JP2005154207A - Green sheet, laminate formed body, laminate substrate, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、グリーンシート及びその製造方法、積層成形体及びその製造方法並びに積層基板及びその製造方法に関し、特に、例えば加速度センサ、ノッキングセンサ、AEセンサ等の圧電センサ、燃料噴射用インクジェクター、インクジェットプリンタ用印刷ヘッド、圧電共振子、発振器、超音波モーター、超音波振動子、フィルタ等に適し、さらに広がり振動、伸び振動、厚み縦振動を利用した印刷ヘッドとして好適に用いられる圧電アクチュエータ用積層基板に好適に使用できるグリーンシート及びその製造方法、積層成形体及びその製造方法並びに積層基板及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a green sheet and a method for producing the same, a laminated molded body and a method for producing the same, and a laminated substrate and a method for producing the same, and particularly, for example, piezoelectric sensors such as acceleration sensors, knocking sensors, and AE sensors, Suitable for print heads for printers, piezoelectric resonators, oscillators, ultrasonic motors, ultrasonic vibrators, filters, etc., and laminated substrates for piezoelectric actuators suitable for use as print heads using spreading vibration, stretching vibration, and thickness longitudinal vibration The present invention relates to a green sheet that can be suitably used for the manufacturing method, a manufacturing method thereof, a laminated molded body, a manufacturing method thereof, a laminated substrate, and a manufacturing method thereof.
近年、マルチメディアの浸透に伴い、インパクト方式の記録装置に代わって、インクジェット方式や熱転写方式を利用したノンインパクト方式の記録装置が開発され、その利用範囲が各種産業分野および一般家庭分野において広がりつつある。 In recent years, with the penetration of multimedia, non-impact recording devices using inkjet and thermal transfer methods have been developed in place of impact recording devices, and the range of use is expanding in various industrial and general household fields. is there.
かかるノンインパクト方式の記録装置のなかでも、インクジェット方式を利用した記録装置は、多階調化やカラー化が容易で、ランニングコストが低いことから将来性が注目されている。 Among such non-impact recording apparatuses, a recording apparatus using an ink-jet system is attracting attention because it is easy to increase the number of gradations and colors and has a low running cost.
このインクジェット方式を利用した記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドは、圧電アクチュエータを流路部材に接着剤を用いて接合され、圧電アクチュエータは内部に内部電極やビア電極を含み、表面には表面電極が形成され、表面電極と内部電極とに電圧が印加されると、両電極で挟持されている圧電体層が変位する。 An ink jet recording head used in a recording apparatus using the ink jet system has a piezoelectric actuator joined to a flow path member using an adhesive, and the piezoelectric actuator includes an internal electrode and a via electrode inside, and a surface electrode on the surface. When a voltage is applied to the formed surface electrode and the internal electrode, the piezoelectric layer sandwiched between the two electrodes is displaced.
このような圧電アクチュエータでは、ビア電極を作製するため、グリーンシートに貫通孔(ビアホール)を開け、この貫通孔(ビアホール)に導体ペーストを充填した。次いで、貫通孔が同じ位置に配置されるようにグリーンシートを積層し、しかる後にこれを焼成することにより、表面から内部電極へ通じるビア電極を形成していた(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、厚みが30μm以下のグリーンシートとなると、特許文献1に記載の手法のように貫通孔に導体ペーストを充填させることは困難になる。これは、グリーンシートの厚みが30μm以下となると、工程をそれ単体で流すと、しわ、やぶれ、変形等が発生してしまう。それを防止するため、PET等のキャリアフィルムを介して工程を流すことになり、貫通孔の形成、電極ペースト充填の際にもキャリアフィルムが存在することになる。その後の積層工程においては、キャリアフィルムの剥離が必要となるが、その時、充填した電極ペーストが剥離するキャリアフィルム側に持っていかれてしまう現象が生じるのである。 However, when the green sheet has a thickness of 30 μm or less, it is difficult to fill the through holes with the conductive paste as in the method described in Patent Document 1. This is because when the thickness of the green sheet is 30 μm or less, wrinkles, blurring, deformation, and the like occur when the process is flowed alone. In order to prevent this, the process flows through a carrier film such as PET, and the carrier film is also present in the formation of through holes and filling of the electrode paste. In the subsequent laminating process, the carrier film needs to be peeled off. At that time, a phenomenon occurs in which the filled electrode paste is brought to the side of the carrier film to be peeled off.
この問題に対しては、貫通孔を有する各グリーンシートを積層し、その後に、電極ペーストの充填を行うという手法が行われるが、この場合、貫通孔が空の状態で積層されていくため、積層時の加圧力や熱等の影響で、ビアホールと当接する部分のグリーンシートがビアホール側に変形してしまい、その結果、変形部の強度は落ち、時にクラックを発生させるという問題があった。 For this problem, each green sheet having a through hole is laminated, and then a method of filling the electrode paste is performed, but in this case, since the through hole is laminated in an empty state, The green sheet at the portion in contact with the via hole is deformed to the via hole side due to the influence of pressure, heat, etc. at the time of lamination, and as a result, there is a problem that the strength of the deformed portion is lowered and sometimes cracks are generated.
従って、本発明の目的は、ビアホールと当接する面の凹みが少なく、且つ、強度上の信頼性が高いグリーンシート及びその製造方法、積層成形体及びその製造方法並びに積層基板及びその製造方法提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a green sheet that has few dents on the surface in contact with the via hole and has high strength reliability, a manufacturing method thereof, a laminated molded body, a manufacturing method thereof, a laminated substrate and a manufacturing method thereof. There is.
本発明のグリーンシートは、セラミック粉末と、有機樹脂と、有機溶媒とを含み、最大の厚みが30μm以下であるグリーンシートにおいて、前記セラミック粉末、前記有機樹脂及び前記有機溶媒のいずれも存在しない空隙の含有率である空隙率が10%以下であることを特徴とする。 The green sheet of the present invention includes a ceramic powder, an organic resin, and an organic solvent, and a green sheet having a maximum thickness of 30 μm or less, wherein the ceramic powder, the organic resin, and the organic solvent are not present. It is characterized in that the porosity, which is the content ratio of, is 10% or less.
前記セラミック粉末の平均粒径が、1μm以下であることが好ましい。 The ceramic powder preferably has an average particle size of 1 μm or less.
一主面から、その反対側の対向主面にかけて、貫通孔を設けてなることが好ましい。 It is preferable that a through hole is provided from one main surface to the opposite main surface on the opposite side.
表面に配線パターンが形成されてなることが好ましい。 A wiring pattern is preferably formed on the surface.
本発明の積層成形体は、上記のグリーンシートを含む複数のグリーンシートの積層体からなり、該積層体の一主面から内部にかけてビアホールが設けられ、前記積層体の対向主面における前記ビアホールに対応する位置に、5μmを越える凹みを具備しないことを特徴とする。 The laminated molded body of the present invention is composed of a laminate of a plurality of green sheets including the above-described green sheet, and via holes are provided from one main surface to the inside of the laminate, and the via holes on the opposing main surface of the laminate are provided in the via holes. The corresponding position is characterized by not having a recess exceeding 5 μm.
また、最大の厚みが100μm以下であることが好ましい。 The maximum thickness is preferably 100 μm or less.
本発明の積層基板は、複数のセラミック層の積層体からなり、該積層体の表面から内部にかけてビアホールが設けられ、該ビアホールが形成された表面と反対側の表面における前記ビアホールに対応する位置に、5μmを越える凹みを具備しないことを特徴とする。 The multilayer substrate of the present invention comprises a laminate of a plurality of ceramic layers, a via hole is provided from the surface of the laminate to the inside, and a position corresponding to the via hole on the surface opposite to the surface where the via hole is formed. It is characterized by not having a dent exceeding 5 μm.
前記積層体の表面及び/又は内部に配線回路が設けられていることが好ましい。 It is preferable that a wiring circuit is provided on the surface and / or inside of the laminate.
前記ビアホールにビア電極が充填され、表面配線回路と内部配線回路とが形成されてなり、該内部配線回路と該表面配線回路とが、前記ビア電極によって電気的に接続されてなることが好ましい。 Preferably, the via hole is filled with a via electrode to form a surface wiring circuit and an internal wiring circuit, and the internal wiring circuit and the surface wiring circuit are electrically connected by the via electrode.
前記セラミック層が圧電セラミックスからなり、前記積層体の一主面に複数の変位電極が形成されるとともに、内部に共通電極が設けられ、該共通電極が前記一主面に設けられた接続端子にビア電極によって電気的に接続されていることが好ましい。 The ceramic layer is made of piezoelectric ceramic, a plurality of displacement electrodes are formed on one main surface of the laminate, a common electrode is provided therein, and the common electrode is connected to a connection terminal provided on the one main surface. It is preferable that they are electrically connected by via electrodes.
本発明の積層基板の製造方法は、セラミック粉末と、有機樹脂と、有機溶媒とを混合し、30μm以下のグリーンシートを作製する成形工程と、該グリーンシートを加圧して空隙率を10%以下にする加圧工程と、該可圧工程を経た前記グリーンシートを含む複数のグリーンシートを積層して積層体を作製する積層工程と、前記積層体を焼成する焼成工程を具備することを特徴とする。 The method for producing a laminated substrate of the present invention comprises a molding step of mixing a ceramic powder, an organic resin, and an organic solvent to produce a green sheet of 30 μm or less, and pressurizing the green sheet to reduce the porosity to 10% or less. A pressurizing step, a laminating step of laminating a plurality of green sheets including the green sheet that has undergone the pressureable step to produce a laminate, and a firing step of firing the laminate. To do.
前記セラミック粉末の平均粒径が1μm以下であることが好ましい。 The ceramic powder preferably has an average particle size of 1 μm or less.
前記加圧工程において、前記グリーンシートを加熱することが好ましい。 In the pressurizing step, the green sheet is preferably heated.
前記成形工程及び/又は前記加圧工程で得られたグリーンシートの少なくとも一部に貫通孔を形成する穿孔工程を具備することが好ましい。 It is preferable to include a perforating step of forming a through hole in at least a part of the green sheet obtained in the forming step and / or the pressing step.
前記成形工程及び/又は前記加圧工程で得られたグリーンシートの表面に配線パターンを形成する配線工程を具備することが好ましい。 It is preferable to include a wiring step of forming a wiring pattern on the surface of the green sheet obtained in the molding step and / or the pressing step.
前記積層工程において、前記複数のグリーンシートの1枚に、他の前記グリーンシートの1枚を載置して積層して複合シートを作製し、しかる後に該複合シートの上にさらに他の前記グリーンシートの1枚を載置することを繰り返して全ての前記グリーンシートを積層することが好ましい。 In the laminating step, one of the green sheets is placed on one of the plurality of green sheets and laminated to produce a composite sheet, and then another green sheet is formed on the composite sheet. It is preferable to stack all the green sheets by repeatedly placing one of the sheets.
本発明のグリーンシートは、厚みが30μm以下、空隙率が10%以下であるため、貫通孔を設け、積層して加圧しても貫通孔によって厚みの薄い部位でも圧力によって変形しにくく、形状精度の高い積層成形体を実現できる。 Since the green sheet of the present invention has a thickness of 30 μm or less and a porosity of 10% or less, a through hole is provided, and even if it is laminated and pressed, it is difficult to be deformed by pressure even in a thin part by the through hole, and the shape accuracy Can be realized.
セラミック粉末の平均粒径が、1μm以下である場合、成形体生密度を高めることが容易になり、空隙率も低減することが容易になる。 When the average particle diameter of the ceramic powder is 1 μm or less, it is easy to increase the green density of the formed body and to reduce the porosity.
グリーンシートの一主面から、その反対側の対向主面にかけて、貫通孔を設けてい場合、ビアホールとしてビア電極を充填して内部電極と表面電極を電気的に接続するために好適に使用でき、積層基板等の電子部品、特に大きな応力が加わる圧電アクチュエータとして好適に適応することができる。 When a through hole is provided from one main surface of the green sheet to the opposite main surface on the opposite side, it can be suitably used to electrically connect the internal electrode and the surface electrode by filling the via electrode as a via hole, It can be suitably applied as an electronic component such as a laminated substrate, particularly as a piezoelectric actuator to which a large stress is applied.
グリーンシートの表面に配線パターンが形成されている場合、内部電極、表面電極及びそれを電気的に接続する配線として配線基板に好適に用いることができる。 When a wiring pattern is formed on the surface of the green sheet, it can be suitably used for a wiring board as an internal electrode, a surface electrode, and a wiring for electrically connecting it.
本発明の積層成形体は、上記のグリーンシートを積層し、ビアホールが設けられ、ビアホール直下の部位に5μmを越える凹みがないため、寸法精度が高く、強度上の信頼性の高い積層成形体を実現できる。 The laminated molded body of the present invention is a laminated molded body having a high dimensional accuracy and high strength reliability because the green sheet is laminated and a via hole is provided, and there is no dent exceeding 5 μm in a portion immediately below the via hole. realizable.
最大の厚みが100μm以下である場合、加圧に対する変形量が少ないため、薄い積層成形体であっても、より高い寸法精度と、より高い強度信頼性を得ることができる。 When the maximum thickness is 100 μm or less, since the amount of deformation with respect to pressure is small, higher dimensional accuracy and higher strength reliability can be obtained even with a thin laminated molded body.
本発明の積層基板は、対向主面のビアホールに対応する位置に、5μmを越える凹みを具備しないため、焼成してもクラックが少なく、信頼性の高い積層基板を実現できる。 Since the multilayer substrate of the present invention does not have a recess exceeding 5 μm at the position corresponding to the via hole on the opposite main surface, there is little cracking even when fired, and a highly reliable multilayer substrate can be realized.
前記積層体の表面及び/内部に配線回路が設けられている場合、これらの接続や、内部電極への外部からの配線を、ビア電極を用いれば容易に行うことができる。 When wiring circuits are provided on the surface and / or inside of the laminated body, these connections and wiring from the outside to the internal electrodes can be easily performed by using via electrodes.
前記ビアホールにビア電極が充填され、表面配線回路と内部配線回路とが形成されてなり、該内部配線回路と該表面配線回路とが、前記ビア電極によって電気的に接続されてなると、高集積化が実現でき、基板の小型化を図ることができる。 When the via hole is filled with a via electrode to form a surface wiring circuit and an internal wiring circuit, and the internal wiring circuit and the surface wiring circuit are electrically connected by the via electrode, high integration is achieved. Thus, the substrate can be miniaturized.
前記セラミック層が圧電セラミックスからなり、前記積層体の一主面に複数の変位電極が形成されるとともに、内部に共通電極が設けられ、該共通電極が前記一主面に設けられた接続端子にビア電極によって電気的に接続されていること場合、液体噴出装置の圧電アクチュエータに応用すると、微量液滴を特定の空間に再現良く噴出することができ、これをインクジェットヘッドとして用いた場合、任意の記録媒体の上に、高精彩・高精度の記録を行うことができる。 The ceramic layer is made of piezoelectric ceramic, a plurality of displacement electrodes are formed on one main surface of the laminate, a common electrode is provided therein, and the common electrode is connected to a connection terminal provided on the one main surface. When electrically connected by a via electrode, when applied to a piezoelectric actuator of a liquid ejecting apparatus, a minute amount of droplets can be ejected in a specific space with good reproducibility. High-definition and high-precision recording can be performed on the recording medium.
本発明の積層基板の製造方法は、セラミック粉末と、有機樹脂と、有機溶媒とを混合し、30μm以下のグリーンシートを作製する成形工程と、該グリーンシートを加圧して空隙率を10%以下にする加圧工程と、該可圧工程を経た前記グリーンシートを含む複数のグリーンシートを積層して積層体を作製する積層工程と、前記積層体を焼成する焼成工程を具備するため、寸法精度が高く、強度上の信頼性の高い積層成形体を実現できる。 The method for producing a laminated substrate of the present invention comprises a molding step of mixing a ceramic powder, an organic resin, and an organic solvent to produce a green sheet of 30 μm or less, and pressurizing the green sheet to reduce the porosity to 10% or less. Dimensional accuracy because it includes a pressurizing step, a laminating step of laminating a plurality of green sheets including the green sheet that has undergone the pressureable step, and a firing step of firing the laminate. Therefore, a laminated molded body having a high strength and high reliability can be realized.
前記セラミック粉末の平均粒径が1μm以下である場合、成形体生密度を高めることが容易になり、空隙率も低減することが容易になる。 When the average particle size of the ceramic powder is 1 μm or less, it is easy to increase the green density of the formed body and to reduce the porosity.
前記加圧工程において、前記グリーンシートを加熱する場合、グリーンシート間の密着性を高め、一体的に設けられた積層成形体を容易に得ることができる。 In the pressurizing step, when the green sheet is heated, the adhesion between the green sheets can be improved, and an integrally formed laminated molded body can be easily obtained.
前記成形工程及び/又は前記加圧工程で得られたグリーンシートの少なくとも一部に貫通孔を形成する穿孔工程を具備する場合、積層して加圧しても貫通孔によって厚みの薄い部位でも圧力によって変形しにくく、形状精度の高い積層成形体を実現できる。 In the case of including a perforation step for forming a through hole in at least a part of the green sheet obtained in the molding step and / or the pressurization step, even if it is laminated and pressed, even in a thin portion due to the through hole, depending on the pressure It is difficult to deform and a laminated molded body with high shape accuracy can be realized.
前記成形工程及び/又は前記加圧工程で得られたグリーンシートの表面に配線パターンを形成する配線工程を具備する場合、所望の配線回路を得ることが容易である。 When a wiring process for forming a wiring pattern on the surface of the green sheet obtained in the molding process and / or the pressurizing process is provided, it is easy to obtain a desired wiring circuit.
前記積層工程において、前記複数のグリーンシートの1枚に、他の前記グリーンシートの1枚を載置して積層して複合シートを作製し、しかる後に該複合シートの上にさらに他の前記グリーンシートの1枚を載置することを繰り返して全ての前記グリーンシートを積層する場合においても、グリーンシートは変形しにくいため、下層と上層の寸法精度の差をより小さくすることが容易である。 In the laminating step, one of the green sheets is placed on one of the plurality of green sheets and laminated to produce a composite sheet, and then another green sheet is formed on the composite sheet. Even when all the green sheets are stacked by repeatedly placing one of the sheets, since the green sheets are not easily deformed, it is easy to reduce the difference in dimensional accuracy between the lower layer and the upper layer.
本発明のグリーンシートは、ビアホールを形成してなる積層体に好適に用いられるもので、セラミック粉末と、有機樹脂と、有機溶媒とを含み、最大の厚みが30μm以下、空隙率が10%以下であることが重要である。 The green sheet of the present invention is suitably used for a laminate formed with via holes, and includes ceramic powder, an organic resin, and an organic solvent, and has a maximum thickness of 30 μm or less and a porosity of 10% or less. It is important that
ここで、空隙率とは、グリーンシート中に含まれる何も存在しない空間の含まれる割合を意味し、セラミック粉末と、有機樹脂と、有機溶媒の占める容積割合の合計をM(%)とすると空隙率は100−M(%)で表されるものである。 Here, the porosity means the ratio of the empty space included in the green sheet, and the total volume ratio of the ceramic powder, the organic resin, and the organic solvent is M (%). The porosity is represented by 100-M (%).
本発明によれば、空隙率を10%以下に設定することにより、積層時又は積層後に加圧をしても圧力によって変形しにくく、ビアホールが潰れてグリーンシートの一部に凹みが生じるのを抑制することができ、形状精度を高めることができる。特に、空隙率を8%以下、更には6%以下にすることが更にその効果を高めることができる。 According to the present invention, by setting the porosity to 10% or less, it is difficult to be deformed by pressure even when pressure is applied during or after lamination, and the via hole is crushed and a dent is formed in a part of the green sheet. Therefore, the shape accuracy can be increased. In particular, the effect can be further increased by setting the porosity to 8% or less, and further to 6% or less.
上記グリーンシートを構成するセラミック粉末の平均粒径が1μm以下、特に0.8μm以下、特に0.8μm以下、更には0.6μm以下であることが好ましい。このような微細な平均粒径を有するグリーンシートは、微細な粉末粒子間に大きな空隙が少なく、粒子間に有機樹脂や有機溶媒が埋まり、低い空隙率を実現することが容易となる。 The average particle size of the ceramic powder constituting the green sheet is preferably 1 μm or less, particularly 0.8 μm or less, particularly 0.8 μm or less, more preferably 0.6 μm or less. The green sheet having such a fine average particle diameter has few large voids between fine powder particles, and an organic resin or an organic solvent is buried between the particles, so that it is easy to realize a low void ratio.
さらに、上記グリーンシートが、一方の主面から、反対側の対向主面にかけて、貫通孔が設けられているのが好ましい。この貫通孔は、ビアホールとして用いることができ、内部配線を形成しても、表面電極との電気的接続が容易となる。特に、空隙率が低く、変形しにくいため、積層基板等の電子部品、中でも大きな応力が加わる圧電アクチュエータに好適に用いることができる。 Furthermore, it is preferable that the green sheet is provided with a through hole from one main surface to the opposite main surface on the opposite side. This through hole can be used as a via hole, and electrical connection with the surface electrode is facilitated even if an internal wiring is formed. In particular, since it has a low porosity and is not easily deformed, it can be suitably used for electronic parts such as a laminated substrate, especially a piezoelectric actuator to which a large stress is applied.
グリーンシートの表面に配線パターンが形成されていることが好ましい。配線パターンが形成されていると、内部電極、表面電極及びそれを電気的に接続する配線として配線基板に好適に用いることができる。 A wiring pattern is preferably formed on the surface of the green sheet. When the wiring pattern is formed, it can be suitably used for a wiring board as an internal electrode, a surface electrode, and a wiring for electrically connecting it.
図1は本発明の一実施形態である積層成形体の層構成を示す断面図、図2は本発明の積層成形体の一例を示す概略断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a layer structure of a laminated molded body according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the laminated molded body of the present invention.
本発明の積層成形体は、上記本発明のグリーンシートを用いた積層体からなり、一主面にビアホールが設けられ、対向主面のビアホールに対応する位置に5μmを越える凹みがないことが重要である。 The laminated molded body of the present invention comprises a laminated body using the green sheet of the present invention, and it is important that a via hole is provided on one main surface and that there is no dent exceeding 5 μm at a position corresponding to the via hole on the opposing main surface. It is.
本発明の積層成形体は、例えば、図1に示したように、貫通孔3を有するグリーンシート1aと、貫通孔3を有するグリーンシート1bと、電極パターン2aを具備するグリーンシート1cと、を積層し、加圧して密着させて得られたものである。
For example, as shown in FIG. 1, the laminated molded body of the present invention includes a green sheet 1 a having a through hole 3, a
このような積層体は、空隙率が低いグリーンシートを含むため、変形がし難く、寸法精度が高く、さらに成形体の強度を高めることができる。 Since such a laminate includes a green sheet having a low porosity, it is difficult to deform, has high dimensional accuracy, and can further increase the strength of the molded body.
本発明の積層成形体は、ビアホール4と当接するグリーンシート11cの凹み6が小さいことが重要である。具体的には、図1に示す凹み量Wが積層成形体の基準面Sに対して5μm以下である。
In the laminated molded body of the present invention, it is important that the recess 6 of the green sheet 11c that contacts the via
積層成形体は、グリーンシートの厚みが薄い場合、例えば図2に示したように、ビアホールの設けられた部位は、ビアホール3を塞ぐようにグリーンシート1cが設けられているが、それはグリーンシート1cの1層から構成され、その厚みは30μm以下と非常に薄いことから、加圧によりビアホール3に対応する位置5に、凹み6が生じる。なお、この凹み6は、積層時及び積層後の加圧時に発生することが多い。 When the thickness of the green sheet is thin, for example, as shown in FIG. 2, the green sheet 1c is provided in the portion where the via hole is provided so as to close the via hole 3. Since the thickness is very thin, 30 μm or less, a depression 6 is generated at a position 5 corresponding to the via hole 3 by pressurization. In many cases, the dent 6 is generated at the time of lamination and at the time of pressurization after lamination.
特に、最大厚みが100μm以下である場合、加圧に対する変形量が少ないため、薄い積層成形体であっても、より高い寸法精度と、より高い強度信頼性を得ることができる。 In particular, when the maximum thickness is 100 μm or less, since the amount of deformation with respect to pressure is small, higher dimensional accuracy and higher strength reliability can be obtained even with a thin laminated molded body.
上記積層成形体は、全てが本発明のグリーンシートを用いることが好ましいが、一部を本発明の範囲外のグリーンシートを用いることができる。但し、変形量を小さく保つためには、上記本発明のグリーンシートを、ビアホールに当接し、このビアホールを塞ぐように設けられ、対抗主面に位置させることが好ましい。 It is preferable that all the laminated molded bodies use the green sheets of the present invention, but some of the green sheets outside the scope of the present invention can be used. However, in order to keep the deformation amount small, it is preferable that the green sheet of the present invention is provided so as to abut on the via hole and close the via hole and be positioned on the opposing main surface.
なお、基準面は、凹み6の周辺の表面位置を基準面Sと定めることができ、この基準面Sをビアホール3に対応する位置に延長すればよい。 Note that the surface of the reference surface around the recess 6 can be defined as the reference surface S, and the reference surface S may be extended to a position corresponding to the via hole 3.
次に、本発明の一実施形態にかかる積層基板を、図面を参照して詳細に説明する。 Next, a multilayer substrate according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の積層基板は、上記本発明の積層成形体を焼成したものであり、ビアホールが形成されている。例えば、その一実施様態を図2に示す。 The multilayer substrate of the present invention is obtained by firing the multilayer molded body of the present invention, and has via holes formed therein. For example, one embodiment is shown in FIG.
図3は本実施形態の積層基板に形成されたビアホール部の断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of a via hole portion formed in the multilayer substrate of this embodiment.
図3によれば、積層基板は、セラミック層21a、21b、21cと内部電極22とが積層されて一体となっており、ビアホール23には表面電極24aとの電気的導通を取るために設けられたビア電極24bが設けられている。
According to FIG. 3, the multilayer substrate is formed by laminating the
本発明の積層基板は、セラミック層21と内部電極層22とが積層されていれば良く、例えば、セラミックス層21が3層以下でも、3層以上あっても良く、また、内部電極22に関しても1層であっても、また2層以上であっても良い。また、ビアホール内に電極材料が形成されていない構造でも良い。更に、各層及び電極材料はその諸特性、寸法等により適宜決定されるものである。
The multilayer substrate of the present invention may be formed by laminating the
本発明の積層基板は、セラミック層1cのビアホール23と対応する位置25に形成される凹み26が小さいことが重要である。具体的には、図1に示す凹み量Wが積層基板表面の基準面Sに対して5μm以下である。この基準面は、凹み16の周辺の表面の位置を基準面Sと定めることができ、この基準面Sをビアホール13に対応する位置に延長すればよい。
In the multilayer substrate of the present invention, it is important that the
凹み量Wを5μm以下とすることで、表面の平滑性が向上することは言うまでもないが、その部分の機械的強度の低下が抑制され、クラック等の欠損の発生を顕著に低減することができる。その結果、例えば、圧電アクチュエータに用いた場合、凹み16及びその周辺部からクラックが発生し、欠損するのを防止し、長期信頼性を向上することが可能となる。 It goes without saying that the smoothness of the surface is improved by setting the dent amount W to 5 μm or less, but the decrease in the mechanical strength of the portion is suppressed, and the occurrence of defects such as cracks can be remarkably reduced. . As a result, for example, when used in a piezoelectric actuator, it is possible to prevent cracks from being generated from the dent 16 and its peripheral portion, thereby preventing loss and improving long-term reliability.
本発明の積層基板は、液体噴出装置の圧電アクチュエータに好適に用いることができる。例えば、図4に示したように、圧電アクチュエータ41は、振動板42の表面に共通電極45、圧電セラミック層44、表面電極46がこの順に形成されている。表面電極46は、図4(b)に示したように、圧電セラミック層44の表面に2次元的に複数マトリックス状に配列されることにより、複数の圧電変位素子47が形成されたものである。
The multilayer substrate of the present invention can be suitably used for a piezoelectric actuator of a liquid ejection device. For example, as shown in FIG. 4, in the
この圧電アクチュエータ41は、例えばインクジェットヘッド等の液滴噴出装置のように、例えば、図4(c)に示したように、圧電アクチュエータ41が、流路部材43の上に設けられた構造を有する。流路部材43は、複数の液体加圧室43aが隔壁43bによって仕切られ、液体加圧室43aは圧電アクチュエータ41に当接するように並設されている。
The
インクジェットヘッド等に用いられる圧電アクチュエータの場合、数百個もの表面電極46が形成される場合があり、液体加圧室43aの直上に表面電極46がそれぞれ位置するようにして流路部材23上に配置している。
In the case of a piezoelectric actuator used for an ink jet head or the like, hundreds of
そして、共通電極45と所定の表面電極46との間に電圧を印加して表面電極46直下の圧電セラミック層44を変位させることにより、液体加圧室43a内の液体を加圧して、流路部材43の底面に開口した液体吐出口48より液滴を吐出させることができる。
Then, a voltage is applied between the
次に、本発明の積層基板の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the laminated substrate of this invention is demonstrated.
先ず、セラミック粉体の平均粒径が1μm以下であることが好ましく、特に0.7μm以下、更には0.5μm以下であることがより好ましい。これは、30μm以下のグリーンシートを成形するに際し、平均粒径が1μm以上であると、グリーンシートの厚みバラツキ比率(一般にC値:標準偏差を平均値で除した値)が大きくなり、特性上悪影響を及ぼすことがよくある。また、鉛を含む圧電セラミックス等の場合には、焼結時の活性度が下がり、焼結温度を上げなければならなくなる。その結果、鉛の蒸発が起こり、組成のバラツキが大きくなる。逆に、平均粒径が1μm以下とすることで、これらの問題は抑制されてくる。 First, the average particle size of the ceramic powder is preferably 1 μm or less, more preferably 0.7 μm or less, and even more preferably 0.5 μm or less. This is because when the green sheet of 30 μm or less is formed, if the average particle diameter is 1 μm or more, the thickness variation ratio of the green sheet (generally, C value: value obtained by dividing the standard deviation by the average value) increases. Often has adverse effects. Further, in the case of piezoelectric ceramics containing lead, the activity during sintering decreases, and the sintering temperature must be increased. As a result, evaporation of lead occurs and the variation in composition increases. On the contrary, when the average particle size is 1 μm or less, these problems are suppressed.
上記原料粉末と有機バインダ成分を混合し、テープ成形用スラリーを作製する(混合工程)。次いで、混合工程で得られたテープ成形用スラリーを用いて、ロールコーター法、スリットコーター法、ドクターブレード法等の一般的なテープ成形法によりグリーンシートを作製する(成形工程)。 The raw material powder and the organic binder component are mixed to produce a tape-forming slurry (mixing step). Next, a green sheet is produced by a general tape forming method such as a roll coater method, a slit coater method, a doctor blade method, etc., using the tape forming slurry obtained in the mixing step (forming step).
次に、成形工程で得られたグリーンシートを加圧することが重要となる(加圧工程)。加圧法として公知の手法を採用することができるが、均等加圧が容易である点で、加圧には特にロール加圧法、平面加圧法、静水圧加圧法等を用いることができる。このように、テープ成形後にグリーンシートの加圧処理を行うことで、グリーンシートの厚みバラツキを低減することができるのと同時に、グリーンシート自体の強度を向上させることができる。これは、乾燥後のグリーンシートにはスラリー溶媒が抜けた空隙が存在し、その空隙の割合、つまり、空隙率の大小により、厚みのバラツキ、グリーンシートの強度が決まる。この空隙を加圧により潰す、つまり空隙率を小さくする事で、グリーンシートは均質となり、厚みバラツキは減り、強度は向上する。グリーンシートの強度が向上することによって、後の積層工程で、ビアホールと当接する部分のグリーンシートの変形が抑制されことになる。具体的には、空隙率10%以下で変形は抑制されるようになり、10%を越えると効果は小さくなる。 Next, it is important to pressurize the green sheet obtained in the molding process (pressurizing process). A publicly known method can be adopted as the pressurizing method. However, a roll pressurizing method, a plane pressurizing method, a hydrostatic pressurizing method and the like can be used for pressurization because uniform pressurization is easy. As described above, by performing the pressure treatment of the green sheet after the tape formation, it is possible to reduce the thickness variation of the green sheet, and at the same time, it is possible to improve the strength of the green sheet itself. This is because the green sheet after drying contains voids from which the slurry solvent has been removed, and the thickness variation and the strength of the green sheet are determined by the ratio of the voids, that is, the size of the void ratio. By crushing this void by pressurization, that is, by reducing the void ratio, the green sheet becomes homogeneous, the thickness variation is reduced, and the strength is improved. By improving the strength of the green sheet, the deformation of the green sheet at the portion in contact with the via hole is suppressed in the subsequent lamination process. Specifically, the deformation is suppressed when the porosity is 10% or less, and the effect is reduced when the porosity exceeds 10%.
加圧する圧力は、材料組成、有機バインダ量、グリーンシート厚み等によって異なるが、10〜100MPa、特に20〜50MPa、更には30〜40MPaの圧力で加圧することが好ましい。 The pressure to be applied varies depending on the material composition, the amount of the organic binder, the thickness of the green sheet, and the like, but it is preferably 10 to 100 MPa, particularly 20 to 50 MPa, and more preferably 30 to 40 MPa.
加圧時に熱を加えても良い。この時、温度が高すぎる場合、加圧による変形が大きくなり過ぎることがあり、バインダに適度の粘性を発現させ、空隙を除去するためには、用いるバインダにもよるが、300℃以下、特に250℃以下、更には200℃以下、より好適には150℃以下であることが好ましい。また、下限値は、0℃、特に20℃、更には35℃、より好適には50℃である。 Heat may be applied during pressurization. At this time, if the temperature is too high, the deformation due to pressurization may become too large. In order to cause the binder to exhibit an appropriate viscosity and remove voids, depending on the binder used, it is 300 ° C. or less, particularly It is preferably 250 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower, and more preferably 150 ° C. or lower. Moreover, a lower limit is 0 degreeC, especially 20 degreeC, Furthermore, 35 degreeC, More preferably, it is 50 degreeC.
なお、加圧を行う型の面は、離型性を向上させるための表面処理を行ったり、グリーンシート面に離型シートを配置して加圧を行っても良い。更に、面内の加圧力を均一にするための加圧調圧機構も適宜用いることができる。 Note that the surface of the mold to be pressed may be subjected to a surface treatment for improving releasability, or may be pressed by disposing a release sheet on the green sheet surface. Furthermore, a pressure-regulating mechanism for making the in-plane applied pressure uniform can be used as appropriate.
このような加圧処理は、空隙を除去する効果があるが、さらに生密度を高める効果もあり、セラミック粒子間の接触面積を高めることができ、その結果、焼結速度を向上し、微細粒子であることと相まって、焼結温度を下げることができ、特に鉛を含む圧電セラミックスに関しては、焼結時の鉛の蒸発を抑え、組成バラツキを抑制できる。 Such pressure treatment has the effect of removing voids, but also has the effect of increasing the green density, and can increase the contact area between ceramic particles, resulting in improved sintering speed and fine particles. In combination with this, the sintering temperature can be lowered. In particular, with respect to piezoelectric ceramics containing lead, it is possible to suppress the evaporation of lead during sintering and to suppress variation in composition.
次に、加圧工程及び/又は加圧工程で得られたグリーンシートの表面に、公知の手法で電極を形成する配線工程を設けることが好ましい。これにより、表面電極、内部電極及びこれらを結ぶ配線を形成し、所望の配線回路を得ることができる。 Next, it is preferable to provide a wiring process in which electrodes are formed by a known method on the surface of the green sheet obtained in the pressing process and / or the pressing process. Thereby, a surface electrode, an internal electrode, and the wiring which connects these can be formed, and a desired wiring circuit can be obtained.
また、加圧工程及び/又は加圧工程で得られたグリーンシートの一部に、公知の手法で貫通孔を形成する穿孔工程を設けることが好ましい。この貫通孔は、ビアホールとして使用することができ、ビアホールに導体を充填してビア電極を形成できる。 Moreover, it is preferable to provide the punching process which forms a through-hole with a well-known method in a part of green sheet obtained by the pressurization process and / or the pressurization process. This through hole can be used as a via hole, and a via electrode can be formed by filling the via hole with a conductor.
得られたグリーンシート(電極有り、ビアホール有り、電極無し等)を所望の構成で積層し、密着させて積層成形体を得る(積層工程)。 The obtained green sheets (with electrodes, with via holes, without electrodes, etc.) are laminated in a desired configuration and are brought into close contact to obtain a laminated molded body (lamination step).
積層工程においては、1枚のグリーンシートに、他の1枚のグリーンシートを載置して積層し、密着して複合シートを作製した後、この複合シートの上にさらに他の前記グリーンシートの1枚を載置し、密着して新たな複合シートを作製することを繰り返して全ての前記グリーンシートを積層することが好ましい。このような場合、加圧が複数に及ぶものの、グリーンシートが変形しにくいため、ビアホールの変形が少なく凹みを小さくでき、さらに下層と上層の寸法精度の差をより小さくすることが容易である。 In the laminating step, another green sheet is placed on one green sheet and laminated, and a composite sheet is produced by closely adhering, and then another green sheet is further formed on the composite sheet. It is preferable to stack all the green sheets by placing one sheet and making a new composite sheet in close contact with each other. In such a case, although a plurality of pressures are applied, the green sheet is not easily deformed, so that the via hole is less deformed and the dent can be made smaller, and the difference in dimensional accuracy between the lower layer and the upper layer can be further reduced.
なお、密着を行う手法としては、接着成分の含まれた密着液使用による方法、加熱によりグリーンシート中の有機バインダ成分に接着性を持たせて密着する方法、加圧力だけで密着させる方法等を例示できる。 In addition, as a method of performing adhesion, there are a method using an adhesion liquid containing an adhesive component, a method of adhering to the organic binder component in the green sheet by heating, a method of adhering only by applying pressure, and the like. It can be illustrated.
積層工程で得られた積層成形体は、所望により脱脂処理により積層成形体中の有機成分の除去を行った後、大気中若しくは雰囲気中において焼成し、積層基板を得る(脱脂/焼成工程)。 The laminated molded body obtained in the laminating step is subjected to degreasing treatment to remove organic components in the laminated molded body, if desired, and then fired in the air or in an atmosphere to obtain a laminated substrate (degreasing / firing step).
なお、有機成分を除去する方法としては、除去を行いたい有機成分の熱分解挙動に合った温度パターンにて加熱処理を行う方法等が採用される。また、鉛を含むセラミックスを焼成する場合は、溶解性ガスである酸素の濃度を高くする(80%以上)ことで酸素分圧が上がり鉛の分解、ガス化が抑制されると同時に、空隙内圧が低くなることから空隙が収縮しボイド化が抑制される。 In addition, as a method of removing an organic component, the method of heat-processing with the temperature pattern according to the thermal decomposition behavior of the organic component to remove is employ | adopted. When firing lead-containing ceramics, increasing the concentration of oxygen, which is a soluble gas (80% or more), increases the oxygen partial pressure and suppresses lead decomposition and gasification. Therefore, voids shrink and voiding is suppressed.
このような工程を具備する製造方法を採用することにより、ビアホールと当接する面の凹みが少なく、且つ、強度上の信頼性が高い積層成形体及び積層基板を提供できる。 By adopting the manufacturing method including such steps, it is possible to provide a laminated molded body and a laminated substrate that have few dents on the surface in contact with the via hole and have high strength reliability.
先ず、圧電セラミック粉体として粒径(D50:粉体の平均粒径)が0.5μmのチタン酸ジルコン酸鉛粉体を準備し、これにアクリル水溶液を混合してスラリーを作製する混合工程を実施した。 First, a mixing step of preparing a lead zirconate titanate powder having a particle size (D50: average particle size of powder) of 0.5 μm as a piezoelectric ceramic powder, and mixing this with an acrylic aqueous solution to prepare a slurry. Carried out.
混合工程で得られたスラリーを用いてロールコーター法にて厚みが20μmになるようにグリーンシートを成形した(成形工程)。 Using the slurry obtained in the mixing step, a green sheet was formed by a roll coater method so as to have a thickness of 20 μm (forming step).
次いで、成形工程で得られたグリーンシートをロール加圧方式により30MPaの加圧条件で加圧した(加圧工程)。 Next, the green sheet obtained in the molding step was pressed under a pressure of 30 MPa by a roll pressurization method (pressurization step).
加圧工程で得られたグリーンシートに、Ag:Pdが70:30のAg−Pd電極ペーストを用いて、グリーンシート上に厚み5μmの内部電極を印刷法にて形成した。一方で、加圧工程で得られた別のグリーンシートには、パンチング方式により、φ100μmのスルーホールを形成した。 An internal electrode having a thickness of 5 μm was formed on the green sheet by a printing method using an Ag—Pd electrode paste having an Ag: Pd of 70:30 on the green sheet obtained in the pressing step. On the other hand, through holes having a diameter of 100 μm were formed in another green sheet obtained in the pressurizing step by a punching method.
次に、スルーホールを形成したグリーンシートを上層に、内部電極を形成したグリーンシートを下層となるよう積層し、図1の構造になるように積層し、15MPaの圧力、70℃の温度で加圧密着を行い積層成形体を得る積層工程を実施した。 Next, the green sheet with through-holes is laminated on the upper layer, and the green sheet with internal electrodes is laminated on the lower layer, laminated so as to have the structure of FIG. 1, and applied at a pressure of 15 MPa and a temperature of 70 ° C. A lamination process was carried out to obtain a laminated molded body by performing pressure contact.
最後に、得られた積層成形体を大気中450℃、5時間の脱脂処理を行い、しかる後に、温度1000℃、酸素濃度90%の雰囲気において2時間の焼成を行い、積層圧電基板を得た(焼成工程)。 Finally, the obtained laminated molded body was degreased at 450 ° C. for 5 hours in the atmosphere, and then baked for 2 hours in an atmosphere at a temperature of 1000 ° C. and an oxygen concentration of 90% to obtain a laminated piezoelectric substrate. (Baking process).
得られた積層成形体及び積層圧電基板のビアホール部の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した写真から、ビアホールと当接する層の凹みを測定した。その結果、積層成形体の凹み量は2.5μmであり、積層圧電基板の凹み量は4.0μmであった。 The dent of the layer which contact | abuts a via hole was measured from the photograph which observed the cross section of the via hole part of the obtained laminated molded object and a laminated piezoelectric substrate with the scanning electron microscope (SEM). As a result, the dent amount of the multilayer molded body was 2.5 μm, and the dent amount of the multilayer piezoelectric substrate was 4.0 μm.
積層圧電基板に関しては、純水中に基板を浸し、38kHzの発振周波数で15分間超音波振動を加え、強度確認を行ったところ、特に異常の発生は見られなかった。 Regarding the laminated piezoelectric substrate, when the substrate was immersed in pure water and subjected to ultrasonic vibration for 15 minutes at an oscillation frequency of 38 kHz, no abnormality was observed.
(比較例)
先ず、圧電セラミック粉体として粒径(D50:粉体の平均粒径)が0.5μmのチタン酸ジルコン酸鉛粉体を準備し、これにアクリル水溶液を混合してスラリーを作製する混合工程を実施した。
(Comparative example)
First, a mixing step of preparing a lead zirconate titanate powder having a particle size (D50: average particle size of powder) of 0.5 μm as a piezoelectric ceramic powder, and mixing this with an acrylic aqueous solution to prepare a slurry. Carried out.
混合工程で得られたスラリーを用いてロールコーター法にて厚みが20μmになるようにグリーンシートを成形した(成形工程)。 Using the slurry obtained in the mixing step, a green sheet was formed by a roll coater method so as to have a thickness of 20 μm (forming step).
得られたグリーンシートに、Ag:Pdが70:30のAg−Pd電極ペーストを用いて、グリーンシート上に厚み5μmの内部電極を印刷法にて形成した。一方で、別のグリーンシートには、パンチング方式により、φ100μmのスルーホールを形成した。 An internal electrode having a thickness of 5 μm was formed on the green sheet by a printing method using an Ag—Pd electrode paste having an Ag: Pd of 70:30 on the obtained green sheet. On the other hand, a through hole having a diameter of 100 μm was formed on another green sheet by a punching method.
次に、スルーホールを形成したグリーンシートを上層に、内部電極を形成したグリーンシートを下層となるよう積層し、図1の構造になるように積層し、15MPaの圧力、70℃の温度で加圧密着を行い積層成形体を得る積層工程を実施した。 Next, the green sheet with through-holes is laminated on the upper layer, and the green sheet with internal electrodes is laminated on the lower layer, laminated so as to have the structure of FIG. 1, and applied at a pressure of 15 MPa and a temperature of 70 ° C. A lamination process was carried out to obtain a laminated molded body by performing pressure contact.
最後に、得られた積層成形体を大気中450℃、5時間の脱脂処理を行い、しかる後に、温度1000℃、酸素濃度90%の雰囲気において2時間の焼成を行い、積層圧電基板を得た(焼成工程)。 Finally, the obtained laminated molded body was degreased at 450 ° C. for 5 hours in the atmosphere, and then baked for 2 hours in an atmosphere at a temperature of 1000 ° C. and an oxygen concentration of 90% to obtain a laminated piezoelectric substrate. (Baking process).
得られた積層成形体及び積層圧電基板のビアホール部の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した写真から、ビアホールと当接する層の凹みを測定した。その結果、積層成形体の凹み量は10.1μmであり、積層圧電基板の凹み量は13.2μmであった。 The dent of the layer which contact | abuts a via hole was measured from the photograph which observed the cross section of the via hole part of the obtained laminated molded object and a laminated piezoelectric substrate with the scanning electron microscope (SEM). As a result, the dent amount of the laminated molded body was 10.1 μm, and the dent amount of the laminated piezoelectric substrate was 13.2 μm.
積層圧電基板に関して実施例と同様の手法にて強度確認を行ったところ、ビアホール底部においてクラックの発生が見られた。 When the strength of the laminated piezoelectric substrate was confirmed by the same method as in the example, cracks were found at the bottom of the via hole.
1a、1b、1c・・・グリーンシート
2・・・電極パターン
3・・・貫通孔
4・・・ビアホール
5・・・ビアホールに対応する位置
6・・・凹み
21・・・セラミック層
21a、21b、21c・・・セラミック層
22・・・内部電極
23・・・ビアホール
24a・・・表面電極
24b・・・ビア電極
25・・・ビアホールに対応する位置
26・・・凹み
S・・・基準面
W・・・凹み量
DESCRIPTION OF
Claims (17)
17. In the laminating step, via holes are formed by laminating the green sheets so that through holes provided in the green sheets overlap, and then the via holes are filled with paste. The manufacturing method of the laminated molded object in any one of.
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