため、本発明に従って、セラミックグリーンシートの外周部分の熱圧着・積層に際しての収縮を確実に抑制することができる。
【００７４】
積層体ステージが、上面が平坦なテーブルと、テーブルの上面に配置されており、下面にセラミックグリーンシートの外周部に相当する領域において下方に突出した凸部が形成されており、該凸部に囲まれた領域が凹部とされている積層治具とを備える場合には、上面が平坦な平板状のテーブル上に、上記積層治具を配置するだけで、上記空間Ａを容易に構成することができる。
【００７５】
また、積層治具が、平板状の第１の部材と、第１の部材の下面に形成されており、下方に突出した凸部を構成している第２の部材とを有する場合には、該第２の部材を上面が平坦なテーブル上に載置もしくは固定し、平板状の第１の部材をさらに載置もしくは固定するだけで、容易に空間Ａを形成することができる。
【００７６】
積層治具が、上面が平坦であり、かつ下面に凹部を有し、凹部の外側の領域が凸部を構成しているプレートである場合には、上面が平坦なテーブル上に、該積層治具を載置もしくは固定するだけで、容易に上記空間Ａを形成することができる。
【００７７】
積層ステージが、１枚または複数枚のセラミックグリーンシートの内側の領域に相当する領域が凹部とされている上面を有するテーブルと、テーブルの上面に積層されており、かつ平板状の部材からなる積層治具とを有する場合には、平板状の積層治具をテーブルの上面に積層するだけで、容易に上記空間Ａを構成することができる。
【００７８】
積層工程により得られた積層体を厚み方向に加圧する加圧工程と、加圧工程により得られた積層体を個々の積層セラミック電子部品単位の積層体チップに切断する工程と、得られた積層体チップを焼成する工程とをさらに備える場合には、これらの各工程において熱や温度変化が与えられたとしても、本発明に従ってセラミックグリーンシートの上記外周部の収縮を効果的に抑制することができる。従って、内部電極の位置精度に優れており、かつ得られた焼結体における層間剥離が生じ難い、信頼性に優れた積層セラミック電子部品の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態で用いられる積層装置を説明するための正面断面図。
【図２】本発明の一実施形態で得られるマザーの積層体を示す正面断面図。
【図３】本発明の他の実施形態で用いられる積層装置を説明するための正面断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態で用いられる積層装置を説明するための正面断面図。
【図５】従来の積層セラミック電子部品の積層方法を説明するための模式的正面図。
【符号の説明】
１…積層装置
２…積層ステージ
３，４…セラミックグリーンシート
６，７…内部電極パターン
８…プレス部材
８ａ…下面
９…テーブル
９ａ…上面
１０…支持部材
１１…プレート
１２…プレート
２１…積層装置
２２…積層ステージ
２３…プレート
２３ａ…下面
２４…プレート
３１…積層装置
３２…積層ステージ
３３…テーブル
３３ａ…上面
３４…プレート
３５…プレート
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば積層セラミックコンデンサなどの積層セラミック電子部品の製造方法に関し、より詳細には、内部電極パターンが形成された複数枚のマザーのセラミックグリーンシートを積層する工程を備えた積層セラミック電子部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層セラミックコンデンサなどの積層セラミック電子部品の製造方法に際しては、先ず、セラミック粉末と合成樹脂バインダーとを含む組成物をシート成形し、マザーのセラミックグリーンシートを得る。このマザーのセラミックグリーンシート上に内部電極ペーストを印刷し、内部電極パターンを形成する。内部電極パターンが形成されたマザーのセラミックグリーンシートを複数枚熱圧着しつつ積層し、マザーの積層体を得る。しかる後、マザーの積層体を厚み方向にプレスした後、個々の積層セラミックコンデンサ単位の積層体チップに切断する。なお、このとき、マザーの積層体の外周部分は、不要な部分として廃棄される。このようにして得られた積層体チップと焼成することにより、内部電極が形成されたセラミック焼結体が得られている。
【０００３】
ところで、近年、積層セラミック電子部品では、小型化の要求が強くなっており、それにともなって、内部電極積層数が増大してきている。そのため、多数枚のセラミックグリーンシートを積層しなければならなくなっている。
【０００４】
ところが、多数枚のセラミックグリーンシートを１枚ずつ熱圧着により積層すると、積層枚数が増加するにつれて、圧着時における内部圧力分布の偏りが大きくなる。そのため、圧力歪みにより、得られたセラミック焼結体においてクラックが発生したり、層間剥離が生じたりするおそれがあった。
【０００５】
そこで、下記の特許文献１には、このような問題を解決する積層方法が開示されている。
特許文献１に記載の積層方法では、図５に示すように、積層ステージ１０１上において、所定枚数のセラミックグリーンシート１０２が順次積み重ねられ、熱圧着される。次に、所定枚数のセラミックグリーンシート１０３が再度順次積み重ねられ、全体が熱圧着される。このような工程を繰り返すことにより、全体の積層枚数が増加した場合であっても、熱圧着時に応力歪みや積層ずれが生じ難いとされている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０８−１６２３６４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、積層セラミック電子部品では、小型化がより一層強く求められており、それにともなって、積層数の増大及び使用するセラミックグリーンシートの薄層化が進んでいる。すなわち、積層枚数が３００枚を超えたり、セラミックグリーンシートの厚みが３μｍ以下とされたりしてきている。
【０００８】
上記のような薄いセラミックグリーンシートでは、ピンホールが生じ易いという問題があった。ピンホールが生じると、得られた積層セラミック電子部品において短絡不良が生じたり、信頼性が低下したりすることとなる。
【０００９】
そこで、ピンホールの発生を抑制するために、セラミック原料粉末を微粉化し、かつセラミックグリーンシートを得るための組成物中の樹脂バインダー量を増大させる方法が試みられている。
【００１０】
また、セラミックグリーンシートが薄くなると、当然のことながら、セラミックグリーンシートの強度が低下する。そのため、薄いセラミックグリーンシートの強度を高めるためにも、樹脂バインダーが多く添加されている。
【００１１】
ところが、セラミック原料粉末の微粉化及び樹脂バインダー含量の増大を図ると、セラミックグリーンシートの物理的特性に、樹脂バインダーの特性が大きく影響することになる。
【００１２】
他方、セラミックグリーンシートに添加されている樹脂バインダーは、ポリビニルブチラールなどにより構成されているが、このような樹脂バインダーの熱収縮率は、原料粉末に比べて遥かに大きい。そのため、樹脂バインダーが多く含まれたセラミックグリーンシートでは、温度変化による収縮が大きくなる。
【００１３】
ところで、積層セラミック電子部品の製造に際し、セラミックグリーンシートを高精度に積み重ねるには、加圧・熱圧着により、セラミックグリーンシートと内部電極パターンとの間の密着力、及びセラミックグリーンシートとセラミックグリーンシートとの間の密着力を高める必要がある。熱圧着を伴わない場合には、これらの密着力を十分な大きさとすることができず、高精度にセラミックグリーンシートを積層することができなくなる。セラミックグリーンシートを高精度に積層することができなくなると、電極パターン間の位置ずれが生じ、セラミックグリーンシートの歩留りが低下することとなる。
【００１４】
特許文献１に記載の積層方法では、積層枚数の増大に伴う積層内の圧力歪みの発生を抑制し、多数枚のセラミックグリーンシートを歩留りを発生させることなく積層することができるとされていた。しかしながら、上記のようにセラミックグリーンシートの薄層化に伴って、樹脂バインダー含有量が多くなると、セラミックグリーンシートの温度変化による収縮率が大きくならざるを得ない。そのため、熱圧着時に伸長していたセラミックグリーンシートが、熱圧着後に収縮する率も大きくなる。このとき、セラミックグリーンシートと内部電極、あるいはセラミックグリーンシート間の密着力が十分な箇所では、熱圧着後の収縮が抑制されるが、密着力が不十分な箇所については、この部分において大きく収縮することとなる。特に外周部分において、密着力が不十分な箇所が存在すると、この部分において大きく収縮する。この外周部分の収縮に伴って、収縮箇所に近い内側領域において内部電極パターンの積層ずれが生じるおそれがあった。
【００１５】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、セラミックグリーンシートを積層するに際し、熱圧着によるセラミックグリーンシートの収縮に伴う内部電極パターンの位置ずれが生じ難い工程を備えた積層セラミック電子部品の製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法は、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを用意する工程と、前記セラミックグリーンシートを１枚ずつまたは複数枚毎に積層ステージ上において熱圧着することにより積層していき、積層体を得る積層工程とを備え、前記熱圧着に際し、下面が平坦な加圧面とされているプレス部材と、前記１枚または複数枚のセラミックグリーンシートが積層されていくシート積層面を上面に有する積層ステージとが用いられ、前記積層ステージとして、上面のシート積層面が平坦であり、該シート積層面の下方において、前記セラミックグリーンシートの内側領域の下方に相当する位置に空間が設けられている積層ステージが用いられ、前記積層工程において、１枚または複数枚のセラミックグリーンシートの外周部分に、加わる圧力をＰ１、前記外周部分の内側の内側領域に加わる圧力をＰ２としたときに、１０Ｐ２＞Ｐ１＞Ｐ２となるようにして熱圧着が行われることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法の他の特定の局面では、前記積層ステージが、上面が平坦なテーブルと、前記テーブルの上面に配置されており、下面に前記セラミックグリーンシートの外周部分に相当する領域において下方に突出した凸部が形成されており、該凸部で囲まれた領域が凹部とされている積層治具とを備える。
【００１９】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法のさらに別の特定の局面では、前記積層治具が、平板状の第１の部材と、第１の部材の下面に形成されており、下方に突出した前記凸部を構成している第２の部材とを有する。
【００２０】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法のさらに他の特定の局面では、前記積層治具が、上面が平坦であり、かつ下面に前記凹部を有し、凹部の外側の領域が前記凸部を構成しているプレートである。
【００２１】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法のさらに別の特定の局面では、前記積層ステージが、前記１枚または複数枚のセラミックグリーンシートの前記内側領域に相当する領域が凹部とされている上面を有するテーブルと、前記テーブルの上面に積層されており、かつ平板状の部材からなる積層治具とを有する。
【００２２】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法のさらに他の特定の局面では、前記積層工程により得られた積層体を厚み方向に加圧する加圧工程と、前記加圧工程により加圧された積層体を切断し、個々の積層セラミック電子部品単位の積層体を得る工程と、個々の積層セラミック電子部品の単位の積層体を焼成し、焼結体を得る工程とがさらに備えられる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２４】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法では、先ず、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートが用意される。内部電極パターンは、目的とする積層セラミック電子部品の内部電極に応じた形状とされる。内部電極パターンは、セラミックグリーンシート上に導電ペーストを例えばスクリーン印刷することにより形成される。セラミックグリーンシートは、誘電体セラミック粉末または圧電体セラミック粉末などの適宜のセラミック粉末と、樹脂バインダーと溶剤とを含むセラミックスラリーもしくはセラミックペーストをシート成形することにより得られる。
【００２５】
次に、内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートが、１枚ずつまたは複数枚毎に積層ステージ上において熱圧着することにより積層され、マザーの積層体が得られる。
【００２６】
図１は、この積層工程を説明するための正面断面図である。図１に示す積層装置１では、積層ステージ２上において、複数枚のセラミックグリーンシートが積層される。図１では、マザーのセラミックグリーンシート３，４が積層された状態が示されている。マザーのセラミックグリーンシート３及び４上には、内部電極パターン６，７が形成されている。
【００２７】
他方、積層ステージの上方には、プレス部材８が配置されている。プレス部材８は、本実施形態では、平板状のプレス部材である。もっとも、プレス部材８は、下面８ａが平坦な加圧面とされている限り、平板状である必要は必ずしもない。
【００２８】
プレス部材８は、図示しない油圧シリンダーなどの駆動源により上下方向に移動可能とされている。また、プレス部材８は図示しないヒータにより加熱されている。
【００２９】
積層ステージ２は、テーブル９を有する。テーブル９の上面９ａは平坦面とされている。そして、テーブル９の上面９ａ上に、矩形枠状の支持部材１０が固定されている。もっとも、支持部材１０は、テーブル９の上面９ａに載置されているだけであってもよい。
【００３０】
支持部材１０は、金属により構成されているが、金属以外の他の剛性材料により構成されていてもよい。
上記支持部材１０は、本発明における凸部を構成するために設けられており、マザーのセラミックグリーンシート３，４の外周部分の下方に位置している。言い換えれば、矩形枠状の支持部材１０の内側の領域の上方にセラミックグリーンシートの内側の内側領域が位置するように、支持部材１０が配置されている。なお、外周部分とは、切断時に不要部分として廃棄される部分であり、内側領域は積層体チップになる部分である。
【００３１】
支持部材１０の上面には、平坦なプレート部材１１及び１２が積層されている。プレート部材１２の上面１２ａにおいて、セラミックグリーンシート３，４が積層されていく。すなわち、上面１２ａがシート積層面となる。
【００３２】
なお、上記テーブル９及びプレート部材１１，１２は、例えばステンレスなどの金属あるいは金属と同様の剛性の材料により構成される。
また、プレート部材１２は、搬送治具となる。
【００３３】
上記積層ステージ２では、プレート部材１１とテーブル９の上面９ａとの間に空間Ａが形成されている。すなわち、支持部材１０が矩形枠状の形状を有するため、支持部材１０の開口部分により空間Ａが構成されている。
【００３４】
本実施形態では、上記積層ステージ２上に、マザーのセラミックグリーンシート３，４が１枚ずつまたは複数枚毎に、積層され、プレス部材８を下降させ、熱圧着することにより積層が行われる。この工程を繰り返すことにより、多数の枚数のマザーのセラミックグリーンシートが積層され、図２に示すマザーの積層体１３が得られる。
【００３５】
そして、マザーの積層体１３は、焼成に先立ち、厚み方向にその全体が強く加圧される。しかる後、マザーの積層体１３が個々の積層セラミック電子部品単位の積層体チップに切断される。なお、この時点で、外周部分１３ａは廃棄される。該積層体チップを焼成することにより、内部電極が形成されたセラミック焼結体が得られる。しかる後、該セラミック焼結体の外表面に外部電極を形成することにより積層セラミック電子部品が得られる。あるいは、焼成に先立ち、個々の積層セラミック電子部品単位の積層体チップの外表面に外部電極を形成してもよく、または導電ペーストを付与し、焼成に際してセラミックスの焼結と外部電極の焼き付けとが果たされてもよい。
【００３６】
本実施形態の特徴は、上記積層工程において、セラミックグリーンシート３，４の内側領域の下方に相当する位置に、空間Ａが設けられている状態で、マザーのセラミックグリーンシート３，４の熱圧着による積層が行われることにある。そして、このような空間Ａが形成されているため、セラミックグリーンシート３，４は、支持部材１０が設けられていることにより外周部分が内側領域に比べて強く圧着されることになる。従って、各セラミックグリーンシート３，４では、外周部分が強く加圧されて積層が行われているため、熱圧着による熱が加えられたとしても、各セラミックグリーンシートの外周部分における熱圧着後の収縮が抑制される。すなわち、セラミックグリーンシート３，４の外周部分の収縮が抑制されるため、内部電極パターンの位置ずれが生じ難い。
【００３７】
よって、セラミックグリーンシートとして、樹脂バインダーの含有量が多い、熱収縮率の大きなセラミックグリーンシートを用いた場合であっても、内部電極パターン間の位置ずれを確実に抑制することができる。
【００３８】
なお、外周部への加圧力が大きすぎると、加圧力自体により外周部が伸びるおそれがある。後述の実施例から明らかなように、外周部への加圧力をＰ１、内側部分への加圧力をＰ２としたとき、１０Ｐ２＞Ｐ１＞Ｐ２となるように、加圧力を調整することが必要である。
【００３９】
図３は、本発明の第２の実施形態を説明するための断面図である。第２の実施形態では、図３に示す積層装置が用いられる。この積層装置２１では、積層ステージ２２は、上面９ａが平坦なテーブル９を有する。そして、テーブル９の上面９ａ上に、下面２３ａの内側領域が凹部とされているプレート２３が積層されている。プレート２３の下面２３ａは、上記のように内側領域が凹部とされており、外周部分が矩形枠状の凸部とされている。それによって、プレート２３の下面２３ａとテーブル９の上面９ａとの間に空間Ａが構成されている。プレート２３の上面には、平板状のプレート２４が積層されている。
【００４０】
積層装置２１では、空間Ａを形成するために、下面２３ａが上記のように構成されたプレート２３が用いられていることを除いては、第１の実施形態で用いた積層装置１と同様に構成されている。本実施形態においても、プレート２３の下面２３ａが上記のように構成されているため、第１の実施形態の場合と同様にマザーのセラミックグリーンシートを積層した際に、空間Ａの外側の領域においてマザーのセラミックグリーンシートの上記外周部分が強く加圧されて、積層が行われる。従って、第１の実施形態の場合と同様に、第２の実施形態においても、マザーのセラミックグリーンシートの外周部分の熱収縮が効果的に抑制される。
【００４１】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る積層セラミック電子部品の製造方法において用いられる積層装置を示す正面断面図である。積層装置３１では、積層ステージ３２は、上面３３ａが凹んだテーブル３３が用いられている。テーブル３３の上面３３ａは、内側領域で凹んでおり、凹んでいる部分の外側領域に接触するように、平板状のプレート３４が積層されている。そして、平板状のプレート３４上に、同じく平板状のプレート３５が積層されている。ここでは、プレート３４の下面３４ａと、テーブル３３の上面３３ａとの間に空間Ａが構成されている。すなわち、テーブル３３の上面３３ａを上記のような形状とすることにより、第１の実施形態の積層装置１と同様に、空間Ａが構成されている。
【００４２】
本実施形態においても、空間Ａの外側の領域においては、セラミックグリーンシート３，４が熱圧着・積層される際に、セラミックグリーンシートの外周部分が十分に加圧される。従って、セラミックグリーンシート３，４の外側の領域における熱収縮を効果的に抑制することができる。
【００４３】
第１〜第３の実施形態の製造方法で用いられる積層装置１，２１，３１から明らかなように、本発明においては、セラミックグリーンシートの内部電極パターンが形成されていない外周部分に、内側の領域に比べて大きな圧力を加えつつ、圧着を行うことを可能とする限り、前記空間Ａを構成する構造は適宜変形され得る。
【００４４】
次に、具体的な実験例に基づき、空間Ａを設けたことによる効果をより詳細に説明する。
（実験例１）
ＢａＴｉＯ3、希土類酸化物、Ｃｏ2Ｏ3、ＢａＣＯ3、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＭｎＣＯ3、及びＢａＯ−ＳｒＯ−ＬｉＯ−ＳｉＯ2を主成分とする酸化物ガラスを用意した。これらの原料を目的とする組成物から、ＢａＴｉＯ3及び酸化物ガラスを除いた組成となるように秤量し、原料組成物を得た。この原料組成物をボールミルで湿式混合し、乾燥した後、１０００℃で仮焼し、仮焼物を得た。
【００４５】
上記のように得た仮焼物を、再度ＰＳＺを用いたボールミルで十分に湿式混合・粉砕し、粉砕物を得た。このようにして得られた粉砕物の水分を乾燥させた後、目的となる組成となるようにＢａＴｉＯ3及び酸化物ガラスを添加し、非還元性誘電体磁器組成物を得た。
【００４６】
上記のようにして得られた非還元性誘電体磁器組成物に分散媒を添加し、ＰＳＺボールを用いたボールミルにより混合し、セラミックスラリーを得た。
上記のようにして得られたセラミックスラリーに、バインダー樹脂としてポリビニルブチラールと、可塑剤としてジオクチルフタレートを添加した後、ドクターブレード法によりシート成形し、セラミックグリーンシートを得た。
【００４７】
上記のようにして得られたセラミックグリーンシートの片面に導電ペーストを印刷し、内部電極パターンを形成した。このようにして内部電極パターンが形成されたマザーのセラミックグリーンシートを得た。なお、セラミックグリーンシートの厚みは２．５μｍとした。
【００４８】
次に、内部電極パターンが形成されたマザーのセラミックグリーンシートを、図１に示した積層装置１を用い、１枚ずつ熱圧着し、２５０枚積層し、マザーの積層体を得た。熱圧着に際しては、マザーのセラミックグリーンシート１枚毎に後述の圧力を１秒加え、６０℃の温度により熱圧着を行った。上記熱圧着に際しての圧力は、支持部材１０の厚みを５μｍ〜２０μｍの範囲で変化させ、すなわち上述した空間Ａの厚みを変化させ、セラミックグリーンシートに下記の表１に示す圧力分布が生じるように圧力を加えた。下記の表１における外周部圧力及び内部圧力とは、それぞれ、空間Ａの外側の外周部分における圧力と、空間Ａの上方においてセラミックグリーンシートに加わる圧力であり、圧力分布は、感圧紙により測定した。
【００４９】
また、下記の表１における試料番号１〜７では、外周部の圧力及び内部圧力が３Ｍｐａ〜１５ＭＰａの割合で種々異ならされている。このような圧力分布は、上述したように、支持部材１０の厚みの調整により実現されている。
【００５０】
なお、圧力分布は支持部材１０の厚みを以下のようにして調整した。
試料番号１については、支持部材１０を使用せずに、プレス部材で１０ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
【００５１】
試料番号２については、内側領域において、厚み１０μｍの矩形の支持部材を配置し、その周囲に厚み５μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、プレス部材８で１０ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
【００５２】
試料番号３については、外周部分において、厚み１０μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、その内側に厚み５μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、プレス部材８で１０ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
【００５３】
試料番号４については、支持部材１０を使用せずに、プレス部材で３ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
試料番号５については、支持部材１０を使用せずに、プレス部材で１５ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
【００５４】
試料番号６については、外周部分において、厚み１０μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、その内側に厚み５μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、プレス部材８で１５ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
【００５５】
試料番号７については、外周部分において、厚み２０μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、その内側に厚み１０μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、さらにその内側に厚み５μｍの矩形枠状の支持部材を配置し、プレス部材８で１５ＭＰａの圧力をかけて積層を行った。
【００５６】
また、図３に示した積層装置２１を用いて、試料番号１〜７の場合と同様に、マザーのセラミックグリーンシートを同様に積層し、試料番号８のマザーの積層体を得た。この場合、圧力分布は下記の表１に示す通りであり、この圧力分布はプレート２３の下面の２３ａの凹部を最大深さ１０μｍの湾曲した形状にし、プレス部材８により１５ＭＰａの圧力で積層することにより行った結果である。
【００５７】
さらに、試料番号９のマザーの積層体を、図４に示した積層装置３１を用いて得た。この場合においても、試料番号１〜７の場合と同様に用意されたマザーのセラミックグリーンシートを用いた。積層装置３１のテーブル３３の上面３３ａを最大深さ１０μｍの湾曲した形状にし、プレス部材８により１５ＭＰａの圧力で積層を行った。
【００５８】
上記のようにして試料番号１〜９のマザーの積層体を得た後、該マザーの積層体を、金型内に配置し、厚み０．２ｍｍの弾性体を積層体の上部に設置し、セラミックグリーンシートが軟化する７０〜８０℃の高温状態で１００ＭＰａ／ｃｍ2の圧力を１分間厚み方向に印加し、マザーの積層体を加圧した。このようにして得られた加圧されたマザーの積層体を、２．０×１．２５×１．２５ｍｍの大きさとなるように切断し、個々の積層セラミックコンデンサ単位の積層体チップを得た。
【００５９】
得られた積層体チップについて、内部電極が高精度に形成されているか否かを評価した。すなわち、内部電極の先端と、積層体の内部電極が引き出されている端面と反対側の端面との間のギャップの寸法が、目標値＝１００μｍとされているか否かを評価した。このギャップ寸法が１００μｍ以下である積層体チップを不良品とし、８０００個の積層体チップ中の不良品の割合を不良チップ発生率として評価した。結果を下記の表１に示す。
【００６０】
また、下記の表１では、積層体チップにおける最小ギャップ寸法についても示した。
次に、積層体チップを空気中において３００℃で５時間保持し、脱バインダー工程を実施した。このようにして得られた脱バインダー後の積層体チップを、２００℃／時間の速度で１．０×１０-7ＭＰａ以下の酸素分圧の雰囲気中で昇温し、１３００℃の温度で、１．０×１０-11ＭＰａの酸素分圧中で所定の時間保持し、室温まで２００℃／時間の速度で、１．０×１０-7ＭＰａ以下の酸素分圧中で降温し、焼成を完了した。このようにして得られた焼結体において端面で層間剥離が生じているか否かを評価した。１万個の焼結体における上記層間剥離が生じている焼結体の数を求めた。結果を下記の表１に示す。
【００６１】
【表１】
表１から明らかなように、試料番号６，８，９では、不良チップ発生率が０．０２７％以下と低く、かつ最終的に得られた焼結体において層間剥離の発生も皆無であった。これに対して、試料番号１〜５では、不良チップ発生率が０．４８％以上と高く、かつ試料番号２，４では、最終的に得られた焼結体における層間剥離もかなりの割合で発生していることがわかる。
【００６３】
従って、試料番号１〜５と試料番号６，８，９の比較から明らかなように、外周部分を内側の領域に比べて大きな圧力を加えつつ、マザーのセラミックグリーンシートを熱圧着し、積層することにより、内部電極の位置精度が高められ、かつ層間剥離が生じない、信頼性に優れた積層セラミックコンデンサを安定に得られることがわかる。
【００６４】
また、試料番号７では、内部圧力に比べて外周部分の圧力が１５ＭＰａと高すぎたためか、不良チップ発生率が５％となり、ギャップが形成されていない不良品も生じていた。また、層間剥離も生じていた。従って、内部圧力に比べて外周部の圧力が高すぎないことが必要であり、外周部圧力は、内部圧力の１５倍未満とすべきことがわかる。また、本願発明者の実験によれば、外周部圧力が内周部圧力の１０倍以下であれば、試料番号６，８，９と同様に良好な結果が得られることが確かめられている。
【００６５】
（実験例２）
内部電極積層数を５００枚に変更したこと、積層体チップの大きさを、３．２×２．５×２．５ｍｍにしたこと、マザーの積層体加圧時に厚み０．２μｍの弾性体を積層体の上下に設置したことを除いては、実験例１の試料番号１〜７のマザーの積層体を得た場合と同様にして、下記の表２に示す圧力分布を実現するようにして、下記の表２に示す試料番号１０〜１６の各マザーの積層体を得、実験例１と同様にして評価した。結果を下記の表２に示す。
【００６６】
【表２】
表２から明らかなように、試料番号１２，１５では、不良チップ発生率が０．０５８％以下と低く、かつ最終的に得られた焼結体において層間剥離の発生も皆無であった。これに対して、試料番号１０，１１，１３，１４では、不良チップ発生率が０．７８％以上と高く、かつ試料番号１１，１３では、最終的に得られた焼結体における層間剥離もかなりの割合で発生していることがわかる。
【００６８】
従って、試料番号１０，１１，１３，１４と試料番号１２，１５の比較から明らかなように、外周部分に内側の領域に比べて大きな圧力を加えつつ、マザーのセラミックグリーンシートを熱圧着し、積層することにより、内部電極の位置精度が高められ、かつ層間剥離が生じないことがわかる。
【００６９】
また、試料番号１６では、外周部圧力が内部圧力の１５倍と高すぎたためか、不良チップ発生率が９％と高く、焼結体における層間剥離もかなりの割合で認められた。
【００７０】
なお、上記実験例では、マザーのセラミックグリーンシートを１枚ずつ熱圧着したが、複数枚毎に熱圧着し、積層してもよく、その場合であっても、本発明に従って各セラミックグリーンシートの外周部が強く熱圧着されて積層されるため、外周部におけるセラミックグリーンシートの収縮を確実に抑制することができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法によれば、積層工程において、１枚または複数枚のセラミックグリーンシートの外周部分に加わる圧力をＰ１、外周部分の内側の内側領域に加わる圧力をＰ２としたときに、１０Ｐ２＞Ｐ１＞Ｐ２となるように、圧力を加えつつ熱圧着が行われるため、熱圧着に際して、セラミックグリーンシートの外周部分の収縮が確実に抑制される。よって、熱圧着・積層に際してのセラミックグリーンシートの収縮による内部電極パターンの位置ずれが生じ難い。また、マザーの積層体を得た後の加圧工程、切断工程及び焼成工程においても、熱や温度変化が与えられたとしても、上記セラミックグリーンシートの外周部分の収縮が効果的に抑制される。従って、内部電極の位置精度が飛躍的に高められる。
【００７２】
よって、本発明によれば、内部電極の積層数が増大し、内部電極間のセラミックス層の厚みが薄い小型の積層セラミック電子部品を得る場合であっても、内部電極の位置精度を効果的に高め得るため、小型であり、信頼性に優れた積層セラミック電子部品を安定に提供することが可能となる。
【００７３】
また、積層ステージとして、積層面が平坦であり、シート積層面の下方において、セラミックグリーンシートの内側領域の下方に相当する位置に空間が設けられている積層ステージが用いられているので、該空間の外側でセラミックグリーンシートが該空間の上方部分に比べて相対的に強く加圧されるため、本発明に従って、セラミックグリーンシートの外周部分の熱圧着・積層に際しての収縮を確実に抑制することができる。
【００７４】
積層体ステージが、上面が平坦なテーブルと、テーブルの上面に配置されており、下面にセラミックグリーンシートの外周部に相当する領域において下方に突出した凸部が形成されており、該凸部に囲まれた領域が凹部とされている積層治具とを備える場合には、上面が平坦な平板状のテーブル上に、上記積層治具を配置するだけで、上記空間Ａを容易に構成することができる。
【００７５】
また、積層治具が、平板状の第１の部材と、第１の部材の下面に形成されており、下方に突出した凸部を構成している第２の部材とを有する場合には、該第２の部材を上面が平坦なテーブル上に載置もしくは固定し、平板状の第１の部材をさらに載置もしくは固定するだけで、容易に空間Ａを形成することができる。
【００７６】
積層治具が、上面が平坦であり、かつ下面に凹部を有し、凹部の外側の領域が凸部を構成しているプレートである場合には、上面が平坦なテーブル上に、該積層治具を載置もしくは固定するだけで、容易に上記空間Ａを形成することができる。
【００７７】
積層ステージが、１枚または複数枚のセラミックグリーンシートの内側の領域に相当する領域が凹部とされている上面を有するテーブルと、テーブルの上面に積層されており、かつ平板状の部材からなる積層治具とを有する場合には、平板状の積層治具をテーブルの上面に積層するだけで、容易に上記空間Ａを構成することができる。
【００７８】
積層工程により得られた積層体を厚み方向に加圧する加圧工程と、加圧工程により得られた積層体を個々の積層セラミック電子部品単位の積層体チップに切断する工程と、得られた積層体チップを焼成する工程とをさらに備える場合には、これらの各工程において熱や温度変化が与えられたとしても、本発明に従ってセラミックグリーンシートの上記外周部の収縮を効果的に抑制することができる。従って、内部電極の位置精度に優れており、かつ得られた焼結体における層間剥離が生じ難い、信頼性に優れた積層セラミック電子部品の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態で用いられる積層装置を説明するための正面断面図。
【図２】本発明の一実施形態で得られるマザーの積層体を示す正面断面図。
【図３】本発明の他の実施形態で用いられる積層装置を説明するための正面断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態で用いられる積層装置を説明するための正面断面図。
【図５】従来の積層セラミック電子部品の積層方法を説明するための模式的正面図。
【符号の説明】
１…積層装置
２…積層ステージ
３，４…セラミックグリーンシート
６，７…内部電極パターン
８…プレス部材
８ａ…下面
９…テーブル
９ａ…上面
１０…支持部材
１１…プレート
１２…プレート
２１…積層装置
２２…積層ステージ
２３…プレート
２３ａ…下面
２４…プレート
３１…積層装置
３２…積層ステージ
３３…テーブル
３３ａ…上面
３４…プレート
３５…プレート
Claims (6)
- 内部電極パターンが形成されたセラミックグリーンシートを用意する工程と、
前記セラミックグリーンシートを１枚ずつまたは複数枚毎に積層ステージ上において熱圧着することにより積層していき、積層体を得る積層工程とを備え、前記熱圧着に際し、下面が平坦な加圧面とされているプレス部材と、前記１枚または複数枚のセラミックグリーンシートが積層されていくシート積層面を上面に有する積層ステージとが用いられ、
前記積層ステージとして、上面のシート積層面が平坦であり、該シート積層面の下方において、前記セラミックグリーンシートの内側領域の下方に相当する位置に空間が設けられている積層ステージが用いられ、
前記積層工程において、１枚または複数枚のセラミックグリーンシートの外周部分に加わる圧力をＰ１、前記外周部分の内側の内側領域に加わる圧力をＰ２としたときに、１０Ｐ２＞Ｐ１＞Ｐ２となるようにして前記熱圧着が行われることを特徴とする、積層セラミック電子部品の製造方法。 - 前記積層ステージが、上面が平坦なテーブルと、前記テーブルの上面に配置されており、下面に前記セラミックグリーンシートの外周部分に相当する領域において下方に突出した凸部が形成されており、該凸部で囲まれた領域が凹部とされている積層治具とを備える、請求項１に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記積層治具が、平板状の第１の部材と、第１の部材の下面に形成されており、下方に突出した前記凸部を構成している第２の部材とを有する、請求項２に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記積層治具が、上面が平坦であり、かつ下面に前記凹部を有し、凹部の外側の領域が前記凸部を構成しているプレートである、請求項２に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記積層ステージが、前記１枚または複数枚のセラミックグリーンシートの前記内側領域に相当する領域が凹部とされている上面を有するテーブルと、前記テーブルの上面に積層されており、かつ平板状の部材からなる積層治具とを有する、請求項２に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
- 前記積層工程により得られた積層体を厚み方向に加圧する加圧工程と、
前記加圧工程により加圧された積層体を切断し、個々の積層セラミック電子部品単位の積層体を得る工程と、個々の積層セラミック電子部品単位の積層体を焼成し、焼結体を得る工程とをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
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