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WO2005034151A1 - 積層セラミック電子部品およびその製造方法 - Google Patents

積層セラミック電子部品およびその製造方法 Download PDF

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WO2005034151A1
WO2005034151A1 PCT/JP2004/012546 JP2004012546W WO2005034151A1 WO 2005034151 A1 WO2005034151 A1 WO 2005034151A1 JP 2004012546 W JP2004012546 W JP 2004012546W WO 2005034151 A1 WO2005034151 A1 WO 2005034151A1
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WO
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ceramic
coil
element portion
permeability
ceramic layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/012546
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tomoo Takazawa
Original Assignee
Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co., Ltd. filed Critical Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority to JP2005514371A priority Critical patent/JPWO2005034151A1/ja
Priority to US10/526,409 priority patent/US7251120B2/en
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    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
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    • H01G4/002Details
    • H01G4/228Terminals
    • H01G4/232Terminals electrically connecting two or more layers of a stacked or rolled capacitor
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
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    • H03H7/01Frequency selective two-port networks
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    • HELECTRICITY
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H03H2001/0021Constructional details
    • H03H2001/0085Multilayer, e.g. LTCC, HTCC, green sheets

Definitions

  • Multilayer ceramic electronic component and method of manufacturing the same
  • the present invention relates to a multilayer ceramic electronic component and a method of manufacturing the same, and more particularly to a multilayer ceramic electronic component such as a multilayer inductor, a multilayer capacitor, and a multilayer LC composite component, and a method of manufacturing the same.
  • a high-permeability magnetic layer and a low-permeability magnetic layer are required to secure a high impedance in a wide frequency band and obtain a noise reduction effect.
  • Laminate arrange coils inside each, and connect them in series.
  • a magnetic layer having a high magnetic permeability and a magnetic layer having a low magnetic permeability are integrally laminated via a non-magnetic intermediate layer.
  • a multilayer inductor having the above structure has been proposed.
  • the non-magnetic intermediate layer prevents the materials of the magnetic layer having a high magnetic permeability and the magnetic layer having a low magnetic permeability from being mutually diffused, and prevents the magnetic properties of both layers from deteriorating.
  • the capacitor portion and the coil portion are each formed of dielectric layers having different dielectric constants, and have a structure in which these dielectric layers having different dielectric constants are integrally laminated.
  • Laminated LC composite parts are also known.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-7835
  • Patent Document 2 JP-A-6-232005 Disclosure of the invention
  • a multilayer ceramic electronic component according to the present invention comprises:
  • At least the first element part and the second element part are stacked to form a ceramic laminate, and the porosity of the ceramic layer of the first element part and the porosity of the ceramic layer of the second element part are different. That
  • the first element unit incorporates a first coil configured by electrically connecting the internal electrodes
  • the second element unit includes a second coil configured by electrically connecting the internal electrodes.
  • the first coil and the second coil are electrically connected to form an inductor.
  • the first element part incorporates a coil constituted by electrically connecting the internal electrodes
  • the second element part incorporates a capacitor constituted by opposed internal electrodes with a ceramic layer interposed therebetween
  • An LC filter is formed by electrically connecting a coil and a capacitor having a porosity S of the ceramic layer of the second element portion lower than that of the ceramic layer of the first element portion.
  • the ceramic layer contains a high proportion of vacancies, the magnetic permeability and the dielectric constant become low. Therefore, even if the materials are of the same kind, the first element portion and the second element portion having different magnetic permeability and permittivity can be obtained by making the porosity different.
  • the method for manufacturing a multilayer ceramic electronic component according to the present invention includes:
  • the particulate burnable material may not be added to either the ceramic slurry to be the ceramic layer of the first element portion or the ceramic slurry to be the ceramic layer of the second element portion.
  • the porosity of the ceramic layer of the first element portion is made different from the porosity of the ceramic layer of the second element portion, so that the ceramic layer of the first element portion and the second element have different porosity. Even if the ceramic layers of the parts are of the same kind of material, the force S can be made to make the first element part and the second element part have different magnetic permeability and dielectric constant. As a result, a multilayer ceramic electronic component that does not require an intermediate layer and has a high degree of freedom in designing the permittivity and the magnetic permeability can be obtained.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a first embodiment of a multilayer ceramic electronic component according to the present invention.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the multilayer ceramic electronic component shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a part of the ceramic laminate of the multilayer ceramic electronic component shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the multilayer ceramic electronic component shown in FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing frequency characteristics of the multilayer ceramic electronic component shown in FIG.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing a third embodiment of the multilayer ceramic electronic component according to the present invention.
  • FIG. 7 is a sectional view schematically showing the multilayer ceramic electronic component shown in FIG. 6.
  • the multilayer inductor 1 is composed of a low-permeability ceramic green sheet 12 for an inner layer provided with a conductor pattern 5 for a coil and a via hole 6 for an interlayer connection, and a via hole for an extraction.
  • the low-permeability ceramic green sheet 12 for the outer layer It comprises a high-permeability ceramic green sheet 13 for an inner layer provided with a via hole 6 for interlayer connection, a high-permeability ceramic green sheet 13 for an outer layer provided with a via hole 8 for drawing out, and the like.
  • the high-permeability ceramic green sheet 13 is produced as follows.
  • the nickel oxide, zinc and copper oxide raw materials were mixed and calcined at 800 ° C for 1 hour. Thereafter, the mixture was pulverized by a ball mill and dried to obtain a Ni—Zn—Cu ferrite raw material (oxide mixed powder) having an average particle size of about.
  • a solvent, a binder and a dispersant are added to the ferrite raw material and kneaded to form a slurry.
  • a high-permeability ceramic green sheet 13 having a thickness of 40 ⁇ m was prepared by a method such as a doctor blade method using the slurry-like ferrite raw material.
  • the low-permeability ceramic green sheet 12 is manufactured as follows. The raw materials of nickel, zinc and copper were mixed and calcined at 800 ° C for 1 hour. Thereafter, the mixture was pulverized by a ball mill and dried to obtain a Ni—Zn—Cu ferrite raw material (oxide mixed powder) having an average particle size of about 2 / im.
  • a commercially available spherical polymer for example, a spherical burned material made of crosslinked polystyrene having an average particle diameter of 8 ⁇ m is added to the ferrite raw material, and a solvent, a binder, and a dispersant are added and kneaded.
  • a burned-out material a burned-out material manufactured by SEKISUI PLASTICS CO., LTD., Whose product name is TEC HPOLYMER, is used, and the porosity is 60%. % Was added to the ferrite raw material.
  • a low-permeability ceramic green sheet 12 having a thickness of 40 ⁇ was prepared by a method such as a doctor blade method using a slurry-like ferrite raw material. The burnt material is burned off in the subsequent firing step, and subsequently forms pores.
  • the coil conductor pattern 5 is made of a force such as Ag, Pd, Cu, Au, or an alloy thereof, and is formed by a method such as screen printing. Also, via holes 6 for interlayer connection and via holes 8 for extraction are drilled using a laser beam, etc., and filled with a conductive paste such as Ag, Pd, Cu, Au or their alloys. Formed by
  • the coil conductor patterns 5 are electrically connected in series via interlayer connection via holes 6 to form a spiral coil L. Both ends of the spiral coil L are to be drawn out via holes 8 It is electrically connected.
  • the sheets 12, 13 are stacked and pressed together to form a ceramic laminate 20 having a rectangular parallelepiped shape as shown in FIG. Then, this is subjected to a heat treatment (debinding agent treatment) at 400 ° C. for 3 hours, followed by firing at 915 ° C. for 2 hours to obtain a sintered ceramic laminate 20.
  • a heat treatment debinding agent treatment
  • the first coil formed by electrically connecting the coil conductor patterns 5 in series is formed inside the low-permeability coil portion 15 formed by stacking the low-permeability ceramic green sheets 12, the first coil formed by electrically connecting the coil conductor patterns 5 in series is formed.
  • La and a large number of holes 32 are formed inside the low-permeability coil portion 15 formed by stacking the low-permeability ceramic green sheets 12, the first coil formed by electrically connecting the coil conductor patterns 5 in series is formed inside the low-permeability coil portion 15 formed by stacking the low-permeability ceramic green sheets 12, the first coil formed by electrically connecting the coil conductor patterns 5 in series is formed inside the low-permeability ceramic green sheets 12, the first coil formed by electrically connecting the coil conductor patterns 5 in series is formed inside the low-permeability ceramic green sheets 12, the first coil formed by electrically connecting the coil conductor patterns 5 in series is formed inside the low-permeability ceramic green sheets 12, the first coil formed by electrically connecting the coil conductor patterns 5 in series is formed inside the low-permeability ceramic green sheets 12, the first coil formed by electrically connecting
  • V Volume of only the ceramic sheet of the low magnetic permeability coil section (after firing) 12
  • the porosity When the porosity is less than 30%, the dielectric constant increases, and the dielectric constant cannot be sufficiently reduced. On the other hand, if the porosity exceeds 80%, the mechanical strength of the low-permeability coil portion 15 after sintering is reduced, and subsequent resin impregnation or the like becomes difficult, which is not preferable.
  • a second coil Lb formed by electrically connecting the coil conductor patterns 5 in series is also provided inside the high-permeability ceramic green sheets 13. And a small number of holes are formed.
  • the second coil Lb and the first coil La are electrically connected in series to form a spiral coil L.
  • the pores are generated by bubbles engulfed in producing the slurry-type raw material and volatile components of the binder and the dispersant.
  • the porosity formed in the high permeability coil portion 16 is small, and the porosity is 10% or less.
  • the porosity of each of the high permeability coil sections 16 is calculated by the following equation.
  • the porosity of the high permeability coil part 16 ⁇ 1_ (W1ZV1) / G ⁇ X 100 (%)
  • the holes formed in the low-permeability coil portion 15 and the high-permeability coil portion 16 include open pores (open pores) and closed pores (closed pores).
  • the high permeability coil section 16 may be made of ceramic green sheets 13 of the high permeability coil section 16 due to the specification of the laminated inductor 1 as long as the permeability is relatively higher than that of the low permeability coil section 15. Those added may be used.
  • external electrodes 21 and 22 are formed on the left and right end surfaces of the sintered ceramic laminate 20.
  • the external electrodes 21 and 22 are electrically connected to the spiral coil L via the via hole 8 for extraction.
  • the folded portions of the external electrodes 21 and 22 extend on the four side surfaces, respectively.
  • the external electrodes 21 and 22 are formed by a method such as coating or baking.
  • the sintered ceramic laminate 20 is immersed in an epoxy resin having a dielectric constant of 3.4 (or may be water-soluble glass) to fill the pores with the epoxy resin and fire.
  • An epoxy resin film is formed on the surface of the consolidation ceramic laminate 20.
  • the epoxy resin was cured at 150-180 ° C (2 hours). Since the baking temperature of the external electrodes 21 and 22 is as high as about 850 ° C., it is preferable to form the external electrodes 21 and 22 before the resin impregnation.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the low magnetic permeability coil portion 15 of the sintered ceramic laminate 20.
  • a plurality of holes 32 are formed inside the sintered ceramic laminate 20.
  • the holes 32 are filled with an epoxy resin 33, and the surface of the sintered ceramic laminate 20 is also covered with the epoxy resin 33.
  • 30 to 70% by volume of the pores 32 are filled with the resin 33. That is, the resin 32 may be filled in the entire interior of the hole 32, but only a part of the interior may be filled. In that case, the resin is filled in the hole 32.
  • Voids 34 are further formed in the resin 33.
  • the sintered ceramic laminate 20 impregnated with the resin is barrel-polished to more surely expose the metal surfaces of the external electrodes 21 and 22, and then nickel plating and Sn plating are performed. A plating layer is formed on the surfaces of the electrodes 21 and 22.
  • the laminated inductor 1 as shown in FIG. 4 is obtained.
  • the ferrite ceramics having few holes is provided.
  • the coil part 16 is made of ferrite ceramics having a high magnetic permeability and a large number of pores.
  • the coil part 15 has a low magnetic permeability.
  • the initial permeability of the high permeability coil section 16 was 430, and the initial permeability of the low permeability coil section 15 was 133.
  • the coil portion 16 made of ferrite ceramics having few pores has many holes having high magnetic permeability and dielectric constant, and the coil portion 15 made of ferrite ceramics has low magnetic permeability and dielectric constant. Therefore, the inductance of the first coil La of the coil unit 15 is smaller than the inductance of the second coil Lb of the coil unit 16. Then, the stray capacitance Ca formed in parallel with the first coil La of the coil unit 15 becomes smaller than the stray capacitance Cb formed in parallel with the second coil Lb of the coil unit 16.
  • the resonance frequency Fa lZ2 (LaCa) 1/2 of the LC parallel resonance circuit formed by the first coil La and the stray capacitance Ca is equal to the LC parallel resonance formed by the second coil Lb and the stray capacitance Cb.
  • Circuit resonance frequency Fb lZ2 (LbCb) Becomes higher than V2 .
  • FIG. 5 is a graph showing the impedance characteristics of the multilayer inductor 1.
  • a solid line 41 indicates the impedance characteristics of the low-permeability coil unit 15
  • a solid line 42 indicates the impedance characteristics of the high-permeability coil unit 16
  • a solid line 43 indicates the combined impedance characteristics of both.
  • the low-permeability coil portion 15 and the high-permeability coil are compared with a conventional laminated inductor having a nonmagnetic intermediate layer interposed therebetween.
  • the bonding strength at the bonding interface of part 16 is strong.
  • the contraction rate of the low magnetic permeability coil section 15 and the contraction rate of the high magnetic permeability coil section 16 at the time of firing are substantially equal, good joining can be easily obtained. Further, there is no concern that the magnetic characteristics of the coil portions 15 and 16 will be degraded due to the mutual diffusion of the ferrite ceramic material of each of the low magnetic permeability coil portion 15 and the high magnetic permeability coil portion 16.
  • the multilayer inductor 1 is of a so-called horizontal winding type, and the stacking direction of the ceramic green sheets 12, 13 is parallel to the mounting surface of the ceramic laminate 20, and And vertical. Between the external electrodes 21 and 22, there are coil sections 15 with different dielectric constants. 16 are arranged in series, and stray capacitances Ca and Cb are mainly generated between opposing external electrodes 21 and 22.
  • the coil portion 15 made of ferrite ceramics having many holes has a dielectric constant of about 1/10 compared to the coil portion 16 made of ferrite ceramics having few holes. Since the coil sections 15 and 16 are arranged in series, the stray capacitance of the entire multilayer inductor 1 is reduced, and the high-frequency characteristics are improved.
  • the winding direction of the first coil La and the winding direction of the second coil Lb incorporated in the coil units 15, 16 may be reversed.
  • the magnetic coupling between the first coil La and the second coil Lb is suppressed, the high-frequency noise removal effect of the first coil La of the low magnetic permeability coil unit 15 and the second coil of the high magnetic permeability coil unit 16 are reduced.
  • the low frequency noise elimination effect of Lb is exerted independently of each other, and the multilayer inductor 1 having a further excellent noise elimination effect can be obtained.
  • the second embodiment is a laminated inductor having the same configuration as that of the first embodiment.
  • the high-permeability ceramic green sheet and the low-permeability ceramic green sheet are made of the same material and the same process as the first embodiment. It is made. However, in producing the high-permeability ceramic green sheet, a burnout material was added to the ferrite raw material to form a high-permeability coil part having a porosity of 20%.
  • the low magnetic permeability ceramic green sheet is manufactured in the same manner as in the first embodiment, and the porosity of the low magnetic permeability coil portion is 60%.
  • the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained, and the burnout material is added to the high-permeability coil portion and the low-permeability coil portion, as well as the misalignment. Therefore, the shrinkage ratios of the two coil portions at the time of firing are close to each other, and the joining strength is higher than that of the first embodiment. Further, since the resin is also impregnated into the high-permeability coil portion, the strength of the laminate is increased.
  • FIGS. 6 and 7 (Third Embodiment, FIGS. 6 and 7)
  • the multilayer LC filter 51 has a structure in which a capacitor section 67 is sandwiched between coil sections 65 and 66.
  • Each of the coil portions 65 and 66 is composed of a ceramic green sheet 62 provided with a coil conductor pattern 55 and a via hole 56 for interlayer connection, a ceramic green sheet 62 provided with a lead via hole 58, and the like.
  • the capacitor part 67 is made of a ceramic green sheet with a capacitor conductor 59 and via holes 56 for interlayer connection.
  • 63 and a ceramic green sheet 63 having a capacitor conductor 60 and a via hole 56 for interlayer connection.
  • the ceramic green sheet 63 is manufactured in the same manner as the ceramic green sheet 13 of the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted.
  • the ceramic green sheet 62 is also manufactured in the same manner as the ceramic green sheet 12 of the first embodiment except that the burned-out material is added to the ferrite raw material so that the porosity is 80%. Detailed description is omitted.
  • each of the sheets 62 and 63 is stacked and pressed, and then fired to form a sintered ceramic laminate 70 having a rectangular parallelepiped shape as shown in FIG.
  • the coil portions 65 and 66 formed by stacking the ceramic green sheets 62 are provided with coils Ll and L2 formed by electrically connecting the coil conductor patterns 55 in series, and a large number of holes. It is formed.
  • capacitor section 67 formed by stacking the ceramic green sheets 63 a small number of holes are formed with the capacitor C in which the capacitor electrodes 59 and 60 are opposed to each other.
  • Capacitor C and coils LI and L2 are electrically connected to form a T-type LC filter.
  • external electrodes 71, 72, 73 are formed on the left and right end surfaces and the center of the sintered ceramic laminate 70.
  • the external electrodes 71 and 72 are electrically connected to the spiral coils LI and L2 via the extraction via holes 58, respectively.
  • the sintered ceramic laminate 70 is immersed in an epoxy resin (or water-soluble glass) having a dielectric constant of 3.4 to be impregnated with the resin. After barrel polishing of the sintered ceramic laminate 70 impregnated with resin, a plating layer is formed on the surfaces of the external electrodes 71-73. Thus, the laminated LC filter 51 is obtained.
  • the capacitor part 67 made of ferrite ceramics having few pores has the coil parts 65 and 66 made of ferrite ceramics having many pores and having high dielectric constant and magnetic permeability. Low dielectric constant and magnetic permeability.
  • the capacitor part 67 has an initial magnetic permeability of 430 and a relative permittivity of 14.5.
  • the initial permeability of the coil portions 65 and 66 is 65, and the relative permittivity is 4.0.
  • the permittivity of the coiler portions 65 and 66 can be reduced, and the stray capacitance formed in parallel with each of the coils LI and L2 can be suppressed. As a result, good high frequency characteristics Thus, a laminated LC filter 51 can be obtained. In this way, by forming holes in the coil portions 65 and 66 to lower the dielectric constant of the coil portions 65 and 66, a multilayer LC filter 51 made of the same type of ferrite ceramic material and having a small influence of stray capacitance can be obtained. Obtainable.
  • the number of holes in the coil portions 65 and 66 may be increased.
  • the number of holes in the capacitor portion 67 may be increased.
  • a multilayer ceramic electronic component including three or more element portions having different porosity may be used.
  • multilayer ceramic electronic components include multilayer impedance elements, multilayer LC filters, multilayer capacitors, and multilayer transformers.
  • a first element portion formed by laminating a dielectric ceramic layer having a high porosity in other words, a dielectric ceramic layer having a low dielectric constant
  • a dielectric ceramic layer having a low porosity high dielectric constant
  • a second element portion formed by laminating dielectric ceramic layers having a dielectric constant are formed.
  • various functional ceramics such as magnetic ceramics, dielectric ceramics, semiconductor ceramics, and piezoelectric ceramics can be applied to the ceramic material.
  • the method is not necessarily limited to a method in which ceramic sheets provided with conductor patterns and via holes are stacked and then integrally fired.
  • a ceramic sheet that has been fired in advance may be used.
  • the multilayer ceramic electronic component may be manufactured by a method described below. That is, a paste-like ceramic material is applied by printing or the like to form a ceramic layer, and then a paste-like conductive material is applied from above the ceramic layer to form a conductor pattern or a via hole. Further, a ceramic material in paste form is applied from above to form a ceramic layer.
  • the ceramic electronic component having a laminated structure can be obtained by successively coating in this manner.
  • the present invention is useful for multilayer ceramic electronic components such as LC composite components.
  • it is excellent in that element parts having different dielectric constants and magnetic permeability can be joined with necessary strength without providing an intermediate layer.

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Abstract

 低透磁率セラミックグリーンシートを積み重ねて構成した低透磁率コイル部(15)の内部には、第1コイル(La)と多数の空孔が形成される。一方、高透磁率セラミックグリーンシートを積み重ねて構成した高透磁率コイル部(16)の内部にも、第2コイル(Lb)と少数の空孔が形成される。第1コイル(La)と第2コイル(Lb)は電気的に直列に接続して螺旋状コイル(L)を構成する。空孔の少ないフェライトセラミックスからなるコイル部(16)は透磁率および誘電率が高く、空孔の多いフェライトセラミックスからなるコイル部(15)は透磁率および誘電率が低い。

Description

明 細 書
積層セラミック電子部品およびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は積層セラミック電子部品およびその製造方法、特に、積層インダクタや積 層コンデンサ、積層 LC複合部品などの積層セラミック電子部品およびその製造方法 に関する。
^景技術
[0002] 従来、チップ型のノイズ対策部品において、広い周波数帯域において高インピーダ ンスを確保してノイズ低減効果を得るために、高透磁率の磁性体層と低透磁率の磁 性体層とを積層して、それぞれの内部にコイルを配置し、これを直列接続したものが める。
[0003] そのような例として、特許文献 1に記載のように、透磁率の高い磁性体層と透磁率 の低レ、磁性体層とを、非磁性体中間層を介して一体的に積層した構造を有する積層 インダクタが提案されている。非磁性体中間層は、透磁率の高い磁性体層と透磁率 の低い磁性体層の各々の材料が相互拡散するのを防止し、両者の磁気特性が劣化 するのを防止する。
[0004] また、特許文献 2に記載のように、コンデンサ部とコイル部をそれぞれ異なる誘電率 の誘電体層で構成し、これら異なる誘電率の誘電体層を一体的に積層した構造を有 する積層 LC複合部品も知られている。
[0005] し力、しながら、特許文献 1の積層インダクタのように、非磁性体中間層を使用した場 合には、磁性体層同士の接合と比較して接合強度が弱くなるという問題があった。ま た、良好な接合を得るためには、焼成時の磁性体層の収縮率と非磁性体中間層の 収縮率とを合わせる必要があり、煩雑な作業や技術が要求される。さらに、中間層の ための新たな材料を準備しなければならず、これは製造コストが上昇する一つの要 因であった。特許文献 2の積層 LC複合部品の場合も略同様の問題がある。
特許文献 1:特開平 9 - 7835号公報
特許文献 2:特開平 6 - 232005号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] そこで、本発明の目的は、中間層を設ける必要がなぐかつ、誘電率や透磁率の制 限が少ない積層セラミック電子部品およびその製造方法を提供することにある。 課題を解決するための手段
[0007] 前記目的を達成するため、本発明に係る積層セラミック電子部品は、
(a)セラミック層と内部電極とを積み重ねて構成した第 1素子部と、
(b)セラミック層と内部電極とを積み重ねて構成した第 2素子部とを備え、
(c)少なくとも第 1素子部と第 2素子部を積み重ねてセラミック積層体を構成し、第 1 素子部のセラミック層の空孔率と第 2素子部のセラミック層の空孔率とが異なっている こと、
を特徴とする。
[0008] そして、例えば、第 1素子部が内部電極を電気的に接続して構成した第 1コイルを 内蔵し、第 2素子部が内部電極を電気的に接続して構成した第 2コイルを内蔵し、第 1コイルと第 2コイルが電気的に接続してインダクタを構成している。あるいは、第 1素 子部が内部電極を電気的に接続して構成したコイルを内蔵し、第 2素子部がセラミツ ク層を間に挟んで対向する内部電極にて構成したコンデンサを内蔵し、第 2素子部 のセラミック層の空孔率カ S、第 1素子部のセラミック層の空孔率より低ぐコイルとコン デンサが電気的に接続して LCフィルタを構成している。
[0009] セラミック層は、空孔を高い割合で含んでいると、透磁率や誘電率が低くなる。従つ て、同一種類の材料であっても、空孔率を異ならせることにより、異なる透磁率や誘 電率をもつ第 1素子部および第 2素子部が得られる。
[0010] また、本発明に係る積層セラミック電子部品の製造方法は、
(d)セラミック層と内部電極とを積み重ねて構成した第 1素子部と、セラミック層と内 部電極とを積み重ねて構成した第 2素子部とを備え、少なくとも第 1素子部と第 2素子 部を積み重ねてセラミック積層体を構成した積層セラミック電子部品の製造方法にお いて、
(e)第 1素子部のセラミック層となるセラミックスラリーへの粒状焼失材の添加量と、 第 2素子部のセラミック層となるセラミックスラリーへの粒状焼失材の添加量とを異なら せ、セラミック層の空孔率が互いに異なった第 1素子部および第 2素子部を作製する こと、
を特徴とする。
[0011] 前記第 1素子部のセラミック層となるセラミックスラリー又は前記第 2素子部のセラミ ック層となるセラミックスラリーのいずれかに粒状焼失材は添加されなくてもよい。 発明の効果
[0012] 本発明によれば、第 1素子部のセラミック層の空孔率と第 2素子部のセラミック層の 空孔率とを異ならせることにより、第 1素子部のセラミック層と第 2素子部のセラミック層 が同一種類の材料であっても、第 1素子部と第 2素子部の透磁率や誘電率を異なら せること力 Sできる。この結果、中間層を設ける必要がなぐかつ、誘電率や透磁率の 設計の自由度が高い積層セラミック電子部品が得られる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明に係る積層セラミック電子部品の第 1実施例を示す分解斜視図。
[図 2]図 1に示した積層セラミック電子部品の外観斜視図。
[図 3]図 2に示した積層セラミック電子部品のセラミック積層体の一部を模式的に示す 拡大断面図。
[図 4]図 2に示した積層セラミック電子部品を模式的に示す断面図。
[図 5]図 4に示した積層セラミック電子部品の周波数特性を示すグラフ。
[図 6]本発明に係る積層セラミック電子部品の第 3実施例を示す分解斜視図。
[図 7]図 6に示した積層セラミック電子部品を模式的に示す断面図。
発明を実施するための最良の形態
[0014] 以下、本発明に係る積層セラミック電子部品およびその製造方法の実施例につい て添付の図面を参照して説明する。
[0015] (第 1実施例、図 1一図 5)
図 1に示すように、積層インダクタ 1は、コイル用導体パターン 5や層間接続用ビア ホール 6を設けた内層用低透磁率セラミックグリーンシート 12と、引出し用ビアホール
8を設けた外層用低透磁率セラミックグリーンシート 12と、コイル用導体パターン 5や 層間接続用ビアホール 6を設けた内層用高透磁率セラミックグリーンシート 13と、引 出し用ビアホール 8を設けた外層用高透磁率セラミックグリーンシート 13などで構成 されている。
[0016] 高透磁率セラミックグリーンシート 13は、以下のようにして作製される。ニッケノレ、亜 鉛および銅の酸化物原料を混合して 800°C、 1時間仮焼した。その後、ボールミルに より粉砕し、乾燥することにより、平均粒径が約 の Ni— Zn— Cu系フェライト原料( 酸化物混合粉末)を得た。
[0017] 次に、このフェライト原料に、溶媒、結合剤および分散剤を加えて混練し、スラリー 状にする。この後、スラリー状のフェライト原料を用いてドクターブレード法などの方法 で厚さ 40 μ mの高透磁率セラミックグリーンシート 13を作製した。
[0018] 一方、低透磁率セラミックグリーンシート 12は、以下のようにして作製される。ニッケ ノレ、亜鉛および銅の酸化物原料を混合して 800°C、 1時間仮焼した。その後、ボール ミルにより粉砕し、乾燥することにより、平均粒径が約 2 /i mの Ni— Zn— Cu系フェライ ト原料 (酸化物混合粉末)を得た。
[0019] 次に、このフェライト原料に、市販の球状ポリマー、例えば平均粒径が 8 μ mの架橋 ポリスチレンからなる球状の焼失材を添加し、溶媒、結合剤および分散剤を加えて混 練し、スラリー状にする。本第 1実施形態では、焼失材として、積水化成品工業株式 会社(SEKISUI PLASTICS CO. , LTD. )製の、商品名がテクポリマー(TEC HPOLYMER)と称する焼失材を用い、空孔率が 60%となるようにフェライト原料に 添加した。この後、スラリー状のフェライト原料を用いてドクターブレード法などの方法 で厚さ 40 μ ΐηの低透磁率セラミックグリーンシート 12を作製した。焼失材は、後工程 の焼成の際に焼失して、その後に空孔を形成することになる。
[0020] コイル用導体パターン 5は、 Ag, Pd, Cu, Auやこれらの合金など力、らなり、スクリー ン印刷などの方法により形成される。また、層間接続用ビアホール 6や引出し用ビア ホーノレ 8は、レーザビームなどを用いてビアホールの孔をあけ、この孔に Ag, Pd, Cu , Auやこれらの合金などの導電性ペーストを充填することによって形成される。
[0021] コイル用導体パターン 5は層間接続用ビアホール 6を介して電気的に直列に接続さ れ、螺旋状コイル Lを形成する。螺旋状コイル Lの両端部は引出し用ビアホール 8に 電気的に接続される。
[0022] 各シート 12, 13は積み重ねられて圧着され、図 2に示すような直方体形状を有する セラミック積層体 20とされる。そして、これを 400°Cで 3時間熱処理 (脱結合剤処理) を行った後、 915°Cで 2時間焼成することにより、焼結セラミック積層体 20を得る。
[0023] これにより、低透磁率セラミックグリーンシート 12を積み重ねて構成した低透磁率コ ィル部 15の内部には、コイル用導体パターン 5を電気的に直列に接続して構成した 第 1コイル Laと多数の空孔 32 (図 3参照)が形成される。空孔 32の平均径は 5 20 μ mであり、低透磁率コイル部 15の空孔の体積含有率(空孔率)は 30— 80%が好ま しい。低透磁率コイル部 15の空孔率は以下の式で算出される。ただし、空孔(空気) の比重を Og/cm3とした。
[0024] 低透磁率コィル部15の空孔率= { 1_ ( / )70} 100 (%)
W:低透磁率コイル部 15のセラミックシート(焼成後) 12のみの総重量 V:低透磁率コイル部 15のセラミックシート(焼成後) 12のみの体積
G:フェライト原料の理論密度
[0025] 空孔率が 30%未満になると、誘電率が高くなり、十分に誘電率を低下させることが できないからである。また、空孔率が 80%を超えると、焼成後の低透磁率コイル部 15 の機械的強度が低下し、その後の樹脂含浸加工などが困難になるため好ましくない からである。
[0026] 一方、高透磁率セラミックグリーンシート 13を積み重ねて構成した高透磁率コィノレ 部 16の内部にも、コイル用導体パターン 5を電気的に直列に接続して構成した第 2コ ィル Lbと少数の空孔が形成される。第 2コイル Lbと第 1コイル Laは電気的に直列に 接続して螺旋状コイル Lを構成する。空孔は、スラリー状のフヱライト原料を作製する 際に抱き込んだ気泡や結合剤および分散剤の揮発性成分によって生じたものである 。ただし、高透磁率コイル部 16に形成される空孔は少なぐその空孔率は 10%以下 である。高透磁率コイル部 16のそれぞれの空孔率は以下の式で算出される。
[0027] 高透磁率コイル部 16の空孔率 = { 1_ (W1ZV1) /G} X 100 (%)
W1:高透磁率コイル部 16のセラミックシート(焼成後) 13の総重量
VI:高透磁率コイル部 16のセラミックシート(焼成後) 13の体積 G:フェライト原料の理論密度
[0028] なお、低透磁率コイル部 15や高透磁率コイル部 16に形成される空孔は、開空孔( オープンポア)および閉空孔(クローズドポア)を含む。また、高透磁率コイル部 16は 低透磁率コイル部 15より相対的に透磁率が高ければよぐ積層インダクタ 1の仕様に より、高透磁率コイル部 16のセラミックグリーンシート 13として、焼失材を添加したも のを使用してもよい。
[0029] 次に、焼結セラミック積層体 20の左右の端面には、外部電極 21 , 22が形成される 。外部電極 21 , 22は引出し用ビアホール 8を介して螺旋状コイル Lに電気的に接続 される。外部電極 21, 22の折り返し部は四つの側面にそれぞれ延在している。外部 電極 21 , 22は、塗布、焼き付けなどの方法により形成される。
[0030] 次に、焼結セラミック積層体 20を、誘電率 3. 4のエポキシ系樹脂(あるいは、水溶 性ガラスでもよい)中に浸漬し、空孔内にエポキシ系樹脂を充填するとともに、焼結セ ラミック積層体 20の表面にエポキシ系樹脂膜を形成する。この後、 150— 180°C (2 時間)でエポキシ系樹脂を硬化させた。なお、前述の外部電極 21 , 22の焼き付け温 度は 850°C前後と高温であるため、樹脂含浸の前に外部電極 21, 22を形成しておく ことが好ましい。
[0031] 図 3は、焼結セラミック積層体 20の低透磁率コイル部 15の一部拡大断面図である。
焼結セラミック積層体 20の内部には複数の空孔 32が形成されている。空孔 32には、 エポキシ系樹脂 33が充填されており、焼結セラミック積層体 20の表面もエポキシ系 樹脂 33によって覆われている。この空孔 32のうち、 30— 70体積%は、樹脂 33で充 填されている。すなわち、空孔 32には、その内部全体に樹脂 33が充填されていても よいが、その内部の一部のみに充填されていてもよぐその場合には、空孔 32内に 充填された樹脂 33中にさらに空孔 34が形成される。
[0032] 次に、樹脂を含浸させた焼結セラミック積層体 20をバレル研磨して、外部電極 21 , 22の金属表面をより確実に露出させた後、ニッケルめっきおよび Snめっきを行って、 外部電極 21 , 22の表面にめっき層を形成する。こうして、図 4に示すような積層イン ダクタ 1が得られる。
[0033] 以上の構成からなる積層インダクタ 1において、空孔の少ないフェライトセラミックス 力 なるコイル部 16は透磁率が高ぐ空孔の多いフェライトセラミックスからなるコイル 部 15は透磁率が低レ、。本第 1実施例の場合、高透磁率コイル部 16の初透磁率は 43 0であり、低透磁率コイル部 15の初透磁率は 133であった。
[0034] また、空孔の少ないフェライトセラミックスからなるコイル部 16は透磁率および誘電 率が高ぐ空孔の多レ、フェライトセラミックスからなるコイル部 15は透磁率および誘電 率が低くなる。従って、コイル部 15の第 1コイル Laのインダクタンスの方がコイル部 16 の第 2コイル Lbのインダクタンスより小さくなる。そして、コイル部 15の第 1コイル Laに 並列に形成される浮遊容量 Caが、コイル部 16の第 2コイル Lbに並列に形成される 浮遊容量 Cbより小さくなる。従って、第 1コイル Laと浮遊容量 Caとで形成される LC並 列共振回路の共振周波数 Fa= lZ2 (LaCa) 1/2は、第 2コイル Lbと浮遊容量 Cbと で形成される LC並列共振回路の共振周波数 Fb = lZ2 (LbCb) V2より高くなる。 この結果、広帯域で高インピーダンスの積層インダクタ 1を得ることができる。
[0035] 図 5は、積層インダクタ 1のインピーダンス特性を示すグラフである。図 5において、 実線 41が低透磁率コイル部 15のインピーダンス特性を表示し、実線 42が高透磁率 コイル部 16のインピーダンス特性を表示し、実線 43が両者の合成インピーダンス特 性を表示する。
[0036] この結果、高インピーダンス帯域幅が広帯域にわたってノイズ除去効果をもつ積層 インダクタ 1を得ることができる。
[0037] また、フェライトセラミック材料には、同一種類のフェライト材料を用いているので、非 磁性体中間層を挟んだ従来の積層インダクタと比較して、低透磁率コイル部 15と高 透磁率コイル部 16の接合界面での接合強度が強い。さらに、焼成時の低透磁率コィ ル部 15の収縮率と高透磁率コイル部 16の収縮率が略等しいので、良好な接合が容 易に得られる。また、低透磁率コイル部 15と高透磁率コイル部 16の各々のフヱライト セラミック材料の相互拡散によって、コイル部 15, 16の磁気特性が劣化するという心 配もない。
[0038] また、積層インダクタ 1は、いわゆる横卷タイプであり、セラミックグリーンシート 12, 1 3の積み重ね方向が、セラミック積層体 20の実装面と平行であり、かつ、外部電極 21 , 22に対して垂直である。外部電極 21と 22の間には、誘電率の異なるコイル部 15, 16が直列に配置されており、浮遊容量 Ca, Cbは主として対向する外部電極 21と 22 の間で発生する。本第 1実施例の場合、空孔の多いフェライトセラミックスからなるコィ ル部 15は、空孔の少ないフェライトセラミックスからなるコイル部 16より誘電率が 1/1 0程度となっている。コイル部 15, 16は直列に配置されているから、積層インダクタ 1 全体の浮遊容量は小さくなり、高周波特性は良くなる。
[0039] さらに、必要であれば、コイル部 15, 16にそれぞれ内蔵されている第 1コイル Laの 卷回方向と第 2コイル Lbの卷回方向を逆向きにしてもよい。これにより、第 1コイル La と第 2コイル Lbの磁気的結合が抑えられ、低透磁率コイル部 15の第 1コイル Laによ る高周波ノイズ除去効果と、高透磁率コイル部 16の第 2コイル Lbによる低周波ノイズ 除去効果とが互いに独立に発揮されることになり、より一層ノイズ除去効果に優れた 積層インダクタ 1が得られる。
[0040] (第 2実施例)
本第 2実施例は、前記第 1実施例と同様の構成からなる積層インダクタであり、高透 磁率セラミックグリーンシートおよび低透磁率セラミックグリーンシートは第 1実施例と 同様の材料および同様の工程によって作製される。但し、高透磁率セラミックグリーン シートの作製に際してフェライト原料に焼失材を添加することにより、空孔率 20%の 高透磁率コイル部とした。低透磁率セラミックグリーンシートは第 1実施例と同様に作 製され、低透磁率コイル部の空孔率は 60%である。
[0041] 本第 2実施例によれば、前記第 1実施例と同様の作用効果を奏するとともに、高透 磁率コイル部及び低透磁率コイル部のレ、ずれにも焼失材が添加されてレ、るので、二 つのコイル部は焼成時の収縮率が接近し、その接合強度が第 1実施例よりも大きくな る。また、高透磁率コイル部にも樹脂が含浸されるので、積層体の強度も大きくなる。
[0042] (第 3実施例、図 6および図 7)
図 6に示すように、積層 LCフィルタ 51は、コイル部 65, 66の間にコンデンサ部 67 を挟んだ構造を有している。コイル部 65, 66はそれぞれ、コイル用導体パターン 55 や層間接続用ビアホール 56を設けたセラミックグリーンシート 62と、引出し用ビアホ ール 58を設けたセラミックグリーンシート 62などで構成されている。コンデンサ部 67 は、コンデンサ導体 59や層間接続用ビアホール 56を設けたセラミックグリーンシート 63と、コンデンサ導体 60や層間接続用ビアホール 56を設けたセラミックグリーンシー ト 63などで構成されている。
[0043] セラミックグリーンシート 63は前記第 1実施例のセラミックグリーンシート 13と同様に して作製されるので、その詳細な説明は省略する。一方、セラミックグリーンシート 62 も、空孔率が 80%となるように焼失材をフェライト原料に添加したこと以外は、前記第 1実施例のセラミックグリーンシート 12と同様にして作製されるので、その詳細な説明 は省略する。
[0044] 各シート 62, 63は積み重ねられて圧着された後、焼成され、図 7に示すような直方 体形状を有する焼結セラミック積層体 70とされる。これにより、セラミックグリーンシー ト 62を積み重ねて構成したコイル部 65, 66の内部にはそれぞれコイル用導体パタ ーン 55を電気的に直列に接続してなるコイル Ll, L2と多数の空孔が形成される。
[0045] 一方、セラミックグリーンシート 63を積み重ねて構成したコンデンサ部 67の内部に は、コンデンサ電極 59と 60を対向させてなるコンデンサ Cと少数の空孔が形成される 。コンデンサ Cとコイル LI , L2は電気的に接続して T型 LCフィルタを構成する。
[0046] 次に、焼結セラミック積層体 70の左右の端面および中央部に、外部電極 71 , 72, 73が形成される。外部電極 71 , 72はそれぞれ、引出し用ビアホール 58を介して螺 旋状コイル LI , L2に電気的に接続される。
[0047] 次に、焼結セラミック積層体 70を、誘電率 3. 4のエポキシ系樹脂(あるいは、水溶 性ガラス)中に浸潰し、樹脂を含浸させる。樹脂を含浸させた焼結セラミック積層体 7 0をバレル研磨した後、外部電極 71— 73の表面にめっき層を形成する。こうして、積 層 LCフィルタ 51が得られる。
[0048] 以上の構成からなる積層 LCフィルタ 51において、空孔の少ないフェライトセラミック スからなるコンデンサ部 67は誘電率および透磁率が高ぐ空孔の多いフェライトセラミ ックスからなるコイル部 65, 66は誘電率および透磁率が低レ、。本第 3実施例の場合、 コンデンサ部 67の初透磁率は 430、比誘電率は 14. 5である。コイル部 65, 66の初 透磁率は 65、比誘電率は 4. 0である。
[0049] 従って、コィノレ部 65, 66の誘電率を小さくすることができ、コイル LI , L2のそれぞ れと並列に形成される浮遊容量を抑えることができる。この結果、高周波特性の良好 な積層 LCフィルタ 51を得ることができる。このように、コイル部 65, 66に空孔を形成 することによってコイル部 65, 66の誘電率を低くすることにより、同一種類のフェライト セラミック材料で、浮遊容量の影響の小さい積層 LCフィルタ 51を得ることができる。
[0050] なお、本第 3実施例ではコイル部 65, 66の空孔を多くしている力 積層 LCフィルタ 51の仕様によっては、コンデンサ部 67の空孔を多くするものであってもよい。
[0051] (他の実施例)
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなぐその要旨の範囲内で種々 に変更することができる。
[0052] 例えば、空孔率が互いに異なる 3以上の素子部からなる積層セラミック電子部品で あってもよレ、。積層セラミック電子部品としては、積層インダクタの他に、例えば積層ィ ンピーダンス素子、積層 LCフィルタ、積層コンデンサ、積層トランスなどがある。積層 コンデンサの場合には、高空孔率の誘電体セラミック層(言い換えると低誘電率の誘 電体セラミック層)を積層して構成した第 1素子部と、低空孔率の誘電体セラミック層( 高誘電率の誘電体セラミック層)を積層して構成した第 2素子部を備えたものである。 さらに、セラミック材料には、磁性体セラミックス、誘電体セラミックス、半導体セラミック ス、圧電体セラミックスなどの各種の機能性セラミックスを適用することができる。
[0053] また、前記実施例は個産品の例で説明したが、量産の場合には、複数の積層イン ダクタを含んだマザ一積層ブロックの状態で製造してもよいことは言うまでもない。
[0054] また、積層セラミック電子部品を製造する場合、導体パターンやビアホールを設け たセラミックシートを積み重ねた後、一体的に焼成する工法に必ずしも限定されない 。セラミックシートは予め焼成されたものを用いてもよい。また、以下に説明する工法 によって積層セラミック電子部品を製造してもよい。すなわち、印刷などの手法により ペースト状のセラミック材料を塗布してセラミック層を形成した後、そのセラミック層の 上からペースト状の導電性材料を塗布して導体パターンやビアホールを形成する。さ らにペースト状のセラミック材料を上から塗布してセラミック層とする。こうして順に重 ね塗りをすることにより、積層構造を有するセラミック電子部品が得られる。
産業上の利用可能性
[0055] 以上のように、本発明は、 LC複合部品などの積層セラミック電子部品に有用であり 、誘電率や透磁率の異なる素子部を中間層を設けることなく必要な強度で接合でき る点で優れている。

Claims

請求の範囲
[1] セラミック層と内部電極とを積み重ねて構成した第 1素子部と、
セラミック層と内部電極とを積み重ねて構成した第 2素子部とを備え、
少なくとも前記第 1素子部と前記第 2素子部を積み重ねてセラミック積層体を構成し
、前記第 1素子部のセラミック層の空孔率と前記第 2素子部のセラミック層の空孔率と が異なっていること、
を特徴とする積層セラミック電子部品。
[2] 前記第 1素子部が内部電極を電気的に接続して構成した第 1コイルを内蔵し、前記 第 2素子部が内部電極を電気的に接続して構成した第 2コイルを内蔵し、前記第 1コ ィルと前記第 2コイルが電気的に接続してインダクタを構成していることを特徴とする 請求の範囲第 1項に記載の積層セラミック電子部品。
[3] 前記第 1素子部が内部電極を電気的に接続して構成したコイルを内蔵し、前記第 2 素子部がセラミック層を間に挟んで対向する内部電極にて構成したコンデンサを内 蔵し、前記第 2素子部のセラミック層の空孔率が、前記第 1素子部のセラミック層の空 孔率より低ぐ前記コイルと前記コンデンサが電気的に接続して LCフィルタを構成し ていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の積層セラミック電子部品。
[4] 前記第 1素子部および前記第 2素子部のセラミック層は同一種類のセラミック材料 からなることを特徴とする請求の範囲第 1項、第 2項又は第 3項に記載の積層セラミツ ク電子部品。
[5] セラミック層と内部電極とを積み重ねて構成した第 1素子部と、セラミック層と内部電 極とを積み重ねて構成した第 2素子部とを備え、少なくとも前記第 1素子部と前記第 2 素子部を積み重ねてセラミック積層体を構成した積層セラミック電子部品の製造方法 において、
前記第 1素子部のセラミック層となるセラミックスラリーへの粒状焼失材の添加量と、 前記第 2素子部のセラミック層となるセラミックスラリーへの粒状焼失材の添加量とを 異ならせ、セラミック層の空孔率が互いに異なった第 1素子部および第 2素子部を作 製すること、
を特徴とする積層セラミック電子部品の製造方法。
[6] 前記第 1素子部のセラミック層となるセラミックスラリー又は前記第 2素子部のセラミ ック層となるセラミックスラリーのいずれかには粒状焼失材は添加されないことを特徴 とする請求の範囲第 5項に記載の積層セラミック電子部品の製造方法。
[7] 前記第 1素子部および前記第 2素子部のセラミック層となるセラミックスラリーは同一 種類のセラミック材料を用いることを特徴とする請求の範囲第 5項又は第 6項に記載 の積層セラミック電子部品の製造方法。
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