層疊型陶瓷電子元器件的製造方法

2023-04-26 13:41:36

專利名稱：層疊型陶瓷電子元器件的製造方法
技術領域：
本發明涉及層疊型陶瓷電子元器件的製造方法，特別涉及包括至少表面具有由 鐵氧體製成的鐵氧體層而構成的陶瓷層疊體、以及形成於該陶瓷層疊體的表面的外部電極 的層疊型陶瓷電子元器件的製造方法。
背景技術：
作為對於本發明關注的層疊型陶瓷電子元器件，例如有日本專利特開 2007-173650號公報(專利文獻1)披露的層疊型陶瓷電子元器件。參照圖5及圖6，說明 該專利文獻1披露的層疊型陶瓷電子元器件。圖5是表示層疊型陶瓷電子元器件1的剖視 圖，圖6是單獨表示圖5所示的外部電極2的俯視圖。層疊型陶瓷電子元器件1包括具有圖5所示的層疊構造的陶瓷層疊體3。在圖5 中省略圖示，但陶瓷層疊體3具有鐵磁性鐵氧體層被非磁性鐵氧體層夾著的層疊構造。在 陶瓷層疊體3的內部，例如設置用於形成線圈或布線路徑的面內布線導體4或層間連接導 體5。另外，在陶瓷層疊體3的表面，形成外部電極(安裝焊盤)2。在專利文獻1披露 的發明中，為了提高外部電極2對陶瓷層疊體3的接合強度，在外部電極2採用如下結構。 外部電極2由第一導體部6及包圍其周圍的第二導體部7構成。第一導體部6例如由含有 Ag這樣的導電性金屬粉末的導體糊料形成，第二導體部7由對上述導體糊料添加2價的金 屬氧化物而成的導體糊料形成。然後，對於由這些第一導體部6及第二導體部7製成的外 部電極2的燒成，是在為了得到陶瓷層疊體3而燒成的同時進行燒成(co-fire 共燒)。通過這樣形成的外部電極2，在第一導體部6中確保良好的導電性，並利用含有2 價的金屬氧化物的第二導體部7，與陶瓷層疊體3之間實現牢固的接合狀態。然而，對第二導體部7添加的金屬氧化物與構成陶瓷層疊體3的表面的鐵氧體的 化學反應性比較低，因此，在燒成工序中，第二導體部7中的金屬氧化物無法與鐵氧體充分 反應，不能對第二導體部7中提高對氧化物體3的接合強度的效果有太高期待。專利文獻專利文獻1 日本專利特開2007-173650號公報發明內容本發明要解決的問題因此，本發明的目的在於提供一種解決如上所述的問題、可以提高外部電極的接 合強度的層疊型陶瓷電子元器件的製造方法。用於解決問題的方法本發明的製造方法，是面向製造層疊型陶瓷電子元器件的方法，所述層疊型陶瓷 電子元器件包括至少表面具有由鐵氧體製成的鐵氧體層而構成的陶瓷層疊體；以及形成 於陶瓷層疊體的表面且含有金屬氧化物的外部電極，所述製造方法包括通過燒成準備成 為具有所述外部電極的層疊型陶瓷電子元器件的半成品的層疊構造物的工序；以及燒成該 半成品的層疊構造物的燒成工序，為解決所述技術問題，所述製造方法的特徵在於，燒成工 序含有低氧燒成階段，該低氧燒成階段在氧分壓低於大氣中的氧分壓的條件下實施燒成。本發明的優選方案是，在所述低氧燒成階段中，設氧濃度為10體積％以下。另外，優選的方案是金屬氧化物的材料與形成所述鐵氧體的材料相同。另外，優選的方案是，半成品的層疊構造物的外部電極所含有的金屬氧化物的含 有量在0. 1 10重量％的範圍內。
另外，優選的方案是，半成品的層疊構造物在內部具有內部布線導體時，使該內部 布線導體中不含有金屬氧化物。發明的效果根據本發明，在燒成工序所含有的低氧燒成階段中，外部電極中的金屬氧化物被 還原，據此，提高陶瓷層疊體的表面的鐵氧體與外部電極之間的化學反應性。其結果是，在 燒成後的層疊型陶瓷電子元器件中，提高外部電極對陶瓷層疊體的接合強度。在低氧燒成階段中，若設氧濃度為10體積％以下，則可以使外部電極中的金屬氧 化物的還原反應更可靠地產生。在金屬氧化物的材料與形成構成陶瓷層疊體表面的鐵氧體的材料相同時，可以進 一步提高構成陶瓷層疊體表面的鐵氧體與外部電極之間的化學反應性。若半成品的層疊構造物的外部電極所含有的金屬氧化物的含有量選擇在0. 1 10重量％的範圍內，則可以可靠得到提高化學反應性的效果，並且可以防止外部電極的導 電性顯著下降。在半成品的層疊構造物具有內部布線導體時，若使該內部布線導體中不含有金屬 氧化物，則首先可以提高內部布線導體的導電性。另外，內部布線導體和與其接觸的鐵氧體 部分或者陶瓷部分之間的化學反應性降低，因此內部導體膜與鐵氧體部分或者陶瓷部分之 間的接合力降低，緩和該接合引起的應力。因而，在內部布線導體例如構成線圈時，利用內 部布線導體的高導電性與上述的應力緩和，可以使磁特性提高。另外，由於上述應力緩和， 因此燒成工序中從最高溫度起的冷卻過程中所產生的內部布線導體、與鐵氧體部分或者陶 瓷部分之間的熱膨脹係數差所導致的應力也得到緩和。其結果是，在內部布線導體的周邊 難以產生裂紋。該效果在內部布線導體的配置密度較高時變得更為顯著。


圖1是表示實施本發明所涉及的製造方法可以得到的層疊型陶瓷電子元器件的 一個例子的剖視圖。圖2是表示為了製造圖1所示的層疊型陶瓷電子元器件11而準備的 半成品的層疊構造物21的剖視圖。圖3是表示本發明所涉及的製造方法所含有的燒成工 序中的燒成條件的圖。圖4是表示實施本發明所涉及的製造方法可以得到的層疊型陶瓷電 子元器件的其他例子的剖視圖。圖5是表示本發明關注的以往的層疊型陶瓷電子元器件1 的剖視圖。圖6是單獨表示圖5所示的外部電極2的俯視圖。標號說明11、31層疊型陶瓷 電子元器件12、32陶瓷層疊體13、33面內布線導體14、34層間連接導體16、17、36、37主面 18、19、38外部電極21半成品的層疊構造物
具體實施例方式圖1是表示實施本發明所涉及的製造方法可以得到的層疊型陶瓷電子元器件的 一個例子的剖視圖。圖1所示的層疊型陶瓷電子元器件11包括陶瓷層疊體12。陶瓷層疊體12是至少 表面具有由鐵氧體製成的鐵氧體層而構成的，可以僅表面具有鐵氧體層而構成，也可以整 體具有鐵氧體層而構成。在陶瓷層疊體12的內部，設有內部布線導體。內部布線導體大致分為面內布線導 體13與層間連接導體14。面內布線導體13是沿著構成陶瓷層疊體12的鐵氧體層或者陶 瓷層的界面而形成，層間連接導體14是將鐵氧體層或者陶瓷層在厚度方向貫穿而設置的。 利用特定的面內布線導體13及特定的層間連接導體14來構成線圈15。在陶瓷層疊體12的表面、即上方主面16及下方主面17上，分別形成外部電極18 和19。形成於上方主面16上的外部電極18，是在圖1中安裝用雙點劃線所示的片狀器件
420時使用。形成於下方主面17上的外部電極19，是在將該層疊型陶瓷電子元器件11安裝 在未圖示的母板上時使用。為了製造這樣的層疊型陶瓷電子元器件11，實施如下工序。首先，通過燒成準備成為具有如上所述的外部電極18和19的層疊型陶瓷電子元 器件11的半成品的層疊構造物。圖2是用剖視圖表示半成品的層疊構造物21。圖2中，對 與圖1所示的要素相當的要素標註同樣的標記，省略重複的說明。半成品的層疊構造物21是採用層疊多個生片(green sheet)的層疊技術而製造 的。作為生片，至少準備含有鐵氧體的生片。此處，作為鐵氧體，可以使用例如NiZn類或者 NiMnZn類鐵氧體這樣的尖晶石型的晶體結構的鐵氧體，也可以使用石榴石型等其他晶體結 構的鐵氧體。作為生片，也可以根據需要準備鐵氧體以外的含有陶瓷的生片。另一方面，準備用於形成面內布線導體13、層間連接導體14以及外部電極18和 19的導體糊料。導體糊料例如以Ag、Ag-Pd、Ag-Pt、Cu、Au、Pt、A1等金屬粉末為導電材料 的主成分，使這樣的金屬粉末分散在有機媒介物中，成為糊狀，在本實施方式中，進一步添 加金屬氧化物的粉末。作為金屬氧化物，例如可以使用Fe203、Cu0、Ni0、Zn0、Mn0等，但優選的是與形成上 述的生片所含有的鐵氧體的材料相同的材料。另外，優選的是導體糊料中的金屬氧化物的含有量為0. 1 10重量％。這是因為， 在金屬氧化物的含有量不到0. 1重量％時，化學反應性較低，後述的外部電極18和19的接 合強度提高的效果非常低，另一方面，若超過10重量％，則具有該導體糊料而構成的導體 的導電性顯著降低，容易產生磁特性下降或無法鍍膜的問題。通過準備多片上述生片，使用上述導體糊料在特定的生片上實施印刷，形成面內 布線導體13以及外部電極18和19。另外，通過在特定的生片形成貫穿孔並對其填充導體 糊料，形成層間連接導體14。接下來，通過以預定的順序層疊多個生片並進行壓接，可以得到圖2所示的半成 品的層疊構造物21。在半成品的層疊構造物21中，至少在其表面配置含有鐵氧體的生片。接下來，對半成品的層疊構造物21實施燒成工序。該燒成工序中適用的燒成條件 如圖3所示。參照圖3，在燒成工序中，在從室溫升溫直到600°C的期間，成為實施脫粘合劑的 脫粘合劑過程。在該脫粘合劑過程之後，從600°C升溫到約900°C附近的最高溫度，該最高 溫度維持預定時間的期間為正式燒成過程。正式燒成過程之後，從最高溫度降溫到室溫的 期間為冷卻過程。通過實施這樣的燒成工序，同時燒成(co-fire:共燒)構成半成品的層 疊構造物21的生片、面內布線導體13、層間連接導體14以及外部電極18和19，可以得到 圖1所示的層疊型陶瓷電子元器件11。上述燒成工序中的正式燒成過程的從600°C升溫到最高溫度的期間，設為在氧分 壓低於大氣中的氧分壓的條件下實施燒成的低氧燒成階段。更具體而言，在低氧燒成階段 中，利用N2、H2、Ar、CO氣體等控制為還原性氣氛或者低氧氣氛。據此，在外部電極18和19 中，可以得到牢固的接合狀態。其原因如下。在低氧燒成階段中，外部電極18和19中的金屬氧化物發生還原反應，由於該還原 反應，生片中的鐵氧體和外部電極18和19間的化學反應性提高，該提高的化學反應性的結果是，外部電極18和19的對陶瓷層疊體12的接合強度提高。特別是，若外部電極18和19 中的金屬氧化物的成分、與構成位於陶瓷層疊體12的表面的鐵氧體層的鐵氧體相同，則上 述化學反應性的提高導致的接合強度的提高的效果進一步提高。為了進一步充分發揮這樣 的效果，優選的是上述低氧燒成階段的氧濃度設為10體積％以下。另外，除了上述的還原反應導致的化學反應，在陶瓷層疊體12與外部電極18和19 之間，生片所含有的生鐵氧體材料、與構成外部電極18和19的生導體糊料的各自的燒結利 用共燒(co-fire)同時進行。在燒結中，會產生導體糊料向脫粘合劑後成為有孔狀態的陶 瓷層疊體12的表面的凹部侵入，由於在該狀態下進行上述的燒結，因此外部電極18和19 與陶瓷層疊體12的接觸面積變大。其結果是，可以發揮固著效果，並且化學反應面積增大， 由於這些情況，在外部電極18和19中可以得到牢固的接合狀態。另外，在燒成工序中，對於低氧燒成階段以外，也可以適用大氣、低氧氣氛及還原 性氣氛中的任意一種氣氛。另外，在本實施方式中，應該燒成的半成品的層疊構造物21具有外部電極18和 19，並採用共燒(co-fire)，該共燒(co-fire)是在為了得到陶瓷層疊體12而進行燒成的同 時、將外部電極18和19也進行燒接。因此，與對燒結了的陶瓷層疊體12印刷用於形成外 部電極18和19的導體糊料、並進行燒接的後燒的情況比較，由於可以將外部電極18和19、 與面內布線導體13同樣在對生片的印刷工序中形成，因此簡化了工序，並且可以與面內布 線導體13的印刷精度具有大致相同的印刷精度來形成外部電極18和19。另外，在後燒的 情況下，必須考慮燒結了的陶瓷層疊體12的燒成所引起的形變或收縮的影響來形成外部 電極18和19，因此容易產生位置偏離，但在採用共燒時，不必考慮這樣的情況，可以具有良 好的精度來形成外部電極18和19。另外，在本實施方式的情況下，由於在用於形成面內布線導體13的導體糊料中也 含有金屬氧化物，因此可以使面內布線導體13和與其接觸的鐵氧體層或者陶瓷層之間的 接合強度也提高。其結果是，可以抑制在陶瓷層疊體12中產生脫層等構造缺陷，並且提高 陶瓷層疊體12的表面的共面性，因此可以提高片狀器件20的安裝精度。另外，由於採用共燒，因此燒成次數減少，削減了製造成本。在以上說明的實施方式中，不僅將含有金屬氧化物的導體糊料用於形成外部電極 18和19，還用於形成面內布線導體13及層間連接導體14，但作為其他實施方式，作為用於 形成面內布線導體13及層間連接導體14的導體糊料，也可以使用不含有金屬氧化物的材 料。根據上述其他實施方式，在面內布線導體13及層間連接導體14中可以得到較高 的導電性。其結果是，線圈15的磁特性提高。另外，在期望這樣的效果時，也可以僅對構成 線圈15的面內布線導體13及層間連接導體14，使用不含有金屬氧化物的導體糊料。另外，根據上述其他實施方式，面內布線導體13和與其接觸的鐵氧體層或者陶瓷 層之間的化學反應性變得比較低，無法得到提高接合強度的效果。因此，緩和了在面內布線 導體13附近的應力。這也有助於提高線圈15的磁特性。另外，上述應力緩和的結果，使燒成工序中從最高溫度到冷卻過程的期間產生的 面內布線導體13和與其接觸的鐵氧體層或者陶瓷層之間的熱膨脹係數差所導致的應力得 到緩和。其結果是，抑制在面內布線導體13附近產生裂紋。這樣的效果特別在線圈15那樣的面內布線導體13的配置密度較高的部分，得到更顯著的發揮。圖4是表示實施本發明所涉及的製造方法可以得到的層疊型陶瓷電子元器件的 其他例子的剖視圖。圖4所示的層疊陶瓷電子元器件31包括至少表面具有由鐵氧體製成的鐵氧體層 而構成的陶瓷層疊體32。在陶瓷層疊體32的內部，形成有面內布線導體33及層間連接導 體34，利用特定的面內布線導體33及層間連接導體34構成線圈35。在陶瓷層疊體32的 下方主面37上形成外部電極38。在上方主面36上不形成外部電極。在這樣的層疊型陶瓷電子元器件31中，向至少用於形成外部電極38而使用的導 體糊料添加金屬氧化物。關於其他結構及製造方法，與上述的層疊型陶瓷電子元器件11的 情況實際上一樣。另外，在圖4所示的層疊型陶瓷電子元器件31中，由於在陶瓷層疊體32的上方主 面36上不形成外部電極，因此在陶瓷層疊體32中具有鐵氧體層而構成的也可以僅為下方 主面37。
權利要求
一種層疊型陶瓷電子元器件的製造方法，該方法所製造的層疊型陶瓷電子元器件包括至少表面具有由鐵氧體製成的鐵氧體層以構成的陶瓷層疊體；以及形成於所述陶瓷層疊體的表面且含有金屬氧化物的外部電極，其特徵在於，所述製造方法包括通過燒成來準備成為具有所述外部電極的所述層疊型陶瓷電子元器件的半成品的層疊構造物的工序；以及燒成所述半成品的層疊構造物的燒成工序，所述燒成工序含有低氧燒成階段，所述低氧燒成階段在氧分壓低於大氣中的氧分壓的條件下實施燒成。
2.如權利要求1所述的層疊型陶瓷電子元器件的製造方法，其特徵在於， 在所述低氧燒成階段中，設定氧濃度在10體積％以下。
3.如權利要求1或2所述的層疊型陶瓷電子元器件的製造方法，其特徵在於， 所述金屬氧化物的材料與形成所述鐵氧體的材料相同。
4.如權利要求1至3中任一項所述的層疊型陶瓷電子元器件的製造方法，其特徵在於， 所述半成品的層疊構造物中的所述外部電極所含有的所述金屬氧化物的含有量在0. 1 10重量％的範圍內。
5.如權利要求1至4中任一項所述的層疊型陶瓷電子元器件的製造方法，其特徵在於， 所述半成品的層疊構造物在其內部具有內部布線導體，以使該內部布線導體中不含有金屬氧化物。
全文摘要
層疊型陶瓷電子元器件包括至少表面具有由鐵氧體製成的鐵氧體層而構成的陶瓷層疊體；以及形成於陶瓷層疊體的表面的外部電極，在該層疊型陶瓷電子元器件中，提高外部電極的接合強度。通過燒成，在成為具有外部電極的層疊型陶瓷電子元器件的半成品的層疊構造物中，使外部電極含有金屬氧化物、例如與形成鐵氧體的材料相同的材料。在燒成半成品的層疊構造物時，設置在氧分壓低於大氣中的氧分壓的條件下實施燒成的低氧燒成階段，利用金屬氧化物的還原反應，使外部電極和與其接觸的鐵氧體層之間的化學反應性提高，得到處於牢固的接合狀態的外部電極。
文檔編號H05K3/46GK101861059SQ201010157110
公開日2010年10月13日 申請日期2010年3月31日 優先權日2009年4月1日
發明者松原大悟 申請人:株式會社村田製作所