積層セラミック電子部品の製造プロセスと信頼性設計
〜スラリー分散、シート成形、内部電極、脱バインダー、焼成、外部電極〜

和田技術士事務所　代表　和田 信之 氏

1978年　九州大学大学院　理学研究科地質学専攻修士課程 終了
1978年　播磨耐火煉瓦株式会社（現,黒崎播磨）入社
　　　　兵庫県高砂市　本社技術研究所に勤務。
　　　　主に製鋼、製鉄用耐火物の材料開発、主に不定形耐火物の開発に従事
1986年　株式会社村田製作所 入社
　　　　京都府長岡京市本社および滋賀県野洲市野洲事業所に勤務。
　　　　電子セラミックス材料、主に積層セラミックコンデンサ用誘電体材料の研究開発に従事。
　　　　その後、電子セラミックス材料研究開発、分析センター、故障解析センターの部門長に
　　　　就任、知的財産部門で先行技術調査を経験。
2005年〜2012年　日本セラミックス協会　電子材料部会役員
　　　　　国際協力・AMECおよびナノクリスタル研究会の各委員として部会活動に参加
2014年　株式会社村田製作所 定年退職
2016年　和田技術士事務所設立

【本セミナーで学べること】
・積層セラミックスに関する基礎知識;相図、焼結、金属の酸化、酸化物の還元、酸化還元の熱力学、粒成長、
・積層セラミック製造プロセスの基礎知識；スラリー組成設計、分散性、シート成形での乾燥、内部電極の組成、金属粉末性状、内部電極の焼結性、積層工程、焼成雰囲気制御、外部電極形成、電解めっき、耐湿性
・故障解析、加速寿命、耐用寿命、故障率、摩耗故障、温度加速、電圧加速、湿度加速

【講座概要】
本セミナーでは、積層セラミック電子部品の生産や開発に直接に携わる技術者、研究者の方、およびセラミック材料、電極材料、有機バインダー材料、有機溶剤など積層セラミック電子部品に関係する素材の技術者、研究者の方に、積層セラミック製造プロセス技術を積層セラミックコンデンサ（MLCC）の例に取り、概説します。
積層セラミック電子部品ではセラミック粉末からなる生シートと金属粉末からなる内部電極膜を多層積層し、共焼結する必要があります。金属粉末の酸化特性、低温での焼結性はセラミックス素子の複合体に構造欠陥を招きやすく、クラックやデラミなどの不良が発生しやすい工程であり、不良を防止するための工程設計が重要になります。工程条件の不備によっては、内部欠陥などの不具合が内在し、長期信頼性に重大なリスクを招く結果となります。各工程での技術ポイントを理解することで、信頼性の高い積層セラミック電子部品の製造が可能になるものと考えます。
本セミナーでは積層セラミックコンデンサ(MLCC)の製造プロセスを例に取り、セラミックスラリーの組成、作製から、内部電極ペースト、電極印刷、積層、脱バインダー/焼成工程、外部電極形成、故障解析、信頼性設計の考え方など、積層セラミック電子部品の製造プロセス上のポイントを学習できるように企画しています。積層セラミック電子部品の開発に必要な製造工程をトータルに理解することで、個々の技術課題が明らかになると考えています。このセミナーで全体像を理解して頂き、積層セラミック電子部品に直接ないし間接的に係わる技術者の日々の技術的な課題解決に対して、参考になれば幸甚です。

１．積層セラミックス電子部品の概要
　・積層電子セラミックスの種類、組成、内部電極、金属の酸化、平衡酸素分圧、内部構造、小型化の変遷

２．セラミックスの基礎知識
　・セラミックスの微構造、粒界、グレイン
　・セラミックスの焼結現象、粒成長、緻密化
　・相図、平衡状態図、全率固溶系、共晶系、包晶系、焼結助材、液相生成

３．金属酸化物の酸化と還元
　・金属の酸化、酸化物の還元、ギブス生成自由エネルギー、平衡酸素分圧、酸化物の安定性、エリンガム図　　
　・Cu、Ni内部電極平衡酸素分圧
　・代表的酸化物の平衡酸素分圧、エリンガム図の見方、ギブス生成自由エネルギーの計算
　
４．積層セラミック電子部品の製造プロセス概要
　・積層コンデンサ（MLCC）、積層インダクタ、積層サーミスタ、積層圧電体、リチウム二次電池、全固体電池
　・シート剥離・積層機構、面剥離、仮圧着

５．シート成形用スラリーの設計　
　・シート組成、顔料体積濃度(PVC)、吸着バインダー、フリーバインダー、臨界顔料体積濃度（CPVC）、バインダー/可塑剤比、シート強度、破壊靭性
　・凝集、分散材添加量、チクソ性、凝集体構造　

６．スラリーの分散プロセス
　・分散方法、ボールミル、ボール径、回転速度、ビーズミル、ビーズ径、周速
　・スラリーの分散性評価、沈降体積
　・粒度分布、測定方法、比表面積、メディアン径、個数基準、体積基準

７．シート品質
　・シート成形機乾燥ゾーン、恒率乾燥、シート品質、シートの表面性状、バインダー偏在、ベナードセル
　・シート表面粗さ、添加物の分散性、信頼性
　・積層体のプレス、一軸、温水等方プレス（WIP）

８．内部電極ペーストの設計
　・内部電極ペースト組成、内部電極の薄層化、微粒金属粉　CVD法、液相法
　・Niペースト組成、スクリーン印刷塗布形状、シートアタック、ネガパターン印刷
　・内部電極焼成収縮、共材の効果、カバレッジ、金属粉末表面コーティング

９．脱バインダーおよび焼成
　・焼成プロファイル、焼成雰囲気、バインダーの熱分解、残留炭素、熱分解での触媒効果
　・雰囲気制御ガス、残留炭素の影響、酸素分圧制御計算
　・粒成長、粒成長抑制、焼結体の不均一歪み、残留応力、冷却速度
　・焼成初期ネッキング、高温弾性率、焼成での変形、そり、高速焼成

１０．外部電極形成
　・バレル研磨、焼成前バレル、焼成後バレル、塗布方法、外部電極浸漬塗布
　・外部電極の構成、外部電極フリット、樹脂外部電極、金属端子
　・電解めっき、結晶配向性、応力発生、Snウイスカー

１１．長期信頼性（MLCC、BaTiO3を例に）
　・バスタブ曲線、初期故障、耐用寿命、摩耗故障、加速評価、温度加速、電圧加速、湿度加速
　・故障個所の分析、電界集中、カバレッジ、内部電極/セラミックの界面

１２．積層セラミック電子部品の故障要因
　・ボイド、剥離、クラック、マイグレーション、耐湿性のクラック
　・故障解析手順、不良解析例

【質疑応答】