JP5162810B2 - メタルマスク及び積層型電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、メタルマスク及び積層型電子部品に関する。

メタルマスクに形成された貫通孔に導体ペーストを満たすことによって、セラミックグリーンシート上に導体ペーストが印刷される。この際、貫通孔が導体ペーストで密閉されるため、セラミックグリーンシートとメタルマスクとの間が真空に近い状態になる。また、セラミックグリーンシートは積層時のスタック性を確保するため一般に溶剤を含んでおり、表面において接着性を有している。こうしたことにより、従来、メタルマスクを使用してセラミックグリーンシート上に導体ペーストを印刷した場合、印刷後の版離れが悪いという問題が生じていた。

特許文献１に記載されたメタルマスクでは、版離れを良好にするため、セラミックグリーンシートと接する側の主面に凹部（段差部）を設けている。凹部を設け、セラミックグリーンシートとの間に空気を含ませることで、特許文献１に記載のメタルマスクは版離れを良好に行うことを検討している。
特開２０００−３１３１７９号公報

しかし、特許文献１に記載されたメタルマスクでは、導体ペーストの印刷時にセラミックグリーンシートとの間に空気の流通路を確保することができない。そのため、版離れを十分良好に行うことが困難である。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、版離れが良好であるメタルマスク及びそれを用いて製造された積層型電子部品を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明によるメタルマスクは、印刷パターンとして複数の貫通孔が形成されたシート状のメタルマスクであって、一方の主面における貫通孔が形成されていない領域に、外縁に達する凹部が形成されている。

このメタルマスクでは、一方の主面に形成された凹部が、メタルマスクの外縁にまで達している。したがって、このメタルマスクを用いることにより、セラミックグリーンシートとメタルマスクとの間に空気の流通路を確保することができる。その結果、印刷後において版離れを十分良好に行うことが可能となる。

また、本発明による積層型電子部品は、上記メタルマスクを用いて印刷された導体ペーストから形成された内部回路要素を備える。

上記メタルマスクでは、良好な版離れが実現されている。そのため、この積層型電子部品では、内部回路要素がかすれてしまうことや、また内部回路要素が断絶されることが抑制される。

本発明によれば、版離れが良好なメタルマスク及びそれを用いて製造された積層型電子部品を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るメタルマスク及びそれを用いて製造された積層型電子部品の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１〜図４を参照して、実施形態に係るメタルマスクＭ１の構成について説明する。図１は実施形態に係るメタルマスクの斜視図である。図２は実施形態に係るメタルマスクの一部を表す斜視図である。図３は、実施形態に係るメタルマスクの断面構成を説明するための図である。

図１に示されるように、シート状のメタルマスクＭ１には、印刷パターンとして複数の貫通孔１３が形成されている。貫通孔１３は、印刷パターンに合わせて、様々な形状を有する。例えば、本実施形態に係る貫通孔１３は、略Ｃ字状に形成されている。

メタルマスクＭ１は、主面であるスキージ面Ｍ１ａとシート面Ｍ１ｂとを有する。メタルマスクＭ１の一方の主面であるシート面Ｍ１ｂにおける貫通孔１３が形成されていない領域には、複数の凹部１４、１５が形成されている。図２に示されるように、凹部１４は、略Ｃ字状の貫通孔１３の外側であって、複数の貫通孔１３の間に溝状に形成されている。溝状の凹部１４は、メタルマスクＭ１の外縁に達している。凹部１５は貫通孔１３により囲まれた領域であって、貫通孔１３の中心部に形成されている。

また、図３に示すように、メタルマスクＭ１は、第１層１１と第２層１２とを有する２層構造である。スキージ面Ｍ１ａ側に形成されている第１層１１は、例えばステンレス、あるいはアルミニウム、あるいはニッケル、あるいは真鍮、あるいはこれらを主成分とする材料などからなる。シート面Ｍ１ｂ側に形成されている第２層１２は、例えばフィルム、あるいはプラスティック、あるいは樹脂（例えば、ポリイミドなど）などからなる。

貫通孔１３は、例えばレーザ加工によって形成される。凹部１４、１５は、第２層１２に形成されており、例えばレーザ加工によって形成される。このような方法によって形成された場合、精度の良い凹部１４、１５の加工が可能となる。凹部１４、１５の凹みの深さは、メタルマスクＭ１の厚みの５０％以下であることが好ましい。

次に、図４〜図６を参照して、メタルマスクＭ１を用いて印刷された導体ペーストから形成される内部回路要素を備える積層インダクタ５０について説明する。図４は、積層インダクタ５０の斜視図である。図５は、積層インダクタ５０の断面構成を説明するための図である。図６は、積層インダクタ５０に含まれる積層体の分解斜視図である。

積層インダクタ５０は、図４に示されるように、略直方体形状の積層体５１と、積層体５１の長手方向の両側面にそれぞれ形成された一対の端子電極５２、５３とを備える。

積層体５１は、図５及び図６に示されるように、複数（本実施形態では１２枚）の磁性体であるセラミック層Ａ１〜Ａ１２とコイル導体Ｂ１〜Ｂ１０とが交互に積層されることにより構成されている。内部回路要素であるコイル導体Ｂ１〜Ｂ１０及び引き出し導体Ｂ１ａ、Ｂ１０ａによって、コイルＬが積層体５１内に形成されている。実際の積層インダクタ５０は、セラミック層Ａ１〜Ａ１２の境界が視認できない程度に一体化されている。

コイル導体Ｂ１は、コイルＬの略５／８ターン分に相当し、セラミック層Ａ２上で略Ｃ字状に形成されている。コイル導体Ｂ１の一端には、引き出し導体Ｂ１ａが、セラミック層Ａ２の縁に引き出されるように、コイル導体Ｂ１と一体的に形成されている。引き出し導体Ｂ１ａは、端子電極５２と電気的に接続される。コイル導体Ｂ１の他端は、セラミック層Ａ２を厚み方向に貫通して形成されるスルーホール電極Ｃ１と電気的に接続されている。

コイル導体Ｂ２〜Ｂ９は、それぞれコイルＬの略３／４ターン分に相当する。コイル導体Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６、Ｂ８はそれぞれ、各セラミック層Ａ３、Ａ５、Ａ７、Ａ９上で略Ｕ字状に形成されている。コイル導体Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７、Ｂ９はそれぞれ、各セラミック層Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０上で略Ｃ字状に形成されている。

各コイル導体Ｂ２〜Ｂ９の一端には、積層された状態で対応する各スルーホール電極Ｃ１〜Ｃ８と電気的に接続される領域が含まれている。各コイル導体Ｂ２〜Ｂ９の他端は、対応する各セラミック層Ａ３〜Ａ１０を厚み方向に貫通して形成されたスルーホール電極Ｃ２〜Ｃ９とそれぞれ電気的に接続されている。

コイル導体Ｂ１０は、コイルＬの略７／８ターン分に相当し、セラミック層Ａ１１上で略Ｕ字状に形成されている。コイル導体Ｂ１０の一端は、セラミック層Ａ１０を厚み方向に貫通して形成されたスルーホール電極Ｃ９と電気的に接続されている。コイル導体Ｂ１０の他端には、引き出し導体Ｂ１０ａが、セラミック層Ａ１１の縁に引き出されるように、コイル導体Ｂ１０と一体的に形成されている。引き出し導体Ｂ１０ａは、端子電極５３と電気的に接続される。

続いて、メタルマスクＭ１を用いた積層インダクタ５０の製造方法について説明する。まず、焼成によりセラミック層Ａ１〜Ａ１２となる１２枚のセラミックグリーンシートＧを用意する。

次に、用意されたセラミックグリーンシートＧ上に導体ペーストを印刷する。導体ペーストは、焼成により、内部回路要素であるコイル導体Ｂ１〜Ｂ１０及び引き出し導体Ｂ１ａ、Ｂ１０ａとなる。図７は、メタルマスクＭ１を用いてセラミックグリーンシートＧ上に導体ペーストＰを印刷する工程を説明するための図である。なお、各セラミックグリーンシートＧには、複数の積層インダクタに対応して、複数の印刷パターンが印刷される。これらのセラミックグリーンシートＧは積層された後、後述するようにチップ単位に切断される。

セラミックグリーンシートＧ上において焼成後の内部回路要素（コイル導体Ｂ１〜Ｂ１０及び引き出し導体Ｂ１ａ、Ｂ１０ａ）が形成されるべき位置に、印刷パターンであるメタルマスクＭ１の貫通孔１３が位置するように、メタルマスクＭ１をセラミックグリーンシートＧ上にセットする。このとき、メタルマスクＭ１のシート面Ｍ１ｂがセラミックグリーンシートＧと接するようにする。

次に、銀又はニッケルを主成分とする導体ペーストＰを、セラミックグリーンシートＧ上に置かれたメタルマスクＭ１のスキージ面Ｍ１ａ上に載せる。その後、図７に示すように、導体ペーストＰがメタルマスクＭ１のスキージ面Ｍ１ａ上を移動するように、スキージ３０をメタルマスクＭ１の一端から他端に向けて移動させる。これにより、貫通孔１３内に導体ペーストＰが充填される。その後、メタルマスクＭ１をセラミックグリーンシートＧから剥離する。これにより、セラミックグリーンシートＧ上に、焼成によってコイル導体Ｂ１〜Ｂ１０及び引き出し導体Ｂ１ａ、Ｂ１０ａを形成する導体ペーストが印刷される。

次に、複数のセラミックグリーンシートＧを積層し、積層方向に圧力を加えて圧着する。圧着後、積層された複数のセラミックグリーンシートＧをチップ単位に積層方向に切断する。切断されたチップは焼成され、積層体５１が製造される。

その後、積層体５１の互いに対向する端面に、端子電極５２、５３が形成される。端子電極５２、５３は、銀又はニッケル又は銅を主成分とする導体ペーストを積層体５１の端面に転写後、焼付けを行い、さらに電気めっきを施すことによって形成される。

メタルマスクＭ１は、シート面Ｍ１ｂ上に溝状の凹部１４を備える。凹部１４には空気が存在するため、セラミックグリーンシートＧとメタルマスクＭ１との間の隙間が真空状態となることはない。さらに、この凹部１４は、メタルマスクＭ１の外縁にまで達している。そのため、セラミックグリーンシートＧとメタルマスクＭ１との間に空気の流通路が確保される。その結果、メタルマスクＭ１では、導体ペーストＰを印刷した後、良好な版離れを実現することが可能となる。

ところで、近年、積層型電子部品においては、小型化とともに大電流に対応することが要求されている。そのため、内部回路要素の厚みを厚くすることが求められている。内部回路要素は、セラミックグリーンシート上にメタルマスクを用いて印刷された導体ペーストを焼成することによって得られる。したがって、導体ペーストをセラミックグリーンシート上において厚く印刷することで、厚みのある内部回路要素を得ることができる。従来のメタルマスクでは、導体ペーストの厚みが厚くなるよう印刷を行うと版離れがより悪くなり、導体のかすれや断線の問題を引き起こすおそれがあった。しかし、メタルマスクＭ１を用いた印刷では、良好な版離れが実現されるため、導体ペーストを厚く印刷することも良好に行える。例えば、厚さが８０μｍのメタルマスクＭ１を用いた場合、印刷後の導体ペーストの厚みを７０〜８０μｍ程度とでき、焼成後には３０μｍ以上の厚さの内部回路要素を得ることが可能となる。

また、メタルマスクＭ１は、溝状の凹部１４の他に、例えば貫通孔１３により囲まれた領域であって、貫通孔１３の中心部に、さらに凹部１５を有している。凹部１５を有することによって、メタルマスクＭ１は、セラミックグリーンシートＧと接触しない部分をさらに多く有することができる。そのため、凹部１５において、セラミックグリーンシートＧとの間に空気を多く含むことができ、版離れを一層良好に行うことが可能となる。

特に、セラミックグリーンシートは積層時のスタック性を確保するため、一般に溶剤を含んでいる。そのため、セラミックグリーンシート表面は接着性を有し、版離れを良好に行うことが難しい。したがって、本実施形態に係るメタルマスクＭ１のように、溝状の凹部１４によって空気の流通路を確保するとともに、多数の凹部１４、１５を有して、セラミックグリーンシートＧとの接触面積を低減することは、セラミックグリーンシートＧ上に導体ペーストを印刷する際の版離れを良好に行う為に非常に有効である。

メタルマスクＭ１は、例えばフィルム、あるいはプラスティック、あるいは樹脂（例えば、ポリイミドなど）などからなる第２層１２を有する。フィルム等は柔らかいため、セラミックグリーンシートＧとの間にできる隙間を少なくできる。そのため、第２層１２側の面であるシート面Ｍ１ｂをセラミックグリーンシートＧと接するように印刷を行うことで、良好な印刷性を実現することが可能となる。

また、メタルマスクＭ１のシート面Ｍ１ｂ側に形成された凹部１４、１５が、メタルマスクＭ１の厚みの５０％以下である場合、メタルマスクＭ１の強度を十分に保つことが可能となる。

また、メタルマスクＭ１が、良好な版離れを実現していることから、メタルマスクＭ１を用いて導体ペーストを印刷した積層インダクタ５０では、内部回路要素がかすれてしまうことや、また内部回路要素が断絶されることが抑制される。また、内部回路要素がかすれてしまうことや、内部回路要素が断絶されることが抑制されることによって、積層インダクタ５０では、インダクタンス値のばらつきを抑制でき、外観歩留まりの向上を図ることもできる。

前述したように、近年、積層インダクタにおいては、大電流に対応するため、内部回路要素の厚みを厚くすることが求められている。そのため、内部回路要素（コイル導体）の厚みｄ_１と、積層体の積層方向に隣り合う導体ペーストの間に位置するセラミックグリーンシートの焼成後における厚みｄ_２（図５参照）との関係が、ｄ_１／ｄ_２≧１．５となるような積層インダクタが望まれている。一般的に、導体ペーストを厚く印刷する場合、版離れを良好に行うことが難しい。したがって、ｄ_１とｄ_２とが上記関係を満たすような厚みの内部回路要素を得るために、例えば、メタルマスクによって導体ペーストを複数回印刷することが考えられる。しかし、印刷する回数が多いと、印刷ズレによる導体ペーストのにじみ等が発生し、インダクタンス値がばらつき、外観不良を発生するおそれが生じる。さらに、印刷する回数が多くなると、製造コストも増大してしまう。

一方、このような要求に対し、メタルマスクＭ１を用いて印刷された導体ペーストから形成された内部回路要素を備える積層インダクタ５０では、印刷の回数を抑えることが可能となる。印刷する導体ペーストの厚みによっては、印刷回数を１回に抑えることも可能である。これは、メタルマスクＭ１では、導体ペーストを厚く印刷する場合であっても、良好な版離れを実現できるためである。その結果、積層インダクタ５０では、内部回路要素（コイル導体）の厚みｄ_１がｄ_１／ｄ_２≧１．５の関係を満たす場合であっても、印刷ズレの問題が起こりにくく、さらには製造コストを抑制することもできる。

なお、導体ペーストを厚く印刷する場合、セラミックグリーンシートの密度を通常より１０％〜２０％程度低下させることが好ましい。これにより、厚みの厚い導体ペーストの段差がセラミックグリーンシートで吸収され、積層インダクタでのクラックやデラミネーションの発生が抑制される。

次に、図８及び図９に基づいて、上述した実施形態に係るメタルマスクＭ１の変形例について説明する。

図８は、第１変形例に係るメタルマスクＭ２の一部を拡大して表した斜視図である。メタルマスクＭ２では、シート面Ｍ２ｂの貫通孔１３が形成されていない領域において、凹部１４と凹部１５とを接続する凹部１６がさらに形成されている。凹部１６が形成されることによって、メタルマスクＭ２では、空気を凹部１４〜１６に至るまで流通させることができる。これにより、メタルマスクＭ２は、さらに良好な版離れを実現できる。

図９は、第２変形例に係るメタルマスクＭ３の一部を拡大して表した斜視図である。メタルマスクＭ３では、シート面Ｍ３ｂにおいて、凹部１５が形成されていない。このように、シート面Ｍ３ｂには、メタルマスクＭ３の外縁に達するように形成された凹部１４のみが形成されていてもよい。

図１０は、実施形態に係るメタルマスクＭ１を備えるスクリーン版Ｓ１の斜視図である。スクリーン版Ｓ１は、メタルマスクＭ１のほか、フレーム２１及びメッシュ２２をさらに備える。スクリーン版Ｓ１では、開口を有する矩形状のフレーム２１の内側にメタルマスクＭ１を配し、当該メタルマスクＭ１をメッシュ２２を介してフレーム２１に対し支持させている。メッシュ２２は、例えばポリエステル等の樹脂からなる。また、メタルマスクＭ１及びフレーム２１は、接着剤によりメッシュ２２に固定されている。

以上、本発明の好適な実施形態及び変形例について説明したが、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、メタルマスクＭ１を用いて印刷された導体ペーストから形成された内部回路要素を備える積層型電子部品は、積層インダクタに限られない。また、凹部１４、１５の凹みの深さは、メタルマスクＭ１の厚みの５０％以下に限らず、５０％を超えていてもよい。凹部１４、１５の凹みが深いほど、凹部１４、１５において空気を多く含むことができるため、メタルマスクＭ１の版離れに対しては有効となる。

また、メタルマスクＭ１は、必ずしも第２層１２を有していなくてもよい。この場合には、第１層１１に凹部１４、１５が形成される。特に、メタルマスクＭ１の第１層１１がステンレス、あるいはアルミニウム、あるいはニッケル、あるいは真鍮、あるいはこれらを主成分とする材料である場合には、様々な加工方法で第１層１１に凹部１４、１５を形成することが可能となる。

ここで、第１層のみを備えるメタルマスクの製造方法について、エッチング加工を用いる場合と、レーザ加工を用いる場合と、電鋳加工を用いる場合とに分けて説明する。まずは、エッチング加工を用いる場合を説明する。ステンレス板（厚みが、例えば８０μｍのステンレス板）を用意し、このステンレス板の両面にフォトレジスト層を形成する。その後、ＵＶリソグラフィー法により、ステンレス板両面にレジストパターンを形成する。具体的には、ステンレス板の両主面において貫通孔１３となる部分の金属面を露出させるとともに、２つの主面のうち一方の主面においてのみ凹部１４、１５となる部分の金属面を露出させる。

次に、露出した金属面をエッチング除去することにより、貫通孔１３は貫通状態で形成され、凹部１４、１５はハーフエッチング状態で形成される。貫通孔１３の幅は、例えば１００μｍである。その後、レジストパターンを剥離し、メタルマスクが完成する。エッチング液には、例えば一般的な塩化第二鉄を用いる。レジストパターンの剥離には、例えば一般的な５％の水酸化ナトリウム水溶液を用いる。

次に、レーザ加工を用いる場合を説明する。レーザとして、例えば炭酸ガスレーザや、ＹＡＧパルスレーザや、あるいはＵＶーＹＡＧレーザなどを用いることが好ましい。また、この場合、金属板としてステンレス板を用いることが好ましい。

レーザ加工を用いる場合、レーザを照射する面側をシート面側とすることで、貫通孔１３の寸法が、レーザが照射された面側において若干大きくなったとしても使用上、対処可能となる。また、凹部１４、１５の加工もシート面側に対して行うので、金属板の一方の面に対し、一方向からレーザを照射すればよく、加工が容易に行える。また、レーザを用いた貫通孔１３及び凹部１４、１５の加工においては、金属板の厚み方向における貫通孔１３の中心部での寸法が小さくなるという現象は発生しない。

続いて、電鋳加工を用いる場合を説明する。この場合、２枚の金属板を張り合わせることによって、メタルマスクは製造される。一方の金属板は、以下のようにして用意される。すなわち、電着用母型の表面にレジストコートを施し、印刷パターンとなる貫通孔１３のパターンを焼き付け、貫通孔１３に相当する部分のレジストを残して、他の領域のレジストを除去する。次に電気めっきにより電着用母型上にニッケルを主成分とした金属膜の金属板を形成し、貫通孔１３に相当する部分のレジストを除去する。これにより、貫通孔１３が貫通した状態で、一方の金属板が完成する。

他方の金属板は、電着用母型の表面にレジストコートを施し、貫通孔１３及び凹部１４、１５となるパターンを焼き付け、先ほど説明した一方の金属板と同様の作業を行う。これにより、貫通孔１３及び凹部１４、１５に相当するパターン部分が貫通した状態で形成される。こうして形成された２枚の金属板をアライメントして張り合わせることにより、貫通孔１３及び凹部１４、１５を有するメタルマスクが完成する。

電鋳加工によって形成された貫通孔１３は、厚み方向の直線性が良く、シャープな印刷パターンを形成できる。また、レジストコートにおけるレジスト厚は、上記２枚の金属板が張り合わされて所望の厚みとなるような厚みに、それぞれ調整されることが好ましい。

実施形態に係るメタルマスクの斜視図である。 実施形態に係るメタルマスクの一部を表す斜視図である。 実施形態に係るメタルマスクの断面構成を説明するための図である。 実施形態に係る積層インダクタの斜視図である。 実施形態に係る積層インダクタの断面構成を説明するための図である。 実施形態に係る積層インダクタに含まれる積層体の分解斜視図である。 メタルマスクを用いて導体ペーストを印刷する工程を説明するための図である。 第１変形例に係るメタルマスクの一部を拡大して表した斜視図である。 第２変形例に係るメタルマスクの一部を拡大して表した斜視図である。 実施形態に係るメタルマスクを備えるスクリーン版の斜視図である。

符号の説明

Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３…メタルマスク、Ｍ１ａ…スキージ面、Ｍ１ｂ…シート面、１１…第１層、１２…第２層、１３…貫通孔、１４、１５、１６…凹部、２１…フレーム、２２…メッシュ、３０…スキージ、５０…積層インダクタ、５１…積層体、５２、５３…端子電極、Ａ１〜Ａ１２…セラミック層、Ｂ１〜Ｂ１０コイル導体、Ｃ１〜Ｃ９…スルーホール電極、Ｇ…セラミックグリーンシート、Ｐ…導体ペースト、Ｌ…コイル、スクリーン版…Ｓ１

Claims (2)

1. 印刷パターンとして複数の略Ｃ字状の貫通孔が形成されたシート状のメタルマスクであって、
   一方の主面における前記複数の略Ｃ字状の貫通孔の間の領域に、外縁に達する溝状の凹部が形成されていると共に、前記一方の主面における各前記略Ｃ字状の貫通孔により囲まれる領域の中心部に前記溝状の凹部と接続される凹部がそれぞれ形成されているメタルマスク。
2. 請求項１に記載のメタルマスクを用いて印刷された導体ペーストから形成された内部回路要素を備える積層型電子部品。

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