JP4613862B2 - セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のバンプ電極を有するセラミック電子部品の製造方法に関するものである。

近年、実装部品の省スペース化や高集積化のニーズが高まっており、端子電極が平面上に複数配列されたフリップ型（反転型）の電子部品が開発されている。これら電子部品の端子電極としては、いわゆるバンプ形状を有するバンプ電極が広く用いられており、電極自体の形成が容易であること等の理由から、はんだボールを用いてバンプ電極を形成する方法が一般的である（例えば、特許文献１等を参照）。

特許文献１記載の発明は、大きさ及び構造が一定のはんだバンプを形成することを目的とするものであり、はんだペーストをスキージングによって平板の窪みに充填し、平板をはんだの融点以上に加熱して各窪み内のはんだペーストからはんだボールを形成し、窪みと対応する配置で形成された電極パッドを有する電気部品の電極パッド上の酸化膜を除去し、はんだボールと電極パッドとを位置合わせして平板と電気部品を重ね、重ね合わせた平板と電気部品とをはんだの融点以上に加熱してはんだボールを平板から電気部品に転写するようにしている。

あるいは、はんだボールの代わりにＣｕボールの表面にはんだを被覆したＣｕ核はんだボールを用いてバンプ電極を形成することも検討されている（例えば、特許文献２等を参照）。特許文献２記載の発明では、ＣｕまたはＣｕ合金ボールを電子部品基板やプリント基板にはんだ付けする際に、ＣｕまたはＣｕ合金ボールとはんだの界面におけるＺｎ濃度を高めてＣｕＳｎの金属間化合物の生成を抑制するようにしており、これにより金属ボールが剥離し難いはんだ付け方法を実現している。
特開平９−２７０４２８号公報 特開２００４−２４７６１７号公報

ところで、前記バンプ電極においては、電気的な抵抗や高さバラツキ等の点で高度な特性が要求されている。例えば、ＣＰＵ等の演算処理速度の高速化に伴い信号電圧の高圧化の要求が高まっているが、これに対応するためには前記バンプ電極の抵抗ができるだけ低いことが望まれる。また、実装時の電極接合信頼性を高めるためには、バンプ電極の高さのバラツキができるだけ小さいことが望まれ、例えば±１５μｍ以下程度の精度が必要である。バンプ電極に高さのバラツキがあると、バンプ電極の一部が実装基板の電極に接続させることができなくなるおそれがあり、信頼性を大きく損なうことになる。

このような観点から見た場合、前記従来技術では、不十分と言わざるを得ない。例えば、特許文献１記載の発明では、はんだボールを用い、これを電極パッド上に転写することでバンプ電極を形成しているが、はんだの抵抗（体積抵抗率）が比較的高く、信号電圧を高圧化する上で不利である。はんだのような高抵抗材料を用いると、高周波化に伴い発熱量も増加し、回路内のはんだの溶融やＣＰＵの信頼性の低下が懸念される。さらに、はんだボールの転写に際して、その融点まで加熱することで溶融されると、例えば加熱ムラ等によりはんだボールの高さが不揃いになり、高さにバラツキのあるバンプ電極が形成される可能性が高い。

特許文献２記載の発明では、ＣｕまたはＣｕ合金ボールを用いているので、高さのバラツキの点では有利であるが、接合にははんだを用いているので、前記電気抵抗が高いという課題は解消することができない。また、ＣｕまたはＣｕ合金ボールを核としてこれをはんだで覆ったＣｕ核はんだボールを用いる必要があり、これを形成するために特殊な技術も必要となる。

本発明は、前述の従来の実情に鑑みて提案されたものであり、電気的な抵抗が小さく高さのバラツキも少ないバンプ電極の形成が可能なセラミック電子部品の製造方法を提供することを目的とし、省スペース化や高集積化に対応可能で信頼性の高いセラミック電子部品を製造可能とすることを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明のセラミック電子部品の製造方法は、セラミック電子部品本体のバンプ電極形成面に金属ペーストを用いて金属ボールを接合するに際し、前記金属ペーストの粘度を５０Ｐａ・ｓ以上、３５００Ｐａ・ｓ以下とし、この上に前記金属ボールを供給して焼成を行うことを特徴とする。

本発明においては、先ず、金属ボールを金属ペーストを用いて実装部品のバンプ電極形成面にバンプ電極を形成する。ここで、金属ボールとして例えばＣｕボールを用い、金属ペーストとして例えばＣｕ粉末を含む金属ペーストを用いれば、はんだを用いたバンプ電極に比べて大幅に低抵抗化される。また、金属ペーストは金属ボールに比べて融点が低く、低温での焼成（焼き付け処理）により接合が行われ、金属ボールの溶融等による高さバラツキが解消される。

ただし、前記金属ペーストを用いて金属ボールを接合する場合、前記金属ボール自体の粒径バラツキを抑えるだけでは十分ではなく、例えば印刷用に調合した金属ペーストを用い、一般的な工法であるスクリーン印刷により端子形成を行った場合、前記金属ボールの粒径分布以外の要因による高さバラツキが見られることがわかってきた。そこで、本発明者はこの点に着目して鋭意研究を重ねた結果、前記高さバラツキの要因の１つに金属ペーストの粘度が大きく関与しているとの結論を得るに至った。このような知見に基づき、本発明においては、前記金属ペーストの粘度を５０Ｐａ・ｓ以上、３５００Ｐａ・ｓ以下とし、この上に金属ボールを供給して焼成を行うこととしている。

金属ペーストの粘度が低すぎると、印刷した金属ペーストが必要以上に広がり、不用意な短絡の原因となる。逆に、金属ペーストの粘度が高すぎると、形成されるバンプ電極に高さバラツキが生ずる。金属ペーストの粘度を前記範囲内とすることで、高さバラツキの少ないバンプ電極の形成が実現され、短絡等の障害が発生することもない。

本発明によれば、電気的な抵抗が小さく高さのバラツキも少ないバンプ電極の形成が可能であり、省スペース化や高集積化に対応可能で信頼性の高いセラミック電子部品を製造することが可能である。

以下、本発明を適用したセラミック電子部品の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、セラミック電子部品の製造工程（特に、バンプ電極形成工程）を示すものである。セラミック電子部品にバンプ電極を形成するには、先ず、図１（ａ）に示すように、セラミック電子部品本体１のバンプ電極形成面１ａに金属ペーストパターン２を印刷形成する。金属ペーストパターン２は、例えばスクリーン印刷法等、公知の印刷法により形成すればよく、前記セラミック電子部品本体１に設けられた貫通電極（図示は省略する。）等に対応して形成する。

前記金属ペーストパターン２は、金属ペーストを前記印刷法等により塗布することにより形成されるが、前記金属ペーストは、導電材料である金属粉末を含み、さらには樹脂、ガラスフリット、溶媒等を含むものである。ここで、金属粉末としては電気抵抗の低い金属材料を使用することができ、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｒｈ、Ｐｔ等を挙げることができるが、その選択の基準としては、金属ペーストの融点が後述の金属ボールの融点よりも低くなるような材料を選択することが好ましい。したがって、例えば後述の金属ボールがＣｕボールである場合には、Ｃｕ粉末を用いる。Ｃｕ粉末を用いた金属ペーストの融点はＣｕボールの融点よりも低く、またＣｕの電気抵抗が極めて小さいからである。

前記金属ペーストの導電材料としてＣｕ粉末を使用する場合、その平均粒径は０．３μｍ以上、１μｍ以下であることが好ましい。Ｃｕ粉末の平均粒径が１μｍを越えて大きいと、焼結時の緻密性が低下し、金属ボールの接合において十分な接合強度が得られなくなるおそれがある。前記Ｃｕ粉末の平均粒径と接合強度とを比較したときに、これらの間に相関があることが本発明者らの実験により確かめられている。

前記金属ペーストには、前記金属粉末（例えばＣｕ粉末）の他、樹脂、ガラスフリット、溶媒等を含んでいるが、樹脂としては、例えばエチルセルロース、アクリル系樹脂等が用いられる。溶媒としては、通常、有機溶媒が用いられ、前記樹脂を溶解し得る有機溶媒が使用可能である。具体的には、ターピオネール、ブチルカルビトール等を挙げることができる。

ガラスフリットは、焼成雰囲気中でもガラスとして機能するものであれば良く、例えばケイ酸ガラス（ＳｉＯ_２：２０〜８０質量％、Ｎａ_２Ｏ：８０〜２０質量％）、ホウケイ酸ガラス（Ｂ_２Ｏ_３：５〜５０質量％、ＳｉＯ_２：５〜７０質量％、ＰｂＯ：１〜１０質量％、Ｋ_２Ｏ：１〜１５質量％）、アルミナケイ酸ガラス（Ａｌ_２Ｏ_３：１〜３０質量％、ＳｉＯ_２：１０〜６０質量％、Ｎａ_２Ｏ：５〜１５質量％、ＣａＯ：１〜２０質量％、Ｂ_２Ｏ_３：５〜３０質量％）等から選択される１種、または２種以上を用いればよい。あるいは、これらに必要に応じてＣａＯ：０．０１〜５０質量％、ＳｒＯ：０．０１〜７０質量％、ＢａＯ：０．０１〜５０質量％、ＭｇＯ：０．０１〜５質量％、ＺｎＯ：０．０１〜７０質量％、ＰｂＯ：０．０１〜１０質量％、Ｎａ_２Ｏ：０．０１〜１０質量％、Ｋ_２Ｏ：０．０１〜１０質量％、ＭｎＯ_２：０．０１〜２０質量％等の添加物を所定の組成比となるように混合したガラス等も使用可能である。さらには、例えばＣａＯ系ガラスやＳｒＯ系ガラス、ＺｎＯ系ガラス等も使用可能である。具体的には、ＣａＯ系ガラスとしては、例えばＣａ−Ｂ−Ｓｉ−Ｚｒ（Ａｌ）−Ｔａ（Ｎｂ）−Ｏガラスを挙げることができる。このＣａ−Ｂ−Ｓｉ−Ｚｒ（Ａｌ）−Ｔａ（Ｎｂ）−Ｏガラスは、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯのいずれかを主たる修飾酸化物成分とし、Ｂ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２を網目形成酸化物成分とするとともに、第２の修飾酸化物成分としてＺｒＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３を、さらに第３の修飾酸化物成分としてＴａ_２Ｏ_５やＮｂ_２Ｏ_５を含有するものである。あるいは、ＣａＯ系ガラスとして、Ｃａ−Ｂ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｏ系のガラス組成物等も使用することが可能である。Ｃａ−Ｂ−Ｓｉ−Ｍｎ−Ｏ系のガラス組成物は、ＣａＯ、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、及びＭｎＯを含むものであり、例えばＣａＯ１０〜３０モル％、Ｂ_２Ｏ_３２５〜４０モル％、ＳｉＯ_２１５〜３０モル％、ＭｎＯ１０〜４０モル％なる組成比で構成されている。

前記ガラスフリットの平均粒径としては、０．０１μｍ〜３０μｍ程度であることが好ましい。ガラスフリットの平均粒径が前記範囲よりも小さいと、ガラスフリットの凝集が著しくなり、導電材料である金属粉末（Ｃｕ粉末）の局所的な焼結低下の原因となるおそれがある。ガラスフリットの平均粒径が前記範囲を越えて大きすぎると、ガラスフリットの分散が悪くなり、金属ペーストに含まれる金属粉末と金属ボールとの固溶が抑制されるとともに、接着性の低下が問題となるおそれがある。

金属ペーストに含まれるガラスフリットの含有量としては、３．３質量％〜２０質量％とすることが好ましい。金属ペーストに含まれるガラスフリットの含有量が３．３質量％未満になると、セラミック電子部品本体１との接着性が低下し、バンプ電極（金属ボール）の接合強度が極端に低下するおそれがある。逆に、ガラスフリットの含有量が２０質量％を越えると、電気抵抗の増加を招き、低抵抗化の目的を達成できなくなる等、実質的に使用できなくなるおそれがある。

前記金属ペーストは、以上の成分を混合することにより調製されるが、この際、粘度を適正に調整することが必要である。具体的には、金属ペーストの粘度を５０Ｐａ・ｓ以上、３５００Ｐａ・ｓ以下とする。金属ペーストの粘度が５０Ｐａ・ｓ未満であると、粘度が低すぎて金属ペーストパターン２を印刷形成した際に濡れ広がり、各金属ペーストパターン２間が短絡する等、実用上、使用不可能となる。逆に、金属ペーストの粘度が３５００Ｐａ・ｓを越えると、バンプ電極の高さバラツキが±１５μｍを越えてしまい、バンプ電極の一部が実装基板の電極に接続されなくなる等、信頼性を大きく損なうことになる。なお、金属ペーストの粘度は、例えば樹脂や溶媒の量を変えることで、任意に調整することが可能である。

セラミック電子部品本体１のバンプ電極形成面１ａに塗布形成される金属ペーストパターン２の形状は、特に限定されないが、通常は円形である。勿論、四角形状や三角形状としても構わない。金属ペーストパターン２の厚さについても、特に限定されないが、後述の金属ボールの直径の１０％〜５０％となるような厚さとすることが好ましい。金属ペーストパターン２の厚さが金属ボールの直径の１０％未満であると、金属ボールの体積に対して金属ペーストの体積が小さくなり、十分な接合強度が得られなくなるおそれがある。逆に、金属ペーストパターン２の厚さが金属ボールの直径の５０％を越えると、接合強度の問題は解消されるが、高さバラツキが悪化する傾向にある。金属ペーストパターン２の厚さを厚くするには金属ペーストの粘度を高くせざるを得ず、このことも高さバラツキを悪化させる要因になっているものと考えられる。

前記金属ペーストパターン２の形成に際しては、前記セラミック電子部品本体１のバンプ電極形成面１ａの表面粗さを適正に設置することが好ましい。セラミック電子部品本体１のバンプ電極形成面１ａの表面粗さが小さすぎると、表面凹凸が小さくなりアンカー効果が低減して接合強度が低下するおそれがある。逆に、セラミック電子部品本体１のバンプ電極形成面１ａの表面粗さが大きすぎると、表面凹凸がバンプ電極に反映され、高さバラツキが悪化するおそれがある。これらの観点から、セラミック電子部品本体１のバンプ電極形成面１ａの表面粗さは、算術平均粗さＲａで０．０７９μｍ〜０．５１μｍとすることが好ましい。

前述の金属ペーストパターン２の形成の後、図１（ｂ）に示すように、各金属ペーストパターン２上に金属ボール３を供給する。供給される金属ボール３は、導電性に優れた金属材料により形成されるもので、前記金属材料としては、例えば前記金属ペーストに含まれる金属粉末と同様、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｒｈ、Ｐｔ等が使用可能である。ただし、前記の通り金属ボールの融点と金属ペーストの融点とを考慮する必要があり、金属ペーストの融点より高い金属ボールを用いる。前記Ｃｕ粉末を含む金属ペーストを用いる場合、金属ボールとしてはＣｕを主体とするＣｕボール、Ｃｕ合金ボールを使用することが好ましい。金属ボールを構成する金属と金属ペーストに含まれる金属がいずれもＣｕである場合、金属ボールと金属ペーストの界面において金属拡散が起こり易くなり、金属ボールの結合強度を強化することができる。

形成されるバンプ電極の高さバラツキを低減するには、予め粒径のバラツキの小さい金属ボール３を用意することが望まれる。例えば金属ボール３がＣｕボールの場合、ワイヤカット法や均一液滴噴霧法等により形成することで、その粒径を比較的精度良くコントロールすることが可能である。

前記金属ボール３の大きさによってバンプ電極の高さが決まり、したがってバンプ電極に必要な高さに応じて金属ボール３の直径を選定すればよい。ただし、前記金属ペーストパターン２のサイズとの関係を適正にすることが好ましい。図２は、金属ペーストパターン２を円形のパターンとして形成した場合の金属ペーストパターン２の直径Ｒと金属ボール３の直径ｒの関係を示すものである。図２（ａ）は金属ペーストパターン２の直径Ｒが金属ボール３の直径ｒより大である場合、（ｂ）は金属ペーストパターン２の直径Ｒが金属ボール３の直径ｒより小である場合を示す。金属ペーストパターン２の直径Ｒが金属ボール３の直径ｒより小である場合、あまり金属ペーストパターン２の直径Ｒが小さすぎて金属ペーストパターン２の面積が小さくなりすぎると、接合強度の低下を招くおそれがある。逆に、金属ペーストパターン２の直径Ｒが金属ボール３の直径ｒより大である場合、接後強度の点では制約はないが、金属ペーストパターン２の直径Ｒが大きすぎると隣接する金属ペーストパターンとの短絡の可能性が生じ、またバンプ電極形成密度を低下する要因にもなるので、バンプ電極の高密度形成には向かない。これらのことから、前記金属ペーストパターンの直径をＲ、前記金属ボールの直径をｒとしたときに、０．５≦Ｒ／ｒ≦２．０とすることが好ましい。

前記金属ボール３の金属ペーストパターン２上への供給方法としては、例えば図３に示すように、メタルマスク４を用いた方法等を採用することが可能である。前記メタルマスク４には、各金属ペーストパターン２に対応して金属ボール３を通過させることが可能な貫通孔４ａが複数設けられている。前記貫通孔４ａの開口径は、前記金属ボール３の直径とほぼ同じが僅かに大きい。したがって、メタルマスク４をセラミック電子部品本体１のバンプ電極形成面１ａ上に配置し、メタルマスク４上に多数の金属ボール３を供給した後、スキージ５を一方向に擦ることで、金属ボール３が前記貫通孔４ａ内に落とし込まれ、金属ペーストパターン２上に載置される。

金属ペーストパターン２上に金属ボール３を載置した後、焼成を行って金属ボール３をセラミック電子部品本体１のバンプ電極形成面１ａに焼き付ける。焼成に際しては温度が重要であり、金属ボール３の溶融を回避するため、金属ボール３の融点より低い温度で行う。例えば、前記金属ボール３がＣｕボールである場合、その融点が１０８４．５℃であることから、これより低い温度で焼成を行う。ただし、あまり焼成温度が低すぎると、金属ボール３の接合強度が急激に悪化する。したがって、金属ボール３としてＣｕボールを用い、金属ペーストとしてＣｕ粉末を含む金属ペーストを用いる場合、前記焼成温度は５００℃〜１０００℃とすることが好ましい。

以上により、電気的な抵抗が小さく高さのバラツキも少ないバンプ電極の形成が可能である。したがって、省スペース化や高集積化に対応可能で信頼性の高いセラミック電子部品が製造可能であるが、特に内部電極間をビア電極で接続した構造を有する積層セラミックコンデンサにおいて、前記ビア電極に対応してバンプ電極を形成する際に前記製造方法を適用することが有効である。

以下、本発明を適用して好適な内部電極間をビア電極で接続した構造を有する積層セラミックコンデンサについて、その製造プロセスを基に説明する。

前記積層セラミックコンデンサを作製するには、先ず、図４に示すように、表面１０ａに厚さ２０μｍ以下（例えば、１０μｍ）のセラミックグリーンシート（以下、単にグリーンシートと称す。）１２が形成された複数枚のキャリアフィルム１０を準備する。なお、図４（ａ）はキャリアフィルム１０の厚さ方向に直交する方向における断面図であり、図４（ｂ）は平面図である。

そして、各キャリアフィルム１０のグリーンシート１２の表面１２ａに、図５及び図６に示すように、銀やニッケル等を含有した導体ペーストを用いて、公知の技術であるスクリーン印刷等により配線パターン電極１４を形成する。なお、配線パターン電極１４としては、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、２種類のパターンが用意されているが、以下、説明の便宜上、一方を配線パターン電極１４Ａ、他方を配線パターン電極１４Ｂと称する。

図５（ａ）に示した配線パターン電極１４Ａには、複数の円孔１６が形成されており、各円孔１６の直径Ｄ１は同一とされ、規則的に配列されている。具体的には、最も近接する円孔１６同士の中心間距離がいずれも一定距離Ｌとなるように、斜め格子状に周期配列されている。

また、図５（ｂ）に示した配線パターン電極１４Ｂも、上記配線パターン電極１４Ａと同サイズの正方形状を有しており、複数の円孔１６が、最も近接する円孔１６同士の中心間距離がいずれも一定距離Ｌとなるように、斜め格子状に規則的に周期配列されている。ただし、この配線パターン電極１４Ｂの円孔１６の位置は、配線パターン電極１４Ａの円孔１６の位置と相対的に半周期（長さＬ／２）だけズレている。そのため、配線パターン電極１４Ａの円孔１６の位置は、配線パターン電極１４Ｂでは円孔１６のない位置に対応し、逆に、配線パターン電極１４Ｂの円孔１６の位置は、配線パターン電極１４Ａでは円孔１６のない位置に対応している。

なお、複数枚のキャリアフィルム１０のうち、半分のキャリアフィルム１０には配線パターン電極１４Ａを形成し、残りの半分のキャリアフィルム１０には配線パターン電極１４Ｂを形成する。以下、説明の便宜上、必要に応じて、キャリアフィルム１０及びグリーンシート１２のうち、配線パターン電極１４Ａが形成されたほうをキャリアフィルム１０Ａ及びグリーンシート１２Ａと称し、配線パターン電極１４Ｂが形成されたほうをキャリアフィルム１０Ｂ及びグリーンシート１２Ｂと称す。同様に、適宜、配線パターン電極１４Ａに形成された円孔を円孔１６Ａ、配線パターン電極１４Ｂに形成された円孔を円孔１６Ｂと称す。

次に、配線パターン電極１４が形成されたグリーンシート１２に、図７及び図８に示すように、配線パターン電極１４及びグリーンシート１２を貫通する円形断面のビア孔（貫通孔）１８をレーザ照射によって形成する。なお、このビア孔１８の直径はＤ２（例えば、５０μｍ）となっており、このＤ２は、上記配線パターン電極１４の円孔１６の直径Ｄ１よりも小さい。

このビア孔１８の位置は、キャリアフィルム１０Ａにおいては、図７（ａ）に示すように、配線パターン電極１４Ａの円孔１６Ａの中心位置及び円孔１６Ａの中心位置から半周期（Ｌ／２）だけズレた位置（すなわち、配線パターン電極１４Ｂの円孔１６Ｂの中心位置）にそれぞれ形成されている。また、ビア孔１８の位置は、キャリアフィルム１０Ｂにおいても、図７（ｂ）に示すように、配線パターン電極１４Ｂの円孔１６Ｂの中心位置及び円孔１６Ｂの中心位置から半周期（Ｌ／２）だけズレた位置（すなわち、配線パターン電極１４Ａの円孔１６Ａの中心位置）にそれぞれ形成されている。

すなわち、ビア孔１８は、両配線パターン電極１４Ａ，１４Ｂとも同位置であって、配線パターン電極１４Ａの円孔１６Ａの位置及び配線パターン電極１４Ｂの円孔１６Ｂの位置のいずれか対応する位置に形成されており、その数も両配線パターン電極１４Ａ，１４Ｂで同数である。

そして、ビア孔１８それぞれに、公知のスクリーン印刷技術を用いて導電性ペースト２０を充填する。なお、このスクリーン印刷に用いるスクリーンパターン２２には、上記ビア孔１８に対応する位置に、円孔１６の直径Ｄ１より小さくビア孔１８の直径Ｄ２より大きい直径Ｄ３の円形断面を有するペースト透過孔２４が設けられている（図１０参照）。従って、ビア孔１８を導電性ペースト２０で確実に充たすために、ビア孔１８の容積よりも多くの導電性ペースト２０をビア孔１８に充填すると、図９及び図１０に示すようなビア電極２６が形成される。

ビア電極２６は、ビア孔１８内を充たす本体部２６ａと、グリーンシート１２の表面１２ａ又は配線パターン電極１４の表面１４ａより上側に位置する接続パッド部２６ｂとによって構成されている。このビア電極２６の本体部２６ａと接続パッド部２６ｂとは一体的に形成されている。接続パッド部２６ｂは、そのグリーンシート１２の表面１２ａにおける面積がＳ１（ｍｍ２）となっており、その投射形状は、ペースト透過孔２４の断面形状（すなわち、直径Ｄ３の円形）と略同様の形状となっている。また、接続パッド部２６ｂの厚さはｔ１（ｍｍ）となっている。なお、配線パターン電極１４の円孔１６の中心位置に形成されたビア孔１８のビア電極２６は、その接続パッド部２６ｂの直径が円孔１６の直径Ｄ１よりも小さいために配線パターン電極１４に接しておらず、このビア電極２６と配線パターン電極１４とは電気的に絶縁されている。一方、円孔１６の外部に形成されたビア電極２６は、配線パターン電極１４と導通されている。

以上のようなビア電極２６を各ビア孔１８に形成した後、グリーンシート１２をキャリアフィルム１０から剥がす。そして、図１１に示すように、ビア電極２６の接続パッド部２６ｂが形成されている側を上向きにして複数枚のグリーンシート１２を重ねる。このとき、グリーンシート１２Ａのビア孔１８とグリーンシート１２Ｂのビア孔１８とが重なるように位置合わせして、グリーンシート１２Ａとグリーンシート１２Ｂとを交互に積層する。その結果、上下に重なるグリーンシート１２のビア電極２６同士が導通される。

そして、積層されたグリーンシート１２の上下を、上記ビア電極２６の対応位置にビア電極２８が形成された上カバー層３０Ａとビア電極のない平坦な下カバー層３０Ｂとで挟んで積層体３２を形成し、この積層体３２を図１２に示すように上下方向からプレスする。そして、この積層体３２を、必要に応じてチップサイズに切断した後、脱脂／焼成装置によって脱脂処理及び焼成処理する。

最後に、得られた焼結体の上カバー層３０Ａのビア電極２８の対応位置にバンプ電極を形成するが、この時、金属ペーストパターン２及び金属ボール３を用いて前述した条件でバンプ電極の形成を行う。これにより積層セラミックコンデンサ３６の作製が完成する（図１３参照）。

前記構造を有する積層セラミックコンデンサ３６においては、一面に多数のビア電極２８がマトリクス状に形成され、全てのビア電極２８において確実に接続を取るためには、この上に形成されるバンプ電極の高さのバラツキをなるべく小さくする必要がある。また、非常に薄いセラミック層と配線パターン電極とが交互に積層された構造を有するため、高温での焼成は避ける必要がある。本発明を適用することで、これらの条件を満たすビア電極の形成が可能であり、ビア電極２８の高集積化を達成しながら信頼性の高い積層セラミックコンデンサを実現することが可能である。

以下、本発明を具体的な実験結果に基づいて説明する。

実験１：金属ペーストの粘度に関する検討
金属ボールとしてＣｕボールを用意した。用意したＣｕボールは均一液滴噴霧法（ＵＤＳ法）により作製したものであり、平均粒径１００μｍ（公差＜±５μｍ）である。

一方、金属ペーストとしては、Ｃｕ粉末を導電材料とする金属ペーストを用意した。Ｃｕ粉末の平均粒径は１．０μｍである。前記金属ペーストは、前記Ｃｕ粉末の他、ガラスフリット、樹脂及び溶媒を含むものであり、樹脂としてエチルセルロースを用い、溶媒としてはターピネオールを用いた。ガラスフリット組成は、ＢａＯ３７質量％、ＣａＯ１５質量％、ＳｉＯ_２４８質量％である。前記金属ペーストのＣｕ粉末含有率（金属含有率）は８０質量％、ガラスフリット（ＧＦ）の含有率は５．６質量％である。前記樹脂及び溶媒の配合を変えることによって粘度２０Ｐａ・ｓ〜１００００Ｐａ・ｓの金属ペーストを調製した。

前記金属ボール及び各種粘度を有する金属ペーストを用いてバンプ電極を作製したが、バンプ電極の作製に際しては、先ず、スクリーン印刷により金属ペーストパターンを形成した。スクリーン印刷は、メッシュ♯２５０、乳剤厚１０μｍの製版を用い、速度１００ｍｍ／秒、印圧１ｋＰａ、ギャップ１ｍｍの条件で行い、金属ペーストパターンの直径が金属ボールの直径の１００％（したがって１００μｍ）となるように金属ペーストを塗布した。なお、セラミック電子部品本体のバンプ電極形成面の表面粗さは、算術平均粗さＲａで０．０７９μｍとした。

前記金属ペーストパターンの形成の後、金属ボールをその上に供給したが、金属ボールの供給はメタルマスクを用いて行った。使用したメタルマスクの孔径は１５０μｍ（直径）、ピッチは４００μｍ、厚さは１００μｍである。金属ボールを金属ペーストパターン上に載置した後、１５０℃で５分間乾燥させ、窒素雰囲気中で焼成を行い金属ペーストパターンを焼結させた。焼成温度は８００℃とした。

種々の粘度を有する金属ペーストを用いて同様のバンプ電極の作製を行い、高さ測定及び印刷性を評価した。高さ測定はレーザ顕微鏡（波長λ＝４４０ｎｍ）を用いて行った。測定した項目としては、バンプ高さの最大値（ｍａｘ）、最小値（ｍｉｎ）、平均値（ａｖｅ）、バラツキ（ｍａｘ−ｍｉｎ）、及び平均値からのバラツキである。前記高さ測定においては、平均値からのバラツキが１０μｍ以下であることが基準となる。印刷性は目視にて行い、他の電極との短絡の有無を調べた。結果を表１に示す。

表１から明らかな通り、金属ペーストの粘度が５０００以上になると、高さバラツキが１０μｍを越えており、金属ペーストの粘度が１００００では高さバラツキが１５μｍを越えている。したがって、金属ペーストの粘度は３５００Ｐａ・ｓ以下とすることが必要である。一方、印刷性を見ると、金属ペーストの粘度が２０Ｐａ・ｓと低い場合に短絡が見られた。したがって、金属ペーストの最適粘度範囲としては、５０Ｐａ・ｓ〜３５００Ｐａ・ｓということになる。

実験２：焼成温度に関する検討
焼成温度を３０℃〜１３００℃とし、他は前項（実験１）と同様の条件でバンプ電極の形成を行った。ただし、金属ペーストの粘度は一定（５００Ｐａ・ｓ）とし、金属ペーストに含まれる溶媒量は１２．０質量％、樹脂量は１．４質量％で一定とした。また、金属ペーストパターンの直径は、金属ボールの直径の１００％（したがって１００μｍ）とし、厚さは１０μとした。

焼成温度を変えて形成したバンプ電極の高さ測定を行い、さらに接合強度（垂直引張）の測定を行った。接合強度は、垂直ピンにはんだペースト（Ｓｎ−３Ｃｕ−０．５Ａｇ）を介してバンプ電極に接合し、２５０℃でリフローした後、バンプ電極配列面に対して垂直方向に引っ張り、剥離するのに要した力を計測した。前記接合強度は１０Ｎ以上であることが基準となる。結果を表２に示す。

表２を見ると明らかなように、焼成温度が３００℃の場合には接合強度が著しく低い値となっている。一方、Ｃｕの融点を超える１１００℃で焼成した場合には、高さバラツキが１０μｍを越え、１３００℃では高さバラツキが１５μｍを越えている。これらの実験結果より、焼成温度は５００℃〜１０００℃とすることが好ましいと言える。

実験３：金属ペーストに含まれるＣｕ粉末の平均粒径に関する検討
先の実験２と同じ条件（ただし、焼成温度は８００℃で一定）で、金属ペーストに含まれるＣｕ粉末の平均粒径を０．３μｍ〜１４．９μｍに変更し、バンプ電極の形成を試みた。作製したバンプ電極の接合強度の測定結果を表３に示す。

金属ペーストに含まれるＣｕ粉末の平均粒径が１．０μｍを越えると、接合強度が１０Ｎを下回り、強度不足となることがわかる。したがって、金属ペーストに含まれるＣｕ粉末の平均粒径は０．３μｍ以上、１．０μｍ以下とすることが好ましい。

実験４：金属ペーストパターンの直径と金属ボールの直径に関する検討
金属ペーストパターンの直径Ｒと金属ボールの直径ｒの比率Ｒ／ｒを１０％〜２００％に変え、他は実験２や実験３と同じ条件（ただし、焼成温度は８００℃で一定、且つ金属ペーストに含まれるＣｕ粉末の平均粒径は１．０μｍで一定）でバンプ電極を形成した。そして、作製したバンプ電極の接合強度を測定した。結果を表４に示す。

表４から明らかなように、金属ペーストパターンの直径Ｒが金属ボールの直径ｒの５０％未満では、接合強度が弱い。前記直径の比率Ｒ／ｒが５０％以上であれば接合強度は維持されるが、金属ペーストパターンの直径Ｒが大きすぎると隣接バンプとの短絡のおそれが生じ、２００％を越える値に設定しても意味がない。したがって、前記比率Ｒ／ｒの最適範囲は５０％〜２００％である。

実験５：金属ペーストパターンの厚さに関する検討
金属ペーストパターンの厚さを５μｍ〜８０μｍとし、他は実験４と同じ条件（ただし、金属ペーストパターンの直径Ｒと金属ボールの直径ｒの比率Ｒ／ｒは１００％で一定）でバンプ電極を形成した。作製したバンプ電極について、高さ測定及び接合強度の測定を行い、印刷性について評価した。結果を表５に示す。

この表５から、次のことがわかる。先ず、金属ペーストパターンの厚さが１０μｍ未満になると、接合強度が低下している。逆に、金属ペーストパターンの厚さが８０μｍになると、接合強度の点では問題はないが、高さバラツキが悪化し、高さがでないという問題も生じている。したがって、前記金属ペーストパターンの厚さは、１０μｍ〜５０μｍ（金属ボールの直径との比率で１０％〜５０％）とすることが好ましいことになる。なお、金属ペーストパターンの厚さを５０μｍ以上とする場合には、表５に示す通り金属ペーストの粘度を２０００Ｐａ・ｓあるいは７０００Ｐａ・ｓとする必要が生じ、このことも高さバラツキの要因になっているものと推測された。

実験６：金属ペーストのガラスフリット含有率に関する検討
金属ペーストに含まれるガラスフリット（ＧＦ）の含有率を１．１質量％〜２０．０質量％とし、他は実験４と同じ条件（ただし、金属ペーストパターンの直径Ｒと金属ボールの直径ｒの比率Ｒ／ｒは１００％で一定）でバンプ電極を形成した。作製したバンプ電極について、接合強度を測定した。結果を表６に示す。

金属ペーストに含まれるガラスフリットの含有率は、バンプ電極の接合強度に大きく影響を与えており、前記含有率を３．３質量％以上とすることで接合強度１０Ｎ以上が実現されている。

実験７：セラミック電子部品本体のバンプ電極形成面の表面粗さに関する検討
セラミック電子部品本体のバンプ電極形成面の算術平均表面粗さＲａを０．０２０μｍ〜０．６３９μｍとし、他は実験４と同じ条件（ただし、金属ペーストパターンの直径Ｒと金属ボールの直径ｒの比率Ｒ／ｒは１００％で一定）でバンプ電極を形成した。なお、バンプ電極形成面の算術平均表面粗さＲａは、下記の手法で調整した。
Ｒａ０．０２０μｍ：１μｍダイヤモンドペーストによる鏡面研磨
Ｒａ０．０７９μｍ：直径１〜２μｍのメディアを使用したバレル研磨
Ｒａ０．２５４μｍ：平均粒径１１．５μｍのＡｌ_２Ｏ_３を使用したラップ研磨
Ｒａ０．５１０μｍ：平均粒径３０μｍのＡｌ_２Ｏ_３を使用したラップ研磨
Ｒａ０．６３９μｍ：平均粒径２５μｍのＡｌ_２Ｏ_３を使用したサンドブラスト表面処理

作製したバンプ電極について、高さ測定及び接合強度の測定を行い、印刷性について評価した。結果を表７に示す。

表７から明らかなように、前記バンプ電極形成面の表面粗さが小さすぎると、接合強度の低下が見られ、印刷性も低下する。逆に、前記バンプ電極形成面の表面粗さが大きすぎると、高さバラツキが大きくなる。Ｒａ０．６３９μｍの場合には、高さバラツキが１０μｍを越えている。したがって、前記バンプ電極形成面の表面粗さの最適範囲は、算術平均表面粗さＲａで０．０７９μｍ〜０．５１μｍである。

バンプ電極の形成工程を模式的に示す図であり、（ａ）は金属ペーストパターン形成工程、（ｂ）は金属ボール供給工程を示す。 金属ペーストパターンの直径Ｒと金属ボールの直径ｒの関係を示す模式図であり、（ａ）はＲ＞ｒの場合、（ｂ）はＲ＜ｒの場合を示す。 金属ボールの供給方法の一例を示す概略断面図である。 積層セラミックコンデンサを作製する際に用いるキャリアフィルムとグリーンシートとを示した図である。 図４のグリーンシート上に形成される配線パターン電極を示した平面図である。 図５のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図５のグリーンシートに形成されたビア孔を示した平面図である。 図７のＶ−Ｖ線断面図である。 図７のグリーンシートに形成されたビア電極を示した平面図である。 図９のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 配線パターン電極の積層状態を示した図である。 積層体を示した概略断面図である。 作製される積層セラミックコンデンサの概略断面図である。

符号の説明

１ セラミック電子部品本体、１ａ バンプ電極形成面、２ 金属ペーストパターン、３ 金属ボール、４ メタルマスク、５ スキージ、１２，１２Ａ，１２Ｂ セラミックグリーンシート、１８ ビア孔、２６ ビア電極、２６ａ 本体部、２６ｂ 接続パッド部、３６ 積層セラミックコンデンサ

Claims (9)

1. セラミック電子部品本体のバンプ電極形成面に金属ペーストを用いて金属ボールを接合するに際し、
   前記金属ペーストの粘度を５０Ｐａ・ｓ以上、３５００Ｐａ・ｓ以下とし、この上に前記金属ボールを供給して焼成を行うことを特徴とするセラミック電子部品の製造方法。
2. 前記金属ペーストはＣｕ粉末を導電材料として含有するＣｕペーストであり、前記金属ボールはＣｕを主体とするＣｕボールであることを特徴とする請求項１記載のセラミック電子部品の製造方法。
3. 前記金属ペーストの焼成温度を５００℃〜１０００℃とすることを特徴とする請求項２記載のセラミック電子部品の製造方法。
4. 前記金属ペーストに含まれるＣｕ粉末の平均粒径を０．３μｍ以上、１μｍ以下とすることを特徴とする請求項２または３記載のセラミック電子部品の製造方法。
5. 前記金属ペーストを略円形のパターンで塗布するとともに、この上に金属ボールを供給し、
   前記金属ペーストパターンの直径をＲ、前記金属ボールの直径をｒとしたときに、０．５≦Ｒ／ｒ≦２．０とすることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載のセラミック電子部品の製造方法。
6. 前記金属ペーストの厚さを前記金属ボールの直径の１０％〜５０％とすることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載のセラミック電子部品の製造方法。
7. 前記金属ペーストに含まれるガラスフリットの量を３．３質量％〜２０質量％とすることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項記載のセラミック電子部品の製造方法。
8. 前記セラミック電子部品のバンプ電極形成面の算術平均表面粗さＲａを０．０７９μｍ〜０．５１μｍとすることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項記載のセラミック電子部品の製造方法。
9. 前記セラミック電子部品は、内部電極間をビア電極で接続した構造を有する積層セラミックコンデンサであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載のセラミック電子部品の製造方法。
   

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