JPH11111560A - セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はセラミック電子部品の製造方法に関
するもので、クラック等の発生を防止することを目的と
する。 【解決手段】 セラミックシート１ａと内部電極２とを
積層して仮積層体を形成する第１の工程と、次に前記仮
積層体を圧着して積層体を得る第２の工程と、次いで前
記積層体を焼成する第３の工程と、その後前記積層体の
所定の位置に前記内部電極２と電気的に接続するように
少なくとも一組の外部電極３を形成する第４の工程とを
備え、前記第１の工程におけるセラミックシート１ａ
は、少なくともポリエチレンとセラミック原料とを含有
し、かつ多孔度が３０％以上のものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば積層セラミ
ックコンデンサ等のセラミック電子部品の製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は、セラミック電子部品の一つであ
る積層セラミックコンデンサの一部断面斜視図であり、
１はセラミック誘電体層、２は導電体層、３は外部電極
で、導電体層２は各々外部電極３に接続されている。

【０００３】図３は従来の積層セラミックコンデンサの
一製造工程を示す断面図であり、１１ａはセラミックシ
ート、１２ａは金属ペースト、１４ａは金属ペースト形
成部分、１５ａは金属ペースト非形成部分である。

【０００４】以下に従来の積層セラミックコンデンサの
製造方法について説明する。まずセラミック誘電体層１
となるセラミックシート１１ａは、チタン酸バリウム等
の誘電体材料と、ポリビニルブチラール等のバインダ成
分と、ベンジルブチルフタレート等の可塑剤成分と、溶
剤成分等とを混合し、スラリー化した後、ドクターブレ
ード法を用いてＰＥＴ等のベースフィルム上に形成され
る。乾燥後のセラミックシート１１ａの厚みは約１０〜
５０μｍ、多孔度は２５％程度で作製される。次にセラ
ミックシート１１ａ上に、例えばパラジウムやニッケル
等の内部電極２となる金属ペースト１２ａを印刷法によ
り複数形成する。金属ペースト１２ａの厚みが薄い場合
には焼成時の焼結収縮により、非連続的な状態となり、
静電容量の低下を招く恐れがある。したがって、金属ペ
ースト１２ａの厚みは約２〜４μｍで形成される。この
ように金属ペースト１２ａを印刷したセラミックシート
１１ａを所望の積層数まで積層し、図３に示すように一
軸加圧によりセラミックシート１１ａ間を圧着し、積層
体を得ている。圧着後は、積層体をチップ形状に切断し
て焼成し、両端面に外部電極３を設けることで積層セラ
ミックコンデンサとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記方法
によると、図３に示すようにセラミックシート１１ａの
金属ペースト形成部分１４ａと金属ペースト非形成部分
１５ａとで厚みが異なるために、圧着工程において金属
ペースト形成部分１４ａにのみ圧力が集中し、金属ペー
スト非形成部分１５ａの成形密度が上がらないために、
焼成するとこの部分でクラックや層間剥離が発生し易い
といった問題点を有していた。

【０００６】そこで本発明は、圧着時にセラミックシー
トの金属ペーストを形成していない部分にも十分に圧力
がかかり、セラミックシート間の接着を強固にすること
により、クラックや層間剥離のないセラミック電子部品
を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法は、少
なくともポリエチレンとセラミック原料とを含有し、か
つ多孔度が３０％以上のセラミックシートを用いるもの
であり、セラミックシートの多孔度が高いので、第２の
工程において圧着する際、導電体層が形成されている部
分のセラミックシートが高い圧縮率を示すため、導電体
層がセラミックシートに埋没したようになり、導電体層
が形成されていない部分にも十分な圧力が加わるので、
上記目的を達成することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、セラミックシートと導電体層とを積層して仮積層体
を形成する第１の工程と、次に前記仮積層体を圧着して
積層体を得る第２の工程と、次いで前記積層体を焼成す
る第３の工程と、その後前記積層体の所定の位置に前記
導電体層と電気的に接続するように少なくとも一組の外
部電極を形成する第４の工程とを備え、前記第１の工程
におけるセラミックシートは、少なくともポリエチレン
とセラミック原料とを含有し、かつ多孔度が３０％以上
のものを用いることを特徴とするセラミック電子部品の
製造方法であり、セラミックシートの多孔度が高いの
で、第２の工程において圧着する際、導電体層が形成さ
れている部分のセラミックシートが高い圧縮率を示す。
このため、導電体層がセラミックシートに埋没したよう
になり、導電体層が形成されていない部分にも十分な圧
力が加わるので、クラックや層間剥離のないセラミック
電子部品を得ることができる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、第２の工程にお
いてまず仮積層体を加圧し、次いで加熱することを特徴
とする請求項１に記載のセラミック電子部品の製造方法
であり、セラミックシートに対して平行方向のシートの
収縮を抑制して位置ずれを防止するとともに、セラミッ
クシート間の接着強度を高めることができる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、第２の工程にお
いて、仮積層体の加圧は５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下
で、加熱はポリエチレンの融解温度以上、分解温度以下
の温度とすることを特徴とする請求項２に記載のセラミ
ック電子部品の製造方法であり、セラミックシート間の
接着強度をより向上させることができる。

【００１１】請求項４に記載の発明は、第２の工程にお
いて仮積層体の加熱は、１５０〜２００℃とすることを
特徴とする請求項３に記載のセラミック電子部品の製造
方法であり、セラミックシートをポリエチレンの融点で
ある１５０℃に加熱することにより、セラミックシート
間の接着を強固にすることができる。

【００１２】請求項５に記載の発明は、第２の工程にお
いて、仮積層体をポリエチレンの融解温度以上、分解温
度以下に加熱する前に、前記仮積層体中の空気を除去す
ることを特徴とする請求項３に記載のセラミック電子部
品の製造方法であり、ボイドなどの構造欠陥が発生する
のを防止することができる。

【００１３】請求項６に記載の発明は、仮積層体中の空
気の除去を前記仮積層体をポリエチレンのガラス転移点
の温度以上、前記ポリエチレンの融点未満の温度で所定
時間保持することにより行うことを特徴とする請求項５
に記載のセラミック電子部品の製造方法であり、仮積層
体中の空気の除去を容易に行うことができる。

【００１４】請求項７に記載の発明は、仮積層体中の空
気の除去を、前記仮積層体をポリエチレンの軟化温度以
上、前記ポリエチレンの融点未満の温度で所定時間保持
することにより行うことを特徴とする請求項５に記載の
セラミック電子部品の製造方法であり、セラミックシー
トが軟化するので、より仮積層体中の空気の除去が容易
になる。

【００１５】請求項８に記載の発明は、仮積層体中の空
気の除去を、前記仮積層体を６０〜１４０℃で１〜１２
０分保持することにより行うことを特徴とする請求項５
に記載のセラミック電子部品の製造方法であり、セラミ
ックシートが軟化するので、より仮積層体中の空気の除
去が容易になる。

【００１６】請求項９に記載の発明は、第２の工程を静
水圧プレスにより行うことを特徴とする請求項１〜８の
いずれか一つに記載のセラミック電子部品の製造方法で
あり、セラミックシートのどの部分においても均一に圧
力がかかるために、積層ずれの発生を防止できるもので
ある。

【００１７】請求項１０に記載の発明は、第１の工程に
おけるセラミックシートとして多孔度が８０％未満のも
のを用いることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一
つに記載のセラミック電子部品の製造方法であり、多孔
度が８０％以上になるとセラミックシートの焼結密度が
小さくなり、電気特性が悪くなるので、これを防止した
ものである。

【００１８】請求項１１に記載の発明は、第１の工程に
おけるセラミックシート中のポリエチレンとして重量平
均分子量が４０００００以上のものを用いることを特徴
とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載のセラミッ
ク電子部品の製造方法であり、多孔度の高いセラミック
シートとなるので、導電体層の有無による段差を吸収で
きる。

【００１９】以下本発明の実施の形態について積層セラ
ミックコンデンサを例に図面を参照しながら説明する。

【００２０】（実施の形態１）図１は本実施の形態にお
ける積層セラミックコンデンサの一工程を示す断面図で
あり、図２は一般的な積層セラミックコンデンサの一部
切欠斜視図であり、１ａはセラミックシート、２ａはセ
ラミックシート１ａ上に形成した内部電極２となる金属
ペースト、４ａは金属ペースト形成部分、５ａは金属ペ
ースト非形成部分、６は金属上板、７は金属下板、８は
金属上板６と金属下板７の間隔を示している。

【００２１】まず、重量平均分子量が４０００００のポ
リエチレンとチタン酸バリウムを主成分とする誘電体粉
末からなる多孔度が７０％であるセラミックシート１ａ
上に印刷法により、内部電極２となる金属ペースト２ａ
を所望の形状に複数形成する。この金属ペースト２ａは
ニッケルを含有するものである。この時のセラミックシ
ート１ａの厚みは１５μｍ、金属ペースト２ａの厚みは
３μｍである。これらのセラミックシート１ａをセラミ
ックシート１ａを挟んで、金属ペースト２ａが交互に対
向するように積み重ね、仮積層体を得る。その後、この
仮積層体を金属上板６、金属下板７で挟んで、室温で一
軸プレス機にてゲージ圧で５〜１００ＭＰａの範囲で加
圧する。ここで金属上板６と金属下板７の仮積層体と接
する面の凹凸は、４０μｍ以下に研磨されており、金属
上板６、金属下板７面の間隔８のばらつきは、４０μｍ
以下に制御されている。その後仮積層体に十分な圧力が
加わったことを確認して、最高温度１５０〜２００℃ま
で昇温し、最高温度で５〜６０分程度保持し、積層体を
得る。ここで最高温度を１５０℃としたのは、１５０℃
程度からポリエチレンが融解し、セラミックシート同士
の接着が強固になるからである。その後、縦３．２ｍ
ｍ、横１．６ｍｍのチップ形状に切断して、大気中３５
０℃でポリエチレンを除去した（脱バイ）後、窒素ガス
および水素ガスを用いて金属ペースト２ａ中のニッケル
が酸化しない雰囲気を保ちながら、１３００℃で焼成を
行う。この焼成によりチタン酸バリウムを主成分とする
セラミック誘電体層１とニッケルを主成分とする内部電
極２が同時に焼結した焼結体を得る。次いでこの焼結体
の内部電極２の露出した両端面に銅等の外部電極３を焼
き付け、メッキを施した後に完成品に至る。

【００２２】（表１）は、一軸プレス時の圧力、最高温
度、昇温過程での保持温度及び保持時間が焼結体の構造
欠陥発生に及ぼす影響について調べた結果と、従来のセ
ラミックシートを用いた場合の結果とを比較して示して
いる。

【００２３】

【表１】

【００２４】（表１）を見ると５ＭＰａ未満の圧力で
は、セラミックシート同士の接着性が十分に得られない
ために、焼結体に図４に示すようなクラック１００や層
間剥離が見られる。また、最高温度についても１５０℃
未満では、セラミックシート間の十分な接着性が得られ
ず同様に図４に示すようなクラック１００が見られる。
したがって、セラミックシートを１０層及び５０層積層
したものの層間剥離などの構造欠陥を抑制するために
は、５ＭＰａ以上で、最高温度１５０℃以上が必要と考
えられる。ところが、セラミックシートを１００層積層
したものは、セラミックシート内部またはセラミックシ
ート間に残留する気泡が外部に放出され難いために、図
５に示すようなボイド２００が焼結体内部に存在する。
これらの気泡は、室温で加圧後、ポリエチレンのガラス
転移点の温度以上、前記ポリエチレンの融点未満の温
度、好ましくはポリエチレンの軟化温度意序前記ポリエ
チレンの融点未満である６０〜１４０℃の温度で保持す
ることで外部放出することができる。その結果、従来の
セラミックシートを用いて積層した場合に多発していた
層間剥離やクラックなどの構造欠陥の発生を抑制し、歩
留まりを大幅に改善することができる。

【００２５】この条件でプレスを行えば、従来のセラミ
ックシートを用いて積層した場合に多発していた、層間
剥離やクラック１００などの構造欠陥の発生を抑制し、
歩留まりを大幅に改善することができる。

【００２６】（実施の形態２）以下本発明の第２の実施
の形態について図面を参照しながら説明する。

【００２７】（実施の形態２）において、（実施の形態
１）と大きく異なるのは、（実施の形態１）では仮積層
体のセラミックシート同士の接着を一軸加圧で行うのに
対して、静水圧プレスを用いる点である。

【００２８】まず、（実施の形態１）と同様の方法でセ
ラミックシート１ａをセラミックシート１ａを挟んで、
内部電極２となる金属ペースト２ａが交互に対向するよ
うに積み重ね、仮積層体を得る。これらの仮積層体をビ
ニール等の柔軟材で真空包装し、高圧成形容器中で水ま
たは油を圧力媒体として静水圧プレスを行う。その後
（実施の形態１）と同様にして完成品を得る。

【００２９】一軸加圧の場合と比較すると仮積層体のど
の部分においても柔軟材を介して均一に圧力がかかるこ
ととなり、クラック１００の発生を抑制し、歩留まりを
向上させることができる。また金属上板、金属下板およ
び金属上板と金属下板との間隔の精度が要求されないた
めに、製造が非常に容易である。ただし、静水圧プレス
時に柔軟材が伸びて積層ずれが発生する場合には、特開
平５−３１５１８４号公報に記載のように仮積層体の片
面を支持体上に保持した後に真空包装し、静水圧プレス
を行うと積層ずれは抑制される。

【００３０】（表２）に静水圧プレスを用いた場合の圧
力、最高温度、昇温過程での保持温度及び保持時間が焼
結体の構造欠陥発生に及ぼす影響について調べた結果を
従来のセラミックシートを用いた場合の結果と比較して
示している。

【００３１】

【表２】

【００３２】（実施の形態１）での一軸プレスを用いた
場合と同様の傾向を示し、従来のセラミックシートを用
いた場合と比較しても構造欠陥発生数は激減している。
また一軸プレスを用いた場合と比較しても仮積層体の全
体に渡って均一に圧力が加わるために構造欠陥の発生数
が少なくなっている。また、より歩留まりを改善するこ
とができる。

【００３３】特に高積層化が要求されているニッケルを
内部電極とする積層セラミックコンデンサの製造には十
分効果を発揮することは言うまでもない。

【００３４】なお本発明においてポイントとなることを
以下に記載する。 （１）セラミックシート１ａは多孔度が７０％の場合に
ついてのみ示したが、３０％以上８０％未満であれば同
様の効果が得られる。またセラミックシート１ａの積層
数が１００層を越える場合は、多孔度が４０〜７５％の
セラミックシート１ａを用いることが望ましい。 （２）内部電極２の厚みが厚いほど、多孔度の高いセラ
ミックシート１ａを用いることが望ましい。 （３）セラミックシート１ａの積層数が１００層未満の
場合は、５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下で、望ましくは
１０ＭＰａ〜５０ＭＰａで加圧した後、最高温度がポリ
エチレンの融解温度以上、分解温度以下（１５０〜２０
０℃）で５〜６０分程度加熱する。またセラミックシー
ト１ａの積層数が１００層以上の場合は、上記条件に加
えて、加圧後、ポリエチレンのガラス転移点の温度以
上、前記ポリエチレンの融点未満の温度、好ましくはポ
リエチレンの軟化温度以上、前記ポリエチレンの融点未
満である６０〜１４０℃の温度で１〜１２０分保持して
積層体の空気をある程度除去する。その結果従来のセラ
ミックシートを用いて積層した場合に多発していた、層
間剥離やクラック１００などの構造欠陥の発生を抑制
し、歩留まりを大幅に改善することができる。 （４）仮積層体を加圧するときは、ポリエチレンの軟化
温度以上に加熱しないことが大切である。なぜならば、
本発明のようにポリエチレンを含み、多孔度の高いセラ
ミックシートを用いる場合には、ポリエチレンの軟化温
度（６０℃）以上になると、ポリエチレンが軟化し始め
ると同時にシートの収縮が始まり、個々のセラミックシ
ートに対して平行方向にシートの収縮が発生すると積層
ずれが発生し、良品の積層体を得ることはできないため
である。 （５）内部電極２材料としてニッケルを用いたが銅など
の卑金属やまた銀−パラジウムなどの貴金属を用いても
良い。 （６）セラミックシート１ａ間の圧着工程は、セラミッ
クシート１ａを一層積層するごとに加圧しても、ある程
度積層してから加圧しても、また所望の積層数まで積層
してから加圧しても良いが、加圧を複数回に分けて行う
ときは、最終の加圧までは、加圧後加熱を行わないよう
にする。 （７）（実施の形態１）、（実施の形態２）において
は、積層セラミックコンデンサのみについて示したが、
セラミックシートを用いて製造するような積層バリス
タ、積層サーミスタ、積層フィルタ、フェライト部品、
セラミック多層基板などの積層型のセラミック電子部品
の製造において同様の効果が得られる。

【００３５】

【発明の効果】以上本発明によると、積層時の圧力の不
均一に起因する焼結体の構造欠陥の発生を抑制し、歩留
まりを向上させることができる。特に高積層が要求され
る積層チップコンデンサの歩留まりの向上に対して絶大
な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における積層セラミック
コンデンサの一製造工程である圧着工程を示す断面図

【図２】一般的な積層セラミックコンデンサの一部切欠
斜視図

【図３】従来の積層セラミックコンデンサの一製造工程
である圧着工程を示す断面図

【図４】クラックの発生した焼結体の斜視図

【図５】ボイドの発生した焼結体の断面図

【符号の説明】

１ セラミック誘電体層 １ａ セラミックシート ２ 内部電極 ２ａ 金属ペースト ３ 外部電極

フロントページの続き (72)発明者 小松 和博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックシートと導電体層とを積層し
   て仮積層体を形成する第１の工程と、次に前記仮積層体
   を圧着して積層体を得る第２の工程と、次いで前記積層
   体を焼成する第３の工程と、その後前記積層体の所定の
   位置に前記導電体層と電気的に接続するように少なくと
   も一組の外部電極を形成する第４の工程とを備え、前記
   第１の工程におけるセラミックシートは、少なくともポ
   リエチレンとセラミック原料とを含有し、かつ多孔度が
   ３０％以上のものを用いることを特徴とするセラミック
   電子部品の製造方法。
2. 【請求項２】 第２の工程は、まず仮積層体を加圧し、
   次いで加熱することを特徴とする請求項１に記載のセラ
   ミック電子部品の製造方法。
3. 【請求項３】 第２の工程において、仮積層体の加圧は
   ５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下で、加熱はポリエチレン
   の融解温度以上、分解温度以下の温度とすることを特徴
   とする請求項２に記載のセラミック電子部品の製造方
   法。
4. 【請求項４】 第２の工程において仮積層体の加熱は、
   １５０〜２００℃とすることを特徴とする請求項３に記
   載のセラミック電子部品の製造方法。
5. 【請求項５】 第２の工程において、仮積層体をポリエ
   チレンの融解温度以上、分解温度以下に加熱する前に、
   前記仮積層体中の空気を除去することを特徴とする請求
   項３に記載のセラミック電子部品の製造方法。
6. 【請求項６】 仮積層体中の空気の除去は、前記仮積層
   体をポリエチレンのガラス転移点の温度以上、前記ポリ
   エチレンの融点未満の温度で所定時間保持することによ
   り行うことを特徴とする請求項５に記載のセラミック電
   子部品の製造方法。
7. 【請求項７】 仮積層体中の空気の除去は、前記仮積層
   体をポリエチレンの軟化温度以上、前記ポリエチレンの
   融点未満の温度で所定時間保持することにより行うこと
   を特徴とする請求項５に記載のセラミック電子部品の製
   造方法。
8. 【請求項８】 仮積層体中の空気の除去は、前記仮積層
   体を６０〜１４０℃で１〜１２０分保持することにより
   行うことを特徴とする請求項５に記載のセラミック電子
   部品の製造方法。
9. 【請求項９】 第２の工程は、静水圧プレスにより行う
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の
   セラミック電子部品の製造方法。
10. 【請求項１０】 第１の工程におけるセラミックシート
    は、多孔度が８０％未満であることを特徴とする請求項
    １〜９のいずれか一つに記載のセラミック電子部品の製
    造方法。
11. 【請求項１１】 第１の工程におけるセラミックシート
    中のポリエチレンは、重量平均分子量が４０００００以
    上であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一
    つに記載のセラミック電子部品の製造方法。