(57)【要約】【課題】セラミックグリーンシートの最適な組成を容易かつ迅速に決定することのできる積層セラミック部品の製造方法を提供する。【解決手段】セラミック粉末とバインダー溶液とを混合してセラミックグリーンシートを成形し、該セラミックグリーンシートを積層して圧着させた後に、所望の形状に切断して焼成する積層セラミック部品の製造方法において、ある組成になるように調整したセラミック粉末およびバインダー溶液を混合してセラミックグリーンシートを成形した後に、該セラミックグリーンシートの動的粘弾性を測定し、該動的粘弾性測定から得られる損失正接に基づいてセラミックグリーンシートの組成を決定する。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック粉末とバインダー溶液とを混合してセラミックグリーンシートを成形し、該セラミックグリーンシートを積層して圧着させた後に、所望の形状に切断して焼成する積層セラミック部品の製造方法において、
ある組成になるように調整したセラミック粉末およびバインダー溶液を混合してセラミックグリーンシートを成形した後に、該セラミックグリーンシートの動的粘弾性を測定し、該動的粘弾性測定から得られる損失正接に基づいてセラミックグリーンシートの組成を決定することを特徴とする積層セラミック部品の製造方法。
【請求項２】
前記損失正接の最大値が３０℃から６０℃の温度範囲内に入るようにセラミックグリーンシートの組成を決定することを特徴とする請求項１に記載の積層セラミック部品の製造方法。
【請求項３】
前記請求項１または２に記載されたセラミックグリーンシートの組成になるようにセラミック粉末およびバインダー溶液を調整・混合して成形したことを特徴とするセラミックグリーンシート。
【請求項４】
前記請求項３に記載されたセラミックグリーンシートを積層して作製したことを特徴とする積層セラミック部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層セラミック部品の製造方法、およびこの製造方法によるセラミックグリーンシート並びにこのセラミックグリーンシートにより作製された積層セラミック部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、セラミックの特性を生かしたコンデンサやインダクタ（コイル）などの積層セラミック部品が知られており、この積層セラミック部品は、セラミック粉末とバインダー溶液とを混合して成形したセラミックグリーンシートを積層して圧着させた後に、所望の形状に切断して焼成することにより作製する。
【０００３】
具体的には、積層セラミック部品は、図５に示す製造工程により作製するのが一般的である。まず、所望の特性を発現するように調整したセラミック粉末と、所望の物性となるように調整したバインダー溶液とを混合し（ステップＳ１〜Ｓ３）、薄いシート（フィルム）状のセラミックグリーンシートに成形してパンチングした後に（ステップＳ４、Ｓ５）、そのセラミックグリーンシートの表面上に電極ペーストを印刷して所定のパターン形状の内部電極となる導電膜を形成する（ステップＳ６、Ｓ７）。次いで、その内部電極の位置が所定の位置関係になるようにそのセラミックグリーンシートを積層（仮スタック）して圧着（ラミネート）させた後に（ステップＳ８、Ｓ９）、所望の形状（サイズ）になるように切断する（ステップＳ１０）。次いで、その切断品の脱バインダー処理を行った後に焼成する（ステップＳ１１、Ｓ１２）。この後に、その焼成品内の内部電極に導通するように端子電極ペーストを塗布して端子電極を形成し（ステップＳ１３、Ｓ１４）、その端子電極の焼付けと共に（ステップＳ１５）、半田付け性を確保するための電気めっきを行った後に（ステップＳ１６）、電気特性などのテストを行って（ステップＳ１７）、製品とする。
【０００４】
このような積層セラミック部品の製造方法は、例えば、特許文献１に記載されている。この公報には、５℃〜３５℃におけるセラミックグリーンシートの応力−歪曲線を測定して、４つの条件のいずれかを満たすセラミックグリーンシートの組成を採用することにより、焼成後におけるデラミネーション（層間剥離現象）などの内部欠陥が発生しないようにすることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１５８１３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、セラミックグリーンシートとしては、焼成前においても常温におけるハンドリング性などに優れ、焼成後にもデラミネーションなどの欠陥が生じ難いものが好ましい。
【０００７】
このことから、従来は、ある組成のセラミックグリーンシートを作製する度に（一組成毎に）、セラミック粉末の粒径、表面積、表面状態などによりバインダー溶液の樹脂の吸着量や濡れ性が変化してしまうことから、その積層条件のパラメータを変化させた試作を行って、最適な製造条件を確認する作業が必要であった。
【０００８】
【表１】
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例えば、表１に示すように、ラミネート温度を６０℃、７０℃、８０℃とする一方、ラミネート圧力を３０ＭＰａ（メガパスカル）、４０ＭＰａ、６０ＭＰａとした結果、ラミネート温度６０℃／ラミネート圧力３０ＭＰａが最もよい結果であったとする。しかし、これでは最適条件か否かの判断をすることができず、再度、パラメータを変えての試作を行う必要がある。また、積層結果ではよい結果であったが、常温では伸びが大きく、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムからの剥離特性がよくない場合もある。
【０００９】
このように、この試作試験は、最適な条件の傾向も判らないままでの試行錯誤の連続であるため、セラミックグリーンシートの組成を容易かつ迅速に決定することができない。このため、変形や割れなどが生じるセラミックグリーンシートの組成・条件のまま製造を継続してコスト高になってしまったり、開発期間が長期化してしまう、という問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、セラミックグリーンシートの最適な組成を容易かつ迅速に決定することのできる積層セラミック部品の製造方法を提供することを目的とする。また、これにより、焼成前におけるハンドリング性などに優れたセラミックグリーンシートや、積層セラミック部品の短期間の開発を実現することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の積層セラミック部品の製造方法は、セラミック粉末とバインダー溶液とを混合してセラミックグリーンシートを成形し、該セラミックグリーンシートを積層して圧着させた後に、所望の形状に切断して焼成する積層セラミック部品の製造方法において、ある組成になるように調整したセラミック粉末およびバインダー溶液を混合してセラミックグリーンシートを成形した後に、該セラミックグリーンシートの動的粘弾性を測定し、該動的粘弾性測定から得られる損失正接に基づいてセラミックグリーンシートの組成を決定することを特徴としている。
【００１２】
この発明では、成形したセラミックグリーンシートの動的粘弾性を測定するだけで、その動的粘弾性測定から得られる損失正接により、そのセラミックグリーンシートの軟化温度などの物性を把握することができ、そのセラミックグリーンシートが焼成前のハンドリング性などに優れているか否かを判断することができる。例えば、損失正接の最大値が３０℃から６０℃の温度範囲内に入るセラミックグリーンシートの組成が作製に適していると判断して決定することにより、すなわち、損失正接の最大値が３０℃から６０℃の温度範囲内に入るようにセラミックグリーンシートの組成を調整することにより、焼成前においても常温におけるハンドリング性などに優れ、焼成後にもデラミネーションなどの欠陥が生じ難いセラミックグリーンシートを作製することができる。したがって、積層セラミック部品を製造するのに最適なセラミックグリーンシートの組成を迅速かつ容易に決定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１〜図４は本発明に係る積層セラミック部品を作製する製造方法の一実施形態を示す図である。なお、本実施形態では、従来技術で説明したのと同様の製造工程によりセラミックグリーンシートや積層セラミック部品を作製するので、その製造工程フロー図を参照して説明する。
【００１４】
図１において、積層セラミックインダクタ１０は、セラミック磁性体層１１、内部電極１２および端子電極１３などにより構成されている。この積層セラミックインダクタ１０を製造する際のハンドリング性や歩留まりなどは、セラミック磁性体層１１の焼成する前のセラミックグリーンシートの物性により大きく左右される。このため、積層セラミックインダクタ１０を製造する際には、積層セラミックインダクタ１０として必要な特性を発現する組成にするとともに、セラミックグリーンシートとしても最適な組成にすることも重要である。ここで、本実施形態では、積層セラミックインダクタ１０を積層セラミック部品の一例として説明するが、これに限るものではなく、例えば、積層セラミックコンデンサなどにも適用可能なことは言うまでもない。
【００１５】
本実施形態においては、このセラミックグリーンシートの組成は、図２に示す手順（方法）に従って決定する。
【００１６】
まず、図５に示す工程図と同様に、セラミック磁性体層１１を構成するセラミック粉末を調整して準備するとともに（ステップＳ２１）、そのセラミック粉末を成形・積層体とするために必要な可塑剤などのバインダー溶液を調整して準備し（ステップＳ２２）、これらのセラミック粉末およびバインダー溶液を混合してセラミックグリーンシートを成形する（ステップＳ２３、Ｓ２４）。
【００１７】
次いで、セラミックグリーンシートの組成を決定する際には、成形したセラミックグリーンシートの動的粘弾性を測定し（ステップＳ２５）、この動的粘弾性測定から得られる損失正接（ｔａｎδ）の最大値（ｍａｘ）によりセラミックグリーンシートの軟化温度などの物性を把握して、その損失正接の最大値（ｔａｎδｍａｘ）がどのような温度範囲に入っているか否かに応じて、セラミックグリーンシートの組成が適正であるか否か（調整が必要であるか否か）を評価する（ステップＳ２６）。
【００１８】
このステップＳ２６において、図３に示すように、その損失正接の最大値が３０℃〜６０℃の温度範囲内に入っている場合には、セラミックグリーンシートの組成は適正であると評価することができる。この場合、セラミックグリーンシートは、ガラス転移温度や塑性特性などが最適になって、焼成前における常温でのハンドリングが容易になり、また、積層不良の発生を少なくすることができる。すなわち、この測定結果のときには、適正なセラミックグリーンシートの組成であると評価して、このときの組成に決定し、図５に示す製造工程に従ってセラミックグリーンシートの作製を開始し、積層セラミックインダクタ１０の製造を進める。
【００１９】
一方、図４（ａ）に示すように、その損失正接の最大値が３０℃よりも低い場合には、セラミックグリーンシートの組成は調整が必要であると評価する。この場合、セラミックグリーンシートは、常温付近で粘性が高くなってしまい、べたついてハンドリングが悪く、また、過剰な変形による内部電極１２のパターンずれなどの積層不良が発生し易い。すなわち、この測定結果のときには、適正なセラミックグリーンシートの組成ではないと評価して、セラミックグリーンシートを硬くするように組成を調整し、同様にステップＳ２１〜Ｓ２６を繰り返してセラミックグリーンシートの組成の最適化処理を行う。
【００２０】
また、図４（ｂ）に示すように、その損失正接の最大値が６０℃よりも高い場合にも、セラミックグリーンシートの組成は調整が必要であると評価する。この場合、セラミックグリーンシートは、軟化する温度が高すぎて、常温付近では弾性率が高くなってしまい、可塑性が悪いために積層不良が発生し易い。すなわち、この測定結果のときには、適正なセラミックグリーンシートの組成ではないと評価して、セラミックグリーンシートを軟らかくするように組成を調整し、同様にステップＳ２１〜Ｓ２６を繰り返してセラミックグリーンシートの組成の最適化処理を行う。
【００２１】
このように本実施形態においては、従来のようにバインダー溶液の溶剤の種類や量を試行錯誤で変更して絞り込むような煩雑で時間の掛かる作業を行う必要がなく、動的粘弾性測定を行うことでセラミックグリーンシートの軟化温度などの物性を把握することにより、その軟化温度などに応じたセラミックグリーンシートの組成における過不足を判断して所望の物性になるようにセラミックグリーンシートの組成を容易に調整することができる。したがって、圧着不良や変形などの積層欠陥が少なく、常温でのハンドリング性に優れたセラミックグリーンシートの組成を迅速かつ容易に決定することができ、これにより、短期間かつ安価に積層セラミック部品を開発することができる。
【００２２】
次に、本実施形態を実施した際の実施例を説明する。なお、ここでは磁性体としてＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトのセラミック磁性体層１１を作製する場合を説明するが、これに限るものではなく、また、ここでの組成比に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００２３】
（実施例１）
まず、セラミック粉末原材料として、Ｆｅ２Ｏ３（三二酸化鉄）４８モル％、ＺｎＯ（酸化亜鉛）２４モル％、ＮｉＯ（酸化ニッケル）１８モル％、ＣｕＯ（酸化銅）１０モル％の比率となるようにそれぞれを秤量（調整）してボールミル内に仕込んで１５時間の湿式混合を行った後に、その混合物を乾燥・粉砕した粉末を８００℃で１時間仮焼する。次いで、その仮焼物（粉末）をボールミル内で１５時間湿式粉砕した後に乾燥して解砕することによりフェライト粉末（セラミック粉末）を得る（ステップＳ２１）。
【００２４】
一方、バインダー溶液原料として、バインダー（ポリビニルブチラール系樹脂）１４重量％、トルエン２０重量％、エタノール２０重量％、ＭＥＫ４０重量％、可塑剤（フタル酸エステル系）１重量部、分散剤（トリオレイン）１重量部の比率となるようにそれぞれを秤量して（ステップＳ２２）、先に準備しておいたフェライト粉末に加えて、ボールミル内で１５時間湿式混合を行ってスラリーとする（ステップＳ２３）。
【００２５】
次いで、得られたスラリーをドクターブレード法により厚さが２０μｍと薄いフィルム状の長尺なシートに成形して、フェライトグリーンシート（セラミックグリーンシート）を作製する（ステップＳ２４）。
【００２６】
この後には、フェライトグリーンシートのキャリアシートから幅５ｍｍで長さ２０ｍｍのサンプル（試験片）を切り出して動的粘弾性測定機にセットし、炉内温度を−５０℃〜８０℃まで変化させて損失正接（ｔａｎδ）を測定する（ステップＳ２５）。そして、この測定結果によりこの組成でのフェライトグリーンシートの評価を行う（ステップＳ２６）。
【００２７】
この組成でのフェライトグリーンシートのｔａｎδが最大（ｍａｘ）となる温度は６５℃であった。このフェライトグリーンシートは、常温での強度が高く、可撓性が小さいことからキャリアフィルム（ＰＥＴフィルム）の剥離が発生し易く、積層時の貼り合わせ性も悪かった。このことから、フェライトグリーンシートの軟化温度を下げる（軟らかくする）ために、可塑剤を増量するグリーンシートの組成の調整が必要なことが判る。なお、積層テストは、圧力４０ＭＰａ、温度７０℃、時間２分の条件で行った。
【００２８】
（実施例２）
実施例１の組成のうち、バインダー溶液原料の可塑剤（フタル酸エステル系）を５重量部としたスラリーからフェライトグリーンシートを作製し、同様に、損失正接（ｔａｎδ）を測定し評価する（ステップＳ２１〜Ｓ２６）。
【００２９】
この組成でのフェライトグリーンシートのｔａｎδが最大（ｍａｘ）となる温度は２０℃であった。このフェライトグリーンシートは、常温ではべたつきが発生して、圧着性には優れるが、積層時には内部電極パターンに変形が生じてしまった。このことから、フェライトグリーンシートの軟化温度を上げる（硬くする）ために、可塑剤を減量するグリーンシートの組成の調整が必要なことが判る。
【００３０】
（実施例３）
実施例１の組成のうち、バインダー溶液原料の可塑剤（フタル酸エステル系）を２重量部としたスラリーからフェライトグリーンシートを作製し、同様に、損失正接（ｔａｎδ）を測定し評価する（ステップＳ２１〜Ｓ２６）。
【００３１】
この組成でのフェライトグリーンシートのｔａｎδが最大（ｍａｘ）となる温度は５０℃であった。このフェライトグリーンシートは、常温でべたつくこともなく、可撓性に優れ、積層テストにおいて圧着不良が発生することもなかった。
【００３２】
このように、ｔａｎδｍａｘの温度が３０℃よりも低い場合にはグリーンシートの軟化が生じる一方、ｔａｎδｍａｘの温度が６０℃よりも高い場合にはグリーンシートの硬化が生じることが判る。すなわち、ｔａｎδｍａｘの温度が３０℃〜６０℃の範囲内になるようにグリーンシートの組成を調整し決定することで、常温でのハンドリング性に優れて、圧着不良の少ないグリーンシートを作製することができる。
【００３３】
ここで、この実施例においては、ＴＡインスツルメント社製２９８０ＤＭＡを用いて、振動周波数１Ｈｚ、昇温速度３℃／分の条件で動的粘弾性を測定し、得られたデータから損失正接（ｔａｎδ）のピーク温度（ｍａｘ）を求めた。この損失正接のピーク温度は、そのｔａｎδの値の温度に対する変化量（曲線）の第１次微分値が零となる温度のことである。損失正接のピーク温度は、主に、グリーンシートに含まれるバインダー溶液のガラス転移温度と可塑剤の添加量によって変化する。
【００３４】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、成形したセラミックグリーンシートの動的粘弾性を測定するだけで、その動的粘弾性測定から得られる損失正接により、そのセラミックグリーンシートの軟化温度などの物性を把握することができ、例えば、その動的粘弾性測定による損失正接の最大値が３０℃から６０℃の温度範囲内に入るようにセラミックグリーンシートの組成を調整することにより、焼成前に欠陥が生じ難く、また、常温におけるハンドリング性に優れたセラミックグリーンシートを作製することができる。したがって、作製するのに最適なセラミックグリーンシートの組成を迅速かつ容易に決定することができ、これにより、焼成前におけるハンドリング性などに優れたセラミックグリーンシートや、安価な積層セラミック部品を短期間に開発することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層セラミック部品の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る積層セラミック部品の製造方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図３】そのセラミックグリーンシートのある組成での特性を示すグラフである。
【図４】そのセラミックグリーンシートのある組成での特性を示すグラフである。
【図５】その積層セラミック部品の製造工程を示すフロー図である。
【符号の説明】
１０　　積層セラミックインダクタ
１１　　セラミック磁性体層
１２　　内部電極
１３　　端子電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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