JP4534560B2 - 積層セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば積層セラミックコンデンサ、多層セラミック基板などの積層セラミック電子部品の製造方法に関するものである。

携帯電話やノートパソコンなどの電子機器の小型化、高性能化に伴って、これらの電子機器に多数使用される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においてはさらに小型化あるいは大容量化が求められている。

積層セラミックコンデンサの小型化あるいは大容量化には、積層数の増加が不可欠であり、最近ではわずか３．２ｍｍ×１．６ｍｍの積層セラミックコンデンサ中に５００層もの誘電体層（ならびに導電体層）が形成されているものも登場してきている。

このような非常に多数の積層を行った場合、積層の繰り返しの比較的初期に積層された誘電体層や導電体層は、その後の積層回数により繰り返し加圧され、その結果過度の荷重がかかり、積層された積層体が異形状になるなどの不具合が発生する場合がある。

これを防止するため、例えば特許文献１には積層セラミックコンデンサや多層セラミック基板などの積層セラミック電子部品の製造において、内部電極を形成したセラミックシートを積層と圧着を繰り返して行う積層工程において、積層回数の増加と共に、加圧力または加圧時間を少なくして、圧着の負荷を変化させて積層時の積層体の変形を防止しつつ積層する方法が提供されている。
特開２００２−３６２２４号公報

しかしながら、上記従来の構成では、加圧力または加圧時間を積層の進行とともに変化させねばならないが、油圧機器あるいは空気圧機器を用いるにしても加圧力の精密な制御は困難であり、加圧力を制御する機器が複雑で大きなものとなり、量産性に支障を来すという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、積層回数の多い積層体であってもその変形を防ぎつつ積層する方法について、制御が容易で、量産性に優れた積層方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、セラミック粉体と有機物よりなる複数枚のセラミックシートを準備し、セラミックシートと導電体層とが交互に重なるように所定の回数積層して積層体を作製し、この積層体を切断して焼成する積層セラミック電子部品の製造方法において、積層は加熱しつつ加圧して積層するものであり、かつ積層回数が増加するにつれて連続的に加熱温度を下げつつ積層するものであり、積層回数の多い積層体であっても制御が容易で、量産性に優れた方法で積層時の積層体の変形を防ぎ、形状の良好な、内部構造欠陥の発生の少ない積層セラミック電子部品を得ることができる。

本発明の積層セラミック電子部品の製造方法は、積層回数の増加と共に連続的に加熱温度を下げて積層を行うので、積層体の下方に位置し、繰り返し積層の圧力を受ける比較的初期に積層された部分の変形を防ぎ、積層体に無理なストレスを与えること無く、段階的な積層・圧縮を図ることで、焼結時の密度差による構造欠陥の抑制につながり信頼性の向上をもたらすと共に、安定した形状と静電容量値などの電気特性を有する積層セラミック電子部品を量産性よく得ることができる。

以下、本発明の一実施の形態を用いて本発明の特に請求項１〜２について積層セラミックコンデンサを例に説明する。

図３は、積層セラミックコンデンサ１１の一部切欠斜視図であり、誘電体層１２と内部電極１３とが交互に積層されて積層体を構成し、内部電極１３はその端面が積層体の対向する両端面に交互に露出するように積層されており、積層体の両端面に形成された一対の外部電極１４に交互に接続されている。

積層セラミックコンデンサ１１の上下には、内部電極１３を有しない、所定の厚みを持つ保護層１５が形成されている。

以下に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。

まず主成分であるチタン酸バリウムと、希土類元素化合物やＭｎ化合物などの添加物を混合し、必要に応じて仮焼や粉砕の工程を経てセラミック粉体を作製する。

次にこのセラミック粉体と、有機物としてバインダの役割を持つポリビニルブチラール樹脂と、可塑剤の役割を持つフタル酸エステルと、溶剤の役割を持つ酢酸ブチルなどの有機物とを混合してセラミックスラリーを作製する。

このセラミックスラリーをドクターブレード法などの成形法を用いて、ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと称する）フィルムなどの支持体の片側上面に、厚み２μｍのセラミックシートを作製する。

一方、ＰＥＴフィルムなどの支持体の片側上面に、Ｎｉなどの金属粉末とバインダや可塑剤を含む導電性ペーストをスクリーン印刷などの方法により所定の形状に印刷して導電体層を形成する。

上記セラミックシートと導電体層は、焼成により誘電体層および内部電極となるものである。

次に、上記支持体付きセラミックシートを、支持体を外側にしてセラミックシートが対向するように重ね合わせてプレス板により加熱しつつ加圧した後、セラミックシートの支持体を剥離する工程を繰り返して、セラミックシートのみが数十枚重なった、保護層を形成する。

この保護層の最上層のセラミックシートと導電体層が対向するように、支持体ごと導電体層を重ね合わせてプレス板により加熱しつつ加圧し、その後支持体を剥離してセラミックシート上に導電体層を転写する。

続いて転写された導電体層上に支持体付きのセラミックシートを、導電体層とセラミックシートが対向するように、支持体ごとセラミックシートを重ね合わせてプレス板により加熱しつつ加圧し、導電体層上にセラミックシートを転写する。

上記の導電体層の転写、セラミックシートの転写を３００回繰り返して、積層体を作製する。

その後セラミックシートのみを数十枚転写して、積層体の上部の保護層を形成する。

ここで、転写積層時のプレス板による加圧力は１００ＭＰａで一定とし、またプレス板による加熱温度については最初の導電体層の転写時には１３０℃とし、その後のセラミックシートならびに導電体層の転写積層時の加熱温度を連続して下げつつ転写積層を行い、上部保護層の直下に位置する最も上部の導電体層の転写の温度は７０℃とした。

つまり、３００回転写積層を繰り返す中で、プレス板による加熱温度を１３０℃から７０℃まで下げつつ積層を行った。ここで加圧力は１００ＭＰａで一定とした。

ここで、加熱は、上記のようにプレス板に組み込んだヒータ等を用いて加熱するのであるが、その加熱温度については５０℃〜１５０℃の範囲内で変化させるのが好ましく、より好ましくは７０℃から１３０℃の範囲とするのが好ましい。

加熱温度が５０℃未満では、セラミックシート間やセラミックシートと導電体層間で十分な接着性が得られず、内部構造欠陥の要因となる。

また、１５０℃を超える加熱温度では、セラミックシートが平面方向に伸びるなどの変形が起こりやすくなるためである。

また、従来方法による比較例として、上記のように積層回数に伴って加熱温度を変えることなく、最初から最後まで１３０℃の一定温度で積層した試料を作製した。この比較試料の加圧力は１００ＭＰａで一定とした。

上記のようにして作製した積層体を、３．９ｍｍ×２．１ｍｍの大きさに切断し、焼成したものを各々１００個について、その形状並びに切断面にて導電体層の状態を観察した。

その結果、本発明により加熱温度を変化させながら積層した試料では、図１の断面図に模式的に示したように、外形形状は良好であり、またデラミネーション（導電体層とセラミックシートの部分的な剥離状態）のような内部構造欠陥の発生は見られなかった。

これに対し、従来の方法として加熱温度を最初から最後まで一定とした試料では、図２（ａ）の断面図に模式的に示したように外形形状は良好であるが、下部の導電体層が伸びて大きくなり、上部と下部の導電体層間でその寸法に差が見られた。

また図２（ｂ）の断面模式図に示したように、上層部で導電体層が傾斜している現象（導電体層が倒れつつある状況）が見られた。

また、この従来方法による試料では、１００個中２５個にデラミネーションが見られた。

これは、従来の方法では下部の導電体層またはセラミックシートがその後の積層により繰り返しストレスを受け、変形しやすくなるのに対して、本発明による方法では加熱温度を連続的に下げつつ積層したので、下部の誘電体層やセラミックシートに加わるストレスを緩和することができ、この加熱、加圧によるストレスが原因である変形を防止でき、内部構造欠陥の発生を抑制できたものである。

これは、次のように考えられる。

即ち、一般にセラミックシート中の可塑剤量の方が、導電体層中の可塑剤量よりも多いため、セラミックシートの加熱、加圧による変形により導電体層の変形が引き起こされると見られる。

また、積層回数が１回〜３００回と回数を重ねて行くにしたがって、積層体にかかる圧力は、内部電極の重なり部分とマージンとなるその周辺で、内部電極の厚みによる構造的にアンバランスな段差が生じて、この段差を起点に導電体層とともに誘電体層の変形も引き起こされると考えられる。

本発明では、積層初期の段階で比較的高い温度で加熱しつつ積層しているため、セラミックシートの密度が上がり、その後の積層繰り返しのストレスによる変形が生じにくくなっているものと考えられる。

本発明にかかるセラミック電子部品の製造方法は、積層回数の増加と共に連続的に加熱温度を下げて積層を行うので、積層体の下方に位置し、繰り返し積層の圧力を受ける比較的初期に積層された部分の変形を防ぎ、安定した形状と静電容量値などの電気特性を有する積層セラミック電子部品を量産性よく得ることができるものであり、大容量の積層セラミックコンデンサの製造方法等に有用である。

本発明の一実施の形態における積層体断面の模式図 （ａ）、（ｂ）従来の実施例における積層体断面の模式図 本発明の一実施の形態における積層セラミックコンデンサの一部切欠斜視図

符号の説明

１１ 積層セラミックコンデンサ
１２ 誘電体層
１３ 内部電極
１４ 外部電極
１５ 保護層

Claims (2)

1. セラミック粉体と有機物よりなる複数枚のセラミックシートを準備する工程と、前記セラミックシートと導電体層とが交互に重なるように所定の回数積層して積層体を作製する工程と、前記積層体を切断して焼成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って、前記積層は加熱しつつ加圧して積層するものであり、かつ積層回数が増加するにつれて連続的に加熱温度を下げつつ積層する積層セラミック電子部品の製造方法。
2. 加熱温度は、５０℃〜１５０℃の範囲内で積層回数の増加と共に温度を下げるものである請求項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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