JP2007081351A - 積層電子部品用ビアペースト及びこれを用いた積層電子部品並びにその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本ビアペーストは、金属粉末とセラミック層と焼結できる共素地セラミック粉末とを含有し、共素地セラミック粉末は導電性金属粉末と共素地セラミック粉末との合計の10体積%以上含有される。本積層電子部品は、複数のセラミック層111と複数の導体層112とが交互に積層された積層部11と、積層部11の積層方向に延びて一部の導体層112と接続されたビア導体部12と、を備える積層電子部品1であり、ビア導体部12は、導電性金属相とセラミック層を構成するセラミック成分と焼結できる共素地セラミック成分からなる共素地セラミック相とを有し、共素地セラミック相は、ビア導体部全体の10体積%以上である。
【選択図】 図1
Description
下記特許文献1及び2は、平均粒径の異なる2種類の導電性金属粉末を含有するビアホール用導電性ペーストを用いる技術である。
(1)複数のセラミック層と複数の導体層とが交互に積層された積層部と、
該積層部の積層方向に延びて一部の該導体層と接続されたビア導体部と、を備える積層電子部品の該ビア導体部の形成に用いる積層電子部品用ビアペーストであって、
導電性金属粉末と、上記セラミック層を構成するセラミック成分と焼結できる共素地セラミック粉末と、を含有し、
該共素地セラミック粉末は、該導電性金属粉末と該共素地セラミック粉末との合計の10体積%以上含有されることを特徴とする積層電子部品用ビアペースト。
(2)上記導電性金属粉末は、上記共素地セラミック粉末の平均粒径よりも大きい粒径の大径導電性金属粒子を含有する上記(1)に記載の積層電子部品用ビアペースト。
(3)上記大径導電性金属粒子は、上記導電性金属粉末全体の40体積%以上含有される上記(1)又は(2)に記載の積層電子部品用ビアペースト。
(4)上記共素地セラミック粉末の平均粒径は、上記セラミック層となる未焼成セラミック層に含有されるセラミック粉末の平均粒径よりも大きい上記(1)乃至(3)のうちのいずれかに記載の積層電子部品用ビアペースト。
(5)複数のセラミック層と複数の導体層とが交互に積層された積層部と、
該積層部の積層方向に延びて一部の該導体層と接続されたビア導体部と、を備える積層電子部品の製造方法において、
上記積層部となるビアホールを有した未焼成積層部を得る未焼成積層部形成工程と、
該ビアホール内に請求項1乃至4のうちのいずれかに記載の積層電子部品用ビアペーストを充填する充填工程と、
該未焼成積層部及び該ビアホール内に充填されたビアペーストを一体焼成する焼成工程と、を備えることを特徴とする積層電子部品の製造方法。
(6)複数のセラミック層と複数の導体層とが交互に積層された積層部と、
該積層部の積層方向に延びて一部の該導体層と接続されたビア導体部と、を備える積層電子部品において、
上記ビア導体部は、導電性金属相と、上記セラミック層を構成するセラミック成分と焼結できる共素地セラミック成分からなる共素地セラミック相と、を有し、
該共素地セラミック相は、該ビア導体部全体の10体積%以上であることを特徴とする積層電子部品(以下、単に「本発明の積層電子部品」ともいう)。
(7)複数のセラミック層と複数の導体層とが交互に積層された積層部と、
該積層部の積層方向に延びて一部の該導体層と接続されたビア導体部と、を備える積層電子部品において、
上記ビア導体部は、導電性金属相と、上記セラミック層を構成するセラミック成分と焼結できる共素地セラミック成分からなる共素地セラミック相と、を有し、
上記セラミック層内における該ビア導体部を含む上記積層方向に対して垂直な断面に、該ビア導体部内側方向へ10μm以上入り込み、且つ該セラミック層と焼結された上記共素地セラミック相を5ヶ所以上有することを特徴とする積層電子部品(以下、単に「本発明の他の積層電子部品」ともいう)。
(8)上記積層部の積層方向に延びて一層おきの導体層と接続された第1ビア導体部と、
該積層部の積層方向に延びて該第1ビア導体部と接続されていない導体層と接続された第2ビア導体部と、
該第1ビア導体部の端部と接続されて該積層部の表面に導出された第1外部端子と、
該第2ビア導体部の端部と接続されて該積層部の表面に導出された第2外部端子と、を備える積層セラミックコンデンサである上記(6)又は(7)に記載の積層電子部品。
導電性金属粉末が共素地セラミック粉末の平均粒径よりも大きい粒径の大径導電性金属粒子を含有する場合は、より確実に上記クラックを防止できる。
大径導電性金属粒子が導電性金属粉末全体の40体積%以上含有される場合は、更に確実に上記クラックを防止できる。
共素地セラミック粉末の平均粒径がセラミック層となる未焼成セラミック層に含有されるセラミック粉末の平均粒径よりも大きい場合は、ビア導体部とセラミック層との焼成収縮のタイミングを合わせ易く、ビア導体部とセラミック層との間のクラックを確実に防止できる。
本発明の製造方法によると、積層電子部品におけるビア導体部とセラミック層との間のクラックを確実に防止できる。
共素地セラミック相がビア導体部全体の10体積%以上である本発明の積層電子部品によると、ビア導体部とセラミック層との間のクラックが確実に防止され、信頼性及び耐久性に優れた電子部品が得られる。
ビア導体部内側方向へ入り込んでセラミック層と焼結された共素地セラミック相を所定ヶ所以上有する本発明の他の積層電子部品によると、ビア導体部とセラミック層との間のクラックが確実に防止され、信頼性及び耐久性に優れた電子部品が得られる。
第1ビア導体部と第2ビア導体部と第1外部端子と第2外部端子とを備える積層セラミックコンデンサである場合には、ビア導体部とセラミック層との間のクラックを確実に防止され、信頼性及び耐久性に優れた電子部品が得られる。
[1]積層電子部品用ビアペースト
(1)導電性金属粉末
本発明の積層部品用ビアペースト(以下、単に「ビアペースト」ともいう)は、導電性金属粉末と、共素地セラミック粉末と、を含有し、共素地セラミック粉末は、導電性金属粉末と共素地セラミック粉末との合計の10体積%以上含有されることを特徴とする。
導電性金属粉末の含有量は、後述する共素地セラミック粉末との合計量を100体積%とした場合に、90体積%未満である。
この大径導電性金属粒子の含有量は特に限定されないが、導電性金属粉末全体の40体積%以上(好ましくは40〜100体積%、更に好ましくは50〜100体積%、75〜100体積%)であることが好ましい。
上記「共素地セラミック粉末」は、セラミック層を構成するセラミック成分と焼結できるセラミック粉末である。この共素地セラミック粉末を構成するセラミック成分(共素地セラミック成分)としては、誘電特性を有するセラミック成分が挙げられる。即ち、例えば、チタン酸塩系セラミック成分(チタン酸バリウム系、チタン酸ストロンチウム系、チタン酸カルシウム系、チタン酸マグネシウム系)、ニオブ酸塩系セラミック成分、タンタル酸塩系セラミック成分、酸化チタン、酸化タングステン、アルミナ、ジルコニア、シリカ、マグネシア、カルシア等が挙げられる。これらのセラミック成分は1種のみが含有されてもよく、2種以上が含有されてもよい。更に、2種以上が含有される場合には、2種以上の上記セラミック成分が混合された混合成分でもよく、2種以上の上記セラミック成分が複合化された複合成分(複合酸化物等)でもよい。
この平均粒径及び粒度分布はレーザー回折式粒度分布測定で測定できるが、この測定が困難である場合には後述する実施例の方法を用いることができる。
本発明のビアペーストには、導電性金属粉末及び共素地セラミック粉末以外にも他の成分を含有することができる。他の成分としては、有機成分が挙げられる。即ち、例えば、有機バインダ、溶剤、可塑剤、消泡剤等が挙げられる。
このうち有機バインダとしては、アクリル系樹脂、アルキルセルロース(エチルセルロース、メチルセルロース)及びニトロセルロース等のセルロース類、ポリメチルメタクリレート等のアクリルエステル系樹脂、ポリビニルブチラール等のブチラール系樹脂、フェノール系樹脂、及びポリエステル系樹脂(アルキド樹脂等)などが挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、有機バインダの含有量は特に限定されないが、通常、ビアペースト全体の10体積%以下である。
また、消泡剤はビアペースト全体を100質量部とした場合に0.1〜10質量部の割合で含有することが好ましい。
本発明の積層電子部品の製造方法は、未焼成積層部形成工程と、充填工程と、焼成工程とを備えることを特徴とする。
上記「未焼成積層部形成工程」は、積層部となるビアホールを有した未焼成積層部を得る工程である。
上記「未焼成積層部」は、焼成されて積層部となる未焼成体であり、ビアホールを備える。この未焼成積層部は、上記セラミック層となる未焼成セラミック層と、上記導体層となる未焼成導体層とが交互に積層された部分である。
本発明の積層電子部品は、積層部とビア導体部とを備え、ビア導体部は導電性金属相と共素地セラミック相とを有し、この共素地セラミック相はビア導体部全体の10体積%以上であることを特徴とする。
この積層部に含まれるセラミック層と導体層との数は特に限定されないが、通常、各々2層以上(更には10層以上、特に50層以上、通常100層以上)である。
上記導体層を構成する導電性金属成分の種類は特に限定されず、前記導電性金属粉末を構成する成分(導電性金属成分)をそのまま適用できる。但し、導体層を構成する導電性金属成分と、ビア導体部を構成する導電性金属成分(即ち、ビアペーストに含有される導電性金属粉末を構成する成分)とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
このビア導体部は、通常、少なくとも一端が積層部から露出又は導出されている。従って、ビア導体部は、積層部を貫通して設けられていてもよく、一端側のみが貫通して他端側が貫通しない状態で設けられていてもよい。
上記「導電性金属相」は、導電性金属成分からなる導電性を有する相である。この導電性金属成分としては、前記導電性金属粉末を構成する導電性金属成分をそのまま適用できる。
この共素地セラミック相は、ビア導体部全体の10体積%以上(通常49体積%以下)である。この含有量は10〜45体積%が好ましく、12〜40体積%がより好ましく、15〜35体積%が更に好ましい。
[1]積層電子部品の構成
図1は、積層電子部品1の一例である積層セラミックコンデンサの概略断面図である。この積層電子部品1は、ビアアレイ型積層セラミックコンデンサである。
積層電子部品1は、複数のセラミック層111と複数の導体層112とが交互に積層された積層部11と、積層部11の積層方向に延びて一部の導体層112と接続されたビア導体部12(121及び122)とを備える。
(1)未焼成積層部形成工程
(1−1)未焼成セラミック層の形成
キャリアフィルム上にチタン酸バリウム粉末を含有する未焼成セラミック層用スラリーを塗布し、乾燥させて、キャリアフィルム上に剥離可能に配置された未焼成セラミックグリーンシートを得た。未焼成セラミックグリーンシートは、その後、所望の形状に裁断されて未焼成セラミック層となる。
上記(1−1)で得られた未焼成セラミックグリーンシート上にスクリーンマスクを配置し、導体層用ペーストをスクリーン印刷により印刷したのち乾燥させて、厚さ2〜3μmの未焼成導体層を形成した。
上記(1−2)で得られた未焼成導体層が積層形成されたグリーンシート100〜120枚を、未焼成セラミック層と未焼成導体層とが交互に配置されるように積層した。更に、未焼成セラミックグリーンシートのみを3層積層して得られた未焼成カバー部を上記積層体の表裏に配置し、未焼成カバー部、未焼成セラミック層と未焼成導体層とが交互に配置された積層部、未焼成カバー部の順とした。次いで、ラミネート装置を用いて積層方向に温度60℃〜80℃で、押圧力300kg/cm2〜1000kg/cm2の条件で押圧して厚さ約1mmの未焼成積層体を得た。
上記(1−3)で得られた未焼成積層体に、レーザー加工機を用いて直径約120μmのビアホールを規則的に穿孔した。
上記(1−4)で形成されたビアホール内に、ペースト圧入充填装置を用いてビアペーストを2.0MPa〜7.5MPaの圧力で圧入充填し、未焼成ビア導体部を形成した。
上記(2)で得られた未焼成ビア導体の一端側(上記他の電子部品2を接続可能な側)に、未焼成積層体の一面に配置された厚さ約30μmのメタルマスクを通して外部端子用ペーストを印刷塗布して乾燥し、未焼成外部導体を形成した。
次いで、未焼成ビア導体の他端側(上記他の電子部品3を接続可能な側)に、未焼成積層体の他面に配置された厚さ約25μmのスクリーンマスクを通して外部端子用ペーストを印刷塗布して乾燥し、未焼成外部導体を形成した。
上記(3)までに得られた未焼成積層体にブレーク用の溝を格子状に入れた後、この未焼成積層体を脱脂し、その後焼成を行った。
上記(4)で得られた焼結体の第1外部端子131及び第2外部端子132の表面に無電解ニッケルメッキを厚さ約0.5μm〜3.0μmに形成した。その後、電解金メッキにより更に厚さ約0.1μm〜1.0μmのメッキ層を形成した。外部端子の表面にメッキを施すことで、外部端子に含まれる共素地セラミック相が端子表面に露出することを防止でき、端子部の濡れ性を向上させることができる。
上記(4)で形成されたブレーク用の溝に沿って、焼結体をブレークして、複数の積層電子部品11を得た。
上記[2]の製造方法において、未焼成セラミック層用スラリー及び導体層ペーストとして各々下記のスラリー及びペーストを用い、更に、ビアペーストとして下記ビアペーストA〜Dを用いて、得られるビア導体部の評価を行った。
未焼成セラミック層用スラリー全体を100質量%とした場合に、60質量%のセラミック粉末と、40質量%の有機成分とを含有し、粘度0.5Pa・sである。
上記セラミック粉末は、チタン酸バリウムを主成分とし、平均粒径(D50)0.6μm(D10=0.3μm、D90=1.0μm)である。
導体層用ペースト全体を100質量%とした場合に、55質量%の無機粉末と、45質量%の有機成分とを含有し、粘度20Pa・sである。
上記無機粉末は、共素地セラミック粉末とニッケル粉末とからなり、これらの合計を100体積%とした場合に、共素地セラミック粉末は15体積%、及びニッケル粉末85体積%が含有される。
上記共素地セラミック粉末は、純度99%以上のチタン酸バリウムであり、平均粒径(D50)0.1μmである。
ニッケル粉末は、純度99%以上のニッケル粉末であり、平均粒径(D50)0.4μmである。
ビアペースト全体を100質量%とした場合に、90質量%の無機粉末と10質量%の有機成分(ビアペースト全体を100体積%とした場合に、55体積%の無機粉末と45体積%の有機成分)とを含有し、粘度20,000Pa・s{回転円筒粘度計(東機産業製 RB−80U)により、ロータの回転数1rpm、温度25℃の条件で測定した値。以下同様)である。
上記無機粉末は、共素地セラミック粉末とニッケル粉末とからなり、これらの合計を100体積%とした場合に、共素地セラミック粉末は20体積%、及びニッケル粉末80体積%が含有される。
上記共素地セラミック粉末は、チタン酸バリウムであり、平均粒径(D50)0.64μm(D10=0.29μm、D90=1.15μm)である。
ニッケル粉末は、純度99%以上のニッケル粉末であり、平均粒径(D50)2.4μm(D10=0.5μm、D90=3.5μm)である。更に、大径導電性金属粉末はニッケル粉末全体の90体積%である。
有機成分は、有機バインダ(エチルセルロース)4.5質量%(ビアペースト全体に対する含有量)、有機溶剤(ターピネオール)、分散剤及び酸化防止剤を含む。
ビアペースト全体を100質量%とした場合に、90質量%の無機粉末と10質量%の有機成分(ビアペースト全体を100体積%とした場合に、50体積%の無機粉末と50体積%の有機成分)とを含有し、粘度30,000Pa・sである。
上記無機粉末は、共素地セラミック粉末とニッケル粉末とからなり、これらの合計を100体積%とした場合に、共素地セラミック粉末は30体積%、及びニッケル粉末70体積%が含有される。
上記共素地セラミック粉末は、チタン酸バリウムであり、平均粒径(D50)1.12μm(D10=0.65μm、D90=1.57μm)である。
ニッケル粉末は、純度99%以上のニッケル粉末であり、平均粒径(D50)1.5μm(D10=0.8μm、D90=2.0μm)である。更に、大径導電性金属粉末はニッケル粉末全体の75体積%である。
有機成分は、実施例1のビアペーストAと共通である。
ビアペースト全体を100質量%とした場合に、90質量%の無機粉末と10質量%の有機成分(ビアペースト全体を100体積%とした場合に、55体積%の無機粉末と45体積%の有機成分)とを含有し、粘度30,000Pa・sである。
上記無機粉末は、共素地セラミック粉末とニッケル粉末とからなり、これらの合計を100体積%とした場合に、共素地セラミック粉末は7.5体積%、及びニッケル粉末82.5体積%が含有される。
上記共素地セラミック粉末は、チタン酸バリウムであり、平均粒径(D50)0.64μm(D10=0.29μm、D90=1.15μm)である。
ニッケル粉末は、純度99%以上のニッケル粉末であり、平均粒径(D50)2.0μm(D10=0.5μm、D90=2.5μm)である。更に、大径導電性金属粉末はニッケル粉末全体の80体積%である。
有機成分は、実施例1のビアペーストAと共通である。
ビアペースト全体を100質量%とした場合に、90質量%の無機粉末と10質量%の有機成分(ビアペースト全体を100体積%とした場合に、55体積%の無機粉末と45体積%の有機成分)とを含有し、粘度20,000Pa・sである。
上記無機粉末は、共素地セラミック粉末とニッケル粉末とからなり、これらの合計を100体積%とした場合に、共素地セラミック粉末は2体積%、及びニッケル粉末98体積%が含有される。
上記共素地セラミック粉末は、チタン酸バリウムであり、平均粒径(D50)0.64μm(D10=0.29μm、D90=1.15μm)である。
ニッケル粉末は、純度99%以上のニッケル粉末であり、平均粒径(D50)0.3μm(D10=0.1μm、D90=0.6μm)である。更に、大径導電性金属粉末はニッケル粉末全体の5体積%である。
有機成分は、実施例1のビアペーストAと共通である。
上記ビアペーストA(実施例1)を用いて得られたビア導体部を備える積層電子部品のセラミック層内におけるビア導体部を含む積層方向に対して垂直な断面を電子顕微鏡を用いて約700倍に拡大して得られた画像を図2に示した。また、この図2を上下に4分割し、各々の部分を更に拡大した画像を図3〜6に示した。尚、上記断面は、図1における積層電子部品において他の電子部品2が配置されることとなる側のカバー部111’内(実際には焼結されて一体化されている)におけるビア導体部の断面である。
同様に、ビアペーストB(実施例2)を用いて得られた積層電子部品による画像を図7に示した。
同様に、ビアペーストC(比較例1)を用いて得られた積層電子部品による画像を図8に、この図8を上下に4分割し、各々の部分を更に拡大した画像を図9〜12に示した。
同様に、ビアペーストD(比較例2)を用いて得られた積層電子部品による画像を図13に示した。
比較例のビアペーストを用いて得られた図8〜図13では、ビア導体部の外周部にクラックが認められる。ビア導体部には導電性金属相125と共素地セラミック相123とが認められるものの、共素地セラミック相の割合は面積換算で約7.5%(即ち、体積換算でも約7.5%)と小さい。更に、セラミック層と接合相124はほとんど認められず、また接合相がいずれも小さいことが分かる。
更に、図8〜13では、ポアがビア導体部の共素地セラ部分にほとんど認められず、面積割合で1%であることが分かる。
これは、前記図8〜13と異なっている部分である。比較例のビアペーストを用いた場合には、焼成収縮がビアペーストと未焼成セラミック層とでは十分に調整ができず、ビアペーストから収縮が過度に早く始まるか、又は過度に早く収縮しているためであると考えられる。即ち、ビア導体部内部からポアが押し出されて、セラミック層との界面でクラックとして現れることが考えられる。
これに対して、実施例のビアペーストを用いた場合には、焼成収縮がセラミック層とほぼ同様なタイミングで始まるか、又は収縮挙動が近似しているためであると考えられる。即ち、クラックとして空隙が形成されず、ビア導体部内部にポアとして空隙が形成されることとなる。
Claims (8)
- 複数のセラミック層と複数の導体層とが交互に積層された積層部と、
該積層部の積層方向に延びて一部の該導体層と接続されたビア導体部と、を備える積層電子部品の該ビア導体部の形成に用いる積層電子部品用ビアペーストであって、
導電性金属粉末と、上記セラミック層を構成するセラミック成分と焼結できる共素地セラミック粉末と、を含有し、
該共素地セラミック粉末は、該導電性金属粉末と該共素地セラミック粉末との合計の10体積%以上含有されることを特徴とする積層電子部品用ビアペースト。 - 上記導電性金属粉末は、上記共素地セラミック粉末の平均粒径よりも大きい粒径の大径導電性金属粒子を含有する請求項1に記載の積層電子部品用ビアペースト。
- 上記大径導電性金属粒子は、上記導電性金属粉末全体の40体積%以上含有される請求項1又は2に記載の積層電子部品用ビアペースト。
- 上記共素地セラミック粉末の平均粒径は、上記セラミック層となる未焼成セラミック層に含有されるセラミック粉末の平均粒径よりも大きい請求項1乃至3のうちのいずれかに記載の積層電子部品用ビアペースト。
- 複数のセラミック層と複数の導体層とが交互に積層された積層部と、
該積層部の積層方向に延びて一部の該導体層と接続されたビア導体部と、を備える積層電子部品の製造方法において、
上記積層部となるビアホールを有した未焼成積層部を得る未焼成積層部形成工程と、
該ビアホール内に請求項1乃至4のうちのいずれかに記載の積層電子部品用ビアペーストを充填する充填工程と、
該未焼成積層部及び該ビアホール内に充填されたビアペーストを一体焼成する焼成工程と、を備えることを特徴とする積層電子部品の製造方法。 - 複数のセラミック層と複数の導体層とが交互に積層された積層部と、
該積層部の積層方向に延びて一部の該導体層と接続されたビア導体部と、を備える積層電子部品において、
上記ビア導体部は、導電性金属相と、上記セラミック層を構成するセラミック成分と焼結できる共素地セラミック成分からなる共素地セラミック相と、を有し、
該共素地セラミック相は、該ビア導体部全体の10体積%以上であることを特徴とする積層電子部品。 - 複数のセラミック層と複数の導体層とが交互に積層された積層部と、
該積層部の積層方向に延びて一部の該導体層と接続されたビア導体部と、を備える積層電子部品において、
上記ビア導体部は、導電性金属相と、上記セラミック層を構成するセラミック成分と焼結できる共素地セラミック成分からなる共素地セラミック相と、を有し、
上記セラミック層内における該ビア導体部を含む上記積層方向に対して垂直な断面に、該ビア導体部内側方向へ10μm以上入り込み、且つ該セラミック層と焼結された上記共素地セラミック相を5ヶ所以上有することを特徴とする積層電子部品。 - 上記積層部の積層方向に延びて一層おきの導体層と接続された第1ビア導体部と、
該積層部の積層方向に延びて該第1ビア導体部と接続されていない導体層と接続された第2ビア導体部と、
該第1ビア導体部の端部と接続されて該積層部の表面に導出された第1外部端子と、
該第2ビア導体部の端部と接続されて該積層部の表面に導出された第2外部端子と、を備える積層セラミックコンデンサである請求項6又は7に記載の積層電子部品。
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