(57)【要約】【課題】電気泳動法より簡単で容易な絶縁層の形成方法と圧電セラミック積層体を提供する。【解決手段】レーザー光と、そのレーザー光で反応し、固着する絶縁性物質を用いることを特徴とする絶縁層の形成方法および圧電セラミック積層体を得る。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の内部電極層を有する圧電セラミック積層体の側面に露出する内部電極層上に絶縁層を形成する方法において、レーザー光と、そのレーザー光で反応し、固着する絶縁性物質を用いることを特徴とする絶縁層の形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の絶縁層の形成方法において、画像解析装置と前記画像解析装置に連動してレーザーを照射する照射装置を用いることを特徴とする絶縁層の形成方法。
【請求項３】
複数の内部電極層を有する圧電セラミック積層体において、前記内部電極層がそれぞれ対向電極となるように、二側面に露出した内部電極層上にそれぞれ一層置きに、絶縁物質をレーザー光で固着することにより絶縁層を形成し、前記絶縁層の上にそれぞれ外部電極を形成した構造を特徴とする圧電セラミック積層体。
【請求項４】
複数の内部電極層を有する圧電セラミック積層体において、一側面に露出した内部電極層上に絶縁物質をレーザー光で固着することにより、前記内部電極層の一部分に絶縁層を形成し、圧電セラミック積層体の一側面に極性の異なる内部電極層を露出させ、該異なる内部電極層にそれぞれ接続する異なる極性の外部電極を形成したことを特徴とする圧電セラミック積層体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電セラミック積層体の側面に露出した内部電極層の絶縁方法に関し、特に、任意に選択された内部電極層部分を電気的に絶縁する絶縁層の形成方法と圧電セラミック積層体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、積層セラミックコンデンサや積層圧電アクチュエータなど、積層セラミック電子部品の多くは、薄い電極を有するセラミック材料を何層も重ねた構造の積層体になっており、前記薄い電極には異なる電気極性の端子が順繰りに接続されている。このような構造の積層体を形成するには、次の２通りの方法がある。
【０００３】
一つは、「スタック法」などと呼ばれ、焼結したセラミックスの薄板と電極となる金属板などを順に重ねて、全体を接着する方法である。この方法では、積層体を作る前にセラミックスの薄板の品質をチェックできること、セラミックスの焼結温度の制限が無いこと、積層数の設計変更が容易であるなどの利点を持っている。しかし、セラミックスを薄く加工するには高度な加工技術が要求され、さらなる小型化、高出力化の要求への対応は困難である。
【０００４】
もう一つは、「一体焼結法」などと呼ばれ、セラミックスのグリーンシートに電極材のペーストを印刷し、それを複数層、積層、圧着一体化して焼結する方法である。この方法は、セラミックス１層の厚みを薄くでき、小型化、高出力化に向いている製造方法である。
【０００５】
前述の一体焼結法において、内部電極層が一層ずつ対向電極となるような構造には二種類がある。一つは、「部分内部電極層構造」と呼ばれる構造で、積層パターンと積層体断面構造を図７（ａ）、図７（ｂ）にそれぞれ示した。部分内部電極層構造では、内部電極の一辺または一部を欠いて積層体側面に内部電極層の未露出部を形成する方法である。この方法では、電極を欠いてしまうため、実質的な対向電極面積が減少するので、積層セラミック電子部品としての電気的特性が低下してしまうという問題点がある。
【０００６】
もう一つは、「全面内部電極層構造」と呼ばれる構造で、積層パターンと積層体断面構造を図８（ａ）、図８（ｂ）に示した。電極パターンは、積層体断面積と同一で、外部電極を形成する面に露出した、異なる極性の電極部分を絶縁体被膜で覆ってしまう方法である。この方法では、内部電極部分の欠損がないため、前記部分内部電極層構造のように電気的特性の低下が生じない構造である。付着させる絶縁材にはガラス粉末などが用いられ、付着後の熱処理によってガラス粉末を溶融、接着する。多くの場合、熱処理された絶縁層は、ガラスとセラミックス間の濡れ性と表面張力でドーム状に形成される。一層置きに絶縁処理した積層体の断面の拡大図を図９に示した。
【０００７】
しかる後に、前記全面内部電極層構造積層体では、前記絶縁層の上に、１層ごと露出した内部電極層と電気的導通を取る外部電極を形成する。外部電極の形成状態を図１０（ａ）に、内部電極層と外部電極の接続状態の拡大図を図１０（ｂ）にそれぞれ示した。現在、全面内部電極層構造の積層体を作製するには、帯電させた絶縁材料粉末を電気メッキのようにして内部電極層に付着させる電気泳動法が一般に用いられている。本技術に関する先行公知文献としては、特公昭６１−３２８３５号公報等がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記電気泳動法では、絶縁材を付着させたい内部電極層を電気的に選択するため、特定の内部電極層に針などで電気的接続をしたり、一旦、部分電極構造で積層体を作製し、絶縁層の形成後に不要になった部分電極部を切り落としたりする、多くの複雑な工程が必要になっている。
【０００９】
また、電気泳動処理中に泳動溶液内の絶縁材料粉末量が減少して行くため、連続して電気泳動処理すると電気泳動の印加電圧や通電時間に変更が必要であったり、大型の積層体の場合には絶縁材料の付着量に偏りが生じたり、作業者の経験により処理条件の調整が必要になる点も多くある。更に、セラミックスの材質や表面状態によって濡れ性が変わった場合には、ガラスの幅が広がってしまい絶縁に必要な厚みを確保できない場合もある。
【００１０】
以上のように、電気泳動法による絶縁層の形成技術は全面内部電極層構造の積層体に必要な技術であるが、均一な絶縁層の形成のためには、多くの複雑な工程や作業上の経験を必要としており、もっと簡単で容易な絶縁層の形成法が求められていた。即ち、本発明の課題は、電気泳動法に替わる簡単で容易な絶縁層の形成方法および圧電セラミック積層体を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の内部電極層を有する圧電セラミック積層体の側面に露出する内部電極層上に絶縁層を形成する方法において、レーザー光と、そのレーザー光で反応し、固着する絶縁性物質を用いることを特徴とする絶縁層の形成方法で、画像解析装置と前記画像解析装置に連動してレーザーを照射する照射装置を用いる事を特徴とする絶縁層の形成方法が得られる。
【００１２】
また、本発明によれば、複数の内部電極層を有する圧電セラミック積層体において、前記内部電極層がそれぞれ対向電極となるように、二側面に露出した内部電極層上にそれぞれ一層置きに、前記絶縁層の形成方法により絶縁層を形成し、前記絶縁層の上にそれぞれ外部電極を形成した構造を特徴とする圧電セラミック積層体や、一側面に露出した内部電極層上に、前記絶縁層の形成方法により、内部電極層の一部分に絶縁層を形成し、圧電セラミック積層体の一側面に極性の異なる内部電極層を露出させ、この内部電極層にそれぞれ接続する外部電極を形成したことを特徴とする圧電セラミック積層体が得られる。
【００１３】
本発明においては、散乱光が少なく直進性に優れたレーザー光を用いることで、ミクロンサイズの分解能で微小なスポット径を有するレーザー照射が可能であり、例えば、紫外線レーザーと、紫外線硬化樹脂とを用いることで容易に目的とする大きさの絶縁体を形成することが可能である。また、画像解析装置と前記画像解析装置に連動してレーザーを照射する照射装置を用いることにより、圧電セラミック積層体の側面に露出した内部電極層を拡大画像処理し、絶縁処理する内部電極層を正確に位置決めし、レーザー光を照射することが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
本実施の形態１による絶縁層の形成の工程のフローチャートを図４に示す。装置の構成は、画像認識装置とそれに連動する最大出力６ｍＪの紫外線レーザー照射機、紫外線硬化樹脂の塗布にスピンコーターを用い、絶縁層を構成する紫外線硬化樹脂には、紫外線硬化エポキシ樹脂を用いた。図４に示したように、まず、圧電セラミック積層体の絶縁体を形成する面を洗浄処理し、スピンコーターに圧電セラミック積層体をセットし、紫外線硬化樹脂を絶縁層が必要な厚みで塗布する。塗布上がりの圧電セラミック積層体の断面拡大図を図１（ａ）に示した。
【００１６】
次に、画像認識装置で内部電極層位置を認識し、紫外線レーザーを照射する。照射のモデルの断面拡大図を図１（ｂ）に示した。圧電セラミック積層体の反対側の面に同様に絶縁層を形成する。絶縁層を形成したくない部分には、紫外線レーザーを照射せず、余分な紫外線硬化樹脂を洗浄、除去する。本実施の形態では、二面で、長さ５ｍｍの内部電極層を１２０本絶縁する処理時間として、２時間を要した。また、本実施の形態の方法で形成される絶縁層の幅寸法は、紫外線レーザーのスポット径で調節が可能で、実際の幅寸法は５０ミクロンから２５０ミクロンまでの範囲で調節が出来た。また、絶縁層の高さは、スピンコーターで塗布する紫外線硬化樹脂の厚さで調整することが可能で、実際の高さ寸法は３０ミクロンから１２０ミクロンまでの範囲で調節が出来た。
【００１７】
（実施の形態２）
画像認識装置とそれに連動する複数の紫外線レーザー照射機において、複数の低出力レーザー光が交差した部分のみで紫外線硬化樹脂が硬化するよう、紫外線レーザーのエネルギーを調整した。紫外線硬化樹脂には、紫外線硬化エポキシ樹脂を用いた。工程のフローチャートは図４と同じである。まず、圧電セラミック積層体の絶縁層を形成する面を洗浄処理し、スピンコーターに圧電セラミック積層体をセットし、紫外線硬化樹脂を絶縁層が必要な厚み以上で塗布する。塗布上がりの圧電セラミック積層体の断面拡大図を図２（ａ）に示した。
【００１８】
次に、画像認識装置で内部電極層位置を認識し、紫外線レーザーを二方向から照射する。照射のモデルの断面拡大図を図２（ｂ）に示した。圧電セラミック積層体の反対側の面に同様に絶縁層を形成する。紫外線レーザーにより固着されない余分となる紫外線硬化樹脂を洗浄、除去する。本実施の形態では、二面で、長さ５ｍｍの内部電極層を１２０本絶縁する処理時間として、２．５時間を要した。また、本実施の形態の方法で形成される絶縁層の幅と高さと幅寸法は、紫外線硬化樹脂の塗布厚に関わらず、紫外線レーザーのスポット径で調節可能で、実際の幅寸法は３０ミクロンから１５０ミクロンまでの範囲で、高さ寸法は３０ミクロンから１００ミクロンまでの範囲で調節が出来た。
【００１９】
（実施の形態３）
画像認識装置とそれに連動する最大出力６ｍＪの紫外線レーザー照射機、紫外線硬化樹脂の塗布にスピンコーターを用い、紫外線硬化樹脂には、紫外線硬化エポキシ樹脂を用いた。本実施の形態３の絶縁層の形成の工程のフローチャートを図５に示す。まず、圧電セラミック積層体の絶縁層を形成する面を洗浄処理し、スピンコーターに試料をセットし、紫外線硬化樹脂を絶縁層が必要な厚みで塗布する。
【００２０】
次に、画像認識装置で内部電極層位置を認識し、内部電極層位置の一部に紫外線レーザーを照射し、各内部電極層が層毎に交互の方向で１層の長さの約１／３の内部電極層を露出させた状態で絶縁層を形成した。次に、余分な紫外線硬化樹脂を洗浄、除去する。絶縁層３３を形成した状態を図３（ａ）に示した。本実施の形態では、一面で、長さ５ｍｍの内部電極層を１２０本絶縁する処理時間として、１．５時間を要した。更に、絶縁層を設けた側面上に一対の外部電極を形成し、積層セラミック電子部品を試作した。試作した積層セラミック電子部品を図３（ｂ）に示した。
【００２１】
図３（ｂ）に示したように、本実施の形態では一面に異なる極性の外部電極を形成することができるため、実施の形態１、実施の形態２のように反対側に絶縁材を形成する必要が無く、絶縁材形成工程時間がより短縮されると共に、リード線接続などの後工程が容易な全面内部電極型積層セラミック電子部品を提供できる。
【００２２】
（比較例）
比較例として、従来の工程例のフローチャートを図６に示した。まず、製品サイズより一回り大きな、部分内部電極層構造の圧電セラミック積層体を作製し、部分内部電極層に接続する仮外部電極を塗布後、温度５５０度、時間３０分の焼き付け処理を行う。次に、圧電セラミック積層体の絶縁体を形成する面を洗浄処理し、それ以外の面にはマスキングを行う。次に、外部電極に電極を接続し、電気泳動槽内に浸漬して５分間の電気泳動を行う。次に、均一に必要量の絶縁材が付着したことを確認後、温度６００度、４時間の熱処理を行う。反対側の面を同様に電気泳動を行い、熱処理する。しかる後に、不要となった部分電極部を切り落として洗浄する。本工程で要する処理時間は、１２時間である。
【００２３】
本発明の実施の形態と比較例の絶縁材形成工程に要した時間を表１に示した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１から明らかに、本発明による実施の形態では、絶縁層を形成する工程に要する時間が、従来の比較例の１／５〜１／８に大きく短縮されており、簡易な工程で絶縁処理が可能なことが分かる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、積層セラミック積層体の絶縁材形成工程にレーザー光と、そのレーザー光で反応し、固着する絶縁性物質を利用することで、従来の電気泳動法に比べて容易な絶縁層の形成方法の提供が可能であると共に、従来の電気泳動法では不可能な、一側面に異なる極性の外部電極を形成し取り回しが容易な積層体が得られるため、より低コストで特性低下のない全面内部電極層構造を用いた圧電セラミック積層体の提供が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を示す図。図１（ａ）は、実施の形態１の紫外線硬化樹脂塗布上がりの圧電セラミック積層体の断面拡大図、図１（ｂ）は、実施の形態１の紫外線レーザー照射のモデルの断面拡大図。
【図２】実施の形態２を示す図。図２（ａ）は、実施の形態２の紫外線硬化樹脂塗布上がりの圧電セラミック積層体の断面拡大図、図２（ｂ）は、実施の形態２の紫外線レーザーの二方向照射のモデルの断面拡大図。
【図３】実施の形態３を示す図。図３（ａ）は、実施の形態３の絶縁層を形成した状態図、図３（ｂ）は、実施の形態３で試作した積層セラミック電子部品を示す図。
【図４】実施の形態１と実施の形態２の工程のフローチャート。
【図５】実施の形態３の工程のフローチャート。
【図６】従来の工程例のフローチャート。
【図７】部分内部電極構造の説明図。図７（ａ）は、部分内部電極層構造の積層パターンを示す図、図７（ｂ）は、部分内部電極層構造の積層体断面構造図。
【図８】全面内部電極構造の説明図。図８（ａ）は、全面内部電極層構造の積層パターンを示す図、図８（ａ）は、全面内部電極層構造の積層体断面構造図。
【図９】全面内部電極層構造の一層置きに絶縁処理した積層体の断面の拡大図。
【図１０】従来の全面内部電極層構造の説明図。図１０（ａ）は、全面内部電極層構造積層体の外部電極の形成状態図、図１０（ｂ）は、全面内部電極層構造積層体の内部電極層と外部電極の接続状態の拡大図。
【符号の説明】
１１，２１，３１，９１，１０１，１０２　　圧電セラミックス
１２，２２，３２，８１，９２　　内部電極層
１３，２３　　塗布した紫外線硬化樹脂
１４　　紫外線レーザー照射により硬化した樹脂部
１５　　紫外線レーザー照射
１６，２６，９４　　絶縁層幅寸法
１７，２７　　絶縁層高さ寸法
２４　　二方向紫外線レーザー照射により硬化した樹脂部
２５　　二方向紫外線レーザー照射
３３，８２　　絶縁層
３４，１０４　　外部電極
７１　　内部電極層パターン
７２　　内部電極欠損部
７３，８３　　内部電極パターン
９３，１０３　　ガラス絶縁層
９５　　絶縁層寸法
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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