JP4713133B2 - 積層セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層セラミック電子部品の製造方法に関する。

積層セラミック電子部品として、例えば、積層セラミックコンデンサが知られている。積層セラミックコンデンサの製造に当たっては、一般に、まず、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどでなる可撓性支持体の上に、セラミック粉体及び樹脂成分を含有する誘電体ペーストを、スクリーン印刷法によって塗布して、誘電体層を形成する。

上述のようにして、誘電体層上に内部電極群を形成した後、誘電体層を、内部電極群毎に切断し、切断して得られたグリーンシートを順次に積層して積層構造体を形成する。

次に、この積層構造体を細断して積層グリーンチップを製造し、更に、脱バインダ工程により、積層グリーンチップに含まれる樹脂成分を除去した後、焼成し、端子内部電極を形成し、完成品の積層セラミックコンデンサを得る。

ところで、積層セラミックコンデンサは、小型化、大容量化の要求が非常に強く、この要求に応えるため、１層あたりの誘電体層の厚みを薄くし、積層数を増大させている。例えば、最近の積層セラミックコンデンサは、誘電体層の厚みが１０μm以下で、積層数が数百層にも達している。

ところが、スクリーン印刷方式は、誘電体層が形成されている可撓性支持体を間欠移動させて、印刷時はストップ状態でスキージを一定方向に摺動させて内部電極群を印刷形成するプロセスを経る。そのために、摺動終端と摺動始端間で印刷した内部電極の厚さが一定ではなく、摺動終端の方が摺動始端より厚くなる。

上述した厚み変動は、２００層以下の従来の積層数では、積層時の圧力ムラに大きく影響しないため、問題とならなかったが、２００層以上、特に３００層以上の積層数を有する積層セラミックコンデンサにおいては、内部電極群の厚み変動のために、積層体が台形になり、圧力ムラが顕著に表れ、デラミネーションを発生させる大きな原因となっていた。

デラミネーション防止を目的とした従来技術として、例えば、特許文献１は、内部電極群の形成された誘電体層を平坦な表面を持つ金型にて熱プレスする製造方法を開示している。

しかし、この従来技術は、熱プレス工程が必要であり、工程数の増大を招くし、２００層以上の積層構造において、極薄とならざるを得ない内部電極の平坦化に有効である旨の示唆がない。

別の従来技術として、特許文献２〜４は、内部電極の印刷されていない部分に誘電体を印刷あるいは塗布し、段差を吸収する技術を開示している。しかしながら、内部電極の厚み変動に起因するデラミネーションの防止には、有効性が期待できない。
特開平６−１６８８４０号公報 （第２−３頁、第１図） 特開２００１−１２６９５１号公報 特開２００２−４３１６４号公報 特開２００１−３５８０３６号公報

本発明の課題は、内部電極の厚み変化の存在にかかわらず、積層体の変形を回避し、積層体の熱圧着における圧力ムラを解消し、デラミネーションの発生を抑制し得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。

上述した課題を解決するため、本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、内部電極群を格子状に配列したグリーンシートの複数枚を積層する工程を含む。前記グリーンシートのそれぞれは、前記内部電極群が、電極厚みの変化に関して定まった方向性を有している。

前記グリーンシートを、少なくとも、一組の隣接する前記グリーンシートにおいて、前記電極厚みの変化方向が、互いに逆方向になるようにして積層する。

上述したように、少なくとも、一組の隣接するグリーンシートにおいて、電極厚みの変化方向が、互いに逆方向になるようにして積層するから、少なくとも一組の隣接するグリーンシートでは、電極厚みの変化が、両者の相互的補完によって吸収される。

上述した積層構造を、積層数の全体にわたって繰り返せば、得られる積層ブロックは、台形状ではなく、ほぼ直方体状になる。このため、内部電極の厚み変化の存在にかかわらず、積層体の変形を回避し、積層体の熱圧着における圧力ムラを解消し、デラミネーションの発生を抑制し得る。

別の態様として、複数の前記グリーンシートを、前記電極厚みの変化方向を一致させて積層した少なくとも２つの積層ブロック体を製造し、次に、前記積層ブロック体を、隣接する前記グリーンシートにおいて、前記電極厚みの変化方向が、互いに逆方向になるように積層する工程を含むこともできる。

この場合も、得られる積層ブロックは、台形状ではなく、ほぼ直方体状になるから、内部電極の厚み変化の存在にかかわらず、積層体の変形を回避し、積層体の熱圧着における圧力ムラを解消し、デラミネーションの発生を抑制し得る。

本発明に係るセラミック電子部品の製造方法は、基本的にはスクリーン印刷法によって内部電極群を形成する。即ち、誘電体層の上に、電極ペーストをスクリーン印刷して、前記内部電極群を形成する。

スクリーン印刷方式は、誘電体層が形成されている可撓性支持体を間欠移動させて、印刷時はストップ状態でスキージを一定方向に摺動させて内部電極群を印刷形成するプロセスを経るために、摺動終端と摺動始端間で印刷した内部電極の厚さが一定ではなく、摺動終端の方が摺動始端より厚くなる。即ち、前記内部電極群は、電極厚みの変化に関して、スキージの摺動方向によって定まる方向性を有する。

従来は、このスキージの摺動方向に起因する電極厚みの変化のために、問題を生じていたのであるが、本発明によれば、スキージの摺動方法に起因する電極厚みの変化特性を、巧妙に利用し、電極厚みの変化を吸収できる。

以上述べたように、本発明によれば、内部電極の厚み変化の存在にかかわらず、積層体の変形を回避し、積層体の熱圧着における圧力ムラを解消し、デラミネーションの発生を抑制し得るセラミック電子部品の製造方法を提供することができる。

本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施例によって更に詳しく説明する。

図１〜図１５は本発明に係るセラミック電子部品の製造方法における各工程を示す図である。

まず、図１及び図２に示すように、ブレードコーター１０を用いて、可撓性支持体１９の一面上に、誘電体ペースト１１を塗布し、誘電体層５１を形成する。可撓性支持体１９は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレン．テレフタレート）フィルムで構成された帯状の長尺フィルムであり、図示しない供給ロールと巻き取りロールとの間で、参照符号Ｘ１で示す方向に走行する。可撓性支持体１９は、誘電体層５１を成形する面に剥離処理を施しておくことが好ましい。剥離処理は、例えば、可撓性支持体１９の一面上に、Ｓｉ等でなる剥離用膜を薄くコートすることによって実行することができる。このような剥離処理を施しておくことにより、誘電体層５１を可撓性支持体１９から容易に剥離することができる。

誘電体ペーストは、セラミック粉体と、バインダ樹脂と、可塑剤と、有機溶剤等とを混合して、適当な粘度となるようにペースト化されたものである。セラミック粉体としては、BaTiO₃等、公知の材料を用いることができる。バインダ樹脂は、内部電極を構成する電極ペーストに用いられるバインダ樹脂の熱分解温度を考慮して選定することが好ましい。具体的には、アクリル系樹脂、ブチラール系樹脂、エチルセルロース系樹脂及びそれらの混合系を用いることができる。

可塑剤及び有機溶剤の種類及び量は、従来より周知である。例えば、可塑剤とはＢＢＰが用いられ、有機溶剤としては、トルエン、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）、またはアルコール系溶剤等が用いられる。誘電体層５１は、図示しない乾燥機に通して乾燥させる。

塗布ヘッド１０は、押し出し式であり、非常に面精度がよく、かつ、厚みバラツキの少ない均一な誘電体ペースト層を得ることができる。

次に図３に示すように、乾燥後の誘電体層５１の一面上に、複数の内部電極６１１〜６１６を所定の間隔を隔てて整列して形成する。内部電極６１１〜６１６は、電極ペーストを用い、スクリーン印刷によって形成される。スクリーン印刷は、印刷製版９１の一面上で、スキージ９２を矢印Ｘ２の方向に摺動させ、印刷製版９１の一面上に供給された電極ペースト９３を、印刷製版９１のメッシュを通して押出すことによって実行される。

スクリーン印刷では、誘電体層５１が形成されている可撓性支持体１９を間欠移動させ、印刷時はストップ状態でスキージ９２を一定方向Ｘ２に摺動させて、内部電極６１１〜６１６の群を印刷形成するプロセスを経るために、図３に図示するように、摺動終端と摺動始端間で印刷した内部電極６１１〜６１６の電極厚みｔ１〜ｔ６が一定ではなく、摺動終端の厚みＴｂの方が摺動始端の厚みＴｆより厚くなる傾向にある。即ち、内部電極６１１〜６１６の群は、電極厚みｔ１〜ｔ６の変化に関して、スキージ９２の摺動方向Ｘ２によって定まる方向性を有する。

図３に図示した印刷プロセスを終了することにより、図４及び図５に示すように、複数の内部電極６１１〜６１６を所定の間隔を隔てて整列したｍ行ｎ列の内部電極群Ｑを形成する。図示ではｎ＝６の場合を示している。

図１〜図５に示した工程を経た後、誘電体層５１に内部電極６１１〜６１６の群を印刷したグリーンシートを、内部電極６１１〜６１６の群のそれぞれ毎に、可撓性支持体１９の上から剥離する。図６は、上述の剥離工程を経て得られたグリーンシートＱの平面図を示し、図７はその正面図を示している。

次に、図８に示すように、一組の隣接するグリーンシート、例えば、グリーンシートＱ１とグリーンシートＱ２において、電極厚みの変化方向が、互いに逆方向になるように、つまり、何れか一方を１８０度回転させ積層する。これにより、少なくとも一組の隣接するグリーンシート（Ｑ１、Ｑ２）では、電極厚みの変化が、両者の相互的補完によって吸収される。

図示では、積層数の全体にわたって、隣接するグリーンシート（Ｑ１とＱ２）、（Ｑ２とＱ３）．．．（Ｑｒ−１とＱｒ）において、電極厚みの変化方向が、互いに逆方向になるようにして繰り返して積層する。

こうして得られる積層ブロックは、台形状ではなく、ほぼ直方体状になる。このため、内部電極６１１〜６１６の厚み変化の存在にかかわらず、積層体の変形を回避し、積層体の熱圧着における圧力ムラを解消し、デラミネーションの発生を抑制し得る。

図９及び図１０は、別の積層方法を示している。この例では、少なくとも、２つの積層ブロック体Ｅ１、Ｅ２を製造する。積層ブロック体Ｅ１は、グリーンシートＱ１１〜Ｑ１Ｐ（Ｐは枚数）を、電極厚みの変化方向を一致させて積層したものであり、積層ブロック体Ｅ２は、グリーンシートＱ２１〜Ｑ２Ｐ（Ｐは枚数）を、電極厚みの変化方向を一致させて積層したものである。積層ブロック体Ｅ１，Ｅ２のそれぞれは摺動始端厚みＴＡ、摺動終端厚みＴＢ（ＴＢ＞ＴＡ）を持つ台形状になる。

次に、積層ブロック体Ｅ１、Ｅ２を、隣接するグリーンシートＱ１ｐとグリーンシートＱ２１において、電極厚みの変化方向が、互いに逆方向になるように積層する。具体的には、全積層数を２分割して積層ブロックを作ったものを１８０度回転して積層すればよい。つまり、２の整数倍(偶数倍)に分割し、ブロック体を重ねるとき直下のブロック体の方向に対して１８０度方向を回転させて重ね加熱圧を行えばよい。

この場合も、積層ブロック体Ｅ１、Ｅ２を積層して得られる積層ブロックは、台形状ではなく、ほぼ直方体状になるから、内部電極６１１〜６１６の厚み変化の存在にかかわらず、積層体の変形を回避し、積層体の熱圧着における圧力ムラを解消し、デラミネーションの発生を抑制し得る。

実際には、図１１に示すように、複数枚（ｒ）のグリーンシートＱ１〜Ｑｒを、積層台７１の上で積層する。積層工程では、積層台７１の上に保護層となる誘電体グリーンシート５２を載せ、この誘電体グリーンシート５２の上に、グリーンシートＱ１〜Ｑｒを積層し、更に、最上層のグリーンシートＱｒの上にも保護層５３を積層する。保護層５２、５３は、通常、複数層で構成される。グリーングリーンシート積層方法としては、図８に示した積層方法であってもよいし、図９及び図１０に示したブロック体の積層方法であってもよい。

図示実施例において、グリーンシートＱ１〜Ｑｒは、同一の製版を用いて、内部電極をスクリーン印刷あるので、内部電極重なりを得るために、図１０に図示するように、偶数番目のグリーンシートＱ１、Ｑ３、．．．と奇数番目のグリーンシートＱ２、Ｑ４、．．．とは、内部電極間ピッチの半分だけのオフセットΔＯＦＦを付して積層する。

次に、積層台７１の上に積層された保護層５２、グリーンシートＱ１〜Ｑｒ及び保護層５３を、プレス７２により加圧Ｆ１して、圧着させる。加圧圧着の工程は、加熱しながら実行する。この際に、内部電極６１１〜６１６の厚み変化の存在にかかわらず、積層体の変形を回避し、積層体の熱圧着における圧力ムラを解消し、デラミネーションの発生を抑制し得ることは前述したとおりである。

この後、図１２に示すように、保護層５２、グリーンシートＱ１〜Ｑｒ及び保護層５３の積層体を、矢印Ｄの方向に回転する切断具８を用いて、内部電極毎に細分割する。

図１３は、図１２に示す細分割工程を経て得られた積層グリーンチップの拡大断面図を示している。

次に、積層グリーンチップは脱バインダ工程に付される。脱バインダ工程は、主に、積層グリーンチップに含まれる樹脂成分を除去するための工程である。積層グリーンチップ内には、内部電極６１に含まれるバインダ樹脂、及び、補助誘電体層６５に含まれるバインダ樹脂、更には、誘電体層５１に含まれるバインダ樹脂が存在する。その他、可塑剤、有機溶剤等の有機物成分も含まれている。脱バインダ工程では、これらの有機物成分を、全て熱分解して、ガスとして排出する。

図１４は脱バインダ工程を経た後の積層グリーンチップの正面断面図、図１５は図１４に示した積層グリーンチップの右側面図である。図示するように、誘電体層５１の内部に、内部電極６１、６１を交互に配置した積層グリーンチップが得られる。この後、積層グリーンチップは、焼成工程に付される。そして、最終工程において、端子電極が付与され、積層セラミックコンデンサが完成する。

次に、全積層数が、２００層及び３００層の積層セラミックコンデンサの積層について説明する。

まず、２００層について、所定の寸法で剥離されたグリーンシートを５０枚積層したブロックを４個作製した。５０枚積層した１ブロックの寸法は、摺動始端の厚みＴＡ=１９５．２μm、摺動終端の厚みＴＢ=２０１．５μmであった。

次に、５０枚積層のブロックの４個を、従来方法によりそのまま積層した。得られたサンプルは、ＴＡ=７８１μm、ＴＢ=８０４μmとなった。これを、表１に全（従来品）として示してある。

一方、５０枚積層のブロックの２個を、従来方法によりそのまま積層したものを２組用意し、これらを本発明の重ね方法に従い、直下のブロック体の方向に対して、１８０度方向を回転させて、重ね加熱圧着を行った。得られたサンプルを、（１００層×２）として、表１に示してある。

また、５０枚積層のブロックの４個のそれぞれを、本発明の重ね方法で積層して得られたサンプルを、（５０層×４）として、表１に示してある。

本発明の重ね方法で積層したものは、ＴＡ=７９３．４μm、ＴＢ=７９４．８μmになった。その差は僅か１．４μmであり、熱圧着時の圧ムラに影響しないレベルである。

積層圧着後、グリーンチップに裁断し、焼成後、端部電極を形成することにより積層セラミックチップコンデンサを製造した。

何れのサンプルにおいても、積層セラミックコンデンサの製品寸法は、長さ(L)；３．２mm、幅(W)；１．6mm、厚さ(Ｔ)；１．６mmとした。

同様にして、総積層数３００層の積層セラミックチップコンデンサを製造した。総積層数が３００層の場合は、１５０層、７５層、５０層の３種類の積層ブロックにしたものを重ねる。

３種類の積層ブロックについて、従来方法によりそのまま積層して得られたサンプルを、全（従来品）として、表１に示してある。

１５０層の積層ブロック体の２つ、７５層の積層ブロック体の４つ、及び、５０層の積層ブロック体の６つを、本発明の重ね方法に従い、直下のブロック体の方向に対して、１８０度方向を回転させて、重ね加熱圧着を行った。得られたサンプルを、（１５０層×２）、（７５層×４）及び（５０層×６）として、表１に示してある。表１に、各サンプルについてのデラミネーション発生率（％）、耐電圧不良率（％）及び評価を示してある。

表１に示すように、２００層及び３００層の何れにおいても、従来品である全（従来品）は、デラミネーション発生率及び耐電圧不良の発生率が高い。

それに比べて、本発明に係るサンプル（１００層×２）、（５０層×２）、（１５００層×２）、（７５層×４）及び（５０層×６）の何れにおいても、デラミネーションの発生が少ない。耐電圧不良については、全く生じないか、又は、生じても極めて低い。

より好ましい方法として、ブロックの最大グリーンシート積層数を、１００層以下にすることにより、より圧力ムラが解消され、デラミネーション及び耐電圧不良が、発生しなくなる。

なお、本発明の代表的な適用分野は、積層セラミックチップコンデンサであるが、インダクタ、バリスタ、ＰＴＣ、ＮＴＣなどにも適用が可能である。

セラミック電子部品の製造方法に含まれる工程を示す図である。 図１の工程によって得られた誘電体層５１を示す平面図である。 図２に示した工程の後のスクリーン印刷工程を示す図である。 図３に示した工程によって得られた内部電極配置状態を示す平面図である。 図４に示した工程の正面図である。 図４、図５の工程の後の工程において、剥離されたグリーンシートの平面図である。 図６の正面図である。 図６〜図７に示した工程の後の積層工程を示す正面断面図である。 別の積層工程を示す正面図である。 図９の積層工程におけるグリーンシート積層状態を示す図である。 積層工程の後の圧着工程を示す正面図である。 図１１に示した圧着工程の後の切断工程を示す正面断面図である。 図１２に示した切断工程を経て得られた積層グリーンチップの断面図である。 図１３に示した積層グリーンチップを焼成した後の断面図である。 図１４に示した積層グリーンチップの右側面図である。

符号の説明

５１ 誘電体層
６１、６１１〜６１６ 内部電極
Ｑ１〜Ｑｒ、Ｑｐ グリーンシート

Claims (2)

1. 内部電極群を格子状に配列したグリーンシートの複数枚を積層する工程を含むセラミック電子部品の製造方法であって、
   前記グリーンシートのそれぞれは、誘電体層の上に、電極ペーストをスクリーン印刷して形成した前記内部電極群が、電極厚みの変化に関して定まった方向性を有しており、
   複数の前記グリーンシートを、前記電極厚みの変化方向を一致させて積層した少なくとも２つの積層ブロック体を製造し、
   次に、前記積層ブロック体を、少なくとも、一組の隣接する前記グリーンシートにおいて、スクリーン印刷方向が互いに逆方向になるようにして積層する、
   工程を含む、セラミック電子部品の製造方法。
2. 請求項１に記載されたセラミック電子部品の製造方法であって、前記グリーンシートを積層した後、圧着し、
   次に、前記グリーンシートを、前記内部電極毎に細分割して、積層グリーンチップを製造し、
   次に、前記積層グリーンチップを熱処理して、前記積層グリーンチップに含まれる樹脂成分を除去する脱バインダ工程を実行し、その後、焼成するステップを含む、
   セラミック電子部品の製造方法。
   

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