專利名稱：一種生產(chǎn)多層微電子基片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)多層微電子基片的方法。
含有例如作為鐵氧體主要組分的一氧化鎳NiO和氧化亞鐵Fe2O3的磁性電介質(zhì)材料形成了電子和電信業(yè)中所用組件的重要的基本材料。它們被廣泛地用于稱謂感應(yīng)器和變換器的組件中。生產(chǎn)它們的方法在于將粉末狀原料的預(yù)燒結(jié)混合物壓制成要求的形狀，之后進行焙燒使其轉(zhuǎn)變成為陶瓷組分。
鐵氧體在高頻或微波段也具有良好性能，這使其很適于制作這類組件。電磁輻射能透入鐵氧體達(dá)到很深的程度，并通過該輻射波的電場和磁場分量與這材料的介電性能和磁化性能之間的相互影響，借此使這電磁輻射按預(yù)定方式發(fā)生變化。由此能制作出高頻濾波器，例如回旋器，用于吸收電磁干擾的絕緣體或組件，這些均可用于通信設(shè)備中，例如用于高頻模塊的功率放大器中。
一項生產(chǎn)高密度配置的微電子基片的重要技術(shù)是所謂的低溫共燒成陶瓷技術(shù)，在以下文中稱為LTCC技術(shù)。因此絕緣陶瓷薄膜片，通常其上還包含一些供垂直連接通過用的孔，印有金屬導(dǎo)電體圖案，隨之使這層壓薄膜片在850℃～900℃下焙燒。
迄今為止，現(xiàn)有的鐵氧體材料具有顯著地高于1200℃的燒結(jié)溫度。這些高燒結(jié)溫度使鐵氧體材料不能用于LTCC模塊，因為它們不會和這種事例中所用的的陶瓷薄膜片燒結(jié)在一起。
LTCC技術(shù)的再一個問題是，在燒結(jié)過程中由于陶瓷材料中空隙減少而發(fā)生收縮的情況。由此引起的各個方向的收縮大約為15～18％。更為重要得多的事實是，在大量生產(chǎn)時，就所達(dá)到的收縮而論，還有15％的相對容差存在。這意味著例如在焙燒后的基片表面上的外部接觸點位置只能用由一半徑形成的概率區(qū)來加以預(yù)測，而增加的這半徑是計及收縮或收縮容差的。這就使得在LTCC基片表面上自動布置集成電路片或其它分立組件變得非常困難。為了防止這一問題的發(fā)生而采用大面積的外部接觸點則阻礙了進一步微型化。另外，在上面固定按最新的0201標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的分立組件也有問題，即使并非完全不可能。
已知現(xiàn)有技術(shù)的解決辦法就是企圖抵抗收縮。為此，例如正像在TW-A-398060中所述，將一層柔性更好的薄膜加到現(xiàn)行的LTCC層壓制件上，上述薄膜用來防止不均勻的收縮，它是由例如在高溫下可燒結(jié)的陶瓷構(gòu)成。這薄膜在燒結(jié)過程結(jié)束后便被去除。借此使達(dá)到的收縮量僅為0～1％，因而大大低于上面規(guī)定的值。因此收縮容差也被認(rèn)為減小了。于是收縮將只發(fā)生在垂直于層壓薄膜片的X-Y平面的Z方向。
從WO 00/04577了解到了應(yīng)用多級燒結(jié)法用于生產(chǎn)陶瓷體。因此，至少要采用二種材料，而這二種材料至少在壓縮所必需的溫度間距方面要相互不同。不存在有第一種陶瓷材料和第二種陶瓷材料同時壓縮的溫度范圍。第一種陶瓷材料的收縮在第二種陶瓷材料的收縮開始之前早已結(jié)束。采用這種方法，能生產(chǎn)出這樣一種具有改進的收縮性能的微電子基片，在這種基片的二層底層壓縮薄膜片之間嵌入了一層含有上面規(guī)定的普通類組合物的電介質(zhì)材料，從而便有可能在LTCC結(jié)構(gòu)上安裝無源組件。
已知可采用輔助劑來改變鐵氧體以改進它的電性能和磁性能。
例如，DE199 24 354 A1講述了一種磁性電介質(zhì)材料，這種材料含有作為其主要組分的一氧化錳，氧化鋅，和氧化亞鐵，再在其中加入用量為0～1500ppm的一氧化鉛(II)和氧化鎢(IV)的低共熔混合物。值得一提的是低共熔混合物使燒結(jié)溫度維持在一個較低的水平上，因此，能達(dá)到較小的粒徑，而這本身又導(dǎo)致較低的磁損耗。在DE19924354A1.中涉及到的燒結(jié)溫度全都高于1200℃。
SU 661 620 A講述了一種鎳-鐵氧體材料，它除了含有二氧化錫和氧化鈷外，還含有比例為0.01～1mol％的氧化鎢。為了改善初始磁導(dǎo)率和頻率調(diào)諧系數(shù)，它還含有0.2～2.0wt％的一氧化鉛。
從SU 378 969 A了解到添加氧化鋅能降低高頻場中的損耗。JP 06267 742 A公開了一種被用作高頻電源開關(guān)的磁心的鎳-鐵氧體材料。相信添加了氧化鎢能借此降低在高頻帶中的損耗。論及降低功率損耗的還有JP 05 041 315 A，該文為此提出了對含有二氧化硅的錳-鋅基鐵氧體混合物應(yīng)作預(yù)處理以便形成低共熔化合物。
JP 09 306 716 A1公開了將以下化合物添加到鎳鐵氧體中0.2～0.5wt％的一氧化鉛或0.05～0.13wt％的HBO3或0.2～0.5wt％的氧化鉍，和0.4～1.0wt％的氧化鎢，0.25～0.65wt％的二氧化錫，0.15～0.45wt％的氧化鋁，0.25～0.65wt％的氧化鉻和/或0.1～0.25wt％的SiO2。
就所有這些組合物而言，沒有提及它們對燒結(jié)溫度會有一致的降低作用。
本發(fā)明的目的是要指出一種生產(chǎn)多層微電子基片的方法，利用這種方法還能將無源磁性組件插入到采用LTCC技術(shù)生產(chǎn)的基片中。
這一目的通過采用權(quán)利要求1中申請專利保護的方法就能達(dá)到。有利的實施方案是相關(guān)的權(quán)利要求的內(nèi)容。在權(quán)利要求8和與此有關(guān)的一些相關(guān)權(quán)利要求中給出了微電子基片定義。優(yōu)選的應(yīng)用載明在權(quán)利要求15中。
本發(fā)明提供了一種能用于WO 00/04577中所述方法的磁性電介質(zhì)，鎳-鐵氧體基材料，該材料包含有三氧化二鉍Bi2O3或一種低共熔混合物，它是一氧化鉛PbO和至少另加一種金屬氧化物或三氧化二鉍Bi2O3和至少另加一種金屬氧化物形成的低共熔混合物。
供優(yōu)先選擇的另加的金屬氧化物有三價鉬的氧化物MoO3，氧化鋅ZnO，二氧化硅SiO2，氧化硼B(yǎng)2O3或氧化鎢WO3。
已得知三氧化二鉍或低共熔混合物的含量應(yīng)為鐵氧體的1～10wt％，優(yōu)選大于2～10wt％，而更優(yōu)選4～10wt％。只要使鐵氧體中的低共熔混合物的比例增加，就能使燒結(jié)溫度下降，所以，如果添加的三氧化二鉍或低共熔混合物的量為鐵氧體的8～10wt％，則尤其優(yōu)選。尤其優(yōu)選的鐵氧體組合物是含有NivZnwCoyFezO4的鐵氧體，式中0.88≤V≤1，0≤W≤0.8，0≤Y≤0.03和1.7≤Z≤2.2。
應(yīng)用本發(fā)明的方法，能生產(chǎn)出一種還可包含無源磁性組件的多層微電子基片，低燒結(jié)溫度的優(yōu)點在這里得到了發(fā)揮。應(yīng)用這方法，能進一步采用電介質(zhì)陶瓷組合物，例如取代鋇-釹-鈦-鈣鈦礦。
本發(fā)明將參考表明在圖上的實施方案的實施例作進一步講述，但是本發(fā)明并不限于這些實施例。


圖1用示意圖形式的局部視圖1(a)和1(b)表明采用特殊處理方法生產(chǎn)的改進型三層結(jié)構(gòu)微電子基片的收縮性能。
圖2用局部視圖2(a)和2(b)各自表明在燒結(jié)溫度分別為大約970℃和1030℃下，NPO層和鐵氧體層之間的邊界區(qū)的微型結(jié)構(gòu)圖像。
圖3用示意圖形式表明五層結(jié)構(gòu)的微電子基片。
這些實施例將首先要提供能用于本發(fā)明方法的鎳-鐵氧體。
實施例1按照氧化亞鐵Fe2O3，一氧化鎳NiO，氧化鋅ZnO，氧化鈷CoO的對應(yīng)mol(摩爾)關(guān)系能生產(chǎn)出含有NivZnwCoyFezO4組合物的鎳鐵氧體，式中0.88≤V≤1，O≤W≤0.8，O≤Y≤0.03和1.7≤Z≤2.2。將蒸餾水添加到這些氧化物中，然后將它們放在一臺鋼珠球磨機中進行濕式混合。在過濾，干燥和在800℃下預(yù)燒結(jié)之后，重新進行碾磨。
對應(yīng)于含有大約16.5mol％PbO的PbO-WO3混合物的低共熔Pb-W-O相被作為降低燒結(jié)溫度用的添加劑。它具有的熔點為730℃。這添加劑在預(yù)燒結(jié)之后添加，并同時重新進行粉碎。然后利用PVA粘結(jié)劑使粉末變成顆粒狀，最后壓制成高5mm，外徑14mm和內(nèi)徑9mm的環(huán)形鐵芯，并在空氣中燒結(jié)。
表1概括了加入不同量添加劑的結(jié)果。達(dá)到的燒結(jié)溫度始終低于1200℃。
表1
實施例2按實施例1上所述生產(chǎn)鎳-鐵氧體。對應(yīng)于含有大約16mol％ Bi2O3的MoO3-Bi2O3混合物的低共熔BiMoO相作為添加劑B1被加入，以便降低燒結(jié)溫度。它具有的熔解溫度為620℃。
實施例3在按照實施例1生產(chǎn)的鎳-鐵氧體的情況下，對應(yīng)于含有大約20mol％Bi2(WO4)3的Bi2(MoO4)3-Bi2(WO4)3混合物的低共熔Bi-Mo-W-O相作為添加劑B2被加入，以便降低燒結(jié)溫度。它具有的熔解溫度大約為675c。
實施例4在按照實施例1生產(chǎn)的鎳-鐵氧體的情況下，對應(yīng)于含有大約7mol％Zn的Bi2O3-ZnO混合物的低共熔Bi-Zn-O相作為添加劑B3被加入，以便降低燒結(jié)溫度。它具有的熔解溫度大約為750℃。
實施例5在按照實施例1生產(chǎn)的鎳-鐵氧體的情況下，對應(yīng)于含有大約30mol％SiO2的Bi2O3-SiO2混合物的低共熔Bi-Si-O相作為添加劑B4被加入，以便降低燒結(jié)溫度。它具有的熔解溫度大約為870℃。
實施例6在按照實施例1生產(chǎn)的鎳-鐵氧體的情況下，對應(yīng)于含有大約55mol％Bi2O3的Bi2O3-B2O3混合物的Bi-B-O相作為添加劑B5被加入，以便降低燒結(jié)溫度。它具有的熔解溫度大約為650℃。
實施例7在按照實施例1生產(chǎn)的鎳-鐵氧體的情況下，Bi2O3作為添加劑被加入，以便降低燒結(jié)溫度。
以上試驗結(jié)果概括在下表2中。
表2
在所有的實施例中，添加在每一種情況中的含鉍相按3wt％的比例加入。在每一種情況中磁性電介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度低于1200℃。
這類材料正被用于與WO 00/04577類似的方法中。
圖1表示包含三層薄膜的微電子基片，其中用高介電常數(shù)的材料制成的薄膜片12，也可表示成NPO層，被配置在LTCC薄膜片10和LTCC薄膜片14之間。在大于800℃的溫度下，本實施例中的第一壓縮溫度，LTCC薄膜片10和14開始受壓縮。具有高于第一壓縮溫度800℃的第二壓縮溫度的薄膜片12沒有經(jīng)受任何熱變化，所以它對薄膜片10和14在箭頭A和B指明的X和Y方向上的收縮力有阻滯作用。薄膜片12對Z方向上的收縮沒有影響。在大約900℃下，薄膜片10和14已完全壓縮，故不會再有任何收縮。如果此時將溫度進一步增加到第二壓縮溫度，薄膜片12的壓縮過程開始，由此而在箭頭C指明的X和Y方向上產(chǎn)生的相聯(lián)收縮卻又受薄膜片10和14的阻滯。在熱穩(wěn)定材料的情況下，能生產(chǎn)出一種用介電常數(shù)低的和高的薄膜交錯配置的焙燒材料。
因此，這種材料在合適的溫度控制條件下，利用單獨一道工序便能制得。
實施例8含有組合物(Ni0.954Zn0.030Zo0.16)Fe1.82O4的鐵氧體材料的生產(chǎn)在于，使初始材料相混合，進行預(yù)燒結(jié)和碾磨。加入10wt％的Bi2O3作為添加劑用來降低燒結(jié)溫度。利用這種材料制備出滑泥，接著進行模壓以便形成薄膜片。然后在900℃～1100℃下進行燒結(jié)。這材料顯示介電常數(shù)ε≈12和初始磁導(dǎo)率μ≈10和相對密度為98％，并顯示良好的微波性能。
用這種材料制成的薄膜片被層壓在用高介電常數(shù)的材料，例如取代鋇-釹-鈦-鈣鈦礦制成的二層薄膜片之間。然后將這些材料在空氣中在970℃～1030℃下一起進行燒結(jié)。局部視圖2(a)上的顯微結(jié)構(gòu)圖像作為實施例表示在970℃～1030℃燒結(jié)溫度下所生成的組織，和局部視圖2(b)表示在1030℃燒結(jié)溫度下所生成的組織。尤其是從局部視圖2(e)可看出鐵氧體材料已完全被壓縮。圖3表示一種薄膜組件，其中由鐵氧體材料制成的薄膜片12被層壓在由高介電常數(shù)材料制成的薄膜片16和18之間。外層薄膜片10和14均是市場上買得到的薄膜片(杜邦A(yù)T951)。這種薄膜組件可在970℃～1030℃下被燒結(jié)。
本發(fā)明可用來生產(chǎn)復(fù)合基片，這類基片能使各種電容和電感組件以及單向元件實現(xiàn)集成化，并借助于改進功率能為進一步微型化提供基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)多層微電子基片的方法，其中a)提供若干具有第一壓縮溫度的可熱結(jié)合的薄膜片；b)提供至少一層具有高于第一壓縮溫度的第二壓縮溫度的薄膜片；c)在具有第一壓縮溫度的薄膜片之間放置至少一層具有第二壓縮溫度的薄膜片形成層合薄膜片；d)層合薄膜片被加熱到第一壓縮溫度，然后進一步加熱到直至使具有第一壓縮溫度的薄膜片完全壓縮的第一終端溫度，這第一終端溫度保持低于第二壓縮溫度；和e)層合薄膜片被加熱到第二壓縮溫度，然后，如果合適，進一步加熱到第二終端溫度，以便壓縮至少一層具有第二壓縮溫度的薄膜片；其特征在于至少一層薄膜片是由含有作為鐵氧體主要組分的一氧化鎳NiO和氧化亞鐵Fe2O3的磁性電介質(zhì)材料制成的，這材料包含有三氧化二鉍Bi2O3或一種低共熔混合物，它是一氧化鉛PbO和至少另加一種金屬氧化物或三氧化二鉍Bi2O3和至少另加一種金屬氧化物形成的低共熔混合物。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于另加的金屬氧化物是三價鉬的氧化物MoO3，氧化鋅ZnO，二氧化硅SiO2，氧化硼B(yǎng)2O3或氧化鎢WO3。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于三氧化二鉍或低共熔混合物的含量為鐵氧體的1～10wt％。
4.權(quán)利要求1或3之任一項的方法，其特征在于鐵氧體是含有NivZnwCoyFezO4的組合物，式中0.88≤V≤1，0≤W≤0.8，0≤Y≤0.03和1.7≤Z≤2.12。
5.權(quán)利要求1或4之任一項的方法，其特征在于再加的薄膜片中至少有一層是含有電介質(zhì)陶瓷組合物的薄膜片。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征在于至少是具有第一壓縮溫度的薄膜片為陶瓷帶狀薄膜片。
7.權(quán)利要求5或6的方法，其特征在于第二壓縮溫度高于第一壓縮溫度的值不大于100℃。
8.一種多層微電子基片，其特征在于至少一層薄膜片是由含有作為鐵氧體主要組分的一氧化鎳NiO和氧化亞鐵Fe2O3的磁性電介質(zhì)材料制成的，這材料包含有三氧化二鉍Bi2O3或一種低共熔混合物，它是一氧化鉛PbO和至少另加一種金屬氧化物或三氧化二鉍Bi2O3和至少另加一種金屬氧化物形成的低共熔混合物。
9.權(quán)利要求8的微電子基片，其特征在于另加的金屬氧化物是三價鉬的氧化物MoO3，氧化鋅ZnO，二氧化硅SiO2，氧化硼B(yǎng)2O3或氧化鎢WO3。
10.權(quán)利要求8的微電子基片，其特征在于三氧化二鉍或低共熔混合物的含量為鐵氧體的10～10wt％。
11.權(quán)利要求8的微電子基片，其特征在于鐵氧體是含有NivZnwCoyFezO4的組合物，式中0.88≤V≤1，0≤W≤0.8，0≤Y≤0.03和1.7≤Z≤2.12。
12.權(quán)利要求8的微電子基片，其特征在于至少有一層薄膜含有電介質(zhì)陶瓷組合物。
13.權(quán)利要求7的微電子基片，其特征在于電介質(zhì)陶瓷組合物具有的介電常數(shù)為ε≥70。
14.權(quán)利要求12或13的微電子基片，其特征在于用電磁材料裝備的薄膜被插在二層電介質(zhì)陶瓷組合物薄膜之間，如果合適，這電介質(zhì)陶瓷組合物具有的介電常數(shù)為ε≥70。
15.權(quán)利要求8或14之任一項的微電子基片作為無源組件在微型化電路中的一種應(yīng)用。
全文摘要
一種生產(chǎn)多層微電子基片的方法，其中a)提供若干具有第一壓縮溫度的可熱結(jié)合的薄膜片；b)提供至少一層具有高于第一壓縮溫度的第二壓縮溫度的薄膜片；c)在具有第一壓縮溫度的薄膜片之間放置至少一層具有第二壓縮溫度的薄膜片；d)層壓薄膜片被加熱到第一壓縮溫度，然后進一步加熱到直至使具有第一壓縮溫度的薄膜片完全壓縮的第一終端溫度，這第一終端溫度保持低于第二壓縮溫度；和e)層壓薄膜片被加熱到第二壓縮溫度，然后，如果合適，進一步加熱到第二終端溫度，以便壓縮至少一層具有第二壓縮溫度的薄膜片，本方法的特征在于至少一層薄膜片是由含有作為鐵氧體主要組分的一氧化鎳NiO和氧化亞鐵Fe
文檔編號H01F1/34GK1585992SQ02822363
公開日2005年2月23日 申請日期2002年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月13日
發(fā)明者V·扎斯帕里斯, J·G·波雷坎普 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司