JP2767188B2 - セラミックス積層体のビア形成方法 - Google Patents
セラミックス積層体のビア形成方法Info
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- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Ceramic Capacitors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス積層体に
おけるビア接続部の形成方法に関し、更に詳しく述べる
と、隣接する層の対応する箇所に設けた大小のビア穴内
の金属材によって、層間の電気的接続を行うビア接続部
の形成方法に関するものである。この技術は、例えば多
層セラミックス回路板、積層コンデンサ、積層圧電素子
などにおける層間の電気的接続に有用である。
おけるビア接続部の形成方法に関し、更に詳しく述べる
と、隣接する層の対応する箇所に設けた大小のビア穴内
の金属材によって、層間の電気的接続を行うビア接続部
の形成方法に関するものである。この技術は、例えば多
層セラミックス回路板、積層コンデンサ、積層圧電素子
などにおける層間の電気的接続に有用である。
【０００２】
【従来の技術】積層型セラミックス基板や各種積層型セ
ラミックス素子において、それら基板や素子の内部で層
間の電気的接続を図る技術として、ビア接続構造があ
る。これは、セラミックスグリーンシート（未焼結シー
ト）を積層する際、隣接するシートの対応する箇所にそ
れぞれビア穴を設けて、内部に金属粉（実際には銀粒子
などの金属粉と有機バインダを混ぜ合わせた導電ペース
トを用いる）を充填しておき、積層一体化後に焼結する
ことにより、ビア穴内の金属材によって層間の電気的接
続を図る技術である。
ラミックス素子において、それら基板や素子の内部で層
間の電気的接続を図る技術として、ビア接続構造があ
る。これは、セラミックスグリーンシート（未焼結シー
ト）を積層する際、隣接するシートの対応する箇所にそ
れぞれビア穴を設けて、内部に金属粉（実際には銀粒子
などの金属粉と有機バインダを混ぜ合わせた導電ペース
トを用いる）を充填しておき、積層一体化後に焼結する
ことにより、ビア穴内の金属材によって層間の電気的接
続を図る技術である。
【０００３】従来採用されているビア穴の直径は、素子
の種類や寸法などに応じて０．０８〜０．８mm程度と様
々である。しかし、いずれにしても１つの積層体におけ
るビア穴は、上方のグリーンシートから下方のグリーン
シートに至るまで全て同じ直径で形成されている。そし
て各グリーンシートは、対応する箇所の全てのビア穴の
中心位置が一致するように厳密に位置合わせして積層し
一体化する。
の種類や寸法などに応じて０．０８〜０．８mm程度と様
々である。しかし、いずれにしても１つの積層体におけ
るビア穴は、上方のグリーンシートから下方のグリーン
シートに至るまで全て同じ直径で形成されている。そし
て各グリーンシートは、対応する箇所の全てのビア穴の
中心位置が一致するように厳密に位置合わせして積層し
一体化する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ビア穴に充填した金属
粉とグリーンシートは積層体として一体焼成されるが、
この時、金属粉とセラミックス（グリーンシート）とは
焼成収縮率が異なり、一般に金属粉の方が収縮が大き
い。このことと、金属の凝縮作用のために、ビア穴壁と
金属材との間に隙間ができる。このため、特にビア穴径
が小さい場合には、充填する金属粉の量が少ないこと
と、上下ビア部の中心位置の僅かなずれが大きく影響す
ることもあって、上下のビア部の間、あるいはビア部と
内部電極パターンとの間で電気的接続不良が生じたり、
接続が不十分なため信頼性を損なうなどの問題があっ
た。
粉とグリーンシートは積層体として一体焼成されるが、
この時、金属粉とセラミックス（グリーンシート）とは
焼成収縮率が異なり、一般に金属粉の方が収縮が大き
い。このことと、金属の凝縮作用のために、ビア穴壁と
金属材との間に隙間ができる。このため、特にビア穴径
が小さい場合には、充填する金属粉の量が少ないこと
と、上下ビア部の中心位置の僅かなずれが大きく影響す
ることもあって、上下のビア部の間、あるいはビア部と
内部電極パターンとの間で電気的接続不良が生じたり、
接続が不十分なため信頼性を損なうなどの問題があっ
た。
【０００５】ビア穴の直径をかなり大きくすれば、充填
される金属粉の量が多くなり、電気的接続の不良が生じ
る可能性は少なくなる。しかし、ビア穴径を大きくする
と、素子として本来の機能を果たす有効部分の面積が少
なくなる欠点が生じる。例えば、積層型圧電素子の場合
には、ビア穴の部分は不活性領域（圧電動作に寄与しな
い部分）となるから、できるだけその面積を小さくする
ことが望ましい。またビア穴径が極端に大きくなると、
金属粉を充填してから積層するまでの間に、それが脱落
する虞が生じ、作業性が悪くなる。
される金属粉の量が多くなり、電気的接続の不良が生じ
る可能性は少なくなる。しかし、ビア穴径を大きくする
と、素子として本来の機能を果たす有効部分の面積が少
なくなる欠点が生じる。例えば、積層型圧電素子の場合
には、ビア穴の部分は不活性領域（圧電動作に寄与しな
い部分）となるから、できるだけその面積を小さくする
ことが望ましい。またビア穴径が極端に大きくなると、
金属粉を充填してから積層するまでの間に、それが脱落
する虞が生じ、作業性が悪くなる。
【０００６】本発明の目的は、上記のような従来技術の
欠点を解消し、ビア部同士の位置合わせが容易で、且つ
上下のビア部の間、あるいはビア部と内部電極パターン
との間の電気的接続を確実に行うことができ、信頼性並
びに製造歩留りの向上を図ることができるようなセラミ
ックス積層体のビア接続部の形成方法を提供することで
ある。
欠点を解消し、ビア部同士の位置合わせが容易で、且つ
上下のビア部の間、あるいはビア部と内部電極パターン
との間の電気的接続を確実に行うことができ、信頼性並
びに製造歩留りの向上を図ることができるようなセラミ
ックス積層体のビア接続部の形成方法を提供することで
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
グリーンシートを積層する際、隣接するグリーンシート
の対応する箇所にビア穴を設けて内部に金属粉を充填し
ておき、積層一体化後に焼結することにより、ビア穴内
の金属材によって層間の電気的接続を行うビアの形成方
法において、隣接するグリーンシートの対応する箇所に
形成するビア穴を、一方が大ビア穴、他方が小ビア穴と
なる組み合わせとするセラミックス積層体のビア接続部
の形成方法である。ここで大ビア穴の直径を、小ビア穴
の直径の１．２〜２倍程度とすることが望ましい。
グリーンシートを積層する際、隣接するグリーンシート
の対応する箇所にビア穴を設けて内部に金属粉を充填し
ておき、積層一体化後に焼結することにより、ビア穴内
の金属材によって層間の電気的接続を行うビアの形成方
法において、隣接するグリーンシートの対応する箇所に
形成するビア穴を、一方が大ビア穴、他方が小ビア穴と
なる組み合わせとするセラミックス積層体のビア接続部
の形成方法である。ここで大ビア穴の直径を、小ビア穴
の直径の１．２〜２倍程度とすることが望ましい。
【０００８】
【作用】積層体を焼成する際、ビア穴に充填した金属粉
とグリーンシートのセラミックスとの焼成収縮は異な
る。前述のように、一般に金属粉の方が収縮率が大き
く、しかも金属粉は凝集する。本発明のように、大ビア
穴と小ビア穴を組み合わせた構成では、金属粉が凝集す
る際に、毛管現象により小ビア穴内には大ビア穴側から
も金属粉が供給されて、隙間無く完全に充填される。他
方、大ビア穴では、金属粉の量がやや減少し、金属材と
ビア穴壁との間でやや大きめの空隙が生じるものの、中
心部分には大部分の金属材が残っているために、上下の
ビア部の間での接続は十分に行える。
とグリーンシートのセラミックスとの焼成収縮は異な
る。前述のように、一般に金属粉の方が収縮率が大き
く、しかも金属粉は凝集する。本発明のように、大ビア
穴と小ビア穴を組み合わせた構成では、金属粉が凝集す
る際に、毛管現象により小ビア穴内には大ビア穴側から
も金属粉が供給されて、隙間無く完全に充填される。他
方、大ビア穴では、金属粉の量がやや減少し、金属材と
ビア穴壁との間でやや大きめの空隙が生じるものの、中
心部分には大部分の金属材が残っているために、上下の
ビア部の間での接続は十分に行える。
【０００９】また一方が大ビア穴で、他方が小ビア穴で
あるので、上下のビア同士での位置合わせの際、両者の
半径の差程度の多少の位置ずれは許容される。そのた
め、上下のビア部の間での電気的接続も、より確実に行
えることになる。
あるので、上下のビア同士での位置合わせの際、両者の
半径の差程度の多少の位置ずれは許容される。そのた
め、上下のビア部の間での電気的接続も、より確実に行
えることになる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明に係るセラミックス積層体のビ
ア形成構造の一実施例を示す説明図であり、Ａは積層前
のグリーンシートの平面図、Ｂは各グリーンシートの側
断面図である。この例は、積層型圧電素子（圧電アクチ
ュエータ）に適用した場合である。ビア接続は、セラミ
ックスグリーンシートを積層する際、隣接するシートの
対応する箇所にビア穴を設けて内部に金属粉を充填して
おき、積層一体化後に焼結することにより、ビア穴内の
金属材によって層間の電気的接続を行う構造である。
ア形成構造の一実施例を示す説明図であり、Ａは積層前
のグリーンシートの平面図、Ｂは各グリーンシートの側
断面図である。この例は、積層型圧電素子（圧電アクチ
ュエータ）に適用した場合である。ビア接続は、セラミ
ックスグリーンシートを積層する際、隣接するシートの
対応する箇所にビア穴を設けて内部に金属粉を充填して
おき、積層一体化後に焼結することにより、ビア穴内の
金属材によって層間の電気的接続を行う構造である。
【００１１】セラミックスグリーンシート（未焼結シー
ト）１０に、それぞれ円形状の大ビア穴１２と小ビア穴
１４を形成し、グリーンシート表面に所定の内部電極パ
ターン１６（影線を付した部分）を印刷すると共に、前
記の大ビア穴１２と小ビア穴１４の内部に金属粉１８を
充填する。大ビア穴１２の周囲には、リング状の無電極
部２０（細かな点々を付した部分）を形成して、大ビア
穴１２に充填した金属粉１８との分離を図り、他方、小
ビア穴１４については、その穴縁まで内部電極パターン
１６を印刷して、該小ビア穴１４に充填した金属粉１８
に連続するように構成する。ここで、セラミックスグリ
ーンシート１０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の
ようなセラミックス粉体と有機バインダとを混練し、ド
クターブレード法や圧延ロール法等によって薄いシート
に成形したものからなる。グリーンシート表面に印刷す
る内部電極パターン１６には、例えば銀粒子とバインダ
とを混ぜ合わせてペースト状とした材料を用いる。また
各ビア穴１２，１４に充填する金属粉１８も、金属粉と
有機バインダとを混ぜ合わせてペースト状としたものを
用いる。通常、これは内部電極パターンを形成するのに
用いたのと同じ材料である。
ト）１０に、それぞれ円形状の大ビア穴１２と小ビア穴
１４を形成し、グリーンシート表面に所定の内部電極パ
ターン１６（影線を付した部分）を印刷すると共に、前
記の大ビア穴１２と小ビア穴１４の内部に金属粉１８を
充填する。大ビア穴１２の周囲には、リング状の無電極
部２０（細かな点々を付した部分）を形成して、大ビア
穴１２に充填した金属粉１８との分離を図り、他方、小
ビア穴１４については、その穴縁まで内部電極パターン
１６を印刷して、該小ビア穴１４に充填した金属粉１８
に連続するように構成する。ここで、セラミックスグリ
ーンシート１０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の
ようなセラミックス粉体と有機バインダとを混練し、ド
クターブレード法や圧延ロール法等によって薄いシート
に成形したものからなる。グリーンシート表面に印刷す
る内部電極パターン１６には、例えば銀粒子とバインダ
とを混ぜ合わせてペースト状とした材料を用いる。また
各ビア穴１２，１４に充填する金属粉１８も、金属粉と
有機バインダとを混ぜ合わせてペースト状としたものを
用いる。通常、これは内部電極パターンを形成するのに
用いたのと同じ材料である。
【００１２】図１のＢに示すように、このようなグリー
ンシート１０を、大ビア穴１２と小ビア穴１４とが相対
向するように組み合わせて積層する。即ち、大ビア穴１
２の中心と小ビア穴１４の中心が一致するように交互に
積層する。そして加圧一体化した後、焼成する。焼成品
の断面を図２に示す。この焼成品３０では、大小の各ビ
ア部３２を通して一層おきに内部電極３４が接続され、
それによって一層おきの内部電極３４に異なる極性の電
圧を印加できる構造となる。図２では図面を分かり易く
するため積層枚数が４枚しか描いていないが、実際の積
層型圧電素子では、積層枚数は数十枚ないし百数十枚に
も及ぶ。
ンシート１０を、大ビア穴１２と小ビア穴１４とが相対
向するように組み合わせて積層する。即ち、大ビア穴１
２の中心と小ビア穴１４の中心が一致するように交互に
積層する。そして加圧一体化した後、焼成する。焼成品
の断面を図２に示す。この焼成品３０では、大小の各ビ
ア部３２を通して一層おきに内部電極３４が接続され、
それによって一層おきの内部電極３４に異なる極性の電
圧を印加できる構造となる。図２では図面を分かり易く
するため積層枚数が４枚しか描いていないが、実際の積
層型圧電素子では、積層枚数は数十枚ないし百数十枚に
も及ぶ。
【００１３】ビア部の詳細を図３に示す。これは焼成品
を切断して観察した模式図である。グリーンシートの状
態では、大ビア穴の直径は０．２５mmφ、小ビア穴の直
径は０．１２５mmφに設定してあり、従って焼結後はそ
れよりも小さくなっている。しかし、大ビア穴と小ビア
穴の直径の相対比率は変わらない。大ビア穴１２内に
は、その穴壁近傍に空隙が生じるものの、小ビア穴１４
内にはほぼ完全に金属材３２が充満している。これは焼
成時にセラミックスグリーンシート及び金属粉ともに収
縮が生じ、金属粉の方が収縮が大きいため両ビア穴との
間に空隙が発生するが、小ビア穴の毛管現象により大ビ
ア穴内の金属粉の浸入作用が生じ、まず小ビア穴内に金
属粉が充填した状態となる。また大ビア穴内に残った金
属粉は凝集力で球形化し、ビア穴壁からは離れるもの
の、小ビア穴内の金属材や内部電極パターンとは接続さ
れたままの状態を保つため、良好な電気的接続状態が実
現される。また大ビア穴の中心と小ビア穴の中心が多少
ずれても、それが両ビア穴の半径の差程度であれば、上
記の良好な接続状態は確保される。
を切断して観察した模式図である。グリーンシートの状
態では、大ビア穴の直径は０．２５mmφ、小ビア穴の直
径は０．１２５mmφに設定してあり、従って焼結後はそ
れよりも小さくなっている。しかし、大ビア穴と小ビア
穴の直径の相対比率は変わらない。大ビア穴１２内に
は、その穴壁近傍に空隙が生じるものの、小ビア穴１４
内にはほぼ完全に金属材３２が充満している。これは焼
成時にセラミックスグリーンシート及び金属粉ともに収
縮が生じ、金属粉の方が収縮が大きいため両ビア穴との
間に空隙が発生するが、小ビア穴の毛管現象により大ビ
ア穴内の金属粉の浸入作用が生じ、まず小ビア穴内に金
属粉が充填した状態となる。また大ビア穴内に残った金
属粉は凝集力で球形化し、ビア穴壁からは離れるもの
の、小ビア穴内の金属材や内部電極パターンとは接続さ
れたままの状態を保つため、良好な電気的接続状態が実
現される。また大ビア穴の中心と小ビア穴の中心が多少
ずれても、それが両ビア穴の半径の差程度であれば、上
記の良好な接続状態は確保される。
【００１４】因に、従来同様に、同径（直径０．１２５
mmφ）のビア穴でビア接続を行った場合の焼成品の模式
図を図４に示す。これは接続不良が生じた典型的な状態
である。このように、従来品では、各ビア穴に充填した
金属粉が焼成時に収縮し、それぞれ球形化するため、上
下のビア穴内の金属材が不連続となって、内部電極間の
電気的接続が行えなくなる。多数枚の積層焼結品中に、
このような不連続（断線）箇所が１箇所でもあると、そ
の素子は不良品となり使用できない。特に両ビア穴の中
心位置がずれると、このような接続不良が生じ易くな
る。
mmφ）のビア穴でビア接続を行った場合の焼成品の模式
図を図４に示す。これは接続不良が生じた典型的な状態
である。このように、従来品では、各ビア穴に充填した
金属粉が焼成時に収縮し、それぞれ球形化するため、上
下のビア穴内の金属材が不連続となって、内部電極間の
電気的接続が行えなくなる。多数枚の積層焼結品中に、
このような不連続（断線）箇所が１箇所でもあると、そ
の素子は不良品となり使用できない。特に両ビア穴の中
心位置がずれると、このような接続不良が生じ易くな
る。
【００１５】大小ビア穴の直径の比率は、大ビア穴径が
小ビア穴径の１．２〜２．０倍程度の範囲内とするのが
望ましい。穴径の比率が１．２未満では積層のずれ公差
をカバーすることができないし、逆に穴径の比率が２．
０よりも大きいと、不活性部分が増加し好ましくないか
らである。
小ビア穴径の１．２〜２．０倍程度の範囲内とするのが
望ましい。穴径の比率が１．２未満では積層のずれ公差
をカバーすることができないし、逆に穴径の比率が２．
０よりも大きいと、不活性部分が増加し好ましくないか
らである。
【００１６】本発明は、上記のような積層型圧電素子の
みならず、積層型の回路基板や積層型コンデンサ、積層
型マイクロ波誘電体素子などにも適用できることは言う
までもない。
みならず、積層型の回路基板や積層型コンデンサ、積層
型マイクロ波誘電体素子などにも適用できることは言う
までもない。
【００１７】
【発明の効果】本発明は上記のように、大ビア部と小ビ
ア部が交互に積層するように組み合わせた構成であるの
で、金属粉の焼成収縮率がセラミックスグリーンシート
の焼成収縮率よりもはるかに大きいにもかかわらず、小
ビア穴に金属粉が充満し、大ビア穴では金属材の凝集作
用によって金属材が球形化し、上下のビア部の間やビア
部と内部電極との間で確実に電気的接続が行われる。ま
た隣接する大小のビア部の間で、両ビア穴の半径の差程
度の多少の位置ずれは許容され、電気的接続に支障を来
さない。これらのために、ビア接続部での電気的接続不
良を防止でき、信頼性が大幅に向上すると共に製造の歩
留りが向上する。
ア部が交互に積層するように組み合わせた構成であるの
で、金属粉の焼成収縮率がセラミックスグリーンシート
の焼成収縮率よりもはるかに大きいにもかかわらず、小
ビア穴に金属粉が充満し、大ビア穴では金属材の凝集作
用によって金属材が球形化し、上下のビア部の間やビア
部と内部電極との間で確実に電気的接続が行われる。ま
た隣接する大小のビア部の間で、両ビア穴の半径の差程
度の多少の位置ずれは許容され、電気的接続に支障を来
さない。これらのために、ビア接続部での電気的接続不
良を防止でき、信頼性が大幅に向上すると共に製造の歩
留りが向上する。
【図１】本発明に係るビア形成方法の一実施例を示す説
明図。
明図。
【図２】本発明によりビア接続した積層焼結品の断面
図。
図。
【図３】本発明に係る積層焼結品のビア部の拡大説明
図。
図。
【図４】従来の積層焼結品のビア部の拡大説明図。
１０ セラミックスグリーンシート １２ 大ビア穴 １４ 小ビア穴 １６ 内部電極パターン １８ 導電ペースト ２０ 無電極部
Claims (2)
- 【請求項１】 セラミックスグリーンシートを積層する
際、隣接するグリーンシートの対応する箇所にビア穴を
設けて内部に金属粉を充填しておき、積層一体化後に焼
結することにより、ビア穴内の金属材によって層間の電
気的接続を行うビアの形成方法において、隣接するグリ
ーンシートの対応する箇所に形成するビア穴を、一方が
大ビア穴、他方が小ビア穴となる組み合わせとすること
を特徴とするセラミックス積層体のビア形成方法。 - 【請求項２】 大径ビア部の直径を、小径ビア部の直径
の１．２〜２倍とした請求項１記載のビア形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5207081A JP2767188B2 (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | セラミックス積層体のビア形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5207081A JP2767188B2 (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | セラミックス積層体のビア形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0745470A JPH0745470A (ja) | 1995-02-14 |
| JP2767188B2 true JP2767188B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=16533888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5207081A Expired - Lifetime JP2767188B2 (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | セラミックス積層体のビア形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2767188B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10148190B2 (en) | 2015-04-20 | 2018-12-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4687757B2 (ja) * | 2008-07-22 | 2011-05-25 | 株式会社村田製作所 | 積層セラミック電子部品の製造方法 |
| JP2015162527A (ja) * | 2014-02-26 | 2015-09-07 | 株式会社村田製作所 | 積層型フィルムコンデンサ、コンデンサ内蔵バスバー、電力変換システム、積層型フィルムコンデンサの製造方法及びコンデンサ内蔵バスバーの製造方法 |
-
1993
- 1993-07-29 JP JP5207081A patent/JP2767188B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10148190B2 (en) | 2015-04-20 | 2018-12-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0745470A (ja) | 1995-02-14 |
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