JP3987718B2 - 電子部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックグリーンシートを用いた積層体上にレーザ光を用いて貫通孔を形成し、かつその貫通孔に導電性ペーストを充填してビアホール導体を形成する工程を含む電子部品の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
代表的な電子部品である積層セラミックコンデンサにおいて、近年、等価直列抵抗、等価直列インダクタンスを低くするために、内部電極間をビアホール導体で接続する構造が増えてきている。
【0003】
従来の積層セラミックコンデンサの製造方法を図4に示す。
【0004】
図4(a)のように、誘電体層となるセラミックグリーンシート42に、マイクロドリル又はパンチングを用いた打ち抜き法などにより、あらかじめ貫通孔45、46をあけておく。次に、図4(b)のように、スクリーン印刷法により、セラミックグリーンシート42上に内部電極33、34を印刷すると同時に、貫通孔45、46に導電性ペーストを充填することにより、ビアホール導体35、36を形成する。そして、このようにして得られたセラミックグリーンシート42を図4(c)のように貫通孔45、46のそれぞれが一致するように積層して積層体41を形成する。その後、所望の位置で積層体41を切断し、焼成処理することで積層セラミックコンデンサが得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、積層セラミックコンデンサは、小型高容量化の要求が高まり、薄膜多積層化となってきている。そして、上記貫通孔の形成方法によれば、誘電体層となるセラミックグリーンシート42に1層毎にビアホール導体45、46を形成しているため、積層数が多くなると工程が非常に長くなり、上記要求に応えることができなかった。
【0006】
ここで、工程短縮のために、内部電極33、34を印刷したセラミックグリーンシート42を複数積層して積層体41を形成した後に、積層体41の主面側からマイクロドリル、パンチング等を用いて貫通孔を形成し、この貫通孔に導電性ペーストを充填することで、積層体41の積層方向を貫くビアホール導体35、36を形成する方法も考えられる。
【0007】
しかしながら、マイクロドリルを用いて積層体41に貫通孔を開ける方法では、加工くずが内部電極33、34に被さってしまい、内部電極33、34とビアホール導体35、36との電気的接続が悪化するという問題があった。
【0008】
一方、パンチングを用いて積層体41に貫通孔を開ける方法では、パンチだれが発生してしまい、内部電極33、34とビアホール導体の電気的接続が悪化するという問題があった。
【0009】
さらに、マイクロドリルやパンチングを用いて貫通孔を開ける方法では、ドリル径あるいはパンチ径は最小でも150μm程度であり、要求される微細加工には適していなかった。特に、貫通孔の径が小さくなると穴あけ加工中にドリルまたはパンチング用ピンが積層体41内に入り込んで折れてしまうという問題があった。
【0010】
また、貫通孔の径が小さくなると、導電性ペーストが入りにくくなり、内部電極33、34とビアホール導体の電気的接続が悪化したり、ビアホール導体内の空隙率が大きくなることにより、メッキ液の浸入や、高温時に空隙が膨張してクラックが発生するという問題点があった。
【0011】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、工程を大幅に短縮できるとともに、内部電極とビアホール導体の電気的接続が良好であり、且つ微小なビアホール導体が形成可能である電子部品の製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明は、表面に配線パターンとなる導体膜が形成され、バインダ樹脂を含むセラミックグリーンシートを複数積層して成る積層体を準備する工程と、前記積層体上の所定位置に、レーザ光を照射して前記バインダ樹脂を構成する有機化合物の分子鎖を切断する工程と、前記レーザ光が照射された前記積層体の一部を、前記レーザ光が照射される一方側から、前記レーザ光の照射と同時に吸引することにより除去して、前記積層体の積層方向に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に導電性ペーストを充填する工程と、を有するコンデンサ素子の製造方法を提供する。
【0013】
また、前記貫通孔の開口のうち前記レーザ光が照射される一方側の開口が他方側の開口よりも開口径が大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のコンデンサ素子の製造方法を提供する。
また、前記貫通孔の内面に露出する前記導体膜の露出部は、前記積層体の積層方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のコンデンサ素子の製造方法を提供する。
また、前記レーザ光の波長が400nm以下に設定されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載のコンデンサ素子の製造方法を提供する。
また、前記レーザ光が照射される照射領域の径を漸次小さくするように前記レーザ光を照射したことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載のコンデンサ素子の製造方法を提供する。
また、前記レーザ光の径は、前記貫通孔の径よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載のコンデンサ素子の製造方法を提供する。
【0014】
ここで、レーザ光の波長が400nmを越える場合、レーザ光による急速局所加熱により貫通孔を形成することになるため、セラミックグリーンシートに比べて融点の低い内部電極の早期蒸発が起こり、内部電極の貫通孔に露出する部分が消失し、内部電極とビアホール導体の電気的接続を不能にしてしまう。
【0015】
しかし、本発明では貫通孔用のレーザ光が高温をほとんど発生せずにバインダ樹脂の分子鎖を切断して貫通孔を形成するので、内部電極が貫通孔に露出した状態で切除されて開口させることができる。
【0016】
しかも、本発明では貫通孔の一方側の開口径と他方側の開口径を異ならせ、最初に開口径が大きい側から徐々に開口径が小さい側へ穿設していくと、穿設の際に発生する貫通孔前駆体が大きい側から除去しやすくなり、内部配線パターンとなる導体膜を貫通孔に十分露出させることが可能となる。
【0017】
また、貫通孔に開口径が大きい側から導電性ペーストを充填すると導電性ペーストが貫通孔に入りやすくなる。これにより、貫通孔内への導電性ペーストの充填性が良好になり、導体膜も貫通孔に十分露出できているので内部電極とビアホール導体の電気的接続が良好になるとともに、ビアホール導体内の空隙少なくなるため、メッキ液の浸入や、高温時に空隙が膨張してクラックが発生することを防ぐことができる。
【0018】
また、本発明の請求項2の構成によれば、配線パターンとなる導体膜の貫通孔に露出する露出部は、前記積層体の積層方向に対して傾斜しているので、露出する面積を十分増加させることができ導電性ペーストとの電気的接続が良好になる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態を説明する。図面において、なお、代表的な電子部品として、積層セラミックコンデンサを例にとって説明する。
【0020】
図1は、本発明の積層セラミックコンデンサの一実施形態を示す断面図である。図2は、本発明の積層セラミックコンデンサの製造方法の一実施形態を示す断面図である。
【0021】
図において、積層セラミックコンデンサ10は、誘電体ブロック1内部に配線パターンである内部電極3、4が形成され、また、誘電体ブロック1の両端側にビアホール導体5、6が形成され、ビアホール導体5、6に接続された外部電極7、8が形成されている。
【0022】
誘電体ブロック1は、誘電体層2を複数積層して形成されている。この誘電体層2の焼成前は、セラミック粉末と焼結助剤に溶剤、可塑剤、分散材、バインダ樹脂を混合してセラミックスラリーをシート状に成型して乾燥したセラミックグリーンシート20からなる。成型法にはドクターブレード法、引き上げ法、ダイコーター、グラビアロールコーターなどが用いられる。
【0023】
セラミックグリーンシート20のセラミック粉末としては、チタン酸バリウム(BaTiO3)等の誘電体材料に、必要に応じて無機酸化物などを混合する。焼結助剤は、焼成による収縮開始温度を低くする機能を有し、材料としてガラス成分となる液相形成物質、金属酸化物などが用いられる。溶剤としては、例えば水、トルエン、酢酸エチル、または、これらの混合物などが用いられる。可塑剤としては、例えばポリエチレングリコール、フタール酸エステルなどが用いられる。
【0024】
バインダ樹脂としては例えばポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、セルロース、水溶性アクリル樹脂、エマルジョンなどが用いられる。中でも、ポリビニルアルコールを用いると、誘電体層2を薄層化した際に充分な強度を得ることができる点で好ましい。これらは、C−C結合、C−H結合、C−O結合の分子鎖が集合した構造を有している。代表的なポリビニルアルコールの構造式を以下に示す。
【0025】
【化1】
【0026】
内部電極3、4は図2(a)に示すように各誘電体層2の同一平面上にそれぞれ複数形成されている。また、それぞれの内部電極3又は内部電極4はそれぞれ一定間隔を開けて形成されており、誘電体層2を挟んで、内部電極3と内部電極4が互いに対向する領域Xと対向していない領域Yとが形成されるように配置されている。そして、内部電極3は誘電体ブロック1の主面側から数えて偶数番目の誘電体層2の上面に形成されており、この内部電極3がビアホール導体6に接続され、その他には非接触である。また、内部電極4は誘電体ブロック1の主面側から数えて偶数番目の誘電体層2の上面に形成されており、ビアホール導体5に接続され、その他は非接触である。
【0027】
内部電極3、4は、その焼成前は導電性ペーストを印刷形成してなる。導電性ペーストは、金属粉末が、有機溶剤にバインダ樹脂を溶解させた有機ビヒクル中に分散させてなるものであり、有機ビヒクル中には、これらの他、各種分散剤、活性剤、可塑剤などが必要に応じて添加される。
【0028】
導電性ペーストの金属粉末としては、Pd、Cu、Ni、Ag、Au及びこれらの合金が用いられる。
【0029】
また、導電性ペーストに用いられる溶剤は、バインダ樹脂を溶解して金属粉末粒子を分散させ、このような混合系全体をペースト状にする役割をなし、例えば、α−テルピネオールやベンジルアルコール等のアルコール系や炭化水素系・エーテル系・BCA(ブチルカルビトールアセテート)等のエステル系・ナフサ等が用いられ、特に、金属粉末の分散性を良くするという観点からは、α−テルピネオール等のアルコール系溶剤を用いることが好ましい。
【0030】
導電性ペーストに用いられるバインダ樹脂は、金属粉末を均質に分散させるとともに貫通孔15、16への埋め込みに適正な粘度とレオロジーを与える役割をもっており、例えば、アクリル樹脂やフェノール樹脂・アルキッド樹脂・ロジンエステル・エチルセルロース・メチルセルロース・PVA(ポリビニルアルコール)・ポリビニルブチラート等が用いられる。特に、金属粉末の分散性を良くするという観点からは、アクリル樹脂を用いることが好ましい。これらは、セラミックグリーンシートに用いられるバインダ樹脂と同様にC−C結合、C−H結合、C−O結合の分子鎖が集合した構造を有している。代表的なアクリル樹脂である、ポリメタクリル酸メチルの構造式を以下に示す
【0031】
【化2】
【0032】
有機ビヒクル中の分散剤としては、例えばロジン、グリセリン、オクタデシルアミン、トリクロロ酢酸、オレイン酸、オクタジエン、オレイン酸エチル、モノオレイン酸グリセリン、トリオレイン酸グリセリン、トリステアリン酸グリセリン、メンセーデン油などが用いられる。
【0033】
ビアホール導体5、6は本発明の貫通孔15、16(図2(b)参照、以下同じ)内に導電性ペーストを充填して形成されている。
【0034】
貫通孔15、16の形成に使用されるレーザは、400nm以下の波長のレーザが用いられ、好ましくは200nm〜350nmの波長のレーザが用いられる。400nm以上ではバインダ樹脂の分子鎖を切るレーザ光とはならず、レーザ光による急速局所加熱でバインダ樹脂が熱分解とセラミック構成部分の蒸発が起こり、貫通孔15、16に内部電極3、4を露出させることができない。特に350nm以下であるとバインダ樹脂の分子間同士で結合している分子鎖、例えば、C−C結合、C−H結合、C−O結合の分子鎖を切断できる種類が多くなり貫通孔15、16を形成しやすくなる。なお、200nm以下の波長のレーザを現在形成することは困難である。
【0035】
レーザの種類としてはUV−YAGレーザあるいはエキシマレーザなどが使用できる。特に400nm以下の波長のレーザを用い、径が100μm以下で貫通孔15、16を精度良く形成するためには、特にUV−YAGレーザが好適である。
【0036】
なお、貫通孔15、16を形成するのに貫通孔前駆体を除去することが必要である。貫通孔前駆体としては、バインダ樹脂を分解した粉体やセラミック粉末、内部電極3、4の場合は金属粉末、可塑剤等が混じりあったものである。この貫通孔前駆体を除去する除去手段としては、吸引手段、洗浄手段、燃焼手段が用いられる。
吸引手段を用た場合には、レーザ光の照射と同時に吸引にて貫通孔前駆体を除去すると、貫通孔前駆体で照射位置が覆われず、常に、直接、積層体1の面にレーザ光を照射させることができ、開孔効率を向上させることができる。
また、洗浄手段としては、貫通孔15、16を形成した後に、水中に浸して超音波洗浄を行い残留した加工くずを完全に除去しても良い。
更に、燃焼手段として、プラズマ処理によって加工くずを酸化燃焼させてもよい。
この他に、貫通孔15、16内に空気流を吹き付けて、貫通孔15、16内のくずを除去してもよい。貫通孔15、16を形成後でも、除去手段を用いることにより貫通孔15、16内壁に付着したセラミックグリーンシートである誘電体層2の加工くずを完全に除去することができ、内部電極3、4とビアホール導体5、6を確実に接続することができる。
【0037】
この貫通孔15、16は、内部電極3、4が互いに対向しない領域Y、具体的には奇数番目の誘電体層2の領域13と偶数番目の誘電体層2の領域14を貫通している。
【0038】
また、貫通孔15、16の積層方向の軸5cに対して貫通孔15、16の稜線5vが傾斜する断面が台形になるように形成されている。この軸5cと稜線5vの成す角度θは4゜〜30゜の範囲にあることが望ましい。即ち、角度が4゜未満の場合、導電性ペーストを貫通孔に入りやすくする効果が不十分となる。一方、角度が30゜を越える場合には領域Yが大きくなり小型化が達成できない。
【0039】
また、断面が台形に形成された貫通孔15、16の上底5aの長さは、下底5bの長さの1.2〜3倍に設定されることが望ましい
貫通孔15、16に充填される導電性ペーストとしては、内部電極3、4に用いる導電性ペーストと同様であるため省略する。この貫通孔15、16に充填した導電背ペーストをセラミックグリーンシート20との一体焼成によって形成できる。この様に形成したビアホール導体5が内部電極4を貫通して電気的に接続し、ビアホール導体6が内部電極3を貫通し手電気的に接続されることになる。
【0040】
このようにして形成したビアホール導体5、6のうち、ビアホール導体5は誘電体ブロック1の主面に形成した外部電極7に接続され、ビアホール導体6は誘電体ブロック1の主面に形成した外部電極8に接続される。これにより、内部電極3、4の各々が対向することで、容量成分を形成することができる。
【0041】
外部電極7、8は、金属粉末とガラスフィットが含まれる有機溶剤にバインダ樹脂を溶解させた有機ビヒクル中に分散させてなるものであり、有機ビヒクル中には、これらの他、各種分散剤、活性剤、可塑剤などが必要に応じて添加される。
【0042】
次に、本発明の電子部品の製造方法を説明する。なお、積層セラミックコンデンサ10の製造方法の例ついて説明する。
【0043】
セラミック粉末と焼結助剤に溶剤、分散剤、バインダ樹脂などを混合したスラリーから、ドクターブレード法で、セラミックグリーンシート20を成型する。
【0044】
成型された複数のセラミックグリーンシート20に内部電極3、4をそれぞれ形成し、図2(a)に示すように、内部電極3と内部電極4のそれぞれが形成された2種類のセラミックグリーンシート20を交互に所要枚数を積み重ね、その上下から加圧焼成して積層体11を形成する。
【0045】
次に、図2(b)に示すように、積層体11の主面に波長が350nmのUV−YAGレーザを照射する。クリーンな穿孔をするにはレーザ光の径が目的の貫通孔の径よりも細くして渦巻加工するのが望ましい。レーザ光Laは、図3(a)に示すように、まず貫通孔15、16となる領域Yの中心15a(16a)に照射した後、図3(b)に示すように、積層体11上に渦巻状に徐々に外側にレーザ光L1を照射していき、貫通孔15、16となる部分の周辺位置まで穴151、161をあける。積層体11が厚い場合は、一回の渦巻加工では貫通しないので、複数回の渦巻加工を繰り返す。このとき、渦巻加工する径を徐々に小さくしていくことにより、図3(c)に示すように貫通孔15、16を略円錐台形状にする。
【0046】
この場合、レーザ照射と同時に、バインダ樹脂が分解しバラバラになった貫通孔前駆体を真空引きにて吸引を行う。真空引きは、例えば積層体11の上側にノズルを配置し、真空ポンプなどで吸引する。
【0047】
次に、貫通孔15、16が形成された積層体11を水中に浸して超音波洗浄を行うことにより、残留した加工くずを完全に除去する。更に、図2(c)に示すように、形成された貫通孔15、16内に、スクリーン印刷法により、ビアホール導体5、6となる導電性ペーストを充填する。これによってビアホール導体5、6が形成される。
【0048】
更に、積層体11を押し切り刃で誘電体ブロック1にカットする。積層体11が厚い場合はダイシング方式でカットをするのが望ましい。
【0049】
次に誘電体ブロック1は、250℃〜400℃の炉でバインダ樹脂を除いた後、本焼成炉に入れてセラミック材料の適温で誘電体層2、内部電極3、4、ビアホール導体5、6を同時に1250〜1300℃で高温焼結を行う。
【0050】
その後、各ビアホール導体5、6を外部と電気的に接続するために、導電性ペーストをスクリーン印刷等で塗布し焼き付け外部電極7、8を焼結体の主面に形成する。このようにして、図1に示すような積層セラミックコンデンサ10が得られる。
【0051】
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。
【0052】
例えば、ビアホール導体は、誘電体ブロック内に複数個設けても良い。このことにより、寄生インダクタンスの少ない積層セラミックコンデンサを提供することができる。更に、1個の誘電体ブロック内に、複数個のコンデンサ素子を内蔵させても良く、例えば、内蔵するコンデンサ素子の内部電極の面積を変えて、容量の異なるコンデンサ素子を同一誘電体ブロック内に内蔵させても良い。また、本発明は、積層セラミックコンデンサ以外の電子部品にも適用できる。
【0053】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、レーザ光によりセラミックグリーンシート中のバインダ樹脂を構成する分子鎖を切断し、レーザ光が照射された積層体の一部を、レーザ光が照射される一方側から、レーザ光の照射と同時に吸引することにより除去して貫通孔を形成するようにしたことから、積層体中の導体膜が貫通孔内に確実に露出され、導体膜とビアホール導体とを良好に接続することができる。
【0054】
また、貫通孔の一方側の開口径と他方側の開口径を異ならせているので、内部電極とビアホール導体の電気的接続が良好になるとともに、メッキ液の浸入や、高温時に空隙が膨張してクラックが発生することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】積層セラミックコンデンサの一実施形態を示す断面図である。
【図2】積層セラミックコンデンサの製造方法の一実施形態を示す断面図であり、(a)はセラミックグリーンシート積層後、(b)は貫通孔形成後、(c)はビアホール導体形成後を示す図である。
【図3】積層体に貫通孔を形成する工程を説明する図であり、(a)は貫通孔となる領域の中心にレーザ光を照射した後の図であり、(b)はレーザ光による1回目の渦巻加工後の図であり、(c)は貫通孔の形成が終了した後の図である。
【図4】従来の積層セラミックコンデンサの一実施形態を示す断面図であり、(a)は貫通孔形成後、(b)は内部電極及びビアホール導体形成後、(c)はセラミックグリーンシート積層後を示す図である。
【符号の説明】
10 積層セラミックコンデンサ
1 誘電体ブロック
2 誘電体層
3、4 内部電極(配線パターン)
5、6 ビアホール導体
7、8 外部電極
11 積層体
15、16 貫通孔
Claims (6)
- 表面に配線パターンとなる導体膜が形成され、バインダ樹脂を含むセラミックグリーンシートを複数積層して成る積層体を準備する工程と、
前記積層体上の所定位置に、レーザ光を照射して前記バインダ樹脂を構成する有機化合物の分子鎖を切断する工程と、
前記レーザ光が照射された前記積層体の一部を、前記レーザ光が照射される一方側から、前記レーザ光の照射と同時に吸引することにより除去して、前記積層体の積層方向に貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔に導電性ペーストを充填する工程と、を有するコンデンサ素子の製造方法。 - 前記貫通孔の開口のうち前記レーザ光が照射される一方側の開口が他方側の開口よりも開口径が大きいことを特徴とする請求項1に記載のコンデンサ素子の製造方法。
- 前記貫通孔の内面に露出する前記導体膜の露出部は、前記積層体の積層方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項1乃至請求項2のいずれかに記載のコンデンサ素子の製造方法。
- 前記レーザ光の波長が400nm以下に設定されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のコンデンサ素子の製造方法。
- 前記レーザ光が照射される照射領域の径を漸次小さくするように前記レーザ光を照射したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のコンデンサ素子の製造方法。
- 前記レーザ光の径は、前記貫通孔の径よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のコンデンサ素子の製造方法。
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