專利名稱：：絕緣陶瓷組合物及使用該組合物的陶瓷電感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及陶瓷組合物，尤其涉及絕緣陶瓷組合物及使用該組合物的陶瓷電感器。通常通過使用陶瓷基材，在該基材上安裝電子元件以構(gòu)成電路，而實現(xiàn)電子機器和設(shè)備的小型化。人們試圖研制含內(nèi)部電路和電子線路元件(如電容器和電感器)的多層陶瓷基材，以進一步提高安裝密度。多層陶瓷基材由氧化鋁(alumina)制成。由于氧化鋁的燒結(jié)溫度高達1500-1600℃，因此需要大量能量用于燒制氧化鋁。另外，氧化鋁使內(nèi)部導(dǎo)體不得不由高熔點材料(如鎢和鉬)制成，它們能耐受氧化鋁的燒制。結(jié)果得到高電阻的內(nèi)部電路，它限制了電流容量。在JP-A-4-16551中提出了一種在低溫下燒結(jié)的基材。其中的陶瓷組合物主要含SiO2。該陶瓷組合物可在相對較低的溫度940℃至1000℃下燒制，因此內(nèi)部導(dǎo)體可由銅制成。但遺憾的是銅需要在還原性或非氧化性氣氛中燒制。通過使用在高溫空氣中抗氧化的銀替代銅可解決這一問題。然而，使用銀需要在低于900℃的溫度下燒制該陶瓷組合物。本發(fā)明的目的在于提供一種絕緣陶瓷組合物，使燒制可在低于900℃的溫度下進行，最佳燒制溫度范圍寬，得到的陶瓷產(chǎn)物具有高的絕緣電阻和低的介電常數(shù)。本發(fā)明的另一個目的是提供由所述陶瓷組合物制成的陶瓷電感器。本發(fā)明的第一方面涉及一種絕緣陶瓷組合物，包括62-75重量％二氧化硅(以SiO2計)，4-22重量％氧化鋇(以BaCO3計)，0.5-2.5重量％氧化鋁(以Al2O3計)，0-0.8重量％氧化鉻(以Cr2O3計)，0.2-0.8重量％氧化鈣(以CaCO3計)，8-18重量％氧化硼(以B2O3計)，以及0-2.5重量％氧化鉀(以K2O計)。本發(fā)明的第二方面涉及一種陶瓷電感器，該陶瓷電感器帶有陶瓷燒結(jié)體，在所述陶瓷燒結(jié)體中形成的作為電感器的內(nèi)部導(dǎo)體，以及在所述陶瓷燒結(jié)體的端面上形成的與所述內(nèi)部導(dǎo)體電連接的外部電極，其中所述陶瓷燒結(jié)體包括62-75重量％二氧化硅(以SiO2計)，4-22重量％氧化鋇(以BaCO3計)，0.5-2.5重量％氧化鋁(以Al2O3計)，0-0.8重量％氧化鉻(以Cr2O3計)，0.2-0.8重量％氧化鈣(以CaCO3計)，8-18重量％氧化硼(以B2O3計)，以及0-2.5重量％氧化鉀(以K2O計)。圖1是本發(fā)明的陶瓷電感器的一個實例的透視圖。下面參照實施例對本發(fā)明作一說明。實施例1將氧化硅、碳酸鋇、氧化鋁、氧化鉻、碳酸鈣、氧化硼和氧化鉀(作為原料)按表1中所示的比例混合在一起。將得到的混合物在球磨機中濕磨，然后脫水，干燥，在800-900℃煅燒。將經(jīng)煅燒的粉末再在球磨機中濕磨，得到制成的粉末。表1</tables>將制成的粉末與水或有機溶劑(作為粘合劑)混合，得到一種漿料，然后用刮刀將該漿料鋪展開，形成生料薄片(厚度為1mm)。將該生料薄片切割成正方形小片(10mm×10mm)。每一小片的兩個表面均印刷銀膏，所述銀膏含有重量比為80∶20的銀粉和有機載體。將涂覆好的小片在空氣中850-950℃燒制90分鐘。測定如上得到的樣品的特性。用阻抗分析儀和IR計測定介電常數(shù)和絕緣電阻，用強度測試儀測定抗彎強度。由用自動橋式測量儀在1kHz的頻率、1Vrms及25℃測得的靜電容量(C)計算得到介電常數(shù)。使用絕緣電阻測定儀，在25℃施加16V的直流電壓2分鐘，測得絕緣電阻(R)。用3點彎曲方法(3-pointbendingmethod)測量，并根據(jù)JIS計算，得到抗彎強度。結(jié)果列于表1。表1中的最佳燒制溫度是達到最大收縮的燒制溫度。(收縮是由于隨著溫度升高發(fā)生燒結(jié)和粘合劑蒸發(fā)而導(dǎo)致的)。表1中的最佳燒制溫度范圍是上述最佳燒制溫度的上限和下限之差，下限是收縮比最佳燒制溫度的收縮大0.5％時的溫度，而上限是樣品的可焊性開始變差的溫度。為了測定可焊性，在150℃預(yù)熱20秒后，在銀電極用氯化物基焊劑涂覆的條件下，將樣品在230±10℃的鉛焊料浴中浸2秒鐘。通過目測評估可焊性，如果銀電極表面的90％以上被焊料涂覆則為良好，反之則為差。在表1中帶星號的樣品與本發(fā)明不相符合。根據(jù)本發(fā)明，對絕緣陶瓷組合物的組分比例進行限定的理由如下。如樣品1所示，如果SiO2的含量小于62重量％，則樣品的介電常數(shù)大于6，對高頻電子線路的特性有不利的影響。如樣品22所示，如果SiO2的含量大于75重量％，則樣品需要在高于900℃的溫度下燒制。如樣品20所示，如果BaCO3的含量小于4重量％，則樣品具有低的抗彎強度，為820kg/cm2，且需要在高于900℃的溫度下燒制。如樣品2所示，如果BaCO3的含量大于22重量％，則樣品的介電常數(shù)大于6。如樣品7所示，如果Al2O3的含量小于0.5重量％，或者如樣品15所示，如果Al2O3的含量大于2.5重量％，則樣品需要在高于900℃的溫度下燒制。如樣品6所示，如果Cr2O3的含量大于0.8重量％，則樣品的絕緣電阻低。如果CaCO3的含量小于2重量％，則樣品的最佳燒制溫度范圍窄(小于15℃)。如樣品7所示，如果CaCO3的含量大于0.8重量％，則樣品需要在高于900℃的溫度下燒制。如樣品22所示，如果B2O3的含量小于8重量％，則樣品需要在高于900℃的溫度下燒制。如樣品20所示，如果B2O3的含量大于18重量％，則樣品的絕緣電阻低。如樣品8所示，如果K2O的含量大于2.5重量％，則樣品的絕緣電阻低。同時，在該實施例中，可用銀合金或銀-鈀合金替代用于電極的銀。實施例2該實施例說明用實施例1的陶瓷組合物制得的陶瓷電感器。用刮刀將將在實施例1中制得的漿料制成生料薄片。用導(dǎo)電性銀-鈀合金的漿料通過印刷在該生料薄片的一面上形成導(dǎo)體圖形，使得當印刷好的生料薄片一片放在另一片上面地疊起來時，導(dǎo)體圖形通過其間的通孔構(gòu)成螺線形導(dǎo)體。將生料薄片的疊層在空氣中860℃燒制1小時，得到素瓷器件。在該素瓷器件的端面上形成外部電極，該外部電極包括第一層鍍汞齊的銀、第二層電鍍鎳和第三層鍍錫。該外部電極與內(nèi)部螺線形導(dǎo)體電連接。圖1是如上得到的陶瓷電感器的一個實例的透視圖。在圖1中可見陶瓷電感器1，絕緣陶瓷2，內(nèi)部螺線形導(dǎo)體3和外部電極4。絕緣陶瓷(素瓷器件)由本發(fā)明的SiO2-BaO-B2O3絕緣陶瓷組合物制成。由于該陶瓷組合物可在低溫下燒制，因此內(nèi)部導(dǎo)體可由高導(dǎo)電性的富含銀的合金制成。因此，得到的片狀陶瓷電感器適用于高頻范圍。用于在陶瓷片表面形成內(nèi)部導(dǎo)體圖形的材料可以是銀或銀合金，如銀-鈀合金。形成圖形的方法可以是網(wǎng)板印刷、涂覆、蒸氣沉積和噴鍍中的任何一種。形成外部電極的材料不僅可以是銀(如上所述)，也可以是銀-鈀合金，或者諸如鎳和銅等金屬(或其合金)?？梢允褂镁W(wǎng)板印刷、蒸氣沉積或噴鍍等方法形成外部電極。在該疊層的端面上形成的外部電極可在燒制該疊層的同時進行燒制。對于陶瓷電感器1的形狀沒有特別的限制。另外，對于線圈的圈數(shù)也沒有特別的限制?？梢酝ㄟ^適當?shù)剡x擇帶有內(nèi)部導(dǎo)體圖形的絕緣陶瓷層2的數(shù)目，而獲得所需的圈數(shù)。雖然該實施例說明具有一個電感器的陶瓷電感器，但相同的概念也可用于多個陶瓷電感器的復(fù)合元件，如變壓器和LC濾波器。本發(fā)明的絕緣陶瓷組合物能在空氣中低于900℃的溫度下燒制。本發(fā)明的絕緣陶瓷組合物具有寬的最佳燒制溫度范圍，即使當間歇生產(chǎn)爐或連續(xù)燒制爐中的溫度波動時也能得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。因此，它適用于工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明的絕緣陶瓷組合物可產(chǎn)生具有高絕緣電阻、低介電常數(shù)和高抗彎強度的陶瓷產(chǎn)品。本發(fā)明的陶瓷電感器具有銀或銀合金的內(nèi)部導(dǎo)體，因為它是由本發(fā)明的絕緣陶瓷組合物制成的。本發(fā)明的陶瓷電感器具有高的自共振頻率和高的Q(品質(zhì)因數(shù))。權(quán)利要求1.一種絕緣陶瓷組合物，包括62-75重量％二氧化硅(以SiO2計)，4-22重量％氧化鋇(以BaCO3計)，0.5-2.5重量％氧化鋁(以Al2O3計)，0-0.8重量％氧化鉻(以Cr2O3計)，0.2-0.8重量％氧化鈣(以CaCO3計)，8-18重量％氧化硼(以B2O3計)，以及0-2.5重量％氧化鉀(以K2O計)。2.一種陶瓷電感器，該陶瓷電感器帶有陶瓷燒結(jié)體，在所述陶瓷燒結(jié)體中形成的作為電感器的內(nèi)部導(dǎo)體，以及在所述陶瓷燒結(jié)體的端面上形成的與所述內(nèi)部導(dǎo)體電連接的外部電極，其中所述陶瓷燒結(jié)體包括62-75重量％二氧化硅(以SiO2計)，4-22重量％氧化鋇(以BaCO3計)，0.5-2.5重量％氧化鋁(以Al2O3計)，0-0.8重量％氧化鉻(以Cr2O3計)，0.2-0.8重量％氧化鈣(以CaCO3計)，8-18重量％氧化硼(以B2O3計)，以及0-2.5重量％氧化鉀(以K2O計)。全文摘要本發(fā)明涉及一種絕緣陶瓷組合物,包括62—75重量%二氧化硅(以SiO文檔編號C04B35/195GK1194253SQ9810537公開日1998年9月30日申請日期1998年2月26日優(yōu)先權(quán)日1997年2月28日發(fā)明者前田英一,今田勝久,西井基,西永良博,小林隆申請人:株式會社村田制作所