(57)【要約】【課題】上パンチの圧力を被積層体に均一且つ十分に伝えることができ、且つ被積層体の温度が過剰に上昇することを防止できる熱圧着装置を提供する。【解決手段】下パンチ部４上に載置させた被積層体２と上パンチ部３との間に、セラミックグリーンシート１２が貼着されているキャリアフィルム１１を配置させた上、加熱圧着板３２の上方に冷却部材３３を配置させてなる上パンチ部３の加熱圧着板３２より熱を発生させながら、キャリアフィルム１１を上パンチ部３で下パンチ部４側へ加圧することによりセラミックグリーンシート１２を被積層体２に熱圧着させた後、上パンチ部３の冷却部材３３によって上パンチ部３の加熱圧着板３２を冷却するとともに、上パンチ部３を下パンチ部４より遠ざけることによってキャリアフィルム１１をセラミックグリーンシート１２より剥離させる熱圧着装置であって、上パンチ部３の加熱圧着板３２と冷却部材３３との間に、２５℃におけるヤング率が０．０１Ｎ・ｍ−２〜１５Ｎ・ｍ−２の緩衝材３４を介在させている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱圧着板の上方に冷却部材を配置させてなる上パンチ部と、被積層体を支持する下パンチ部とを備え、
前記下パンチ部上に載置させた被積層体と上パンチ部との間に、セラミックグリーンシートが貼着されているキャリアフィルムを該キャリアフィルムが上パンチ部側となるように配置させた上、前記上パンチ部の加熱圧着板より熱を発生させながら、前記キャリアフィルムを前記上パンチ部で前記下パンチ部側へ加圧することによりセラミックグリーンシートを被積層体に熱圧着せしめ、しかる後、上パンチ部の冷却部材によって上パンチ部の加熱圧着板を冷却するとともに、該上パンチ部を下パンチ部より遠ざけることによって前記キャリアフィルムをセラミックグリーンシートより剥離させるようになした熱圧着装置であって、
前記上パンチ部の加熱圧着板と冷却部材との間に、２５℃におけるヤング率が０．０１Ｎ・ｍ−２〜１５Ｎ・ｍ−２の緩衝材を介在させたことを特徴とする熱圧着装置。
【請求項２】
前記緩衝材がシート状をなしており、かつ該緩衝材の外周部をその全体にわたって前記被積層体に対する上パンチ部の加圧領域よりも外側に位置させたことを特徴とする請求項１に記載の熱圧着装置。
【請求項３】
前記冷却部材が、熱伝導率９０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の金属材料から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱圧着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば積層セラミックコンデンサ、積層セラミック基板などの積層セラミック部品を製造するために、セラミックグリーンシートを熱圧着するための熱圧着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば積層セラミックコンデンサのような積層セラミック部品を製造しようとするとき、まず、各種セラミック誘電体粉末、樹脂バインダー及び溶剤からなるスラリー状の組成物をコーティング法などにより薄膜に成形してセラミックグリーンシートを形成する。次に、そのセラミックグリーンシートの表面にスクリーン印刷機でＰｄ、Ａｇ、Ｎｉなどの金属粉を含む導電材ペーストを印刷−乾燥して導体パターンを多数形成する。そして、このセラミックグリーンシートを打ち抜き、積み重ねることで積層体を形成する。
【０００３】
このとき、図２に示すように、加熱圧着板３２の上方に冷却部材４３を配置させてなる上パンチ部３と、被積層体２を支持する下パンチ部４とを備え、下パンチ部４上に載置させた被積層体２と上パンチ部３との間に、セラミックグリーンシート１２が貼着されているキャリアフィルム１１をキャリアフィルム１１が上パンチ部３側となるように配置させた上、上パンチ部３の加熱圧着板３２より熱を発生させながら、キャリアフィルム１１を上パンチ部３で下パンチ部４側へ加圧することによりセラミックグリーンシート１２を被積層体２に熱圧着させ、この後、上パンチ部３の冷却部材４３によって上パンチ部３の加熱圧着板３２を冷却するとともに、上パンチ部３を下パンチ部４より遠ざけることによってキャリアフィルム１１をセラミックグリーンシート１２より剥離させるようにした熱圧着装置が特許文献１に開示されている。
【０００４】
この特許文献１によれば、キャリアフィルム１１に支持されたセラミックグリーンシート１２及び導体パターン１３からなる積層物１を用いるために、たわまずに積層物１を圧着することが可能になる。また、被積層体２の表面に載置し、加圧圧着しながら加熱、冷却するので、積層物１を加熱することでキャリアフィルム１１とセラミックグリーンシート１２の境界部における圧着力を弱め、続いて冷却硬化することで被積層体２とセラミックグリーンシート１２との境界部の圧着力を強めることができ、これにより、キャリアフィルム１１とセラミックグリーンシート１２の圧着力よりも被積層体２とセラミックグリーンシート１２の圧着力の方が強くなり、セラミックグリーンシート１２をキャリアフィルム１１から剥離するのに十分な圧着力を被積層体２の圧着面に得ることができるものである。その結果、剥離不良なく、キャリアフィルム１１を剥離することが可能となる。
【０００５】
またこのとき、上パンチ部３の加熱圧着板３２と、Ｆｅなどの金属からなる冷却部材４３との間に、平滑性に優れた熱抵抗材料として、Ｐｂなどの金属、Ｓｉなどの樹脂、カーボンなどの焼結体からなる板状の緩衝材４４を介在させていた。このことにより、加熱の際には、上パンチ３の冷却部材４３に熱が逃げることなく、積層物１・被積層体２に適切な熱を伝達でき、冷却の際には、加熱されないので積層物１・被積層体２の熱を冷却部材４３に伝達できる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００３−１７３６３号公報  （３−５頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報において、冷却部材４３として金属を用いた場合、研磨などにより面精度を良好にするには限界があった。このため、緩衝材４４としてＰｂなどの金属やカーボンなどの焼結体を用いた場合、冷却部材４３の凹凸の影響で緩衝材４４が傾いてしまい、冷却部材４３の圧力を被積層体２に均一に伝えることができないという問題点があった。
【０００８】
一方、緩衝材４４として、Ｓｉなどの樹脂を用いた場合、冷却部材４３の圧力が分散してしまい、冷却部材４３の圧力を被積層体２に十分に伝えることができないという問題点があった。
【０００９】
また、板状の緩衝材４４を用いた場合、冷却部材４３からずれてしまうことがあった。これを防ぐために、緩衝材４４を接着剤４５などで冷却部材４３に貼り付けた場合、緩衝材４４表面を被積層体２に対して平行にするために、貼り付け後に緩衝材４４を研磨する必要があり、工程が長くなるとともに、研磨の際に緩衝材４４が熱膨張し、面精度が悪くなるという問題点や、接着剤４５に部分的に剥離が生じ、冷却部材４３の圧力を被積層体２に均一に伝えることができないという問題点があった。
【００１０】
さらに、冷却部材４３としてＦｅを用いた場合、十分に放熱されず、被積層体２の温度が過剰に上昇するという問題点があった。
【００１１】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、上パンチの圧力を被積層体に均一且つ十分に伝えることができ、且つ被積層体の温度が過剰に上昇することを防止できる熱圧着装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加熱圧着板の上方に冷却部材を配置させてなる上パンチ部と、被積層体を支持する下パンチ部とを備え、前記下パンチ部上に載置させた被積層体と上パンチ部との間に、セラミックグリーンシートが貼着されているキャリアフィルムを該キャリアフィルムが上パンチ部側となるように配置させた上、前記上パンチ部の加熱圧着板より熱を発生させながら、前記キャリアフィルムを前記上パンチ部で前記下パンチ部側へ加圧することによりセラミックグリーンシートを被積層体に熱圧着せしめ、しかる後、上パンチ部の冷却部材によって上パンチ部の加熱圧着板を冷却するとともに、該上パンチ部を下パンチ部より遠ざけることによって前記キャリアフィルムをセラミックグリーンシートより剥離させるようになした熱圧着装置であって、前記上パンチ部の加熱圧着板と冷却部材との間に、２５℃におけるヤング率が０．０１Ｎ・ｍ−２〜１５Ｎ・ｍ−２の緩衝材を介在させたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記緩衝材がシート状をなしており、かつ該緩衝材の外周部をその全体にわたって前記被積層体に対する上パンチ部の加圧領域よりも外側に位置させたことを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、前記冷却部材が、熱伝導率９０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の金属材料から成ることを特徴とするものである。
【００１５】
【作用】
本発明によれば、上パンチ部の加熱圧着板と冷却部材との間に、２５℃におけるヤング率が０．０１Ｎ・ｍ−２〜１５Ｎ・ｍ−２の緩衝材を介在させている。すなわち、緩衝材の２５℃におけるヤング率が１０−２Ｎ・ｍ−２以上であるため、冷却部材の圧力を被積層体に十分伝えることができる。一方、緩衝材の２５℃におけるヤング率が１５Ｎ・ｍ−２以下であるため、冷却部材の凹凸を十分吸収することができる。
【００１６】
また、緩衝材がシート状をなしており、かつ緩衝材の外周部をその全体にわたって被積層体に対する上パンチ部の加圧領域よりも外側に位置させたため、緩衝材を冷却部材に接着剤により貼り付け、研磨する必要がなく、工程が簡単になるとともに、研磨の際に緩衝材が熱膨張し、面精度が悪くなるという問題点や、接着剤に部分的に剥離が生じ、上パンチ部の圧力を被積層体に均一に伝えることができないという問題点を解決できる。さらに、介在させる緩衝材の数を調節することにより、被積層体の温度の微調節が可能である。
【００１７】
また、冷却部材が、熱伝導率９０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の金属材料から成るため、冷却時にすばやく放熱され、被積層体の温度が過剰に上昇することを防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の熱圧着装置を示す断面図である。
【００２０】
本発明の熱圧着装置は、主に上パンチ部３とそれに対向する下パンチ部４とからなり、上パンチ部３と下パンチ部４間に積層物１を搬送・通過させてなる。
【００２１】
積層物１は、キャリアフィルム１１上にセラミックグリーンシート１２が形成され、さらに上に導体パターン１３がスクリーン印刷などで所定の位置に印刷して形成されている。
【００２２】
キャリアフィルム１１は、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（ポリエステルフィルム）または二軸延伸ポリプロピレンフィルムなどの硬質樹脂材料から形成された、長尺状のフィルムである。
【００２３】
一方、セラミックグリーンシート１２は、各種セラミック誘電体粉末、樹脂バインダー及び溶剤からなるスラリー状の組成物をコーティング法または印刷法により製膜することによりキャリアフィルム１１表面に形成される。このセラミックグリーンシート１２の厚みは、たとえば１μｍ〜２０μｍ程度とされる。
【００２４】
また、セラミックグリーンシート１２の上面には、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎｉなどの金属粉を含む導電材が導体パターン１３として印刷される。
【００２５】
上パンチ部３は、その表面から順次、加熱圧着板３２、緩衝材３４、冷却部材３３の順で構成されている。
【００２６】
加熱圧着板３２は、セラミックグリーンシート１２のキャリアフィルム１１裏面に当接する圧着面３１を有する平板状の抵抗体からなる。この加熱圧着板３２は電源装置６から給電された直流電流により発熱する。加熱圧着板３２は導電性を有する材料であれば、任意のものを用いる事ができる。好ましくは、平滑性に優れたＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の金属、ＳｉＣ、Ｃ等の焼結体及び、それらの合金材料及び複合材料である。さらに、好ましくは、磨耗の点からステンレス合金である。加熱圧着板３２は、平滑性を高めるために、表面にめっき処理またはフッ素樹脂コートをすることもできる。
【００２７】
加熱圧着板３２の厚みは、０．０１ｍｍ〜１ｍｍの間で任意の厚みを用いることができる。好ましくは、耐久性の観点から容易に裂けにくい厚みが０．１ｍｍ〜１ｍｍである。さらに、好ましくは、温度制御の観点から熱容量の小さい厚みが０．１ｍｍである。
【００２８】
また、冷却部材３３は、上パンチ部３内部に冷却媒体を流入口３５ａから流出口３５ｂへ通して冷却する。内部の流体の流経路は、任意に形成できる。好ましくは、温度分布の観点から圧着面３１の温度が均一になるよう流経路を複数経路用いることである。冷却媒体として任意のものを用いる事ができる。好ましくは、空気などの気体または油などの液体である。さらに、好ましくは、冷却効率と経済性の観点から熱容量が大きく安価な水である。また、冷却媒体は、チラーなどの熱交換器で指定の温度に管理されていることが好ましい。さらに、冷却媒体は、循環式または非循環式どちらでもよいが、環境の観点から循環式が好ましい。
【００２９】
ここで、冷却部材３３は、熱伝導率９０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上、好ましくは２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の金属材料から成る。また、繰り返し加圧を行う際に、破損しないためには、冷却部材３３は、２５℃におけるヤング率が２０Ｎ・ｍ−２以下、好ましくは１０Ｎ・ｍ−２以下であることが望ましい。さらに、冷却部材３３は、定圧モル熱容量が２５Ｊ・Ｋ−１・ｍｏｌ−１以下であることが望ましい。具体的には、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎなどが挙げられるが、特にＡｌが好ましい。
【００３０】
緩衝材３４は、上パンチ部３の加熱圧着板３２と冷却部材３３との間に介在し、２５℃におけるヤング率が０．０１Ｎ・ｍ−２〜１５Ｎ・ｍ−２、好ましくは０．１Ｎ・ｍ−２〜１０Ｎ・ｍ−２であることが望ましい。また、加熱のために、上パンチ部３の加熱圧着板３２に大電流を流す際に、冷却部材３３側に電流が流れないようにするために、絶縁体であることが望ましい。具体的には、アラミド樹脂、ポリエチレンテレフタラート、ポリ塩化ビニルなどのプラスチック材料が挙げられるが、熱膨張係数が小さいことや、熱伝導率が小さいことなどから、アラミド樹脂が好ましい。
【００３１】
また、緩衝材３４がシート状をなしており、かつ緩衝材３４の外周部をその全体にわたって被積層体２に対する上パンチ部３の加圧領域よりも外側に位置させている。
【００３２】
緩衝材３４の厚みは、０．０５〜０．５ｍｍで任意の厚みを用いる事ができる。また、緩衝材３４の枚数は２〜８枚の間で自由に調節できる。好ましくは、耐久性と枚数の調節がしやすいことから、緩衝材３４の厚みは０．１ｍｍであることが望ましい。
【００３３】
下パンチ部４は、支持基体２１に接する表面を平坦にすることが好ましい。押圧部５は、油圧サーボを用い、下パンチ部４を押し上げ加圧する。加圧駆動は、サーボモータを用いてもよい。また、本発明の実施の形態は、下パンチ部４を押し上げる形態を示したが、押圧部５を上パンチ部３に設置し、上パンチ部３を下降させ、加圧する形態でもよい。あるいは、これらの組み合わせでも良い。
【００３４】
電源装置５は、加熱圧着板３２に直流電流を給電し、加熱圧着板３２を発熱させる。電源装置５は、１０Ｖ−１０００Ａ〜５０Ｖ−６０００Ａの出力の間で任意のものを用いる事ができる。さらに、直流電流は、電流量の制御ができるよう電流制御を行うことである。また、通電時間により発熱量の制御を行うことができる。さらに、加熱圧着板３２の温度を測定し、直流電流量を制御することもできる。
【００３５】
次に、本発明の製造装置の動作について説明する。積層体を形成するのに、まず、上述の積層物１を上パンチ部３の所定の位置に移動する。その際、右矢印の方向に移動するが、上パンチ部３の両端部でキャリアフィルム保持具３６ａ、３６ｂにより吸引保持され上パンチ部の直下まで積層する領域を移送する。
【００３６】
次に、下パンチ部４に保持された支持基体２１と積層中間体２２からなる被積層体２の表面に積層物１とが圧着するように、下パンチ部４を押圧部５で押し上げ加圧する。この状態で、上パンチ部３の加熱部３２に電流量を制御しながら電源装置６より給電し、発生するジュール熱で積層物１を加熱する。
【００３７】
さらに、加圧したまま加熱部３２に電流量を制御しながら、発熱量を減少させ積層物１を冷却する。従って、以下に示す加圧、加熱、冷却、剥離のステップにより積層物１を所定の温度まで冷却し、下パンチ４を押圧部５により下げると、キャリアフィルム１１は、キャリアフィルム保持具３６ａ、３６ｂにより固定されているので上パンチ部３に残り、積層物１より剥離され、セラミックグリーンシート１２は、被積層体２の表面に転写される。上に述べたようにして、一連の積層操作が繰り返され、積層体を製造する。
【００３８】
また、ジュール熱により加熱される積層物１及び冷却される積層物１は、本発明の一例であり積層物１及び被積層体２を加熱、冷却してもよい。
【００３９】
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。
【００４０】
例えば、上記実施の形態では、導体パターン１３が形成されたセラミックグリーンシート１２を被積層体２に熱圧着しているが、セラミックグリーンシート１２を被積層体２に熱圧着後、導体パターン１３を形成するようにしても良く、積層物１として、キャリアフィルム１１上に導体パターン１３が形成され、さらに上にセラミックグリーンシート１２が形成されたものを用いるようにしても良い。
【００４１】
【実験例】
本発明者は、本発明の作用効果を確認するために、評価を行った。
【００４２】
図１に示す本発明の熱圧着装置は、冷却部材３３としてＡｌ、緩衝材３４として、アラミド樹脂を用いるとともに、シート状である緩衝材３４の外周部をその全体にわたって被積層体２に対する上パンチ部３の加圧領域よりも外側に位置させた。図２に示す比較例の熱圧着装置は、冷却部材４３としてＦｅ、緩衝材３４として板状のＰｂを用いるとともに、緩衝材３４を接着剤４５により冷却部材４３に貼り付けて用いた。
【００４３】
図１及び図２の熱圧着装置を用いて、導体パターン１３が形成されたセラミックグリーンシート１２を２００層積層した後、積層体を切断して得られた部品本体を焼成し、積層セラミックコンデンサを作製した。そして、切断時の切断ズレの発生率と、焼成時のデラミネーションの発生率を確認した。
【００４４】
切断ズレの評価方法は、切断後の未焼成状態の部品本体を計５０個抜き取り、金属顕微鏡で確認した。デラミネーションの評価方法は、焼成後の部品本体を研磨し、金属顕微鏡で確認した。
【００４５】
評価の結果、図１に示す本発明の熱圧着装置を用いた場合、切断ズレの発生率、デラミネーションの発生率はともに０％だった。これに対し、図２に示す比較例の熱圧着装置を用いた場合、切断ズレの発生率が４％、デラミネーションの発生率が６％だった。
【００４６】
これらの結果から、本発明の熱圧着装置は、冷却部材３３が、熱伝導率９０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の金属材料から成るため、冷却時にすばやく放熱され、被積層体２の温度が過剰に上昇することを防止できることから、セラミックグリーンシート１２の伸びによる切断ズレを防止できることがわかった。また、２５℃におけるヤング率が０．０１Ｎ・ｍ−２〜１５Ｎ・ｍ−２の緩衝材３４を介在させているため、上パンチ３の圧力を被積層体２に均一且つ十分に伝えることができ、セラミックグリーンシート１２の密着不良による焼成時のデラミネーションを防止できることがわかった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、上パンチ部の加熱圧着板と冷却部材との間に、２５℃におけるヤング率が０．０１Ｎ・ｍ−２〜１５Ｎ・ｍ−２の緩衝材を介在させている。すなわち、緩衝材の２５℃におけるヤング率が１０−２Ｎ・ｍ−２以上であるため、冷却部材の圧力を被積層体に十分伝えることができる。一方、緩衝材の２５℃におけるヤング率が１５Ｎ・ｍ−２以下であるため、冷却部材の凹凸を十分吸収することができる。
【００４８】
また、緩衝材がシート状をなしており、かつ緩衝材の外周部をその全体にわたって被積層体に対する上パンチ部の加圧領域よりも外側に位置させたため、緩衝材を冷却部材に接着剤により貼り付け、研磨する必要がなく、工程が簡単になるとともに、研磨の際に緩衝材が熱膨張し、面精度が悪くなるという問題点や、接着剤に部分的に剥離が生じ、上パンチ部の圧力を被積層体に均一に伝えることができないという問題点を解決できる。さらに、介在させる緩衝材の数を調節することにより、被積層体の温度の微調節が可能である。
【００４９】
また、冷却部材が、熱伝導率９０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の金属材料から成るため、冷却時にすばやく放熱され、被積層体の温度が過剰に上昇することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱圧着装置を示す断面図である。
【図２】従来の熱圧着装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・積層物
２・・・被積層体
３・・・上パンチ部
４・・・下パンチ部
５・・・押圧部
６・・・電源装置
１１・・・キャリアフィルム
１２・・・セラミックグリーンシート
１３・・・導体パターン
２１・・・支持基体
２２・・・積層中間体
３１・・・圧着面
３２・・・加熱圧着板
３３・・・冷却部材
３４・・・緩衝材
３５ａ・・・流入口
３５ｂ・・・流出口
【図１】
2005047059.tif 000003
【図２】
2005047059.tif 000004