JP6189742B2 - 積層型電子部品およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層型電子部品およびその製造方法に関する。

従来より、複数のセラミック層と複数の内部電極層とを交互に積み重ねた後、一体的に焼成して作製された積層型の電子部品が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような積層型電子部品において、例えば、コンデンサは、近年の携帯電話に代表される小型の電子機器への対応から、さらなる小型化および高容量化が要求されてきている。また、圧電素子においても低い電圧で大きな変位量が得られるように圧電体層の薄層化が求められている。

ところが、セラミック層および内部電極層の積層数が、例えば数百層にも及ぶ積層型電子部品においては、セラミック層および内部電極層の双方が薄層化されているために、セラミック層の厚みに対する内部電極層の厚みの比率が大きくなっていることから、内部電極層の厚みに起因する段差が大きくなり、このような内部電極層の段差によりセラミック層と内部電極層との界面にデラミネーションが発生しやすいという問題がある。その原因は、内部電極層とセラミック層とが例えば金属とセラミックスというように材質が全く異なるため接着し難いことや、内部電極層とセラミック層との熱膨張係数が大きく異なるため、温度変化において内部電極層とセラミック層との収縮量の差により歪みが大きくなるからである。

特開２０１１−１２９８４１号公報

従って、本発明の目的は、セラミック層および内部電極層を多層化してもデラミネーションが発生する可能性を低減することのできる積層型電子部品およびその製造方法を提供することにある。

本発明の積層型電子部品は、セラミック層と内部電極層とが交互に積層された電子部品本体を備えている積層型電子部品であって、前記セラミック層は、その主面が、一対の長辺および一対の短辺を有する矩形状であり、前記主面において、前記長辺と前記短辺とを結ぶように、かつ互いに平行になるように配置された溝部を有しており、前記内部電極層
の一部が前記溝部を埋めるように配置されていることを特徴とする。

本発明の積層型電子部品の製造方法は、表面に、平行な斜線柄または交差した斜線柄に形成された螺旋状の凹溝部にセラミックスラリを溜めたロール部材を用いて、主面上に斜め方向に互いに平行に配置される溝部を有するセラミックグリーンシートを形成する工程と、該セラミックグリーンシートの前記主面に内部電極パターンを形成して、該内部電極パターンの一部が前記溝部を埋めるように配置されたパターンシートを形成する工程と、前記パターンシートを複数層重ねて電子部品本体成形体を形成する工程と、前記電子部品本体成形体を焼成して電子部品本体を形成する工程と、を具備してなることを特徴とする。

本発明によれば、セラミック層および内部電極層を多数積層しても、デラミネーション
が発生する可能性を低減することのできる積層型電子部品およびその製造方法を得ることができる。

（ａ）は、本発明の積層型電子部品の一実施形態を示す外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）におけるＣ部分の拡大図、（ｄ）は内部の平面図である。 本発明の積層型電子部品の他の態様を示すもので、セラミック層の表面に形成された溝部が交差した形状であることを示す平面模式図である。 セラミックグリーンシートを形成するための塗工機用のロール部材の模式図であり、（ａ）は、ロール部材の表面が平行な斜線柄を有するもの、（ｂ）は交差した斜線柄を有するものである。

図１（ａ）は、本発明の積層型電子部品の一実施形態を示す外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）におけるＣ部分の拡大図、（ｄ）は内部の平面図である。

本発明の積層型電子部品の一例として、以下のように積層型のコンデンサを例にして説明する。

本実施形態の積層型電子部品は、図１（ａ）に示すように、電子部品本体１の対向する両端部に外部電極３を有している。電子部品本体１は、図１（ｂ）に示すように、セラミック層５と内部電極層７とが交互に複数層に亘って積層された構成となっている。内部電極層７は外部電極３側に延出されて外部電極３に接続されている。

本実施形態の積層型電子部品では、図１（ｃ）に示すように、セラミック層５が、その主面５ａにおいて、斜め方向に互いに平行に配置された溝部９を有している。また、内部電極層７は、その一部が溝部９を埋めるように配置されている。

これによりセラミック層５と内部電極層７との間の接合を強固にすることができるとともに、内部電極層７を介して配置されたセラミック層５同士の接合性をも高めることが可能となり、デラミネーションの発生を抑えることができる。

通常、電子部品本体１にデラミネーションが発生する場合に、大きな力が作用する方向は、図１（ｃ）に示すように、電子部品本体１（またはセラミック層５）の端面１ａや側面１ｂに対して垂直な方向と考えられている。

本実施形態の積層型電子部品では、セラミック層５の主面５ａに形成された溝部９が矩形状のセラミック層５の主面５ａ上において斜めの方向に並ぶように配置されていることから、溝部９とこれを埋めるように形成された内部電極層７とが強固に接着し、デラミネーションを発生させる方向に向かう力を止めるようにはたらくものと考えられる。

セラミック層５の主面５ａ上に形成された溝部９がセラミック層５の主面５ａ上において斜めの方向に平行に並んでいる構造の場合には、溝部９の向いている方向が電子部品本体１（またはセラミック層５）の端面１ａや側面１ｂに対して垂直な方向になる部分がほとんど無い。つまり、デラミネーションが発生しやすい方向（図１（ｄ）において、１ａ（５Ａ）の矢印の方向または１ｂ（５Ｂ）の矢印の方向）に対して、溝部９の方向がいずれも角度θだけ違う方向を向いているためである。ここで、図１（ｄ）においてセラミック層５内の破線は内部電極層７の領域を示すものであり、その破線近傍を含む外側の領域
がセラミック層５の周縁部５Ａに相当する。

また、セラミック層５の主面５ａに溝部９が形成されていると、内部電極層７がその溝部９に沿ったように重なることから、主面５ａが平坦なセラミック層５上に形成される内部電極層７よりも溝部９の凹凸の分だけ内部電極層７の面積が大きくなり、これにより積層型電子部品の静電容量を高めることもできる。

ここで、セラミック層５に溝部９が形成されている状態とは、セラミック層５の主面５ａに光を当てて電子顕微鏡観察したときに、多数の平行な斜線が観察され、走査型電子顕微鏡によって電子部品本体１の断面を観察したときに、セラミック層５の主面５ａに、０．１μｍ以上の段差のある溝部９が繰り返されている状態が観察される場合をいう。なお、本実施形態の積層型電子部品の場合、内部電極層７の主面を観察したときにも、セラミック層５の主面５ａの形状を反映した模様が見える場合があり、これによってもセラミック層５の溝部９の有無を判断することができる。また、内部電極層７の一部が溝部９を埋めるという状態は、電子部品本体１を断面視したときに、内部電極層７の表面からその内部電極層７の一部が凸状に飛び出してセラミック層５の溝部９に入り込んでいる状態を言う。

この場合、溝部９間のセラミック層５は山形状になっていることが望ましい。つまり、セラミック層５を断面視したときに、セラミック層５の主面５ａ側がのこぎり歯のような形状であるのが良い。セラミック層５の主面５ａに形成された溝部９が近接して平坦な面を介さずにのこぎり歯のように凹凸が交互に並ぶように配置される形状であると、セラミック層５の主面５ａに食い込む内部電極層７の面積比率が高まることから、両層間の結合がさらに強化され、デラミネーションの発生する割合をさらに低減することが可能になる。この場合、内部電極層７の面積がさらに広くなることから、静電容量のさらなる向上が図れる。

また、本実施形態の積層型電子部品では、溝部９がセラミック層５の周縁部５Ａ間を渡るように形成されていることが望ましい。セラミック層５の主面５ａに形成された溝部９がセラミック層５の対向する辺（長辺同士、短辺同士）および隣接する辺（長辺と短辺）を結ぶように周縁部５Ａにも形成されていると、デラミネーションの起点となりやすい積層型電子部品１の表層部１ａ付近を強化することができ、これによりデラミネーションの低減とともに、表層部１ａで起こりやすい欠けやクラックなども低減することが可能となる。

図２は、本発明の積層型電子部品の他の態様を示すもので、セラミック層５の主面５ａに形成された溝部９が交差した形状であることを示す平面模式図である。

図２に示すように、本実施形態の積層型電子部品では、溝部９がセラミック層５の主面５ａ上で交差した形状を有していることが望ましい。セラミック層５の主面５ａに形成された溝部９が交差するような形状であると、一つの方向に向いた溝部９ａに対して平行な方向から力がはたいたときにも、交差した他方向に向いた溝部９ｂが溝部９ａに平行な方向に向かう力に対してそれを止めるようにはたらくこととなり得る。これにより電子部品本体１はさらにデラミネーションに対して耐性が高くなり、セラミック層５および内部電極層７が薄層化された積層型電子部品により好適なものとなる。

次に、本実施形態の積層型電子部品を製造する方法についてコンデンサを例にして説明する。図３は、セラミックグリーンシートを形成するための塗工機用のロール部材１１の模式図であり、（ａ）はロール部材１１の表面が平行な斜線柄を有するもの、（ｂ）は交差した斜線柄を有するものである。

まず、セラミック層５の材料として、誘電体粉末を準備し、これに有機ビヒクルを加えてセラミックスラリを調製する。次に、調製したセラミックスラリを、図３（ａ）に示すロール部材１１を備えた塗工機によりセラミックグリーンシートを作製する。このとき、ロール部材１１の表面には螺旋状の凹溝部１３（図３では、螺旋状の線間が凹溝部１３となる）が形成されており、この凹溝部１３にセラミックスラリを溜め、ロール部材１１を有機フィルム上を回転させて移動させることにより、図１（ｄ）に示した模様を有するセラミックグリーンシートが形成される。なお、図３（ｂ）に示すロール部材を用いたときには、図２に示すような模様を有するセラミックグリーンシートが形成される。

次に、セラミックグリーンシートの溝部を有する主面側に電極ペーストを印刷して矩形状の内部電極パターンの形成されたパターンシートを形成する。このとき、セラミックグリーンシートの溝部には電極ペーストの金属粉末が入り込んでいるものとなっている。

次に、パターンシートを複数層重ねてコア積層体を形成し、次いで、このコア積層体の上下面に電極パターンを形成していないセラミックグリーンシートを所定の枚数だけ重ね、加圧加熱処理を行って電子部品本体１となる生の成形体を複数個有する母体積層体を形成する。

次に、この母体積層体を切断することにより電子部品本体成形体にする。次に、作製した電子部品本体成形体を所定の条件にて焼成することにより電子部品本体１を作製する。次に焼成により得られた電子部品本体１の内部電極層７が露出した端面を含む端部に外部電極３を形成して積層型電子部品を完成させる。

こうして得られた積層型電子部品は、セラミックグリーンシートを形成する際に、ロール部材１１を用いて塗布膜を形成する方法を採用し、そのロール部材１１として、その表面に斜めの方向に向くように形成された凹溝部１３を有するものを用いているために、焼成後においてもセラミックグリーンシートの焼結体であるセラミック層５の主面５ａには、成形時の溝形状が残り、こうして図１（ｄ）に示すような表面形状を有するセラミック層５を備えた積層型電子部品を形成することができる。

以上はコンデンサを例に説明したが、本発明はコンデンサに限らず、アクチュエータ、インダクタおよびフィルタなど、セラミック層５と内部電極層７とが多層に積層された他の積層型電子部品にも幅広く適用することができる。この場合、アクチュエータ、インダクタおよびフィルタなどを製造する場合には、それぞれに適用されるセラミック層５用の材料および内部電極層７の材料ならびに製造方法を適用することは言うまでもない。

以下、具体的に積層型のコンデンサを作製して本発明の効果を確認した。まず、セラミック層用の誘電体粉末として、チタン酸バリウム粉末、ＭｇＯ粉末、Ｙ_２Ｏ_３粉末、ＭｎＣＯ_３粉末およびガラス粉末を混合したものを調製した。次いで、この誘電体粉末を直径５ｍｍのジルコニアボールを用いて、溶媒としてトルエンとアルコールとからなる混合溶媒を添加し湿式混合した。

次に、湿式混合した粉末を、ポリビニルブチラール樹脂を溶解させたトルエンおよびアルコールの混合溶媒中に投入し、直径５ｍｍのジルコニアボールを用いて湿式混合してセラミックスラリを調製し、図３（ａ）（ｂ）に示したロール部材を供えた塗工機により厚みが約４μｍのセラミックグリーンシートを作製した。このとき、溝部の間隔の異なる２種のロールを用いた。こうして得られたセラミックグリーンシートは、溝部がセラミックグリーンシートの周縁部間を渡すように形成されていた。

次に、このセラミックグリーンシートの溝部の形成された表面にＮｉ粉末を含む電極ペーストを印刷して電極パターンを有するパターンシートを形成した。こうして得られたパターンシートはセラミックグリーンシートの表面の溝部にＮｉ粉末が入り込んでいる状態であった。

次に、電極パターンを有するパターンシートを複数層重ね、次いで、この積層体の上下面にそれぞれ電極パターンを形成していないセラミックグリーンシートを重ね、加圧加熱処理を行って電子部品本体となる積層体を複数個有する母体積層体を形成した。この後、この母体積層体を、所定の寸法に切断して電子部品本体成形体を形成した。電子部品本体成形体における内部電極層の積層数は１４７層とした。

次に、作製した電子部品本体成形体を大気中にて脱脂した後、水素−窒素の混合ガス雰囲気にて酸素分圧が１０^−８Ｐａの条件にて焼成し、電子部品本体を作製した。最高温度は表１に示すように、１１５０〜１２１０℃とした。最高温度での保持時間を２時間とした。作製した電子部品本体のサイズは１００５型に相当するものであり、そのサイズはおおよそ、０．９５ｍｍ×０．５０ｍｍ×０．５０ｍｍであった。また、セラミック層の平均厚みは２．０μｍ、積層部の中央に位置する内部電極層の１層の平均厚みｔは０．８μｍであった。

なお、電子部品本体から得られる静電容量の設計値（セラミック絶縁体層を挟んで内部電極層が上下で重なっている有効面積の領域に空隙が無い状態で発現する静電容量）は１．１μＦと見積もった。

次に、作製した電子部品本体に窒素雰囲気中（酸素分圧：１０^−６Ｐａ）、９００〜１０００℃で５時間の熱処理を行った。

次に、作製した電子部品本体にバレル研磨処理を行い、電子部品本体の端面に内部電極層を十分に露出させた。

次に、バレル研磨した電子部品本体の端部に銅ペーストを塗布し、約８００℃、酸素分圧を１Ｐａ、最高温度の保持時間を０．２時間とする条件で加熱して外部電極を形成した。

次に、この外部電極の表面に、順に、電解めっき法によりＮｉメッキ膜およびＳｎメッキ膜を形成して積層型のコンデンサを作製した。

次に、作製した積層型のコンデンサについて以下の評価を行った。

セラミック層の主面における溝部の形成状態は、積層型電子部品をセラミック層の主面に平行になるように割って、露出させたセラミック層の表面に光を当てて顕微鏡観察することにより判定した。このとき、コンデンサの断面を走査型電子顕微鏡によって観察することにより溝部の深さと内部電極層の密着した状態を評価した。図３（ａ）（ｂ）のロールを備えた塗工機により作製したセラミックグリーンシートを用いて作製したセラミック層には、いずれも深さが０．１μｍ以上となる溝部が形成されていた。また、内部電極層はその溝部の凹凸に沿って這うように密着した状態であることが観察された。

静電容量は温度２５℃、周波数１．０ｋＨｚ、測定電圧を１Ｖｒｍｓとして測定し、その平均値を求めた。試料数は各３０個とした。

デラミネーションの評価は、ΔＴ＝３００℃（例えば、温度差が室温（２５℃）に対して、はんだ槽の温度が３２５℃）およびΔＴ＝３５０℃の条件ではんだ槽に１秒間浸漬した後の外観を観察して評価した。試料数は各１００個とした。

比較例として、ドクターブレード法により作製したセラミックグリーンシートを適用した積層型電子部品を上記と同様に作製し、評価した。この場合のセラミックグリーンシートは表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．０５μｍ以下であった。

表１の結果から明らかなように、斜線柄を有するロールを備えた塗工機を用いて作製したセラミックグリーンシートを適用して形成したコンデンサの試料（試料Ｎｏ．２〜５は、いずれもドクターブレード成形したセラミックグリーンシートを用いて作製したコンデンサに比較して静電容量が高く、また、デラミネーションの発生個数も少ないものであった。

溝部の凹凸の間隔を狭くして断面形状がのこぎり歯状である試料（試料Ｎｏ．３、５）は、これよりも溝部の間隔の広い試料（試料Ｎｏ２、４）に比較して高容量であり、また、デラミネーションの発生個数が少なかった。

また、溝部を表面上で交差した形状とした試料（試料Ｎｏ．４、５）は、溝部が斜め方向のみの試料（試料Ｎｏ．２、３）に比較して、高容量であり、デラミネーションの発生個数が少なかった。

１・・・・・・・・電子部品本体
１ａ・・・・・・・（電子部品本体の）表層部
３・・・・・・・・外部電極
５・・・・・・・・セラミック層
５ａ・・・・・・・（セラミック層の）主面
５Ａ・・・・・・・（セラミック層の）周縁部
７・・・・・・・・内部電極層
９、９ａ、９ｂ・・溝部
１１・・・・・・・ロール部材
１３・・・・・・・凹溝部

Claims (4)

1. セラミック層と内部電極層とが交互に積層された電子部品本体を備えている積層型電子部品であって、前記セラミック層は、その主面が、一対の長辺および一対の短辺を有する矩形状であり、前記主面において、前記長辺と前記短辺とを結ぶように、かつ互いに平行になるように配置された溝部を有しており、前記内部電極層の一部が前記溝部を埋めるように配置されていることを特徴とする積層型電子部品。
2. 前記溝部が、前記主面上で、一つの方向に向いた第１の溝部と、該第１の溝部に対し交差して他の方向に向いた第２の溝部とを有していることを特徴とする請求項１に記載の積層型電子部品。
3. 前記第１の溝部または前記第２の溝部の間が山形状になっていることを特徴とする請求項２に記載の積層型電子部品。
4. 表面に、平行な斜線柄または交差した斜線柄に形成された螺旋状の凹溝部にセラミックスラリを溜めたロール部材を用いて、主面上に斜め方向に互いに平行に配置される溝部を有するセラミックグリーンシートを形成する工程と、
   該セラミックグリーンシートの前記主面に内部電極パターンを形成して、該内部電極パターンの一部が前記溝部を埋めるように配置されたパターンシートを形成する工程と、
   前記パターンシートを複数層重ねて電子部品本体成形体を形成する工程と、
   前記電子部品本体成形体を焼成して電子部品本体を形成する工程と、
   を具備してなることを特徴とする積層型電子部品の製造方法。