JP4289100B2 - 積層セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、積層セラミック電子部品の製造方法に関し、特にたとえば、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する。

たと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を製造するために、内部電極となる導体パターン１が形成されたセラミックグリーンシート２が準備される。このようなセラミックグリーンシート２が複数枚積層され、それを両側から挟むようにして導体パターン１が形成されていないセラミックグリーンシート２が積層される。このようにして得られた積層体３が、図９に示すように、下金型４ａ、横枠４ｂ、上金型４ｃからなる保持体アセンブリ４内に保持される。そして、図９に矢印で示すように、上金型４ｃに圧力が加えられて、積層体３が圧着される。このとき、図１０および図１１に示すように、導体パターン１の周囲において、セラミックグリーンシート２が変形し、隣接するセラミックグリーンシート２同士が接着される。圧着された積層体３は、所定の大きさに切断され、焼成されることにより電子部品素体が形成される。この電子部品素体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形成される。

また、積層体３を加圧するために、図１２に示すように、積層体３の周縁部の導体パターン１が形成されていない部分において、横枠４ｂと上金型４ｃとの間に外周部５を配置し、静水圧などによって加圧する方法が示されている。このような加圧方法を採用することにより、導体パターン１のある中央部分とない周縁部分とを別々に加圧することができ、これらの部分の厚みの差に関係なく、積層体３の全面をほぼ同じ圧力で加圧することができる。そのため、積層体３の加圧によるセラミックグリーンシート２の流動を抑えることができ、導体パターン１がずれることを防止することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−１１２０８８号公報

しかしながら、積層体の一方主面側からのみ加圧した場合、セラックグリーンシートの変形は、加圧された主面側から起こるため、積層体の他方主面側においては、セラミックグリーンシート間の接着性が十分でない場合がある。そのため、積層体の他方主面側において、層間剥離が生じる場合がある。
また、静水圧などによって積層体の両主面側から同時加圧することも考えられるが、この場合、積層体中央部における応力が大きくなり、この部分でのセラミックグリーンシートの歪みが大きくなって、焼成後のクラック発生の原因となる。

それゆえに、この発明の主たる目的は、セラミックグリーンシート間で層間剥離などが発生せず、焼成後におけるクラックの発生を抑えることができ、信頼性の高い積層セラミック電子部品を得ることができる、積層セラミック電子部品の製造方法を提供することである。

この発明は、導体パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層して単一の積層体を得る工程と、単一の積層体を一方主面側から加圧する工程と、単一の積層体を一方主面側から加圧した後に他方主面側から加圧する工程とを含む、積層セラミック電子部品の製造方法である。
このような積層セラミック電子部品の製造方法において、単一の積層体を他方主面側から加圧する工程は、単一の積層体を一方主面側から加圧する工程ののち積層体を反転させ、単一の積層体を一方主面側から加圧する工程と同じ向きに加圧することにより行うことができる。

複数のセラミックグリーンシートを積層した積層体を圧着する際に、単一の積層体の一方主面側から加圧し、その後に他方主面側から加圧することにより、セラミックグリーンシートを全体的に接着させることができる。このとき、積層体の片方面側から加圧することにより、積層体の中央部における応力が小さく、焼成後においてもクラックが発生しにくくなる。

この発明によれば、セラミックグリーンシートに層間剥離などが発生しにくく、焼成後の電子部品素体にクラックが発生しにくいため、信頼性の高い積層セラミック電子部品を得ることができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。

図１はこの発明の製造方法が適用される積層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示す図解図であり、図２はその平面図である。積層セラミックコンデンサ１０は、電子部品素体１２を含む。電子部品素体１２は、複数の誘電体セラミック層１４と内部電極層１６とが交互に積層された構成を有する。隣接する内部電極層１６は、電子部品素体１２の対向端面に交互に引き出される。内部電極層１６が引き出された電子部品素体１２の端面には、外部電極１８が形成される。外部電極１８としては、たとえば電子部品素体１２の端面に導体ペーストを焼き付けたのち、半田くわれを防止するためのＮｉめっき被膜や、半田付け性を良好にするためのＳｎめっき被膜などを形成したものが用いられる。このように、２つの外部電極１８に隣接する内部電極層１６が交互に接続されることにより、これらの外部電極１８間に静電容量が形成される。

このような積層セラミックコンデンサ１０を製造するために、図３に示すように、誘電体材料で形成されたセラミックグリーンシート３０が準備される。このセラミックグリーンシート３０上に、図４に示すように、たとえばＮｉ導体パターン３２が形成される。そして、図５に示すように、導体パターン３２が形成された複数の誘セラミックグリーンシート３０を積層し、それを挟むようにして、導体パターンが形成されていないセラミックグリーンシート３４が積層され、積層体３６が形成される。なお、セラミックグリーンシート３０、セラミックグリーンシート３４の積層時には、積層体３６を一体のものとして取り扱える程度の圧力で仮圧着している。

得られた積層体３６を保持するために、保持体アセンブリ４０が準備される。保持体アセンブリ４０は、図６に示すように、積層体３６の周囲を囲む保持体横枠４２と、積層体の両主面上に配置される上保持体４４および下保持体４６とを含む。そして、組み合わされた保持体横枠４２と下保持体４６との内側に積層体３６が収納され、積層体３６の上面にラバーからなる柔軟材が配置される。この柔軟材上に、上保持体４４が配置される。ここで、上保持体４４は、保持体横枠４２の内側に嵌め込まれるように形成される。また、下保持体４６は、保持体横枠４２を載置できる大きさに形成される。なお、下保持体４６と保持体横枠４２とは、一体的に形成されていてもよい。

保持体アセンブリ４０内に単一の積層体３６が保持され、保持体アセンブリ４０が、上板４８および下板５０を含むプレス装置に装着される。このとき、プレス装置の下板５０は、たとえば７０℃程度に加熱される。このように、加熱された下板５０上に保持体アセンブリ４０を載置し、積層体３６が下板５０と等温度になるまで予熱される。これは、セラミックグリーンシートに含まれるバインダを軟化させて、セラミックグリーンシート間、またはセラミックグリーンシートと導体パターンとの間の接着性を高めるために行われる。そして、上板４８を圧下することによって、上保持体４４に圧力が加えられる。

十分に予熱された積層体３６が、上保持体４４側から加圧され、積層体３６が圧着される。積層体３６の圧着は、たとえば１ｋＮ／ｃｍ² 〜３ｋＮ／ｃｍ² の圧力で加圧することにより行われる。加圧された積層体３６は、保持体アセンブリ４０から取り出され、両主面が逆転するように反転して、再度保持体アセンブリ４０に保持される。そして、上保持体４４側から加圧することにより、積層体３６の他方主面側から圧力が加えられる。このように、積層体３６の一方主面側から加圧した後に、他方主面側から加圧することにより、積層体３６が全体的に圧着される。

圧着して加圧成形した後、積層体３６は、所定の大きさにカットされて、電子部品生素体が得られる。得られた電子部品生素体は、約２８０℃で５時間脱脂され、さらに還元雰囲気中において１２００℃で２時間焼成されて、電子部品素体１２が得られる。そして、電子部品素体１２の内部電極層１６が露出した端面に、外部電極１８が形成されて、積層セラミックコンデンサ１０が形成される。

このような積層セラミックコンデンサの製造方法では、積層体３６が一方主面側から加圧された後、他方主面側から加圧されることにより、全体的に圧着された積層体３６を得ることができる。そのため、積層体３６を焼成した電子部品素体１２には、層間剥離が発生しにくい。さらに、積層体３６が一方主面側から加圧された後、他方主面側から加圧されているため、両面から同時加圧した場合のように積層体３６の中央部に応力がかからず、電子部品素体１２にクラックが発生しにくい。したがって、このような製造方法で製造された電子部品素体１２を用いた積層セラミックコンデンサ１０は、信頼性の高いものとなる。

なお、積層体３６を加圧する方法としては、積層体３６の一方主面側から加圧した後に積層体３６を反転させて、さらに積層体３６の他方主面側から加圧するという方法に限定されない。たとえば、図７に示すように、上保持体４４および下保持体４６の両方が保持体横枠４２に嵌め込まれるような保持体アセンブリ４０を用いることができる。そして、図７に矢印１として示すように、単一の積層体３６の一方主面側からのみ加圧し、加圧を停止した後に、図７に矢印２として示すように、積層体３６の他方主面側からのみ加圧することにより、積層体３６を圧着することができる。このように、積層体３６を反転しない場合においても、積層体３６を１つの方向から加圧することにより、積層体３６の中央部にかかる応力を小さくすることができ、電子部品素体１２にクラックが発生することを抑えることができる。

上述のように、積層体を一方主面側から加圧した後、積層体を反転させて、さらに積層体の他方主面側から加圧する方法で積層体を圧着した。そのために、厚み１０μｍのセラミックグリーンシートを準備した。このセラミックグリーンシート上に、厚み２μｍの導体パターンを形成した。導体パターンを形成したセラミックグリーンシートを１００枚積層し、それを挟むようにして、導体パターンが形成されていないセラミックグリーンシートを両側に２０枚ずつ積層した。

このようにして得られた積層体を保持体アセンブリ内に収納し、プレス装置の下板の温度を７０℃に加熱して、積層体を予熱した。そして、上保持体側から２ｋＮ／ｃｍ² の圧力で５分間プレスし、積層体を反転させて、再度上保持体側から２ｋＮ／ｃｍ² の圧力で５分間プレスした。さらに、プレスされた積層体を所定の大きさにカットし、電子部品生素体を形成した。この電子部品生素体を２８０℃で５時間脱脂し、還元雰囲気中において１２００℃で２時間焼成して、電子部品素体を形成した。得られた電子部品素体について、光学顕微鏡で層間の剥がれの有無とクラックの有無を評価した。ここで、評価個数は、１０００個である。

比較例として、積層体の一方主面側からのみ１０分間プレスした場合、および積層体の両主面側から同時に１０分間プレスした場合について、得られた電子部品素体の層間剥離の有無およびクラックの有無を評価した。そして、その結果を図８に示した。

図８からわかるように、積層体の一方主面側からのみ加圧した場合、一方主面側においては、セラミックグリーンシートが変形して隣接するセラミックグリーンシートと接着した。しかしながら、積層体の他方主面側においては、セラミックグリーンシートの変形が十分ではなく、積層体の他方主面近傍において、層間剥離が生じた。このような層間剥離は、主として導体パターンが形成されたセラミックグリーンシートと導体パターンが形成されていないセラミックグリーンシートとの間で生じ、層間剥離の発生率は、５％であった。

また、積層体の両主面側から同時に加圧した場合、層間の接着はある程度向上するが、完全に剥離をなくすことはできなかった。さらに、両主面側から加圧した積層体を用いた場合、電子部品素体の表面にクラックが発生した。これは、積層体の両主面側から同時に加圧されるため、積層体中央部での発生応力が大きくなり、この部分でのセラミックグリーンシート間の歪みが大きくなったためであると考えられる。

それに対して、この発明の方法で加圧した積層体を用いた場合、層間剥離のない電子部品素体を得ることができた。また、積層体の両主面側から同時に加圧した場合のように、電子部品素体にクラックは発生しなかった。このことから、この発明の加圧方式が、積層体の一方主面側からのみの加圧方式や両主面側からの同時加圧方式に比べて、最も剥離が生じやすい導体パターンのあるセラミックグリーンシートと導体パターンのないセラミックグリーンシートとの間の密着に関与した力が大きいことがわかる。このように、この発明の方法を適用することにより、層間剥離やクラックの発生のない電子部品素体を得ることができ、信頼性の高い積層セラミックコンデンサを得ることができる。

この発明の製造方法は、積層セラミックコンデンサのみならず、積層インダクタなどのようにセラミック積層構造を有する全ての積層セラミック電子部品に適用することができる。

この発明の製造方法が適用される積層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示す図解図である。 図１に示す積層セラミックコンデンサの平面図である。 図１に示す積層セラミックコンデンサを製造するために用いられるセラミックグリーンシートを示す斜視図である。 図３に示すセラミックグリーンシートに導体パターンを形成した状態を示す斜視図である。 セラミックグリーンシートを積層して得られる積層体を示す分解斜視図である。 図５に示す積層体を保持体アセンブリに収納した状態を示す図解図である。 この発明の他の方法で積層体の圧着を行っている様子を示す図解図である。 実施例において実験した結果を示すグラフである。 従来の方法で積層体の圧着を行っている様子を示す図解図である。 積層体内のセラミックグリーンシートと導体パターンとの関係を示す図解図である。 積層体を加圧したときのセラミックグリーンシートと導体パターンとの関係を示す図解図である。 従来の他の方法で積層体の圧着を行っている様子を示す図解図である。

符号の説明

１０ 積層セラミックコンデンサ
１２ 電子部品素体
１４ 誘電体セラミック層
１６ 内部電極層
１８ 外部電極
３０ セラミックグリーンシート
３２ 導体パターン
３４ セラミッグリーンシート
３６ 積層体
４０ 保持体アセンブリ
４２ 保持体横枠
４４ 上保持体
４６ 下保持体

Claims (2)

1. 導体パターンが形成されたセラミックグリーンシートを積層して単一の積層体を得る工程、
   前記単一の積層体を一方主面側から加圧する工程、および
   前記単一の積層体を一方主面側から加圧した後に他方主面側から加圧する工程を含む、積層セラミック電子部品の製造方法。
2. 前記単一の積層体を他方主面側から加圧する工程は、前記単一の積層体を一方主面側から加圧する工程ののち前記積層体を反転させ、前記単一の積層体を一方主面側から加圧する工程と同じ向きに加圧することにより行われる、請求項１に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。

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