專利名稱：絕緣陶瓷壓塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在多層電路板中使用的絕緣陶瓷壓塊，更具體而言，本發(fā)明涉及一種適用于安裝半導(dǎo)體元件或各種電子元件的復(fù)合多層電路板，并能和導(dǎo)電材料如銅或銀一起燒制的絕緣陶瓷壓塊。
近年來，加速使用高頻的電子器件的趨勢在不斷擴(kuò)大。在這種趨勢下，對于在這樣的電子器件中使用的電子部件，不斷要求滿足高速和高密度安裝和高密度組裝。為滿足這些要求，多層電路板已被用作安裝半導(dǎo)體器件和各種電子元件的基板。在多層電路板中，導(dǎo)體電路或功能電子元件被裝在基板上，使電子器件進(jìn)一步小型化。
氧化鋁一直用作構(gòu)成多層電路板的材料。氧化鋁的燒制溫度較高，如1500-1600℃。因此，作為裝在由氧化鋁制成的多層電路板上的導(dǎo)體電路材料，通常不得不使用高熔點(diǎn)金屬，如鉬(Mo)、鉬-錳(Mo-Mn)、鎢(W)等。但是，這些高熔點(diǎn)金屬的電阻大。
因此，非常希望能使用比上述高熔點(diǎn)金屬的電阻低和價(jià)格低廉的金屬如銅作為導(dǎo)電材料。為能夠使用銅作為導(dǎo)電材料，已有使用可在1000℃或更低溫度下燒制獲得的玻璃陶瓷、晶化玻璃等的方案提出(例如，日本特許公開公報(bào)5-238774號)。
另外，考慮與半導(dǎo)體元件如硅(Si)芯片的連接，也提出使用熱膨脹系數(shù)和Si接近的陶瓷作為多層電路板材料(日本特許公開公報(bào)8-34668號)。
然而，上述可以在較低溫度燒制的這些常用基板材料存在的問題是，其機(jī)械強(qiáng)度低、Q值小，沉積晶相的類型及其比例容易受到燒制過程的影響。
另外，日本特許公開公報(bào)5-238774和8-34668中所述的基板材料不能與熱膨脹系數(shù)高的高介電材料的一起進(jìn)行有效的燒結(jié)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可以解決上述問題的絕緣陶瓷壓塊，這種絕緣陶瓷壓塊可以在較低溫度下燒制，可以和熔點(diǎn)較低的導(dǎo)電材料如銀或銅一起燒制獲得，具有較小的介電常數(shù)和優(yōu)良的高頻特性，還具有高的熱膨脹系數(shù)。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供由上述絕緣陶瓷壓塊構(gòu)成的陶瓷多層基板，這種基板可以在較低溫度下燒制獲得，具有較低的相對介電常數(shù)和優(yōu)良的高頻特性，通過與熱膨脹系數(shù)大的高介電材料一起燒結(jié)獲得，還提供了使用上述多層陶瓷基板的陶瓷電子元件。
具體而言，本發(fā)明第一方面，提供一種絕緣陶瓷壓塊，它包括(A)MgAl2O4陶瓷和(B)玻璃粉末的燒制混合物，玻璃粉末包含約13-50％(重量)按SiO2計(jì)算的二氧化硅、約8-60％(重量)的按B2O3計(jì)算的氧化硼、0-約20％(重量)的按Al2O3計(jì)算的氧化鋁和約10-55％(重量)的按MgO計(jì)算的氧化鎂。
玻璃粉末中，按照SiO2計(jì)的二氧化硅相對于玻璃粉末總重量的含量約為13-50％(重量)，較好的約為20-30％(重量)。如果二氧化硅含量約小于13％(重量)，制得的燒結(jié)壓塊的結(jié)晶度和Q值降低。與此對照，如果該含量超過約50％(重量)，制得的玻璃的熔融溫度過高。
玻璃粉末中，按照B2O3計(jì)的氧化硼相對于玻璃粉末總重量的含量約為8-60％(重量)，較好的約為30-60％(重量)。氧化硼主要作為熔化劑。如果按照B2O3計(jì)的氧化硼含量約小于8％(重量)，熔融溫度過高，如果該含量超過約60％(重量)，制得的燒結(jié)壓塊的抗潮性下降。
玻璃粉末中，按照Al2O3計(jì)的氧化鋁相對于玻璃粉末總重量的含量為0-約20％(重量)。按照Al2O3計(jì)的氧化鋁含量可以為0％，即玻璃粉末中不必含有氧化鋁。因此，當(dāng)本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊不含氧化鋁時(shí)，它是(A)MgO-MgAl2O4陶瓷粉末和(B)玻璃粉末的燒制混合物，而玻璃粉末包含約13-50％(重量)按SiO2計(jì)算的二氧化硅和約3-60％(重量)的按B2O3計(jì)算的氧化硼。
當(dāng)玻璃粉末中按Al2O3計(jì)的氧化鋁含量超過約20％(重量)時(shí)，制得的燒結(jié)壓塊不能充分致密，Q值降低。如果含有氧化鋁，按Al2O3計(jì)的氧化鋁含量下限可以是比0％大的任何值。
玻璃粉末宜含有約10-55％(重量)的MgO。在MgO在制造玻璃中起到降低熔融溫度的作用，還在結(jié)晶玻璃中作為構(gòu)成結(jié)晶的組分。具體是，MgO-B2O3復(fù)合物具有數(shù)萬GHz的Qf值，是顯示優(yōu)良的高頻特性的主要因素。如果MgO含量小于約10％(重量)，制得的絕緣陶瓷壓塊的Q值下降，如果該含量超過約55％(重量)，絕緣陶瓷壓塊有過量的沉積結(jié)晶，從而使基板強(qiáng)度變差。
用于本發(fā)明的玻璃粉末較好的還包含至少一種選自BaO、SrO和CaO的堿土金屬氧化物，其比例約為玻璃粉末總重量的20％(重量)或更少。
堿土金屬氧化物用于降低制造玻璃時(shí)的熔融溫度，和提高玻璃的熱膨脹系數(shù)。如果堿土金屬氧化物含量超過約20％(重量)，制得的絕緣陶瓷壓塊的Q值下降。
用于本發(fā)明的玻璃粉末較好的還包含至少一種選自Li2O、K2O和Na2O的堿金屬氧化物，其比例約為玻璃粉末總重量的10％(重量)或更少，約2-5％(重量)更好。堿金屬氧化物用于降低制造玻璃時(shí)的熔融溫度。如果堿金屬氧化物含量超過約10％(重量)，制得的絕緣陶瓷壓塊的Q值下降。
用于本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊較好的還包含按ZnO計(jì)算的氧化鋅，其比例約為陶瓷壓塊總重量的15％(重量)或更少，更好的約為10％(重量)或更少。氧化鋅用于降低燒制溫度。然而，如果氧化鋅含量超過約15％(重量)，在有些情況下制得的燒結(jié)壓塊不能充分致密。
氧化鋅宜作為除陶瓷粉末和玻璃粉末之外的組分含有，但可作為構(gòu)成玻璃組分的組分含有。
用于本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊較好的還包含按CuO計(jì)算的氧化銅，其比例約為陶瓷壓塊總重量的3％(重量)或更少，更好的約為2％(重量)或更少。氧化銅用于降低燒制溫度。然而，如果氧化銅含量超過約3％(重量)，制得的絕緣陶瓷壓塊的Q值下降。氧化銅宜作為除陶瓷粉末和玻璃粉末之外的組分含有，但可作為構(gòu)成玻璃組分的組分含有。
本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊中，陶瓷粉末和玻璃粉末的重量比值約為20∶80至80∶20為宜，更好的約為30∶70至50∶50。如果陶瓷粉末的比例大于上述范圍，制得的燒結(jié)壓塊的密度下降。如果玻璃粉末的比例大于上述范圍，燒結(jié)壓塊的Q值下降。
本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊的Q值按照在15GHz下測定約為700或更大為宜。如果絕緣陶瓷壓塊的Q值約為700或更大，這種絕緣陶瓷壓塊可用作目前高頻范圍使用的電路器件基板。
在約700-1400℃煅燒玻璃組合物獲得的玻璃粉末可用作本發(fā)明使用的玻璃粉末。
本發(fā)明第二方面，提供一種多層陶瓷基板，它包括本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊構(gòu)成的絕緣陶瓷層；和在該絕緣陶瓷層上形成的多個(gè)內(nèi)電極。
多層陶瓷基板中，在絕緣陶瓷層的至少一面可疊加第二陶瓷層，第二陶瓷層的介電常數(shù)大于該絕緣陶瓷層的介電常數(shù)。
多層陶瓷基板中的多個(gè)內(nèi)電極可以彼此平行排列，并插有至少部分絕緣陶瓷層，從而構(gòu)成電容器。
多個(gè)內(nèi)電極可包括構(gòu)成電感器的導(dǎo)電線圈。
此外，本發(fā)明還提供一種陶瓷電子元件，它包括本發(fā)明的多層陶瓷基板和至少一個(gè)電子元件器件，電子元件器件安裝在多層陶瓷基板上，并與多個(gè)內(nèi)電極構(gòu)成電路。
陶瓷電子元件還包括一固定在多層陶瓷基板上的帽，以包圍電子元件器件。帽較好的是導(dǎo)電帽。
本發(fā)明的陶瓷電子元件還可以包括僅在多層陶瓷基板下表面形成的多個(gè)外電極和多個(gè)導(dǎo)電通孔，導(dǎo)電通孔電連接到外電極和電連接到內(nèi)電極或電子元件器件。
本發(fā)明還涉及一種多層陶瓷電子元件，它包括由本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊構(gòu)成的陶瓷燒結(jié)壓塊、多個(gè)排列在陶瓷燒結(jié)壓塊內(nèi)部的內(nèi)電極、和形成在陶瓷燒結(jié)壓塊外表面并電連接到任一內(nèi)電極上的多個(gè)外電極。
上述多層陶瓷電子元件中，多個(gè)內(nèi)電極彼此平行排列，并插有陶瓷層，構(gòu)成電容器單元。多層陶瓷電子元件中，多個(gè)內(nèi)電極除包括構(gòu)成電容器單元的內(nèi)電極外，還可包括多個(gè)導(dǎo)電線圈，多個(gè)導(dǎo)電線圈彼此連接構(gòu)成多層電感器單元。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種可解決上述問題的絕緣陶瓷壓塊，這種絕緣陶瓷壓塊可以在較低溫度下燒制，可以和熔點(diǎn)較低的導(dǎo)電材料如銀或銅一起燒制獲得，具有在高頻范圍高Q值，較小的相對介電常數(shù)和優(yōu)良的高頻特性，還具有高的熱膨脹系數(shù)。
本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供由上述絕緣陶瓷壓塊構(gòu)成的陶瓷多層基板，這種基板具有較低的相對介電常數(shù)、高Q值和優(yōu)良的高頻特性，并具有高熱膨脹系數(shù)，可通過與高介電材料一起燒結(jié)獲得，還提供了使用上述絕緣陶瓷基板的陶瓷電子元件。
具體而言，本發(fā)明第三方面，提供一種絕緣陶瓷壓塊，它包括(A)至少一種選自Mg3B2O6和Mg2B2O5的陶瓷粉末和(B)玻璃粉末的燒制混合物，玻璃粉末包含約13-50％(重量)按SiO2計(jì)算的二氧化硅、約8-60％(重量)的按B2O3計(jì)算的氧化硼、0-約20％(重量)的按Al2O3計(jì)算的氧化鋁和約10-55％(重量)的按MgO計(jì)算的氧化鎂。
本發(fā)明中，Mg3B2O6和Mg2B2O5陶瓷粉末中的至少一種用作陶瓷粉末(A)。具體而言，可以僅使用Mg3B2O6陶瓷粉末或Mg2B2O5陶瓷粉末，也可以使用它們的混合物。
玻璃粉末中的SiO2、B2O3、Al2O3等的含量因?yàn)榍懊嬉咽黾?，按照前面描述?br> 本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊中，陶瓷粉末和玻璃粉末的重量比值約為20∶80至80∶20為宜，更好為40∶60-60∶40。如果陶瓷粉末的比例大于上述范圍，制得的燒結(jié)壓塊的密度下降。如果玻璃粉末的比例大于上述范圍，燒結(jié)壓塊的Q值下降。
具體是，本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊可通過在1000℃或更低的溫度下燒制含陶瓷粉末和玻璃粉末的混合物制造，并可以通過和低熔點(diǎn)金屬如銅或銀一起燒制制造。因此，本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊能很好地用于如使用這類低熔點(diǎn)金屬構(gòu)成的導(dǎo)電材料的多層陶瓷基板中。
本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊的Q值按照在15GHz下測定約為700或更大為宜。如果絕緣陶瓷壓塊的Q值約為700或更大，這種絕緣陶瓷壓塊可用作目前高頻范圍使用的電路構(gòu)件基板。
本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊具有高的熱膨脹系數(shù)，可以和具有高的熱膨脹系數(shù)的高介電材料一起燒結(jié)，從而穩(wěn)定和方便地制造本發(fā)明絕緣陶瓷壓塊和高介電陶瓷構(gòu)成的整體燒結(jié)的壓塊。
本發(fā)明第四方面，提供了一種多層陶瓷基板，它包括由絕緣陶瓷壓塊構(gòu)成的絕緣陶瓷層和在該層上形成的多個(gè)內(nèi)電極。
多層陶瓷基板中，在絕緣陶瓷層的至少一面可疊加第二陶瓷層，第二陶瓷層的介電常數(shù)大于該絕緣陶瓷層的介電常數(shù)。
多層陶瓷基板中的多個(gè)內(nèi)電極可以彼此平行排列，并插有至少部分絕緣陶瓷層，從而構(gòu)成電容器。多個(gè)內(nèi)電極可包括構(gòu)成電感器的導(dǎo)電線圈。
此外，本發(fā)明還提供了陶瓷電子元件，它包括上述多層陶瓷壓塊和至少一種電子元件器件，電子元件器件安裝在多層陶瓷基板上，并與多個(gè)內(nèi)電極構(gòu)成電路。
陶瓷電子元件還包括一固定在多層陶瓷基板上的帽，以包圍電子元件器件。帽較好的是導(dǎo)電帽。
本發(fā)明的陶瓷電子元件還可以包括僅在多層陶瓷基板下表面形成的外電極和多個(gè)導(dǎo)電通孔，導(dǎo)電通孔電連接到內(nèi)電極或電子元件器件。
本發(fā)明還涉及一種多層陶瓷電子元件，它包括由本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊構(gòu)成的陶瓷燒結(jié)壓塊、多個(gè)排列在陶瓷燒結(jié)壓塊內(nèi)部的內(nèi)電極、和多個(gè)外電極，外電極形成在陶瓷燒結(jié)壓塊外表面并電連接到任一內(nèi)電極上。
上述多層陶瓷電子元件中，多個(gè)內(nèi)電極彼此平行排列，并插有陶瓷層，構(gòu)成電容器單元。
多層陶瓷電子元件中，多個(gè)內(nèi)電極除包括構(gòu)成電容器單元的內(nèi)電極外，還可包括多個(gè)導(dǎo)電線圈，多個(gè)導(dǎo)電線圈彼此連接構(gòu)成多層電感器單元。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，使用陶瓷多層基板的陶瓷電子元件的層疊陶瓷組件縱向截面圖。
圖2是圖1所示的多層陶瓷組件的分解透視圖。
圖3是說明陶瓷坯片和其上形成的電極式樣的分解透視圖，用于制造本發(fā)明第二實(shí)施方案的多層陶瓷電子元件。
圖4是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方案的多層陶瓷電子元件的透視圖。
圖5是圖4所示的多層陶瓷電子元件的電路圖。
首先參考本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊的幾個(gè)加工實(shí)施例，還參考本發(fā)明的多層陶瓷基板、陶瓷電子元件和多層陶瓷電子元件的結(jié)構(gòu)實(shí)施方案，詳細(xì)描述本發(fā)明。
首先，描述使用本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊的多層陶瓷基板、陶瓷電子元件和多層陶瓷電子元件的結(jié)構(gòu)實(shí)施方案。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，使用多層陶瓷基板的陶瓷電子元件的多層陶瓷組件縱向截面圖。圖2是其分解透視圖。
多層陶瓷組件1包括多層陶瓷基板2。
多層陶瓷基板2包括本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊構(gòu)成的絕緣陶瓷層3a和3b，和夾在絕緣陶瓷層3a和3b之間的介電陶瓷層4。介電陶瓷層4例如是由鈦酸鋇和玻璃構(gòu)成，并有高介電常數(shù)。
介電陶瓷層4內(nèi)，排列多個(gè)內(nèi)電極5，它們彼此相鄰，并插有部分介電陶瓷層4，從而構(gòu)成多層電容器單元C1和C2。
絕緣陶瓷層3a和3b以及介電陶瓷層4包括多個(gè)通孔電極6和6a或在其中的內(nèi)導(dǎo)線。
電子元件器件9-11安裝在多層陶瓷基板2的上表面。對電子元件器件9-11，可使用半導(dǎo)體器件、片型多層電容器和其它合適的電子元件器件。通孔電極6和內(nèi)導(dǎo)線將這些電子元件器件9-11電連接到電容器單元C1和C2，從而構(gòu)成本發(fā)明的多層陶瓷組件1的電路。
導(dǎo)電帽8固定在多層陶瓷基板2的上表面。導(dǎo)電帽8電連接到通孔電極6a，6a從多層陶瓷基板的上表面穿到底面。在多層陶瓷基板2的下表面形成外電極7，它們電連接到通孔電極6和6a。其它圖中未示出的外電極僅在多層陶瓷基板2的下表面形成，并通過內(nèi)導(dǎo)線電連接到電子元件器件9-11和/或電容器單元C1和C2。
外電極7僅在多層陶瓷基板的下表面形成，用于向外連接，這樣利用多層陶瓷基板的下表面可以在如印刷線路板上進(jìn)行多層陶瓷組件的表面安裝。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，帽8由導(dǎo)電材料構(gòu)成，通過通孔電極6a電連接到外電極7，從而電磁屏蔽電子元件器件9-11。然而，帽8不一定必須由導(dǎo)電材料構(gòu)成。
本發(fā)明的多層陶瓷組件1中的絕緣陶瓷層3a和3b各自由本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊構(gòu)成，因此具有低介電常數(shù)和高Q值，制得的多層陶瓷組件1適合在高頻范圍使用。
采用已知的單塊燒制陶瓷層疊物的方法能容易地制得多層陶瓷基板2。具體而言，首先制備主要包含本發(fā)明的絕緣陶瓷材料的陶瓷坯料片，印刷電極布線圖，以構(gòu)成例如內(nèi)電極5、外導(dǎo)線、通孔電極6和6a，并層疊有布線圖的陶瓷坯料片。將適當(dāng)數(shù)量用于形成外導(dǎo)線和通孔電極6和6a的有布線圖的陶瓷坯料片層疊在一陶瓷坯料片上，在該層疊坯料片的上表面和下表面形成絕緣陶瓷層3a和3b。制得的層疊物然后在厚度方向壓制。燒制該層疊物，從而容易制得多層陶瓷基板2。
圖3至圖5分別是本發(fā)明第二個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)施方案的多層陶瓷電子元件的分解透視圖、外形透視圖和電路圖。
圖4中所述的多層陶瓷電子元件20是一個(gè)LC濾波器，包括陶瓷燒結(jié)壓塊21和在陶瓷燒結(jié)壓塊21內(nèi)部形成的電路。該電路包括下面所述的電感L和電容C。陶瓷燒結(jié)壓塊21由本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊構(gòu)成。外電極23a、23b、24a和24b在陶瓷燒結(jié)壓塊21的外表面形成，在外電極23a、23b、24a和24b中形成圖5所示的LC諧振電路。
參見圖3，通過說明陶瓷燒結(jié)壓塊21的制造方法來詳細(xì)描述陶瓷燒結(jié)壓塊21的結(jié)構(gòu)。
首先，在本發(fā)明的絕緣陶瓷材料中加入有機(jī)媒介物，制得陶瓷漿料。采用合適的片材成形方法處理該陶瓷漿料，形成陶瓷坯料片。干燥該片后，沖成預(yù)定的尺寸，制得長方形的陶瓷坯料片21a-21m。
之后，按照要求，在該陶瓷坯料片21a-21m上形成供通孔電極28使用的通孔。通過絲網(wǎng)印刷，印刷導(dǎo)體糊料，形成導(dǎo)由線圈26a和26b，電容器內(nèi)電極27a至27c以及導(dǎo)電線圈26c和26d，和通孔28用的通孔中填入導(dǎo)電糊料，形成通孔電極28。
隨后，將陶瓷坯料片按照圖中所示方向彼此疊加，然后在厚度壓制，制得一層疊物。燒制該層疊物，獲得陶瓷燒結(jié)壓塊21。
如圖4所示，在上面制得的陶瓷燒結(jié)壓塊21上，采用薄膜成形法，如涂布和烤干導(dǎo)體糊料，蒸汽沉積、電鍍或?yàn)R射，形成外電極23a-24b。這樣，制得多層陶瓷電子元件20。
參見圖3，導(dǎo)電線圈26a和26b構(gòu)成電感單元L1，導(dǎo)電線圈26c和26d構(gòu)成電感單元L2，內(nèi)電極27a至27c構(gòu)成電容器C，如圖5所示。
本發(fā)明的多層陶瓷電子元件20中的LC濾波器具有上述結(jié)構(gòu)。陶瓷燒結(jié)壓塊21由本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊組成，因此，可通過在和本發(fā)明第一實(shí)施方案的多層陶瓷基板2同樣的低溫下燒制制得。因此，陶瓷壓塊可以和作為導(dǎo)電線圈26a至26c的銅、銀、金和其它低熔點(diǎn)金屬以及作為內(nèi)電極的電容器內(nèi)電極27a至27c整體燒制。此外，制得的LC濾波器在高頻范圍具有高Q值，因此適合在高頻范圍使用。
參考本發(fā)明的第一和第二結(jié)構(gòu)實(shí)施方案，以構(gòu)成LC濾波器的多層陶瓷組件1和多層陶瓷電子元件20為例說明本發(fā)明。然而，本發(fā)明的陶瓷電子元件和多層陶瓷電子元件不限于這些結(jié)構(gòu)。具體而言，本發(fā)明還可應(yīng)用于多片組件的多層陶瓷基板、用于混合集成電路(混合IC)的多層陶瓷基板、和其它各種多層陶瓷基板，和包括安裝在這些多層陶瓷基板上的電子元件器件的各種陶瓷電子元件，以及片型多層電容器、片型多層介電天線和其它各種片型多層電子元件。
實(shí)施例1首先，稱取Mg(OH)2粉末和Al2O3粉末作為原料，使制得的燒結(jié)壓塊具有MgAl2O4的化學(xué)計(jì)量組成，濕混合16小時(shí)，然后干燥。干燥后的混合物在1350℃煅燒2小時(shí)后粉碎。
之后，20-80％(重量)上面制得的煅燒材料、具有表1所列組成的玻璃粉末(燒結(jié)助劑)、和ZnO和CuO按表2所列的比例混合，混合物用適量的粘合劑造粒。對應(yīng)于樣品1-46的各造?；旌衔镌?00MPa壓力下成形，制得直徑12mm，厚7mm的圓柱形坯料壓塊。
坯料壓塊在900-1000℃溫度下，于空氣中燒制2小時(shí)，制得對應(yīng)于表2和表3的圓柱形絕緣陶瓷壓塊。
采用兩端短路的介電諧振器，在諧振頻率(15GHz)下測量這些圓柱形絕緣陶瓷壓塊的相對介電常數(shù)εr，以及Q值。結(jié)果列于表2和表3。這些絕緣陶瓷壓塊的相對密度也列于表2和表3。
表1
表2
表3
使用表1所列玻璃F的樣品25和26，以及使用表1所列玻璃G的樣品27各自具有600的低Q值。
同樣，使用玻璃H的樣品28和29，使用玻璃L的樣品34、以及使用玻璃Q的樣品43各自的低Q值為600。
與此對照，對應(yīng)于本發(fā)明的樣品1-24、30-33、35-42和44-46可通過在900-1000℃的較低溫度下燒結(jié)獲得，制得的燒結(jié)壓塊致密，各自具有97％或更高的相對密度。制得的絕緣陶瓷壓塊各自具有約為7的較低的相對介電常數(shù)，8-12ppm/℃的高的熱膨脹系數(shù)，在15GHz頻率下測定的Q值高達(dá)700或更高。
這些結(jié)果表明本發(fā)明提供的絕緣陶瓷壓塊可以在較低溫度下燒制獲得，適用于高頻電子元件。
實(shí)施例2首先，稱取Mg(OH)2粉末和B2O3粉末作為原料，混合后制得各自具有Mg3B2O6或Mg2B2O5的化學(xué)計(jì)量組成的混合物，混合物濕混合16小時(shí)，然后干燥。干燥后的混合物在1400℃煅燒2小時(shí)后粉碎，分別制得Mg3B2O6陶瓷粉末材料和Mg2B2O5陶瓷粉末材料。兩種陶瓷粉末材料中至少一種用作下面步驟中的煅燒材料。
之后，20-80％(重量)上面制得的煅燒材料、具有表4所列組成的玻璃粉末(燒結(jié)助劑)、和ZnO和CuO按表5所列的比例混合，混合物用適量的粘合劑造粒。對應(yīng)于樣品1-46的各造粒的絕緣陶瓷組合物在200MPa壓力下成形，制得直徑12mm，厚7mm的圓柱形坯料壓塊。
坯料壓塊在900-1000℃溫度下，于空氣中燒制2小時(shí)，制得圓柱形絕緣陶瓷壓塊樣品1-46，示于表5和表6。
采用兩端短路的介電諧振器，在諧振頻率(15GHz)下測定這些圓柱形絕緣陶瓷壓塊的相對介電常數(shù)εr，以及Q值。結(jié)果列于表5和表6。
根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)R1618所述的方法，測定這些圓柱形絕緣陶瓷壓塊的熱膨脹系數(shù)。結(jié)果列于表5和表6。
表4
表5
表6
樣品25-36和43使用超出本發(fā)明范圍的玻璃F-M和玻璃Q中的任一玻璃，其性能比對應(yīng)于本發(fā)明實(shí)施例的絕緣陶瓷壓塊差。具體而言，樣品25-27的絕緣陶瓷壓塊的Q值很低，為600。樣品28和29的絕緣陶瓷壓塊使用了玻璃H，不能在不超過1000℃的溫度下燒制。樣品30使用玻璃I，其絕緣陶瓷壓塊的低Q值為600。
樣品31的絕緣陶瓷壓塊使用玻璃J，其Q值很低，為550。
樣品32和33的絕緣陶瓷壓塊的Q值很低，分別為300和220。這很可能是因?yàn)檫@些樣品使用了玻璃K。
樣品34的絕緣陶瓷壓塊使用玻璃L，因此不能在1000℃或更低溫度下燒制。
樣品35和36的絕緣陶瓷壓塊由于使用玻璃M，其低Q值分別為400和300。
樣品43的絕緣陶瓷壓塊使用了玻璃Q，其低Q值為600。
與此對照，其它對應(yīng)于本發(fā)明實(shí)施例樣品的絕緣陶瓷壓塊各自由本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊構(gòu)成，可通過在900-1000℃的較低溫度下燒制，制得相對密度各自為97％或更高的絕緣陶瓷壓塊。制得的絕緣陶瓷壓塊各自具有較低的相對介電常數(shù)，約為7，熱膨脹系數(shù)為8-12ppm/℃，15GHz頻率下的高Q值，為700或更高。
因此，根據(jù)本發(fā)明，通過在較低溫度下燒制，絕緣陶瓷壓塊各自具有15GHz頻率下10,000GHz或更大的Qf值。制得的絕緣陶瓷壓塊的熱膨脹系數(shù)高，因此可以通過和過熱膨脹系數(shù)高的高介電材料一起燒結(jié)制得。
本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊的相對密度為97％或更大，即具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度(200MPa或更大)，低的相對介電常數(shù)和在10GHz頻率測得的高Q值，為400或更大，即使它們是在1000℃或更低的較低溫度下燒制。因此，本發(fā)明提供了可以在較低溫度下燒制獲得的絕緣陶瓷壓塊，該絕緣陶瓷壓塊宜用于高頻電子元件。
本發(fā)明的絕緣陶瓷包括MgAl2O4陶瓷粉末和具有上述組成的玻璃粉末，因此可以在約1000℃或更低溫度下燒制制得，因此，通過和低熔金屬如銅或銀構(gòu)成的導(dǎo)電材料整體燒結(jié)，可以制得陶瓷壓塊，這種陶瓷壓塊可使用這些導(dǎo)電材料作為如內(nèi)電極。本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊能很好地用于多層陶瓷基板，通過在較低溫度下燒制制得，降低這樣的多層基板的成本。此外，本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊具有高Q值和高頻范圍的低的相對介電常數(shù)，所以可制得如具有優(yōu)良的高頻特性的多層基板。
用于本發(fā)明的玻璃粉末還包含約20％(重量)或更少的至少一種選自BaO、SrO和CaO的堿土金屬氧化物時(shí)，制造玻璃粉末時(shí)的熔融溫度降低，因此降低了本發(fā)明絕緣陶瓷壓塊的制造成本。
玻璃粉末包含相當(dāng)于玻璃粉末總重量的約10％(重量)或更少的至少一種選自Li2O、K2O和Na2O的堿金屬氧化物時(shí)，制造玻璃粉末時(shí)的熔融溫度降低，因此降低了本發(fā)明絕緣陶瓷壓塊的制造成本，并可避免Q值下降。
絕緣陶瓷壓塊如果還包括約15％(重量)或更少按ZnO計(jì)的氧化鋅時(shí)，可以降低絕緣陶瓷壓塊的燒制溫度，制得致密的燒結(jié)壓塊。
絕緣陶瓷壓塊如果還包括相當(dāng)于玻璃粉末總重量的約3％(重量)或更少按CuO計(jì)的氧化銅時(shí)，可以降低絕緣陶瓷壓塊的燒制溫度，并且具有高Q值。
絕緣陶瓷壓塊所含的陶瓷粉末和玻璃粉末的重量比值在約20∶80至80∶20范圍時(shí)，制得的絕緣陶瓷壓塊會(huì)更致密，并且通過使用這種玻璃粉末可保持高的Q值。
本發(fā)明的多層陶瓷基板包括由本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊構(gòu)成的絕緣陶瓷層，因此可在較低溫度下燒制制得，可以使用Ag、Cu和其它低電阻的低成本金屬作為內(nèi)電極材料。此外，絕緣陶瓷層具有低的介電常數(shù)和高Q值，可制得適合在高頻范圍使用的多層陶瓷基板。
當(dāng)多層陶瓷基板具有層疊在絕緣陶瓷層至少一面上的第二陶瓷層，并且第二陶瓷層的介電常數(shù)大于該絕緣陶瓷層的介電常數(shù)時(shí)，根據(jù)要求，通過適當(dāng)設(shè)計(jì)第二陶瓷層的組成和層疊結(jié)構(gòu)，可以適當(dāng)控制多層陶瓷基板的強(qiáng)度和耐環(huán)境性。
當(dāng)多個(gè)內(nèi)電極彼此平行排列，并插有至少部分絕緣陶瓷層，從而構(gòu)成多層電容器時(shí)，制得的電容器適用于高頻范圍，因?yàn)楸景l(fā)明的絕緣陶瓷壓塊具有低的介電常數(shù)和高Q值。
此外，當(dāng)多個(gè)內(nèi)電極包括構(gòu)成多層電容器的內(nèi)電極和彼此連接構(gòu)成多層電感器的導(dǎo)電線圈時(shí)，本發(fā)明的多層陶瓷基板能方便地構(gòu)成小型化的LC諧振電路，這種電路適用于高頻范圍。這是因?yàn)楸景l(fā)明的絕緣陶瓷壓塊具有低的介電常數(shù)和在高頻范圍的高Q值。
本發(fā)明的陶瓷電子元件包括本發(fā)明的多層陶瓷基板以及至少一個(gè)安裝在該基板上的電子元件器件，通過使用在多層陶瓷基板上的電子元件器件和電路，本發(fā)明的陶瓷電子元件可提供高頻范圍使用的各種小型化的陶瓷電子元件。
當(dāng)一個(gè)帽固定在多層陶瓷基板，以包圍電子元件器件時(shí)，帽可保護(hù)該電子元件器件，制得的陶瓷電子元件能滿足耐濕性和其它性能。
使用導(dǎo)電帽可電磁屏蔽被包圍的電子元件器件。
當(dāng)外電極僅在多層陶瓷基板的下表面形成時(shí)，多層陶瓷基板易于從其下表面安裝在印刷線路板或其它器件的表面上。
本發(fā)明的多層陶瓷電子元件包括在本發(fā)明絕緣陶瓷壓塊內(nèi)部形成的多個(gè)內(nèi)電極，該電子元件可通過在較低溫度下燒制制得，可以使用Ag、Cu和其它低電阻的低成本金屬作為內(nèi)電極材料。此外，絕緣陶瓷壓塊具有低的介電常數(shù)和高Q值，從而制得適用于高頻范圍的多層電容器。
當(dāng)多個(gè)內(nèi)電極構(gòu)成多層電容器時(shí)，本發(fā)明的多層陶瓷電子元件可以制造適用于高頻范圍的電容器，因?yàn)楸景l(fā)明的絕緣陶瓷壓塊具有低的介電常數(shù)和高Q值。
當(dāng)多個(gè)內(nèi)電極包括構(gòu)成多層電容器的內(nèi)電極和構(gòu)成多層電感器的導(dǎo)電線圈時(shí)，多層陶瓷電子元件能方便地構(gòu)成適用于高頻范圍的小型化的LC諧振電路。這是因?yàn)楸景l(fā)明的絕緣陶瓷壓塊具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，低的介電常數(shù)和在高頻范圍的高Q值。
本發(fā)明的絕緣陶瓷壓塊包括Mg3B2O6和Mg2B2O5陶瓷粉末中至少一種，以及具有上述特定組成的玻璃粉末，也具有上述的優(yōu)點(diǎn)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解其它的實(shí)施方案和變動(dòng)，本發(fā)明不受上述的具體內(nèi)容的限制。
權(quán)利要求
1.一種包括下列組分的燒制混合物的絕緣陶瓷壓塊(A)選自MgAl2O4、Mg3B2O6和Mg2B2O5的陶瓷粉末；(B)玻璃粉末，所述玻璃粉末包含約13-50％重量的按Si2O計(jì)算的二氧化硅、約8-60％重量的按B2O3計(jì)算的氧化硼、0-約20％重量的按Al2O3計(jì)算的氧化鋁和約10-55％重量的按MgO計(jì)算的氧化鎂。
2.如權(quán)利要求1所述的絕緣陶瓷壓塊，其特征在于所述玻璃包含20-30％重量的按Si2O計(jì)算的二氧化硅、約30-60％重量的按B2O3計(jì)算的氧化硼、0-約20％重量的按Al2O3計(jì)算的氧化鋁和約10-55％重量的按MgO計(jì)算的氧化鎂。
3.如權(quán)利要求2所述的絕緣陶瓷壓塊，其特征在于所述玻璃粉末還包括相對于玻璃粉末總重量最多約為20％重量或更少的至少一種選自CaO、BaO和SrO的堿土金屬氧化物，和最多約為10％重量或更少的至少一種選自Li2O、K2O和Na2O的堿金屬氧化物，所述的絕緣陶瓷壓塊還包括相對于所述陶瓷壓塊總重量的最多約為15％重量的按ZnO計(jì)算的氧化鋅和最多約為3％重量或更少的按CuO計(jì)算的氧化銅。
4.如權(quán)利要求3所述的絕緣陶瓷壓塊，其特征在于所述絕緣陶瓷壓塊中的所述陶瓷粉末和所述玻璃粉末的重量比值在約20∶80至80∶20的范圍。
5.如權(quán)利要求4所述的絕緣陶瓷壓塊，其特征在于所述絕緣陶瓷壓塊中的所述陶瓷粉末和所述玻璃粉末的重量比值在約30∶70至50∶50的范圍。
6.如權(quán)利要求1所述的絕緣陶瓷壓塊，其特征在于所述玻璃粉末還包含相對于玻璃粉末總重量，約為20％重量或更少的至少一種選自CaO、BaO和SrO的堿土金屬氧化物。
7.如權(quán)利要求1所述的絕緣陶瓷壓塊，其特征在于所述玻璃粉末還包含相對于玻璃粉末總重量，約為10％重量或更少的至少一種選自Li2O、K2O和Na2O的堿金屬氧化物。
8.如權(quán)利要求1所述的絕緣陶瓷壓塊，其特征在于所述絕緣陶瓷壓塊還包括相對于所述陶瓷壓塊總重量，約為15％或更少的按ZnO計(jì)算的氧化鋅。
9.如權(quán)利要求1所述的絕緣陶瓷壓塊，其特征在于所述絕緣陶瓷壓塊還包括相對于所述陶瓷壓塊總重量，約為3％或更少的按CuO計(jì)算的氧化銅。
10.如權(quán)利要求1所述的絕緣陶瓷壓塊，其特征在于所述絕緣陶瓷壓塊中的所述陶瓷粉末和所述玻璃粉末的重量比值在約20∶80至80∶20的范圍。
11.如權(quán)利要求1所述的絕緣陶瓷壓塊，其特征在于所述陶瓷粉末包括MgAl2O4。
12.如權(quán)利要求1所述的絕緣陶瓷壓塊，其特征在于所述陶瓷粉末包括Mg3B2O6。
13.如權(quán)利要求1所述的絕緣陶瓷壓塊，其特征在于所述陶瓷粉末包括Mg2B2O5。
14.一種多層陶瓷基板，包括包含如權(quán)利要求1所述的絕緣陶瓷壓塊的絕緣陶瓷層，在所述絕緣陶瓷層內(nèi)有多個(gè)電極。
15.如權(quán)利要求14所述的多層陶瓷基板，所述基板在所述絕緣陶瓷層的至少一面層疊有第二陶瓷層，其中所述第二陶瓷層的介電常數(shù)大于所述絕緣陶瓷層的介電常數(shù)。
16.如權(quán)利要求14所述的多層陶瓷基板，其特征在于所述多個(gè)電極中的一對電極彼此平行排列，并插有至少部分所述絕緣陶瓷層，從而構(gòu)成電容器。
17.如權(quán)利要求14所述的多層陶瓷基板，其特征在于多個(gè)所述電極相互連接，形成導(dǎo)電線圈。
18.一種陶瓷電子元件，包括如權(quán)利要求14所述的多層陶瓷基板和至少一個(gè)電子元件器件，其中所述電子元件器件安裝在所述多層陶瓷基板上，與多個(gè)所述電極構(gòu)成電路。
19.如權(quán)利要求18所述的陶瓷電子元件，其特征在于所述電子元件還包括一固定在所述多層陶瓷基板上的帽，以包圍所述電子元件器件。
20.如權(quán)利要求19所述的陶瓷電子元件，其特征在于所述帽是導(dǎo)電的。
全文摘要
一種包括(A)MgAl
文檔編號H01B3/12GK1334255SQ01122799
公開日2002年2月6日 申請日期2001年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月21日
發(fā)明者近川修, 森直哉, 杉本安隆 申請人:株式會(huì)社村田制作所