JP4412074B2 - セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、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ようなセラミック素体の両端面に外部電極が形成されたセラミック電子部品を得るための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は、互いに対向するように積層される複数の内部電極を有するセラミック素体を含む。セラミック素体の両端面には、隣接する内部電極が交互に引き出される。そして、内部電極が引き出されたセラミック素体の両端面に、外部電極が形成されている。それにより、２つの外部電極には隣接する内部電極が交互に接続され、これらの外部電極間に静電容量が形成される。

積層セラミックコンデンサを作製するために、図６に示すように、内部電極を有するセラミック素体１が準備される。セラミック素体１は、導電性ペーストで内部電極パターンを形成したセラミックグリーンシートを積層し、焼成することにより形成される。このセラミック素体１の両端面に外部電極を形成するために、基台２上に導電性ペースト３が広げられる。この導電性ペースト３にセラミック素体１の一方の端面を浸漬することにより、セラミック素体１の一方の端面に導電性ペースト３が塗布される。さらに、図７に示すように、セラミック素体１の他方の端面を導電性ペースト３に浸漬することにより、セラミック素体１の他方の端面に導電性ペースト３が塗布される。そして、これらの導電性ペースト３を焼成することにより、外部電極が形成される。さらに、焼成して得られた外部電極に、必要に応じてＮｉめっき被膜やＳｎめっき被膜などが形成される。このような積層セラミックコンデンサの製造工程において、治具を用いて多数のセラミック素体１を保持することにより、多数のセラミック素体１に同時に導電性ペースト３を塗布することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１３６０１０号公報

セラミック素体の一方の端面を導電性ペーストに浸漬したのち、セラミック素体の他方の端面を導電性ペーストに浸漬するために、セラミック素体を逆転させる必要がある。しかしながら、セラミック素体を逆転させるときに、導電性ペーストの変形を防止するため、セラミック素体の一方の端面に塗布された導電性ペーストを乾燥させ、流動性を小さくする必要がある。さらに、セラミック素体の他方の端部に導電性ペーストを塗布したのち、導電性ペーストの焼付け工程に運ぶときに導電性ペーストが変形することを防ぐため、再度導電性ペーストの乾燥を行う必要がある。

このように、セラミック素体に導電性ペーストを塗布してから焼付け工程に至るまでの間に、２回の乾燥工程があるが、これらの乾燥工程において、セラミック素体の一方の端面に塗布された導電性ペーストは２回の乾燥工程を経ているのに対して、セラミック素体の他方の端面に塗布された導電性ペーストは１回の乾燥工程しか経ていない。そのため、セラミック素体の両端面の導電性ペーストの乾燥状態（溶剤含有率）に差が生じる。このように、セラミック素体の両端面に塗布された導電性ペーストの乾燥状態が異なると、たとえば最初に塗布した導電性ペーストを基準として焼結条件を設定すると、後で塗布した導電性ペーストが焼結不足となる。逆に、後で塗布した導電性ペーストを基準として焼結条件を設定すると、最初に塗布した導電性ペーストが焼結しすぎとなり、外部電極内にポアが発生する。

このような状態において、焼結電極上にめっき被膜を形成する場合、めっき液が外部電極内に浸入して残留し、セラミック電子部品を半田付けの際に残留しためっき液が膨張し、外部電極にクラック等の欠陥を生じさせる恐れがある。また、外部電極の緻密性が不十分であると、耐湿性に劣り、水分などが浸入する恐れがある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、セラミック素体の両端面に緻密な外部電極が形成されたセラミック電子部品を得ることができる、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、セラミック素体を準備する工程と、セラミック素体の一方の端面に導電性ペーストを塗布する工程と、セラミック素体を乾燥条件下に置いてセラミック素体の一方の端面に塗布された導電性ペーストを乾燥させる工程と、セラミック素体の他方の端面に導電性ペーストを塗布する工程と、セラミック素体を乾燥条件下においてセラミック素体の他方の端面に塗布された導電性ペーストを乾燥させる工程と、セラミック素体を再度乾燥条件下に置いてセラミック素体の一方の端面に塗布された導電性ペーストの乾燥状態と他方の端面に塗布された導電性ペーストの乾燥状態を近づける工程と、導電性ペーストを焼成する工程とを含む、セラミック電子部品の製造方法である。
また、この発明は、セラミック素体を準備する工程と、セラミック素体の一方の端面に導電性ペーストを塗布する工程と、セラミック素体を乾燥条件下に置いてセラミック素体の一方の端面に塗布された導電性ペーストを乾燥させる工程と、セラミック素体の他方の端面に導電性ペーストを塗布する工程と、セラミック素体を乾燥条件下に置いてセラミック素体の他方の端面に塗布された導電性ペーストを乾燥させる工程と、セラミック素体をセラミック素体の一方の端面に塗布された導電性ペーストを乾燥させる工程の乾燥条件よりも乾燥が促進する乾燥条件下に置いて、セラミック素体の一方の端面に塗布された導電性ペーストの乾燥状態と他方の端面に塗布された導電性ペーストの乾燥状態を近似させる工程と、導電性ペーストを焼成する工程とを含む、セラミック電子部品の製造方法である。
このようなセラミック電子部品の製造方法において、セラミック素体の一方の端面に塗布された導電性ペーストを乾燥させる工程の乾燥条件よりも乾燥が促進する乾燥条件は、セラミック素体の一方の端面に塗布された導電性ペーストを乾燥させる工程よりも乾燥温度を高める、または、乾燥時間を長くすることによるものとすることができる。

セラミック素体の一方の端面に導電性ペーストを塗布して乾燥させ、さらに他方の端面に導電性ペーストを塗布して乾燥させたのちに、再度セラミック素体を乾燥雰囲気中に置くことにより、セラミック素体の両端面に塗布された導電性ペーストの乾燥状態を近似させることができる。
また、セラミック素体の一方の端面に導電性ペーストを塗布したときの乾燥条件よりも乾燥が促進する条件下に、他方の端面に導電性ペーストを塗布したセラミック素体を置くことにより、セラミック素体の両端面に塗布された導電性ペーストの乾燥状態を近似させることができる。
このような乾燥条件でセラミック素体の両端面に塗布された導電性ペーストを乾燥させることにより、セラミック素体の両端面に塗布された導電性ペーストの乾燥状態を近似させることができる。そのため、導電性ペーストを焼成して外部電極を形成したとき、セラミック素体の両端面に、緻密な外部電極を形成することができる。
セラミック素体に先に導電性ペーストを塗布したときの乾燥条件に比べて、セラミック素体に後に導電性ペーストを塗布したときの乾燥条件を良好にするために、たとえば乾燥温度を高めてもよいし、乾燥時間を長くしてもよい。

この発明によれば、セラミック素体の両端面の導電性ペーストの乾燥状態を近づけることができるため、外部電極の緻密性の不均衡などによるセラミック電子部品の欠陥の発生を防止することができる。

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によって製造される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斜視図である。積層セラミックコンデンサ１０は、セラミック素体１２を含む。セラミック素体１２は、図２に示すように、複数の誘電体セラミック層１４と内部電極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１６は、交互にセラミック素体１２の対向する端面に引き出される。内部電極１６が引き出されたセラミック素体１２の端面には、それぞれ外部電極１８が形成される。これらの外部電極１８には、隣接する内部電極１６が交互に接続され、２つの外部電極１８間に静電容量が形成される。

セラミック素体１２を得るために、誘電体材料を主成分とするセラミックスラリーを用いてセラミックグリーンシートが形成される。このセラミックグリーンシート上に、導電性ペーストを用いて、複数の内部電極用パターンが印刷される。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複数枚積層され、さらにその上下に内部電極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が積層される。そして、積層体が所定の大きさに切断され、得られた積層体チップを焼成することにより、セラミック素体１２が形成される。

このようにして作製されたセラミック素体１２の一方の端面が、図３に示すように、台２０上に広げられた導電性ペースト２２に浸漬される。ここで、導電性ペースト２２としては、銅粉などの金属粉、ガラスフリット、樹脂、溶剤などで構成されるものが用いられる。このような導電性ペースト２２にセラミック素体１２を浸漬することにより、セラミック素体１２の一方の端面に、導電性ペースト２２が塗布される。なお、図３には、１つのセラミック素体１２が示されているが、実際に積層セラミックコンデンサ１０を製造する際には、治具などに多数のセラミック素体１２が保持され、これらのセラミック素体１２が同時に導電性ペースト２２に浸漬される。

導電性ペースト２２が塗布されたセラミック素体１２は、たとえばコンベア等の移動媒体を利用して乾燥炉内を移動する流動式乾燥炉に通され、導電性ペースト２２が乾燥させられる。そののち、図４に示すように、セラミック素体１２が逆転させられ、セラミック素体１２の他方の端面が導電性ペースト２２に浸漬される。このセラミック素体１２が流動式乾燥炉に通され、セラミック素体１２の他方の端面に塗布された導電性ペースト２２が乾燥させられる。

セラミック素体１２の他方の端面に塗布された導電性ペースト２２が乾燥させられた後に、セラミック素体１２がオーブン中に入れられ、セラミック素体１２の一方の端面および他方の端面に塗布された導電性ペースト２２が再度乾燥させられる。そののち、導電性ペースト２２が焼成され、セラミック素体１２の両端面に外部電極１８が形成される。さらに、必要に応じて、外部電極１８に、Ｎｉめっき被膜やＳｎめっき被膜などが形成され、積層セラミックコンデンサ１０が形成される。

なお、オーブン中において、一方の端面および他方の端面の導電性ペースト２２の乾燥状態を近似する程度まで乾燥させるため、セラミック素体１２を載せた容器を振動させることにより、セラミック素体１２を動かしてもよい。また、オーブン内の雰囲気を循環させることによって、オーブン内の温度を均一にすることにより、セラミック素体１２の一方の端面および他方の端面に塗布された導電性ペースト２２をより近似した乾燥状態となるように乾燥させることができる。さらに、オーブン中にセラミック素体１２を載せた複数の容器を入れる場合、オーブン内において容器を時計回りまたは反時計回りに移動させることにより、セラミック素体１２の一方端面および他方端面に塗布された導電性ペースト２２をより近似した乾燥状態まで乾燥させることができる。

この積層セラミックコンデンサ１０では、セラミック素体１２に導電性ペースト２２が塗布されたのちに、流動式乾燥炉に通されるため、セラミック素体１２の一方の端面に塗布された導電性ペースト２２は２回乾燥させられ、セラミック素体１２の他方の端面に塗布された導電性ペースト２２は１回乾燥させられる。そのため、これらの導電性ペースト２２の乾燥状態に差が生じるが、オーブンによって導電性ペースト２２を再度乾燥させることにより、これらの導電性ペースト２２の乾燥状態（溶剤含有率）を近づけることができる。

また、上記のようにオーブンによってセラミック素体１２の一方の端面および他方の端面に塗布された導電性ペースト２２を再度乾燥させることに代えて、セラミック素体１２の一方の端面に塗布された導電性ペースト２２を乾燥させる乾燥条件に対して、セラミック素体１２の他方の端面に塗布された導電性ペースト２２を乾燥させる乾燥条件をより乾燥状態が促進する条件で行うことにより、セラミック素体１２の一方の端面および他方の端面に塗布された導電性ペースト２２の乾燥状態を近似させることができる。なお、より乾燥状態が促進する条件とは、乾燥時間や乾燥温度等の乾燥条件であり、セラミック素体１２の一方の端面に塗布された導電性ペースト２２を乾燥させる時よりも、セラミック素体１２の他方の端面に塗布された導電性ペースト２２を乾燥させる時の乾燥時間を長くする、または乾燥温度を高くすることにより、セラミック素体１２の一方の端面および他方の端面に塗布された導電性ペースト２２の乾燥状態を近似させることができる。

このように、セラミック素体１２の両端面の導電性ペースト２２の乾燥状態を近似させることにより、導電性ペースト２２の焼結条件が等しくなり、最適条件で導電性ペースト２２を焼結することができ、外部電極１８の塗膜強度が上昇し、外部電極の剥がれ等の欠陥が低減し、耐湿性も良好にすることができる。そのため、得られる外部電極１８の緻密性や内部電極１６との接合性などを近似させることができ、外部電極１８へのめっき液や水分などの浸入などを防止することができる。なお、この外部電極形成方法は、積層セラミックコンデンサに限らず、全てのチップ型のセラミック電子部品の両端面に外部電極を形成するときに適用可能である。

積層セラミックコンデンサ用のセラミック素体を準備した。このセラミック素体の内部電極が露出した一方の端面を導電性ペーストに浸漬し、導電性ペーストを塗布した。このセラミック素体を流動式乾燥炉に通し、導電性ペーストを１５０℃の温度で１０分間乾燥した。次に、セラミック素体の内部電極が露出した他方の端面を導電性ペーストに浸漬し、導電性ペーストを塗布した。このセラミック素体を流動式乾燥炉に通し、導電性ペーストを１５０℃の温度で１０分間乾燥した。

このセラミック素体を固定式のオーブンに入れて再度乾燥させた場合と、乾燥させなかった場合について、外部電極を焼付けた後における内部電極と外部電極との接合性を調査した。なお、オーブンによる乾燥において、乾燥温度と乾燥時間とを変えて、接合性の調査を行った。接合性の調査のために、導電性ペーストを乾燥後、外部電極の焼付けおよびめっき処理を行った。そして、得られた積層セラミックコンデンサについて、静電容量のばらつき、Ｑ値の最小値を調べ、さらに耐湿負荷試験において発生した不良数を調べた。ここで、静電容量のばらつきおよびＱ値の最小値は、試料数３０個について行い、耐湿負荷不良数は試料数１００個について行った。この調査の結果を表１に示す。

表１の試料番号１からわかるように、オーブンによる乾燥を行わなかったものは、静電容量のばらつきが大きく、Ｑ値の最小値も小さい値であり、耐湿負荷試験においても不良品が認められた。この積層セラミックコンデンサを断面研磨し、外部電極の焼結状態を確認したところ、外部電極表面あるいは外部電極中にポアが発生しており、また水分の浸入により発生したと考えられるクラックが発生していることが確認された。また、表１の試料番号２および試料番号３からわかるように、乾燥温度が５０℃の場合においても、静電容量のばらつきが大きく、Ｑ値の最小値も小さい値であり、耐湿負荷試験においても不良品が認められた。

それに対して、試料番号４〜試料番号９からわかるように、乾燥温度を１００℃以上とした場合、静電容量のばらつきは小さく、Ｑ値の最小値は大きく、耐湿負荷試験における不良品は認められなかった。このように、流動式乾燥炉で導電性ペーストを乾燥させたセラミック素体を１００℃以上で再度乾燥させることにより、外部電極を緻密にすることができ、内部電極と外部電極との接合性も向上させることができる。

１６０８チップサイズのセラミック素体と導電性ペーストを準備した。導電性ペーストは、７０質量％の銅粉（球形粉＋偏平粉）、３質量％のガラスフリット、７質量％のアクリル系樹脂、２０質量％の溶剤（タービネオール系＋テレピン油系の混合物）からなるものである。

導電性ペーストを台上に広げ、セラミック素体の一方の端面を導電性ペーストに浸漬して、熱風循環法により乾燥させた。乾燥温度プロファイルは、図５に示すように、５０℃／分で２００℃まで昇温し、２００℃で３分間保持したのち、５０℃／分で降温した。次に、セラミック素体の他方の端面を導電性ペーストに浸漬し、図５に示す乾燥温度プロファイルで導電性ペーストを乾燥させた。したがって、セラミック素体の一方側の導電性ペーストは２回の乾燥工程を経ており、セラミック素体の他方側の導電性ペーストは１回の乾燥工程を経ている。

このセラミック素体の両端面の導電性ペーストの溶剤含有率を調べたところ、セラミック素体の一方側の導電性ペーストでは３質量％の含有率であり、セラミック素体の他方側の導電性ペーストでは５．３質量％の含有率であった。

また、セラミック素体の一方の端面に導電性ペーストを塗布したのち、図５に示す乾燥温度プロファイルで導電性ペーストを乾燥させた。さらに、セラミック素体の他方の端面に導電性ペーストを塗布したのち、図５に示す乾燥プロファイルの２００℃におけるキープ時間を１０分として導電性ペーストを乾燥させた。したがって、セラミック素体の一方側の導電性ペーストは２回の乾燥工程を経ており、セラミック素体の他方側の導電性ペーストは１回の乾燥工程を経ているが、最初に導電性ペーストを塗布したときの乾燥時間より、後に導電性ペーストを塗布したときの乾燥時間のほうが長くなっている。

このようにして乾燥させた導電性ペーストの溶剤の含有率を調べたところ、セラミック素体の一方側の導電性ペーストでは０．５質量％の含有率であり、セラミック素体の他方側の導電性ペーストでは０．６質量％の含有率であった。このように、最初に導電性ペーストを塗布したときの乾燥時間より、後に導電性ペーストを塗布したときの乾燥時間を長くすることにより、セラミック素体の両端面の導電性ペーストの溶剤含有率を均一化させることができた。

この発明の製造方法によって製造される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斜視図である。 図１に示す積層セラミックコンデンサの内部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を作製するためにセラミック素体の一方の端面に導電性ペーストを塗布する工程を示す図解図である。 図３に示すセラミック素体の他方の端面に導電性ペーストを塗布する工程を示す図解図である。 実施例２における乾燥工程の乾燥温度プロファイルを示す図である。 従来のセラミック電子部品を作製するためにセラミック素体の一方の端面に導電性ペーストを塗布する工程を示す図解図である。 図６に示すセラミック素体の他方の端面に導電性ペーストを塗布する工程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 セラミック素体
１４ 誘電体セラミック層
１６ 内部電極
１８ 外部電極
２０ 台
２２ 導電性ペースト

Claims (3)

1. セラミック素体を準備する工程、
   前記セラミック素体の一方の端面に導電性ペーストを塗布する工程、
   前記セラミック素体を乾燥条件下に置いて前記セラミック素体の一方の端面に塗布された前記導電性ペーストを乾燥させる工程、
   前記セラミック素体の他方の端面に導電性ペーストを塗布する工程、
   前記セラミック素体を乾燥条件下において前記セラミック素体の他方の端面に塗布された前記導電性ペーストを乾燥させる工程、
   前記セラミック素体を再度乾燥条件下に置いて前記セラミック素体の一方の端面に塗布された前記導電性ペーストの乾燥状態と他方の端面に塗布された前記導電性ペーストの乾燥状態を近づける工程、および
   前記導電性ペーストを焼成する工程、を含む、セラミック電子部品の製造方法。
2. セラミック素体を準備する工程、
   前記セラミック素体の一方の端面に導電性ペーストを塗布する工程、
   前記セラミック素体を乾燥条件下に置いて前記セラミック素体の一方の端面に塗布された前記導電性ペーストを乾燥させる工程、
   前記セラミック素体の他方の端面に導電性ペーストを塗布する工程、
   前記セラミック素体を乾燥条件下に置いて前記セラミック素体の他方の端面に塗布された前記導電性ペーストを乾燥させる工程、
   前記セラミック素体を前記セラミック素体の一方の端面に塗布された前記導電性ペーストを乾燥させる工程の乾燥条件よりも乾燥が促進する乾燥条件下に置いて、前記セラミック素体の一方の端面に塗布された前記導電性ペーストの乾燥状態と他方の端面に塗布された前記導電性ペーストの乾燥状態を近似させる工程、および
   前記導電性ペーストを焼成する工程、を含む、セラミック電子部品の製造方法。
3. 前記セラミック素体の一方の端面に塗布された前記導電性ペーストを乾燥させる工程の乾燥条件よりも乾燥が促進する乾燥条件は、前記セラミック素体の一方の端面に塗布された前記導電性ペーストを乾燥させる工程よりも乾燥温度を高める、または、乾燥時間を長くすることによるものである、請求項２に記載のセラミック電子部品の製造方法。

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