JP4479687B2 - 積層電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セラミックグリーンシートを用いて作製される積層電子部品の製造方法に関するものである。

従来、この技術の分野における積層電子部品の製造方法は、例えば、下記特許文献１等に開示されている。この公報に開示された積層電子部品は、グリーンシートに一定のピッチで設けられた所定領域それぞれに電極パターンを印刷した後、その領域をシート状に切り出して複数層積層すると共に、焼成処理によってグリーンシートを誘電体層にし電極パターンを内部電極にすることで作製される。
特開２００５−７２１２１号公報

ここで、積層電子部品の耐電圧特性を向上させる方法として、誘電体層の厚さを厚くする方法が効果的であることが一般に知られている。そこで、前述した従来の積層電子部品の製造方法においては、利用するグリーンシートの厚さを厚くすることによって、得られる積層電子部品の耐電圧特性をある程度向上させることができる。発明者らは、このようにして単に誘電体層の厚さを厚くしただけの積層電子部品に比べて、耐電圧特性のさらなる向上が図られた積層電子部品を作製する技術を新たに見出した。

すなわち、本発明は、耐電圧特性のさらなる向上を図ることができる積層電子部品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る積層電子部品の製造方法は、乾燥させたグリーンシートで構成される第１のシートと、乾燥させたグリーンシート及びその上に設けられた電極パターンで構成される第２のシートとを形成するシート形成工程と、第１のシート及び第２のシートを複数層積層して、第２のシート同士の間に第１のシートが介在するシート積層体を形成する積層体形成工程と、シート積層体を焼成する焼成工程とを有する。

この積層電子部品の製造方法においては、シート形成工程において形成された第１のシート及び第２のシートを複数層積層することにより、積層体形成工程においてシート積層体が形成される。そして、このシート積層体が焼成工程において焼成されることにより、積層電子部品が得られる。ここで、シート積層体は、乾燥させたグリーンシート及びその上に設けられて電極パターンで構成される第２のシート同士の間に、乾燥させたグリーンシートで構成される第１のシートが介在したものである。すなわち、第２のシートの電極パターン同士の間には、少なくとも２層のグリーンシートが介在しており、実質的にグリーンシート厚さの増大が実現されている。発明者らは、シート積層体構造をこのような構造にすることによりグリーンシート厚さを増大した場合、グリーンシート厚さを単に増大させただけの場合に比べて、耐電圧特性の向上に効果的であることを新たに見出した。すなわち、本発明に係る積層電子部品の製造方法においては、作製される積層電子部品の耐電圧特性のさらなる向上が実現される。

また、シート形成工程として、支持体上に設けた長尺状のグリーンシートからの切り出しにより、第２のシート同士の間に少なくとも１つの第１のシートが位置するシート列を形成し、積層体形成工程では、支持体上に形成されたシート列の並び順に第１のシート及び第２のシートを順次積層して、シート積層体を形成する態様でもよい。この場合、長尺状のグリーシートから切り出された第１のシートと第２のシートとは同一の支持体によって搬送され、またその並び順に順次積層されるため、第１のシートと第２のシートとが別々に搬送される場合に比べて、積層体形成工程の作業の単純化や時間短縮が図られ、積層電子部品の製造の効率化が実現される。

また、支持体上に設けられたシート列のピッチが等ピッチである態様でもよい。この場合、第１のシートと第２のシートとが規則的に並ぶため、積層体形成工程の際の条件設定やプログラミングの簡単化が図られる。

また、第１のシート及び第２のシートを構成するグリーンシートのシート厚さと、シート積層体における第２のシート同士の間に位置する第１のシートのシート数とを、所望の耐電圧特性を基に決定するシート条件決定工程をさらに有し、シート形成工程では、シート条件決定工程において決定されたシート厚さのグリーンシートを用いて、第１のシート及び第２のシートを形成し、積層体形成工程では、シート条件決定工程において決定されたシート数の第１のシートが第２のシート間に介在するシート積層体を形成する態様でもよい。この場合、条件決定工程において、所望の耐電圧特性に基づく最適なシート厚さ及びシート数を決定し、後工程においてそのシート厚さ及びシート数を採用することにより、所望の耐電圧特性を有する積層電子部品を効率よく作製することができる。

本発明によれば、耐電圧特性のさらなる向上を図ることができる積層電子部品の製造方法が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

以下に示す実施形態では、積層電子部品として、積層コンデンサを例に説明する。

本実施形態に係る積層コンデンサを作製するにあたり、まずは、キャリアフィルム上にグリーンシートを形成する。すなわち、図１に示すように、繰出ローラ及び巻取ローラ（図示せず）によって搬送されている長尺状のキャリアフィルム（支持体）１０の主面１０ａ上に、未乾燥状態のセラミックグリーンシート１２を塗布形成する。このセラミックグリーンシート１２は、セラミック粉体のスラリー１４によって構成され、ドクターブレード装置１６を用いて形成する。そして、キャリアフィルム１０上のセラミックグリーンシート１２を、所定の乾燥工程により乾燥させて厚さ３４μｍのグリーンシート１８を形成する。その後、得られたグリーンシート１８を、一旦、キャリアフィルム１０ごと巻取ローラにて巻き取る。

なお、グリーンシート１８の形成に先立ち、シート条件決定工程として、所望の耐電圧特性に基づき、グリーンシート１８のシート厚さ及び後述するシート数が決定される。以下の説明においては、シート条件決定工程において決定されたシート厚さが３４μｍ、シート数が１として説明を進める。

続いて、以上のようにして形成したグリーンシート１８上に、所定の電極パターンを印刷形成する。すなわち、図２に示すように、繰出ローラ及び巻取ローラ（図示せず）によって搬送されるキャリアフィルム１０上のグリーンシート１８の表面領域のうち、四角形状の電極形成領域１８ａにのみ、電極パターン２０をスクリーン印刷により形成する。この電極パターン２０は、本実施形態に係る製造方法によって得られる積層コンデンサの内部電極となるものであり、例えばＣｕ、Ａｇ等の導体で構成されている。グリーンシート１８の表面領域には、上記電極形成領域１８ａの他に、この電極形成領域１８ａと同一寸法形状であり、電極パターン２０が形成されないブランク領域１８ｂがある。そして、この電極形成領域１８ａとブランク領域１８ｂとが、グリーンシート１８の搬送方向（図のＸ方向）に関して交互に並んでいる。また、隣り合う電極形成領域１８ａとブランク領域１８ｂとは、一定間隔ｄだけ離間した状態で並んでいる。そのため、グリーンシート１８には、一対の電極形成領域１８ａとブランク領域１８ｂとが、一定のピッチＰ１で周期的に並んでいる。

電極形成領域１８ａとブランク領域１８ｂとを一定のピッチＰ１で周期的に形成する方法としては、（ａ）グリーンシート１８上に位置決めマークを設けて、その位置決めマークを基準にしてブランク領域１８ｂの分だけ空送りする方法、（ｂ）搬送のタイミングを制御することにより位置決めマークを用いずに空送りする方法、（ｃ）スクリーン印刷に用いるスクリーンパターンに、１ピッチ分のパターン（すなわち、隣り合う一対の電極形成領域１８ａ及びブランク領域１８ｂの両領域に対応するパターン）を用いる方法などを利用することができる。

次に、図３に示すように、上述した電極形成領域１８ａ及びブランク領域１８ｂの外縁（図２の一点鎖線）に沿って、グリーンシート１８を切断する。切断には、ブレードカッターやローラカッター等の切断手段を用いることができる。それにより、グリーンシート１８から、電極形成領域１８ａに対応する電極シート（第２のシート）２２Ａと、ブランク領域１８ｂに対応するブランクシート（第１のシート）２２Ｂとが切り出される。

以上で説明した手順から明らかなように、電極シート２２Ａはグリーンシート１８及びその上に設けられた電極パターン２０で構成され、ブランクシート２２Ｂはグリーンシート１８で構成される。また、電極シート２２Ａとブランクシート２２Ｂとの位置関係が、上述した電極形成領域１８ａとブランク領域１８ｂとの位置関係と同様であることはいうまでもない。すなわち、電極シート２２Ａとブランクシート２２Ｂとは、グリーンシート１８の搬送方向（図のＸ方向）に関して交互に並び、また、隣り合う電極シート２２Ａとブランクシート２２Ｂとは一定間隔ｄだけ離間した状態で並び、そのため、キャリアフィルム１０上には、一対の電極シート２２Ａとブランクシート２２Ｂとが等ピッチＰ１で周期的に並んだシート列２４が形成される。

以上で、本実施形態におけるシート形成工程が完了する。

次に、電極シート２２Ａとブランクシート２２Ｂを積層してシート積層体を形成する。具体的には、キャリアフィルム１０上に形成された上記シート列２４の並び順に電極シート２２Ａ及びブランクシート２２Ｂを順次積層することにより、図４に示すシート積層体２８を形成する。ここで、シート列２４においては、電極シート２２Ａ及びブランクシート２２Ｂが、搬送方向に沿ってブランクシート２２Ｂ、電極シート２２Ａの順に並んで１ピッチ（Ｐ１）が構成されているため、電極シート２２Ａ及びブランクシート２２Ｂを１ピッチ分だけキャリアフィルム１０から剥がして順次積層した場合には、図４（ａ）に示すように、２段重ねのグリーンシート１８上に電極パターン２０が形成された積層体２６が得られる。

なお、キャリアフィルム１０上には、複数対（すなわち、複数ピッチ）の電極シート２２Ａとブランクシート２２Ｂとが形成されているため、シート列２４の並び順に電極シート２２Ａ及びブランクシート２２Ｂを連続して順次積層することで、図４（ｂ）に示したようなシート積層体２８が得られる。このシート積層体２８は、上述した積層体２６が複数段に重ねられ、その上に、上述したグリーンシート１８と同様の材料で構成されたカバーシート３０が被せられたものである。シート積層体２８においては、上述したシート条件決定工程において決定されたシート数（１枚）に応じて、電極シート２２Ａ同士の間に１枚のブランクシート２２Ｂが介在していると共に、電極パターン２０同士の間には２枚のグリーンシート１８が介在している。

そして、このシート積層体２８を、所定のサイズに切断して積層体チップ３２とした後、図５に示すように脱脂／焼成装置３４によって脱脂処理及び焼成処理をおこなう。最後に、得られた焼結体に所定の外部接続端子を公知の方法（例えば、ペースト塗布及び焼き付け）により形成することで、積層コンデンサ３６の作製が完了する。

以上で説明したように、積層コンデンサ３６を作製する過程において、電極シート２２Ａ同士の間にブランクシート２２Ｂが介在するシート積層体２８Ａが形成される。そのため、電極シート２２Ａだけを用いて作製されたシート積層体に比べて、電極パターン２０の間のグリーンシート厚さが２倍になっている。このようなグリーンシート厚さの増大により、積層コンデンサ３６においては、耐電圧特性の向上が実現されている。

なお、発明者らは、電極パターン２０間に２層のグリーンシート１８を介在させた場合、単に２倍厚さの１層のグリーンシートを用いた場合に比べて、積層コンデンサの耐電圧特性の向上により効果的であることを新たに見出した。これは、１層のグリーンシートを用いる場合にはその厚さ方向に欠陥が容易に伝播しやすいのに対し、複数層のグリーンシートを用いた場合にはそのような欠陥の伝播がシート界面において有意に阻止されるためであると考えられる。その上、上下に重なるグリーンシート１８では、内在する欠陥の位置がズレやすく欠陥が同じ位置にある確率が低いため、耐電圧特性の向上に有効であると考えられる。

また、乾燥させたグリーンシート１８の上に、さらにスラリー状のセラミックグリーンシート１２を塗布して、グリーンシート厚さを増大させる方法（いわゆる、二度塗り）も考えられるが、この場合には、セラミックグリーンシート１２中の溶剤が下のグリーンシート１８にダメージを与える現象（いわゆる、シートアタック）が生じ、得られる積層コンデンサの耐電圧特性が劣化してしまう。一方、上述した実施形態においては、電極シート２２Ａを構成するグリーンシート１８及びブランクシート２２Ｂを構成するグリーンシート１８はいずれも乾燥したものを用いるため、これらを重ねた場合にはシートアタックは生じず、耐電圧特性の劣化が免れる。

さらに、上述した実施形態においては、長尺状のグリーシート１８から切り出された電極シート２２Ａとブランクシート２２Ｂとは同一のキャリアフィルム１０によって搬送され、またその並び順に順次積層される。そのため、電極シート２２Ａとブランクシート２２Ｂとが別々に搬送される場合に比べて、シート積層体２８を形成する際の作業の単純化や時間短縮が図られる。それにより、積層コンデンサ３６を効率よく作製することができる。

その上、キャリアフィルム１０上に設けられたシート列２４のピッチが等ピッチ（すなわち、同じ間隔ｄだけ隔てて規則的に並んでいる）ため、積層コンデンサ３６を積層する装置の各種の条件設定やプログラミングの簡単化が実現されている。

また、上述した実施形態においては、シート条件決定工程として、グリーンシート１８のシート厚さと、シート積層体２８における電極シート２２Ａ同士の間に位置するブランクシート２２Ｂのシート数（以下、介在シート数と称す。）とが、所望する積層コンデンサ３６の耐電圧特性に基づいて最適値（シート厚さ：３４μｍ、介在シート数：１枚）に決定されている。そのため、所望の耐電圧特性を得るために、グリーンシート１８のシート厚さ及びシート積層体２８における介在シート数を不必要に増大させることが避けられ、所望の耐電圧特性を有する積層コンデンサ３６を製造コストを抑えて効率よく作製することができる。

なお、上記シート積層体２８の介在シート数（電極シート２２Ａ間に介在するブランクシート２２Ｂの枚数）は、以下のやり方によって簡単に変更することができる。以下、図６及び図７を参照しつつ、介在シート数を２枚にするやり方について説明する。すなわち、以下の実施形態においては、シート条件決定工程において、所望の耐電圧特性に基づき、シート積層体２８の介在シート数が２に決定された態様である。

この態様においても、上述した製造方法と同様に、グリーンシート１８上に所定の電極パターンが印刷形成されると共に、シート形成工程として電極形成領域１８ａ及びブランク領域１８ｂの外縁に沿ってグリーンシート１８が切断される。それにより、キャリアフィルム１０上に、図６に示したシート列２４Ａが形成される。このシート列２４Ａにおいては、１枚の電極シート２２Ａと２枚のブランクシート２２Ｂとが、ブランクシート２２Ｂ、ブランクシート２２Ｂ及び電極シート２２Ａの順に並んでおり、３枚１組のシート群が等ピッチＰ２で周期的に並んでいる。

そして、上述した製造方法と同様の手順によりシート積層体２８Ａを形成する。具体的には、キャリアフィルム１０上に形成された上記シート列２４Ａの並び順に電極シート２２Ａ及びブランクシート２２Ｂを順次積層することにより、図７に示すシート積層体２８Ａを形成する。

ここで、シート列２４Ａにおいては、電極シート２２Ａ及びブランクシート２２Ｂが、搬送方向に沿ってブランクシート２２Ｂ、ブランクシート２２Ｂ、電極シート２２Ａの順に並んで１ピッチ（Ｐ１）が構成されているため、電極シート２２Ａ及びブランクシート２２Ｂを１ピッチ分だけキャリアフィルム１０から剥がして順次積層した場合には、図７（ａ）に示すように、３段重ねのグリーンシート１８上に電極パターン２０が形成された積層体２６Ａが得られる。

なお、キャリアフィルム１０上には、複数対（すなわち、複数ピッチ）の電極シート２２Ａとブランクシート２２Ｂとが形成されているため、シート列２４Ａの並び順に電極シート２２Ａ及びブランクシート２２Ｂを連続して順次積層することで、図７（ｂ）に示したようなシート積層体２８Ａが得られる。このシート積層体２８Ａは、上述した積層体２６が複数段に重ねられ、その上にカバーシート３０が被せられたものである。シート積層体２８Ａにおいては、上述したシート条件決定工程において決定されたシート数（２枚）に応じて、電極シート２２Ａ同士の間に２枚のブランクシート２２Ｂが介在していると共に、電極パターン２０同士の間には３枚のグリーンシート１８が介在している。

すなわち、キャリアフィルム１０上に設けられたシート列２４，２４Ａにおける電極シート２２Ａとブランクシート２２Ｂとの配列を変更することで、シート積層体２８の介在シート数の増減を容易におこなうことができ、必要に応じて、この介在シート数の変更をおこなう。

以下、本発明の効果をより一層明らかなものとするため、実施例を掲げて説明する。

発明者らは、積層コンデンサの耐電圧特性とシート積層体の介在シート数との関係を明らかにするために、介在シート数の異なる積層コンデンサを３種類（０枚、１枚、２枚）１００個ずつ用意して、１００Ｖでの耐電圧試験を行った。その結果は、下記表１に示すとおりとなった。

この表１から明らかなように、介在シート数の数が多くなるほど、故障率が低くなる（すなわち、耐電圧特性が高くなる）。そのため、単に耐電圧特性の向上だけも目的とするのであれば、より多くの介在シート数のシート積層体を用いて、積層コンデンサを作製するのが好ましい。

ただし、その場合には、介在シート数を無駄に増大させることとなるため、製造時間やコストの観点から、所望の耐電圧特性を実現できる最低限の介在シート数を採用するのが好適である。

そこで、発明者らは、最適な介在シート数を判定するために、材料Ａからなるグリーンシートを用いた場合と、材料Ｂからなるグリーンシートを用いた場合とでの比較試験をおこなった。この比較試験では、各耐電圧において、固体電解コンデンサに故障が生じない（故障率が０となる）最低限の介在シート数を調べた。その結果は、下記表２に示すとおりとなった。

この表２から明らかなように、材料Ａからなるグリーンシートを用いた場合には、故障を生じない介在シート数は、１枚（耐電圧１００Ｖ）、１枚（耐電圧２００Ｖ）、２枚（耐電圧３００Ｖ）、２枚（耐電圧４００Ｖ）、２枚（耐電圧５００Ｖ）を必要とする。一方、材料Ｂからなるグリーンシートを用いた場合には、故障を生じない介在シート数は、０枚（耐電圧１００Ｖ）、０枚（耐電圧２００Ｖ）、１枚（耐電圧３００Ｖ）、１枚（耐電圧４００Ｖ）、２枚（耐電圧５００Ｖ）を必要とする。

この結果から、例えば、耐電圧特性が１００〜４００Ｖの固体電解コンデンサを必要とする場合には、材料Ｂからなるグリーンシートを採用することで、シート積層体を形成する際の積層時間の短縮や歩留まりの向上が図られる。また、例えば、耐電圧特性が５００Ｖの固体電解コンデンサを必要とする場合には、介在シート数は材料Ａからなるグリーンシート及び材料Ｂからなるグリーンシートはともに２枚を必要とするため、費用や入手容易性等の観点から材料Ａと材料Ｂとのいずれかを選択すればよい。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、積層電子部品は、積層コンデンサに限らず、例えば、積層型の圧電チップ部品やチップバリスタ部品などの種々の電子部品であってもよい。

本発明の実施形態に係るセラミックグリーンシートを示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の実施形態に係るグリーンシート及び電極パターンを示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の実施形態に係るシート列を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の実施形態に係る積層体及びシート積層体を示した図であり、（ａ）は積層体の断面図、（ｂ）はシート積層体の断面図である。 本発明の実施形態に係る積層コンデンサの製造方法における焼成工程を示した図である。 図３とは異なるシート列を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 図４とは異なる積層体及びシート積層体を示した図であり、（ａ）は積層体の断面図、（ｂ）はシート積層体の断面図である。

符号の説明

１０…キャリアフィルム、１２…セラミックグリーンシート、１８…グリーンシート、２０…電極パターン、２２Ａ…電極シート、２２Ｂ…ブランクシート、２４，２４Ａ…シート列、２８，２８Ａ…シート積層体、３６…積層コンデンサ、Ｐ１，Ｐ２…ピッチ。

Claims (7)

1. 乾燥させたグリーンシートで構成される第１のシートと、前記乾燥させたグリーンシート及びその上に設けられた電極パターンで構成される第２のシートとを形成するシート形成工程と、
   前記第１のシート及び前記第２のシートを複数層積層して、前記第２のシート同士の間に前記第１のシートが介在するシート積層体を形成する積層体形成工程と、
   前記シート積層体を焼成する焼成工程と、を有し、
   前記シート形成工程では、繰出ローラ及び巻取ローラによって搬送される支持体上の前記乾燥させたグリーンシートに、前記電極パターンが形成される電極形成領域と前記電極パターンが形成されないブランク領域とが一定のピッチで周期的に並ぶように前記電極形成領域と前記ブランク領域とを形成すると共に、前記電極形成領域及び前記ブランク領域が形成された前記グリーンシートを切断して前記ブランク領域に対応する前記第１のシートと前記電極形成領域に対応する前記第２のシートとを切り出すことで、前記第１及び第２のシートを形成する、積層電子部品の製造方法。
2. 前記シート形成工程として、前記支持体上に設けた長尺状の前記グリーンシートからの切り出しにより、前記第２のシート同士の間に少なくとも１つの前記第１のシートが位置するシート列を形成し、
   前記積層体形成工程では、前記支持体上に形成された前記シート列の並び順に前記第１のシート及び第２のシートを順次積層して、前記シート積層体を形成する、請求項１に記載の積層電子部品の製造方法。
3. 前記支持体上に設けられた前記シート列のピッチが等ピッチである、請求項２に記載の積層電子部品の製造方法。
4. 前記第１のシート及び前記第２のシートを構成する前記グリーンシートのシート厚さと、前記シート積層体における前記第２のシート同士の間に位置する前記第１のシートのシート数とを、所望の耐電圧特性を基に決定するシート条件決定工程をさらに有し、
   前記シート形成工程では、前記シート条件決定工程において決定されたシート厚さの前記グリーンシートを用いて、前記第１のシート及び前記第２のシートを形成し、
   前記積層体形成工程では、前記シート条件決定工程において決定されたシート数の前記第１のシートが前記第２のシート間に介在する前記シート積層体を形成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層電子部品の製造方法。
5. 前記シート形成工程では、前記グリーンシート上に設けられた位置決めマークを基準にして前記ブランク領域の分だけ空送りすることで、前記一定のピッチで周期的に並ぶように前記電極形成領域と前記ブランク領域とを形成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層電子部品の製造方法。
6. 前記シート形成工程では、前記繰出ローラ及び前記巻取ローラによる搬送のタイミングを制御することで、前記一定のピッチで周期的に並ぶように前記電極形成領域と前記ブランク領域とを形成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層電子部品の製造方法。
7. 前記シート形成工程では、前記電極パターンを形成するスクリーン印刷に用いるスクリーンパターンに、前記電極形成領域及び前記ブランク領域の両領域に対応する前記一定のピッチ１つ分のパターンを用いることで、前記一定のピッチで周期的に並ぶように前記電極形成領域と前記ブランク領域とを形成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層電子部品の製造方法。
   

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