專利名稱：疊層復(fù)合電子器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有由不同種類的陶瓷層，例如磁性陶瓷層和介電陶瓷層構(gòu)成的疊層復(fù)合電子器件及其制造方法，特別涉及一種結(jié)合一個(gè)電感部分和一個(gè)電容部分的疊層復(fù)合電子器件，在電感部分，在疊層磁性陶瓷層內(nèi)形成一個(gè)螺旋形的內(nèi)電極，而在電容部分，在疊層介電陶瓷層內(nèi)形成一對相對的內(nèi)電極。
在制造疊層復(fù)合型電子器件方面，存在兩種方法用以獲得一個(gè)疊層體，一種是所謂的料漿構(gòu)型方法(slurry build method)，而另一種是所謂的疊片方法(sheet method)。在前者即料漿構(gòu)型方法中，采用一種絲網(wǎng)印刷之類的方法逐層地往上印刷磁性漿料和導(dǎo)電漿料，以形成磁性材料層和其中的螺旋形內(nèi)電極圖形，并且也逐層地印刷電介質(zhì)漿料和導(dǎo)電漿料，以形成介電材料層和其中的相對的一對內(nèi)電極圖形。然而，在后者即疊片方法中，磁性陶瓷坯片(green sheet)堆疊起來，事先已在磁性陶瓷坯片上采用絲網(wǎng)印刷方法用導(dǎo)電漿料印刷了螺旋形內(nèi)電極圖形，介電片也堆疊起來，在介電片上已預(yù)先用導(dǎo)電漿料印刷了相對的內(nèi)電極。借助于預(yù)先也已提供于磁性陶瓷坯片上的所謂通孔的導(dǎo)電逐個(gè)連接形成于磁性陶瓷坯片上的內(nèi)電極圖形，形成為螺旋形。
通過上述兩種方法制得的疊層體都要經(jīng)過最終焙燒，并且當(dāng)導(dǎo)電漿料印刷到兩個(gè)側(cè)表面后也被焙燒，在兩個(gè)側(cè)表面上暴露電導(dǎo)體以形成外電極。這樣，便獲得了疊層復(fù)合電子器件。用這種方法獲得的疊層體內(nèi)部，磁性材料層和介電材料層作為一體堆積或疊加在一起。而且，在磁性材料層中形成有在其疊層方向螺旋地堆積的線圈狀內(nèi)電極，并且該內(nèi)電極的一部分在上述疊層體的一個(gè)邊緣與外電極連接。此外，在介電材料層內(nèi)，至少形成一對相對的穿過同樣層(數(shù))的內(nèi)電極對，并且該內(nèi)電極對分別延伸或?qū)б怜B層體的相對的邊緣與外電極聯(lián)接。這樣電感部分和電容部分便以一個(gè)預(yù)定的狀態(tài)通過外電極連接起來了。
在制造過程中，通過在高溫下焙燒由不同種類的陶瓷層構(gòu)成的疊層體，以使各層彼此連接起來，然后冷卻，這樣便獲得了疊層復(fù)合電子器件。
但是，在有些情況下，不同種類的陶瓷顯示各自不同的熱膨脹，彼此之間差別很大，尤其是磁性陶瓷層和介電陶瓷層。因此，由于焙燒造成的疊層體各陶瓷之間熱膨脹和收縮的差別，使得在焙燒之后的冷卻過程中疊層體內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而使疊層體變形和產(chǎn)生內(nèi)部裂紋。
在現(xiàn)有技術(shù)中，提出了一種用于防止焙燒后冷卻過程中產(chǎn)生此類熱應(yīng)力的方法，即在磁性陶瓷層和介電陶瓷層之間插入一個(gè)它們的組合成分的陶瓷層。
然而，即使組合不同種類的陶瓷，也不可能獲得具有期望的熱膨脹率的陶瓷，因而不足以完全防止疊層體在焙燒后冷卻過程中的變形。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種疊層復(fù)合電子器件及其制造方法，采用該方法疊層復(fù)合電子器件在焙燒(及隨后的冷卻過程中)不產(chǎn)生與上述類似的變形和內(nèi)部裂紋，從而解決了此類疊層復(fù)合電子器件在現(xiàn)有制造過程中的上述問題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種疊層復(fù)合電子器件，其中，在疊層體11的相鄰陶瓷層之間插入熱膨脹率按臺階式逐個(gè)變化的中間陶瓷疊層a、b、c和d以減小它們之間的熱膨脹率差別。
為了同樣的目的，本發(fā)明還提供了一種疊層復(fù)合電子器件的制造方法，其中，陶瓷坯片以這樣一種方式堆積，即在用以形成相互之間熱膨脹率具有差別的不同種類的陶瓷層1，1′和7，7′的陶瓷坯片之間插入熱膨脹率按臺階式逐個(gè)變化的中間陶瓷疊層a、b、c和d。
介電陶瓷層和磁性陶瓷層可以作為上述熱膨脹率有差別的不同種類的陶瓷層1，1′和7，7′的例子。在這些陶瓷層中，加入一種熱膨脹系數(shù)與磁性陶瓷和介電陶瓷都不同的玻璃成分，作為用于調(diào)整其熱膨脹系數(shù)的成分的最有效的例子。即，在不同種類的陶瓷層1，1′和7，7′的某一種中加入玻璃成分，調(diào)整其熱膨脹率，得到一些熱膨脹率按臺階式逐漸變化的中間陶瓷層a、b、c和d。
通過在熱膨脹率有差別的不同種類的陶瓷層1，1′和7，7′之間插入中間陶瓷層a、b、c和d，疊層體11內(nèi)相鄰陶瓷層之間的熱膨脹差別變小。因此，疊層體11內(nèi)的熱應(yīng)力得以釋放，同時(shí)，防止了焙燒后冷卻過程中該疊層體11彎曲等變形和內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生。特別地，由于中間陶瓷層a、b、c和d的熱膨脹率按臺階式逐漸變化，所以形成的疊層體11的各陶瓷層的熱膨脹率也逐漸變化，從而使得減小相鄰陶瓷層的熱膨脹率差別成為可能。另外，如果相對于另一相鄰層的熱膨脹率差也很大，則有必要恰當(dāng)?shù)馗淖?，例如增加這些中間陶瓷層a、b、c和d的厚度。
上述中間陶瓷層a、b、c和d可以含有與上述不同種類的陶瓷層1、1′和7、7′之一的主成分相同的成分，并且可以通過改變其成分而調(diào)整熱膨脹率。a、b、c和d這類陶瓷層例如是鐵氧體類磁性陶瓷，如Fe2O3、NiO、ZnO、和CuO等。例如，通過變化上述磁性陶瓷所含的NiO或ZrO，其熱膨脹率可以得到適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。
上述疊層復(fù)合電子器件的制造方法包含下列步驟堆積不同種類的陶瓷坯片形成一個(gè)疊層體；和焙燒該疊層體，其中陶瓷坯片的中間陶瓷層的熱膨脹率按臺階式逐漸變化，以減小疊層體11中相鄰陶瓷層的熱膨脹率差別，且當(dāng)堆積陶瓷坯片時(shí)，在熱膨脹率有差別的形成不同種類的陶瓷層1、1′和7、7′的陶瓷坯片之間插入上述成形的中間陶瓷層。


圖1是按照本發(fā)明形成的一個(gè)疊層復(fù)合電子器件的一個(gè)疊層的立體分解圖及圖2是按照本發(fā)明形成的疊層復(fù)合電子器件的立體圖。
下面將參照附圖詳細(xì)解釋按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1顯示了一個(gè)疊層復(fù)合電子器件，尤其是一個(gè)LC元件的一個(gè)疊層體的結(jié)構(gòu)。該疊層體采用下述方法同時(shí)大批量生產(chǎn)。
首先，用所謂的醫(yī)用刀片(doctor blade method)法或擠壓成形(extruder)等方法，由磁性料漿形成薄的磁性陶瓷坯片，磁性料漿是通過把磁性材料粉末如鐵氧體粉末分散于結(jié)合劑中形成的。預(yù)先在該磁性陶瓷坯片的預(yù)定位置打上通孔。之后，采用導(dǎo)電漿料如銀漿，在陶瓷坯片上大量地印刷內(nèi)電極圖形，內(nèi)電極圖形呈環(huán)形且在垂直和/或水平方向上對準(zhǔn)，并且把上述導(dǎo)電漿料抽過(vacummed through)并印刷于上述通孔的內(nèi)表面，以作為通孔的導(dǎo)體。
接著，制備含有介電材料如二氧化鈦等粉末的介電陶瓷坯片，在這些坯片的某些部分大量地印刷內(nèi)電極，使之按垂直或水平方向?qū)?zhǔn)。
再接下來，制備陶瓷坯片，其并非上述磁性陶瓷坯片和介電陶瓷坯片，以形成一些熱膨脹率介于上述磁性陶瓷和介電陶瓷二者之間的陶瓷層。
例如，含F(xiàn)e2O349mol％、NiO42mol％、ZnO 4mol％和CuO5mol％的磁性陶瓷的線膨脹系數(shù)為13.0×10-6/℃。而主要含TiO2的介電陶瓷的線膨脹系數(shù)為8.5×10-6/℃。那么，通過將含有大量Na2O和/或K2O的玻璃粉末加到具有介電陶瓷粉末的陶瓷料漿以形成陶瓷坯片，上述玻璃粉末具有比磁性陶瓷和介電陶瓷足夠高的線膨脹系數(shù)，為16.0×10-6/℃，可以獲得熱膨脹率介于磁性陶瓷和介電陶瓷之間的陶瓷。相反地，通過將硅硼系玻璃粉末添加到具有磁性陶瓷粉末的陶瓷料漿中以形成陶瓷坯片，上述硅硼玻璃具有比磁性陶瓷足夠低的線膨脹系數(shù)，5.0×10-6/℃，也可獲得熱膨脹系數(shù)介于磁性陶瓷和介電陶瓷二者之間的陶瓷。
其次，不管上述成分中NiO的含量多少，如果ZnO的含量增加則上述磁性陶瓷的熱膨脹率就會減小，因此，這樣也可以獲得熱膨脹系數(shù)介于磁性陶瓷和介電陶瓷二者之間的陶瓷。
采用上述方法，預(yù)先制備坯片，以用作中間層，各中間層坯片的線膨脹系數(shù)在上述磁性陶瓷和介電陶瓷的線膨脹系數(shù)之間按臺階方式變化。在這種情況下，疊層體的中間的厚度越薄，線膨脹系數(shù)在磁性陶瓷和介電陶瓷線膨脹系數(shù)范圍之內(nèi)的變化臺階劃分越細(xì)，所以，為了減小上述線膨脹系數(shù)差，預(yù)先制備大量的中間陶瓷坯片。換句話說，待疊積的陶瓷層之間熱膨脹率差越大。則需制備厚度越大的陶瓷坯片以形成更厚的中間層。
再接下來，將這些陶瓷坯片堆疊起來。首先，堆積數(shù)片表面沒有印刷內(nèi)電極圖形的磁性陶瓷坯片，然后逐層堆積大量的表面分別印刷不同內(nèi)電極圖形的陶瓷坯片，其數(shù)量取決于所需形成的線圈的匝數(shù)。最后再在上述疊積的陶瓷坯片上堆積數(shù)片表面沒有印刷內(nèi)電極圖形的磁性陶瓷坯片。
然后，在上述疊層上面堆積包含已經(jīng)用上述方法調(diào)整其線膨脹系數(shù)，使之介于上述磁性陶瓷和介電陶瓷線膨脹系數(shù)之間的陶瓷的陶瓷坯片。如前所述，介電陶瓷的線膨脹系數(shù)小于磁性陶瓷的線膨脹系數(shù)，因此，在該例陶瓷坯片中，按照從高線膨脹系數(shù)陶瓷到低線膨脹系數(shù)陶瓷的順序逐個(gè)堆積陶瓷坯片。
接著，在如此疊層的磁性陶瓷坯片上堆積一些表面沒有印刷內(nèi)電極圖形的介電陶瓷坯片，并且再在上面堆積表面印刷有內(nèi)電極圖形的陶瓷坯片，并使所印刷的圖形交替地錯(cuò)開。具有內(nèi)電極的陶瓷坯片堆疊適當(dāng)?shù)膶訑?shù)，從而獲得所需要的介電電容。然后再在這些介電陶瓷坯片上堆積表面沒有印刷內(nèi)電極圖形的介電陶瓷坯片。
疊積介電陶瓷坯片和磁性陶瓷坯片的順序也可以反過來。也就是可以先疊積介電陶瓷坯片，再疊積磁性陶瓷坯片。
以上獲得的疊層體，經(jīng)過加壓結(jié)合，之后，切割分成單個(gè)片子，然后焙燒疊層片子獲得焙燒的疊層體11。
這樣獲得的疊層體11具有一些形成于一體的疊積陶瓷層1、1…、1′、1′…，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
在上述磁性陶瓷層上形成環(huán)形內(nèi)電極5a、5b…。這些內(nèi)電極5a、5b…通過通孔6、6…等內(nèi)的導(dǎo)體一個(gè)個(gè)連接起來，所以在疊層體11內(nèi)部螺旋形地聯(lián)接成一個(gè)線圈。由磁性陶瓷制成的陶瓷層1、1…形成該線圈的磁芯。
內(nèi)部電極5e和5f形成于上述包含內(nèi)電極5a、5b…的陶瓷層1、1…中的頂部和底部的陶瓷層1和1上，內(nèi)部電極5e和5f延伸并引至疊層體11的一對相對的端面上。
其次，在包含上述內(nèi)電極5a、5b…的陶瓷層1、1…的兩個(gè)面上各堆積一個(gè)表面沒有內(nèi)電極5a、 5b…的所謂的空白陶瓷層(blank ceramiclayer)1′、1′…。
再次，在沒有內(nèi)電極5a、5b…的磁性陶瓷層1′、1′上堆積中間陶瓷層a、b、c和d，每個(gè)中間陶瓷層具有不相同的熱膨脹率，且其熱膨脹率在堆積于其上的磁性陶瓷層1，1′和介電陶瓷層7，7′的熱膨脹率之間的范圍之內(nèi)按臺階式變化。最低的中間層d層具有比磁性陶瓷層1，1′稍低的熱膨脹率，而其它中間層c、b和a的熱膨脹率按臺階式遞增。頂部中間層a層具有比介電陶瓷層7，7′稍高的熱膨脹率。
在中間陶瓷層a、b、c和d上堆積所謂的空白介電陶瓷層7，再在它上面堆積具有內(nèi)電極8a和8b的介電陶瓷層7，7…等。然后，再在它們上面堆積沒有內(nèi)電極8a和8b的介電陶瓷層7′。
提供在介電陶瓷層7，7…的上述內(nèi)電極8a和8b在穿過相同的陶瓷層7，7…的兩面是相對的，并且交替地引導(dǎo)至疊層體11的一對相對的邊緣表面，內(nèi)電極5e和5f延伸于該邊緣表面。
如圖2所示，在這種疊層體11的兩個(gè)邊緣表面上涂上導(dǎo)電漿料，如銀漿，并焙燒，如果必要，并進(jìn)一步通過鍍鎳或焊錫形成外電極14和14。上述延伸至疊層體11邊緣表面的內(nèi)電極5e、5f、8a和8b(見圖1)連接至外電極14和14上。借助于這種結(jié)構(gòu)，在圖中所示的例子中，由內(nèi)電極5a、5b…等形成的電感和由相對的內(nèi)電極8a和8b形成的介電電容通過外電極14和14并聯(lián)。
在圖2中，標(biāo)號12代表疊層體的磁性陶瓷層部分，其中具有通過堆積磁性陶瓷層1、1′而形成的電感；標(biāo)號13代表疊層體的介電陶瓷層部分，其中具有通過堆積介電陶瓷層7、7′而形成的電容；而標(biāo)號15代表疊層體的中間陶瓷層部分，它們的熱膨脹率在磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′的熱膨脹系數(shù)之間按臺階式變化，且它們是通過堆積中間層a、b、c和d而形成的。
對于這種疊層復(fù)合電子器件，即使磁性陶瓷層疊層部分12和介電陶瓷層疊層部分13的熱膨脹率不同，焙燒后冷卻過程中產(chǎn)生的熱沖擊(heat shock)也會被上述中間陶瓷層的疊層部分15吸收，這些中間層是通過堆積熱膨脹率臺階式變化的中間層a、b、c和d而形成的，所以，幾乎不會在疊層體1內(nèi)造成變形，如彎曲和/或裂紋。
接下來，將根據(jù)一些例子用可靠的數(shù)據(jù)對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。實(shí)例1按Fe2O349mol％、NiO42mol％、ZnO42mol％和CuO5mol％的比例制備的原材料粉末，用作鐵氧體類磁性粉末，把它們分別在680℃預(yù)燒，之后把它們分散在有機(jī)粘合劑中以制取磁性料漿。以醫(yī)用刀片法把該磁性料漿形成30μ厚的磁性陶瓷坯片。下面將提到，該磁性陶瓷坯片經(jīng)過焙燒后形成的磁性陶瓷的線膨脹系數(shù)為130×10-6/℃。
在上述陶瓷坯片的一部分的預(yù)定位置打上通孔之后，印刷多組按垂直和/或水平方向?qū)?zhǔn)的環(huán)狀的銀漿內(nèi)電極，將銀漿抽過上述通孔使其印刷在通孔的內(nèi)表面，以作為通孔內(nèi)的導(dǎo)體。
用上述同樣的方法制備主要含TiO2的介電陶瓷粉末，和介電陶瓷坯片。同樣，也用銀漿在介電陶瓷坯片的一部分印刷多組按垂直和/或水平方向?qū)?zhǔn)的內(nèi)電極圖形。下面將提到，該介電陶瓷坯片經(jīng)過焙燒后便形成介電陶瓷，其線膨脹系數(shù)為8.5×10-6/℃，與上述磁性陶瓷的線膨脹系數(shù)之差為4.5×10-6/℃。
其次，按表1所列的重量百分比(wt％)向介電陶瓷材料中加入成分為SiO246.1wt％、B2O31.5wt％B2、Na2O19.8wt％、K2O21.2wt％、BaO9.9wt％和ZnO1.5wt％的玻璃粉，形成四種介電-玻璃陶瓷坯片A、B、C和D。上述成分的玻璃的線膨脹系數(shù)為16×10-6/℃，大于磁性陶瓷的線膨脹系數(shù)，當(dāng)然也大于介電陶瓷的線膨脹系數(shù)。另外，表1列出了上述介電-玻璃陶瓷坯片A、B、C和D經(jīng)過焙燒后形成的中間陶瓷層a、b、c和d的線膨脹系數(shù)。為了便于比較，表1也列出了磁性陶瓷層和介電陶瓷層的線膨脹系數(shù)。
首先，堆積沒有印刷內(nèi)電極圖形的空白磁性陶瓷坯片，然后在這些空白片上逐層堆積印刷有內(nèi)電極圖形的磁性陶瓷坯片，這樣上述內(nèi)電極圖形便通過上述通孔連接成螺旋狀的線圈。再在這些磁性陶瓷坯片上堆積沒有印刷內(nèi)部電極圖形的空白磁性陶瓷坯片。
接著，從底部開始按D、C、B和A的順序堆積含有介電-玻璃陶瓷A、B、C和D的四種介電-玻璃陶瓷坯片。
然后，在這些介電-玻璃陶瓷坯片上堆積幾片沒有印刷內(nèi)電極圖形的介電陶瓷坯片。再在它們上面交替堆積幾片介電陶瓷坯片，各片的內(nèi)電極圖形相互錯(cuò)開，再在它們上表面堆積沒有印刷內(nèi)電極圖形的介電陶瓷坯片。
然后經(jīng)過390kf/cm2壓力把它們壓縮成一體，成為疊層體，把該疊層體切割成一些單片。這些沒有經(jīng)過焙燒的疊層單片先在500℃進(jìn)行處理以去除其中的結(jié)合劑，然后在890℃進(jìn)行焙燒，從而獲得上千件如圖1所示的疊層體11的片子。
在圖1中，磁性陶瓷層1、1…和磁性陶瓷層1′、1′…是通過焙燒上述磁性陶瓷坯片而形成的。中間陶瓷層a、b、c和d是通過焙燒上述各介電-玻璃陶瓷坯片A、B、C和D而形成的。介電陶瓷層7、7…和介電陶瓷層7′、7′…是通過焙燒上述介電陶瓷坯片而形成的。
上述磁性陶瓷層1、1′；中間陶瓷層a、b、c和d；磁性陶瓷層7和7′中各分層的厚度列于下面的表2，尤其是其中的第4號試樣一欄內(nèi)。
然后，從按上述方法制得的疊層體中隨機(jī)取出二十(20)片，切開，用光學(xué)顯微鏡檢查其截面的裂紋情況，在所取的二十片疊層體試樣中沒有發(fā)生裂紋。結(jié)果仍然列于表2的4號試樣一欄內(nèi)。
在疊層體11的其余兩個(gè)側(cè)面上涂刷導(dǎo)電漿料如銀漿，焙燒之，再在上面進(jìn)行鍍鎳或焊錫處理以形成外電極14和14。這樣，具有圖2所示的結(jié)構(gòu)的疊層復(fù)合電子器件便制作完成。
此外，采用上述相同的方法，通過堆積沒有用于形成中間陶瓷層a、b、c和d的介電-玻璃陶瓷坯片的陶瓷坯片，和通過改變用于形成中間陶瓷層a、b、c和d的介電-玻璃陶瓷坯片的組合，得到了1、2、3、5和6號試樣的疊層體11，分別列于表2各個(gè)相應(yīng)的欄目內(nèi)，同樣，也檢驗(yàn)它們的裂紋情況。其檢驗(yàn)結(jié)果也分別列于表2各相應(yīng)欄目內(nèi)。
盡管上述陶瓷層的線膨脹系數(shù)都列于表1，但是標(biāo)有“*1”的2號試樣的磁性陶瓷層的線膨脹系數(shù)為10.5×10-6/℃，而標(biāo)有“*2”的3號試樣的磁性陶瓷層的線膨脹系數(shù)為11.5×10-6/℃。
從表2中顯而易見，4號試樣和5號試樣的疊層體11內(nèi)的裂紋產(chǎn)生率都為零，在4試樣中，在磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′之間插入線膨脹系數(shù)為四個(gè)臺階且其厚度均為45μm的中間層a、b、c和d，而在5號試樣中，在磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′之間插入線膨脹系數(shù)為三個(gè)臺階且其厚度均為45μm的中間層a、c和d。上述兩個(gè)試樣中，其各陶瓷層的線膨脹系數(shù)差都小于2×10-6/℃。另外，沒有插入中間層的2號試樣的疊層體11內(nèi)也沒有產(chǎn)生裂紋。其陶瓷層線膨脹系數(shù)差也很小，約為2×10-6/℃。
另一方面，在沒有插入中間陶瓷層的情況下，如1號和3號試樣，裂紋產(chǎn)生率很高，其中磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′的線膨脹系數(shù)之差超過上述數(shù)值，即2×10-6/℃。另外，在6號試樣中，在磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′之間插入兩個(gè)臺階的中間層a和d，由于中間層a和d的線膨脹系數(shù)為之差超過2×10-6/℃。因此在其疊層體內(nèi)裂紋產(chǎn)生率也很高。
根據(jù)這些結(jié)果，顯而易見，當(dāng)線膨脹系數(shù)差超過2×10-6/℃時(shí)，在磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′之間插入中間陶瓷層a、b、c和d是有效的。另外，正如上述例子中的情況一樣，當(dāng)中間陶瓷層a、b、c和d的厚度約為10μm時(shí)，通過降低磁性陶瓷層1、1′和中間陶瓷層a、介電陶瓷層和中間陶瓷層d、以及中間陶瓷層a、b、c和d之間的線膨脹系數(shù)差使其小于2×10-6/℃，就能夠有效地防止疊層體11產(chǎn)生內(nèi)部裂紋。實(shí)例2在上述實(shí)施例1中，通過向介電陶瓷中加入玻璃粉末制備了用于形成中間陶瓷層a、b、c和d的陶瓷坯片，在本實(shí)施例中的取代方式是，分別按表3所給的數(shù)量在磁性陶瓷材料中加入具有線膨脹系數(shù)為5×10-6/℃的Si-B族玻璃粉(alumionborosili eate glass鋁硼硅玻璃)制備四種磁性-玻璃陶瓷坯片A、B、C和D。表3中也列出了按上述方法制備的中間玻璃陶瓷層a、b、c和d的線膨脹系數(shù)。另外，為了便于比較，表3還列出了磁性陶瓷和介電陶瓷的線膨脹系數(shù)。
另外，按與上述實(shí)施例1相似的方式，制備六種疊層體11，其列于表4中，其中使用部分上述從A到D的磁性-玻璃陶瓷坯片。也檢驗(yàn)了裂紋產(chǎn)生情況，其結(jié)果列于表4的相應(yīng)欄目內(nèi)。
在2號和3號試樣中，沒有堆積不含玻璃成分的磁性陶瓷層，代替它們的是，由上述磁性-玻璃陶瓷坯片B制成的具有10.4×10-6/℃的線膨脹系數(shù)的陶瓷，和由上述磁性-玻璃陶瓷坯片C制成的具有11.3×10-6/℃的線膨脹系數(shù)的陶瓷，用它們來形成疊層體。
從表4中顯而易見，4號試樣和5號試樣的疊層體11內(nèi)的裂紋產(chǎn)生率都為零，在4號試樣中，在磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′之間插入線膨脹系數(shù)為四個(gè)臺階的中間層a、b、c和d具其厚度為50μm，而在5號試樣中，在磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′之間插入線膨脹系數(shù)為三個(gè)臺階的中間層a、c和d且其厚度為50μm。上述兩個(gè)試樣中，其陶瓷層的線膨脹系數(shù)之差都小于2×10-6/℃。另外，在2號試樣中，堆積與中間陶瓷層b相同的厚度為600μm的陶瓷層，而無磁性陶瓷層1、1′，其疊層體11中沒有產(chǎn)生裂紋，介電陶瓷層7、7′和中間陶瓷層b的線膨脹系數(shù)差也小于2×10-6/℃。
另一方面，在沒有插入中間陶瓷層的情況下，如1號試樣，裂紋產(chǎn)生率提高，其中磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′之間的線膨脹系數(shù)差超過2×10-6/℃。同樣，在3號試樣中裂紋產(chǎn)生率也很高，該試樣中堆積了與中間陶瓷層C相同的厚度為600μm的陶瓷層，而無磁性陶瓷層1、1′。另外，在6號試樣中，在磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′之間插入兩個(gè)臺階的中間層a和d，若該中間層a和d之間的線膨脹系數(shù)超過2×10-6/℃，則疊層體11的裂紋產(chǎn)生率高。
根據(jù)這些結(jié)果，就會明白與上述實(shí)施例同樣的道理。實(shí)例3在上述實(shí)施例1中，通過向介電陶瓷材料中加入玻璃粉末制備用于形成中間陶瓷層a、b、c和d的陶瓷坯片，在本實(shí)施例中，代替上述方式，通過改變含有Fe2O3、NiO、ZnO和CuO的鐵氧體類磁性陶瓷的成分，主要是ZnO和CuO的含量，制備用于形成表5所列的從A到P的中間陶瓷層的各種磁性陶瓷坯片。表5還列出了用下面將提及的對上述磁性陶瓷坯片A至P進(jìn)行焙燒的方法形成的各種中間玻璃陶瓷層的線膨脹系數(shù)。
從以上表5所列的從A至P的磁性陶瓷可看出，在含F(xiàn)e2O3、NiO、ZnO和CuO的磁性陶瓷中，NiO而不是CuO的含量越高，則其線膨脹系數(shù)越高。另一方面，從I至N的磁性陶瓷發(fā)現(xiàn)，即使Fe2O3的含量改變，其線膨脹系數(shù)也沒有明顯的變化。同樣，從O至P的磁性陶瓷發(fā)現(xiàn)，即使CuO含量改變，其線膨脹系數(shù)也沒有明顯的變化。另外，向表5所列的磁性陶瓷中加入任意一種1mol％的下列元素的氧化物、Co、Mn、Si、Pb、Li、B、P、Cr、Mo、W、Zr、Ca、Ti、K、Ag或Bi，線膨脹系數(shù)沒有發(fā)現(xiàn)明顯的變化。
其次，按與上述實(shí)施例1相同的方法，用上述陶瓷坯片A、B、C和D制得六種疊層體11，并且檢查其裂紋產(chǎn)生情況，結(jié)果列于表6的各個(gè)欄目內(nèi)。
在2號和3號試樣中，沒有堆積或疊加具有13.6×10-6/℃線膨脹系數(shù)的磁性陶瓷，代替它們的是，分別堆積能夠制成具有10.5×10-6/℃線膨脹系數(shù)的陶瓷的磁性-玻璃陶瓷坯片B，和能夠制成具有11.2×10-6/℃線膨脹系數(shù)的陶瓷的磁性-玻璃陶瓷坯片C。
表6所得的結(jié)果幾乎與上述實(shí)施例表4所得的結(jié)果相同，所以可以理解其道理相同。
再次，用與上述實(shí)施例1相同的方法，獲得八種疊層體11，列于表7，其中部分采用了上述磁性陶瓷材料的從A至E的磁性陶瓷坯片，對上述疊層體11的裂紋情況進(jìn)行檢驗(yàn)，其結(jié)果列于表7的各個(gè)相應(yīng)的欄目。
從上述表7可以看出，4號試樣和5號試樣的疊層體11的裂紋產(chǎn)生率都為零。在5號試樣中，在磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′之間插入線膨脹系數(shù)為五個(gè)臺階的中間層a、b…且其厚度為10μm。上述各陶瓷層之間的線膨脹系數(shù)差小于1×10-6/℃。同樣，在4號試樣中，在磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′之間插入線膨脹系數(shù)為兩個(gè)臺階的中間層b和d，在該試樣中，盡管上述各陶瓷層的線膨脹系數(shù)大于1×10-6/℃，但是其厚度為50μm，是5號試樣中間層厚度的5倍。
另一方面，在沒有插入中間層的情況下，裂紋產(chǎn)生率很高，例如1號試樣，其中磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′之間的線膨脹系數(shù)差很大。其次，在3號試樣中，即使在磁性陶瓷層1、1′和介電陶瓷層7、7′之間插入兩個(gè)臺階的中間層b和d而該中間層厚度較小，如每層厚度為30μm，如果該中間層b和d之間的線膨脹系數(shù)差超過1×10-6/℃，則疊層體11的裂紋產(chǎn)生率將很高。
此外，即使磁性陶瓷層1、1′、中間層a、b…、和介電陶瓷層7、7′之間的線膨脹系數(shù)差達(dá)到2×10-6/℃，例如8號試樣，如果插入一個(gè)相對較厚的40μm的中間陶瓷層b，疊層體11仍然不產(chǎn)生裂紋。但是，如果中間陶瓷層b很薄，例如6號和7號試樣中的10μm和30μm，則很容易產(chǎn)生裂紋，即，中間層厚度越小，疊層體裂紋產(chǎn)生率越高。
根據(jù)上述結(jié)果可以看出，在中間陶瓷層a、b、c和d的厚度很小如10μm的情況下，通過降低各層之間的線膨脹系數(shù)差至1×10-6/℃以下，則能夠有效地防止疊層體11產(chǎn)生裂紋，但是，如果線膨脹系數(shù)之差大于該值，則需使中間層a、b、c和d的厚度大于10μm。
如上所陳，根據(jù)本發(fā)明制成的疊層復(fù)合電子器件能夠防止因不同的陶瓷層1、1′和7和7′之間的熱膨脹率的差別而造成的熱應(yīng)力。因此，能夠防止疊層體11的變形，如彎曲和內(nèi)裂紋的產(chǎn)生。
表1陶瓷材料的種類 玻璃添加量 線膨脹系數(shù)介電材料0wt％ 8.5×10-6/℃介電-玻璃A 13.3wt％9.6×10-6/℃介電-玻璃B 26.7wt％10.3×10-6/℃介電-玻璃C 40.0wt％11.4×10-6/℃介電-玻璃D 53.3wt％12.4×10-6/℃磁性材料-- 13.0×10-6/℃
表2樣品號介電層厚度 中間層厚度(μm) (μm)A B CD1 600 - ---2 600*1 - ---3 600*2 - ---4 600 4545 45 455 600 45-45 456 600 45--45樣品號磁性層厚度裂紋發(fā)生數(shù)(μm)1 600 202 600*103 600*2164 600 05 600 06 600 17表3陶瓷材料 玻璃加入量 線膨脹系數(shù)介電材料-- 8.5×10-6/℃磁性-玻璃A43 8wt％9.6×10-6/℃磁性-玻璃B31.3wt％10.4×10-6/℃磁性-玻璃C18.3wt％11.3×10-6/℃磁性-玻璃D6.3wt％ 12.7×10-6/℃磁性材料 0wt％ 13.0×10-6/℃
表4樣品號介電層厚度中間層厚度(μm) (μm)A BCD1 600 - ---2 600 - 600 --3 600 - -600 -4 600 5050 50 505 600 50-50 506 600 50--50樣品號磁性層厚度裂紋發(fā)生數(shù)(μm)1 600 202 --03 --154 600 05 600 06 600 18
表5成分含量(mol％) 線膨脹系數(shù)Fe2O3NiO ZnO CuO(×10-6/℃)A49.01.0 44.06.09.6B49.011.034.06.010.5C49.020.025.06.011.2D49.025.020.06.011.9E49.030.015.06.012.5F49.035.010.06.013.0G49.042.03.0 6.013.7H49.045.00.0 6.014.0I40.00.0 45.05.09.6J40.025.020.05.012.1K40.045.00.0 5.014.4L50.00.0 45.05.09.5M50.025.020.05.012.0N50.045.00.0 5.014.2O49.025.023.03.012.0P49.025.06.0 20.0 12.0
表6樣品號 介電層厚度 中間層厚度(μm) (μm)A BC D1 600 - -- -2 600 - 600 - -3 600 - -600 -4 600 4040 40405 600 40-40406 600 40-- 40樣品號磁性層厚度裂紋發(fā)生數(shù)(μm)1 600202 -- 03 -- 174 60005 60006 60018
表7樣品號 介電層厚度中間層厚度(μm) (μm)AB C D E1 600-- - - -2 600-- 100 - -3 600-30- 30-4 600-50- 50-5 60010 101010106 600-10- 10107 600-301010108 600-40101010樣品號磁性層厚度 裂紋發(fā)生數(shù)(μm)1 600 202 600 203 600 154 600 05 600 06 600 167 600 68 600 0
權(quán)利要求
1.一種疊層復(fù)合電子器件，包括一個(gè)通過堆積多層陶瓷層(1，1′和7，7′)而形成的疊層體(11)，每層陶瓷層具有互不相同的熱膨脹率；和設(shè)在所述疊層體的陶瓷層之間的彼此相鄰的中間陶瓷層(a、b、c和d)，其中，每個(gè)所述的中間陶瓷層的熱膨脹率各不相同且按臺階式變化，以減小在所述陶瓷層之間的熱膨脹率之差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層復(fù)合電子器件，其中，所述的中間陶瓷層(a、b、c、d)包括通過將玻璃添加至所述疊層的所述陶瓷層(1、1′和7、7′)之一的成分內(nèi)而使熱膨脹率得到調(diào)整的陶瓷層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層復(fù)合電子器件，其中，所述中間陶瓷層(a、b、c、d)包括熱膨脹率經(jīng)過調(diào)整了的且具與所述陶瓷層(1、1′和7、7′)之一相同的主成分的陶瓷層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的疊層復(fù)合電子器件，其中，所述中間陶瓷層(a、b、c、d)包括通過改變具有上述陶瓷層(1、1′和7、7′)之一的主成分的比率而使熱膨脹率得到調(diào)整的陶瓷層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層復(fù)合電子器件，其中，所述陶瓷層之一(7、7′)和所述中間陶瓷層(a、b、c、d)是由介電陶瓷制成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層復(fù)合電子器件，其中，所述中間陶瓷層(a、b、c、d)包括Fe2O3、NiO、ZnO和CuO作為其成分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的疊層復(fù)合電子器件，其中，所述中間陶瓷層(a、b、c、d)通過改變所含的NiO和ZnO的成分比率而使其熱膨脹率得到調(diào)整。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疊層復(fù)合電子器件，其中，所述中間陶瓷層(a、b、c、d)熱膨脹率按臺階式變化，其中至少有一個(gè)具有與其它幾個(gè)不同的厚度。
9一種用于制造疊層復(fù)合電子器件的制造方法，該器件包括一個(gè)疊層體(11)，該疊層體堆積有多層陶瓷層(1、1′和7、7′)，各層具有互不相同熱膨脹率，所述方法包括下列步驟堆積不同種類的陶瓷坯片以形成疊層體；以及焙燒所述疊層體，其中進(jìn)一步包括形成用作中間陶瓷層的陶瓷坯片，各中間陶瓷層具有互不相同的按臺階式變化的熱膨脹率以降低上述疊層體中各陶瓷層之間的熱膨脹率之差；以及將具有互不相同的熱膨脹率的所述中間陶瓷層的陶瓷坯片插入用于形成多層陶瓷層(1、1′和7、7′)的陶瓷坯片之間。
全文摘要
一種疊層復(fù)合電子器件,包括:一個(gè)通過堆積多層陶瓷層(1,1′和7,7′)而形成的疊層體(11),每層陶瓷層具有互不相同的熱膨脹率;和設(shè)在所述疊層體的陶瓷層之間的彼此相鄰的中間陶瓷層(a、b、c和d),其中,每個(gè)所述的中間陶瓷層的熱膨脹率各不相同且按臺階式變化,以減小在所述陶瓷層之間的熱膨脹率之差。
文檔編號H01F41/04GK1194446SQ9810534
公開日1998年9月30日 申請日期1998年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月28日
發(fā)明者山口隆志 申請人:太陽誘電株式會社