專利名稱：氧化物陶瓷材料、陶瓷基片、陶瓷層壓設(shè)備和功率放大器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有礬土(氧化鋁，Al2O3)作為主要組分的氧化物陶瓷材料、使用這種材料并在其中包含導(dǎo)體的多層陶瓷基片、一種陶瓷層壓設(shè)備、和一種使用這種材料的功率放大器模塊。
背景技術(shù)：
其上安裝有半導(dǎo)體集成電路(IC)的多層布線基片被粗分成主要由有機材料(如玻璃環(huán)氧樹脂)制成的有機基片和主要由陶瓷(如礬土或玻璃)制成的無機基片。無機基片已被廣泛使用，其特征通常是高的耐熱性、高的導(dǎo)熱率、低的熱膨脹性、低的介電損失、和高的可靠性。
這些無機多層基片被粗分成HTCC(高溫共燒陶瓷)型和LTCC(低溫共燒陶瓷)型。HTCC型是使用Al2O3、AlN、BeO、SiC-BeO等作為基材形成的。這些陶瓷材料是通過將粉狀生料模壓，之后在1500℃或以上的高溫下將其燒結(jié)制成的。因此，作為在多層基片中形成的導(dǎo)體材料，使用具有高熔點的Mo或W，但是Mo和W作為導(dǎo)體具有電阻高的缺陷。另一方面，電阻低的Ag和Cu熔點低，因此在高溫下燒結(jié)時熔融。因此它們都不能用作布線導(dǎo)體用于HTCC型基片。而且，1500℃或以上的燒結(jié)溫度使得能量損失大。
然后，通過將例如礬土的陶瓷材料改性以便在Ag和Cu不熔融的低溫下具有燒結(jié)性，得到一基片；即，LTCC型基片。該LTCC型基片是通過將大量低熔點的玻璃材料以約50重量％的比例混入陶瓷材料中對其進行改性，從而獲得具有低溫燒結(jié)性的陶瓷材料，并且該材料組合物的實例例如包括硼硅酸鹽鉛玻璃+礬土、硼硅酸鹽玻璃+堇青石、和其它各種組合物。它們可以在1000℃或以下的溫度下燒結(jié)，因此它們可以使用電阻低的Ag或Cu作為內(nèi)部導(dǎo)體。因此，與HTCC型相比，作為無機多層基片，已廣泛使用LTCC型。LTCC材料能夠容易地在其中形成電容器、感應(yīng)器等，并且也可以用作具有除布線基片之外的其它功能的陶瓷層壓設(shè)備。然而，由于玻璃具有低的導(dǎo)熱率和低的機械強度，因此含有大量的這種玻璃的LTCC材料失去了優(yōu)異的特性，例如礬土最初具有的高的導(dǎo)熱率和高的機械強度。
當基片的導(dǎo)熱率降低時，在安裝熱輻射元件如功率放大器的情況下，由于熱輻射低，因此溫度升高大，由此使得該元件不能使用。尤其在強烈需要小型化的便攜式機器中，這種趨勢尤為明顯。為了解決該問題，使用一種在安裝的元件下面在一部分LTCC材料內(nèi)形成由金屬導(dǎo)體制成的熱輻射通路，即所謂的熱通路的方案。然而，由于安裝密度隨著進一步小型化而增加，因此提供熱通路將降低設(shè)計的自由度，由此阻礙該小型化。
作為在不使用玻璃的情況下使燒結(jié)溫度降低的礬土基料，公開了一種通過快速冷卻接著氧化以無定形狀態(tài)形成的鋁鉍合金(下面稱之為專利文獻1)和一種通過將氧化錳和氧化釩一起加入到礬土中獲得的材料(下面稱之為專利文獻2)。
專利文獻1JP 3(1991)-271115A專利文獻2JP 11(1999)-157921A然而，存在以下問題。通過將鋁鉍合金氧化之后將其快速冷卻而獲得的無定形氧化物呈現(xiàn)一種特定形式，這樣以來鉍以固體溶液形式溶解在礬土中，或者作為必要組分的鉍以及另一元素以固體溶液形式溶解在礬土中。此外，作為制備方法，它們不能通過僅將材料粉末混合，并將其模壓和燒結(jié)的常規(guī)陶瓷方法制得，其模壓需要同時施加溫度和壓力。因此，其加工方法不適合批量生產(chǎn)。另一方面，通過將氧化錳和釩加入到礬土中獲得的材料，由于加入的材料是有毒物料并且其加入量為百分之幾，不是少量，因此涉及環(huán)境問題。而且，由于氧化釩與銀的反應(yīng)性高，當內(nèi)部導(dǎo)體是銀時，這些材料在燒結(jié)時趨于發(fā)生反應(yīng)。
發(fā)明概述因此，考慮到上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種氧化物陶瓷材料，它含有大量的礬土，并在低溫下燒結(jié)，可以使用僅將結(jié)晶氧化物粉末或金屬混合，并將其模壓和燒結(jié)的常規(guī)陶瓷方法形成，不需要進行復(fù)雜的處理和采取特定的形式，并且不需要使用易于與有毒物料或銀導(dǎo)體反應(yīng)的添加劑。本發(fā)明的目的還在于提供一種陶瓷基片、一種陶瓷基片設(shè)備、和一種使用其的功率放大器模塊。
本發(fā)明的氧化物陶瓷材料的特征在于含有氧化鋁作為主要組分，并且含有下面所示的A和B中的至少一種的材料作為輔助組分A氧化鈮和氧化銅B氧化銅、氧化鈦和氧化銀。
本發(fā)明的陶瓷基片或陶瓷層壓設(shè)備的特征在于在其內(nèi)部層包括至少一種一由氧化物陶瓷材料制成的絕緣層，所述氧化物陶瓷材料含有氧化鋁作為主要組分，并含有含有下面所示的A和B中的至少一種作為輔助組分
A氧化鈮和氧化銅B氧化銅、氧化鈦和氧化銀；和一含有銀作為主要組分的導(dǎo)體。
本發(fā)明的功率放大器模塊的特征在于包括陶瓷基片或陶瓷層壓設(shè)備，和一安裝其上的功率放大器元件，其中所述陶瓷基片或陶瓷層壓設(shè)備在其內(nèi)部層包括至少一種一由氧化物陶瓷材料制成的絕緣層，所述氧化物陶瓷材料含有氧化鋁作為主要組分，并含有含有下面所示的A和B中的至少一種作為輔助組分A氧化鈮和氧化銅B氧化銅、氧化鈦和氧化銀；和一含有銀作為主要組分的導(dǎo)體。
附圖簡介

圖1是一種描述使用根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的陶瓷布線基片的功率放大器模塊的透視圖。
1陶瓷多層布線基片2功率放大器3電子元件如電容器、感應(yīng)器、電阻器等。
發(fā)明詳述下面詳細描述本發(fā)明的實施方式。
本發(fā)明涉及一種具有特征組合物的陶瓷材料。該組合物的主要組分是礬土，并且還含有許多特定的金屬氧化物作為輔助組分，該組合物具有低溫燒結(jié)性和高的導(dǎo)熱率的特性，這些是傳統(tǒng)材料所不具有的。而且，由于本發(fā)明的材料在低溫下具有燒結(jié)性，因此可以使用電阻低的Ag作為內(nèi)部導(dǎo)體，并且可以獲得導(dǎo)熱率高的LTCC。更具體地說，可以至少含有氧化鈮和氧化銅作為輔助組分。
在本發(fā)明中，優(yōu)選該主要組分在整個氧化物中的含量不小于80質(zhì)量％并且不大于98質(zhì)量％，而且在所有其它組分是前面的輔助組分的情況下，這些輔助組分的含量不小于2質(zhì)量％并且不大于20質(zhì)量％。在除了前面的輔助組分之外還含有另外第三種組分的情況下，輔助組分和第三種組分的總含量優(yōu)選不小于2質(zhì)量％并且不大于20質(zhì)量％。
在輔助組分是A的那些的情況下，假定輔助組分的總和是100質(zhì)量％，那么氧化鈮和氧化銅的百分比優(yōu)選分別在下面的范圍內(nèi)40質(zhì)量％≤氧化鈮≤70質(zhì)量％30質(zhì)量％≤氧化銅≤60質(zhì)量％在輔助組分是A的那些的情況下，另外優(yōu)選含有選自氧化鈦、氧化銀和氧化鉍中的至少一種。特別是，理想地同時含有氧化鈦和氧化銀。
而且，假定輔助組分的總和是100質(zhì)量％，那么構(gòu)成前述輔助組分的氧化鈮、氧化銅、氧化鈦、氧化銀和氧化鉍的百分比優(yōu)選在下面的范圍內(nèi)30質(zhì)量％≤氧化鈮≤70質(zhì)量％10質(zhì)量％≤氧化銅≤60質(zhì)量％0質(zhì)量％≤氧化鈦≤30質(zhì)量％0質(zhì)量％≤氧化銀≤30質(zhì)量％0質(zhì)量％≤氧化鉍≤40質(zhì)量％而且，在含有氧化鋁作為主要組分以及氧化銅、氧化鈦和氧化銀中的至少一種作為輔助組分的氧化物陶瓷材料的情況下，假定輔助組分的總和是100質(zhì)量％，構(gòu)成前述輔助組分的氧化銅、氧化鈦和氧化銀的百分比分別是10質(zhì)量％≤氧化銅≤90質(zhì)量％5質(zhì)量％≤氧化鈦≤60質(zhì)量％
5質(zhì)量％≤氧化銀≤40質(zhì)量％而且，氧化鋁在整個氧化物中的含量優(yōu)選不小于80質(zhì)量％，并且不大于98質(zhì)量％。
而且，相對氧化物的總和為100質(zhì)量％，優(yōu)選含有0.1質(zhì)量％-2.0質(zhì)量％的氧化錳。
為了具有不小于90％的相對密度，優(yōu)選將所述氧化物陶瓷材料燒結(jié)。
所述氧化物陶瓷材料優(yōu)選具有不小于5W/m·k，更優(yōu)選不小于10W/m·k的導(dǎo)熱率。
所述氧化物陶瓷材料在1MHz下優(yōu)選具有不大于0.05的介電損失，更優(yōu)選具有不大于0.01的介電損失。
所述氧化物陶瓷材料優(yōu)選是通過將金屬材料或金屬氧化物材料顆?；旌?，將其模壓，并在不高于950℃的溫度下將其燒結(jié)獲得的。而且，氧化物陶瓷材料可以通過將金屬材料或金屬氧化物材料的顆?；旌?，然后將其煅燒并粉碎，之后將其模壓，并在不高于950℃的溫度下將其燒結(jié)獲得的。如上所述，本發(fā)明不需要制備熔融物的任何步驟，因此降低了生產(chǎn)成本。
下面將描述本發(fā)明的材料和使用該材料制備LTCC的方法。下面所述的方法僅僅是常規(guī)制備方法的一個實例，并且本發(fā)明并不限于此。在正常的陶瓷制備方法內(nèi)可以進行適當改變。使用混合器如球磨機將礬土(氧化鋁，Al2O3)粉末和各種金屬氧化物充分混合。盡管在球磨機中可以使用各種類型的球，但是使用礬土球使得混合的不必要的雜質(zhì)的量最小，因此優(yōu)選礬土球?；旌纤玫慕橘|(zhì)可以是有機溶劑，但是通?？梢允褂盟?。而且，為了提高混合的均勻性和可模壓性，將該混合物粉末煅燒，之后可以再通過球磨機等將其粉碎。
應(yīng)注意的是，通?？梢允褂媒饘傺趸镒鳛槲锪戏勰?，但是在有氧的情況下，例如在空氣中進行燒結(jié)的情況下，可以使用金屬銀粉末或金屬銅粉末作為一部分材料，特別是作為氧化銀或氧化銅。
為了造粒，將少量的模壓用有機粘合劑如聚乙烯醇混合到由此獲得的混合物粉末中，并將該混合物通過一篩。將所得粒狀粉末放入適當大小的模具中并加壓模制，并獲得一模壓體。
在所述混合物粉末中，將薄片模壓用的有機粘合劑和溶劑混合并充分捏合，以便制得一漿液，并將該漿液鋪展在一基膜上，以便模壓成薄片。之后，將該薄片干燥，以便獲得一綠色薄片。這里，可以一步將礬土與各種金屬氧化物粉末混合和將有機粘合劑與溶劑混合。
另一方面，將導(dǎo)電金屬粉末與由有機粘合劑和溶劑組成的有機載體組分混合并充分捏合，以便制備一內(nèi)層布線用的導(dǎo)電糊劑。同樣，用相同的組合物制得用于通路的導(dǎo)電糊劑，或者，用組成比略有不同的組合物制得。可以將少量的礬土和金屬氧化物的上述混合物粉末加入到該糊劑組合物中。這樣做，使得電極與基片在最終獲得的層壓物中的適配提高。
接下來，在由此制得的綠色薄片中形成通路孔。之后，將通路用的導(dǎo)電糊劑填充到綠色薄片內(nèi)的通路孔中。然后，使用內(nèi)層布線用的導(dǎo)電糊劑在該綠色薄片上印刷一布線圖，之后將由此形成的這些綠色薄片層壓，以便形成一層壓物。
將含有這些氧化物作為主要組分的本發(fā)明的模壓體和所述綠色薄片層壓物(以上述方式制得的)，在爐中于約600℃的溫度下經(jīng)受粘合劑除去過程，之后再在預(yù)定溫度下將它們燒結(jié)。因此，獲得一燒結(jié)體和多層基片。
作為用作材料的礬土粉末，只要該粉末不是特別粗，那么可以使用具有任意粒徑的粉末，但是該粒徑優(yōu)選小，以便在低溫下具有高的密度，優(yōu)選不大于1μm。另一方面，考慮到將粉末模壓的情形，該粒徑優(yōu)選不小于0.1μm，這是由于粒徑特別小的粉末難以操作。加入的材料中礬土之外的其它材料的粒徑可以略大于礬土的粒徑。
即使將前述之外的其它金屬氧化物混入其中作為本發(fā)明材料的原料，只要其量足夠小，就不會產(chǎn)生任何特殊的問題。考慮到物料的這種混合會不可避免地在原料內(nèi)進行，或者由混合期間所用的介質(zhì)引起，或者是為了精確調(diào)整本發(fā)明物料的特性而將其加入。然而，其量增加是不理想的，這是由于可能會使燒結(jié)度降低，介電性能降低，以及導(dǎo)熱率受損。
用于本發(fā)明的多層基片的導(dǎo)體沒有特別的限制，但是為了充分使用其在低溫下可燒結(jié)性的特性，理想的是該導(dǎo)體含有電阻低的銅或銀作為主要組分。在將銅用于內(nèi)部導(dǎo)體的情況下，必需將燒結(jié)溫度調(diào)整到約1070℃，這樣它比銅的熔點(即，約1080℃)低。在將銀用于內(nèi)部導(dǎo)體的情況下，必需將燒結(jié)溫度調(diào)整到約950℃，以便它比銀的熔點(即，約960℃)低。在本發(fā)明中，可以使用前述兩者之一作為內(nèi)部導(dǎo)體，但是優(yōu)選使用銀，這是由于它可以在空氣中經(jīng)受粘合劑除去過程。
所述模壓體和綠色薄片的制備方法沒有特別的限制，例如可以使用單軸模壓、各向同性壓力壓制、刮片法、壓延法、輥涂機法等。
作為保護薄片用的基膜，可以使用聚乙烯基樹脂、聚酯基樹脂、紙等。而且，作為在絕緣薄片內(nèi)形成通路的方法，可以使用沖壓或激光加工法。
作為模壓體和層壓物的燒結(jié)環(huán)境，由于Ag可以用作內(nèi)部導(dǎo)體，因此通?？梢允褂么髿?。
在本發(fā)明中，將礬土粉末和特定氧化物粉末混合，它們可以在顯著低于常規(guī)燒結(jié)礬土的溫度下進行燒結(jié)?？紤]到生產(chǎn)中用的爐的生產(chǎn)能量和成本，這是特別有益的。而且，由于所述混合物可以在不高于950℃的溫度下燒結(jié)，因此可以使用電阻低的Ag作為導(dǎo)體，并將該混合物與Ag一起燒結(jié)。本發(fā)明的氧化物陶瓷材料的燒結(jié)體，如上所述，僅僅經(jīng)過金屬氧化物的機械混合，并在相對低溫下將其模壓和加熱。因此，該燒結(jié)體可能具有這樣的相結(jié)構(gòu)，即由少量的金屬氧化物組分一起形成的固體溶液，但是它主要是由兩種或多種金屬氧化物相互反應(yīng)所產(chǎn)生的金屬氧化物或化學(xué)化合物的混合物。由于礬土的量大，因此它的主要相為礬土(氧化鋁，Al2O3)，但是它是一種還含有除礬土之外的氧化物的混合物。由于該混合物的主要相是礬土，盡管除礬土之外其中還存在少量的其它物質(zhì)的相，因此導(dǎo)熱率高。因此，當將其用于多層基片等時，即使將放熱元件(如功率放大器)安裝其上或者安裝其中，熱量也可經(jīng)基片輻射，元件附近不會受熱至極其高的溫度。由于它具有高的導(dǎo)熱率，因此不需要專門提供熱通路。而且，在結(jié)合使用熱通路的情況下，將進一步提高其熱輻射。而且，由于它還具有優(yōu)異的介電性能，因此它可以用作其上安裝有除功率放大器之外的其它元件的模塊。而且，它還具有與常規(guī)礬土相同水平的機械強度，除了在高溫下使用的情形外，其機械強度很高。
圖1是一種描述使用陶瓷布線基片的功率放大器模塊的透視圖。更具體地說，將功率放大器2和電子元件3(如電容器、感應(yīng)器、電阻器等)安裝在陶瓷多層布線基片1上。優(yōu)選將所述功率放大器模塊插入到例如移動電話的母板中。
如上所述，本發(fā)明是一種含有氧化鋁和特定氧化物的陶瓷材料，并且可以在大大低于常規(guī)的溫度下燒結(jié)。因此，本發(fā)明降低了能量成本，并且減少了對所用爐的限制。而且，由于氧化鋁的含量大，因此它呈現(xiàn)與礬土的原始性能相似的性能，并且因此，它可用作礬土的代用品。
在將所述材料用于形成陶瓷基片的情況下，由于它可以在不高于950℃的溫度下燒結(jié)，因此它可以經(jīng)過構(gòu)造以便其中包括一有低電阻的含銀導(dǎo)體作為主要組分。因此，它可用作LTCC。而且，由于它具有高的導(dǎo)熱率，因此它確保對溫度升高的控制，即使將其制成為其上安裝有熱輻射元件(如功率放大器)的模塊。
實施例下面將參照實施例更具體地描述本發(fā)明。
(1)導(dǎo)熱率的測定方法使用所謂的激光閃光測定樣品的導(dǎo)熱率，其中盤形樣品的一側(cè)用激光束照射，并通過測定相對面的表面上的溫度升高來確定導(dǎo)熱率。
(2)介電損失的測定方法樣品的介電損失是通過在盤形樣品的兩個面上通過濺射形成金電極，并使用惠普公司生產(chǎn)的LCR儀4284A于1MHz下測定介電損失來確定的。
實施例1作為原料，使用純度為99.99％且粒徑是0.5μm的氧化鋁(Al2O3)粉末和試劑級或以上純度的各種金屬氧化物粉末。針對每一樣品將它們稱重，以便獲得表1中所示的組合物，并且其質(zhì)量總和是200g，并通過使用礬土球的球磨機使它們經(jīng)受12小時的濕混合。將所得粉末干燥之后，混合少量的聚乙烯醇水溶液，并將該混合物通過一32目篩，以便造粒。將該粉末模壓到一模具中，同時單軸地向其施加1t/cm2的壓力，以便具有12mm的直徑和約1mm的厚度。在500℃下于空氣中將所得模壓體加熱1小時以除去粘合劑，之后，在900℃-1000℃下將其燒結(jié)1小時。測定燒結(jié)體的大小和質(zhì)量，以便計算燒結(jié)密度。
而且，制備多個所述燒結(jié)體，并粉碎，使用比重瓶測定其絕對密度，以便由絕對密度除以燒結(jié)密度的商得到相對燒結(jié)密度。結(jié)果示于表1。
表1

注“Ex”是指“實施例”，并且“Comp.Ex.”是指“對比實施例”。
從表1看出，僅使用礬土的樣品1和各自僅使用一種不同的添加劑的樣品2-6在高達1000℃的燒結(jié)溫度下基本上一點都不燒結(jié)。
在混合使用兩種添加劑的情況下，混合使用Nb2O5和CuO的樣品7即使在950℃下也明顯燒結(jié)，并且具有超過90％的密度，并在1000℃下燒結(jié)具有接近理論密度的密度。在加入CuO和TiO2的樣品11以及使用CuO和Bi2O3的樣品13中觀察到燒結(jié)加速的效果，在兩種情況下其密度都達不到90％(即使是在1000℃下燒結(jié))，并且沒有獲得在樣品7的效果。假定將銀用于形成內(nèi)部電極，那么燒結(jié)溫度的上限是約950℃，并且認為在相對密度不高于90％的情況下機械強度不足。因此，樣品11和樣品13不實用。
在混合使用3種添加劑的情形下，除了Nb2O5和CuO之外還各自加入一種選自TiO2、Ag2O和BiO3的氧化物(這些添加劑是呈現(xiàn)加入兩種添加劑的情形的效果的添加劑)的樣品17、18和19即使在950℃下燒結(jié)也具有超過95％的密度，這說明它們具有在較低溫度下的可燒結(jié)性。而且，在不含Nb2O5和CuO的情形下，加入CuO-TiO2-Ag2O的樣品23在950℃下燒結(jié)的結(jié)果是具有超過90％的密度。然而，即使在1000℃下燒結(jié)，在前面情況下與其它添加劑組合的樣品都沒有達到90％的密度。
在混合使用4種添加劑的情況下，除了Nb2O5和CuO之外還一起加入TiO2和Ag2O的樣品27在900℃下燒結(jié)具有超過95％的密度。
如上所述，即使用相同含量的礬土，通過同時含有Nb2O5和CuO，通過除了含有Nb2O5和CuO之外還含有選自TiO2、Ag2O和Bi2O3中的一種，或者通過同時含有Nb2O5、CuO、TiO2和Ag2O，可以獲得較低溫度下的可燒結(jié)性。而且，通過同時含有CuO、TiO2和Ag2O可以獲得低溫下的可燒結(jié)性。其中，同時含有Nb2O5、CuO、TiO2和Ag2O的樣品27具有在最低溫度下的優(yōu)異的可燒結(jié)性。
實施例2與實施例1中相同，制備氧化鋁、氧化鈮、氧化銅、氧化鈦、氧化銀和氧化鉍的粉末，并將它們混合，以便就每一樣品而言，氧化鋁占93質(zhì)量％，而其它5種組分的總和是7質(zhì)量％，其中氧化鈮、氧化銅、氧化鈦、氧化銀和氧化鉍的總量假定為100質(zhì)量％，它們具有表2中所示的質(zhì)量百分比。將所述混合物在900℃或950℃下燒結(jié)2小時，以制得燒結(jié)體，并測定它們的相對密度。
而且，在每一個相對密度超過90％的燒結(jié)體的上表面和下表面上，通過濺射形成金電極，并評價介電特性。結(jié)果示于表2。
表2

從表2看出，當僅含有Nb2O5和CuO時，在含有過量Nb2O5的情況和含有過量CuO的情況下，燒結(jié)密度都略有降低，并且即使獲得不小于90％的密度，介電損失也超過5％。因此，Nb2O5的質(zhì)量百分比優(yōu)選不大于70質(zhì)量％，CuO的質(zhì)量百分比優(yōu)選不大于60％(樣品1-6)。
盡管通過在除Nb2O5和CuO之外還加入選自TiO2、Ag2O和Bi2O3中的一種在較低的溫度下獲得了較高的密度，但是加入量過度增加又會使其密度降低，并增加其介電損失。因此，TiO2的質(zhì)量百分比優(yōu)選不小于30質(zhì)量％(樣品7-11)，Ag2O的質(zhì)量百分比優(yōu)選不大于30質(zhì)量％(樣品12-15)，并且Bi2O3的質(zhì)量百分比優(yōu)選不大于40質(zhì)量％(樣品16-19)。應(yīng)注意的是，在TiO2、Ag2O和Bi2O3中，Ag2O在增加密度方面具有最大效果，TiO2具有次最大效果，并且Bi2O3具有最小效果。
而且，通過在除Nb2O5和CuO之外還一起加入TiO2和Ag2O，獲得最高密度和最低介電損失。然而，一起加入TiO2和Bi2O3以及一起加入Ag2O和Bi2O3與僅加入其中一種的差異不顯著。
實施例3與實施例2中相同，制備氧化鋁、氧化銅、氧化鈦和氧化銀的粉末，并將它們混合，以便就每一樣品而言，氧化鋁占93質(zhì)量％，而其它3種組分的總和是7質(zhì)量％，其中相對氧化銅、氧化鈦和氧化銀的總和假定為100質(zhì)量％，它們具有表3中所示的百分比。將該混合物在950℃下燒結(jié)2小時，以制得燒結(jié)體，并測定它們的相對密度。
而且，在相對密度超過90％的這些燒結(jié)體的每一個的上表面和下表面上，通過濺射形成金電極，并評價介電特性。結(jié)果示于表3。
表3

從表3看出，在CuO不小于10質(zhì)量％并且不大于90質(zhì)量％，TiO2不小于5質(zhì)量％并且不大于60質(zhì)量％，和Ag2O不小于5質(zhì)量％并且不大于40質(zhì)量％的情況下獲得相對優(yōu)異的特性，尤其是在CuO不小于15質(zhì)量％并且不大于75質(zhì)量％，TiO2不小于10質(zhì)量％并且不大于50質(zhì)量％，和Ag2O不小于15質(zhì)量％并且不大于35質(zhì)量％時，獲得顯著的致密化和相對低的介電損失。
實施例4制備通過將質(zhì)量比為5.5∶2.7∶0.9∶0.9的Nb2O5、CuO、TiO2和Ag2O的粉末預(yù)先混合獲得的粉末。通過球磨機混合將這種粉末、礬土粉末和Mn3O4粉末混合，以便就每一樣品而言具有表4中所示的混合比，并且在600℃下將所述混合物煅燒2小時。之后，在球磨機中再次將其粉碎，并以與實施例1中相同的方式通過在900℃或950℃下將粉碎的物料燒結(jié)2小時制得一燒結(jié)體，這樣測定其相對燒結(jié)密度。而且，通過激光閃光測定相對密度超過90％的燒結(jié)體樣品的導(dǎo)熱率。而且，通過濺射形成金電極，評價其介電特性。結(jié)果示于表4。
表4

從表4看出，當Al2O3的含量超過98％時，不能獲得足夠的可燒結(jié)性，即使向其中加入復(fù)合添加劑。另一方面，當Al2O3的含量小于80％時，獲得高的可燒結(jié)性，介電特性和導(dǎo)熱率都降低。因此，Al2O3的含量優(yōu)選不小于80％并且不大于98％，更優(yōu)選不小于85％并且不大于96％。
接下來，在將Al2O3和復(fù)合添加劑的比例固定地調(diào)整為92％∶8％，并且還向其中加入Mn3O4的情況下，觀察到因這種加入而提高其介電特性的趨勢，但是加入量增加使得燒結(jié)密度降低。因此，優(yōu)選含有不小于0.1質(zhì)量％并且不大于2質(zhì)量％的Mn3O4。
除了本實施例之外，本發(fā)明的發(fā)明人通過改變復(fù)合添加劑中的Nb2O5、CuO、TiO2和Ag2O的比例，并通過使用CuO-基、TiO2-基和Ag2O-基復(fù)合添加劑，以相同的方式進行了試驗，對于Al2O3的含量和Mn3O4的加入獲得了相似的結(jié)果。
實施例5以與實施例1相同的方式，將Al2O3、Nb2O5、CuO、TiO2和Ag2O的粉末以93∶3∶2∶1.5∶0.5的質(zhì)量比通過球磨機混合。在600℃下將所得混合物煅燒2小時，之后，在球磨機中將其再次粉碎。向前面的煅燒粉末中加入聚乙烯基丁縮醛樹脂和乙酸丁酯，并混合成漿狀，并通過刮片法鋪展以便在基膜(聚二苯硫醚)上具有一薄片，以賦予其表面脫模性能。
為了比較，以上面所述的相同方式，通過僅使用Al2O3粉末制得一漿液，并在一基膜上制得一礬土綠色薄片。此外，以上面所述的相同方式使用含有50質(zhì)量％的Al2O3和50質(zhì)量％的硼硅酸鹽鉛玻璃制得一漿液，并在基膜上制得一玻璃陶瓷綠色薄片。
接下來，將乙基纖維素基樹脂和松油醇大致加入到金屬銀粉末中，通過三輥粉碎機混合并充分捏合，由此制得內(nèi)層布線用的Ag糊劑和通路用的Ag糊劑。
接下來，通過在綠色薄片的預(yù)定位置穿孔形成φ0.1mm通路孔，并在所需量的綠色薄片內(nèi)將通路用的導(dǎo)電糊劑填充到這些通路孔中。之后，在每一薄片上通過絲網(wǎng)印刷使用內(nèi)層布線用的糊劑形成布線圖。除去基膜并層壓這些綠色薄片，將這些層壓的薄片在80℃下經(jīng)受熱壓制粘合，由此獲得一層壓物。
將由此獲得的層壓物在爐中于大氣、600℃下經(jīng)受粘合劑除去過程，并在920℃下燒結(jié)2小時。與此分開，使用不含Ag導(dǎo)體的層壓物制得一燒結(jié)體，這樣將其用于導(dǎo)熱率測定。
首先，測定不含導(dǎo)體的層壓物的導(dǎo)熱率。結(jié)果，本發(fā)明的層壓物具有18W/m·k的導(dǎo)熱率，而含有玻璃陶瓷的層壓物具有2.5W/m·k的導(dǎo)熱率。使用礬土的層壓物的機械強度是如此之小，以致它不能進行該測定。因此，使用礬土的層壓物是通過將燒結(jié)溫度調(diào)整至1500℃下形成的，并且測得其導(dǎo)熱率是22W/m·k。
而且，測定不含導(dǎo)體的層壓物的3個點的橫向強度，并測得本實施例的層壓物的橫向強度是380Mpa，而測得含有玻璃陶瓷的層壓物的橫向強度是230Mpa。使用礬土的層壓物的機械強度是如此之小，以致它不能進行該測定。因此，使用礬土的層壓物是通過將燒結(jié)溫度調(diào)整至1500℃下形成的，并且測得其3點的橫向強度是400MPa。因此，本實施例的層壓物(在920℃下燒結(jié))呈現(xiàn)與使用礬土的層壓物(在1500℃下燒結(jié))相同水平的機械強度。
接下來，評價含有Ag導(dǎo)體的層壓物中內(nèi)層布線與通路導(dǎo)體之間的連續(xù)性。本發(fā)明的層壓物和使用玻璃陶瓷的層壓物呈現(xiàn)連續(xù)性，而僅使用礬土的層壓物的機械強度是如此之小，以致它不能進行該測定。因此，使用礬土的層壓物是通過將燒結(jié)溫度調(diào)整至1500℃下形成的，但是其中的Ag電極熔融，并且不能獲得連續(xù)性。
然后，將功率放大器集成電路安裝在本發(fā)明的層壓物和使用玻璃陶瓷的層壓物上，并操作。結(jié)果由于使用玻璃陶瓷的層壓物的導(dǎo)熱率低導(dǎo)致熱輻射不足，因此呈現(xiàn)顯著的溫度升高，而本發(fā)明的層壓物呈現(xiàn)較小的溫度升高。
在不背離本發(fā)明的精神和基本特征的情況下可以其它形式實施本發(fā)明。本申請中公開的這些實施方式應(yīng)在所述的所有方面考慮，其并不是限制性的。本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求書而不是前面的說明書來界定，并且所述權(quán)利要求書的等價的意義和范圍內(nèi)的所有變化都應(yīng)包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氧化物陶瓷材料，其特征在于所述氧化物陶瓷材料含有氧化鋁作為主要組分，含有氧化鈮和氧化銅作為輔助組分，并且是通過將所述各金屬成分的金屬或金屬氧化物材料顆?；旌希瑢⑵淠?，并在不高于950℃的溫度下將其燒結(jié)而獲得的。
2.如權(quán)利要求1的氧化物陶瓷材料，所述氧化物陶瓷材料是通過將所述各金屬成分的金屬或金屬氧化物材料顆?；旌?，并在進行模壓之前進一步將其煅燒并粉碎而獲得的。
3.如權(quán)利要求1的氧化物陶瓷材料，其中所述主要組分在整個氧化物中的含量不小于80質(zhì)量％并且不大于98質(zhì)量％；而且在所有其它組分是上述的輔助組分的情況下，這些輔助組分的含量不小于2質(zhì)量％并且不大于20質(zhì)量％，或者在除了上述的輔助組分之外還含有另外第三種組分的情況下，輔助組分和第三種組分的總含量不小于2質(zhì)量％并且不大于20質(zhì)量％。
4.如權(quán)利要求1的氧化物陶瓷材料，當設(shè)定輔助組分的總和是100質(zhì)量％時，則氧化鈮和氧化銅的百分比分別在下面的范圍內(nèi)40質(zhì)量％≤氧化鈮≤70質(zhì)量％30質(zhì)量％≤氧化銅≤60質(zhì)量％。
5.如權(quán)利要求1的氧化物陶瓷材料，其中所述輔助組分還含有氧化鈦和氧化銀。
6.如權(quán)利要求5的氧化物陶瓷材料，當設(shè)定所述輔助組分的總和是100質(zhì)量％時，則氧化鈮、氧化銅、氧化鈦、氧化銀的百分比分別在下面的范圍內(nèi)30質(zhì)量％≤氧化鈮≤70質(zhì)量％10質(zhì)量％≤氧化銅≤60質(zhì)量％O質(zhì)量％≤氧化鈦≤30質(zhì)量％O質(zhì)量％≤氧化銀≤30質(zhì)量％。
7.如權(quán)利要求1的氧化物陶瓷材料，當將所述氧化物的總和設(shè)定為100質(zhì)量％時，所述氧化物陶瓷材料還含有0.1質(zhì)量％-2.0質(zhì)量％的氧化錳。
8.如權(quán)利要求1的氧化物陶瓷材料，其中所述氧化物陶瓷材料被燒結(jié)使得具有不小于90％的相對密度。
9.如權(quán)利要求1的氧化物陶瓷材料，其中所述氧化物陶瓷材料具有不小于5W/m·k的導(dǎo)熱率。
10.如權(quán)利要求1的氧化物陶瓷材料，其中所述氧化物陶瓷材料具有不小于10W/m·k的導(dǎo)熱率。
11.如權(quán)利要求1的氧化物陶瓷材料，其中所述氧化物陶瓷材料在1MHz下具有不大于0.05的介電損失。
12.如權(quán)利要求1的氧化物陶瓷材料，其中所述氧化物陶瓷材料在1MHz下具有不大于0.01的介電損失。
13.一種陶瓷基片，其至少在內(nèi)層包含由氧化物陶瓷材料制成的絕緣層和以銀作為主要組分的導(dǎo)體，所述氧化物陶瓷材料含有氧化鋁作為主要組分，含有氧化鈮和氧化銅作為輔助組分，并且是通過將所述各金屬成分的金屬或金屬氧化物材料顆?；旌?，將其模壓，并在不高于950℃的溫度下將其燒結(jié)而獲得的。
14.一種陶瓷層壓設(shè)備，其至少在內(nèi)層包含由氧化物陶瓷材料制成的絕緣層和以銀作為主要組分的導(dǎo)體，所述氧化物陶瓷材料含有氧化鋁作為主要組分，含有氧化鈮和氧化銅作為輔助組分，并且是通過將所述各金屬成分的金屬或金屬氧化物材料顆?；旌希瑢⑵淠?，并在不高于950℃的溫度下將其燒結(jié)而獲得的。
15.一種功率放大器模塊，其中在陶瓷基片或陶瓷層壓設(shè)備上安裝有功率放大器元件，所述陶瓷基片或陶瓷層壓設(shè)備至少在其內(nèi)層包含由氧化物陶瓷材料制成的絕緣層和以銀作為主要組分的導(dǎo)體，所述氧化物陶瓷材料含有氧化鋁作為主要組分，含有氧化鈮和氧化銅作為輔助組分，并且是通過將所述各金屬成分的金屬或金屬氧化物材料顆?；旌?，將其模壓，并在不高于950℃的溫度下將其燒結(jié)而獲得的。
全文摘要
提供了一種氧化物陶瓷材料，其含有氧化鋁作為主要組分，并且含有下面所示的A和B中的至少一種作為輔助組分A氧化鈮和氧化銅B氧化銅、氧化鈦和氧化銀。由此可以提供一種在低溫下具有可燒結(jié)性并具有高的導(dǎo)熱率的氧化物陶瓷材料，本發(fā)明還提供了使用該氧化物陶瓷材料的陶瓷基片、陶瓷層壓設(shè)備和功率放大器模塊。
文檔編號C04B35/622GK1915900SQ20061010816
公開日2007年2月21日 申請日期2004年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月5日
發(fā)明者井上修, 原田健史, 奧山浩二郎 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社