JP4586831B2 - セラミックグリーンシート構造、及び、積層セラミック電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セラミックグリーンシート構造、及び、積層セラミック電子部品の製造方法に関するものである。

積層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は、次のような工程で作成される。まず、ＰＥＴフィルム上に、誘電体ペーストをシート状に塗布し、乾燥させてセラミックグリーンシートを得る。次に、そのセラミックグリーンシート上に、導体ペーストを所定のパターンで印刷または塗布し、乾燥させる。乾燥後に、ＰＥＴフィルムを剥離させて、上面に内部電極が配置されたセラミックグリーンシートを得る。次に、かかるセラミックグリーンシートをある程度の大きさのシートに切断し、内部電極が上下で交互にずれる態様で、それらのシートを相当枚数積層する。得られたグリーンシート積層体をプレスした後、裁断し、そのグリーンシート積層体から複数の直方体状のグリーンチップを得る。そして、個々のグリーンチップに対して、隅部を丸める研磨処理や、焼成処理を施し、さらに、端子電極を形成して、積層セラミックコンデンサを得る（特許文献１参照）。
特開平９−１２９４８６号公報

しかしながら、上記のようにセラミックグリーンシートを多数枚積層して積層セラミック電子部品を製造する場合、シート間に気泡が抱き込まれ、その後、焼成や工程移送の際に気泡が原因となるクラックを引き起こすなど、信頼性の低下を招くおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、シート間の気泡抱き込みを解消することができる、セラミックグリーンシート構造、及び、積層セラミック電子部品の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明のセラミックグリーンシート構造は、少なくともセラミック材料及び樹脂を含むセラミックグリーンシートと、そのセラミックグリーンシート上に形成された導電層とを含み、導電層が形成されていない電極非形成領域の空隙度は、１７％以上である。

好適には、電極非形成領域の空隙度は、２５％以下である。
また、導電層が形成された電極形成領域の空隙度は、電極非形成領域の空隙度よりも小さい。

同課題を解決する、本発明の積層セラミック電子部品の製造方法は、少なくともセラミック材料及び樹脂を含み、空隙度が１７％以上であるセラミックグリーンシートを用意する工程と、セラミックグリーンシート上に導電層を形成する工程と、導電層が形成されたセラミックグリーンシートを積層してグリーンシート積層体を構成する工程と、グリーンシート積層体を所定のサイズに裁断して複数のグリーンチップを獲得する工程と、グリーンチップを焼成する工程とを含む。

上述した本発明によれば、シート間の気泡抱き込みを解消することができる。

なお、本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。

以下、本発明に係るセラミックグリーンシート構造の実施の形態、及びそれを介する積層セラミック電子部品の製造方法の実施形態を、積層セラミックコンデンサの例として説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

図１は、積層セラミックコンデンサの一例を示す断面図である。図示の積層セラミックコンデンサ１は、セラミックからなるセラミック基体３の内部に、複数の内部電極（導電層）５、７が埋設されている。セラミック基体３は後述するように複数のセラミックグリーンシートを積層することによって構成されている。

図中上下に隣り合う関係の内部電極５、７は、位置が互い違いになるように配置され、セラミック基体３を構成するセラミック層を介して向き合っている。内部電極５、７の層数は、要求される静電容量に応じて決定される。

セラミック基体３の対向する側面には外部電極としての端子電極１５、１７が設けられている。内部電極５は、このうちの端子電極１５に導通されており、内部電極７は端子電極１７に導通されている。

次に、本実施の形態に係る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。図２に示されるように、まず、ステップＳ１として、セラミック材料と樹脂とを含み、空隙度が１７％以上であるセラミックグリーンシートを製作し、そのシートに対して内部電極が設けられたものを、複数枚用意する。

同ステップをより詳細に例示説明すると、図３に示されるように、可撓性のあるＰＥＴフィルム２１の上面に、セラミックペースト２３ａをシート状に塗布する。セラミックペーストの塗布は、ドクターブレード又は押出ヘッド等の塗布手段２２を用いて行うことができる。図示例では、塗布手段２２に対してＰＥＴフィルム２１を矢印Ｓ方向に移動させることによって、セラミックペースト２３ａがシート状に配置される。この後、セラミックペースト２３ａを乾燥させることによって、ＰＥＴフィルム２１の上面に支持されたセラミックグリーンシート２３（図４参照）を得ることができる。

なお、セラミックペースト２３ａは、チタン酸バリウムなどのセラミック材料粉、樹脂材料粉を含むバインダ、溶剤、さらに必要に応じて可塑剤などで構成されている。

また、セラミックグリーンシート２３の空隙度は１７％以上であることを要するが、ここで、空隙度は以下のように測定される。セラミックグリーンシートの裏面すなわちＰＥＴフィルムがあった側の面を電子顕微鏡で観察し、基準線上における粒子の存在によって占める長さの合計を測定する。そして、その合計の長さをＸ［μｍ］とし、基準線の長さをＢ［μｍ］（例えば１０［μｍ］）としたとき、
空隙度［％］＝（Ｂ−Ｘ）／Ｂ
とする。

空隙度は、セラミックペーストを構成するもののうち、溶剤及び樹脂材料の調整によって制御する。例えば、樹脂にブチラール系を用いた場合、ブチラールに対し良溶媒である「アルコール系」、「メチルエチルケトン」と、ブチラールに対し貧溶媒である「トルエン」「キシレン」「ナフサなど石油系溶剤」との配合状態を調整することで、空隙度を制御することができる。ここで、良溶媒とは樹脂に対し溶解度の大きい溶媒を意味し、貧溶媒とは樹脂に対し溶解度の小さい溶媒を意味する。また、別例として、樹脂にアクリル系樹脂を用いた場合、アクリル系樹脂に対し良溶媒である「アセトン」「メチルエチルケトン」「酢酸エチル」と、アクリル系樹脂に対し貧溶媒である溶剤である「ナフサなどの石油系溶剤」との配合状態を調整することで、空隙度を制御することができる。

次に、図４に示されるように、乾燥後に得られた空隙度が１７％以上であるセラミックグリーンシート２３の上面に、導電ペースト２５を適所に塗布する。導電ペースト２５の配置は、例えば、スクリーン印刷法やグラビア印刷法によって行うことができるが、図４では、スクリーン印刷法を例に示す。すなわち、スクリーン２７の面上で、スキージ２９を矢印Ｆの方向に移動させ、導電ペースト２５をセラミックグリーンシート２３の面上に押出すことにより印刷する。さらに、印刷された導電ペーストの乾燥を行って、内部電極５、７を得る。導電ペースト２５は、ニッケル又は銅などの導電金属材料粉、樹脂材料粉を含むバインダ、溶剤、さらに必要に応じて共材としてチタン酸バリウムなどのセラミック材料粉や可塑剤などで構成されている。

この後、ＰＥＴフィルム２１をセラミックグリーンシート２３から剥離することで、セラミックグリーンシート２３上に内部電極（導電層）５、７を有するセラミックグリーンシート構造１０（図５参照）が得られる。

次に、ステップＳ２として、ステップＳ１で得られたセラミックグリーンシート構造１０を、複数枚、図５に示すように受台３１上で積層する。なお、積層方向下層と上層には、内部電極５、７が設けられていないセラミックグリーンシートを積層している。内部電極５、７が設けられている領域は、積層セラミックコンデンサ１の所謂内層部分であり、その上下において内部電極５、７が設けられていないセラミック層だけの領域は積層セラミックコンデンサ１の所謂外層部分となる。用いられるセラミックグリーンシート２３の層数は、要求される容量値などによって定まる。

また、セラミックグリーンシートの積層方法には、種々の態様がありえる。例えば、内部電極５、７が設けられているセラミックグリーンシート２３を、必要層数だけ積層して、内層部分を形成する一方、別の工程で、外層部分を形成し、その後に両者を重ね合わせてもよい。あるいは、内層部分や外層部分という区分けではなく、何枚かまとめて乾燥させたセラミックグリーンシート積層体を作っては、それを順次に積層していく態様でもよい。

内層部分用のセラミックグリーンシート構造１０の積層にあたっては、隣接する２枚のセラミックグリーンシート構造１０において、一方のセラミックグリーンシート構造１０上の内部電極５、７が、他方のセラミックグリーンシート構造１０の内部電極５、７の一部、及び、内部電極５、７間の隙間と重なるようにして、順次に積層する。

次に、ステップＳ３として、グリーンシート積層体をプレスした後、図５において符号Ｃで例示した位置で裁断し、そのグリーンシート積層体から複数の直方体状のグリーンチップを得る。さらに、グリーンチップに対し、ステップＳ４として、固化乾燥処理（必要に応じて）や第１バレル研磨処理を施し、ステップＳ５として、脱バインダ処理を行い、グリーンチップからバインダ成分をバーンアウトさせた後、焼成を行い、ステップＳ６として第２バレル研磨、ステップＳ７として端子電極１５、１７を形成して、図１に示した積層セラミックコンデンサ１が得られる。

ところで、セラミックグリーンシートを多数枚積層して積層セラミック電子部品を製造する場合、シート間に気泡が抱き込まれ、その後、焼成や工程移送の際に気泡が原因となるクラックを引き起こすなど、信頼性の低下を招くおそれがあった。しかし、本実施の形態では、セラミックグリーンシートが次のような構成を有するので、かかる問題を解消することができる。

図６を参照しながら説明すると、内部電極５、７を形成する前のセラミックグリーンシート２３は、空隙度が１７％以上となっている。かかるセラミックグリーンシート２３に対して、内部電極５、７を形成すると、内部電極５、７が形成された電極形成領域５１の空隙度は１５％前後に減少する一方、内部電極５、７が形成されていない電極非形成領域５３の空隙度は１７％以上のままとなっている。このため、グリーンシート積層体を構成すべくセラミックグリーンシート２３を積層した際、空隙度の大きい電極非形成領域５３からは、気泡が透過しやすくなり、シート間の気泡の抱き込みを解消することができる。

これに関し、本発明者は、電極非形成領域の空隙度と、不具合との関係を試験したところ、次の表のような結果を得られた。

かかる表の結果より分るように、電極非形成領域の空隙度が２７％、２５％、２３％、２１％、１７％であるサンプル１、２、３、４、５のものでは、気泡の抱き込み現象の発生は無かった。一方、電極非形成領域の空隙度が１６％、１５％であるサンプル６、７のものでは、気泡の抱き込み現象の発生が見られた。

また、上記試験では、気泡の抱き込み現象の発生だけでなく、ショート不良の有無も調査している。それによれば、電極非形成領域の空隙度が１５％〜２５％までのサンプル２〜７においては、ショート不良が発生していなかったが、電極非形成領域の空隙度が２７％のサンプル１ではショート不良の発生が確認された。したがって、より厳格な基準をとるならば、電極非形成領域の空隙度が２５％以下であることが好適である。

さらに、上記試験結果から明らかであるように、本発明においてより好適な範囲と考える少なくとも電極非形成領域の空隙度が１７％〜２５％である構成においては、電極形成領域の空隙度が電極非形成領域の空隙度よりも小さくなることが確認でき、すなわち、電極非形成領域の空隙度は大きく維持しながらも、電極非形成領域では高密度化を確保できている。したがって、デラミネーション防止にも適した十分な強度を具備している。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

本発明を適用する積層セラミック電子部品は、積層セラミックコンデンサに限定されるものではない。したがって、例えば、インダクタ、ＬＣフィルタ等に適用することもできる。

積層セラミックコンデンサの構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る積層セラミックコンデンサの製造方法を示す工程図である。 セラミックグリーンシートの形成工程を示す図である。 導電層の形成工程を示す図である。 セラミックグリーンシートの積層状態、切断態様等を示す図である。 導電層の形成前後における空隙度のイメージを示す図である。

符号の説明

１ 積層セラミックコンデンサ
５、７ 内部電極（導電層）
１０ セラミックグリーンシート構造
２３ セラミックグリーンシート
５１ 電極形成領域
５３ 電極非形成領域

Claims (2)

1. セラミック材料及び樹脂を少なくとも含むセラミックグリーンシートと、そのセラミックグリーンシート上に形成された導電層とを含むセラミックグリーンシート構造であって、
   前記セラミックグリーンシートは、
   前記導電層の形成されていない電極非形成領域の乾燥後空隙度が１７％以上２５％以下で、かつ、
   前記導電層の形成されている電極形成領域の空隙度が１５．０％以上１５．５％以下となるように調整されている、
   セラミックグリーンシート構造。
2. セラミック材料及び樹脂を少なくとも含み、乾燥後空隙度が１７％以上２５％以下であるセラミックグリーンシートを用意する工程と、
   前記セラミックグリーンシート上に導電層を形成し、前記導電層が形成されている電極形成領域の空隙度を１５．０％以上１５．５％以下にする工程と、
   前記導電層が形成されたセラミックグリーンシートを積層してグリーンシート積層体を構成する工程と、
   前記グリーンシート積層体を所定のサイズに裁断して複数のグリーンチップを獲得する工程と、
   前記グリーンチップを焼成する工程と
   を含む積層セラミック電子部品の製造方法。

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