專利名稱：單層電容器元件的制備方法及其產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容器元件的制造方法，特別是涉及一種單層電容器元件的制造方法。本發(fā)明還涉及一種用上述方法制造的單層電容器元件。
背景技術(shù)：
在制作單層電容器元件的技術(shù)中，已知的有以下幾種方式美國AVX公司的專利申請GB2380062、US2003016485、CN1396606A提供了一種單層電容器元件的制造方法，該方法是先對陶瓷介質(zhì)基片進(jìn)行金屬化處理，然后再進(jìn)行局部研磨，以去除基片邊緣金屬及倒角。該方法無需進(jìn)行化學(xué)腐蝕工藝處理，但需要單獨(dú)對每個元件進(jìn)行加工，而不能成批加工產(chǎn)品，效率較低。
美國Presidio公司的專利US6661639提供了另外一種制造單層電容器元件的方法，該方法使用多層厚膜電路印刷方式，在內(nèi)部形成三文治多層結(jié)構(gòu)，通過穿孔將內(nèi)部電極層連接到外部，再金屬化形成外部電極。該工藝雖有可在元件內(nèi)部形成很薄的介質(zhì)層，具有容量較高的優(yōu)點(diǎn)，但該工藝使用生料瓷膜，采用漿料印刷、層迭、切割，共燒等工藝過程，容易使內(nèi)部電極與外部電極的連接處存在連接不夠可靠性的質(zhì)量隱患。
Larry A.Liebowitz的美國專利(20030169555)，介紹了又一種制造方法，在一塊較厚的導(dǎo)電基板上層壓一層陶瓷介質(zhì)生坯膜，然后在其上面印上導(dǎo)電漿料。該導(dǎo)電漿料可以是陶瓷介質(zhì)與金屬粉末的混合，也可以是單一金屬粉末，然后一起共燒。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以在強(qiáng)度較高的導(dǎo)電基體上層壓一層可薄至60微米以下的介質(zhì)膜層，從而得到較高的電容量。該技術(shù)基本上是厚膜印刷電路技術(shù)，同樣是用生料印刷、層迭、切割，共燒的工藝，因此也會存在電極間的連接不夠可靠的質(zhì)量隱患。
摩托羅拉公司的美國專利US6088215所陳述的電容器所用的也是多層厚膜電路工藝，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，工藝繁復(fù)，其特點(diǎn)是上電極從中間引出，但其中間引線穿孔連接工藝成為制作中的關(guān)鍵及難點(diǎn)。
美國AVX公司的美國專利20030072125也是用多層厚膜印刷技術(shù)和穿孔連接，電極從介質(zhì)內(nèi)引到表面，同樣具有以上同類技術(shù)的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的在于提供一種簡單、可靠、精密的單層電容器元件的制造方法。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種上述方法制造出來的諧振頻率非常高的單層電容器元件，其介質(zhì)材料為陶瓷電介質(zhì)，包括I、II、III類陶瓷電介質(zhì)。
本發(fā)明的第一個目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)本發(fā)明的一種單層電容器元件的制造方法，它包括以下步驟(1)將準(zhǔn)備金屬化的陶瓷介質(zhì)基片在酒精或丙酮或環(huán)己酮或天那水中的任一種溶劑中進(jìn)行超聲波清洗，然后干燥；(2)將上述基片上下兩個表面均用濺射工藝在真空或氣體保護(hù)下進(jìn)行濺射金屬化處理；(3)金屬化后的基片進(jìn)行光刻處理，以制版后得到的負(fù)片為模板，通過光刻技術(shù)在金屬化后的基片上制作有保護(hù)性區(qū)域的精細(xì)的圖案；(4)將帶有上述圖案的基片進(jìn)行常規(guī)電鍍、腐蝕、沖洗工藝處理，使基片的上下表面形成許多相同或?qū)ΨQ的金屬化的圖案；(5)將上述處理后的基片用熱塑性粘合劑用常規(guī)的方法粘貼在一塊基板上，然后用精密切割機(jī)床按照所需的尺寸進(jìn)行切割；(6)將切割后的基板用酒精或丙酮或環(huán)己酮或天那水中的任一種溶劑或熱水進(jìn)行溶洗，使粘貼在基板上的基片與基板分離，分離出的基片即為具有上、下金屬電極的單層電容器元件；(7)將上述元件進(jìn)行清洗，并在100～150℃烘干15～60分鐘，在室溫下放置24小時后，即可進(jìn)行電性能的測試了。
其中步驟(2)所述的金屬化處理是將所述陶瓷電介質(zhì)基片置于真空濺射機(jī)上進(jìn)行金屬濺射，以使基片表面金屬化。
上述的金屬化處理，其采用的金屬化材料是單一的金屬或合金；另外，所述的金屬化處理是在所述的基片上濺射至少一層金屬材料。
所述的金屬材料包括鈦、鎢、鉑、鈷、銅、鎳、鈀、金、錫中的至少一種或它們之間任意組合的至少一種合金。
其中步驟(3)中所述的光刻處理，是用類似照片處理的曝光、顯影過程進(jìn)行處理。
其中步驟(4)中所述的電鍍工藝，所采用的鍍材是金、鎳、銅、錫、錫合金中的任意一種。
其中步驟(5)和步驟(6)中所述的基板是鋼或鋁的金屬基板。
本發(fā)明的另一個目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)本發(fā)明的一種用上述方法制造出來的單層電容器元件，它包括單層陶瓷介質(zhì)層和分別位于陶瓷介質(zhì)層相對的兩個表面的上電極層和下電極層，其特征在于所述的上、下電極層通過濺射工藝附著在陶瓷介質(zhì)層表面上。
所述的上、下電極層由至少一層金屬或合金材料構(gòu)成。
所述的金屬材料包括鈦、鎢、鉑、鈷、銅、鎳、鈀、金、錫中的至少一種或它們之間任意組合的至少一種合金。對金屬材料的選擇主要是取決于金屬材料的電性能、機(jī)械性能等是否符合單層電容器元件對金屬材料的要求。
所述的上、下電極層的最外層金屬材料是金，鎳，銅，錫或其合金。
所述的上、下電極層之間具有相同或?qū)ΨQ的金屬化的圖案。
所述的上、下電極層至少有一層將其所附著的陶瓷介質(zhì)層端面完全覆蓋。
所述的上、下電極層中的其中一個電極層將其所附著的陶瓷介質(zhì)層表面完全覆蓋，另一個電極層分為至少兩個電極，該分出的電極與陶瓷介質(zhì)層表面之間具有留邊或不具有留邊。
本發(fā)明的單層電容器元件可以用錫焊，波峰焊，金絲點(diǎn)焊，導(dǎo)電膠粘貼，低共熔焊膏等方法直接安裝在微帶電路上。
本發(fā)明是在形成陶瓷介質(zhì)基片后，再對介質(zhì)基片進(jìn)行加工的技術(shù)，它具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明是以真空高能濺射方式將金屬原子在高能電場下直接附著于陶瓷介質(zhì)表面，克服了厚膜印刷電路方式所存在的中間過渡層或者穿孔連接不可靠等問題，因此其產(chǎn)品串聯(lián)等效電阻低，在微波高頻下的性能好。從幾GHz到幾十GHz的頻率都有優(yōu)秀的性能表現(xiàn)。(2)由于采用了先進(jìn)的光刻技術(shù)，因此所制之元件精度高。(3)與多層陶瓷電容器相比，單層電容器避免了介質(zhì)層間形成的電流回路，在微波使用時具有更低的串聯(lián)等效電阻值和更高的品質(zhì)因數(shù)。
本發(fā)明制作之電容器元件非常適用于高頻、微波、小型、微型化的場合，例如，微波功率放大器、模塊{藍(lán)牙技術(shù)模塊、混合集成電路模塊、集成電路外貼元件(封裝于集成電路之封裝內(nèi))、手機(jī)電路模塊、無線電微波通訊模塊等}，是軍用、民用的高可靠性產(chǎn)品。


圖1是本發(fā)明實施例之一的單層電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是本發(fā)明實施例之二的單層電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3的俯視圖；圖5是本發(fā)明實施例之三的單層電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5的俯視圖；圖7是本發(fā)明實施例之四的單層電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是圖7的俯視圖；圖9是本發(fā)明實施例之五制作之電極，下電極為全金屬復(fù)蓋，上電極不留邊之兩個電容器元件之示意圖；圖10是圖9的俯視圖；圖11是本發(fā)明實施例之六制作之電極，下電極為全金屬復(fù)蓋，上電極為不留邊之系列電容器元件之示意圖；圖12是圖11的俯視圖；圖13是本發(fā)明制作之比例系列電容器元件之示意圖；具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實施例一如圖1、2所示結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的單層電容器元件的實施例之一，它包括0.2mm厚的單層陶瓷介質(zhì)層1和分別位于陶瓷介質(zhì)層1相對的兩個表面的上電極層2和下電極層3，所述的上、下電極層2、3通過真空高能濺射工藝?yán)喂痰馗街谒龅奶沾山橘|(zhì)層1的表面上，所述的上、下電極層2、3由三層金屬材料構(gòu)成，其中第一層金屬材料是鈦，該金屬層有增強(qiáng)金屬與介質(zhì)結(jié)合力的作用；第二層金屬材料是鎳；第三層即最外層金屬材料是金；所述的上、下電極層之間具有相同或?qū)ΨQ的金屬化的圖案；所述的上、下電極層分別將其所附著的陶瓷介質(zhì)層表面完全覆蓋。
本實施例單層電容器元件的制造方法是將一塊25毫米×25毫米×0.20毫米(長×寬×厚)的鈦酸鋇為基的陶瓷介質(zhì)基片在酒精中進(jìn)行超聲波清洗、干燥，然后進(jìn)入真空濺射機(jī)上進(jìn)行濺射。濺射的第一層金屬材料為鈦，該金屬層有增強(qiáng)金屬與介質(zhì)結(jié)合力的作用。在此基礎(chǔ)上，再濺射一層鎳，形成第二金屬層，此后再濺射第三層金屬材料金；然后通過涂復(fù)感光膠、曝光、沖洗、干燥等一系列工藝處理，并對金屬化的基片進(jìn)行光刻，即用類似膠卷的曝光、顯影、定影過程進(jìn)行處理。繼而進(jìn)行電鍍，腐蝕，除膠工藝，這些工藝完成后即可得一塊在該基片上形成許多重復(fù)或?qū)ΨQ的金屬化圖案。然后，將該基片用熱塑性粘合劑粘貼在一塊鋁制基板上，再使用精密數(shù)控機(jī)床，以金剛砂輪將基片根據(jù)圖形要求切成所需尺寸元件。將各個分立的元件用酒精溶洗，使粘貼在基板上的基片與基板分離，再將卸下的元件清洗，并在100℃烘干60分鐘，放置24小時后進(jìn)行電性能測試。本實例制得的單層電容器元件損耗因數(shù)小于2.5％，絕緣電阻在100V下大于1011歐姆，電容量因元件尺寸而異，在10-4000pf范圍內(nèi)。
實施例二如圖3、4所示結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的單層電容器元件的實施例之二，它包括0.125mm厚的單層陶瓷介質(zhì)層1和分別位于陶瓷介質(zhì)層1相對的兩個表面的上電極層2和下電極層3，所述的上、下電極層2、3通過濺射工藝?yán)喂痰馗街谒龅奶沾山橘|(zhì)層1的表面上，所述的上、下電極層2、3由兩層金屬材料構(gòu)成，其中第一層金屬材料是鈦鎢合金，該金屬層有增強(qiáng)金屬與介質(zhì)結(jié)合力的作用；第二層即最外層金屬材料是金錫合金；所述的上、下電極層之間具有相同或?qū)ΨQ的金屬化的圖案；所述的上電極層與其所附著的陶瓷介質(zhì)層的表面之間具有留邊，下電極層將其所附著的陶瓷介質(zhì)層表面完全覆蓋。
本實施例單層電容器元件的制造方法是將一塊38毫米×38毫米×0.125毫米(長×寬×厚)的鈦酸鎂為基的陶瓷介質(zhì)基片在丙酮溶劑中進(jìn)行超聲波清洗、干燥，然后進(jìn)入真空濺射機(jī)上進(jìn)行濺射。濺射的第一層金屬材料為鈦鎢合金，該金屬層有增強(qiáng)金屬與介質(zhì)結(jié)合力的作用。在此基礎(chǔ)上，再濺射一層金錫合金，形成第二金屬層，然后通過涂復(fù)感光膠、曝光、沖洗、干燥等一系列工藝處理，并對金屬化的基片進(jìn)行光刻，繼而進(jìn)行電鍍，腐蝕，除膠工藝，這些工藝完成后即可得一塊在該基片上形成許多重復(fù)或?qū)ΨQ的金屬化圖案。然后，將該基片粘貼在一塊鋁制基板上，再使用精密數(shù)控機(jī)床，以金剛砂輪將基片根據(jù)圖形要求切成所需尺寸元件。將各個分立的元件用丙酮溶劑溶洗，使粘貼在基板上的基片與基板分離，再將卸下的元件清洗，在150℃中烘干15分鐘，24小時后進(jìn)行電性能測試。本實例制得的單層電容器元件尺寸為0.64毫米×0.64毫米×0.125毫米，損耗因數(shù)少于5×10-4，絕緣電阻在100V下大于1012歐姆，電容量因電極有效尺寸而異，在0.4-0.9pf范圍內(nèi)。
實施例三如圖5、6所示結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的實施例之三，它包括0.17mm厚的單層陶瓷介質(zhì)層1和分別位于陶瓷介質(zhì)層1相對的兩個表面的上電極層2和下電極層3，所述的上、下電極層2、3通過濺射工藝?yán)喂痰馗街谒龅奶沾山橘|(zhì)層1的表面上，所述的上、下電極層2、3由一層金屬材料構(gòu)成，該金屬材料是金；所述的上、下電極層之間具有相同或?qū)ΨQ的金屬化的圖案；所述的上、下電極層分別與其附著的陶瓷介質(zhì)層的表面之間具有留邊11，而且上留邊與下留邊對稱，此設(shè)計方便裝配，沒有上下面之分。
本實施例單層電容器元件的制造方法與實施例一的制造方法的不同之處是其選用的基片是一塊38毫米×38毫米×0.17毫米(長×寬×厚)的晶界層陶瓷介質(zhì)基片，對基片進(jìn)行超聲波清洗以及對基板進(jìn)行溶洗的溶劑均選用環(huán)己丙酮，制得的元件在120℃烘干50分鐘。制得電容器元件尺寸為0.64毫米×0.64毫米×0.17毫米，損耗因數(shù)小于1％，介電常數(shù)大于25000，溫度系數(shù)小于±15％，(-55℃-125℃)，絕緣電阻在50V下大于1010歐姆，電容量因電極有效尺寸而異，在270-680pf范圍內(nèi)。
實施例四如圖7、8所示結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的單層電容器元件的實施例之四，它包括0.125mm厚的氧化鋁單層陶瓷介質(zhì)層1和分別位于陶瓷介質(zhì)層1相對的兩個表面的上電極層2和下電極層3，所述的上、下電極層2、3通過濺射工藝?yán)喂痰馗街谒龅奶沾山橘|(zhì)層1的表面上，所述的上、下電極層2、3由三層金屬材料構(gòu)成，其中第一層金屬材料是鉑，該金屬層有增強(qiáng)金屬與介質(zhì)結(jié)合力的作用；第二層金屬材料是金，第三層金屬材料即最外層是金錫合金，金錫合金適用于低共熔點(diǎn)焊膏應(yīng)用的焊接方式；所述的上、下電極層之間具有相同或?qū)ΨQ的金屬化的圖案；所述的下電極層將其所附著的陶瓷介質(zhì)層表面完全覆蓋，上電極層分成兩個電極，該分出的兩個電極分別與其附著的陶瓷介質(zhì)層表面之間具有留邊11。
本實施例單層電容器元件的制造方法與實施例一的制造方法的不同之處是其選用的基片是一塊38毫米×3毫米8×0.125毫米(長×寬×厚)的氧化鋁基片，對基片進(jìn)行超聲波清洗以及對基板進(jìn)行溶洗的溶劑均選用天那水，制得的元件在130℃烘干30分鐘。制得電容器元件的尺寸為0.6毫米4×0.64毫米×0.125毫米，損耗因數(shù)少于0.1％，絕緣電阻在100V下大于1012歐姆，電容量因電極有效尺寸而異，在0.1-0.3pf范圍內(nèi)。
實施例五圖9、圖10為實施例一的另一種電極結(jié)構(gòu)，下電極為全電極，上電極為二個大小相同的不留邊的電極的元件。
本實施例單層電容器元件的制造方法與實施例一的制造方法的不同之處是對基板進(jìn)行溶洗的溶劑是熱水，制得的元件在110℃烘干40分鐘。
實施例六圖11、圖12為實施例一的另一種電極結(jié)構(gòu)，下電極為全電極，上電極為三個大小相同的不留邊的電極的元件。
本實施例單層電容器元件的制造方法與實施例一的制造方法的不同之處是制得的元件在140℃烘干20分鐘。
實施例七如圖13所示結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的單層電容器元件的實施例之五，它包括0.2mm厚的鈦酸鋇單層陶瓷介質(zhì)層1和分別位于陶瓷介質(zhì)層1相對的兩個表面的上電極層2和下電極層，所述的上、下電極層通過濺射工藝?yán)喂痰馗街谒龅奶沾山橘|(zhì)層1的表面上，所述的上、下電極層由兩層金屬材料構(gòu)成，其中第一層金屬材料是鈦，該金屬層有增強(qiáng)金屬與介質(zhì)結(jié)合力的作用；第二層即最外層金屬材料是金；所述的上、下電極層之間具有相同或?qū)ΨQ的金屬化的圖案；所述的下電極層將其所附著的陶瓷介質(zhì)層表面完全覆蓋，上電極層按1∶1∶2∶4∶8∶16的容量分成六個電極，該分出的六個電極與其附著的陶瓷介質(zhì)層表面之間具有留邊11。
本實施例單層陶瓷電電容器元件的制造方法與實施例一的相同。
權(quán)利要求
1.一種單層電容器元件的制造方法，它包括以下步驟(1)將準(zhǔn)備金屬化的陶瓷介質(zhì)基片在酒精或丙酮或環(huán)己酮或天那水中的任一種溶劑中進(jìn)行超聲波清洗，然后干燥；(2)將上述基片上下兩個表面均用濺射工藝在真空或氣體保護(hù)下進(jìn)行濺射金屬化處理；(3)金屬化后的基片進(jìn)行光刻處理，以制版后得到的負(fù)片為模板，通過光刻技術(shù)在金屬化后的基片上制作有保護(hù)性區(qū)域的精細(xì)的圖案；(4)將帶有上述圖案的基片進(jìn)行常規(guī)電鍍、腐蝕、沖洗工藝處理，使基片的上下表面形成許多相同或?qū)ΨQ的金屬化的圖案；(5)將上述處理后的基片用熱塑性粘合劑通過常規(guī)的方法粘貼在一塊基板上，然后用精密切割機(jī)床按照所需的尺寸進(jìn)行切割；(6)將切割后的基板用酒精或丙酮或環(huán)己酮或天那水中的任一種溶劑或熱水進(jìn)行溶洗，使粘貼在基板上的基片與基板分離，分離出的基片即為具有上、下金屬電極的單層電容器元件；(7)將上述元件進(jìn)行清洗，并在100～150℃烘干15～60分鐘，在室溫下放置24小時后，即可進(jìn)行電性能的測試了。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層電容器元件的制造方法，其特征在于，其中步驟(2)所述的金屬化處理是將所述基片置于真空濺射機(jī)上進(jìn)行金屬材料濺射，以使基片金屬化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單層電容器元件的制造方法，其特征在于，所述的金屬化處理是在所述的基片上濺射至少一層金屬材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單層電容器元件的制造方法，其特征在于，所述的金屬材料包括鈦、鎢、鉑、鈷、銅、鎳、鈀、金、錫中的至少一種或它們之間任意組合的至少一種合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層電容器元件的制造方法，其特征在于，其中步驟(3)中所述的光刻處理，是用類似照片處理的曝光，顯影過程進(jìn)行處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層電容器元件的制造方法，其特征在于，其中步驟(4)中所述的電鍍工藝，其采用的鍍材是金，鎳，銅，錫、錫合金中的任意一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單層電容器元件的制造方法，其特征在于，其中步驟(5)和步驟(6)中所述的基板是鋼或鋁的金屬基板。
8.一種用權(quán)利要求1～7中的任意一項方法制造出來的單層電容器元件，它包括單層陶瓷介質(zhì)層和分別位于陶瓷介質(zhì)層相對的兩個表面的上電極層和下電極層，其特征在于所述的上、下電極層，通過濺射工藝附著在陶瓷介質(zhì)層表面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的單層電容器元件，其特征在于，所述的上、下電極層由至少一層金屬材料構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的單層電容器元件，其特征在于，所述的金屬材料包括鈦、鎢、鉑、鈷、銅、鎳、鈀、金、錫中的至少一種或它們之間任意組合的至少一種合金。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的單層電容器元件，其特征在于，所述的上、下電極層的最外層金屬材料是金。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9或10或11所述的單層電容器元件，其特征在于，所述的上、下電極層之間具有相同或?qū)ΨQ的金屬化的圖案。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的單層電容器元件，其特征在于，所述的上、下電極層至少有一層將其所附著的陶瓷介質(zhì)層表面完全覆蓋。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的單層電容器元件，其特征在于，所述的上、下電極層中的其中一個電極層將其所附著的陶瓷介質(zhì)層表面完全覆蓋，另一個電極層分為至少一個以上電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單層電容器元件的制造方法及其產(chǎn)品，它以真空高能濺射方式將金屬原子在高能電場下直接附著于陶瓷介質(zhì)表面，克服了厚膜印刷電路方式所存在的中間過渡層或者穿孔連接不可靠等問題，因此其產(chǎn)品與其它同類產(chǎn)品相比串聯(lián)等效電阻低，在微波高頻下的性能好，從幾個GHz到幾十個GHz的頻率都有優(yōu)秀的性能表現(xiàn)。由于還采用了光刻技術(shù)，因此所制之元件精度高。本發(fā)明制作之單層電容器元件非常適用于高頻、微波、小型、微型化的場合，例如，微波功率放大器、模塊——包括藍(lán)牙技術(shù)模塊、混合集成電路模塊、封裝于集成電路之封裝內(nèi)的集成電路外貼元件、手機(jī)電路模塊、無線電微波通訊模塊等，是軍用、民用的高可靠性產(chǎn)品。
文檔編號H01G4/005GK1601673SQ200410075380
公開日2005年3月30日 申請日期2004年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者梁穎光, 莊嚴(yán) 申請人:梁穎光, 莊嚴(yán)