JP4431895B2 - 積層電子部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層電子部品の製造方法に関するものである。

積層電子部品として例えば積層セラミックコンデンサは、次のように製造することができる。まず、内部に導電層を備えたグリーンシート積層体を作成する。グリーンシート積層体は、セラミック材料からなる未焼成の複数のグリーン層とその間に適当に介在されている導電層とを有する。

次に、グリーンシート積層体を裁断して所定の大きさの直方体状のグリーンチップを得る。そして、それらの複数のグリーンチップに対して、第１のバレル研磨を行い、焼成し、更に、第２のバレル研磨を行う。その後、端子電極を形成して、積層セラミックコンデンサを得る。

上述した焼成前の第１のバレル研磨は、予め直方体状のグリーンチップの角を丸め、後の製造過程中にグリーンチップに欠けや剥がれなどが発生するのを防止する目的で行われる。一方、焼成後の第２のバレル研磨は、グリーンチップの端面に導電層を確実に露出させ、後に形成する端子電極との電気接続性をより確実にする目的で行われる。

また、本来、欠け等の発生を防止するための第１のバレル研磨であるが、グリーンチップの中には、かかる第１のバレル研磨工程において欠けが発生してしまうものもある。そこで、これを防止する目的で、第１のバレル研磨の前に、まずグリーンチップに適当な硬度を与えるための熱処理を施すことも知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、１２０〜１５０℃で５〜３０分間、熱処理を施す旨が開示されている。
特開２００３−３３２１７１号公報

しかしながら、本発明者らが調査したところ、第１のバレル研磨の前の熱処理工程では、熱処理時間や熱処理温度の如何によっては、グリーンチップの層間が剥離してしまう、デラミネーションが生じてしまうことがある。

また、本発明者らの検討によると、グリーンチップの構成成分のうち可塑剤は、その種類毎に、熱処理時間によってグリーンチップ外へ揮発する度合いが異なる。このため、グリーンチップに所望の硬度を与える一貫した制御が困難であることが考えられる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、熱処理時間を直接の要素に持たずに、グリーンチップに所望の硬度を与える熱処理を行うことができる、積層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、本発明に係る積層電子部品の製造方法は、複数のグリーンシートの間に少なくとも一つの導電層が介在されて構成されるグリーンシート積層体を用意し、前記グリーンシート積層体を所定の大きさのグリーンチップに裁断し、前記グリーンチップに熱処理を施し、熱処理後の前記グリーンチップをバレル研磨することを含み、前記熱処理は、加熱保持温度と前記グリーンチップの重量変化との相関関係で定まる熱処理条件に基づいて行うことを特徴とする。

前記熱処理条件は、好適には、
０＜Ｙ≦Ａ・ｅｘｐ（−Ｂｔ＋Ｃ）
で与えられる。

また、前記熱処理前の前記グリーンチップにおける可塑剤の含有量Ｗ［ｗｔ％］は、
０．３＜Ｗ＜６．５
であると好適である。

上述した本発明によれば、熱処理時間を直接の要素に持たずに、グリーンチップに所望の硬度を与える熱処理を行うことができる。

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、この発明に係る積層電子部品の製造方法を、積層セラミックコンデンサの製造に適用した実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。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、本実施の形態に係る製造方法を適用する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誘電体基体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。誘電体基体３は後述するように複数の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２つの内部電極５、７は、延在位置が互い違いになるように配置され、誘電体基体３を構成する誘電体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。

誘電体基体３の対向する側面には外部電極としての端子電極９、１１が設けられている。内部電極５は、このうちの端子電極９に導通されており、内部電極７は端子電極１１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、ステップＳ１として、グリーンシート積層体を形成・用意する。グリーンシート積層体の形成態様としては、特に限定はされないが、図２にその一例を示す。

まず、可撓性のあるＰＥＴフィルムの上面に、セラミック粉末、バインダ（ブチラール）、溶剤及び可塑剤（ＤＯＰ）などを少なくとも含む誘電体ペーストを塗布し、さらに、それを乾燥して、厚さ１．５μｍほどのグリーンシートを形成する。誘電体ペーストの塗布においては、例えば、ドクターブレード又は押出ヘッド等を用いることができる。

続いて、乾燥されたグリーンシートの上面に、内部電極５、７を形成するための導電ペーストを複数部分に分離して配置する。導電ペーストは、導電体粉末、バインダ（エチルセルロース）及び溶剤などを少なくとも含み、例えば、スクリーン印刷法やグラビア印刷法によって印刷される。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。

そして、上記のようにして内部電極５、７が上面に形成されたグリーンシートを、複数枚、積層する。かかる積層は、内部電極５、７の位置が交互にずれる態様で行われる。なお、積層における最上部と最下部には、内部電極５、７を含まず複数のグリーンシートを積層した保護層を設けておく。本実施の形態では、積層総数は３６０層である。

このようにして、複数のグリーンシートの間に少なくとも一つの導電層が介在されて構成されるグリーンシート積層体が得られる。なお、上述したペーストの配置方法に関しては、誘電体ペースト、導電ペーストのそれぞれにつき、既存の方法である塗布、印刷、転写などの方法は勿論、それ以外の如何なる方法を用いてもよい。

また、乾燥と積層との関係についても上記の例に限定されるものではない。つまり、上記のように、内部電極５、７が設けられたグリーンシートを乾燥させたものを複数用意し、それらをまとめて積層させることは勿論、より下層を構成するものから順次、対応する誘電体ペーストや導電ペーストを塗布等して乾燥することを繰り返し、結果的にグリーンシート積層体を構成するような積層態様であってもよい。要するに、最終的に、複数のグリーンシートの間に少なくとも一つの導電層が介在されて構成されるグリーンシート積層体が得られる態様であれば特定の態様に限定されるものではない。

次に、ステップＳ２として、グリーンシート積層体を、製品として適切な大きさのグリーンチップへと裁断する。より詳細には、ステップＳ１で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。

次に、ステップＳ３として、裁断された複数のグリーンチップに対して、熱処理を施す。かかる熱処理は、ペーストに含まれている可塑剤成分を揮発させ、グリーンチップに適当な硬度を与えるための、固化乾燥処理である。

ステップＳ４として、第１バレル研磨を行う。第１バレル研磨は、いわゆる湿式バレル研磨であり、バレル漕中に研磨用メディア、コンパウンド及びグリーンチップ等を入れ、回転、振動などによりグリーンチップと研磨用メディアとに相対運動を生じさせて加工する。これによって、直方体状のグリーンチップの角が予め程よく丸められ、後の製造過程中にグリーンチップに欠けや剥がれなどが発生するのを防止することができる。

次に、ステップＳ５として、脱バインダ処理及び焼成（焼結）処理を行う。すなわち、グリーンチップに対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、焼成を行う。

さらに、ステップＳ６として、第２バレル研磨を行う。かかるバレル研磨は、グリーンチップの端面に全ての内部電極５、７の端部が確実に露出することを企図し、端子電極９、１１と内部電極５、７との接続性をより確実にするために行われる。さらに、ステップＳ７として、端子電極９、１１を形成して、積層セラミックコンデンサを得る。

ここで、本発明者らが調査したところ、ステップＳ３の熱処理工程において、熱処理時間や熱処理温度の如何によっては、熱処理工程又は第１バレル研磨以降の工程で、グリーンチップの層間が剥離するデラミネーションが生じることがある。また、グリーンチップの構成成分のうち可塑剤は、その種類毎に、熱処理時間によってグリーンチップ外への揮発の度合いが異なる。すなわち、熱処理温度プロファイルが同じであっても、可塑剤によって、チップ外への揮発を始めるタイミングや、揮発量の分布が異なる。このため、グリーンチップに所望の硬度を与える一貫した制御は容易ではない。

そこで、本発明では、ステップＳ３として、加熱保持温度とグリーンチップの重量変化との相関関係で定まる熱処理条件に基づいて、熱処理を行う。まず、このような熱処理条件の意味について説明する。

本発明者らは、加熱保持温度と、グリーンチップの重量変化率とをそれぞれパラメーターとして、デラミネーションの発生頻度を調べたところ、表１の結果を得た。

表１中における縦の並びは、グリーンチップの重量変化率であって、熱処理前のグリーンチップの重量をＷ１とし、熱処理後のグリーンチップの重量をＷ２とした場合、
（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１
で与えられる値である。重量変化率（重量減少率）の変化範囲は、０．２〜６．５［ｗｔ％］である。

また、表１中における横の並びは、熱処理における加熱保持温度を表している。熱処理の温度プロファイルは、昇温勾配域、トップ温度保持域、降温勾配域からなり、そのトップ温度保持域における一定温度が、加熱保持温度である。加熱保持温度の変化範囲は、１００〜２２０［℃］である。

さらに、各重量変化率と各加熱保持温度とが交差する欄に、対応するデラミネーションの発生頻度［％］が示されている。

かかる表１から分るように、加熱保持温度が１００［℃］及び１２０［℃］の条件では、重量変化率が０．２〜６．５［ｗｔ％］の範囲において、デラミネーションは全く発生しなかった。加熱保持温度が１３０［℃］の条件では、重量変化率が６．５［ｗｔ％］に達した場合に、デラミネーションの発生頻度は１［％］であるという結果を得られた。以降、加熱保持温度が高くなるに従って、より少ない重量変化率の状態からデラミネーションが発生してくることが分る。

このような表１の結果を、グラフに表現したものが図３である。好適な例として、デラミネーションの発生頻度が１［％］以下をキープできるような条件を求めるべく、デラミネーションの発生頻度が１［％］であるポイントを連ねた関係を求めると、指数関数曲線として得られ、
Ｙ＝Ａ・ｅｘｐ（−Ｂｔ＋Ｃ）
となる。
ここで、各符号の意味は、
Ｙ：グリーンチップの重量変化率
ｔ：加熱保持温度［℃］
Ａ、Ｂ、Ｃ：定数
となる。

よって、デラミネーションの発生頻度が１［％］以下をキープできるような、熱処理条件は、
０＜Ｙ≦Ａ・ｅｘｐ（−Ｂｔ＋Ｃ）
となる。

なお、下限条件０＜Ｙについては、可塑剤を含むペーストからなるグリーンチップに熱処理を施す以上、グリーンチップの重量減少が生じることは必然のことであり、単にそれを明示した条件である。

本発明では、このような熱処理条件に基づいた熱処理を施すことによって、まず、グリーンチップにおけるデラミネーションの発生を所望の割合に確実に低減することができる。さらに加えて、熱処理時間を処理条件の直接の要素に持たないため、可塑剤の種類に拘わらず一貫した熱処理制御によって一定の熱処理効果が常に保障される。

次に、本発明に係る積層電子部品の製造方法の、改変した実施の形態について説明する。この実施の形態は、先に既に述べた実施の形態において、熱処理前のグリーンチップ中の可塑剤の含有量について特定したものである。本発明者らは、可塑剤の含有量と、積層後のシート密着性及び金型分離性との関係を調べた。その結果を、表２に示す。

表２における上段は、熱処理前のグリーンチップに包含される可塑剤の含有量［ｗｔ％］を示す。表２の中段は、積層されているシート同士の密着性について示す。「○」は密着性が良好であり、「×」はシート間の密着性の低下が生じたことを示している。さらに、表２の下段は、グリーンシート積層体を載置するのに用いた金型からの、当該グリーンシート積層体の分離性について示している。「○」はグリーンシート積層体が金型から良好に分離できた場合を示し、「×」は金型への付着が生じた場合を示す。

表２の結果から分るように、熱処理前のグリーンチップに包含される可塑剤の含有量が０．３［ｗｔ％］以下の場合には、シート間の密着性の低下が生じることがある。一方、可塑剤の含有量が６．５［ｗｔ％］以上の場合には、金型へのグリーンシート積層体の付着が生じることがあった。

そこで、改変した実施の形態では、熱処理前のグリーンチップにおける可塑剤の含有量Ｗ［ｗｔ％］を、
０．３＜Ｗ＜６．５
とした。

このように本実施の形態では、熱処理前のグリーンチップにおける可塑剤の含有量の条件を加味しながら重量変化率を決定し、上述した熱処理条件を実施することによって、シート密着性及び金型分離性を良好に保ちながら、可塑剤の種類を問わない一貫した熱処理制御による一定の熱処理効果を獲得することができる。

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、さらに種々の改変した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。すなわち、複数のグリーンシートの間に少なくとも一つの導電層が介在されているグリーンシート積層体を用いて製造されるものであれば広く適用することができ、例えば、インダクタ、ＬＣフィルタ、アレイ部品等に適用することもできる。

本発明の実施の形態に係る製造方法を適用する積層セラミックコンデンサの断面図である。 本発明の実施の形態に係る製造方法の工程を説明する図である。 デラミネーションの発生頻度が１％以下となる加熱保持温度と、グリーンチップの重量変化率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 積層セラミックコンデンサ（積層電子部品）
３ 誘電体基体
５、７ 内部電極

Claims (3)

1. 複数のグリーンシートの間に少なくとも一つの導電層が介在されて構成されるグリーンシート積層体を用意し、
   前記グリーンシート積層体を所定の大きさのグリーンチップに裁断し、
   前記グリーンチップに熱処理を施し
   熱処理後の前記グリーンチップをバレル研磨するステップを含み、
   前記熱処理は、加熱保持温度と前記グリーンチップの重量変化との相関関係で定まる熱処理条件に基づいて行われるものであって、前記グリーンチップの重量変化率が高くなるほど加熱保持温度を下げるように行われ、
   前記重量変化は、前記熱処理前のグリーンチップの重量をＷ１とし、前記熱処理後のグリーンチップの重量をＷ２とした場合、
   （Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１
   で与えられる重量変化率において、その変化範囲は０．２〜６．５［ｗｔ％］に設定され、
   前記加熱保持温度は、昇温勾配域、トップ温度保持域、降温勾配域を含む熱処理の温度プロファイルにおいて、トップ温度保持域における一定温度であって、その変化範囲は１００〜２２０［℃］に設定される、
   ことを特徴とする積層セラミックコンデンサの製造方法。
2. 複数のグリーンシートの間に少なくとも一つの導電層が介在されて構成されるグリーンシート積層体を用意し、
   前記グリーンシート積層体を所定の大きさのグリーンチップに裁断し、
   前記グリーンチップに熱処理を施し、
   熱処理後の前記グリーンチップをバレル研磨するステップを含み、
   前記熱処理に当たり、加熱保持温度と、グリーンチップの重量変化率とをそれぞれパラメーターとして得られるデラミネーションの発生頻度を調べておき、
   前記重量変化率は、前記熱処理前のグリーンチップの重量をＷ１とし、前記熱処理後のグリーンチップの重量をＷ２とした場合、
   （Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１
   で与えられる値であって、その変化範囲は０．２〜６．５［ｗｔ％］に設定され、
   前記加熱保持温度は、昇温勾配域、トップ温度保持域、降温勾配域を含む熱処理の温度プロファイルにおいて、トップ温度保持域における一定温度であって、その変化範囲は１００〜２２０［℃］に設定され、
   前記熱処理は、前記重量変化率の前記変化範囲と、前記加熱保持温度の前記変化範囲との相関関係で定まる領域であって、前記デラミネーションの発生頻度１％以下をキープできる領域内で行われる、
   ことを特徴とする積層セラミックコンデンサの製造方法。
3. 前記熱処理前の前記グリーンチップにおける可塑剤の含有量Ｗ［ｗｔ％］は、
   ０．３＜Ｗ＜６．５
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層セラミックコンデンサの製造方法。

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