JP4875444B2 - 積層型電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁体層と導体パターンを積層し、素体内にコイルを内蔵した積層型電子部品の製造方法に関するものである。

インダクタ（コイル）の分野でも小型化の要求に対応するために、巻線を用いないタイプの積層型電子部品が実用化されている。現在、０６０３サイズ（０．６×０．３×０．３ｍｍ）まで小型化・薄型化が進んでいるが、さらなる小型化・薄型化が求められている。これらコイルを内蔵する積層型電子部品の製造方法としては、絶縁体ペーストと導体ペーストを交互に印刷して積層体を形成する印刷積層法（例えば、特許文献１を参照。）、表面にコイル用導体パターンが形成されたセラミックグリーンシートを複数枚積層して積層体が形成され、セラミックグリーンシートに形成されたスルーホール内の導体を介してコイル用導体パターン間が接続されるシート積層法（例えば、特許文献２を参照。）等が知られている。これらの製造方法において、コイル用導体パターンの形成方法に着目した場合、いずれの製造方法においても、スクリーン印刷によって形成されるのが一般的となっている。
特公昭５７−３９５２１号公報 特公平４−１６９２７号公報

しかしながら、スクリーン印刷によってコイル用導体パターン形成した場合、線幅が３０μｍ以下のコイル用導体パターンを安定的に形成することができず、またその精度も充分でないため、積層型電子部品のサイズを極小化するには限界があった。
また、絶縁材料中に含まれる絶縁体粒子や導電材料中に含まれる金属成分粒子の含有量は、積層体の脱灰処理後の脱灰体中のこれら粒子のかさ密度が、実用に耐え得る焼成体密度を得るために充分な密度であることが必要である。そのために成膜性も考慮しつつ、絶縁材料中に含まれる絶縁体粒子や導電材料中に含まれる金属成分粒子の高含有率化を図ることで、焼成前の積層体と焼成後の積層体の体積比として１００：５０〜３５（体積収縮率で５０〜６５％）となるように含有率を設定するのが一般的である。
この様に従来の積層型電子部品の製造方法は、積層型電子部品の形状を小型化することができず、又積層型電子部品の形状を小型化できたとしてもコイル用導体パターンを安定的に形成することができなかった。

本発明は、積層体内に微細なコイル導体パターンを形成でき、それによって積層型電子部品の形状を小型化できる積層型電子部品の製造方法を提供するものである。

本発明の積層型電子部品の製造方法は、絶縁体層を形成する絶縁材料と導体パターンを形成する導電材料を改良することにより前述の課題を解決するものである。すなわち、絶縁体層と導体パターンを積層し、素体内に回路素子を形成した積層型電子部品の製造方法において、絶縁体層が熱重合収縮性を有する樹脂を含有する絶縁材料で形成され、導体パターンが熱重合収縮性を有する樹脂を含有する導電材料で形成される。

本発明の積層型電子部品の製造方法は、絶縁体層が熱重合収縮性を有する樹脂を含有する絶縁材料で形成され、導体パターンが熱重合収縮性を有する樹脂を含有する導電材料で形成され、この絶縁体層と導体パターンが積層された素体内に回路素子が形成されるので、素体内に微細なコイル導体パターンを形成することができると共に、それによって積層型電子部品の形状を小型化することが可能になる。

本発明の積層型電子部品の製造方法は、熱重合収縮性を有する樹脂を含有する絶縁材料で形成された絶縁体層と、熱重合収縮性を有する樹脂を含有する導電材料で形成されたコイル用導体パターンとが積層される。これらの積層体は製品個々に分割され、１００ｐｐｍ以下の低酸素濃度中で４００℃以上の熱を加える熱重合収縮処理を施し、脱灰、焼成することにより、積層体の焼成後の体積を、積層体の焼成前の体積の３５％以下にする。

従って、本発明の積層型電子部品の製造方法は、絶縁体層と導体パターンが熱重合収縮性を有する樹脂を含有する材料で形成されるので、素体と導体パターンを目的とする製品のサイズよりも大きめに形成し、低酸素濃度下の加熱による熱重合収縮処理を施して、これらを目的とする製品のサイズまで収縮させることにより素体内に１５μｍ程度までの微細なコイル用導体パターンを形成することができる。また、この様に熱重合収縮性を有する樹脂の重合鎖を酸化により切り離すことなく重合を進めて積層体を収縮させて収縮積層体中の絶縁体粒子と金属成分粒子の粒子密度を高め、さらに、これを脱灰で再収縮させることにより、焼成可能な絶縁体粉末と導電粉末のかさ密度を得ることができる。

以下、本発明の積層型電子部品の製造方法を図１乃至図６を参照して説明する。
図１は本発明の積層型電子部品の製造方法の実施例に係る積層型電子部品の分解斜視図、図２は本発明の積層型電子部品の製造方法の実施例に係る積層型電子部品の斜視図である。
本発明の積層型電子部品の製造方法の実施例に係る積層型電子部品としては、例えば、図１、２に示す様に、絶縁体層１１Ａ〜１１Ｆとコイル用導体パターン１２Ａ〜１２Ｅとを積み重ね、積層体内にコイルを形成したものがある。
絶縁体層１１Ａ〜１１Ｆは、ガラスセラミックス、誘電体セラミックス等の絶縁体セラミックスで形成される。
絶縁体層１１Ａ〜１１Ｅの表面には、それぞれ導体パターン１２Ａ〜１２Ｅが形成される。導体パターン１２Ａ〜１２Ｅは、銀、銀系、金、金系、銅、銅系等の金属材料で構成される。図１では１ターン未満のコイル用導体パターンが示されており、絶縁体層間の導体パターン１２Ａ〜１２Ｅが絶縁体層のスルーホール内の導体を介して螺旋状に接続されて積層体内にコイルが形成される。
コイルの一端を構成する絶縁体層１１Ａ上の導体パターン１２Ａの一端は、絶縁体層１１Ａの端面に引き出され、積層体の端面に形成された外部端子２４に接続される。また、コイルの他端を構成する絶縁体層１１Ｅ上の導体パターン１２Ｅの他端は、絶縁体層１１Ｅの端面に引き出され、積層体の端面に形成された外部端子２５に接続される。

この様な積層型電子部品は、次のようにして製造される。まず、熱重合収縮性を有するバインダ樹脂を含有する絶縁体ペーストとして、絶縁性ガラス粒子、側鎖にエチレン性不飽和基を有するアクリル系共重合体、光反応重合性化合物、光重合開始剤によって構成される感光性絶縁体ペーストを用い、図３に示す様に、支持体３０の表面に、この感光性絶縁体ペーストを所定の厚みに塗布し、乾燥させた後、光線（例えば、紫外線）を用いて露光し、現像することにより、支持体３０上に感光性絶縁体膜３１Ａが形成される。支持体３０は、金属板、セラミック板、可撓性を有するフィルム等を用いることができるが、積層体形成後に製品を支持体から剥離する必要があることから剥離性を考慮して決定するのが望ましく、必要に応じて離型処理を行うと良い。また、導体パターンやスルーホールの形成位置の精度を向上させるために、露光時の光学アライメント用マーカを具備していることが望ましい。図３では、露光時の光学アライメント用孔２ヶ所（図示せず）を具備したステンレス板上に、積層体を形成する面と反対の面に接着層を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）３０Ａを光学アライメント孔を避けて貼り付けて支持体３０とした。絶縁体ペーストは、必ずしも光重合硬化性を必要としないが、高精細度のスルーホールを形成するために、本実施例ではガラスセラミックスに熱重合収縮性と光重合硬化性を有するバインダー樹脂を混入してペースト状にした感光性絶縁体ペーストを用い、スクリーン印刷法により支持体のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）３０Ａ上に塗布される。また、感光性絶縁体ペースト中の絶縁性ガラス粒子は、感光性絶縁体ペーストの乾燥体の体積を１００としたときに加熱残分焼成体の体積が１２．５、すなわち、感光性絶縁体ペーストの乾燥体形状を１×１×１としたときに焼成後の形状が０．５×０．５×０．５となるようにその含有率を設定した。さらに、感光性絶縁体ペーストの乾燥は、約８０℃で１０分間行われるが、箱型乾燥機によるバッチ処理に限定されず、インライン方式の赤外乾燥等作業性を考慮して決定すれば良い。またさらに、支持体上への塗布方法としては、スクリーン印刷法、ロールコータ法、バーコータ法等の方法を用いることができるが、この後の工程の感光性絶縁体膜に形成されたスルーホール内への導体充填性からスクリーン印刷法に統一して塗布を行った。さらに、感光性絶縁体膜３１Ａは、後の外部端子形成時のメッキ工程における薬液が積層体に浸入するのを防ぐため、２層以上形成するのが望ましい。

次に、熱重合収縮性を有するバインダ樹脂を含有する導電ペーストとして、銀粒子、側鎖にエチレン性不飽和基を有するアクリル系共重合体、光反応重合性化合物、光重合開始剤によって構成される感光性導電ペーストを用い、図４（Ａ）に示す様に、感光性絶縁体膜３１Ａの表面全体又は、表面の製品となる部分に、この感光性導電ペーストを所定の厚みに塗布して感光性導電膜３２を形成し、約８０℃で１０分間乾燥した後、この感光性導電膜３２を露光、現像して、図４（Ｂ）に示す様に、感光性絶縁体膜３１Ａの表面に外部端子引き出し部を有するコイル用導体パターン３２Ａが形成される。導電ペーストは、必ずしも光重合硬化性を必要としないが、高精細度のコイル用導体パターンを形成するために、本実施例では銀、銀系、金、金系、銅、銅系等の金属粉末に熱重合収縮性と光重合硬化性を有するバインダー樹脂を混入してペースト状にした感光性導電ペーストを用い、スクリーン印刷法により感光性絶縁体膜３１Ａ上に塗布される。図４では感光性導電ペーストを構成する金属成分として、絶縁体セラミックスの焼成温度とコイル用導体パターンの導体抵抗を考慮して銀を含有するものを用いた。また、感光性導電ペースト中の金属成分粒子は、感光性導電ペーストの乾燥体の体積を１００としたときに加熱残分焼成体の体積が１２．５、すなわち、感光性導電ペーストの乾燥体形状を１×１×１としたときに焼成後の形状が０．５×０．５×０．５となるようにその含有率を設定した。

さらに、図４（Ｃ）に示す様にこのコイル用導体パターンが形成された感光性絶縁体膜の表面全体又は、表面の製品となる部分に、熱重合収縮性を有するバインダ樹脂を含有する絶縁体ペースト（感光性絶縁体ペースト）を所定の厚みに塗布して感光性絶縁体膜３１Ｂを形成し、乾燥した後、この感光性絶縁体膜３１Ｂを露光、現像して、図４（Ｄ）に示す様に、感光性絶縁体膜３１ＢにスルーホールＨが形成される。このスルーホールＨの底面には、コイル用導体パターン３２Ａの端部が露出する。
続いて、この感光性絶縁体膜３１ＢのスルーホールＨ内に、熱重合収縮性を有するバインダ樹脂を含有する導電ペースト（感光性導電ペースト）を充填すると共に、図４（Ｅ）に示す様に、感光性絶縁体膜の表面全体又は、表面の製品となる部分に、熱重合収縮性を有するバインダ樹脂を含有する導電ペースト（感光性導電ペースト）を所定の厚みに塗布して感光性導電膜３２を形成し、乾燥した後、この感光性導電膜３２を露光、現像して、図４（Ｆ）に示す様に、感光性絶縁体膜３１Ｂの表面にコイル用導体パターン３２Ｂが形成される。コイル用導体パターン３２Ｂの一端は、感光性絶縁体膜３１Ｂのスルーホール内の導体によってコイル用導体パターン３２Ａに接続される。

この様にして、感光性絶縁体膜３１Ａ上に、所定のインダクタンス値を得るのに必要な層数分のコイル用導体パターンと感光性絶縁体膜を積み重ね、図５（Ａ）に示す様なコイル用導体パターン３２Ｅが形成された感光性絶縁体膜上に、熱重合収縮性を有するバインダ樹脂を含有する絶縁体ペースト（感光性絶縁体ペースト）を塗布して、図５（Ｂ）に示す様に外装用絶縁体層３１Ｆとなる感光性絶縁体膜が形成されることにより積層体内にコイル素子が形成される。なお、外装用の絶縁体層は、厚みが薄かったり、ピンホールがあると、外部端子にメッキを施す際の薬液が素体内に浸入して特性が劣化するので、２層以上形成するのが望ましい。
この支持体上に形成された積層体は、図５（Ｃ）に示す様に点線の部分で切断機等で切断することにより、製品個々に分割し、支持体３０から剥離する。本実施例では、絶縁体層間の線幅３０μｍのコイル用導体パターンと、このコイル用導体パターンを接続するために絶縁体層のスルーホール内に形成された径が３０μｍの導体とによって形成されたコイルパターンを切断後の積層体寸法の０．４×０．２×０．２ｍｍ内に収まる様に形成し、切断後の製品個々の寸法が図６（Ａ）に示す様に０．４×０．２×０．２ｍｍとなる様に切断した。次に、この分割された素体を低酸素濃度下での加熱処理を行い、熱重合収縮性を有する樹脂の重合鎖を切り離すことなく重合を進めることにより素体の熱重合収縮処理を行った。ここで熱重合収縮を完全に行うには、少なくとも３００℃以上、好ましくは５００℃〜６００℃の加熱処理となるが、この加熱処理を空気中で行った場合、熱重合収縮性を有する樹脂の重合鎖が酸化により切り離されてしまい、収縮が不均一となり、結果として収縮積層体中の絶縁体粒子や金属成分粒子の粒子密度が不均一で不充分なものとなってしまう。この絶縁体粒子や金属成分粒子の粒子密度が不均一で不充分な状態では、後の焼成処理を行ったときに、素体の密度が不充分となり、所望の絶縁材料特性が得られないだけでなく、積層体にクラックを生じるという問題が発生する。従って、本実施例の様に低酸素濃度下での素体の加熱重合収縮処理は、焼成時の絶縁材料特性の劣化やバラツキを低減させるとともに積層体のクラック防止効果を有している。
ここで、酸素濃度と加熱温度と加熱時間によってどの様に焼成状態が変化するか実験を行った。なお、この実験では、酸素濃度を１００００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１０ｐｐｍのいずれか、加熱温度を２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃のいずれか、加熱時間を３０分として行った。その結果、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下、加熱温度が４００℃以上にして加熱重合収縮処理を行った場合、絶縁材料特性の劣化がなく、素体にクラックが認められなかった。また、酸素濃度が１０００ｐｐｍ以上又は加熱温度が３００℃以下で加熱重合収縮処理を行った場合、絶縁材料特性が劣化し、素体にクラックが発生した。さらに、加熱温度の上限は、絶縁材料がガラスセラミックスの場合、ガラスセラミックスの軟化温度以上の温度で熱重合収縮処理を行うと、後の脱灰処理を行っても完全にカーボンを除去できないので、用いる絶縁材料に応じて決定する必要がある。従って、本実施例では、酸素濃度を１０ｐｐｍ、加熱温度を６００℃、加熱時間を３０分として加熱重合収縮処理を行った。素体の寸法は、切断後の０．４×０．２×０．２ｍｍから図６（Ｂ）に示す様に０．２６×０．１３×０．１３ｍｍに収縮した。これは、積層体の切断後の体積を１００とすると素体の体積は２７．５となり、加熱重合収縮処理によって約４分の１の体積に収縮した。
続いて、脱灰と焼成可能な絶縁粉末と導電粉末のかさ密度を得るために、空気中において６００℃の温度で４時間の脱脂を行った後、これを焼成した。この焼成後の素体の寸法は、図６（Ｃ）に示す様に０．２×０．１×０．１ｍｍとなった。これは、積層体の切断後の体積を１００とすると焼成体の体積は１２．５となり、高収縮の焼成体を得られた。この時、コイル用導体パターンの線幅は１５μｍとなり、このコイル用導体パターンを接続するために絶縁体層のスルーホール内に形成された導体の径は１５μｍとなった。この焼成体の端面に銀を含有する導体ペーストを塗布し、乾燥させて焼成し、はんだ実装性を確保するためにニッケルとスズめっきを施して外部端子を形成することで、積層体内に高精細のコイル用導体パターンが形成された極小形状の積層型電子部品を得ることができた。この様にして本発明の積層型電子部品は、従来０．６×０．３×０．３ｍｍの大きさであったものをその半分以下の大きさまで小型化することができた。

以上、本発明の積層型電子部品の製造方法の実施例を述べたが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。例えば、素体の表面に方向判別用のマーカを形成してもよい。また、外部端子は、製品個々に分割し、支持体から剥離し、これに熱重合収縮性を有するバインダ樹脂を含有する銀ペーストを塗布し、熱重合収縮処理を行い、脱脂、焼成して形成してもよい。

本発明の積層型電子部品の製造方法の実施例に係る積層型電子部品の分解斜視図である。 本発明の積層型電子部品の製造方法の実施例に係る積層型電子部品の斜視図である。 本発明の積層型電子部品の製造方法の実施例を模式的に示す製造工程説明図である。 本発明の積層型電子部品の製造方法の実施例を模式的に示す製造工程説明図である。 本発明の積層型電子部品の製造方法の実施例を模式的に示す製造工程説明図である。 本発明の積層型電子部品の製造方法の実施例を模式的に示す製造工程説明図である。

符号の説明

１１Ａ〜１１Ｆ 絶縁体層
１２Ａ〜１２Ｅ 導体パターン

Claims (1)

1. 絶縁体層と導体パターンを積層し、素体内に回路素子を形成した積層型電子部品の製造方法において、
   熱重合収縮性を有する樹脂を含有する絶縁材料で形成された絶縁体層と、熱重合収縮性を有する樹脂と銀を含有する導電材料で形成された導体パターンを積層して積層体を形成する工程、該積層体を切断して素体とし、１００ｐｐｍ以下の低酸素濃度中で４００℃以上の熱を加える熱重合収縮処理を施す工程及び、該熱重合収縮処理を施した素体を脱灰、焼成する工程を備え、素体の焼成後の体積を素体に熱重合収縮処理を施す前の体積の３５％以下にしたことを特徴とする積層型電子部品の製造方法。

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