專利名稱：疊層陶瓷電子組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疊層陶瓷電子組件，具體地說，涉及一種可在高頻條件下工作的電感器、LC組合電子組件、LR組合電子組件，以及LCR組合電子組件。
背景技術(shù)：
近年來，在高頻條件下工作的電子裝置已經(jīng)變得很普遍。能夠在千兆赫茲(GHz)頻率下工作的電感器、LC組合電子組件、LR組合電子組件，以及LCR組合電子組件等已經(jīng)成為必須的。
然而，在高頻工作的電感器中，與電感并聯(lián)存在的寄生電容嚴(yán)重地影響著電感器的阻抗。特別是，在GHz頻率的情況下，在0.01pF到0.1pF范圍內(nèi)的小寄生電容就嚴(yán)重地影響所述阻抗。因此，為了通過減小所述寄生電容而實(shí)現(xiàn)所需的特性，就需減小磁性材料鐵氧體的介電常數(shù)ε。但遺憾的是，因?yàn)殍F氧體的結(jié)構(gòu)的原因，減小鐵氧體的介電常數(shù)ε，比如低于14或更小，是特別困難的。
于是，建議通過使磁性材料與比如樹脂或玻璃等介電常數(shù)小的材料混合而減小所述介電常數(shù)的方法。在這種包含磁性材料與諸如樹脂或玻璃類的非磁性材料的磁性混合物中磁性材料的顆粒為非磁性材料所覆蓋，以致阻斷了磁路。結(jié)果，使導(dǎo)磁率顯著地降低。
日本未審專利申請No.55-52300公開了一種用于吸收電磁波的孔隙率為20％-70％體積的多孔性燒結(jié)鐵氧體，這種多孔性燒結(jié)鐵氧體因其孔隙率高而具有小的介電常數(shù)。日本未審專利申請No.11-67575公開了一種陶瓷電子器件，設(shè)有陶瓷和安置在陶瓷內(nèi)的內(nèi)電極，陶瓷的空隙直徑為1μm-3μm，而孔隙率為3％-30％體積。
這種多孔性燒結(jié)鐵氧體因其孔隙率高而具有小的介電常數(shù)，從而改善了高頻條件下的阻抗特性。另外，由于這種多孔性燒結(jié)鐵氧體具有連續(xù)的磁路，所以這種多孔性燒結(jié)鐵氧體的電磁特性不會明顯地變化。
然而，在由非多孔性陶瓷體組成的通常芯片電感器中，疊加的直流損害了在低于其自諧振頻率的頻率條件下的阻抗特性，并引起所述自諧振頻率改變。因此，即使將不疊加直流的自諧振頻率調(diào)節(jié)到噪聲頻率，因?yàn)樽灾C振頻率的變化，也不能有效地消除噪聲。圖4表示在100MHz下，具有100mA疊加直流相對于未疊加直流的阻抗變化率是-60.9％。
另一方面，在由多孔性陶瓷體組成的芯片電感器中，自諧振頻率不因疊加直流而改變，但阻抗明顯地減小。圖5示出在100MHz下，具有100mA疊加直流相對于未疊加直流的阻抗變化率是-57.4％。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述問題，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供一種疊層陶瓷電子組件，在疊加有小的直流時(shí)，具有實(shí)質(zhì)上不改變的自諧振頻率，并使阻抗減小率受到抑制。
按照本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施例的疊層陶瓷電子組件包括陶瓷主體和設(shè)置于陶瓷主體中的內(nèi)電極，所述陶瓷主體具有至少接近孔隙總體積40％的孔隙率由樹脂填充。
按照本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施例的疊層陶瓷電子組件，因其多孔性陶瓷主體而具有小的介電常數(shù)。結(jié)果，使高頻下的阻抗特性得到改善，而且也使電磁特性的變化減小。此外，在疊加直流時(shí)，所述疊層陶瓷電子組件的自諧振頻率的變化很小，并且阻抗減小率約為50％或更小。
由于陶瓷主體中的孔隙使得不能連續(xù)地布置磁性顆粒，所以由電流產(chǎn)生的磁場所感應(yīng)的磁疇壁的移動(dòng)受到阻礙。結(jié)果，難以達(dá)到磁飽和。因此，使阻抗特性得到改善，而且也使自諧振頻率的變化減小。另外，至少接近孔隙總體積40％的孔隙率由樹脂填充。樹脂的固化產(chǎn)生剩余應(yīng)力，同時(shí)產(chǎn)生防止磁飽和的應(yīng)變。因此，使因疊加直流所致的阻抗減小受到抑制。
按照本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施例的疊層陶瓷電子組件，所述陶瓷主體最好包括鐵氧體，而且最好使各孔隙被填充以環(huán)氧樹脂。
所述陶瓷主體的多孔率最好大于接近30％體積并小于接近80％體積，在造成介電常數(shù)減小的同時(shí)不引起陶瓷主體強(qiáng)度下降。多孔率約為30％體積或更小的陶瓷主體沒有足夠小的介電常數(shù)。陶瓷主體的多孔率最好約為35％體積或更大。在多孔率超過接近80％體積的情況下，難于制造半成品片。
此外，最好通過煅燒陶瓷材料、粘合劑和能夠粘附到粘合劑上的易燃物質(zhì)、成球形或粉末狀易燃物質(zhì)的混合物，形成陶瓷主體中的孔隙。包含這種陶瓷主體的疊層陶瓷電子組件具有所需的電磁特性，寄生電容小，并且穩(wěn)定性高。
從以下參照附圖對其優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，將使本發(fā)明的其它特點(diǎn)、要素、特征和優(yōu)點(diǎn)變得愈為清晰。


圖1是說明本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施例燒結(jié)陶瓷內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意截面圖；圖2是說明由燒結(jié)陶瓷組成的芯片電感器的剖面圖；圖3是特別表示芯片電感器的分解透視圖；圖4是表示樣品1(比較例)的阻抗與頻率之間的關(guān)系曲線；圖5是表示樣品2(比較例)的阻抗與頻率之間的關(guān)系曲線；圖6是表示樣品3(比較例)的阻抗與頻率之間的關(guān)系曲線；圖7是表示樣品4(本發(fā)明例)的阻抗與頻率之間的關(guān)系曲線；圖8是表示樣品5(本發(fā)明例)的阻抗與頻率之間的關(guān)系曲線；圖9是表示樣品6(本發(fā)明例)的阻抗與頻率之間的關(guān)系曲線。
具體實(shí)施例方式
以下將參照圖描述本發(fā)明疊層陶瓷電子組件的優(yōu)選實(shí)施例。
參照圖1，將描述構(gòu)成疊層陶瓷電子組件的燒結(jié)陶瓷。
在燒結(jié)陶瓷1內(nèi)設(shè)置多個(gè)孔隙2，這些孔隙被填充以樹脂3。各孔隙2的直徑最好為大約5μm-20μm。而且所述各孔隙2有兩種結(jié)構(gòu)，即開口的孔隙和關(guān)閉的孔隙。所述燒結(jié)陶瓷的孔隙率最好大于大約30％體積并小于80％體積。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的疊層陶瓷電子組件中，至少孔隙2總體積的近40％被填充以樹脂3。
為了評估孔隙和樹脂的效果，制作樣品1至6(芯片電感器)。樣品1包含無孔隙的燒結(jié)陶瓷。樣品2包含具有未填充樹脂之孔隙的燒結(jié)陶瓷。樣品3、4、5和6包含具有填充樹脂之孔隙的燒結(jié)陶瓷，每種樣品的填充率分別接近孔隙總體積的25％、40％、50％和75％。通過以下的過程制備這些樣品1-6。然后再測量樣品1-6的阻抗特性。這一部分之后將詳細(xì)描述最終的測量。
由下式確定燒結(jié)陶瓷的孔隙率孔隙率＝{1-(X/Y)/Z}×100(體積百分?jǐn)?shù)) (1)其中的X是燒結(jié)陶瓷的重量，Y是燒結(jié)陶瓷的體積，而Z是燒結(jié)陶瓷的理論密度。
由(1)式確定的燒結(jié)陶瓷多孔率是由易燃物質(zhì)有意形成的孔隙和通過燒結(jié)必然形成的非故意孔隙造成的。
對于孔隙總體積而言的樹脂填充率(體積百分?jǐn)?shù))是如下確定的由(1)式給出樹脂浸人之前燒結(jié)陶瓷的孔隙率；接下去從樹脂浸入之后燒結(jié)陶瓷增加的重量、燒結(jié)陶瓷的體積和樹脂的比重計(jì)算各孔隙中樹脂的總體積；再后則確定所述填充率。
以下將描述制作燒結(jié)陶瓷過程的優(yōu)選實(shí)施例。
在大約800℃溫度下，使預(yù)定量的氧化物材料，如氧化鎳、氧化鋅、氧化銅混合并受到煅燒約1小時(shí)。然后，通過球磨使所得的混合物受到研磨并伴隨干燥，以制備平均顆粒直徑約為2μm的鐵氧體材料(混合氧化物粉末)。
使所得的混合氧化物粉末與有機(jī)材料，即粘合劑、分散劑、溶劑以及商業(yè)上適用的球形聚合物(易燃物)混合成漿，加入所述球形聚合物，以達(dá)到預(yù)定的孔隙率(比如約35％體積)。然后，通過醫(yī)用刮刀法，以所得的糊漿制成厚度約為40μm的半成品陶瓷片。
作為易燃物質(zhì)使用的球形聚合物具有較大的表面面積、較大的形狀穩(wěn)定性和對粘合劑的優(yōu)良粘結(jié)特性。使用這種球形聚合物可以降低糊漿中粘合劑的容量，而可增大球形聚合物的容量，卻不降低生產(chǎn)率。結(jié)果，半成品陶瓷片具有高的孔隙率。
在各半成品陶瓷片上，由導(dǎo)電糊劑形成具有預(yù)定圖樣和通孔的內(nèi)電極。將所得的半成品陶瓷片疊層并卷曲，然后再切成預(yù)定尺寸的片。
使所得的疊層在大約400℃溫度下經(jīng)受熱處理，即脫粘結(jié)處理近3個(gè)小時(shí)，繼而再在大約925℃溫度下經(jīng)受熱處理近2個(gè)小時(shí)，以制備孔隙率約為35％體積的燒結(jié)陶瓷。通過改變所述糊劑中有機(jī)材料，特別是易燃物質(zhì)的量，可以調(diào)節(jié)這一孔隙率。
把疊層浸入具有預(yù)定粘滯性的環(huán)氧樹脂溶液中，所述粘滯性是通過在有機(jī)溶劑中混合而受到調(diào)節(jié)的，所述環(huán)氧樹脂的介電常數(shù)約為3.4。按照這種方式，使各孔隙被浸以環(huán)氧樹脂。然后再去掉疊層表面上所附著的樹脂。使疊層在大約150℃-180℃的溫度下經(jīng)過熱處理近2個(gè)小時(shí)，為的是使環(huán)氧樹脂固化。
圖2表示由上述過程制作的芯片電感器10的結(jié)構(gòu)。芯片電感器10包括設(shè)在燒結(jié)陶瓷11內(nèi)的螺線管12和設(shè)在燒結(jié)陶瓷11邊緣處的外電極13、14。所述螺線管12具有30匝。
如圖3所示，螺線管12具有公知的結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置在半成品陶瓷片15上的預(yù)定導(dǎo)電圖樣17通過各通孔18彼此電連接，所述通孔設(shè)在各導(dǎo)電圖樣17的端部。螺線管12的兩端通過設(shè)在半成品陶瓷片15′中的通孔18′與每個(gè)外電極13及14電連接。
對于具有如此結(jié)構(gòu)的芯片電感器樣品1-6中的每一個(gè)，以有和沒有接近100mA的疊加直流測試阻抗與頻率間的關(guān)系。從在100MHz條件下，以有和沒有近100mA的疊加直流對同一樣品的阻抗值計(jì)算每種樣品的阻抗變化率。圖4-9示出各阻抗曲線。表1示出每種樣品的阻抗變化率。

有如從表1所顯見者，對于樣品1而言，既沒有孔隙也沒有樹脂，其阻抗變化率為-60.9％。樣品1的自諧振頻率明顯地漂移，如圖4所示。
對于樣品2而言，它的孔隙率為35％體積，但孔隙中沒有樹脂，其阻抗變化率為-57.4％。樣品2的自諧振頻率無明顯的漂移，如圖5所示。
對于樣品3而言，它的孔隙率為35％體積，填充率為25％體積，其阻抗變化率為-53.1％。樣品3的自諧振頻率無明顯的漂移，如圖6所示。
對于樣品4、5和6而言，它們的孔隙率都為35％體積，填充率分別為40％體積、50％體積和75％體積，阻抗變化率分別為-42.4％、-38.2％和-36.9％。這些樣品都有很好的阻抗變化率-50％或更小。樣品4、5和6的自諧振頻率均無明顯的漂移，分別如圖7、8和9所示。
這就是說，在陶瓷主體內(nèi)形成孔隙并以樹脂填充接近孔隙總體積40％以上，可以實(shí)現(xiàn)在存在疊加直流時(shí)實(shí)際上不改變自諧振頻率，有效地去除噪音，而且阻抗減小率約為50％或更小。
這種由于形成孔隙而帶來的效果可歸因于如下的理由。
當(dāng)把由電流感應(yīng)的磁場加于鐵氧體時(shí)，各磁疇壁移動(dòng)，從而增大了沿所加磁場方向被磁化之磁疇的體積，最終導(dǎo)致單一磁疇。然后，旋轉(zhuǎn)磁化引起磁飽和，從而引起導(dǎo)磁率減小。結(jié)果，自感系數(shù)L減小。
自諧振頻率f由下式確定f＝1/{2π√(LC)}自感系數(shù)L的減小引起自諧振頻率移向高端頻率。由于因鐵氧體中的孔隙而致磁性顆粒并非連續(xù)地設(shè)置，所以在存在疊加直流時(shí)磁疇壁難于移動(dòng)。因此，就難于達(dá)到磁飽和。相應(yīng)地，在存在疊加直流時(shí)，自感系數(shù)L就不會減小。于是，自諧振頻率就不會改變。
以樹脂填充孔隙進(jìn)一步使自感系數(shù)的減小率下降可歸因于以下的理由由于因固化孔隙中的樹脂所引起的剩余應(yīng)力產(chǎn)生的脅變方向使磁化方向固定，所以在存在疊加直流時(shí)難于發(fā)生旋轉(zhuǎn)磁化。結(jié)果，就難于達(dá)到磁飽和，同時(shí)引起自感系數(shù)的減小受到抑制。相應(yīng)地，使阻抗的減小受到抑制。
但事實(shí)上是，以樹脂填充各孔隙，在沒有疊加的直流時(shí)，減小了阻抗。一般地說，當(dāng)磁性物質(zhì)受到脅變時(shí)，磁導(dǎo)率改變。這被公知為磁致伸縮。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，固化孔隙中的樹脂引起樹脂收縮，從而產(chǎn)生剩余應(yīng)力。這種剩余應(yīng)力引起所說的磁致伸縮，從而減小磁導(dǎo)率。結(jié)果，在沒有疊加的直流時(shí)阻抗減小。然而，本發(fā)明各優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，使得在存在疊加直流時(shí)的阻抗減小率受到抑制并使其最小。因而可以實(shí)現(xiàn)這種優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的疊層陶瓷電子組件并不約束于上述各優(yōu)選實(shí)施例，而是在本發(fā)明的范圍內(nèi)可有各種改型。
特別是陶瓷材料的任何組分比均可被采用。除環(huán)氧樹脂之外，也可將各種樹脂用于填充孔隙。除各優(yōu)選實(shí)施例中所述的芯片電感器外，本發(fā)明可被廣泛地應(yīng)用于電子組件，如LC組合電子組件、LR組合電子組件，以及LCR組合電子組件。
雖然已參照目前所述的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解本發(fā)明并不限于所述的優(yōu)選實(shí)施例。相反，本發(fā)明意在覆蓋在所附各權(quán)利要求的精髓和范圍內(nèi)所包括的各種改型和等價(jià)布置。以下各權(quán)利要求的范圍都是根據(jù)最為寬闊的解釋，用以包含所有這樣的改型、等價(jià)布置和功能。
權(quán)利要求
1.一種疊層陶瓷電子組件，包括陶瓷主體；和設(shè)置于陶瓷主體中的內(nèi)電極，所述陶瓷主體具有多個(gè)孔隙，至少近孔隙總體積40％由樹脂填充。
2.如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子組件，其中，所述陶瓷主體包含鐵氧體材料。
3.如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子組件，其中，所述樹脂為環(huán)氧樹脂。
4.如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子組件，其中，所述陶瓷主體的孔隙率大于約30％體積而小于80％體積。
5.如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子組件，其中，通過燒結(jié)陶瓷材料、粘合劑和能夠粘附到粘合劑上的易燃物質(zhì)、成球形或粉末狀易燃物質(zhì)的混合物，形成陶瓷主體中的孔隙。
6.如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子組件，其中，所述陶瓷主體的孔隙的平均直徑約為5μm-20μm。
7.如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子組件，其中，所述陶瓷主體的孔隙包含開口的孔隙和封閉孔隙。
8.如權(quán)利要求1所述的疊層陶瓷電子組件，其中，所述疊層陶瓷電子組件是LC組合電子組件、LR組合電子組件，以及LCR組合電子組件中的一種。
全文摘要
一種燒結(jié)陶瓷具有大于約30％體積而小于80％體積的孔隙率。所述孔隙被填充以環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂的填充率是體積的約40％或更大。一種具有內(nèi)電極的疊層陶瓷電子組件，比如芯片電感器由這樣的多孔燒結(jié)陶瓷制成。當(dāng)疊加以直流時(shí)，所得的疊層陶瓷電子組件具有實(shí)際上不改變的自諧振頻率，而且在100MHz下還具有約50％或更小的自感系數(shù)減小率。
文檔編號H01G4/40GK1577644SQ20041004913
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月14日
發(fā)明者高澤知生, 大槻健彥, 河端利夫, 立花薰 申請人:株式會社村田制作所