JP2005123288A

JP2005123288A - 積層電子部品の製造方法

Info

Publication number: JP2005123288A
Application number: JP2003354615A
Authority: JP
Inventors: Wataru Takahara; 弥高原; Hitoshi Tanaka; 田中　　均
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-10-15
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2005-05-12
Also published as: US20050081987A1; TW200529260A; KR20050036775A; CN1607617A

Abstract

【課題】切断代が小さく、寸法精度が高く、応力歪みによる焼成後の欠陥発生が無い積層電子部品の製造方法を提供する。
【解決手段】積層グリーンシート２１は、複数の誘電体層３２と、複数の電極層３３とを含む。切断工程２は、積層グリーンシート２１にレーザ光９２を照射し、積層グリーンシート２１を積層グリーンチップ３１に切断する工程を含む。積層グリーンチップ３１は、焼成後寸法で見て、一辺の長さが０．６ｍｍ以下の辺と、一辺の長さが０．３ｍｍ以下の辺とを含む方形状となるように切り出される。
【選択図】図５

Description

本発明は、微小な積層電子部品の製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化が進展し、これらに実装される電子部品においても微小化が要求されている。これらの微小電子部品のうち、コンデンサ、コイルあるいは抵抗等の電子部品、更にはその他の素子を組み合わせた複合電子部品においては、セラミック積層電子部品が主流となっている。

セラミック積層電子部品は、セラミックグリーンシートを積層して、多数の電子部品素子が集合した積層グリーンシートを得た後、これを切断して個別の電子部品素子となる積層グリーンチップを得、これを焼成して製造される。

積層グリーンシートの切断は、従来から、押し切り切断、回転刃切断及びレーザ切断等が用いられている。

押し切り切断は、固定されたナイフ状の刃を有する切断具により、積層グリーンシートを押し切る方法である。このため、積層グリーンシートが、刃の厚み分両側に逃げるため、徐々に切断ずれが大きくなり、切断断面がくさび状となる。また、積層グリーンシートの厚み方向で、切断状況が異なり、切断の後半は千切ったような破断面となる。更に、刃の磨耗により、切断能力が低下するので、切断後の各積層グリーンチップ間での応力歪みのばらつきや寸法のばらつきが大きい等の不具合がある。

回転刃切断は、砥粒の付いた薄い円盤状ブレードを回転させて切削する方法である。このため、切断代が大きく、摩擦による発熱があるので、水等による冷却が必要となり、後工程に水分除去工程等を付加する必要がある。また、回転刃の振れ及び磨耗による切断寸法のばらつきや、応力歪みによる焼成後のクラック発生等の不具合がある。これらの不具合は、微小電子部品において致命的であり、精度のよい、安定した積層グリーンシートの切断方法が求められていた。

回転刃切断及びレーザ切断ついては、例えば特許文献１、特許文献２等に開示されているが、何れにおいても、一辺が１ｍｍ未満の積層電子部品の切断については開示されていない。
特開平６−２２６６８９号公報特開２００１−５３４４３号公報

本発明の課題は、切断代が小さく寸法精度が高い積層電子部品の製造方法を提供することである。

本発明のもう一つの課題は、応力歪みによる焼成後の欠陥発生が無い積層電子部品の製造方法を提供することである。

本発明の更にもう一つの課題は、切断時の積層グリーンシートの冷却が不要で、後工程が短縮できる積層電子部品の製造方法を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る積層電子部品の製造方法は、積層グリーンシートを切断する工程を含む。前記工程は、前記積層グリーンシートにレーザ光を照射し、前記積層グリーンシートを積層グリーンチップに切断する工程を含み、前記積層グリーンチップは、焼成後寸法で見て、一辺の長さが０．６ｍｍ以下の辺と、一辺の長さが０．３ｍｍ以下の辺とを含む方形状となるように、切り出される。

上述した積層電子部品の製造方法において、積層グリーンシートの切断工程は、積層グリーンシートにレーザ光を照射し、積層グリーンシートを積層グリーンチップに切断する工程を含む。レーザ光は、容易に微小径に集束でき、焦点深度や照射位置を高精度でコントロールできるので、切断代が小さく、高い寸法精度で積層グリーンシートを切断できる。

しかも、レーザ光は、積層グリーンシートに機械的応力を加えないので、積層グリーンチップに応力歪みを発生させない。
上記切断は、積層グリーンチップが、焼成後の寸法で見て、一辺の長さが０．６ｍｍ以下の辺と、一辺の長さが０．３ｍｍ以下の辺とを含む方形状となるように実行される。このような微小の積層グリーンチップであると、切断時の誘電体カス付着、切断面の傾斜もしくは凹凸などを生じることなく、高精度で、切り出すことができる。
また、摩擦熱も発生しないので、水等による冷却が必要となり、後工程に水分除去工程等を付加する必要がなく、工程が短縮できる。

以上述べたように、本発明によれば次のような効果を得ることができる。
（Ａ）切断代が小さく寸法精度が高い積層電子部品の製造方法を提供することができる。
（Ｂ）応力歪みによる焼成後の欠陥発生が無い積層電子部品の製造方法を提供することができる。
（Ｃ）切断時の積層グリーンシートの冷却が不要で、後工程が短縮できる積層電子部品の製造方法を提供することができる。

本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。但し、添付図面は、単なる例示に過ぎない。

図１は本発明に係る積層電子部品の製造方法の一実施例を示す工程図である。図２、図３は本実施例に用いるセラミックグリーンシートの平面図、図４は本実施例に用いる積層グリーンシートの斜視図である。

図示した実施例は、本発明の積層電子部品の製造方法を積層チップコンデンサの製造に適用した一実施例を示している。図示実施例の製造工程は積層工程１と、切断工程２と、焼成工程３と、端子電極形成工程４とを含む。積層工程１は、セラミックグリーンシート１１、１２を積層して、積層グリーンシート２１を得る工程である。切断工程２は、積層グリーンシート２１にレーザ光を照射し、積層グリーンシート２１を積層グリーンチップ３１に切断する工程である。焼成工程３は、積層グリーンチップ３１を焼成して、積層チップ４１を得る工程である。端子電極形成工程４は、積層チップ４１の端面に端子電極を形成する工程である。

図２、図３において、セラミックグリーンシート１１、１２は、誘電体シート１１１、１２１と多数の電極１１２、１２２とを含んで構成される。誘電体シート１１１、１２１は、例えば、縦、横、厚み寸法がそれぞれ１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．４３ｍｍとすることができる。

電極１１２、１２２は、例えば、個々の縦、横、厚み寸法がそれぞれ０．２ｍｍ×１．２ｍｍ×１．２μｍであって、誘電体シート１１１、１２１上に公知の印刷、例えばスクリーン印刷等の手段によって行列状に形成される。

電極１１２、１２２は、互いに隣接する列の配置が、その行方向において、電極１１２、１２２の長さの１／２ずれて形成される。また、セラミックグリーンシート１１とセラミックグリーンシート１２とでは、同一行、同一列に形成された電極１１２、１２２が、その行方向において、電極１１２、１２２の長さの１／２ずれて形成される。

セラミックグリーンシート１１、１２は、積層工程１において、交互に積層される。このため、積層グリーンシート２１の電極１１２、１２２は、隣接して積層されるシート間で、列方向において重なり、行方向において互いに電極１１２、１２２の長さの１／２のずれが生じる。積層されたセラミックグリーンシート１１、１２の最上面には、電極１１２、１２２が形成されていない誘電体シート１１１、１２１が積層され、図４に示す積層グリーンシート２１が構成される。

図２及び図３に図示したセラミックグリーンシートは、２種の製版を用いて作成される。これとは異なって、一種の製版を用いて一種のセラミックグリーンシートを作製した場合は、隣接するセラミックグリーンシートにおいて、電極の長さの１／２のずれが生じるようにずらして積層する。

積層グリーンシート２１は、切断工程２において、図５に示す如くの切断装置９を用いて切断される。図５は本実施例の切断工程に用いる切断装置の一例を示す概念図である。切断装置９は、レーザ光照射装置９１と、ステージ９３と、監視カメラ９５と、移送装置９７とを含む。
レーザ光照射装置９１は、ステージ９３上にセットされた積層グリーンシート２１に集束したレーザ光９２を照射する。レーザ光９２はＹＡＧレーザやＣＯ₂ガスレーザが好適であり、その出力は、例えば、ＹＡＧレーザであれば、５０Ｗ出力、波長１．０６ｎｍ〜０．３５５ｎｍが好適である。

ステージ９３は、積層グリーンシート２１を載置し、集束したレーザ光９２に対してＸＹ方向に移動可能な可動ステージである。監視カメラ９５は、集束したレーザ光９２による切断位置を監視し、位置情報を制御コンピュータ９６等を介して移送装置９７に提供する。

移送装置９７は、提供された位置情報にもとづき、ステージ９３の移動を制御する。移送装置９７は、ステージ９３上に載置された積層グリーンシート２１と、集束したレーザ光９２とを相対的に、例えば矢印Ｆ１、Ｆ２で示す方向に移動できればよく、ステージ９３に替わり、レーザ光照射装置９１を移動するように構成してもよい。

切断工程２において、積層グリーンシート２１は、ステージ９３上に載置される。ステージ９３は、監視カメラ９５から提供された位置情報にもとづき、移送装置９７により位置制御されて移動する。レーザ光照射装置９１は、集束したレーザ光９２を積層グリーンシート２１の切断位置に照射し、積層グリーンシート２１を切断する。

本発明では、焼成後で見て、長辺ａ、短辺ｂ、厚みｃの寸法がそれぞれ０．６ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下の積層チップ４１を得ることを目的としている。そこで、切断工程では、縮率を考慮し、これよりも大きい形状の積層グリーンチップが得られるように切断する。この種の積層グリーンチップの縮率は約２０％であり、積層グリーンチップはこれから逆算した寸法、形状となるように切断する。

積層グリーンシート２１の切断において、電極１１２、１２２との位置関係も含め、図２乃至図４を参照して説明すると、例えば、行方向の切断は、最端の列の側端側を破線Ｘ１に沿って集束したレーザ光９２が照射されるように、ステージ９３が行方向に移動することで、破線Ｘ１部分の切断が行われる。

次に、ステージ９３が隣接する電極列間Ｘ２まで列方向に移動した後、破線Ｘ２に沿って集束したレーザ光９２が照射されるように、ステージ９３が行方向に移動することで、破線Ｘ２の部分の切断が行われる。その後の行方向の切断は、各電極列間に対して同様に順次行われる。

各電極列間における行方向切断が終了すると、ステージ９３が９０度回転し、列方向の切断に移行する。列方向の切断は、最上の行の電極上端側及び電極中心を破線Ｙ１に沿って集束したレーザ光９２が照射されるように、ステージ９３が列方向に移動することで、破線Ｙ１部分の切断が行われる。

次に、ステージ９３が最上の行の電極中心及び隣接する電極の電極行間Ｙ２まで行方向に移動した後、破線Ｙ２に沿って集束したレーザ光９２が照射されるように、ステージ９３が行方向に移動することで、破線Ｙ２の部分の切断が行われる。その後の列方向の切断は、各電極中心及び隣接する電極の電極行間に対して同様に順次行われる。

図６は上記切断工程を経て得られた積層グリーンチップの一例を示す斜視図である。積層グリーンチップ３１は、直方体であり、行方向切断端面が誘電体層３２で覆われ、列方向切断端面に誘電体層３２と交互に電極層３３が露出する。これらの切断端面は、一部にレーザ光の照射による燒結部が発生する場合がある。燒結部は、燒結部が発生した切断端面を研磨することにより、除去することができる。

積層グリーンチップ３１は、焼成工程で、例えば、１２００℃〜１２８０℃の温度で焼成され、積層チップ４１となる。図７は焼成後の積層チップの一例を示す斜視図である。焼成後の積層チップ４１は、直方体であり、長辺ａ、短辺ｂ、厚みｃの寸法がそれぞれ０．６ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下に形成される。積層グリーンチップの切断工程では、縮率を考慮し、これよりも大きい形状となるように実行する。焼成後の積層チップ４１は、端子電極が形成されて積層チップコンデンサとなる。

レーザ光は、容易に微小径に集束でき、焦点深度や照射位置を高精度でコントロールできるので、切断代が小さく、高い寸法精度で積層グリーンシートを切断できる。しかも、レーザ光は、積層グリーンシートに機械的応力を加えないので、積層グリーンチップに応力歪みを発生させない。また、摩擦熱も発生しないので、水等による冷却が必要となり、後工程に水分除去工程等を付加する必要がなく、工程が短縮できる。更に、切断端面にレーザ光の照射による燒結部が発生した場合でも、バレル研磨工程で除去されるので特性に悪影響を及ぼすことがない。

本発明者らは、本発明の効果を確認するため、表１に示した種々のサンプルを作製し、比較実験を行った。表１に示された実験結果の数値は、作製した１００００個の積層電子部品から、任意に抜取った１００個の試料を測定した結果である。

サンプルの作製にあたり、誘電体粉末と、バインダと、溶剤とを混合して誘電体塗料を作製し、これを塗布し、乾燥して、誘電体シートを作製した。誘電体材料としては、例えば、９５重量％以上のＢａＴｉＯ₃を用い、バインダとしては、例えば、アクリル系樹脂を用い、電極材料としては、例えば、Ｎｉ（ニッケル）を用いた。

上述した誘電体シート上に、前記電極材料を印刷し、セラミックグリーンシートを作製した。電極の配置は図２、図３に図示したものと同様とし、個々の電極寸法は、比較例１乃至５及び実施例１乃至３のそれぞれが目標とする焼成後の積層チップ寸法に対し、焼成時の縮率を考慮した標準的な寸法で印刷した。

積層グリーンシートは、セラミックグリーンシートを積層して作製した。それぞれの積層枚数は、比較例１乃至５及び実施例１乃至３のそれぞれが目標とする焼成後の積層チップ厚み寸法に対し、焼成時の縮率を考慮した標準的な枚数とした。

積層グリーンシートの切断方法は表１に示した。レーザ照射による切断は、図５に図示した切断装置を用い、出力５０Ｗ、波長０．５３ｎｍのＹＡＧレーザを積層グリーンシートの面上に照射して、切断した。

切断された積層グリーンチップは、積層グリーンチップのコーナー部にＲ付け（丸め処理）を施した後、脱バインダ処理を施し、その後、還元雰囲気中１２４０℃で焼成して積層チップを得た。得られた積層チップの観察結果及び測定結果を表１に示す。

表１において、積層チップ縦横寸法規格幅とは、積層チップ縦横寸法規格値の許容量（ｍｍ）である。電極露出不良率とは、切断ずれが原因で、電極１１２、１２２が露出する不良の発生率であり、４％以下を良品とした。積層チップの寸法単位はｍｍで表示した。

表１より、押し切り切断による比較例１は、電極露出不良率が高く、工程能力指数が低い。回転刃による比較例２、３、５は、電極露出不良率が高くなる。特に、縦横寸法規格値を０．２ｍｍ×０．１ｍｍに設定した比較例５では、この寸法規格値を維持することができなかった。

レーザ照射による切断の比較例４は、切断面の状態が粗く、切断時の誘電体かすの付着が見られ、切断面の傾斜や凹凸が見られる。比較例４は、積層チップの縦、横、厚み寸法がそれぞれ１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．５ｍｍである。積層チップの寸法、特に、厚みが大きいと、切断面の状態に問題が生じることがわかる
レーザ照射による切断の実施例１乃至３は、一辺の長さが０．６ｍｍ以下の辺と、一辺の長さが０．３ｍｍ以下の辺とを含む微小の積層電子部品である。実施例１乃至３は、切断状態が良好であり、電極露出不良率及び工程能力指数の面でも問題が無い。更に、実施例１、２は、回転刃による切断の比較例２、３とそれぞれ同一寸法であるが、電極露出不良率及び工程能力指数の両面で比較例２、３より優れている。

回転刃を用いる場合に、縦横寸法規格値を０．２ｍｍ×０．１ｍｍに設定した比較例５では、この寸法規格値を維持することができなかったのに対し、同寸法のものを、レーザによって得た実施例３では、この規格値を保ち、電極露出不良率を３．６％に抑えることができた。

以上説明したように、本発明に係る積層電子部品の製造方法は、一辺の長さが０．６ｍｍ以下の辺と、一辺の長さが０．３ｍｍ以下の辺とを含む微小の積層電子部品を製造するにあたり、顕著な効果を有する。

以上、好ましい実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、その基本的技術思想および教示に基づき、種々の変形例を想到できることは自明である。

本発明に係る積層電子部品の製造方法の一実施例を示す工程図である。本発明に係る積層電子部品の製造方法に用いるセラミックグリーンシートの一例を示す平面図である。本発明に係る積層電子部品の製造方法に用いるセラミックグリーンシートの一例を示す平面図である。本発明に係る積層電子部品の製造方法に用いる積層グリーンシートの一例を示す斜視図である。本発明に係る積層電子部品の製造方法に用いる切断装置の一例を示す概念図である。本発明に係る積層電子部品の製造方法に用いる積層グリーンチップの一例を示す斜視図である。本発明に係る積層電子部品の製造方法に用いる積層チップの一例を示す斜視図である。

符号の説明

１積層工程
２切断工程
３焼成工程
４バレル研磨工程
１１、１２セラミックグリーンシート
２１積層グリーンシート
３１積層グリーンチップ
３２誘電体層
３３電極層
４１積層チップ
９２レーザ光

Claims

積層電子部品の製造方法であって、
積層グリーンシートを切断する工程を含み、
前記工程は、前記積層グリーンシートにレーザ光を照射し、前記積層グリーンシートを積層グリーンチップに切断する工程を含み、
前記積層グリーンチップは、焼成後寸法で見て、一辺の長さが０．６ｍｍ以下の辺と、一辺の長さが０．３ｍｍ以下の辺とを含む方形状となるように、切り出される
積層電子部品の製造方法。