JP4978564B2 - ガラス膜の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品の表面にガラス膜を形成するガラス膜の形成方法に関する。

一般に、フェライトコア、バリスタ等の電子部品には、その耐環境性や絶縁性を高めるため、保護膜としてガラス膜が形成される。

特許文献１には、フェライトコア等の電子部品にバレルスプレー法でガラススラリーを塗布して焼成し、電子部品表面にガラス膜を形成する技術が開示されている。特許文献１では、ガラス粉末、バインダ樹脂及び溶剤からなるガラススラリーであって、ガラススラリー中の固形成分（ガラス粉末、バインダ樹脂）の割合が高く、また、及び固形成分中におけるバインダ樹脂の割合が高いガラススラリーを用いている。このため、ガラススラリーの粘度が高くなっている。
特許第３６２０４０４号

しかしながら、特許文献１に記載のガラス膜の形成方法を用いた場合には、ガラススラリーの濃度が高く高粘度であり、またガラス粉末に対するバインダ樹脂量の割合が高く粘着力が大きいので、バレルの回転スピードが低いと、チップ同士が固着するという問題があった。また、バレルの回転スピードを高めた場合には、チップ同士の固着は無くなったが、バレルコート中にチップコーナー部のガラス塗膜が研磨されてこの部分の素地が露出し、焼成後もコーナー部にガラス膜が形成されず、チップの表面を覆う連続的なガラス膜ができないという問題があった。また、バインダ樹脂が多く、焼成過程においてバインダ樹脂が除去されることから、コーナー部以外に形成されているガラス膜中に多量のボイドが発生し、部分的にチップの素地が露出する場合がある。

そこで、本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電子部品同士の固着を防ぎつつ、電子部品の表面に連続的なガラス膜を形成することができるガラス膜の形成方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のガラス膜の形成方法は、回転可能なバレル内に複数の電子部品を装入する第１工程と、バレルを回転させながら電子部品に、ガラス粉末、バインダ樹脂及び溶剤を含むガラススラリーを吹き付けて、電子部品の表面にガラス塗膜を形成する第２工程と、ガラス塗膜を焼成して、電子部品の表面にガラス膜を形成する第３工程と、を有し、ガラススラリーは、ガラス粉末及びバインダ樹脂の合計重量に対するバインダ樹脂の重量が、１重量％以上２０重量％未満である。

上記構成では、バインダ樹脂の割合を減らしているため、バレル回転数を低くしても電子部品同士の固着が抑制される。また、バレルの回転数を低くできるため、電子部品が角部（コーナー部）を有するものであっても、角部におけるガラス膜の薄膜化が防止される。この理由は、電子部品の角部におけるガラス膜の露出又は薄膜化は、ガラススラリーを吹き付ける工程の際に電子部品同士がぶつかることにより発生し、バレル回転数を大きくすると増大するからである。

バレル回転数は、バレルの直径が大きくなるほど小さくすることが好ましい。これは、バレルの周速が回転数とバレル半径との積に比例することによる。好ましいバレルの周速は、０．０１ｍ／ｓｅｃ以上０．１ｍ／ｓｅｃ以下であり、好ましくは０．０１ｍ／ｓｅｃ以上０．０８ｍ／ｓｅｃ以下、さらに好ましくは０．０１ｍ／ｓｅｃ以上０．０６ｍ／ｓｅｃ以下である。バレルの周速が速すぎると素地見え、遅すぎると膜厚ばらつきが大きくなる。

バインダ樹脂はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）及びその変性体が好ましい。バインダ樹脂が、例えばブチラール、アクリルの場合には、溶剤に水を添加することができず、防爆発性及び耐環境性が悪化するからである。エチルセルロースの場合は、溶剤に水を添加することが可能であるが、ガラスの軟化点が高くなると焼成後の膜の連続性に問題が発生する。これはエチルセルロースの熱分解温度がガラスの軟化点に比べて低く、両者の中間温度領域ではガラス塗膜の形状を保持する役割のバインダが存在しないからである。一方ＰＶＡの場合は熱分解温度が高く上記の現象が抑制され、ピンホール、オープンボイド等の無い、連続性を有するガラスコーティング層を容易に形成することが可能である。また上記の理由により使用するガラスの軟化温度が高すぎると連続したコーティング膜の形成が困難になる。コーティングに使用するガラスの軟化温度は８００℃以下であることが好ましい。

ガラススラリー中のガラス粉末及びバインダ樹脂からなる固形分量は、前記ガラススラリーの重量に対して好ましくは０．１重量％以上２０重量％未満であり、さらに好ましくは、０．５重量％以上１０重量％以下である。このように、固形成分の割合を低くし、溶剤の割合を高めることにより、バレルの周速を下げても、電子部品同士が固着しにくくなり、電子部品の角部におけるガラス膜の露出又は薄膜化が抑制される。

溶剤は、水を含むことが好ましい。これにより、作業中の発火等の危険を低減できる。また、排気中に含まれる溶剤による環境への悪影響を減らすことができる。溶剤は水１００％でもよいが、電子部品の表面と水との接触角が大きいときは、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、ＩＢＡ（イソブチルアルコール）等の水溶性のアルコールを一定の割合で混ぜることにより、スラリーと電子部品との濡れ性を改善することが好ましい。

ガラス粉末の軟化点は３００℃以上８００℃以下であることが好ましい。このように、８００℃以下の軟化点をもつガラス粉末を使用することにより、バインダ樹脂の熱分解温度とガラスの軟化点までの温度領域が狭くなるか、もしくは無くなることも可能であり、焼成工程においてガラスの軟化点まで昇温する間のガラス粉層の形状を保持できるので好ましい。また、３００℃以上と規定したのは、多くのガラス粉末の軟化点が３００℃以上であることによる。

上記のような工法を採用することにより、ガラススラリーを吹き付ける際の電子部品の角部の露出又は薄膜化を抑制でき、平坦部の膜厚が薄くても連続的なガラス膜を形成することができる。例えば、ガラス膜の膜厚は、焼成後において０．５μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下である。

本発明によれば、バインダ樹脂の割合を減らしていることから、バレル回転数を低くしても電子部品同士の固着が発生せず、コーナー部のガラス塗膜の減りも抑制出来、また脱バイ時のガラス塗膜の固形分の減少も少ないので焼成後のガラス膜中のボイドの発生も防止出来るので電子部品の表面に連続的なガラス膜を形成することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右などの位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

図１は、本実施形態に係るガラス膜の形成方法において、バレルスプレー法を実施するためのバレルスプレー装置の一例を示す図である。

図１に示すバレルスプレー装置は、温風導入部３及び排気部４を備えた外側容器１内に、複数の電子部品１０を封入し得るバレル（容器、槽）２を備えている。バレル２は、図中矢印Ａ方向に回転可能に設けられており、かつ、バレル２の外部から電子部品１０への温風の吹きつけが可能なように、メッシュ状の金網で形成されている。そして、バレル２の中央部にはガラススラリー吐出部となるノズル５が備えられており、ノズル５は、霧状のガラススラリーが電子部品１０に向けて吹き付けられるように形成されている。

次に、図１に例示したバレルスプレー装置を用いて、電子部品の表面にガラス膜を形成する方法について説明する。

まず、図２（Ａ）に示すような電子部品１０を複数個準備し、これをメッシュ状のバレル２内に装入する（第１工程）。

次に、バレル２を矢印Ａ方向に回転させ、電子部品１０をかき混ぜながら、ノズル５よりガラススラリー６を噴霧し、さらに、温風導入部３から温風を導入して、この状態を所定時間保持する（第２工程）。すると、図２（Ｂ）に示すように、電子部品１０上にガラス塗膜１１ａが形成される。

次に、ガラス塗膜１１ａを形成した電子部品１０を取り出し、ガラス塗膜１１ａの軟化温度以上でガラス塗膜１１ａを焼成することによって、図２（Ｃ）に示すように、ガラス膜１１ｂを有する電子部品１０を形成する（第３工程）。ガラスの軟化点以上で焼成することによって、電子部品１０の表面に緻密で高密度のガラス膜を形成することができ、ひいては耐環境性や絶縁性に優れた絶縁保護膜を有した電子部品１０を形成できる。

以下に、本実施形態に係るガラス膜の形成方法の詳細について説明する。

電子部品１０は、保護コート及び絶縁コートが必要なチップ型電子部品であれば特に限定はない。電子部品１０として、例えば、コイル、トランス等のインダクティブデバイスのコアが挙げられる。このコアは、例えばフェライト、アルミナ、鉄などからなるものである。あるいは、電子部品１０として、バリスタ、サーミスタ、コンデンサ、コイル等のセラミック積層チップ部品、Ｎｄ−Ｆｅ系金属磁石などでもよい。本実施形態では焼成温度が３００℃以上のため、耐熱温度が３００℃以上の電子部品が用いられる。

上記のガラス膜の形成方法に使用されるガラススラリー６は、バインダ樹脂及び溶剤にガラス粉末を混合、分散してなるスラリー状物質である。

本実施形態では、ガラススラリーは、ガラス粉末及びバインダ樹脂の合計重量に対するバインダ樹脂の重量が、１重量％以上２０重量％未満である。このように、バインダ樹脂の重量比を減らしているため、バレル回転数を低くしても電子部品同士の固着が抑制される。また、バレルの回転数を低くできるため、電子部品が角部を有するものであっても、角部におけるガラス膜の薄膜化が防止される。この理由は、電子部品の角部におけるガラス膜の薄膜化及び素体の露出は、ガラススラリーを吹き付ける工程の際に電子部品同士がぶつかることにより発生し、バレル回転数を大きくすると増大するからである。

バレル回転数は、バレルの直径が大きくなるほど小さくすることが好ましい。これは、バレルの周速が回転数とバレル半径との積に比例することによる。好ましいバレルの周速は、０．０１ｍ／ｓｅｃ以上０．１ｍ／ｓｅｃ以下であり、好ましくは０．０１ｍ／ｓｅｃ以上０．０８ｍ／ｓｅｃ以下、さらに好ましくは０．０１ｍ／ｓｅｃ以上０．０６ｍ／ｓｅｃ以下である。

ガラススラリー中のガラス粉末及びバインダ樹脂からなる固形分量は、ガラススラリーの重量に対して好ましくは０．１重量％以上２０重量％未満であり、さらに好ましくは、０．５重量％以上１０重量％以下である。このように、固形成分の重量比を下げ、溶剤の重量比を上げることにより、バレルの周速を下げても、電子部品同士が固着しにくくなり、電子部品の角部におけるガラス膜の露出又は薄膜化が抑制される。

ガラススラリー６の粘度は、好ましくは、０．００１Ｐａ・ｓ以上０．０１Ｐａ・ｓ以下であり、さらに好ましくは０．００１Ｐａ・ｓ以上０．００３Ｐａ・ｓ以下である。このように、ガラススラリー６の粘度を低くすることにより、バレルの周速を下げても、電子部品同士が固着しにくくなり、電子部品の角部におけるガラス膜の薄膜化及び素体の露出が抑制される。ガラススラリー６中のガラス粉末の平均粒径（メジアン径）は、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。

溶剤は、水を含むことが好ましい。これにより、作業中の発火等の危険を低減できる。また、排気中に含まれる溶剤による環境への悪影響を減らすことができる。溶剤は水１００％でもよいが、電子部品の表面と水との接触角が大きいときは、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、ＩＢＡ（イソブチルアルコール）等の水溶性のアルコールを一定の割合で混ぜることにより、スラリーと電子部品との濡れ性を改善することが好ましい。溶剤の組成は、例えば水８０％、エタノール２０％である。

ガラス粉末の軟化点が３００℃以上８００℃以下であることが好ましい。このように、８００℃以下の軟化点をもつガラス粉末を使用することにより、バインダ樹脂の熱分解温度とガラスの軟化点までの温度領域が狭くなるか、もしくは無くなることも可能であり、焼成工程においてガラスの軟化点まで昇温する間のガラス粉層の形状を保持できるので好ましい。また、３００℃以上と規定したのは、多くのガラス粉末の軟化点が３００℃以上であることによる。このようなガラス粉末として、例えば、ホウ珪酸鉛系ガラス、ホウ珪酸ビスマス系ガラス、ホウ珪酸亜鉛系ガラス等の非晶質ガラス粉末や結晶化ガラス粉末等が挙げられる。

バインダ樹脂はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）及びその変性体が好ましい。バインダ樹脂が、例えばブチラール、アクリルの場合には、溶剤に水を添加することができず、防爆発性及び耐環境性が悪化するからである。エチルセルロースの場合は、溶剤に水を添加することが可能であるが、ガラスの軟化点が高くなると焼成後の膜の連続性に問題が発生する。これはエチルセルロースの熱分解温度がガラスの軟化点に比べて低く、両者の中間温度領域ではガラス塗膜の形状を保持する役割のバインダが存在しないからである。一方ＰＶＡの場合は熱分解温度が高く上記の現象が抑制され、ピンホール、オープンボイド等の無い、連続性を有するガラスコーティング層を容易に形成することが可能である。また上記の理由により使用するガラスの軟化温度が高すぎると連続したコーティング膜の形成が困難になる。コーティングに使用するガラスの軟化温度は８００℃以下であることが好ましい。

上記のような工法を採用することにより、ガラススラリーを吹き付ける際の電子部品の角部の露出又は薄膜化を抑制でき、平坦部の膜厚が薄くても連続的なガラス膜１１ｂを形成することができる。例えば、ガラス膜１１ｂの膜厚は、焼成後において１μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下である。

スプレー時のガラススラリー６の温度は、溶剤の組成にもよるが４０℃以上１００℃以下が好ましい。沸点の低い溶剤を使用する場合は、上記温度範囲内で温度を下げることが好ましい。

被処理対象である電子部品の量が少ない場合は、電子部品と比重の体積の近いボールをメディアとしてバレルに投入し、メディア及び電子部品の量を一定に保つことが好ましい。これにより、塗料のバレルへの付着を防止し、また膜厚の再現性を確保することができる。

Φ２００のバレルスプレー装置で、外形が１．６×０．８×０．４ｍｍのＺｎＯを主組成とするバリスタチップのガラスコーティングを試みた。まず、軟化点が６４５℃で平均粒径が０．４μｍのガラス粉末を作製し、当該ガラス粉末とポリビニルアルコール樹脂とを９５：５の重量比で混合した。さらに、得られた固形成分（ガラス粉末及びポリビニルアルコールの混合物）と溶剤とを２．５：９７．５の重量比で混合し、１６時間ボールミルでかき混ぜた。溶剤としては、水とエタノールを８：２で混合したものを用いた。

次に、バレルスプレー装置にチップを９００ｇ投入し、チップ表面にガラス塗膜を形成した。温風温度７０℃、バレル２の回転スピードは５ｒｐｍ（周速０．０５ｍ／ｓ）でスラリー吐出量、コーティング時間は適宜調整した。コーティング後にチップの固着及びコーナー部の露出は発生しなかった。得られたチップを６７０℃で焼成した。この結果、チップの平坦部が５μｍ、コーナー部が４μｍの連続的なガラス膜が得られた。

実施例１におけるバレルの回転数を変化させたこと以外は、実施例１と同様の条件でガラス膜を形成した。結果を表１に示す。表１から、バレルの回転数が上がるとともにコーナー部が薄くなり、バレルの周速０．１ｍ／ｓを超えるとコーナー部の露出が始まることがわかる。

次に、バレルの大きさをΦ２００からΦ３００に変えて、同様にして、種々のバレルの回転数でガラス膜を形成した。結果を表２に示す。表２から、バレルの大きさを変えた場合にも、表１と同様の結果が得られていることがわかる。

次に、バレルの大きさを変えてコーナー部の素地見えの始まる周速を調べた。結果を表３に示す。表３から、バレルの大きさにかかわらず、素地見えの始まる周速はほぼ同じであることがわかる。

実施例１でガラススラリーのバインダ量及びバレル回転数を変えて検討を行なった。結果を表４に示す。表４から、バインダ量が１重量％以下になると、コーナー部の素地見えが発生し、また、２０重量％以上になるとチップ同士が付着する不良が発生することがわかる。

実施例１で固形分量を０．０５〜３０％まで変えてガラスコーティングを行った。平坦部のガラス厚が５μｍになるように各固形分量でスプレー時間を調整した。結果を表５に示す。固形分量が０．１％以下ではコーナー部の素地が露出し、また２０％以上ではチッフ゜固着が急激に増大することが解る。

Φ２００のバレルスプレー装置で、外形がΦ２．２×１．２ｍｍのＭｎＺｎフェライト製のドラムコアのガラスコーティングを試みた。まず、軟化点が６９０℃で平均粒径が０．４μｍのガラス粉末を作製し、当該ガラス粉末とポリビニルアルコール樹脂とを９５：５の重量比で混合した。さらに、得られた固形成分（ガラス粉末及びポリビニルアルコールの混合物）と溶剤とを５：９５の重量比で混合し、１６時間ボールミルでかき混ぜた。溶剤としては、水とエタノールを８：２で混合したものを用いた。

次に、バレルスプレー装置にコアを９００ｇ投入し、チップ（コア）表面にガラス塗膜を形成した。温風温度７０℃、バレル２の回転スピードは５ｒｐｍ（周速０．０５ｍ／ｓ）でスラリー吐出量、コーティング時間は適宜調整した。コーティング後にチップの固着及びコーナー部の露出は発生しなかった。得られたチップを７２０℃で焼成した。この結果、チップの平坦部が１０μｍ、コーナー部が７μｍ、内側２〜５μｍの連続的なガラス膜が得られた。

なお、上述したとおり、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、バレルスプレー装置の構成に限定はない。また、ガラス粉末の組成、バインダ樹脂、溶剤の種類に限定はない。

本発明のガラス膜形成方法は、コイル、トランス等のインダクティブデバイスのコアや、バリスタ、サーミスタ、コンデンサ、コイルなどのセラミック積層チップ部品、金属磁石等の種々の電子部品のコーティングに利用可能である。

本実施形態に係るガラス膜の形成方法を実施するガラス膜形成装置の一例を示す図である。 本実施形態に係るガラス膜形成方法を示す工程断面図である。

符号の説明

１…外側容器、２…バレル、３…温風導入部、４…排気部、５…ノズル、６…ガラススラリー、１０…電子部品、１１ａ…ガラス塗膜、１１ｂ…ガラス膜。

Claims (4)

1. 回転可能なバレル内に複数の電子部品を装入する第１工程と、
   前記バレルを０．０１ｍ／ｓｅｃ以上０．１ｍ／ｓｅｃ以下の周速で回転させながら前記電子部品に、ガラス粉末、バインダ樹脂及び溶剤を含むガラススラリーを吹き付けて、前記電子部品の表面にガラス塗膜を形成する第２工程と、
   前記ガラス塗膜を焼成して、前記電子部品の表面にガラス膜を形成する第３工程と、を有し、
   前記ガラススラリーは、前記ガラス粉末及び前記バインダ樹脂の合計重量に対する前記バインダ樹脂の重量が、１重量％以上２０重量％未満である、
   ガラス膜の形成方法。
2. 前記バインダ樹脂がポリビニルアルコール及びその変成体である、
   請求項１に記載のガラス膜の形成方法
3. 前記ガラススラリー中の前記ガラス粉末及び前記バインダ樹脂からなる固形分量が、前記ガラススラリーの重量に対して０．１重量％以上２０重量％未満である、
   請求項１又は２に記載のガラス膜の形成方法。
4. 前記ガラス粉末の軟化点が３００℃以上８００℃以下である、
   請求項１〜３のいずれかに記載のガラス膜の形成方法。

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