本発明の電子部品の製造方法について以下に詳細に説明する。
図1は本発明の電子部品の製造方法の実施の形態の一例を示す工程毎の断面図であり、1は支持体、2は第1のセラミックグリーンシート層、3は第2のセラミックグリーンシート層、4はセラミックグリーンシート、5は導体層、6はセラミックグリーンシート積層体である。
まず図1(a)に示すように、第1のセラミックグリーンシート層2を形成し、ついで図1(b)に示すように、第1のセラミックグリーンシート層2上に第2のセラミックグリーンシート層3を形成することにより第1のセラミックグリーンシート層2上に第2のセラミックグリーンシート層3が積層されたセラミックグリーンシート4を準備する。
第1のセラミックグリーンシート層2上に第2のセラミックグリーンシート層3が積層されたセラミックグリーンシート4を形成する方法は、(1)第1のセラミックグリーンシート層2となる第1のセラミックスラリーを支持体1上に塗布・乾燥して第1のセラミックグリーンシート層2のみからなる第1のセラミックグリーンシートを作製し、同様に作製した第2のセラミックグリーンシート層3のみからなる第2のセラミックグリーンシートを第1のセラミックグリーンシートの上に積層し加熱して接着することにより形成する方法、(2)支持体1上に形成された第1のセラミックグリーンシート層2上に第2のセラミックグリーンシート3となる第2のセラミックスラリーを塗布・乾燥して形成する方法、(3)支持体1上に塗布された第1のセラミックスラリー上に第2のセラミックスラリーを塗布して乾燥することにより形成する方法が挙げられる。
(1)の方法においては、第1のセラミックグリーンシート層2のみからなる第1のセラミックグリーンシートは比較的厚みが薄くなるのでリップコーター法等の薄い厚みを精度よく成形できる方法を使えばよく、逆に第2のセラミックグリーンシート層3のみからなる第2のセラミックグリーンシートは厚みを厚く成形できるドクターブレード法等で成形すればよい。
(2)の方法においては、(1)と同様にリップコーター法等を用い第1のセラミックグリーンシート層2のみからなる第1のセラミックグリーンシートを成形した上にダイコーター法やリップコーター法等の押し出し式の方法を用いるとよい。第1のセラミックグリーンシート層2の第1のセラミックグリーンシートが第2のセラミックスラリーの溶剤によって若干溶解しても、これらの非接触式の塗布方法であり、また溶剤の少ないスラリーを用いることができるので、第1のセラミックグリーンシート層2と第2のセラミックグリーンシート層3のスラリーが混ざり合うことなくセラミックグリーンシート4を形成することができるのでよい。
(3)の方法においては、第1のセラミックスラリーも第2のセラミックスラリーも共にダイコーター法やリップコーター法等の押し出し式の方法を用いるとよく、これらは非接触式の塗布方法であり、また溶剤の少ない、比較的粘度の高いスラリーを用いることができるので、第1のセラミックスラリーと第2のセラミックスラリーが混ざり合うことなくセラミックグリーンシート4を形成することができるのでよい。
第1のセラミックグリーンシート層2上への第2のセラミックグリーンシート層3の積層の際に、第1のセラミックグリーンシート層2と第2のセラミックグリーンシート層3との間に空隙を発生させる可能性があり、また第1のセラミックグリーンシート層2と第2のセラミックグリーンシート層3との密着性を向上させるためには上記(2)または(3)の方法が好ましい。さらには、上記(3)の方法では第1のセラミックグリーンシート層2と第2のセラミックグリーンシート層3の形成がほぼ同時に行なわれるので、工程が簡略化されるのでより好ましい。
ここで第2のセラミックグリーンシート層3の空隙率が9.7%以下であることが重要である。これによりセラミックグリーンシート4を形成する工程中の加熱において、溶融した溶融成分が第2のセラミックグリーンシート層3の空隙に浸透して溶融成分の多くが第1のセラミックグリーンシート層2へ移動してしまうことがないので、第1のセラミックグリーンシート層2の軟化変形性および接着性が損なわれることがなく、第2のセラミックグリーンシート層3が軟化して変形しやすくなることがない。
セラミックグリーンシート層の空隙率とは、セラミックグリーンシート層中の空隙の体積比率のことをいう。セラミックグリーンシートの空隙率は電子顕微鏡や工学顕微鏡で観察し空隙の体積を測定してもよいが、セラミックグリーンシート層の比重、セラミックグリーンシート層を焼成したセラミック板の比重から簡便に算出することが出来る。例えば、セラミックグリーンシート層の比重が2.0g/cm3、焼成後のセラミック板の比重が2.5g/cm3、有機成分の比重を1.0g/cm3、セラミックグリーンシート層に対する焼成時に消失する有機成分の重量割合を5%としたとき、セラミックグリーンシート層が10gであれば有機成分の重量は10×5%=0.5gであるので、焼成後のセラミック板は10−0.5=9.95gとなる。また、セラミックグリーンシート層の体積に占めるセラミック成分の体積はセラミック板の比重から、9.95÷2.5=3.98cm3、さらに有機成分の比重が1.0g/cm3であるからその体積は0.5cm3となる。セラミックグリーンシート層の体積はその比重から10÷2.0=5.0cm3となる。よって、(セラミックグリーンシート層の体積−セラミック板の体積−有機成分の体積)=5.0−3.98−0.5=0.52cm3が、5.0cm3のセラミックグリーンシート層中の空隙の体積となる。よって、0.52(cm3)÷5(cm3)=10.4%と空隙率が算出できる。
また、本発明の製造方法によれば(3)の方法を用いた場合、第1のセラミックスラリーに含まれる溶剤の蒸気圧より第2のセラミックスラリーに含まれる溶剤の蒸気圧が低いことが好ましい。このことにより、支持体に第1のセラミックスラリーを塗布し、塗布されたセラミックスラリー上に第2のセラミックスラリーを塗布し乾燥した際、第2のセラミックスラリーが先に乾燥し乾燥収縮した後に第1のセラミックスラリーが後に乾燥する順序となるので、乾燥した第1のセラミックグリーンシート層が乾燥の熱により軟化した状態で、第2のセラミックスラリーの乾燥収縮による応力を受けてシワができてしまうことがない。その結果としてシワによりセラミックグリーンシートを積層したときにセラミックグリーンシート層間に空隙を生じることなくセラミックグリーンシート同士が密着され、そのセラミックグリーンシート積層体を焼成して得られる電子部品はデラミネーションの発生のないものとなるのでより好ましいものとなる。
また、本発明の製造方法によれば、支持体上に第1のセラミックスラリーを塗布し、塗布された第1のセラミックスラリー上に第2のセラミックスラリーを塗布した後の乾燥温度が溶融成分の融点温度より低いことが好ましい。このことにより、乾燥の加熱により第1のセラミックスラリーに含まれる溶融成分が溶融することないので、乾燥の間に溶融成分が第2のセラミックスラリーまたは先に乾燥して第2のセラミックグリーンシート層へと拡散しにくくなり、積層の際の加熱により軟化する第1のセラミックグリーンシート層と軟化することのない第2のセラミックグリーンシート層とを備えたセラミックグリーンシートが形成され、得られるセラミックグリーンシート積層体およびそれを焼成して得られる電子部品はデラミネーションの発生のない高い寸法精度を有するものとなるので好ましい。
さらに乾燥の加熱により第1のセラミックスラリーに含まれる溶融成分が溶融することがないので、第1のセラミックスラリーおよび第2のセラミックスラリーに含まれる溶剤の蒸気圧の関係により第1のセラミックグリーンシート層にシワができてしまうということがない。セラミックスラリーに含まれる溶剤の蒸気圧を考慮せずにスラリーを設計でき、セラミックグリーンシート層の成形性や第2のセラミックグリーンシート層3の空隙率を考慮した溶剤の選択が容易になる。
セラミックグリーンシートの乾燥は、乾燥温度を常温より段階的に、少なくとも3段階以上徐々に上昇させ、セラミックスラリー表面の乾燥とセラミックスラリー表面への内部からの溶剤浸透がバランスよく行われるようにすると、表面のセラミックスラリーのみが乾燥してスラリー内部の乾燥が抑制されることがないので好ましい。例えば、それぞれ温度の異なる蒸気を熱源とする乾燥ゾーンを3基以上有する熱風乾燥機を用いると、大量でかつ一定の温度の熱風を循環させることにより、セラミックスラリーを均等に熱することが可能となる。この場合の乾燥温度はセラミックスラリーの表面に当てられる熱風の温度となる。また赤外ランプ等による輻射熱を熱源として用いる場合、赤外ランプの温度ではなくセラミックスラリーの表面に位置する雰囲気の温度を乾燥温度とし、予め温度計でセラミックグリーンシートを乾燥させるゾーンの雰囲気温度を測定しておいてもよいし、セラミックスラリーを乾燥しながら測定してもよい。この場合、熱風乾燥に比べると均熱性に劣り、20℃〜30℃程度のバラツキがあるため、乾燥ゾーン内の最も高い雰囲気温度を乾燥温度とする。
溶融成分の融点が低い場合は、乾燥温度を溶融成分の融点温度より低くするとセラミックスラリーの乾燥に時間がかかるので、乾燥機の乾燥ゾーンを長くする必要がある。生産性を優先する場合は、第1のセラミックグリーンシート層2にシワを発生させないようにセラミックスラリーに含まれる溶剤の蒸気圧を考慮したうえで、乾燥温度を融点より高い温度とするとよい。
本発明における第1のセラミックグリーンシート層2および第2のセラミックグリーンシート層3は、セラミック粉末、有機バインダー、溶剤等を混合したものが用いられる。第1のセラミックグリーンシート層2はさらに溶融成分を含有する。第1のセラミックグリーンシート層2および第2のセラミックグリーンシート層3ともに、可塑剤を添加してセラミックグリーンシート4の硬度や強度を調整してもよく、好ましくは第2のグリーンシート層3の引っ張り特性が降伏点強度0.5MPa以上でかつ降伏点伸度50%以下とするとよい。これは、セラミックグリーンシート積層体6を作製する工程において、第2のセラミックグリーンシート層3の引っ張り特性が降伏点強度0.5MPa以上であれば、加熱時に軟化した第1のセラミックグリーンシート層2を第2のセラミックグリーンシート層3でクラックや欠陥なく保持でき、かつ降伏点伸度50%以下であれば第1のセラミックグリーンシート層2が軟化しても、セラミックグリーンシート4は積層時に変形することなく高精度の寸法を保てるからである。
セラミック粉末としては、例えばセラミック配線基板であれば、Al2O3,AlN,ガラスセラミック粉末(ガラス粉末とフィラー粉末との混合物)等が挙げられ、積層コンデンサであればBaTiO3系,PbTiO3系等の複合ペロブスカイト系セラミック粉末が挙げられ、電子部品に要求される特性に合わせて適宜選択される。
ガラスセラミック粉末のガラス成分としては、例えばSiO2−B2O3系、SiO2−B2O3−Al2O3系,SiO2−B2O3−Al2O3−MO系(ただし、MはCa,Sr,Mg,BaまたはZnを示す),SiO2−Al2O3−M1O−M2O系(ただし、M1およびM2は同一または異なってCa,Sr,Mg,BaまたはZnを示す),SiO2−B2O3−Al2O3−M1O−M2O系(ただし、M1およびM2は上記と同じである),SiO2−B2O3−M3 2O系(ただし、M3はLi、NaまたはKを示す,SiO2−B2O3−Al2O3−M3 2O系(ただし、M3は上記と同じである),Pb系ガラス,Bi系ガラス等が挙げられる。
また、ガラスセラミック粉末のフィラー粉末としては、例えばAl2O3,SiO2,ZrO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物,TiO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物,Al2O3およびSiO2から選ばれる少なくとも1種を含む複合酸化物(例えばスピネル,ムライト,コージェライト)等のセラミック粉末が挙げられる。
第1のセラミックグリーンシート層2に配合される第1の有機バインダーおよび第2のセラミックグリーンシート層3に配合される第2の有機バインダーとしては、従来よりセラミックグリーンシートに使用されているものが使用可能であり、例えばアクリル系(アクリル酸,メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体,具体的にはアクリル酸エステル共重合体,メタクリル酸エステル共重合体,アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等),ポリビニルブチラ−ル系,ポリビニルアルコール系,アクリル−スチレン系,ポリプロピレンカーボネート系,セルロース系等の単独重合体または共重合体が挙げられる。焼成工程での分解、揮発性を考慮すると、アクリル系バインダーがより好ましい。
第1のセラミックグリーンシート層2に含有される溶融成分は、セラミックグリーンシート積層体6を作製する際の加熱時に溶融状態となるものであり、炭化水素,脂肪酸,エステル,脂肪アルコール,多価アルコール等が挙げられる。スラリーを調整する際の溶剤への溶解性を考慮すると、分子量が小さくかつ極性を有する炭化水素,エステル,脂肪アルコール,多価アルコールが好ましい。さらに上述したアクリルバインダーとの相溶性を考慮すると、エステル,脂肪アルコール,多価アルコールがより好ましい。
溶融成分は前記のものの中でも、その融点が35乃至100℃であるものが好ましい。これは、この範囲の融点のものを用いると、常温では第1のセラミックグリーンシート層2が軟化して変形することはないので、積層工程までのハンドリングが容易となり、セラミックグリーンシート積層体6を作製する工程における加熱時にセラミックグリーンシート4中のバインダーや可塑剤等の有機成分が分解することがないので、分解ガスによりデラミネーションが発生してしまうことがないからである。融点が35乃至100℃である溶融成分としては具体的には、ミリスチルアルコール,セチルアルコール,ヘキサデカノール,ポリエチレングリコール,ポリグリセロール,ステアリルアミド,オレイルアミド,エチレングリコールモノステアレート,パラフィン,ステアリン酸,シリコーン等が挙げられる。これらの中で焼成工程での分解、揮発性がよく、ヒドロキシル基を有するものは、ミリスチルアルコール,セチルアルコール,ヘキサデカノール,ステアリルアルコール,ポリエチレングリコール,ポリグリセロールである。
第1のセラミックグリーンシート層2に含有される溶融成分の含有量は、第1の有機バインダー100質量%に対して50乃至100質量%である。溶融成分の量が50質量%より少ないと、第1の有機バインダーと結びつき第1の有機バインダー中に分散する溶融成分の絶対量が足りなくなるので、セラミックグリーンシート積層体6を作製する工程の加熱時に第1のセラミックグリーンシート層2が全体にわたり軟化せず粘着性が得られない、または第1のセラミックグリーンシート層2が均一に軟化せず粘着性のない部分ができてしまうこととなり、焼成して得られる電子部品はデラミネーションが発生してしまう。溶融成分が100質量%より多いと、第1の有機バインダーと結びつく溶融成分が過多となり、第1の有機バインダー中に分散しきれない溶融成分が凝集してしまう部分が発生し、この部分は第1の有機のバインダーが存在せず粘着性を有さない部分となるので、この部分に焼成して得られるセラミック電子部品のデラミネーションが発生してしまうこととなる。
第1のセラミックグリーンシート層2の有機成分の配合量は、第1のセラミックグリーンシート層2に含まれる無機粉末100質量%に対して10乃至50質量%である。有機成分の量が10質量%より少ないと、無機成分と結びつくことで第1のセラミックグリーンシート層2中に分散させる役割をもつ有機成分の絶対量が足りなくなるので、セラミックグリーンシート積層体6を作製する工程の加熱時に第1のセラミックグリーンシート層2が全体にわたり粘着性が得られないか、または第1のセラミックグリーンシート層2の粘着性が均一でない部分ができることとなり、焼成して得られる電子部品はデラミネーションが発生してしまう。有機成分が50質量%より多いと、無機成分と結びつく有機成分が過多となり、第1のセラミックグリーンシート層2中に分散しきれない有機成分が凝集してしまう部分が発生する。この部分は有機成分が存在し粘着性を有するものの、無機成分が存在しない部分となるので、焼成時における有機成分の除去によって得られる電子部品の中に空隙や空隙に起因するデラミネーションが発生することとなる。ここで、有機成分とは第1の有機バインダーと溶融成分とのことである。第1のセラミックグリーンシート層2を形成する際には、溶剤および可塑剤や分散剤等も含むスラリーを用いるが、スラリーを乾燥させて第1のセラミックグリーンシート層2とするので第1のセラミックグリーンシート層2の有機成分には蒸発してしまう溶剤は含まれず、可塑剤や分散剤等はその量が少ないため、有機成分とは第1の有機バインダーと溶融成分としている。
第1のセラミックグリーンシート層2は、上記セラミック粉末,有機バインダー,溶融成分に溶剤(有機溶剤,水等)、必要に応じて所定量の可塑剤,分散剤を加えて第1のセラミックスラリーを得、これをPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム等の支持体上にドクターブレード法,リップコーター法,ダイコーター法等により成形することによって得られる。第2のセラミックグリーンシート層3は、第1のスラリーに対して溶融成分を含まない第2のセラミックスラリーを用いて形成される。
上記(2)の方法の場合、第1のセラミックグリーンシート層2の溶解度パラメータと第2のスラリーの溶解度パラメータとの差を3乃至8とすることによって、第1のセラミックグリーンシート層2上に第2のセラミックスラリーを塗布した際、第1のセラミックグリーンシート層2と第2のセラミックスラリーが互いに溶解することを抑制するので、第1のセラミックグリーンシート層2と第2のセラミックグリーンシート層3が混合、同一化してしまうことを防ぐことができる。また、第1のセラミックグリーンシート層2上に第2のセラミックスラリーを塗布した際、第1のセラミックグリーンシート層2上の第2のセラミックスラリーがはじかれること無く塗布することができるので、第2のセラミックスラリーの塗布時に気泡の巻き込みによる空隙も無くデラミネーションの発生を防ぐことが出来るので好ましい。
上記(3)の方法の場合、第1のセラミックスラリーの溶解度パラメータと第2のセラミックスラリーの溶解度パラメータとを2以上離すことによって、支持体1に第1のセラミックスラリーを塗布し、塗布された第1のセラミックスラリー上に第2のセラミックスラリーを塗布した際、第1のセラミックスラリーと第2のセラミックスラリーが互いに溶解することを抑制するので、第1のセラミックグリーンシート層2と第2のセラミックグリーンシート層3が混合、同一化してしまうことを防ぐことが出来るのでより好ましい。
ここで、溶解度パラメータ(Solubility Parameter)とは、有機成分の性質が似通ったものは相溶けやすいという性質をもとに数値化したものであり、SP値とも呼ばれるものである。溶解度パラメータの値が近いもの同士は溶解しやすいことを示すものであるので、有機成分の溶解力を示す指標として用いられる。本発明のセラミックスラリーの溶解度パラメータは、セラミックグリーンシート及びセラミックスラリー中の各有機成分の溶解度パラメータと各有機成分の体積分率から算出した。例えば、セラミックスラリー中に2つの有機成分が含まれ、それぞれの溶解度パラメータが5および7で、体積分率がそれぞれ70%および30%である場合のセラミックスラリーの溶解度パラメータは5×0.7+7×0.3=5.6とした。なお、本発明の有機成分の溶解度パラメータは、講談社出版「溶剤ハンドブック」(浅原昭三ほか編、1976年初版)による溶解度パラメータのデータを使用した。
(2)及び(3)の方法においてセラミックグリーンシート及びセラミックスラリーの溶解度パラメータの差を(2)の方法では3乃至8、(3)の方法では2とするためには、溶剤及び有機バインダーの溶解度パラメータを変える方法がよい。例えば溶剤の溶解度パラメータを変えるには、片方を炭化水素系の無極性溶剤とすると溶解度パラメータが小さくなり、また片方をアルコール系の極性溶剤とすると溶解度パラメータが大きくなり溶解度パラメータの差を調整できるのでよい。具体的には無極性溶剤としてはメチルエチルケトンのケトン類、トルエン、キシレンの芳香族系炭化水素、極性溶剤としてはエチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコールのアルコール類を用いるのが好ましい。また有機バインダーの溶解度パラメータを変えるには、2つの異なる骨格を得られ官能基を自由に選択できるアクリル樹脂を用いるのが好ましい。具体的には、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体のエステルを、メチル、ブチル、エチルへキシルなどと変化させることにより極性を変え、さらには溶解度パラメータを変えることが可能となるので好ましい。
ここで第2のセラミックグリーンシート層3の空隙率を9.7%以下とする方法としては、有機バインダーに分散効果のある官能基を有するものを用いたり分散剤を用いたりして第2のセラミックスラリーを作製し、セラミック粉末が良好に分散されたセラミックグリーンシート層3を形成する方法、セラミック粉末の粒径を管理してセラミックグリーンシート層3中のセラミック粉末自体の充填を上げる方法がある。セラミック粉末が良好に分散されていると、セラミック粉末が凝集することによりその内部に空隙を形成してしまうことがないことから空隙率が小さいものとなる。また複数の粗大粒が近接して存在するとセラミック粉末自体の充填が低下してしまい、この複数の粗大粒間に比較的大きい空隙が存在することとなるので、粗大粒を減らすことにより空隙率が減少する。例えば平均粒径1μmのセラミック粉末に10μmのセラミック粉末がたった数個でもセラミック粉末自体の充填に対して影響は大きいと考えられる。
通常市販されているセラミック粉末ではこのような粗大粒が含まれることはないが、セラミック粉末の1次粒子の凝集による2次粒子と呼ばれる凝集粒が粗大粒と同様のものとなってしまう。一般的にアルミナ、シリカ、ガラスセラミック粉末等は1次粒子のみで存在することなく、中でもセラミックグリーンシートに用いられるような1次粒子の粒径が1μm程度といった微粒子は、粒径が小さくなればなるほど表面積が増大し粒子の表面エネルギーによる凝集粒が発生している傾向にある。これらのセラミック粉末を有機バインダー、溶剤等と一緒に混合しセラミックスラリーにするときにボールミル等により混合と同時にセラミック粉末の凝集粒の解砕を行うことにより粗大粒を減らすことができる。このとき凝集粒の解砕の目安としては、例えば混合、解砕したセラミックスラリーの粒度分布をレーザー回折法で測定し、積分通過率50%と定義されるD50の平均粒径の大きさで判断することができる。つまりD50の平均粒径が小さくなり粉末の1次粒子の粒径と同等になれば、凝集粒の解砕が進み、凝集粒の存在が。十分に解砕するには、セラミックスラリーのボールミルでの解砕時間を長くすればよいが、解砕効率を考えてボールミル中のメディア径を小さくしたり、さらにはボールミルに替えて振動ボールミル、遊星ボールミル、ビーズミルといった方法を用いてもよい。
分散効果のある官能基としては溶剤中で電位がマイナスのもの、分散剤としても電位がマイナスのアニオン系のものが好ましい。セラミックグリーンシートに用いられる無機粉
末の代表的なもの、アルミナやシリカの粉末においては水酸化化合物から熱処理したものや水により粉砕処理して調製されるものが多く、表面に水酸基を解離基として有しているため有機溶剤中では正に帯電する傾向がある。このため電位がマイナスのものほど粉末表面に安定した吸着が行われ、分散しやすい。具体的には官能基としてはカルボキシル基が挙げられ、アニオン系の分散剤としてはオレイン酸、ステアリン酸等のカルボン酸が挙げられる。
また、前述の計算からも明らかなようにセラミックグリーンシート中の有機成分の量を増やすことにより調製できる。空隙は上記のようにセラミック粉末の凝集体の内部に形成されたものや近接する複数の大径粒間に形成されるものであるので、空隙と粉末以外の有機成分の量を増加させれば相対的に空隙率は減少することとなる。第2のセラミックグリーンシート中の有機成分を増やす方法としては、単純に有機バインダー量を増加させる方法が好ましい。その他の有機成分としては可塑剤等の溶剤などが考えられるが、可塑剤を増加させることにより第2のセラミックグリーンシート層3が柔らかくなって積層時に変形し高精度の寸法を保てなくなるからである。また、増加させる有機バインダーの量としては、セラミックグリーンシートに含まれる無機粉末に対して最大15重量%程度が好ましい。無機粉末の種類、粒径、粒度分布、分散性により異なり、バインダーの種類にもよるが、15重量%より多い有機バインダーを含むセラミックグリーンシートになると、粘着しやすくなったり、変形しやすくなったりしてハンドリングしにくくなる可能性がある。また、セラミックグリーンシートの引っ張り強度が劣化し、セラミックグリーンシート4を積層するときに変形したり、保持できなくなったりして高精度の寸法を保てなくなることがあるからである。
これらの方法の中では、セラミック粉末自体の充填を上げる方法は有機成分の調整ではないので、セラミックグリーンシートの加工性、ハンドリング性、寸法・形状安定性、脱脂性に対する影響が少なく好ましい。
また、第2のセラミックスラリーの作製工程で取り込まれた気泡により形成される空隙もあるが、これは第2のセラミックグリーンシート層と成す前に第2のセラミックスラリーから十分に除去すればよく、真空脱泡により行なうことができる。
第1のセラミックグリーンシート層2の厚さは、導体層とセラミックグリーンシートとの段差を埋めるために、導体層の厚みより厚くなるように形成される。セラミックグリーンシート4の積層時に変形させないように、好ましくは、第1のセラミックグリーンシート層2の厚みは第2のセラミックグリーンシート層3より薄く、さらに好ましくは第1のセラミックグリーンシート層2の厚みを出来るだけ薄くするほうがよく、導体層5の厚みより若干厚い程度10μm〜100μmとすればよい。
次に図1(c)に示すように、セラミックグリーンシート4の第2のセラミックグリーンシート層3上に導体層5を形成する。セラミックグリーンシート4上に導体層5を形成する方法としては、例えば導体材料粉末をペースト化したものをスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により印刷したり、めっき法や蒸着法等により所定パターン形状の金属膜を形成するようなセラミックグリーンシート4上に直接形成する方法、あるいは印刷により所定パターン形状に形成した導体厚膜や所定パターン形状に加工した金属箔、めっき法や蒸着法等により形成した所定パターン形状の金属膜をセラミックグリーンシート4上に転写する方法がある。導体材料としては、例えばW,Mo,Mn,Au,Ag,Cu,Pd
(パラジウム),Pt(白金)等の1種または2種以上が挙げられ、2種以上の場合は混合、合金、コーティング等のいずれの形態であってもよい。
導体層5はセラミックグリーンシート4の第2のセラミックグリーンシート層3上に形成される。これは、第2のセラミックグリーンシート層3は加熱時に溶融する溶融成分を含有しないことから、第2のセラミックグリーンシート層3は加熱時に変形することはないので、その上に導体層5を形成することにより導体層5を変形させないようにするためである。
なお、導体層5を形成する前に必要に応じて上下の層間の導体層5同士を接続するためのビアホール導体やスルーホール導体等の貫通導体を形成してもよい。これら貫通導体は、パンチング加工やレーザ加工等によりセラミックグリーンシート4に形成した貫通孔に、導体材料粉末をペースト化したもの(導体ペースト)を印刷やプレス充填により埋め込む等の手段によって形成される。
次に図1(d)に示すように、位置合わせして積み重ねたセラミックグリーンシート4を、溶融成分が溶融状態となり第1のセラミックグリーンシート層2が軟化して変形する程度の温度つまり溶融成分の融点程度の温度で加熱することでセラミックグリーンシート積層体6を作製する。また、このとき、積層したセラミックグリーンシート4が位置ずれしないように、また、軟化した第1のセラミックグリーンシート層2を第2のセラミックグリーンシート層3およびその上に形成された導体層5のパターン形状に追従して変形するのを補助するために押さえる程度の加圧を行なうと、より精度よく確実な圧着が可能となる。
セラミックグリーンシート積層体6を作製する工程において、第1のセラミックグリーンシート層2は加熱時に溶融する溶融成分を含有することから、導体層5が形成されたセラミックグリーンシート4を積層して加熱した際に第1のセラミックグリーンシート層2が軟化するので、第1のセラミックグリーンシート層2はその下に位置するセラミックグリーンシート4の第2のセラミックグリーンシート層3およびその上に形成された導体層5の形状に追従して変形することとなる。これにより導体層5の周囲や導体層5間に空隙が発生することなくセラミックグリーンシート4同士が密着することとなり、セラミックグリーンシート積層体6を焼成して得られる電子部品はデラミネーションの発生のないものとなる。
また、第1のセラミックグリーンシート層2は、加熱時に溶融する溶融成分を含有することから、加熱のみで第1のセラミックグリーンシート層2が軟化して接着性を有するものとなるので、大きな加圧力によりセラミックグリーンシート4を圧着させる必要がない。そして、導体層5の形成される第2のセラミックグリーンシート層3は加熱時に溶融する溶融成分を含有しないことから、第2のセラミックグリーンシート層3は加熱時に変形することはなく、積層したセラミックグリーンシート4が位置ずれしないように、また、軟化した第1のセラミックグリーンシート層2を第2のセラミックグリーンシート層3およびその上に形成された導体層5のパターンの形状に追従して変形するのを補助するために押さえる程度の加圧では変形しないものである。よって、セラミックグリーンシート4およびその上に形成された導体層の形状が変形することがなく、さらに加圧によるグリーンシートへの歪がなく得られるセラミックグリーンシート積層体6およびそれを焼成して得られる電子部品は高い寸法精度を有するものとなる。
例えば、加熱時に溶融する溶融成分を含有しない第1のセラミックグリーンシート層2を用いた場合、セラミックグリーンシート積層体6および電子部品の寸法精度は±0.5%程度であったが、本発明の溶融成分を含有する第1のセラミックグリーンシート層2を用いた場合、セラミックグリーンシート積層体6および電子部品の寸法精度は±0.3%程度となり、大幅に向上することが実験により判明した。
また、キャビティを有する電子部品を製造する場合は、大きな加圧力によりセラミックグリーンシートを圧着させる必要がないので、キャビティ周囲部とキャビティ底部との加圧によるグリーンシートの伸びの違いによるキャビティ底部の反りの発生を抑えることが可能となり、キャビティ底部に電子素子を精度よく確実に搭載することが可能な電子部品を得ることができる。
ここでセラミックグリーンシート4の加熱条件は、溶融成分の融点以上の温度に保持される時間を0.3秒以上5秒以下とするのが望ましい。加熱条件を上記のようにすると、セラミックグリーンシート4の第1のセラミックグリーンシート層2の溶融成分が過剰に溶融することがなく、第1のセラミックグリーンシート層2の流動を抑えることができるので、キャビティ構造やビアホール等に第1のセラミックグリーンシート層2が流れ込んでしまうこともなく、その結果、キャビティ内に配置された電極パターン上を覆ったり、ビアホールの穴を塞ぐことなく、これらの電気的接続を確保することが可能となる。
なお、セラミックグリーンシート4の加熱温度が、第1のセラミックグリーンシート層2の溶融成分の融点よりも低い場合や溶融成分の融点以上の温度における加熱時間が0.3秒に満たない場合には、溶融成分の溶融が不十分となりセラミックグリーンシート4の第1のセラミックグリーンシート層2が軟化して発生する接着性が低下することから、セラミックグリーンシート積層体6内部の導体層5の周囲に空隙が生じデラミネーションが部分的に発生してしまう。また、溶融成分の融点以上の温度に保持される時間が5秒を超えてしまうと、加熱による溶融成分の流動が大きくなってしまい、セラミックグリーンシート積層体6が変形してしまったり、軟化した第1のセラミックグリーンシート層2が、キャビティやビアホール等に流れ込んでしまったりする。さらにはセラミックグリーンシート4の加熱温度が100℃を超えるような場合は、セラミックグリーンシート積層体6中のバインダーや可塑剤等の有機成分が分解しやすくなり、分解ガスによりデラミネーションが発生しやすくなってしまう。
セラミックグリーンシート積層体6を作製する工程の加圧力は3〜20kgf/cm2(2.94×105〜19.6×105Pa)である。加圧力が3kgf/cm2(2.94×105Pa)未満だと、圧着面との接触が不均一になり、セラミックグリーンシート積層体6に均一な温度をかけにくくなるので、セラミックグリーンシート積層体6内部の導体層5の周囲に空隙が生じデラミネーションが部分的に発生してしまう場合がある。一方、加圧力が20kgf(19.6×105Pa)を超えると軟化した第1のセラミックグリーンシート層2が押出される形で流動するので、キャビティ内やビアホール等に第1のセラミックグリーンシート層2が流れ込んでしまい、キャビティ内に配置された電極パターン上を覆ったり、ビアホールの穴を塞ぐこととなってしまいやすい。
セラミックグリーンシート4を積層するための積層装置は、圧着面に加熱部を有し内部に冷却部を有した上パンチ部と、セラミックグリーンシート4に導体層5が形成された積層体を支持する下パンチ部とからなるものを用いることが好ましい。上パンチ部の加熱部は、通電することによって板状の抵抗体を発熱させる構造をとっているものすることにより、セラミックグリーンシート積層体6を均一に加熱することが容易となり、さらに、抵抗体の発熱量を抵抗体材料の種類や厚みにより調整できるため、セラミックグリーンシート積層体6の形状などに応じて加熱量を調整することができ、セラミックグリーンシート積層体6の変形や、キャビティ構造やビアホール等に溶融成分を含んだ軟化した第1のセラミックグリーンシート層2が流れ込んでしまうことを一層効果的に抑えることができる。また、冷却部を有することから上パンチを発熱させたのちに瞬時に冷却できるので、上記のような好ましい短時間の加熱がより容易となる。
また、積層装置は、油圧サーボ方式や電気サーボ方式を用いて、上パンチ部や下パンチ部がセラミックグリーンシート4の圧着の際に可動する構造のものが好ましい。このような積層装置によれば、パンチの加圧力を所望に応じて調整できるのでセラミックグリーンシート積層体6の積層時の加圧力を小さくできる。さらに、圧着した状態でセラミックグリーンシート積層体6のパンチの加圧力を細かく制御することができるので、セラミックグリーンシート積層体6の変形や、キャビティ構造やビアホール等に溶融成分を含んだ軟化した第1のセラミックグリーンシート層2が流れ込んでしまうことをさらに効果的に抑えることができる。
図1(d)の最下部に位置するセラミックグリーンシートとしては、第2のセラミックグリーンシート層3のみで構成されるセラミックグリーンシート4’を用いればよい。積層コンデンサのように表面に導体層5が露出しないような電子部品の場合は、図1(d)の最上部に位置するセラミックグリーンシート4には導体層5が形成されていないセラミックグリーンシート4を用いればよく、積層セラミック配線基板のような両面に導体層5が露出するような電子部品の場合は、最下部のセラミックグリーンシート4’の両面に導体層5を形成したものを用いればよい。
そして最後に、セラミックグリーンシート積層体6を焼成することにより本発明の電子部品が作製される。焼成する工程は有機成分の除去とセラミック粉末の焼結とから成る。有機成分の除去は100〜800℃の温度範囲でセラミックグリーンシート積層体6を加熱することによって行い、有機成分を分解、揮発させ、焼結温度はセラミック組成により異なり、約800〜1600℃の範囲内で行なう。焼成雰囲気はセラミック粉末や導体材料により異なり、大気中、還元雰囲気中、非酸化性雰囲気中等で行なわれ、有機成分の除去を効果的に行なうために水蒸気等を含ませてもよい。
焼成後の電子部品はその表面に露出した導体層5の表面には、導体層5の腐食防止のために、または半田や金属ワイヤ等の外部基板や電子部品との接続手段の良好な接続のために、NiやAuのめっきを施すとよい。
セラミック材料としてガラスセラミックスのような低温焼結材料を用いる場合は、セラミックグリーンシート積層体6の上下面にさらに拘束グリーンシートを積層して焼成し、焼成後に拘束シートを除去するようにすれば、より高寸法精度のセラミック基板を得ることが可能となる。拘束グリーンシートは、Al2O3等の難焼結性無機材料を主成分とするグリーンシートであり、焼成時に収縮しないものである。この拘束グリーンシートが積層された積層体は、収縮しない拘束グリーンシートにより積層平面方向(xy平面方向)の収縮が抑制され、積層方向(z方向)にのみ収縮するので、焼成収縮に伴う寸法ばらつきが抑制される。このときの拘束グリーンシートも本発明のセラミックグリーンシート6と同様の第1のセラミックグリーンシート層2と第2のセラミックグリーンシート層3とを有する構成にすると、拘束グリーンシートを積層して圧着する際にも大きな加圧力を必要とせず、得られる電子部品はより高寸法精度のものとなるのでよい。
また、拘束グリーンシートには難焼結性無機成分に加えて、焼成温度以下の軟化点を有するガラス成分、例えばセラミックグリーンシート4中のガラスと同じガラスを含有させるとよい。焼成中にこのガラスが軟化してセラミックグリーンシート4と結合することによりセラミックグリーンシート4と拘束グリーンシートとの結合が強固なものとなり、より確実な拘束力が得られるからである。このときのガラス量は難焼結性無機成分とガラス成分を合わせた無機成分に対して0.5〜15質量%とすると拘束力が向上し、かつ拘束グリーンシートの焼成収縮が0.5%以下に抑えられる。
焼成後、拘束シートを除去する。除去方法としては、例えば研磨、ウォータージェット、ケミカルブラスト、サンドブラスト、ウェットブラスト(砥粒と水とを空気圧により噴射させる方法)等が挙げられる。
以上のような方法で作製された電子部品は、その内部にデラミネーションを有さず寸法精度の高いものであるので、電子部品として要求される優れた電気特性や気密性の高いものとなる。