JPH01179407A - セラミック生シートの積層方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、たとえば、積層セラミックコンデンサ、Ｌ
Ｃ複合積層部品、セラミック多層基板、等の部品を得よ
うとするとき遭遇するセラミック積層体の製造方法、よ
り特定的にはセラミック生シートの積層方法に関するも
のである。

［従来の技術］ たとえば、積層セラミックコンデンサ、セラミック多層
基板、等に代表される、少なくとも１つの界面に内部電
極を介在させたセラミックシートの積層構造を持つ部品
を得ようとするとき、−船釣には、ドクターブレード法
等によって、キャリアフィルムの片面にセラミックスラ
リを塗布・乾燥し、セラミック生シートをキャリアフィ
ルムから剥離し、このセラミック生シート上にスクリー
ン印刷等により金属ペーストを印刷・乾燥し、これを所
望数積み重ねて、セラミック生シートの積層体を得た後
、この積層体を、数百ｋｇ〜数トン／ｃｍ２の圧力およ
び４０〜８０℃の温度条件で積層方向に加圧していた。

そして、必要に応じて、この積層体を切断し、その後、
焼成することによって、焼結済のセラミック積層体を得
ていた。

第１１図には、基本的に上述のような工程を採用して得
られたセラミック多層基板１の断面図が示されている。

第１１図において、複数のセラミック層２〜９を備え、
これらセラミック層２〜９のうち特定のものの界面には
、内部電極１０〜１４が形成されている。また、基板１
の一方主表面１５上には、いくつかの導電膜１６〜１８
が形成されている。また、導電膜１６と内部電極１０と
は、セラミック層２を貫通する内部孔１９を介して電気
的に接続されている。また、基板１を貫通するように、
たとえば２つのスルーホール２０゜２１が形成され、一
方のスルーホール２０は、導電膜１７、ならびに内部電
極１０，１２．１４を互いに電気的に接続し、他方のス
ルーホール２１は、導電膜１８、ならびに内部電極１１
．１３を互いに電気的に接続している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、たとえば第１１図に示すようなセラミッ
ク多層基板１を得るために、前述した方法を採用すると
き、次のような問題点があった。

すなわち、セラミック層２〜９の積層構造を得るために
用意されるセラミック生シートの積層体は、前述したよ
うに、その焼成前の段階において、加圧される。この加
圧時に加えられる圧力は、前述の数値かられかるように
、極めて高く、そのため、内部電極１０〜１４となるべ
き金属ペースト膜をも含めた生セラミツク積層体の変形
が生じる。

この変形は、不均一に生じるのが通常であるので、金属
ペースト膜も含めて生セラミツク積層体を、設計寸法通
りに得ることが困難であり、しばしば設計寸法との間で
ずれが生じ、歩留りが悪いという問題点があった。特に
、第１１図に示すように、各内部電極１０〜１４の位置
精度および内部孔１９等の位置精度が高く求められるセ
ラミック多層基板１等にあっては、上述の加圧工程での
生セラミツク積層体の不均一な変形が、重大な問題点と
なっていた。

また、セラミック層２〜９となるべき乾燥後のセラミッ
ク生シートと内部電極１０〜１４となるべき乾燥後の金
属ペースト膜とは、各々の材料組成の点において、基本
的に異なっている。したがって、このように基本的に異
質なものを機械的な圧力で互いに圧着させても、互いの
接合強度が十分でないため、焼成後に得られた完成品に
おいては、その抗折強度が低いとか、サーマルショック
に弱い、という問題点があった。極端な場合には、デラ
ミネーションといった現象を生じることもあった。

さらに、たとえば積層セラミックコンデンサにおいて大
きな静電容量を得ようとするとき、最も典型的には、対
をなす内部電極間に位置するセラミック層の厚みを薄く
することが行なわれる。このような場合、第１２図に示
すように、セラミック生シート２２の乾燥後における物
理厚さ２３は、金属ペースト膜２４の乾燥後における物
理厚さ２５とほぼ等しくなる程度にまでセラミック生シ
ート２２の厚さが薄くされる。この場合、セラミック生
シート２２を積重ねると、セラミック生シート２２の一
方主表面上に部分的に形成されている金属ペースト膜２
４の厚さ２５は無視てきなくなって、第１３図に示すよ
うに、セラミック生シート２２の積層体２６を加圧した
とき、金属ペースト膜２４の端縁付近に相当する部分２
７．２８において比較的大きなストレスが残留すること
になる。したがって、このようなストレスが原因となっ
て、焼成後において、デラミネーションを招いたり、サ
ーマルショックに弱い、といった問題点に遭遇し、太き
静電容量を得るためにセラミック層の厚さを薄くするこ
とに対する弊害となっていた。

他方、前述の問題点を解決する方法として、たとえば第
１４図におよび第１５図に示す、いわゆる「印刷積層方
法」がある。すなわち、この方法では、基本的には、第
１４図に示すステップと第１５図に示すステップとが繰
返される。たとえば、第１４図では、スクリーン２９上
に置かれた金属ペースト３０が、スキージ３１を矢印で
示す方向に作動させることにより、生セラミック層３２
上に、内部電極となるべき金属ペースト膜３３を形成す
る。次に、第１５図に示すように、スクリーン３４上に
置かれたセラミックスラリ３５が、スキージ３６を矢印
で示す方向に作動させることにより、金属ペースト膜３
３を覆うように、生セラミツク層３７を形成する。この
ように、セラミックスラリ３５および金属ペースト３０
をそれぞれ印刷し、次いで乾燥させることを繰返して、
所望の積層体が得られる。

しかしながら、上述のようないわゆる「印刷積層方法」
には、次のような欠点があった。

まず、印刷によって形成された生セラミツク層の欠陥発
生率は、ドクターブレード法等のキャスティングによる
シートの形成に比べて、高い。そのため、特に内部電極
間に挾まれる生セラミツク層の形成には、複数回の印刷
を繰返して欠陥発生率を減少させることが必要となり、
その結果、生産性が低いという欠点があった。

また、内部電極間のセラミック層の厚さコントロールが
、印刷条件のみで決定されなければならないが、それは
実用的には比較的困難であり、また、上述のように１つ
のセラミック層を得るために複数回の印刷を繰返さなけ
ればならないことになると、セラミック層の厚さの管理
が容易ではなく、そのため、静電容量の設計値からのず
れに起因して、歩留りが低くなってしまう。

また、たとえば積層セラミックコンデンサにおいて、必
要とする機械的強度を得るためには、積層体の上下には
、内部電極を持たないセラミックからなる外層が必要で
ある。ところが、スクリーン印刷で印刷可能なセラミッ
クの厚さは、せいぜい数〜数十μｍ程度であり、上下の
外層の厚さとして、数百μｍ必要な場合には、印刷回数
が膨大となり、生産性が低いという問題点があった。

さらに、上述したドクターブレード法等のキャスティン
グによるセラミック生シートの形成を行なう場合にも、
また、印刷積層方法によって生セラミツク層を形成する
場合にも、セラミック層の厚さを薄くすると、セラミッ
ク層中にボアやピンホールが発生し、たとえばコンデン
サにおける耐電圧特性が下がったり、極端な場合には、
内部電極間の短絡を引き起こすことかった。

そこで、この発明は、上述した従来技術の問題点を有利
に解消し得る、セラミック積層体の製造方法、より特定
的にはセラミック生シートの積層方法を提供しようとす
るものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、−膜内に、セラミック粉末および第１のバ
インダを含む複数のセラミック生シートを準備し、かつ
前記複数のセラミック生シートのうち少なくとも１つの
ものの一方主表面上に内部電極となるべき金属粉末およ
び第２のバインダを含む金属ペースト膜を形成した後、
前記複数のセラミック生シートを積重ねる、各ステップ
を備える、セラミック生シートの積層方法に向けられる
ものであって、上述した技術的課題を解決するため、次
のような構成を備えることが特徴である。

すなわち、前記第１のバインダおよび前記第２のバイン
ダを共通に溶解し得る溶剤を含む接合材を準備し、前記
複数のセラミック生シートを積重ねるとき、一のセラミ
ック生シート上に前記接合材を付与した後、次のセラミ
ック生シートを積重ねることを特徴とするものである。

なお、この発明において、上記セラミック粉末および第
１のバインダを含む複数のセラミック生シートとは、必
ずしもセラミック粉末やバインダが同じものでないもの
が用いられているものも含まれることを予め指摘してお
く。

［発明の作用および効果］ この発明によれば、複数のセラミック生シートを積重ね
てなる積層体を得るとき、大きな圧力を加えることなく
、各シート間に接合材を付与して化学的に接合するため
、積層体における不均一な変形がなくなり、静電容量等
のずれに起因する歩留りの低下を防止することができる
。

また、接合材は、セラミック生シートに含まれる第１の
バインダおよび金属ペースト膜に含まれる第２のバイン
ダの双方を溶解し得る溶剤を含んでいるので、セラミッ
ク生シート相互間およびセラミック生シートと金属ペー
スト膜との間で高い接合強度を得ることができる。した
がって、焼成後における抗折強度が向上し、また、サー
マルショックに対する強度も向上する。さらに、デラミ
ネーションといった不良も低減される。

また、この発明において用いられる接合材には、セラミ
ックスラリを含有させることができるので、それがセラ
ミック生シートに付与されたとき、ボアやピンホールを
塞ぐ作用も果たし得る。そのため、耐電圧特性を低下さ
せず、また内部電極間の短絡を生じさせずに、内部電極
間にあるセラミック層の厚さを薄くすることができ、そ
の結果、小型でありながら大きな静電容量を有するコン
デンサを得ることができる。

また、セラミック生シートの厚さが、内部電極となる金
属ペースト膜の厚さ程度にまで薄くされ、それによって
セラミック生シート上に部分的に形成される内部電極な
るべき金属ペースト膜の厚さが無視できなくなり、積層
体を加圧したとき、金属ペースト膜の端縁付近において
ストレスが残留し、デラミネーションの発生やサーマル
ショックに対する強度の低下、といった問題点、あるい
は、金属ペースト膜の存在により完成品の外表面に比較
的大きな膨らみが形成される、といった問題点も、有利
に解消される。なぜなら、この発明によれば、まず、積
極的に大きな圧力をもって加圧する必要がないとともに
、接合材のに対して、必要に応じて、セラミック生シー
トにおける、金属ペースト膜が形成された部分とそうで
ない部分との間での厚さの差を有利に吸収する作用を果
させることができるからである。

また、従来、焼成前の積層体を加圧する工程を採用する
とき、金属ペースト膜には、セラミックー生シートと接
着させるべく多くのバインダを必要とするが、この発明
では、このバインダを少なくすることができ、これに応
じて、金属ペースト膜の厚さを薄くすることができる。

このことは、上述したような金属ペースト膜の形成によ
るセラミック生シートの厚さが場所によって異なること
に起因する問題点の解消に対しても有効である。

また、同じく、従来のように、加圧工程を採用する場合
には、セラミック生シート中に多くの可塑剤を含有させ
ることが必要となるが、この発明では、可塑剤を少なく
できるため、強度の高い、かつ乾燥時の収縮の少ないセ
ラミック生シートを用いることができ、この点において
も、得られた製品の品質の向上に寄与する。

また、この発明によれば、従来のように加圧工程を必要
としないため、この加圧工程を実施するために要するコ
ストが不要となり、その意味において大幅なコストダウ
ンを図ることができる。

［実施例の説明］ 以下に、積層セラミックコンデンサの製造方法を実施例
として、この発明を具体的に説明する。

まず、第１図に示すように、キャリアフィルム４０の片
面に、ドクターブレード法等により、セラミックスラリ
を塗布して、特定のセラミック生シート４１を形成し、
これを乾燥する。

次に、第２図に示すように、特定のセラミック生シート
４１の一方主表面上に、内部電極となるべき金属ペース
ト膜４２を、スクリーン印刷等により形成し、その後乾
燥する。なお、このステップは、セラミック生シート４
１をキャリアフィルム４０から剥離してから行なっても
よい。

他方、第３図に示すように、積層工程を実施する際に用
いられるベース４３が用意される。ベース４３は、まず
、剛体プレート４４を備える。剛体プレート４４は、以
後の積層工程において積層されるべきものの位置決めを
容易にするためのものであり、積層工程においては乾燥
のための加熱と冷却とを繰返すため、熱膨張率の小さい
材料で構成されるのが好ましい。たとえば、ニッケル鋼
ノ超アンバー（熱膨張係数がステンレス鋼の約１／１０
０）が有利に用いられるが、その他、ガラス、セラミッ
ク、等で構成されてもよい。剛体プレート４４の厚さは
、０．５〜５ｍｍ程度とされる。剛体プレート４４上に
は、弾性体層４５が形成される。弾性体層４５は、たと
えば、シリコーンラバー等で構成される。弾性体層４５
は、積層工程において、剛体プレート４４の凹凸を吸収
するためのものである。その厚さは、１〜５ｍｍ程度と
され、また、硬度４０〜８０程度に設定される。弾性体
層４５上には、たとえばポリエチレンテレフタレート等
からなる樹脂フィルム４６が形成される。

以上の準備を終えてから、積層工程が実施される。なお
、この実施例では、セラミック生シート４１として、１
３重量％程度のアクリル系バインダを含むチタン酸バリ
ウム系セラミック粉末を用い、セラミックスラリは、こ
のような材料を遅乾性溶剤、たとえばＢＣＡ　（ブチル
・カルピトール・アセテート）に溶解したものを用いた
。その他、アルミナ系等、他のセラミック材料を用いて
も、セルロース系やビニル系のバインダを用いても、以
下に述べる積層工程を同様に行なえることも確認されて
いる。

まず、第４図に示すように、ベース４３上に、接合材４
７が、スクリーン印刷、パッド印刷、ドクターブレード
法等により塗布される。この接合材４７には、セラミッ
ク生シート４１と同一原料系および同一バインダ系から
なるスラリか用いられる。次に、第１図において用意さ
れたセラミック生シート４１が、接合材４７上に、空気
の巻き込みがないように積重ねられる。そして、キャリ
アフィルム４０が剥離される。なお、セラミック生シー
ト４１を積重ねるとき、既にキャリアフィルム４０を剥
離してから、これを行なってもよい。

その後、接合材４７が、ベース４３およびセラミック生
シート４１とともに、乾燥工程に付される。乾燥条件と
しては、たとえば、１５０℃の温度で２分程度である。

このような乾燥を終えた後、冷却される。

上述した工程を所望の回数だけ繰返すことによって、第
５図に示すように、金属ペースト膜４２が形成されてい
ないセラミック生シート４１からなる下方の外層ブロッ
ク４８が得られる。

次に、第２図に示すような金属ペースト膜４２を形成し
たセラミック生シート４１の積重ねが行なわれる。すな
わち、第５図に示した外層ブロック４８の表面に、第６
図に示すように、まず、接合材４７が全面にわたって塗
布される。塗布方法および接合材４７の組成は、第４図
を参照して説明した接合材４７と同様である。次に、第
２図に示したセラミック生シート４１を、金属ペースト
膜４２が下方に向くように、接合材４７の上に位置合わ
せされた状態で積重ねられる。このとき、空気の巻き込
みがないように注意が払われる。そして、キャリアフィ
ルム４０が剥離される。なお、キャリアフィルム４０を
剥離した後、第６図に示した積重ねを実施してもよい。

その後、接合材４７が、ベース４３等とともに乾燥され
る。乾燥条件は、たとえば、１５０℃の温度で２分程度
とされる。この乾燥後、冷却される。

上述した第６図に示した、金属ペースト膜４２を形成し
ているセラミック生シート４１の積重ねは、所望の回数
だけ繰返される。なお、このとき、金属ペースト膜４２
は、積層セラミックコンデンサの内部電極となるように
、積層方向において位置合わせれることはもちろんであ
る。

次に、第７図に示すように、上方の外層ブロック４９を
形成するため、第４図および第５図を参照して説明した
のと同様の工程が実施される。

このようにして、生のセラミック積層体５０が得られる
。この積層体５０は、さらに、最終的な乾燥工程に付さ
れる。この乾燥条件は、たとえば９０〜１００℃の温度
で２４時間程度である。最終的な乾燥は、生のセラミッ
ク積層体５０内に含まれる溶剤をできるだけ完全に乾燥
させるためのものである。

その後、所定の寸法のチップ状になるように切断され、
仮焼および本焼が行なわれ、次いで、外部電極が形成さ
れたとき、所望の積層セラミックコンデンサが得られる
。

なお、上記の最終乾燥は、チップ状に切断した後の仮焼
条件の中で連続的に行なってもよい。

上述した実施例において、セラミック生シート４１の厚
さは、実用的には、生の状態で５〜３００μｍ程度であ
ればよい。

また、接合材４７として用いられるスラリは、セラミッ
ク生シート４１と同一原料系であるが異なるバインダ系
のものであってもよい。−例として、セラミック生シー
ト４１に水系のバインダが用いられるとき、有機系のバ
インダを含むスラリを接合材４７として用いてもよい。

また、前述した説明は、積層、セラミックコンデンサを
得るための製造方法について行なった。そのため、たと
えば積層体５０に含まれるセラミック生シート４１は、
誘電体となるものであったが、たとえばＬＣ複合積層部
品の場合などにおいては、用いられるセラミック生シー
トは、同一材料ではなく、誘電体シートと磁性体シート
というように、異種材料である。この場合であっても、
接合材としては、このような異種材料からなるシートの
各々に含まれるバインダを共通に溶解し得る溶剤を含む
ものを選べばよい。

また、接合材として用いられるスラリは、通常、セラミ
ック粉末とバインダと可塑剤と溶剤とから構成されてい
るが、これらのうち、溶剤に関しては、セラミック生シ
ートに含まれるバインダおよび金属ペースト膜に含まれ
るバインダを共通に溶解し得るものでなければならない
が、これらの比率は、セラミック生シート相互をバイン
ダの溶解により接合できる限り、乾燥工程での拡散およ
び蒸発が容易で、できるだけ均一の厚さで薄く塗布でき
るものが区ましい。そして、このような条件を満たすも
のであるならば、接合材としては、溶剤のみを使用する
ことも可能である。

ところで、第６図に示した工程において、金属ペースト
膜４２を形成したセラミック生シート４１を接合するた
めの接合材４７は、これと接合されるべきセラミック生
シート４１の全面にわたって塗布されている。このよう
な接合材４７の塗布をスクリーン印刷によって行なうと
、金属ペースト膜４２の乾燥後における物理厚さの約５
０％が、金属ペースト膜４２を形成していない領域との
間での厚さの差となって現われることが実験で確められ
ている。したがって、セラミック生シート４１の厚さを
薄（したり、積重ね枚数を増やした場合、完成品の外表
面において膨らみを生じたり、金属ペースト膜４２ない
しは内部電極の端縁付近において、乾燥、仮焼、本焼時
の収縮によるストレスの残留等が、製品の品質に悪影響
を及ぼすこともあり得る。このような不都合を回避する
ためには、第８図および第９図に示すような方法を採用
することが好ましい。

第８図を参照して、セラミック生シート４１上には、部
分的に接合材４７が塗布される。すなわち、次に積重ね
られるべきセラミック生シート４１が形成している金属
ペースト膜４２以外の領域に接合材４７が塗布される。

したがって、接合材４７が形成されなかった領域に金属
ペースト膜４２が位置するように、次のセラミック生シ
ート４１が積重ねられる。そして、第９図に示すように
、加圧部材５１によって後のセラミック生シート４１上
に圧力を加えると、接合材４７は、金属ペースト膜４２
とセラミック生シート４１との界面にまで回り込む。こ
のようにすれば、金属ペースト膜４２によって生じる厚
さの差を、接合材４７によって有利に吸収することがで
きる。

この発明のさらに他の実施例として、第１０図に示すよ
うに、これから積重ねられようとするセラミック生シー
ト４１側に接合材４７を塗布して、セラミック生シート
４１の積重ねおよび接合を行なってもよい。

以上、この発明を、積層セラミックコンデンサを得る場
合について図面を参照しながら主として説明したが、こ
の発明は、その他、ＬＣ複合積層部品、セラミック多層
基板、等のセラミック積層体を備える部品に広く適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は、この発明の一実施例となる積層
セラミックコンデンサの製造方法に含まれる代表的なス
テップを順次示す拡大部分断面図である。 第８図および第９図は、この発明の他の実施例を説明す
るための部分拡大断面図である。 第１０図は、この発明のさらに他の実施例を説明するた
めの部分拡大断面図である。 第１１図は、この発明によって得られるセラミック積層
体を用いた部品としてのセラミック多層基板１を図解的
に示す断面図である。 第１２図および第１３図は、この発明の第１の従来技術
の問題点を説明するための図である。 第１４図および第１５図は、この発明の第２の従来技術
を説明するための図である。 図において、４１はセラミック生シート、４２は金属ペ
ースト膜、４７は接合材、５０は生のセラミック積層体
である。 第８１図 第９図 ニー〜−−−ｚ−ｘ＋−（ 第１２図 フ４ 第１４図 手続補正書 １、事件の表示 昭和６３年特許願第　１７０２　号 ２、発明の名称 セラミック生シートの積層方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　　京都府長岡京市天神二丁目２６番１０号名称　
　（６２３）株式会社村田製作所代表者　村　　　１）
　　　昭 ４、代理人 住　所　大阪市北区南森町２丁目１番２９号　住友銀行
南森町ビル電話　大阪（０６）３６１−２０２１　（代
）６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 （１）　明細書第６頁第１０行の「太き静電容量」を「
大きな静電容量」に補正。 （２）　明細書第６頁第１４行の「第１４図におよび第
１５図」を「第１４図および第１５図」に補正。 （３）　明細書第９頁第２行の「ことかった。」を「こ
とがあった。」に補正。 （４）　明細書第１１頁第１７行の「内部電極なるべき
」を「内部電極となるべき」に補正。 （５）　明細書第１２頁第６行の「接合材のに対して」
を「接合材に対して」に補正。 （６）　明細書第１３頁第１６行の「特定の」を削除。 （７）　明細書第１７頁第１８行の「合わせれる」を「
合わせされる」に補正。 以上 手続補正書 １、事件の表示 昭和６３年特許願第　１７０２　号 ２、発明の名称 セラミック生シートの積層方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　　京都府長岡京市天神二丁目２６番１０号名称　
　（６２３）株式会社村田製作所代表者　村　　　１）
　　　昭 ４、代理人 住　所　大阪市北区南森町２丁目１番２９号　住友銀行
南森町ビル自発補正 ６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 （１）　明細書第１２頁第１行〜第３行の「問題点、あ
るいは、・・・といった問題点」を「問題点」に補正。 （２）　明細書第１３頁第１行の「する場合」を「する
ものの場合」に補正。 （３）　明細書第２２頁第３行の「なってもよい。」を
次のように補正。 「なってもよい。また、接合する両方の生シートに塗布
して接合してもよい。」 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 セラミック粉末および第１のバインダを含む複数のセラ
   ミック生シートを準備し、かつ前記複数のセラミック生
   シートのうち少なくとも１つのものの一方主表面上に内
   部電極となるべき金属粉末および第２のバインダを含む
   金属ペースト膜を形成した後、前記複数のセラミック生
   シートを積重ねる、各ステップを備える、セラミック生
   シートの積層方法において、 前記第１のバインダおよび前記第２のバインダを共通に
   溶解し得る溶剤を含む接合材を準備し、前記複数のセラ
   ミック生シートを積重ねるとき、一のセラミック生シー
   ト上に前記接合材を付与した後、次のセラミック生シー
   トを積重ねる、ことを特徴とする、セラミック生シート
   の積層方法。