JP5093356B2 - セラミック多層基板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は表裏主面に電極を形成したセラミック多層基板の製造方法、特に電子写真法を用いて電極を形成するセラミック多層基板の製造方法に関するものである。
従来より、スクリーンマスクを用いた配線印刷法に代わる新規な回路形成法として電子写真法が知られている。この方式は、感光体の表面に電極パターン状の電荷の像(静電潜像)を形成し、その静電潜像に電極形成用荷電性粉末(電極トナー)を静電的に付着させ、電極パターン状の電極トナーによる像をセラミックグリーンシート上に転写させた後、定着させるものである(例えば特許文献1参照)。
電極パターンだけでなく、セラミック層も電子写真法により形成するセラミック多層基板の製造方法が特許文献2により提案されている。この方法は、キャリア部材上にセラミックトナー(セラミック層形成用荷電性粉末)を用いてセラミック層を電子写真法により形成し、そのセラミック層上に電極トナーを用いて電極パターンを電子写真法により形成し、その上にセラミック層を同じく電子写真法により形成し、その積層数に応じて電極パターン及びセラミック層の形成を繰り返して積層体を形成した後、積層体を焼成するものである。
電極トナーは、例えば導電性の金属粉末と荷電制御剤とを熱可塑性樹脂中に均一分散させた構造をなしている。一般に、電極トナーは、導電性金属粉末の熱可塑性樹脂に対する含有比率が大きいため、質量が通常のOA用トナーに比べて大きい。しかも、トナー中に含有する熱可塑性樹脂量が少ないため、比電荷の向上が極めて困難である。このため、電極トナーとキャリア間の静電引力のみでは現像器(現像スリーブ)回転時にキャリア表面に電極トナーを保持できず、電極トナーが飛散して感光体の非画像部やセラミックグリーンシート上に付着し、画像乱れ(かぶり)を引き起こし、ひいては、得られた回路の電気的特性を損なう原因となっていた。
図6は、未焼成のセラミック基板100の上に表面電極110を電子写真法で形成した様子を示す。ここでは、基板100は2層のセラミック層101,102で構成され、その間に内部電極103が形成されている。図示するように、表面電極110間にかぶりトナー111が付着していると、基板100の焼成後、表面電極110上にメッキを形成する際にかぶりトナー111がメッキの異常析出の核になり、電極間ショートやIR劣化の原因になるという問題がある。また、高湿度の環境下で使用した場合や部品表面に水分が付着した場合、電位差のある電極間ではマイグレーションが発生するが、かぶりトナーは電極間の距離を擬似的に縮めさせるため、マイグレーションの進行を助長してしまう。さらに、表面電極の周辺部に付着したかぶりトナーが焼成時に基板内に拡散したり、メッキでの異常析出を生じさせたりし、外観不良の原因になる。
特開平11−251718号公報 特開平11−354371号公報
本発明は、上述のようなかぶりトナーによる表面電極の問題を解消できるセラミック多層基板の製造方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明の第1実施形態は、キャリア部材上に、表面電極を形成すべき箇所に開口部を持つ第1外層セラミック層を形成する第1工程と、前記キャリア部材上に形成された第1外層セラミック層の開口部に、表面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第2工程と、前記キャリア部材上の第1外層セラミック層及び表面電極上に、内層セラミック層と内部電極パターンとを交互に形成して積層体を得る第3工程と、前記積層体上に裏面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第4工程と、前記裏面電極を形成した前記積層体上に、当該裏面電極以外の領域を埋めるように第2外層セラミック層を形成する第5工程と、前記第2外層セラミック層を形成した積層体を前記キャリア部材から剥離し、当該積層体を焼成することでセラミック多層基板を得る第6工程と、を含むセラミック多層基板の製造方法を提案する。
本発明の第2実施形態は、第1中間転写体上に、表面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第1工程と、前記第1中間転写体上に、前記表面電極以外の領域を埋めるように、第1外層セラミック層を形成する第2工程と、前記第1中間転写体上の表面電極及び第1外層セラミック層をキャリア部材上に転写する第3工程と、前記キャリア部材上に転写された表面電極及び第1外層セラミック層上に、内層セラミック層と内部電極パターンとを交互に形成して積層体を得る第4工程と、第2中間転写体上に、裏面電極を形成すべき箇所に開口部を持つ第2外層セラミック層を形成する第5工程と、前記第2中間転写体上に形成された第2外層セラミック層の開口部に、裏面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第6工程と、前記第2中間転写体上に形成された第2外層セラミック層及び裏面電極を、前記積層体上に転写する第7工程と、前記第2外層セラミック層及び裏面電極を転写した積層体を前記キャリア部材から剥離し、当該積層体を焼成することでセラミック多層基板を得る第8工程と、を含むセラミック多層基板の製造方法を提案する。
本発明の第3実施形態は、キャリア部材上に、表面電極を形成すべき箇所に開口部を持つ第1外層セラミック層を形成する第1工程と、前記キャリア部材上に形成された第1外層セラミック層の開口部に、表面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第2工程と、前記キャリア部材上の第1外層セラミック層及び表面電極上に、内層セラミック層と内部電極パターンとを交互に形成して積層体を得る第3工程と、中間転写体上に、裏面電極を形成すべき箇所に開口部を持つ第2外層セラミック層を形成する第4工程と、前記中間転写体上に形成された第2外層セラミック層の開口部に、裏面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第5工程と、前記中間転写体上に形成された第2外層セラミック層及び裏面電極を、前記積層体上に転写する第6工程と、前記第2外層セラミック層及び裏面電極を転写した積層体を前記キャリア部材から剥離し、当該積層体を焼成することでセラミック多層基板を得る第7工程と、を含むセラミック多層基板の製造方法である。
本発明の第4実施形態は、第1中間転写体上に、表面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第1工程と、前記第1中間転写体上に、前記表面電極以外の領域を埋めるように、第1外層セラミック層を形成する第2工程と、前記第1中間転写体上の表面電極及び第1外層セラミック層をキャリア部材上に転写する第3工程と、前記キャリア部材上に転写された表面電極及び第1外層セラミック層上に、内層セラミック層と内部電極パターンとを交互に形成して積層体を得る第4工程と、前記積層体上に裏面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第5工程と、前記裏面電極を形成した前記積層体上に、当該裏面電極以外の領域を埋めるように第2外層セラミック層を形成する第6工程と、前記第2外層セラミック層を形成した積層体を前記キャリア部材から剥離し、当該積層体を焼成することでセラミック多層基板を得る第7工程と、を含むセラミック多層基板の製造方法である。
セラミック多層基板の表面電極を電子写真法で形成する場合、電極トナーの電気的特性のために、かぶりトナーの発生を完全に無くすことは難しい。そのため、かぶりトナーが電極間ショートやIR劣化の原因になったり、マイグレーションを助長させるという問題がある。本発明では、表面電極の形成時にかぶりトナーが発生していても、そのかぶりトナーが電極間ショートやIR劣化等の原因にならないように、外層セラミック層で表面電極以外の部位をカバーすることを特徴としている。表面電極間にかぶりトナーがあっても、その上をセラミック層がカバーしているため、電極上のメッキでの異常析出は発生せず、電極間ショートやIR劣化を防止できると共に、部品表面に水分が付着した場合でもマイグレーションが促進されることはない。また、基板表面にかぶりトナーが露出しないので、外観不良にもならない。
第1実施形態は、キャリア部材上にセラミック層と電極とを直接形成する方法(直接転写法)に関する。セラミック多層基板の表面側(キャリア部材との接触面側)については、まず外層セラミック層を形成し、その上に表面電極を電子写真法で形成するものであり、外層セラミック層には表面電極を形成すべき箇所に予め開口部が形成されている。そのため、後でキャリア部材を剥離したとき、表面電極だけが外層セラミック層から露出し、表面電極の周囲にかぶりトナーが発生していても、かぶりトナーは外層セラミック層で覆われる。一方、セラミック多層基板の裏面側については、まず裏面電極を電子写真法で形成し、その上に裏面電極以外の領域を埋めるように外層セラミック層を形成する。この場合も、裏面電極だけが外層セラミック層から露出し、かぶりトナーは外層セラミック層で確実に覆われる。
第2実施形態は、中間転写体を用いてキャリア部材上にセラミック層と電極とを転写する方法(中間転写法)に関する。セラミック多層基板の表面側(キャリア部材との接触面側)については、まず第1中間転写体上に表面電極を電子写真法で形成し、その上に表面電極以外の領域を埋めるように外層セラミック層を形成し、第1中間転写体上の表面電極及び外層セラミック層をキャリア部材上に転写する。そのため、後でキャリア部材を剥離したとき、表面電極だけが外層セラミック層から露出し、表面電極の周囲にかぶりトナーが発生していても、かぶりトナーは外層セラミック層で覆われる。一方、セラミック多層基板の裏面側については、まず第2中間転写体上に開口部を持つ外層セラミック層を形成し、その開口部に裏面電極を電子写真法で形成し、第2中間転写体上の外層セラミック層と裏面電極とを積層体上に転写する。この場合も、裏面電極だけが外層セラミック層から露出し、かぶりトナーは外層セラミック層で確実に覆われる。
本発明の第3実施形態は、第1実施形態における第4工程及び第5工程に代えて、第2実施形態における第5工程〜第7工程を用いた方法である。第4実施形態は、第2実施形態の第5工程〜第7工程に代えて、第1実施形態の第4工程及び第5工程を用いた方法である。いずれの方法も、第1実施形態及び第2実施形態と同様の特徴を持つ。
一般に、電極トナーは導電ペーストに比べて、セラミック基板との接合強度、つまり電極強度が低いという問題がある。これに対し、本発明の方法で表層電極を形成した場合、表層電極の断面は台形状(外周部が逆テーパ状)になり、その電極の外周部をセラミック層で覆った形になる。そのため、電極とセラミック基板の接合強度が向上し、電極強度が向上する。
外層セラミック層及び内層セラミック層を、セラミックトナーを用いて電子写真法により形成するのが望ましい。この場合には、セラミック層の形成方法として、表面電極及び裏面電極の形成方法と同じ電子写真法を用いるため、製造設備を共用化でき、かつ位置決め精度が安定する。
外層セラミック層及び内層セラミック層を、セラミックグリーンシートを用いて形成してもよい。セラミックグリーンシートは既存技術により緻密で高品質なシートを形成できるので、その上に形成される電極との密着性がよく、電気特性の優れた多層基板を製造できる。
内部電極パターンを電極トナーを用いて電子写真法により形成すると共に、内部電極パターンの一部を厚肉に形成し、内部電極パターンの上に、厚肉部と対応する部位に開口部を持つように内層セラミック層を形成することにより、厚肉部でビアを構成してもよい。セラミック多層基板の内部電極パターン同士、及び表裏電極と内部電極パターンとの間を相互に接続する必要があるが、その接続のためにビアが用いられる。電子写真法を用いて電極を形成する従来の多層基板の製造方法において、ビアの形成は既存の方法(例えばレーザー加工と導電ペースト充填との組み合わせ)を用いていることが多い。しかし、内部電極及び表面電極を電子写真法で形成し、ビアを既存の方法で形成する場合には、電極とビアとが異なる形成方法となるので、製造工程が複雑になり、品質ばらつきの原因になる。そこで、内部電極パターンを電子写真法で形成する場合に、内部電極パターンの一部を厚肉に形成し、内部電極パターンの上に、厚肉部と対応する部位に開口部を持つように内層セラミック層を形成すれば、厚肉部でビアを構成でき、同じ電子写真法を用いて電極とビアとを形成できる。
焼成された積層体の表裏主面に露出している表面電極及び裏面電極上にめっき処理を施すのがよい。電子写真法で形成した表裏面電極は強度が低いので、これら電極を外部回路と半田などを用いて接合した場合に、接合強度が低くなる。そこで、表面電極及び裏面電極上にめっき処理を施すが、電極の周囲にかぶりトナーが付着していると、これらトナーがメッキの異常析出の核になり、電極間ショートやIR劣化の原因になる。本発明では、かぶりトナーが外層セラミック層で覆われているので、このような問題を解消できる。
以上のように、本発明によれば、外層セラミック層と電極との形成順序を工夫すると共に、外層セラミック層に電極を露出させる開口部を形成することにより、電極を電子写真法で形成する場合のかぶりトナーを外層セラミック層によって確実に覆うことができる。そのため、電極間ショートやIR劣化を防止できると共に、マイグレーションの促進を抑制することができる。
本発明に係るセラミック多層基板の製造方法を示す第1実施形態の工程図である。 第1実施形態の製造方法により作製された積層体の一部拡大図である。 本発明に係るセラミック多層基板の製造方法を示す第2実施形態の工程図である。 本発明に係るセラミック多層基板の製造方法を示す第3実施形態の工程図である。 本発明に係るセラミック多層基板の製造方法を示す第4実施形態の工程図である。 従来のセラミック多層基板の表面電極を形成した状態を断面図である。
以下に、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
−第1実施形態−
図1は、セラミック多層基板の製造工程の第1実施形態を示す。この実施形態は、キャリア部材上にセラミック層と電極とを直接形成する方法(直接転写法)であって、セラミック層と電極の両方を電子写真法により形成する方法に関する。以下に、製造工程をその積層順序にしたがって説明する。
図1の(a)は、キャリア部材1の上に、セラミックトナー(セラミック層形成用荷電性粉末)を用いて外層セラミック層2を電子写真法により形成した状態を示す。キャリア部材1としては、PETフィルムのような定着温度以上の耐熱性のある樹脂フィルムであってもよいし、金属薄板であってもよい。外層セラミック層2には、後で形成される表面電極と同じサイズの開口部2aが形成されている。
セラミック層2の具体的な形成方法の一例は次の通りである。
(1) 感光体を一様に帯電させる。
(2) 帯電した感光体にLEDにて表層のネガパターン状に光を照射し、潜像を形成する。セラミックトナーが印刷されない開口部分のサイズは、表面電極パターンと同サイズの200μm×200μmとした。
(3) 現像バイアスをかけ、感光体上にセラミックトナーを現像する。
(4) パターンが現像された感光体とキャリア部材であるPETフィルムを重ね、トナーをPETフィルムに転写する。
(5) セラミックトナーが転写されたPETフィルム1をオーブンに入れセラミックトナーを定着させ、PETフィルム1上に表面電極部分に開口部2aが形成されたセラミック層2を得る。
なお、セラミックトナーは公知のものを使用できる。例えば特許文献2に記載のように、セラミック粉末と荷電制御剤と熱可塑性樹脂とを所定の重量比で混合し、セラミック粉末と荷電制御剤を熱可塑性樹脂中に均一分散させたものを使用してもよいし、その他の任意のセラミックトナーを使用できる。
開口部2aのサイズは表面電極と同サイズに設計したが、印刷ズレを考慮して10〜50μm程度大きめに設計してもよい。位置ズレが発生した場合でも表面電極と外層セラミック層2とが重なることなく、表面電極を露出させることができる。また、開口部2aのサイズは表面電極との隙間を考慮し、表面電極パターンに対して10〜50μm程度小さくしても構わない。表面電極とセラミック層の間に隙間が発生することがなく電極強度が低下しない。
図1の(b)は、外層セラミック層2を形成したキャリア部材1の上に、電極トナー(電極形成用荷電性粉末)を用いて表面電極3を電子写真法により形成した状態を示す。ここで、表面電極3は外層セラミック層2の開口部2aに充填されるが、かぶりトナー3aが外層セラミック層2の表面に載ることがある。
表面電極3の形成方法の具体的な一例は次の通りである。
(1) 感光体を一様に帯電させる。
(2) 帯電した感光体にLEDにて表層電極のパターン状に光を照射し、潜像を形成する。表面電極のサイズは200μm×200μmとした。
(3) 現像バイアスをかけ、感光体上に電極トナーを現像する。
(4) パターンが現像された感光体とセラミック層が形成されているPETフィルムを重ね、電極トナーをPETフィルムに転写する。
(5) 電極トナーが転写されたPETフィルムをオーブンに入れ、電極トナーを定着させてPETフィルム上に表面電極3を得る。
電極トナーは公知のものを使用できる。例えば特許文献1に記載のように、導電性金属粉末と荷電制御剤とを熱溶融性樹脂中に均一分散させたものでもよいし、導電性金属粉末の周囲に接着強化剤及び熱溶融性樹脂からなる外壁を形成したものなど、任意に選択できる。
図1の(c)は、外層セラミック層2と表面電極3とを形成したキャリア部材1の上に、セラミックトナーを用いて内層セラミック層4を電子写真法により形成した状態を示す。なお、内層セラミック層4は全面を覆っており、開口部が形成されていないが、適宜ビア形成のための開口部を形成してもよい。内層セラミック層4の具体的形成方法は、外層セラミック層2と同様である。
図1の(d)は、内層セラミック層4の上に、電極トナーを用いて内部電極5を電子写真法により形成した状態を示す。ここで、内部電極5の周囲にはかぶりトナー5aが内層セラミック層4の上に載ることがある。内部電極5は一定の厚みに形成してもよいが、この例では内部電極5の一部5bを厚肉に形成してある。この内部電極5の具体的形成方法は、表面電極3と同様であるが、厚肉部5bを形成するために、内部電極5を電子写真法により形成した後、その上に厚肉部5bのみを重ねて形成してもよい。図1の(d)では表面電極3と内部電極5とが接続されていないが、前述のように内層セラミック層4の形成時にビア用開口部を形成しておけば、内部電極5の形成時にこの開口部を介して表面電極3と接続することが可能である。
図1の(e)は、内部電極5の上に、セラミックトナーを用いて内層セラミック層6を電子写真法により形成した状態を示す。内層セラミック層6は、内部電極5の厚肉部5b以外の領域を覆うように形成され、内部電極5の厚肉部5bに対応する位置に開口部6aが形成されている。内部電極5の厚肉部5bが内層セラミック層6から露出している。なお、図1の(c)〜(e)の工程は、必要な層について適宜繰り返し実施すればよい。
内層セラミック層4,6及び内部電極パターン5の形成は必要な層について繰り返し実施し、キャリア部材であるPETフィルム1上に逐次転写および定着し、重ねていく。上下層を導通するビアを形成する場合に、セラミック層を先に転写すると、狭ギャップのビアを形成することができる。ビアから先に転写した場合、セラミック層の転写時にビアが崩れて、隣接するビア同士がショートする可能性があるが、セラミック層から先に転写すると、ギャップが確保されるためにビアがショートすることがないからである。一方、配線とのギャップが狭いビアを形成する場合、セラミック部の前にビアを形成する方が望ましい。セラミック部から形成すると、配線と同一層になるビア上面の径は底面に比べて大きくなり、配線とのギャップが狭くなりショートが発生する可能性が高くなる。それに対し、ビアから先に形成すると、配線と同一面になるビア上面の径は底面よりも小さくなり、配線とのギャップが広くなるためショートの発生を抑えることができるからである。
図1の(f)は、内層セラミック層6の上に、電極トナーを用いて裏面電極7を電子写真法により形成した状態を示す。ここで、裏面電極7の周囲にはかぶりトナー7aが発生し、このトナー7aが内層セラミック層6の上に載ることがある。なお、一部の裏面電極7は、内層セラミック層6の開口部6aから露出する内部電極5の厚肉部5bと接続するように形成され、厚肉部5bが裏面電極7と内部電極5とを接続するビアとして機能している。
裏面電極7の具体的形成方法の一例は次の通りである。
(1) 感光体を一様に帯電させる。
(2) 帯電した感光体にLEDにて裏面電極のパターン状に光を照射し、潜像を形成する。裏面電極7のサイズは300μm×300μmとした。
(3) 現像バイアスをかけ、感光体上に電極トナーを現像する。
(4) パターンが現像された感光体と積層体が形成されているPETフィルムを重ね、電極トナーを積層体に転写する。
(5) 電極トナーが転写された積層体をオーブンに入れ、電極トナーを定着させる。
図1の(g)は、裏面電極7の上に、セラミックトナーを用いて外層セラミック層8を電子写真法により形成した状態を示す。このとき、外層セラミック層8は、裏面電極7以外の領域を埋めるように形成され、裏面電極7は外層セラミック層8の開口部8aから露出している。
裏面の外層セラミック層8の具体的形成方法の一例は次の通りである。
(1) 感光体を一様に帯電させる。
(2) 帯電した感光体にLEDにて裏面電極のネガパターン状に光を照射し、潜像を形成する。セラミックトナーが印刷されない開口部分のサイズは裏面電極パターンと同サイズの300μm×300μmとした。
(3) 現像バイアスをかけ、感光体上にセラミックトナーを現像する。
(4) パターンが現像された感光体と積層体が形成されているPETフィルムを重ね、セラミックトナーを積層体に転写する。
(5) セラミックトナーが転写された積層体をオーブンに入れ、セラミックトナーを定着させる。
上述のようにして積層体を作成した後、この積層体を圧着し、キャリア部材1を剥離することで、積層体(焼成前)10を得る。この状態を図1の(h)に示す。積層体10の表面電極3は外層セラミック層2の開口部2aから露出しており、裏面電極7は外層セラミック層8の開口部8aから露出している。表面電極3の周囲に発生したかぶりトナー3aは外層セラミック層2によって完全に覆われており、裏面電極7の周囲に発生したかぶりトナー7aも外層セラミック層8によって完全に覆われている。
上述のように積層体10を作成した後、焼成を行うことで、各トナーに含まれる樹脂成分が消失し、各セラミック層及び電極が焼結し、電極が相互に電気的に導通してセラミック多層基板11を得る。セラミック多層基板11の表裏面に露出している表面電極3及び裏面電極7上にはそれぞれめっき処理が施され、外部電極となる。図1の(i)はこのようにして完成したセラミック多層基板11を示す。表面電極3及び裏面電極7の上にはそれぞれめっき層12,13が形成されている。めっき層12,13の形成時、かぶりトナー3a,7aは外層セラミック層2,8によって覆われているので、かぶりトナー3a,7aがメッキの異常析出の核にならず、電極間ショートやIR劣化の原因になるおそれがない。また、高湿度の環境下で使用した場合や部品表面に水分が付着した場合、電位差のある電極間ではマイグレーションが発生するが、かぶりトナー3a,7aはセラミック層内に埋没しているので、マイグレーションの進行を助長することがない。表面電極3,7の周辺部に付着したかぶりトナー3a,7aが焼成時に基板内に拡散することもない。その後、セラミック多層基板11は図示しない配線基板などに実装され、子基板に分割される。
図2は、積層体(未焼成)における表面電極3とその周囲のセラミック層との拡大図である。上述の工程で表層電極3を形成した場合、表面電極3の断面は図2に示すように台形状(逆テーパ)になり、表面電極3の周囲を外層セラミック層2で覆った形になる。そのため、焼成したとき、電極3とセラミック基板の接合強度が向上し、電極3が剥離しにくくなる。
本発明の効果を確認するために、表面電極間のショートやIR劣化の発生頻度を従来技術と比較した結果を表1に示す。表層電極間ギャップは50〜200μmの範囲で設計した。耐湿負荷試験の条件は「温度:85℃、湿度:85%、負荷電圧:12V、試験時間:500h、1000h」とした。また、かぶりトナーの量は、感光体表面電位と現像バイアス間の電位差に影響される。現実のかぶりトナー量を再現するために、感光体表面電位と現像バイアス間の電位差は実使用値の200V(かぶり数:約20k〜40k個/cm2)とした。
Figure 0005093356
表1から明らかなように、従来技術では初期ショートおよび負荷試験でのIR劣化が発生したが、本発明においては不良は発生しなかった。
従来構造と本発明での外観不良の比較結果(□5mmの商品サンプル、n=300個分)を表2に示す。感光体表面電位と現像バイアス間の電位差は実使用値の200Vとした。従来構造では、基板変色やメッキ異常析出などの外観不良が発生するが、本発明ではかぶりトナーが表面に露出していないため、外観不良は確認されなかった。
Figure 0005093356
さらに、従来構造と本発明での電極接合強度の比較結果を表3に示す。めっき後の電極(□2mm)に冶具を半田付けし、10mm/sで引張り試験を行った。めっき条件はNi:5μm、Au:0.1μmとした。従来技術と比較し本発明では、引張り強度が約50%向上した。
Figure 0005093356
−第2実施形態−
図3は、セラミック多層基板の製造工程の第2実施形態を示す。この実施形態は、中間転写体を用いてキャリア部材上にセラミック層と電極とを転写する方法(中間転写法)であって、セラミック層と電極の両方を電子写真法により形成する方法に関する。以下に、製造工程をその積層順序にしたがって説明する。
図3の(a)は、中間転写体(例えばPETフィルム)20の上に、電極トナーを用いて表面電極21を電子写真法により形成した状態を示す。ここで、表面電極21の近傍に発生したかぶりトナー21aは、中間転写体20上に載っている。表面電極21の形成方法及び電極トナーの材質は第1実施形態と同様である。
図3の(b)は、表面電極21を形成した中間転写体20の上に、セラミックトナーを用いて外層セラミック層22を電子写真法により形成した状態を示す。外層セラミック層22は、表面電極21以外の領域を埋めるように形成され、かぶりトナー21aは外層セラミック層22で覆われる。表面電極21は外層セラミック層22の開口部22aから露出している。セラミック層22の形成方法及びセラミックトナーの材質は第1実施形態と同様である。
図3の(c)は、中間転写体20上に形成した外層セラミック層22と表面電極21とを、キャリア部材(例えばPETフィルム)23の上に転写した状態を示す。ここで、外層セラミック層22と表面電極21とは表裏反転するため、かぶりトナー21aは表面に露出することになる。
図3の(d)は、中間転写体24の上に、セラミックトナーを用いて内層セラミック層25を電子写真法により形成した状態を示す。この内層セラミック層25では全面に形成してあるが、必要に応じてビア形成箇所に開口部を形成してもよい。
図3の(e)は、キャリア部材23上に形成された外層セラミック層22及び表面電極21上に、中間転写体24上に形成された内層セラミック層25を転写した状態を示す。内層セラミック層25の転写によって、かぶりトナー21aはセラミック層25で完全に覆われる。
図3の(f)は、中間転写体26の上に、電極トナーを用いて内部電極27を電子写真法により形成した状態を示す。ここで、内部電極27の近傍に発生したかぶりトナー27aが中間転写体26上に載っている。
図3の(g)は、キャリア部材23上に形成された外層セラミック層22、表面電極21、内層セラミック層25の上に、中間転写体26上に形成された内部電極27を転写した状態を示す。内部電極27の転写によって、かぶりトナー27aもセラミック層25の上に転写される。
図3の(h)は、図3の(d)と同様に、中間転写体28の上にセラミックトナーを用いて内層セラミック層29を電子写真法により形成した状態を示す。この内層セラミック層29では全面に形成されているが、必要に応じてビア形成箇所に開口部を形成してもよい。
図3の(i)は、図3の(g)の段階にあるキャリア部材23上に、図3の(h)で作成した内層セラミック層29を転写した状態を示す。中間セラミック層29の転写によって、かぶりトナー27aはセラミック層29で完全に覆われる。なお、図3の(d)〜(i)の工程は、必要な層数に応じて繰り返し実施すればよい。
図3の(j)は、中間転写体30の上に、セラミックトナーを用いて外層セラミック層31を電子写真法によりパターン形成した状態を示す。この外層セラミック層31には、後述する裏面電極32と対応する位置に開口部31aが形成されている。
図3の(k)は、外層セラミック層31を形成した中間転写体30の上に、電極トナーを用いて裏面電極32を電子写真法により形成した状態を示す。ここで、裏面電極32は外層セラミック層31の開口部31aに充填されるが、かぶりトナー32aが外層セラミック層31の表面に載ることがある。
図3の(l)は、図3の(i)の段階にあるキャリア部材23上に、図3の(k)で作成した外層セラミック層31及び裏面電極32を転写した状態を示す。外層セラミック層31の転写によって、かぶりトナー32aは外層セラミック層31で完全に覆われる。
図3の(m)は、上述のように作成した積層体を圧着し、キャリア部材23を剥離することで、積層体(焼成前)33を得た状態を示す。積層体33の表面電極21は外層セラミック層22から露出しており、裏面電極32は外層セラミック層31から露出している。表面電極21の周囲に発生したかぶりトナー21a及び裏面電極32の周囲に発生したかぶりトナー32aは、それぞれ外層セラミック層22、31によって完全に覆われている。
上述のように積層体33を作成した後、焼成を行うことで、各トナーに含まれる樹脂成分が消失し、各セラミック層及び電極が焼結し、電極が相互に電気的に導通してセラミック多層基板34を得る。その後、セラミック多層基板34の表裏面に露出している表面電極21及び裏面電極32上にはそれぞれめっき処理が施され、外部電極となる。図3の(n)はこのようにして完成したセラミック多層基板34を示す。表面電極21及び裏面電極32の上にはそれぞれめっき層35,36が形成されている。その後、セラミック多層基板34は図示しない配線基板などに実装され、子基板に分割される。
第2実施形態の製造方法では、キャリア部材の上にセラミック層と電極とを電子写真法により順次積み重ねるのではなく、予め中間転写体の上に電子写真法により形成した上で、これをキャリア部材上に転写するため、1回の積層工程毎に定着させる必要がなく、熱履歴の回数を少なくできる。そのため、製造順序による各層の熱履歴回数の差が少なくなり、品質の安定したセラミック多層基板を作製できる。
−第3実施形態−
図4は、セラミック多層基板の製造方法の第3実施形態を示す。この実施形態は、キャリア部材上にセラミック層と電極とを直接形成する方法(直接転写法)であって、しかもセラミックグリーンシートを用いる方法に関する。以下に、製造工程をその積層順序にしたがって説明する。
図4の(a)は、キャリア部材40の上に、セラミックグリーンシートを用いて外層セラミック層41をパターン形成した状態を示す。外層セラミック層41には、後で形成される表面電極と同じサイズの開口部41aが形成されている。開口部の形成方法としては公知の方法、例えばメカパンチによって穴を形成したり、スクリーン印刷法を用いることができる。
外層セラミック層41の形成方法の一例は、次の通りである。
(1) セラミック材料にはBa、Al、Siを中心とした組成からなる材料(BAS材)を用い、各素材を所定の組成になるよう調合、混合し、800-1000℃で仮焼する。
(2)(1)で得られた仮焼粉末をジルコニアボールミルで12時間粉砕し、セラミック粉末を得る。
(3)(2)で得られたセラミック粉末に、トルエン・エキネンなどの有機溶媒を加え混合する。さらにバインダー、可塑剤を加え混合しスラリーを得る。
(4) 得られたスラリーをドクターブレード法により成形し、厚さ30μmのグリーンシートを得る。
(5) セラミックグリーンシートにメカパンチにより表面電極形状の穴を加工する。パンチ穴のサイズは、表面電極パターンより20μm小さい180μm×180μmとした。
(6) パンチ穴が加工されたセラミックグリーンシートをキャリア部材であるPETフィルムと重ね、100トン−10秒でプレスし、グリーンシートとPETフィルムを接着させる。
なお、セラミック材料は特に本材料に限定されるものでなく、絶縁性のものであればよいため、フォルステライトにガラスを加えたものやCaZrO3にガラスを加えたものなど他のものを用いてもよい。
図4の(b)は、外層セラミック層41を形成したキャリア部材40の上に、電極トナー(電極形成用荷電性粉末)を用いて表面電極42を電子写真法により形成した状態を示す。ここで、表面電極42は外層セラミック層41の開口部41aに充填されるが、かぶりトナー42aが外層セラミック層41の表面に載ることがある。
図4の(c)は、外層セラミック層41と表面電極42とを形成したキャリア部材40の上に、セラミックグリーンシートを用いて内層セラミック層43を積層した状態を示す。セラミックグリーンシートは、予め中間転写体上に形成しておき、これを外層セラミック層41上に転写してもよい。
図4の(d)は、内層セラミック層43の上に、電極トナーを用いて内部電極44を電子写真法により形成した状態を示す。ここで、内部電極44の周囲にはかぶりトナー44aが内層セラミック層43の上に載ることがある。
図4の(e)は、内部電極44の上に、セラミックグリーンシートを用いて内層セラミック層45を積層した状態を示す。内層セラミック層45は、内部電極44の全面を覆うように形成されているが、内部電極44の一部を露出させるように開口部を形成してもよい。なお、図4の(c)〜(e)の工程は、必要な層数分だけ繰り返し実施すればよい。
図4の(f)は、内層セラミック層45の上に、電極トナーを用いて裏面電極46を電子写真法により形成した状態を示す。ここで、裏面電極46の周囲にはかぶりトナー46aが発生し、このトナー46aが内層セラミック層45の上に載ることがある。
図4の(g)は、裏面電極46の上に、セラミックグリーンシートを用いて外層セラミック層47を積層した状態を示す。このとき、外層セラミック層47は、裏面電極46以外の領域を埋めるようにパターン形成され、裏面電極46は外層セラミック層47の開口部47aから露出している。
グリーンシート加工による外層セラミック層47の形成方法の一例は次の通りである。
(1) セラミックグリーンシートにメカパンチにより裏面電極形状の穴を加工する。パンチ穴のサイズは裏面電極パターンより20μm小さい280μm×280μmとした。
(2) パンチ穴が加工されたセラミックグリーンシートをキャリア部材上の積層体に重ね、100トン−10秒でプレスし、グリーンシートを積層体に接着させる。
図4の(h)は、上述のようにして作製した積層体を圧着し、キャリア部材40を剥離することで、積層体(焼成前)48を得た状態を示す。積層体48の表面電極42は外層セラミック層41の開口部41aから露出しており、裏面電極46は外層セラミック層47の開口部47aから露出している。表面電極42の周囲に発生したかぶりトナー42aと、裏面電極46の周囲に発生したかぶりトナー46aは、それぞれ外層セラミック層41、47によって完全に覆われている。
図4の(i)は、積層体48を焼成した後、表面電極42及び裏面電極46上にそれぞれめっき処理を施してセラミック多層基板49を得た状態を示す。表面電極42及び裏面電極46の上にはそれぞれめっき層50,51が形成されている。その後、セラミック多層基板49は図示しない配線基板などに実装され、子基板に分割される。
−第4実施形態−
図5は、セラミック多層基板の製造工程の第4実施形態を示す。この実施形態は、中間転写体を用いてキャリア部材上にセラミック層と電極とを転写する方法(中間転写法)であって、しかもセラミックグリーンシートを用いる方法に関する。以下に、製造工程をその積層順序にしたがって説明する。
図5の(a)は、中間転写体60の上に、電極トナーを用いて表面電極61を電子写真法により形成した状態を示す。ここで、表面電極61の近傍に発生したかぶりトナー61aは、中間転写体60上に載っている。表面電極61の形成方法及び電極トナーの材質は第1実施形態と同様である。
図5の(b)は、表面電極61を形成した中間転写体60の上に、セラミックグリーンシートを用いて外層セラミック層62を形成した状態を示す。外層セラミック層62は、表面電極61以外の領域を埋めるように形成され、かぶりトナー61aは外層セラミック層62で覆われる。表面電極61は外層セラミック層62の開口部62aから露出している。
図5の(c)は、中間転写体60上に形成した外層セラミック層62と表面電極61とを、キャリア部材63の上に転写した状態を示す。ここで、外層セラミック層62と表面電極61とは表裏反転するため、かぶりトナー61aは上面に露出することになる。
図5の(d)は、中間転写体64の上に、セラミックグリーンシートを用いて内層セラミック層65を積層した状態を示す。この内層セラミック層65は、全面に形成してもよいし、必要に応じてビア形成箇所に開口部を形成してもよい。
図5の(e)は、キャリア部材63上に形成された外層セラミック層62及び表面電極61上に、中間転写体64上に形成された内層セラミック層65を転写した状態を示す。中間セラミック層65の転写によって、かぶりトナー61aはセラミック層65で完全に覆われる。
図5の(f)は、中間転写体66の上に、電極トナーを用いて内部電極67を電子写真法により形成した状態を示す。ここで、内部電極67の近傍に発生したかぶりトナー67aが中間転写体66上に載っている。
図5の(g)は、キャリア部材63上に形成された外層セラミック層62、表面電極61、内層セラミック層65の上に、中間転写体66上に形成された内部電極67を転写した状態を示す。内部電極67の転写によって、かぶりトナー67aもセラミック層65の上に転写される。
図5の(h)は、図5の(d)と同様に、中間転写体68の上にセラミックグリーンシートを用いて内層セラミック層69を積層した状態を示す。この内層セラミック層69は、全面に形成してもよいし、必要に応じてビア形成箇所に開口部を形成してもよい。
図5の(i)は、図5の(g)の段階にあるキャリア部材63上に、図5の(h)で作成した内層セラミック層69を転写した状態を示す。中間セラミック層69の転写によって、かぶりトナー67aはセラミック層69で完全に覆われる。なお、図5の(d)〜(i)の工程は、必要な層数に応じて繰り返し実施すればよい。
図5の(j)は、中間転写体70の上に、セラミックグリーンシートを用いて外層セラミック層71をパターン形成した状態を示す。この外層セラミック層71には、後述する裏面電極72と対応する位置に開口部71aが形成されている。
図5の(k)は、外層セラミック層71を形成した中間転写体70の上に、電極トナーを用いて裏面電極72を電子写真法により形成した状態を示す。ここで、裏面電極72は外層セラミック層71の開口部71aに充填されるが、かぶりトナー72aが外層セラミック層71の表面に載ることがある。
図5の(l)は、図5の(i)の段階にあるキャリア部材63上に、図5の(k)で作成した外層セラミック層71及び裏面電極72を転写した状態を示す。外層セラミック層71の転写によって、かぶりトナー72aは外層セラミック層71で完全に覆われる。
図5の(m)は、上述のように作成した積層体を圧着し、キャリア部材63を剥離することで、積層体(焼成前)73を得た状態を示す。積層体73の表面電極61は外層セラミック層62から露出しており、裏面電極72は外層セラミック層71から露出している。表面電極61の周囲に発生したかぶりトナー61a及び裏面電極72の周囲に発生したかぶりトナー72aは、それぞれ外層セラミック層62、71によって完全に覆われている。
図5の(n)は、積層体73を焼成した後、表面電極61及び裏面電極72上にそれぞれめっき処理を施してセラミック多層基板74を得た状態を示す。表面電極61及び裏面電極72の上にはそれぞれめっき層75,76が形成されている。その後、セラミック多層基板74は図示しない配線基板などに実装され、子基板に分割される。
前述の通り第1〜第4実施形態の製造方法について説明したが、第1実施形態と第2実施形態の製造方法を組み合わせてもよいし、第3実施形態と第4実施形態の製造方法を組み合わせてもよい。例えば、図1の工程(f)〜(h)に代えて、図3の工程(j)〜(m)を用いても良いし、図3の工程(j)〜(m)に代えて、図1の工程(f)〜(h)を用いても良い。さらに、図4の工程(f)〜(h)に代えて、図5の工程(j)〜(m)を用いても良いし、図5の工程(j)〜(m)に代えて、図4の工程(f)〜(h)を用いても良い。
前記実施例では、表面電極/裏面電極と外層セラミック層との厚みを同じにし、それらの外表面が面一状とされた例を示したが、電極を外層セラミック層より厚くし、電極を凸状に突出させてもよいし、逆に電極を外層セラミック層より薄くし、電極を凹状に凹んだ状態としてもよい。前者の場合には、電極側面にも半田が付着し、接合表面積が大きくなるため、接合強度が向上する利点がある。後者の場合には、電極が凹んでいるため、ハンドリング時に電極が擦れて傷が入ったり、電極が変形したりすることを防ぐことができる。
以上のように、本発明ではかぶりトナーが基板表面に露出しないため、従来技術の以下3点の問題が解決できる。
(1) 表面電極間のIR劣化やマイグレーション促進の防止
表面電極間にかぶりトナーがないために、メッキでの異常析出は発生せず、部品表面に水分が付着した場合でもマイグレーションが促進されることはない。
(2) 外観不良の防止
基板表面にかぶりトナーが露出しないので、外観不良にならない。
(3) 電極接合強度の向上
本発明で表層電極を形成した場合、表層電極の断面は台形状(逆テーパ)になり電極周囲をセラミック層で覆った形になる。そのため、電極とセラミック基板の接合強度が向上する。
1,23 キャリア部材
2,22 第1外層セラミック層
2a 開口部
3,21 表面電極
3a,21a かぶりトナー
4,6,25,29 内層セラミック層
5,27 内部電極
5a かぶりトナー
5b 厚肉部
7,32 裏面電極
7a,32a かぶりトナー
8,31 第2外層セラミック層
8a 開口部
10,33 積層体(焼成前)
11,34 セラミック多層基板
12,13,35,36 めっき層
20 第1中間転写体
24〜,26,28 中間転写体
30 第2中間転写体

Claims (8)

  1. キャリア部材上に、表面電極を形成すべき箇所に開口部を持つ第1外層セラミック層を形成する第1工程と、
    前記キャリア部材上に形成された第1外層セラミック層の開口部に、表面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第2工程と、
    前記キャリア部材上の第1外層セラミック層及び表面電極上に、内層セラミック層と内部電極パターンとを交互に形成して積層体を得る第3工程と、
    前記積層体上に裏面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第4工程と、
    前記裏面電極を形成した前記積層体上に、当該裏面電極以外の領域を埋めるように第2外層セラミック層を形成する第5工程と、
    前記第2外層セラミック層を形成した積層体を前記キャリア部材から剥離し、当該積層体を焼成することでセラミック多層基板を得る第6工程と、を含むセラミック多層基板の製造方法。
  2. 第1中間転写体上に、表面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第1工程と、
    前記第1中間転写体上に、前記表面電極以外の領域を埋めるように、第1外層セラミック層を形成する第2工程と、
    前記第1中間転写体上の表面電極及び第1外層セラミック層をキャリア部材上に転写する第3工程と、
    前記キャリア部材上に転写された表面電極及び第1外層セラミック層上に、内層セラミック層と内部電極パターンとを交互に形成して積層体を得る第4工程と、
    第2中間転写体上に、裏面電極を形成すべき箇所に開口部を持つ第2外層セラミック層を形成する第5工程と、
    前記第2中間転写体上に形成された第2外層セラミック層の開口部に、裏面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第6工程と、
    前記第2中間転写体上に形成された第2外層セラミック層及び裏面電極を、前記積層体上に転写する第7工程と、
    前記第2外層セラミック層及び裏面電極を転写した積層体を前記キャリア部材から剥離し、当該積層体を焼成することでセラミック多層基板を得る第8工程と、を含むセラミック多層基板の製造方法。
  3. キャリア部材上に、表面電極を形成すべき箇所に開口部を持つ第1外層セラミック層を形成する第1工程と、
    前記キャリア部材上に形成された第1外層セラミック層の開口部に、表面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第2工程と、
    前記キャリア部材上の第1外層セラミック層及び表面電極上に、内層セラミック層と内部電極パターンとを交互に形成して積層体を得る第3工程と、
    中間転写体上に、裏面電極を形成すべき箇所に開口部を持つ第2外層セラミック層を形成する第4工程と、
    前記中間転写体上に形成された第2外層セラミック層の開口部に、裏面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第5工程と、
    前記中間転写体上に形成された第2外層セラミック層及び裏面電極を、前記積層体上に転写する第6工程と、
    前記第2外層セラミック層及び裏面電極を転写した積層体を前記キャリア部材から剥離し、当該積層体を焼成することでセラミック多層基板を得る第7工程と、を含むセラミック多層基板の製造方法。
  4. 第1中間転写体上に、表面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第1工程と、
    前記第1中間転写体上に、前記表面電極以外の領域を埋めるように、第1外層セラミック層を形成する第2工程と、
    前記第1中間転写体上の表面電極及び第1外層セラミック層をキャリア部材上に転写する第3工程と、
    前記キャリア部材上に転写された表面電極及び第1外層セラミック層上に、内層セラミック層と内部電極パターンとを交互に形成して積層体を得る第4工程と、
    前記積層体上に裏面電極を電極トナーを用いて電子写真法により形成する第5工程と、
    前記裏面電極を形成した前記積層体上に、当該裏面電極以外の領域を埋めるように第2外層セラミック層を形成する第6工程と、
    前記第2外層セラミック層を形成した積層体を前記キャリア部材から剥離し、当該積層体を焼成することでセラミック多層基板を得る第7工程と、を含むセラミック多層基板の製造方法。
  5. 前記外層セラミック層及び内層セラミック層は、セラミックトナーを用いて電子写真法により形成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のセラミック多層基板の製造方法。
  6. 前記外層セラミック層及び内層セラミック層は、セラミックグリーンシートを用いて形成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のセラミック多層基板の製造方法。
  7. 前記内部電極パターンを電極トナーを用いて電子写真法により形成すると共に、当該内部電極パターンの一部を厚肉に形成し、
    前記内部電極パターンの上に、前記厚肉部と対応する部位に開口部を持つように内層セラミック層を形成することにより、前記厚肉部でビアを形成することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のセラミック多層基板の製造方法。
  8. 前記焼成された積層体の表裏主面に露出している前記表面電極及び裏面電極上にめっき処理を施すことを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のセラミック多層基板の製造方法。
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