(57)【要約】【課題】電極の焼成収縮による電気的な接続性の低下を抑制する。【解決手段】積層セラミック素子の製造方法において、複数のセラミックグリーンシートを用意する工程は、樹脂シート３１と、前記樹脂シートに穴を形成して前記穴に導電材を充填した充填電極２３と、を有する充填電極用樹脂シート３０を用意する工程を備える。成形体５０は、少なくとも一方の主面に形成された表面電極２５ａと、前記成形体の主面から内部へ配置され、一端が表面電極と接続されている接続電極２４と、を有している。表面電極２５ａ上に、成形体主面上方からみた場合に充填電極２３が接続電極２４の少なくとも一部と重なるように成形することを特徴とする。【選択図】        図２
2010263001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック粉末と有機樹脂バインダーを含む複数のセラミックグリーンシートを用意する工程と、
前記複数のセラミックグリーンシートを積層及び圧着して成形体を成形する工程と、
前記成形体を焼成して積層セラミック素子を得る工程と、
を備える積層セラミック素子の製造方法において、
樹脂シートと、前記樹脂シートに穴を形成して前記穴に導電材を充填した充填電極と、を有する充填電極用樹脂シートを用意する工程をさらに備え、
前記成形する工程の前記成形体は、少なくとも一方の主面から内部へ配置されている接続電極を有しており、
前記成形体の前記主面上に、前記主面上方からみた場合に前記充填電極が前記接続電極の少なくとも一部と重なるように前記充填電極用樹脂シートを積層及び圧着して成形することを特徴とする、
積層セラミック素子の製造方法。
【請求項２】
前記成形する工程の前記成形体は、前記主面上に形成された表面電極を有し、前記接続電極は一端が前記表面電極と接続されており、
前記成形体の前記表面電極上及び前記主面上に前記充填電極用樹脂シートを積層及び圧着して成形する、
請求項１に記載の積層セラミック素子の製造方法。
【請求項３】
前記成形する工程の前記充填電極は、前記接続電極の焼成収縮分を補うように積層される、請求項１又は２に記載の積層セラミック素子の製造方法。
【請求項４】
前記成形する工程の前記充填電極は、前記主面上方からみた場合に前記接続電極の領域の中に位置している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層セラミック素子の製造方法。
【請求項５】
前記用意する工程は、前記複数のセラミックグリーンシートのうち所定のグリーンシートに穴を形成して、前記穴に導電材を充填してビアホール電極を形成する工程と、を備え、
前記成形する工程の前記接続電極は、前記ビアホール電極からなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層セラミック素子の製造方法。
【請求項６】
前記成形する工程の前記接続電極は前記成形体の側面に形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の積層セラミック素子の製造方法。
【請求項７】
前記成形する工程の前記成形体は内部電極を有しており、前記内部電極は前記接続電極と電気的に接続されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の積層セラミック素子の製造方法。
【請求項８】
前記成形する工程の前記接続電極は前記成形体の両主面に形成された表面電極と電気的に接続されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の積層セラミック素子の製造方法。
【請求項９】
前記成形する工程は、複数の前記成形体を敷粉入りグリーンシートを介して圧着する工程を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の積層セラミック素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック電子部品等に使用される積層セラミック素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セラミック電子部品に対する需要が高まるにつれて、積層構造のセラミック素子に対する需要が高まってきている。積層構造のセラミックス素子においては、内部電極を外部の電極と電気的に接続するために、ビアホール電極を用いる場合や、セラミック素子の側面に電極を形成する構造を取る場合がある。その際、電極の焼成時の収縮により、電極とセラミックの間にクラックが生じる問題や、電気的な接続性が低下する問題が生じる。
【０００３】
このような問題に鑑み、例えば、下記の特許文献１では、スルーホール充填部の亀裂の発生を抑制する導電材料が提案されている。図９のセラミック基板１００にはスルーホール充填部１１０が設けられており、スルーホール充填部１１０には貴金属材料にセラミック材料を添加したものが用いられている。これにより、焼成時における導電材料の収縮率がセラミック材料の収縮率に近づくので、スルーホール充填部の亀裂の発生を抑制できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９３２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法を用いたとしても、セラミック材料と電極との間の収縮率を完全に同じにすることはきわめて困難である。また、収縮率の差を小さくしたとしても、電極の体積が大きくなった場合には、導電材料の収縮が大きくなる。結果として、電極とセラミックの間のクラックや電気的な接続性の低下が発生する可能性が依然として残っていた。
【０００６】
本発明の目的は、上述した従来技術を鑑み、電極とセラミックの間のクラックの発生や電気的な接続性の低下を抑制することができる積層セラミック素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る積層セラミック素子の製造方法は、セラミック粉末と有機樹脂バインダーを含む複数のセラミックグリーンシートを用意する工程と、前記複数のセラミックグリーンシートを積層及び圧着して成形体を成形する工程と、前記成形体を焼成して積層セラミック素子を得る工程と、を備える積層セラミック素子の製造方法において、樹脂シートと、前記樹脂シートに穴を形成して前記穴に導電材を充填した充填電極と、を有する充填電極用樹脂シートを用意する工程をさらに備え、前記成形する工程の前記成形体は、少なくとも一方の主面から内部へ配置されている接続電極を有しており、前記成形体の前記主面上に、前記主面上方からみた場合に前記充填電極が前記接続電極の少なくとも一部と重なるように前記充填電極用樹脂シートを積層及び圧着して成形することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明では、前記成形する工程の前記成形体は、前記主面上に形成された表面電極を有し、前記接続電極は一端が前記表面電極と接続されており、前記成形体の前記表面電極上及び前記主面上に前記充填電極用樹脂シートを積層及び圧着して成形することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明では、前記成形する工程の前記充填電極は、前記接続電極の焼成収縮分を補うように積層されることを特徴としている。
【００１０】
この場合、充填電極が電極の焼成収縮による体積減少分を補うことで、電気的な接続性の低下を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明では、前記成形する工程の前記充填電極は、前記主面上方からみた場合に前記接続電極の領域の中に位置していることを特徴としている。
【００１２】
この場合、接続電極部分のはみ出しがなくなり、不要な電極部分の発生を防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明では、前記用意する工程は、前記複数のセラミックグリーンシートのうち所定のグリーンシートに穴を形成して、前記穴に導電材を充填してビアホール電極を形成する工程と、を備え、前記成形する工程の前記接続電極は、前記ビアホール電極からなることを特徴としている。
【００１４】
この場合、ビアホール電極の焼成収縮による体積減少分を補うことができる。
【００１５】
また、本発明では、前記成形する工程の前記接続電極は前記成形体の側面に形成されていることを特徴としている。
【００１６】
この場合、積層セラミック素子の側面の電極切れを防止することができる。
【００１７】
また、本発明では、前記成形する工程の前記成形体は内部電極を有しており、前記内部電極は前記接続電極と電気的に接続されていることを特徴としている。
【００１８】
この場合、内部電極との電気的な接続性の低下を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明では、前記成形する工程の前記接続電極は前記成形体の両主面に形成された表面電極と電気的に接続されていることを特徴としている。
【００２０】
この場合、積層セラミック素子の両主面の電気的な接続性の低下を抑制することができる。
【００２１】
また、本発明では、前記成形する工程は、複数の前記成形体を敷粉入りグリーンシートを介して圧着する工程を備えることを特徴としている。
【００２２】
この場合、複数の成形体を同時に焼成することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る積層セラミック素子の製造方法では、接続電極の焼成収縮を見込んで、充填電極を形成した充填電極用樹脂シートを予め積層圧着して成形した後に焼成する。充填電極の存在により、接続電極の焼成収縮による不足分を補うことが可能となる。それにより、電気的な接続性の低下を抑制することができ、接続電極のクラックも防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の積層セラミック素子の製造工程を示す断面図である。（第１の実施形態）
【図２】本発明の積層セラミック素子の製造工程を示す断面図である。（第１の実施形態）
【図３】本発明の積層セラミック素子の製造工程を示す断面図である。（第２の実施形態）
【図４】本発明の積層セラミック素子の製造工程を示す断面図である。（第２の実施形態）
【図５】本発明の第２の実施形態で得られた積層セラミック素子を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態で得られた積層セラミック素子を示す斜視図である。
【図７】本発明の積層セラミック素子の製造工程を示す断面図である。（実験例１）
【図８】従来の積層セラミック素子の製造工程を示す断面図である。（実験例１）
【図９】従来のセラミック基板を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下において、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための形態について説明する。
〔第１の実施形態〕
図１、図２は第１の実施形態における積層セラミック素子の製造工程を示す断面図である。
【００２６】
まず、図１（Ａ）に示すように、セラミックグリーンシート１１を用意する。セラミックグリーンシート１１は、セラミック粉末と、有機樹脂バインダーを含んでおり、例えばドクターブレード法で形成される。セラミック粉末の種類は、積層セラミック素子の特性により選択される。例えば、圧電特性を有する積層セラミック素子を製造する場合には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛、ニオブ酸アルカリ等の圧電セラミックからなるセラミック粉末を用いることができる。
【００２７】
次に、図１（Ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート内に穴１２を形成する。穴は、パンチングやレーザー加工等で形成する。
【００２８】
そして、図１（Ｃ）に示すように、穴にビアホール電極２１を充填する。その後に、図１（Ｄ）に示すように、セラミックグリーンシート１１の一方の主面に面電極２２を形成する。電極の形成方法はスクリーン印刷等で可能である。また、図１（Ｄ）では面電極２２はセラミックグリーンシートの一方の主面にのみ形成されているが、両主面に面電極を形成することもできる。また、上記と逆に、面電極２２→ビアホール電極２１の順に形成することもできる。また、面電極２２の形成後に穴を形成して、穴に導電材を充填することも可能である。ビアホール電極２１と面電極２２は別々に形成しても良いし、一括に形成しても良い。また、穴の形成や導電材の充填は、積層、圧着後に行うことも可能である。
【００２９】
ビアホール電極２１と面電極２２は銀、パラジウム、銅、ニッケル等、セラミックと焼成して導電性が確保できる金属が望ましい。ビアホール電極の直径は、１０μｍ〜２００μｍが望ましい。ビアホール電極の直径が１０μｍ未満の場合には、電極の充填が難しく、電気的な接続が困難になるためである。また、２００μｍを超える場合には、セラミックと電極との収縮挙動差が大きくなりすぎて、クラック等が発生する場合があるためである。
【００３０】
そして、図１（Ｅ）に示すように、樹脂シート３１にも穴を形成して、樹脂シート３１と、穴に導電材を充填した充填電極２３と、を有する充填電極用樹脂シート３０を用意しておく。充填電極用樹脂シート３０の一方の主面には面電極２２が形成されている。電極の配置や表面電極の有無等により、面電極２２はなくとも良い。
【００３１】
図２（Ｆ）は、複数のセラミックグリーンシートを積層及び圧着して成形体５０を成形する工程である。図２（Ｆ）は、図１（Ｄ）で得られたセラミックグリーンシート１１を３枚と、図１（Ｅ）で得られた充填電極用樹脂シート３０を１枚重ねた例を示している。図１（Ｄ）と図１（Ｅ）で形成した面電極２２は、予め適宜パターニングをすることで、表面電極２５にもなりうるし、内部電極２６にもなりうる。そして、充填電極２３と樹脂シート３１とを有する充填電極用樹脂シートを複数のセラミックグリーンシートの上に重ねて積層及び圧着する。ビアホール電極２１は成形体主面上方からみて重なっており、接続電極２４を構成している。接続電極２４は、成形体５０の主面から内部へ配置されており、一端が表面電極２５ａと電気的に接続されている。また、接続電極２４は、内部電極２６及び成形体５０の他方の主面に形成されている表面電極２５ｂと、電気的に接続されている。そして、表面電極２５ａ上に、成形体主面上方からみた場合に充填電極２３が接続電極２４の少なくとも一部と重なるように積層及び圧着して成形体５０を成形する。これにより、接続電極２４が焼成時に収縮しても、充填電極２３は収縮により発生した不足分を補うことが可能となり、電気的な接続性の低下を抑制することができる。
【００３２】
本実施形態において、充填電極２３は、成形体主面上方からみた場合に、接続電極２４の領域の中に位置している。かかる場合には、充填電極２３が、接続電極２４の焼成収縮を補う際に接続電極２４の領域をはみ出すことがないため、不要な電極部分が発生しない。
【００３３】
図２（Ｇ）は、図２（Ｆ）で得られた成形体５０を焼成して得られた積層セラミック素子６０の図である。
【００３４】
成形体５０に存在していた樹脂シート３１は、成形体の焼成の際に消失する。また、充填電極２３がない場合には、接続電極２４の上部に、焼成収縮により凹部が発生する。しかしながら、本発明では充填電極２３が電極の焼成収縮による不足分を補うように配置されているため、接続電極２４の上部には凹部は発生しない。そのため、接続電極２４と表面電極２５ａとの電気的な接続性も低下しない。なお、充填電極の面積や厚みは、電気的な接続性を確保するように設計する必要がある。その範囲は、セラミック粉末、セラミックグリーンシートの厚み、電極の種類、表面電極の厚み、ビアホール電極の直径等、様々な因子の影響を考慮して決定する必要がある。充填電極の体積が大きい場合には、充填電極自体の収縮による亀裂やクラックの発生、電気特性の劣化等の不具合が生じるため、必要以上に大きくないことが望ましい。
【００３５】
また、本実施形態では、成形体の一方の主面上に充填電極を形成した例を記載したが、接続電極の電気的な接続性の低下を抑制するために、成形体の両主面に充填電極を形成することが好ましい。
〔第２の実施形態〕
図３、図４は第２の実施形態における積層セラミック素子の製造工程を示す断面図である。本実施形態と、第１の実施形態と共通の部分については、説明を省略する。
【００３６】
図３（Ａ）に示すように、セラミックグリーンシート１１を用意する。その後、図３（Ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート１１の一方の主面に、面電極２２を形成する。
【００３７】
そして、図３（Ｃ）に示すように、充填電極２３と樹脂シート３１とを有する充填電極用樹脂シートを複数のセラミックグリーンシートの上に重ねて積層及び圧着する。充填電極２３は表面電極２５の上部に形成されている。
【００３８】
そして、図４（Ｄ）に示すように、セラミックグリーンシートの積層及び圧着後に側面を切断する。切断は、充填電極２３にかかる位置で行う。
【００３９】
その後、図４（Ｅ）に示すように、切断した側面に、接続電極２４を形成する。接続電極２４はスクリーン印刷等で形成することができる。また、接続電極の形成は、切断後ではなく、積層前のシートや、積層、圧着後の段階で行うことも可能である。接続電極の幅は、スクリーン印刷で形成する場合には、１００μｍ〜５ｍｍが望ましい。１００μｍ未満の場合には電気的な接続が困難な場合があるためである。また、５ｍｍを超える場合には、セラミックと電極との収縮挙動が大きくなりすぎる結果、クラック等が発生する場合があるためである。
【００４０】
このようにして得られた成形体５０を焼成することにより、図４（Ｆ）のような積層セラミック素子６０が得られる。本実施形態では、接続電極２４が積層セラミック素子６０の側面に形成されている。この場合、充填電極がない場合に発生しうる、積層セラミック素子６０の辺部分に発生する電極切れを防ぐことができる。
【００４１】
図５は、本実施形態で得られた積層セラミック素子の例の斜視図を表す。また、図６は、本実施形態で得られた積層セラミック素子の他の例の斜視図を示す。図６のように、積層セラミック素子の接続電極部分が曲面であっても、充填電極を用いて電極切れを防ぐことが可能である。
【００４２】
本実施形態では、充填電極を形成後に、成形体側面に接続電極を形成する例を記載した。第１の実施形態のように、ビアホール電極からなる接続電極を先に形成しておき、接続電極が露出するように成形体側面を切断することで、成形体側面に接続電極を形成することも可能である。
〔実験例〕
〔実験例１〕
１００重量部のチタン酸ジルコン酸鉛系材料に対し、１０重量部のアクリル系の有機樹脂バインダー、１重量部の分散剤、０．５重量部の可塑剤、１５重量部の水を混合してスラリーを調製した。そのスラリーをドクターブレード法によりポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上に塗布することにより、厚さ２０μｍのセラミックグリーンシートを得た。次に、レーザー加工によりセラミックグリーンシートに直径５０μｍの貫通穴を形成した。そして、導電材をスクリーン印刷することにより、面電極とビアホール電極とを有するセラミックグリーンシートを得た。
【００４３】
次に、１００重量部のアクリル系の有機樹脂バインダー、１重量部の分散剤及び０．５重量部の可塑剤を混合することによりスラリーを調製した。そのスラリーをドクターブレード法によりＰＥＴフィルム上に塗布することにより、厚さ１５μｍの樹脂シートを得た。次にこの樹脂シートをレーザー加工し、直径５０μｍの貫通穴を形成した。そして、導電材をスクリーン印刷することにより、面電極と充填電極を有する充填電極用樹脂シートを得た。
【００４４】
次に、２０重量部のジルコニア粉末、１００重量部の有機樹脂バインダー、１重量部の分散剤及び０．３重量部の可塑剤を混合することによりスラリーを調製した。そのスラリーをドクターブレード法によりＰＥＴフィルム上に塗布することにより、厚さ１５μｍの敷粉入りグリーンシートを得た。
【００４５】
そして、図７に示すようにセラミックグリーンシートを６枚積層し、その両主面に充填電極用樹脂シートを積層した成形体５０が８個積み重なり、各成形体間に敷粉入りグリーンシート４１を介して圧着して約１．４ｍｍの厚みになるように成形した。そして２０ｍｍ×３０ｍｍのサイズに切断した。その後、１０００℃の温度で焼成して、剥離することにより内部電極を５層有する積層セラミック素子を得た。この積層セラミック素子を試料番号１の素子とする。また、比較のために、充填電極用樹脂シートがない成形体も作成した。図８にその断面図を示す。この積層セラミック素子を試料番号２の素子とする。
【００４６】
各積層セラミック素子について、素子両主面の電気的な導通の有無をテスターで評価した。各条件の積層セラミック素子１０枚を評価し、導通が取れたものを良品とし、導通が取れなかったものを不良品とした。試料番号１、２の評価結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2010263001.tif 000003
表１から明らかなように、接続電極の上部に充填電極を配した試料番号１の試料では、接続電極を介した積層セラミック素子の両主面の導通良品率が１００％であった。一方、充填電極がない試料番号２の試料では、導通良品率が０％となった。これは、試料番号１では焼成時の収縮による接続電極の体積減少分を充填電極で補うことで、電極の凹部の発生による導通不良を抑制できたためと考えられる。
〔実験例２〕
実験例２では、素子側面に接続電極を有する積層セラミック素子を作製した。
【００４８】
まず、実験例１と同様に、セラミックグリーンシートを用意した。実験例１と異なり、ビアホール電極は形成しなかった。
【００４９】
次に、実験例１と同様に、面電極と充填電極とを有する充填電極用樹脂シートを得た。次に、実験例１と同様に、敷粉入りグリーンシートを得た。
【００５０】
そして、実験例１と同じ層数を積層及び圧着し、各成形体間に敷粉入りグリーンシート４１を介して圧着して約１．４ｍｍの厚みになるように成形した。そして充填電極の中心を通るように２０ｍｍ×３０ｍｍのサイズに切断した。その後スクリーン印刷により、充填電極にかかるように、成形体側面に幅１ｍｍの接続電極を形成した。また、比較のために、充填電極用樹脂シートがない成形体も作成した。
【００５１】
その後、実施例１と同様の方法で焼成して積層セラミック素子を得た。そして、実施例１と同じ評価を行った。表２にその結果を示す。
【００５２】
【表２】
2010263001.tif 000004
表２から明らかなように、接続電極の上部に充填電極を配した試料番号３の試料では、接続電極を介した積層セラミック素子の両主面の導通良品率が１００％であった。一方、充填電極がない試料番号４の試料では、導通良品率が０％となった。これは、試料番号４では焼成時の収縮による接続電極の体積減少分を充填電極で補うことで、積層セラミック素子の辺部分に発生する電極切れを防ぐことができたためと考えられる。
【符号の説明】
【００５３】
１１：セラミックグリーンシート
１２：穴
２１：ビアホール電極
２２：面電極
２３：充填電極
２４：接続電極
２５，２５ａ，２５ｂ：表面電極
２６：内部電極
３０：充填電極用樹脂シート
３１：樹脂シート
４１：敷粉入りグリーンシート
５０：成形体
６０：積層セラミック素子
【図１】
2010263001.tif 000005
【図２】
2010263001.tif 000006
【図３】
2010263001.tif 000007
【図４】
2010263001.tif 000008
【図５】
2010263001.tif 000009
【図６】
2010263001.tif 000010
【図７】
2010263001.tif 000011
【図８】
2010263001.tif 000012
【図９】
2010263001.tif 000013