JP4793412B2 - 積層型電子部品の不良品判別方法および積層型電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層型電子部品の不良品判別方法および積層型電子部品の製造方法に関する。

積層セラミックコンデンサなどの積層型電子部品は、小型化、薄層化および多層化が進んでおり、その開発速度の向上が求められている。このように電子部品の小型化、薄層化および多層化を図るためには、その製造プロセスの工夫も必要であり、不良品を得ることなく、多数の良品チップを製造することがスループットの向上の観点から重要である。

従来、たとえば下記の特許文献１では、グリーン積層体の外層における各チップ予定部の表面中央部に、それぞれ内部電極層と同一材料のドット状のマークを印刷法で施し、ドット状の形状と製造ロットとの間に相関関係を持たせておき、製造ロットの不具合を検出することができるようにした方法が提案されている。

しかしながら、このような従来の方法では、グリーン積層体を切断した後のグリーンチップ、あるいはグリーンチップを焼成した後のチップ部品で試験を行い、製品の良・不良を判別している。そのため、製造ロットによっては、不良部品となる製品を多数製造してから、不良製品の廃棄を行うことになり、トータルとしての製造コストが増大するおそれがある。

また、従来の方法では、内部電極層と同一材料でマークを印刷法で形成するために、焼成後のチップ製品に端子電極をメッキ法で形成する際に、導電性のマークにもメッキ処理が成されるおそれがある。導電性のマークにメッキ処理が成されると、チップ製品の実装時に、端子電極とハンダブリッジされるおそれがあり、ショート不良などの原因となる。

また、印刷法で形成したマークは、切断後のチップ部品のバレル研磨により、マークが消失するおそれもあり、マークと不良品との相関関係を調べることが困難である。
特開昭５８−１３９４１８号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、積層型電子部品の不良品の発生を予め予測することが可能であり、積層型電子部品のトータルでの製造コストを低減することができる積層型電子部品の不良品判別方法および積層型電子部品の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る積層型電子部品の不良品判別方法は、
内部電極用パターン層と内層用グリーンシートとが交互に積層された内層部と、当該内層部の積層方向の外側に積層される外層用グリーンシートから成る外層部とを有するグリーン積層体を準備する工程と、
前記グリーン積層体をプレス加工する前に、前記外層用グリーンシートの表面に、個々のチップに対応する位置で、マークを形成する工程と、
前記マークが形成された前記グリーン積層体を、プレス加工する工程と、
プレス加工後の前記グリーン積層体の表面に形成してあるマークの位置を読み取り、プレス加工前後におけるマークの位置の位置ずれ量を算出する工程と、
前記位置ずれ量を、しきい値と比較したデータに基づき、切断工程を含む次工程に進めるか否かを判断する工程とを有する。

本発明に係る積層型電子部品の不良品判別方法では、プレス加工前後におけるマークの位置の位置ずれ量を算出し、その位置ずれ量を、しきい値と比較し、たとえば位置ずれ量が大きいマークの数が所定値以上の場合には、最終的に得られる製品の不良率が高いと判断することができる。そのような場合には、グリーン積層体を切断することなく廃棄する。そのため、その後の切断工程を含む、製品を製造するために必要とする工程の無駄をなくすことができ、積層型電子部品のトータルでの製造コストを低減することができる。特に、積層型電子部品のチップサイズが小型化している現状では、切断ずれによる不良が発生しやすく、そのような不良を予め知ることができる本発明の効果は大きい。

好ましくは、前記マークは、個々のチップの中央に対応する設計位置で、前記外層用グリーンシートの表面に形成される。このような位置にマークを形成することで、マークの位置の位置ずれ量を正確に算出することができる。なお、切断予定線の近くにマークを形成すると、切断ずれが大きくなった場合には、チップの表面に全くマークが残らない可能性もある。このような点からも、個々のチップの中央に対応する設計位置で、マークを形成することが好ましい。

好ましくは、前記マークは、レーザ加工により形成される。レーザ加工によりマークを形成することで、切断後のバレル研磨処理などであっても、マークが消失せず、グリーン積層体の切断後であっても、マークと不良品との相関関係を調べることが容易である。

好ましくは、プレス加工後の前記マークの位置と、設計されたマークの位置とを比較することで、プレス加工前後におけるマークの位置の位置ずれ量を算出する。マークを形成する位置は、マークを形成する際に予め決まっているため、その設計位置と、プレス加工後のマークの位置とを比較することで、位置ずれ量を正確に算出することができる。

好ましくは、前記グリーン積層体をプレス加工する前にも、前記マークの位置が読み取られ、プレス加工前の前記マークの位置と、プレス加工後の前記マークの位置と、を比較することで、プレス加工前後におけるマークの位置の位置ずれ量を算出する。この場合には、プレス加工前のマークの位置を実際に確認することになるので、さらに正確に位置ずれ量を算出することが可能になる。

好ましくは、前記位置ずれ量を、しきい値と比較したデータに基づき、積層型電子部品の製造歩留まりを予測し、予測された製造歩留まりにより、切断工程を含む次工程に進めるか否かを判断する。製造歩留まりを予測し、たとえば切断工程を含む次工程を行い積層型電子部品の製品を製造して不良品を廃棄する場合と、次工程を行わずにグリーン積層体の状態で廃棄する場合とのいずれがトータルコストを低減できるかを判断することができる。

積層型電子部品の不良品判別方法は、前記グリーン積層体を個々のチップに切断して焼成した後に、前記チップに対する前記マークの位置ずれに基づき、不良品を判別する工程をさらに有してもよい。この場合には、不良品をチップ毎にスクリーニングすることができる。
好ましくは、前記マークの位置は、画像処理装置により読み取られる。

本発明に係る積層型電子部品の製造方法は、上記のいずれかに記載の積層型電子部品の不良品判別方法を有する。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る製造方法により製造される積層セラミックコンデンサの概略断面図、
図２は図１に示す積層セラミックコンデンサを製造する過程で得られるグリーン積層体の斜視図、
図３は図２に示すグリーン積層体の要部断面図、
図４はグリーン積層体に付されるマークの一例を示すグリーン積層体の平面図、
図５（Ａ）は切断不良がないグリーンチップの平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示すＶＢ−ＶＢ線に沿う断面図、
図６はプレスによりマークに位置ずれが生じていることを示すグリーン積層体の平面図、
図７（Ａ）は切断不良が生じたグリーンチップの平面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に示すＶIIＢ−ＶIIＢ線に沿う断面図である。

まず、本発明の実施形態に係る方法により製造される積層型電子部品の一実施形態として、積層セラミックコンデンサの全体構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る積層セラミックコンデンサ２は、コンデンサ素体４と、第１端子電極６と第２端子電極８とを有する。コンデンサ素体４は、第１内部電極層１２および第２内部電極層１３を有し、第１内側誘電体層１０および第２内側誘電体層１１の間に、これらの内部電極層１２，１３が交互に積層してある。

コンデンサ素体４は、その積層方向の両端面に、外側誘電体層１４を有する。交互に積層される一方の第１内部電極層１２は、コンデンサ素体４の第１端部の外側に形成してある第１端子電極６の内側に対して電気的に接続してある。また、交互に積層される他方の第２内部電極層１３は、コンデンサ素体４の第２端部の外側に形成してある第２端子電極８の内側に対して電気的に接続してある。

第１および第２内側誘電体層１０，１１および外側誘電体層１４の材質は、特に限定されず、たとえばチタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウムおよび／またはチタン酸バリウムなどの誘電体材料で構成される。各内側誘電体層１０，１１の厚みは、特に限定されないが、１μｍ以下〜数十μｍのものが一般的である。また、外側誘電体層１４からなる外層部の厚みは、特に限定されないが、好ましくは１０〜２００μｍの範囲である。

端子電極６および８の材質も特に限定されないが、通常、Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｉｒ等の少なくとも１種、又はそれらの合金を用いることができる。通常は、Ｃｕ，Ｃｕ合金、Ｎｉ又はＮｉ合金等や、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｄ合金、Ｉｎ−Ｇａ合金等が使用される。端子電極６および８の厚みも特に限定されないが、通常１０〜５０μｍ程度である。

積層セラミックコンデンサ２の形状やサイズは、目的や用途に応じて適宜決定すればよい。積層セラミックコンデンサ２が直方体形状の場合は、通常、縦（０．２〜５．７ｍｍ）×横（０．１〜５．０ｍｍ）×厚み（０．１〜３．２ｍｍ）程度である。
次に、本発明の一実施形態としての積層セラミックコンデンサ２の製造方法について説明する。

まず、図２に示すグリーン積層体４ａを形成する。このグリーン積層体４ａを形成するために、図３に示すように、第１内部電極パターン１２ａが形成された第１グリーンシート１０ａと、第２内部電極パターン１３ａが形成された第２グリーンシート１１ａとを交互に積層し、グリーン積層体４ａを形成する。

グリーンシート１０ａ，１１ａを形成するための誘電体用ペーストは、通常、セラミック粉末と有機ビヒクルとを混練して得られた有機溶剤系ペースト、または水系ペーストで構成される。本実施形態では、これらのペーストは、有機溶剤系ペーストであることが好ましい。

なお、有機ビヒクルとは、バインダを有機溶剤中に溶解したものである。有機ビヒクルに用いるバインダは特に限定されず、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等の通常の各種バインダから適宜選択すればよい。

内部電極パターン１２ａ，１３ａを形成するための内部電極用ペーストは、各種導電性金属や合金からなる導電材、あるいは焼成後に導電材となる各種酸化物、有機金属化合物、レジネート等と、上記した有機ビヒクルとを混練して調製する。なお、内部電極用ペーストには、必要に応じて、共材としてセラミック粉末が含まれていても良い。共材は、焼成過程において導電性粉末の焼結を抑制する作用を奏する。

グリーンシート１０ａ，１１ａは、上記の誘電体用ペーストを用いたドクターブレード法などで形成される。また、グリーンシート１０ａ，１１ａの各表面に内部電極パターン１２ａ，１３ａを形成するには、上記の内部電極用ペーストを用いてスクリーン印刷などを行えばよい。

グリーン積層体４ａにおける第１グリーンシート１０ａは、最終的には図１に示す第１内側誘電体層１０となる部分であり、第２グリーンシート１１ａは、最終的には図１に示す第２内側誘電体層１１となる部分である。また、第１内部電極パターン１２ａは、最終的には図１に示す第１内部電極層１２となる部分であり、第２内部電極パターン１３ａは、最終的には図１に示す第２内部電極層１３となる部分である。

図３では、図示の容易化のために、グリーン積層体４ａにおける内部電極層１２ａおよび１３ａの積層数を少なく図示してあるが、数層から数百層と自由に設定することができる。

なお、図２および図３に示すように、グリーン積層体４ａにおける積層方向Ｚ（Ｚ軸方向とも言う）の両端部には、外側誘電体層１４となるべきグリーンシート１４ａが積層してある。グリーン積層体４ａにおけるＺ軸方向の厚みは、焼成後において、図１に示すコンデンサ素体４の厚みに対応する。

図２および図３に示すように、グリーン積層体４ａにおいて、第１内部電極パターン１２ａと第２内部電極パターン１３ａとは、パターン１２ａ，１３ａの長手方向Ｘ（Ｘ軸方向とも言う）に沿って、半パターンずらしてある直線の繰り返しパターンである。

また、Ｘ軸方向とＺ軸方向との双方に垂直であるグリーン積層体４ａの長手方向Ｙ（Ｙ軸方向とも言う）に沿って見れば、第１内部電極パターン１２ａと第２内部電極パターン１３ａとは、同じピッチ長さの分離した直線パターンである。

なお、図２に示すように、これらの第１内部電極パターン１２ａおよび第２内部電極パターン１３ａは、グリーン積層体４ａのＹ軸方向に沿って両端位置には形成されない領域が存在し、その領域が端部切り捨て部分２６となる。

本実施形態では、グリーン積層体４ａは、図２および図３に示す切断線３０に沿って切断される。図４に示すように、切断線３０は、グリーン積層体４ａのＸ−Ｙ平面から見て、ＸＹ軸に平行なマトリックス状に形成され、切断線３０に沿って分割後には、グリーンチップ４ｂとなる。

図４に示すように、本実施形態では、切断後のグリーンチップ４ｂに対応するように、切断前のグリーン積層体４ａにおける片側または両側の外層１４ａの表面または表面近傍の内部に、マークＭ１を付す。マークＭ１の形状は、特に限定されないが、図４に示す例では、十字形であり、個々のチップ４ｂの中央に対応する設計位置に形成してある。

マークＭ１の形成方法は、特に限定されないが、好ましくは、プレス前のグリーン積層体４ａにおける片側または両側の外層１４ａの表面に、レーザ照射により形成される。レーザ照射により、たとえば十字形状での凹みに対応するマークＭ１が、グリーン積層体４ａの外層１４ａの表面に形成される。レーザ照射によりマークＭ１を形成することで、マークＭ１は、グリーンチップ４ｂの焼成後にも残る。

あるいは、マークＭ１は、切断前でしかもプレス前のグリーン積層体４ａにおける外層１４ａの表面または表面近傍の内部に、焼成時に分解される印刷インキにより、外部から見えるように、しかもマークＭ１に対応して盛り上がるように、マークＭ１を印刷法で形成する。そのようなマークＭ１は、グリーン積層体４ａのプレス後には、印刷インキがグリーン積層体４ａにおける外層１４ａの表面または外層内部に埋め込まれる。そのマークＭ１は、焼成前には、容易に判別することができる。また、焼成後では、印刷インキは、焼成中の熱により蒸散されるが、焼結体チップの外層表面には、マークＭ１を示す印刷インキに対応する凹みが残される。したがって、焼成体チップにおいても、凹みに対応するマークが残される。

あるいはまた、マークＭ１は、プレス前のグリーン積層体４ａの外層表面に、電極パターン１２ａ，１３ａを形成するための電極ペーストと同じ電極ペーストで、形成されても良い。その場合には、その後に、そのマークＭ１が形成されたグリーン積層体４ａの外層表面に、マークＭ１が透けて見える保護層を形成する。保護層は、外側誘電体層１４となるべき複数のグリーンシート１４ａのうちの一枚または複数枚であってもよい。そのようなマークＭ１は、保護層から透けて見えると共に、保護層により保護され、マークＭ１が消されるおそれがない。

図４に示すように、グリーン積層体４ａの表面には、マークＭ１と共に、マークＭ２が観察される。マークＭ２は、グリーンシートの積層ずれを防止すると共に、切断時の位置決めマークとして用いられ、たとえば電極パターン１２ａ，１３ａを形成するための導電パターンの印刷法により形成される。

このようなマークＭ１，Ｍ２が付されたグリーン積層体４ａの表面は、本プレス前に、撮像カメラを含む画像処理装置により撮像処理され、マークＭ１，Ｍ２の各位置が記憶される。その後に、このグリーン積層体４ａは、本プレス加工される。本プレス加工時のプレス圧力は、特に限定されないが、たとえば５０〜２００ＭＰａである。

本プレス加工を行う金型は、プレス加工により変形ずれが生じないように設計してあるが、周囲環境が変化した場合や製造ロットが変化した場合などには、図６に示すように、Ｘ軸方向とＹ軸方向、特にＸ軸方向に変形ずれが生じてしまうことがある。Ｘ軸方向に変形ずれが大きく生じてしまうと、切断位置によっては、切断後のチップ４ｂ１において、図７（Ｂ）に示すように、電極パターン１２ａ，１３ａに短絡が生じてしまうおそれがある。ところが従来では、このようなチップ４ｂ１は、外観上、何ら良品のチップ４ｂ（図６参照）と区別がつかず、不良品となるおそれがあるチップを予め判別することは困難であった。

本実施形態では、積層体４ａのプレス加工後で切断前に、マークＭ１，Ｍ２が付されたグリーン積層体４ａの表面を、再度、撮像カメラを含む画像処理装置により撮像処理し、各チップ４ｂ毎に、マークＭ１におけるプレス加工前後の位置ずれ量（Ｘ軸方向とＹ軸方向）を算出する。そして、マークＭ１毎に求められた位置ずれ量を、しきい値と比較したデータに基づき、積層セラミックコンデンサの製造歩留まりを予測し、予測された製造歩留まりにより、切断工程を含む次工程に進めるか否かを判断する。

たとえば６０μｍをしきい値として設定し、そのしきい値以上のずれ量が生じるマークＭ１の数を求め、その数が、積層体４ａの全体に対して、何％になるかを算出する。たとえば、しきい値を超えるマークＭ１の割合が２０％以上になる場合には、製造歩留まりが８０％以下となると判断することができる。そのような場合に、積層体４ａに対して、たとえば切断工程を含む次工程を行い積層セラミックコンデンサの製品を製造して不良品を廃棄する場合と、次工程を行わずにグリーン積層体４ａの状態で廃棄する場合とのいずれがトータルコストを低減できるかを判断することができる。

本実施形態に係る積層セラミックコンデンサの不良品判別方法では、プレス加工前後におけるマークＭ１の位置の位置ずれ量を算出し、その位置ずれ量を、しきい値と比較し、たとえば位置ずれ量が大きいマークの数が所定値以上の場合には、最終的に得られる製品の不良率が高いと判断することができる。そのような場合には、グリーン積層体４ａを切断することなく廃棄する。そのため、その後の切断工程を含む、製品を製造するために必要とする工程の無駄をなくすことができ、積層セラミックコンデンサのトータルでの製造コストを低減することができる。特に、チップサイズが小型化している現状では、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように切断ずれによる不良が発生しやすく、そのような不良を予め知ることができる本実施形態の効果は大きい。

また、本実施形態では、マークＭ１は、個々のチップ４ｂの中央に対応する設計位置形成することで、マークＭ１の位置の位置ずれ量を正確に算出することができる。なお、切断予定線３０の近くにマークＭ１を形成すると、切断ずれが大きくなった場合には、チップ４ｂの表面に全くマークＭ１が残らない可能性もある。このような点からも、個々のチップ４ｂの中央に対応する設計位置で、マークＭ１を形成することが好ましい。

さらに本実施形態では、マークＭ１は、レーザ加工により形成されるので、切断後のバレル研磨処理などであっても、マークＭ１が消失せず、グリーン積層体４ａの切断後であっても、マークＭ１と不良品との相関関係を調べることが容易である。

さらにまた本実施形態では、次工程に進めたグリーン積層体４ａを個々のチップ４ｂに切断して焼成した後に、チップ４ｂに対するマークＭ１の位置ずれに基づき、不良品を判別する工程をさらに有してもよい。この場合には、不良品をチップ４ｂ毎にスクリーニングすることができる。

グリーン積層体４ａの切断は、切断線３０に沿って、たとえば押し切り刃などで行われ、切断後には、個々のグリーンチップ４ｂとなる。各グリーンチップ４ｂは、切断ズレ、厚み不良などの検査が行われてもよい。切断ずれの検査に際しては、図５（Ａ）および図７(Ａ）に示すように、マークＭ１の中央からのずれによっても判断することができる。

なお、本実施形態では、切断後のグリーンチップ４ｂに、脱バインダ処理および焼成処理を施し、焼結体チップを得る。脱バインダ処理および焼成処理の諸条件は特に限定されないが、焼成温度としては、たとえば１０００〜１４００°Ｃである。

その後に、焼結体チップに、図１に示す第１および第２端子電極６および８となる電極ペーストを塗布し、焼き付け処理を行う。焼き付け処理時の温度条件などは、特に限定されない。

その後に、これらの焼結体チップに対して、デラミネーション不良やクラック検査などの外観検査と共に、容量測定、耐電圧、絶縁抵抗などの電気特性を測定し、これらの不良を検査してもよい。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

たとえば、上述した実施形態では、プレス加工前にも、マークＭ１の位置を画像処理装置で撮像したが、必ずしも撮像することなく、画像処理装置により読み取られたプレス加工後のマークＭ１の位置と、設計されたマークＭ１の位置とを比較することで、プレス加工前後におけるマークＭ１の位置の位置ずれ量を算出してもよい。マークＭ１を形成する位置は、マークＭ１を形成する際に予め決まっているため、その設計位置と、プレス加工後のマークＭ１の位置とを比較することで、位置ずれ量を正確に算出することができる。ただし、上述した実施形態では、プレス加工前のマークＭ１の位置を画像処理装置により実際に確認することになるので、さらに正確に位置ずれ量を算出することが可能になる。

また、本発明の方法は、積層セラミックコンデンサの不良品判別方法および製造方法に限らず、その他の積層型電子部品の不良品判別方法および製造方法に適用することが可能である。

図１は本発明の一実施形態に係る製造方法により製造される積層セラミックコンデンサの概略断面図である。 図２は図１に示す積層セラミックコンデンサを製造する過程で得られるグリーン積層体の斜視図である。 図３は図２に示すグリーン積層体の要部断面図である。 図４はグリーン積層体に付されるマークの一例を示すグリーン積層体の平面図である。 図５（Ａ）は切断不良がないグリーンチップの平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示すＶＢ−ＶＢ線に沿う断面図である。 図６はプレスによりマークに位置ずれが生じていることを示すグリーン積層体の平面図である。 図６はプレスによりマークに位置ずれが生じていることを示すグリーン積層体の平面図である。

符号の説明

２… 積層セラミックコンデンサ
４… コンデンサ素体
４ａ… グリーン積層体
４ｂ，４ｂ１… グリーンチップ
６… 第１端子電極
８… 第２端子電極
１０… 第１内側誘電体層
１０ａ… 第１グリーンシート
１１… 第２内側誘電体層
１１ａ… 第２グリーンシート
１２… 第１内部電極層
１２ａ… 第１内部電極パターン
１３… 第２内部電極層
１３ａ… 第２内部電極パターン
３０… 切断線
Ｍ１，Ｍ２… マーク

Claims (6)

1. 内部電極用パターン層と内層用グリーンシートとが交互に積層された内層部と、当該内層部の積層方向の外側に積層される外層用グリーンシートから成る外層部とを有するグリーン積層体を準備する工程と、
   前記グリーン積層体をプレス加工する前に、前記外層用グリーンシートの表面に、個々のチップの中央に対応する設計位置で、マークを形成する工程と、
   前記マークが形成された前記グリーン積層体を、プレス加工する工程と、
   プレス加工後の前記グリーン積層体の表面に形成してあるマークの位置を読み取り、プレス加工前後におけるマークの位置の位置ずれ量を算出する工程と、
   前記位置ずれ量を、しきい値と比較したデータに基づき、積層型電子部品の製造歩留まりを予測し、予測された製造歩留まりにより、切断工程を含む次工程に進めるか否かを判断する工程と、
   前記グリーン積層体を個々のチップに切断して焼成した後に、前記チップに対する前記マークの位置ずれに基づき、不良品を判別する工程とを有する積層型電子部品の不良品判別方法。
2. 前記マークは、レーザ加工により形成される請求項１に記載の積層型電子部品の不良品判別方法。
3. プレス加工後の前記マークの位置と、設計されたマークの位置とを比較することで、プレス加工前後におけるマークの位置の位置ずれ量を算出する請求項１または２に記載の積層型電子部品の不良品判別方法。
4. 前記グリーン積層体をプレス加工する前にも、前記マークの位置が読み取られ、プレス加工前の前記マークの位置と、プレス加工後の前記マークの位置と、を比較することで、プレス加工前後におけるマークの位置の位置ずれ量を算出する請求項１または２に記載の積層型電子部品の不良品判別方法。
5. 前記マークの位置は、画像処理装置により読み取られる請求項１〜４のいずれかに記載の積層型電子部品の不良品判別方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の積層型電子部品の不良品判別方法を有する積層型電子部品の製造方法。

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