JP4659368B2

JP4659368B2 - 積層型電子部品の製法

Info

Publication number: JP4659368B2
Application number: JP2004019471A
Authority: JP
Inventors: 英樹内村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2024-01-28
Also published as: JP2005216997A

Description

本発明は、積層型電子部品の製法に関し、特にセラミックスと内部電極とが交互に積層された素子本体の対向する側面に、内部電極端が露出する凹溝を交互に形成し、凹溝が形成された側面に、内部電極と交互に接続する外部電極が形成された積層型電子部品の製法に関するものである。

従来、同時焼成タイプの積層型電子部品に製法として、下記の特許文献に記載されるようなものが知られている。

この後、素子本体成形体を所定温度で脱バインダ処理し、焼成することにより凹溝を有する素子本体を作製し、この素子本体の凹溝内にセラミック製の絶縁材料を充填し、この凹溝が形成された素子本体の側面にＡｇからなる導電性ペーストを塗布し、焼き付けることにより、積層型電子部品を作製していた。

このような製法では、従来のダイシングなどにより一つ一つ溝加工をすることなく、凹溝を一挙に形成することができ、加工時間を短縮でき、また製造工程を簡略化できる。
特開平６−１５１９９９号公報

しかしながら、上記公報に記載された製法では、脱バインダ時に飛散する物質として、ポリビニルアルコールを単独で用いているため、脱バイ〜焼成（熱処理）における低温状態では、凹溝間のグリーンシートの変形を抑制できるものの、脱バイ〜焼成時における高温状態では、グリーンシートが固化しないうちに凹溝内のポリビニルアルコールが分解飛散し、凹溝を形成するグリーンシートが変形し、クラックが発生したり、寸法通りの凹溝の形成が困難であり、素子本体の製造歩留まりが低いという問題があった。

本発明は、寸法通りの凹溝を一挙にかつ確実に形成できる積層型電子部品の製法を提供することを目的とする。

本発明の積層型電子部品の製法は、内部電極パターンを一対のセラミックグリーンシートで挟持してなるシート積層体に、シート状の充填物を重ねて、該シート状の充填物および前記シート積層体を前記シート状の充填物の側から積層方向に打ち抜くことで、前記シート積層体に複数の貫通孔を形成するとともに、該貫通孔に前記充填物を充填する工程と、前記貫通孔に前記充填物が充填された前記シート積層体を、交互に位置をずらして複数積層して積層体を作製する工程と、該積層体を前記貫通孔部分で積層方向に切断した後、前記充填物を除去する工程とを経て、対向する側面に、前記内部電極パターン端が露出した凹溝が交互に形成された素子本体成形体を作製する工程と、該素子本体成形体を熱処理して、セラミックスと内部電極とが交互に積層され、かつ対向する側面に、内部電極端が露出する凹溝が交互に形成された素子本体を作製する工程と、前記凹溝が形成された素子本体の対向する側面に、前記内部電極と交互に接続する外部電極をそれぞれ形成する工程とを具備することを特徴とする。

また、前記充填物が、前記セラミックグリーンシートに含まれる有機成分が溶解しない溶剤に溶解する有機樹脂と無機粉末とからなることが好ましい。
さらに、前記有機樹脂が水溶性であることが好ましい。
またさらに、前記充填物が充填された前記シート積層体を加圧して、前記シート積層体と前記充填物との厚み差を小さくする工程を具備することが好ましい。

このような製法では、素子本体成形体の凹溝内に設けられる充填物が熱処理前に除去されるため、セラミックグリーンシートがまだ樹脂成分を含み強度が保持できているときに充填物の除去が可能となり、これにより凹溝を形成するセラミックグリーンシートが固化するまで凹溝形状を保持でき、凹溝の変形を防止できるとともに凹溝におけるクラックや積層界面のデラミネショーンなどの欠陥がない寸法通りの凹溝を確実にかつ一挙に形成できる。

また、本発明の積層型電子部品の製法では、充填物がセラミックグリーンシートに含まれる有機成分が溶解しない溶剤に溶解する有機樹脂と無機粉末とからなることを特徴とする。従来の積層型電子部品の製法のように貫通孔（凹溝）内が高分子樹脂で充填される場合にはシート積層体を複数積層し加圧して一体化すると、セラミックグリーンシートよりも貫通孔内の高分子樹脂が軟化し、積層方向における収縮（寸法変化）が大きいため、凹溝を形成するセラミックグリーンシートが貫通孔側へ変形し、凹溝底面におけるセラミックグリーンシートにクラックが発生したり変形が生じ易いが、本発明では、有機樹脂のみならず、無機粉末をも含んでいるため、貫通孔内における充填物の積層方向における収縮を、貫通孔周辺のシート積層体に近づけることができ凹溝の変形やクラックの発生をさらに抑制できる。

さらに、本発明の積層型電子部品の製法では、シート積層体の貫通孔に、シート状の充填物が収納されることを特徴とする。このような製法では、シート状の充填物をシート積層体に載置して打ち抜く際に、貫通孔を形成する成形型の押出量を調整することにより、シート積層体の貫通孔の作製と同時にシート状の充填物を貫通孔に充填収容でき、小さなシート積層体の貫通孔内に、確実に充填物を充填することができ、充填物の貫通孔からのはみ出しによる積層不良を防止できる。

また、本発明の製法は、シート状に成形された充填物が貫通孔に収納されたシート積層体を加圧して前記シート積層体と前記シート状の充填物との厚み差を小さくする工程を具備することを特徴とする。これにより、シート積層体とシート状の充填物が一体化され、積層工程における充填物の外れを防止して、取り扱いを簡易化するとともに、この工程でグリーンシートと充填物の厚み差の合っていないシートを除くことができるため、加圧一体化する際に、シート積層体とシート状の充填物の収縮率を同等にすることが可能となり、シート積層体とシート状の充填物の収縮差に伴う積層界面の空隙、もしくは変形を防止することが可能となる。

図１は、本発明の積層型電子部品の製法に用いられるシート積層体の工程図であり、（ａ）はグリーンシート上に内部電極パターンを形成した平面図、（ｂ）は内部電極パターンをグリーンシートで挟持した断面図である。

先ず、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３などの圧電体セラミックスの仮焼粉末と、アクリル樹脂や、ブチラール樹脂などの有機高分子からなる有機バインダーと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、例えばスリップキャステイング法により、厚み５０〜２５０μｍのセラミックグリーンシートを作製する。このグリーンシートを所定の寸法に打ち抜いた後、図１（ａ）に示すようにグリーンシート１の片面に、内部電極となる、例えば銀、銀−パラジウム、Ｃｕを主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷法により１〜１０μｍの厚みに印刷し、乾燥させて内部電極パターン３を形成する。

この後、内部電極パターン３上に、図１（ｂ）に示すように、作製したグリーンシート５を、内部電極パターン３を挟むように重ね、加圧してシート積層体７を作製する。尚、図１（ａ）のように、広いグリーンシート１の中央部に導電性ペーストを塗布し、この導電性ペーストを覆うようにグリーンシート５を積層し、これをカットして、図１（ｂ）に示すようなシート積層体７を作製する。このようなシート積層体７を多数作製する。

次に、打ち抜き装置を用いて、図２に示すように、複数のシート積層体７にそれぞれ多数の貫通孔９を規則的に整列した状態で形成する。これらの貫通孔９は、凹溝の大きさによって寸法は異なってくるが、例えば幅２ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度の大きさの長方形形状とする。

そして、図３（ａ）に示すように、複数のシート積層体７に形成した多数の貫通孔９に充填物１１を充填する。本発明にかかるこの充填物１１は、少なくとも脱バイ〜焼成などの熱処理を行う前に除去可能な物質で構成されていることが重要であり、また、この充填物１１は、セラミックグリーンシートに用いられる有機成分が溶解しない溶剤に溶解する有機樹脂と無機粉末とから構成される物であることがより望ましい。さらに、この有機樹脂は水溶性であることが好ましく、具体的には、エチルセルロース、ポリビニルピロリドンなどから選ばれる少なくとも１種が用いられる。

一方、充填物１１を構成する無機粉末としては、水に溶解し難い方が好ましいことから、カーボン粉末、有機粉末、セラミック粉末、金属粉末などから選ばれる少なくとも１種、特に、軽量、低コストという点でカーボン粉末がより好ましい。また、この充填物１１には、収縮調整用としてカーボンビーズやカーボンファイバーなどを添加するのがよい。

充填物１１はスラリー状やシート状のいずれでもよいが、充填物の貫通孔９からのはみ出しによる積層不良を防止するとともに、乾燥工程を省くことができるという点でシート状であることがより好ましい。

そして、シート状に成形された充填物１１を貫通孔９内に収納する場合の厚み差は５μｍ以下とすることが望ましい。これにより積層時の変形を防止できる。

なお、本発明では、このようにシート積層体７とシート状充填物１１との厚み差がある場合においても、シート積層体７を加圧して、前記シート積層体と前記シート状の充填物１１との厚み差を小さくする工程を用いることにより積層時の変形をさらに防止できる。

ここで、本発明の充填物１１をシート状にする場合、上記セラミックグリーンシートと同様、例えば、無機粉末と水溶性の有機樹脂を混合したスラリーを作製し、スリップキャステイング法により、厚み５０〜２５０μｍのシート状充填物１１を作製する。

そして、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、このシート状充填物１１を、前記貫通孔９が形成されたシート積層体７に重ねて両シートを同時に打ち抜くことにより、シート積層体の貫通孔９にシート状充填物１１を充填することができる。

図４（ａ）は積層体の縦断面図であり、（ｂ）は平面図である。そして、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、貫通孔９にシート状充填物１１が設けられたシート積層体７を、交互に位置をずらして積層し、その後、５０〜２００℃で加熱を行いながら加圧一体化して積層体１５を形成する。

図５は、素子本体成形体の縦断面図である。この後、図５に示すようにシート状充填物１１が積層体１５の表面に前記内部電極パターン一層置きに現れるように積層体１５を貫通孔９の略中央で切断して素子本体成形体２３を作製する。この後、水中に浸積して凹溝部の有機成分を溶解させて無機粉末とともに除去する。更に、収縮調整用のフィラーを添加している場合は、超音波等によって除去しても良い。

図６は、充填物を除去した後の素子本体成形体の縦断面図である。その後、内部電極パターン３にＡｇ−Ｐｄを用いる場合、大気中において３００〜８００℃で５〜８０時間の脱バイを行い、さらに９００〜１２００℃で２〜１０時間で本焼成を行う。こうして素子本体成形体２３のセラミックス（圧電体層）が緻密化し、図６に示すように、圧電体２７と内部電極２９が交互に積層された素子本体３１が作製される。この素子本体３１は柱状で、対向する側面には、内部電極２９端を絶縁するための凹溝２１が内部電極２９毎に交互に形成されている。

図７は、本発明の積層型電子部品の断面図である。この後、例えば、素子本体３１の凹溝２１が形成された側面において、素子本体３１の側面に露出した内部電極２９およびこの内部電極２９の近傍の圧電体２７の表面に、銀ガラス導電性ペーストを塗布乾燥し、この銀ガラス導電性ペーストを４００〜９５０℃で熱処理することにより、銀ガラス導電性ペースト中のガラスが溶融し、溶融したガラス中に存在する銀成分が内部電極２９の端部に集合し、図７に示すように、素子本体３１の側面から突出する突起状導電性端子３５が形成されるとともに、該突起状導電性端子３５の先端部に金属板からなる外部電極３７を接合する。

この後、外部電極３７と素子本体３１の外面との間に絶縁樹脂３９を充填し、また、内部電極２９端が露出している素子本体３１の他の側面にも絶縁樹脂３９を被覆して積層型電子部品を作製できる。

以上のような積層型電子部品の製法では、従来の凹溝を形成した積層型圧電素子と同様な機能を有することができ、製造工程においては、セラミックグリーンシート１、５が固化するまで形状を保持でき、これにより、凹溝２１の変形を防止できるとともに、凹溝２１におけるクラックや積層界面のデラミネショーンなどの欠陥がない寸法通りの凹溝を確実にかつ一挙に形成できる。本発明の積層型電子部品の製法は、積層型圧電トランス、積層型コンデンサ、積層型圧電アクチュエータ等の積層型電子部品の製法に好適に用いられる。

本発明の積層型電子部品の製法に用いられるシート積層体の工程図であり、（ａ）はグリーンシート上に内部電極パターンを形成した平面図、（ｂ）は内部電極パターンをグリーンシートで挟持した断面図である。シート積層体に多数の貫通孔を規則的に形成した平面図である。（ａ）は貫通孔に充填物を充填したシート積層体を示す断面図、（ｂ）（ｃ）はシート状充填物を貫通孔に充填する工程図である。（ａ）は充填物が充填されたシート積層体を交互に位置をずらして積層した状態を示す断面図、（ｂ）はその平面図である。素子本体成形体の断面図である。素子本体の断面図である。積層型電子部品の断面図である。

符号の説明

１、５・・・グリーンシート
３・・・内部電極パターン
７・・・シート積層体
９・・・貫通孔
１１・・・充填物
２１・・・凹溝
２３・・・素子本体成形体
２７・・・圧電体
２９・・・内部電極
３１・・・素子本体
３３・・・外部電極

Claims

内部電極パターンを一対のセラミックグリーンシートで挟持してなるシート積層体に、シート状の充填物を重ねて、該シート状の充填物および前記シート積層体を前記シート状の充填物の側から積層方向に打ち抜くことで、前記シート積層体に複数の貫通孔を形成するとともに、該貫通孔に前記充填物を充填する工程と、前記貫通孔に前記充填物が充填された前記シート積層体を、交互に位置をずらして複数積層して積層体を作製する工程と、該積層体を前記貫通孔部分で積層方向に切断した後、前記充填物を除去する工程とを経て、対向する側面に、前記内部電極パターン端が露出した凹溝が交互に形成された素子本体成形体を作製する工程と、該素子本体成形体を熱処理して、セラミックスと内部電極とが交互に積層され、かつ対向する側面に、内部電極端が露出する凹溝が交互に形成された素子本体を作製する工程と、前記凹溝が形成された素子本体の対向する側面に、前記内部電極と交互に接続する外部電極をそれぞれ形成する工程とを具備することを特徴とする積層型電子部品の製法。
前記充填物が、前記セラミックグリーンシートに含まれる有機成分が溶解しない溶剤に溶解する有機樹脂と無機粉末とからなることを特徴とする請求項１記載の積層型電子部品の製法。
前記有機樹脂が水溶性であることを特徴とする請求項２記載の積層型電子部品の製法。
前記充填物が充填された前記シート積層体を加圧して、前記シート積層体と前記充填物との厚み差を小さくする工程を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の積層型電子部品の製法。