專利名稱：磁性微晶玻璃陶瓷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種制造片式電感和多層電感用磁性微晶玻璃陶瓷材料的制造方法，所屬技術(shù)領(lǐng)域為電子材料與器件。
最簡單的電感元件可以在陶瓷基片表面相應(yīng)部位施加上一定厚度的銀帶(直線、彎折線或環(huán)線)構(gòu)成。現(xiàn)在所采用的方法一種是以低熔點、低介電常數(shù)玻璃粉為原料制造多層電感器，這種方法雖然降低電容，但是電感量較小，要增加電感就必須增加層數(shù)，使得元件的體積增大并且給元件的制造工藝帶來非常大的困難。另一種方法則是用現(xiàn)有的低燒鐵氧體材料來制造多層電感器，此方法雖然增大了器件的電感，但由于材料的介電常數(shù)較大，不可避免的增大了器件的電容。因此，制造一種低介電常數(shù)、高導磁率、低損耗以及可以與銀漿共燒在微波條件下使用的磁性微晶玻璃陶瓷材料就可以彌補以上的不足之處。
本發(fā)明的目的就是提供一種制造低介電常數(shù)、高導磁率、低損耗以及可以與銀漿共燒在微波條件下使用的磁性微晶玻璃陶瓷材料。
隨著移動通訊、計算機、數(shù)字電視及其他高速數(shù)字電路系統(tǒng)的快速發(fā)展，低微波頻段(0.3～3.0GHz)在技術(shù)上的重要性日益突出。近年來由于材料研究方面的迅速發(fā)展，元件設(shè)計制造方面的進展以及表面安裝技術(shù)(SMT)的發(fā)展，能夠工作于低微波頻段，適用于表面安裝電路的片式集總參數(shù)元件已有可能實現(xiàn)。使用片式集總參數(shù)的元件可以大幅度地縮小電路和整機的體積。最簡單的電感元件可以在陶瓷基片表面相應(yīng)部位施加上一定厚度的銀帶(直線、彎折線或環(huán)線)構(gòu)成。本發(fā)明所提供的技術(shù)主要應(yīng)用于制造單層或多層電感的磁性微晶玻璃陶瓷粉料以及其他需要增加元件電感量(相應(yīng)的可減小元件的尺寸)的磁性覆蓋層。
本發(fā)明專利提出一種制備低介電常數(shù)(ε)小于8、導磁率μ為2～10、導磁率溫度系數(shù)(αμ)小于±60ppm/℃、低電磁損耗可用于微波波段的高穩(wěn)定磁性微晶玻璃陶瓷材料的方法，包括原位析晶、顆粒包覆和兩相直接復合的工藝方法。


圖1和圖2分別是采用原位析晶的方法獲得的材料的介電常數(shù)和介電損耗與頻率的關(guān)系以及電感和Q值與頻率的關(guān)系；圖3和圖4則分別是采用顆粒包覆的方法獲得的材料的介電常數(shù)和介電損耗與頻率的關(guān)系以及電感和Q值與頻率的關(guān)系；圖5是分別制備在不同基片上微帶線的電感與頻率的關(guān)系(a在石英基片上的電感，b在磁性微晶玻璃陶瓷基片上的電感)。
低軟化點、低介電常數(shù)玻璃體系(B-Si-K系，其中B25～60mol％，Si70～30mol％，K5～10mol％。B-Si-Li系，其中B25～60mol％，Si70～30mol％，Li5～10mol％。B-Si系，其中B25～60mol％，Si70～30mol％的制造，對Ni-Zn尖晶石鐵氧體、Y-Gd石榴石鐵氧體微粉的包覆技術(shù)以及在上述玻璃體系中析出Ni1-xZnxFe2O4(x≤0.4)尖晶石微晶玻璃陶瓷的制造方法。
在給出這三種磁性微晶玻璃陶瓷材料的制造方法時要用到下列的單元合成方法(如不特別說明以下原材料的比例均為摩爾比)組份A采用溶膠-凝膠方法合成制備顆粒包覆用的先體溶液。
按如下比例將正硅酸乙酯∶無水乙醇∶去離子水＝1∶4∶4混合攪拌，并加入稀硝酸使溶液的pH值等于2，攪拌10分鐘后，加入硼酸三正丁酯使正硅酸乙酯∶硼酸三正丁酯＝2∶1，繼續(xù)攪拌至一定的粘度。組份B低軟化點、低介電常數(shù)(≤8)玻璃粉的制造。
以B2O3、SiO2和K2O為原料，按如下的比例B2O325～35mol％、SiO255～70mol％、K2O5～10mol％稱量后混合，然后在高溫下(1400℃～1500℃)熔融，直接倒入水中，磨細后備用。組份C化學方法合成Ni-Zn鐵氧體。
將Ni(CH3COOH)2·4H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O和Fe(NO3)3·9H2O按Ni1-xZnxFe2O4(x≤0.4)化學計量比混合，并將其在有機溶劑中加熱溶解，之后放置在50℃的溫箱中，成膠后再在500℃～600℃下分解，研細后在1100℃～1200℃下焙燒2小時，使其形成尖晶石結(jié)構(gòu)，然后球磨成細粉。組份D化學方法合成Y-Gd石榴石鐵氧體。
將Y(NO3)3·6H2O、Gd(NO3)·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O按Y3(1-x)Gd3xFe5O12(x≤0.6)化學計量比在有機溶劑中加熱溶解，之后放置在50℃的溫箱中，成膠后再在500℃～600℃下分解，磨細后在1400℃～1500℃下焙燒2小時，使其形成石榴石結(jié)構(gòu)，然后球磨成細粉。組份E氧化物陶瓷工藝合成Ni-Zn鐵氧體。
將NiO、ZnO和Fe2O3按Ni1-xZnxFe2Q4(x≤0.4)化學計量比混合均勻后，在1200℃～1280℃的溫度下，焙燒2小時，使其形成尖晶石結(jié)構(gòu)，然后球磨成細粉。
以上所列Ni-Zn尖晶石鐵氧體、Y-Gd石榴石鐵氧體的制造方法在軟磁鐵氧體制造領(lǐng)域是已經(jīng)成熟的技術(shù)，而采用溶膠-凝膠方法合成低軟化溫度、低介電常數(shù)的硼硅系玻璃粉的制造方法是經(jīng)過優(yōu)選后綜合確定的。方法一原位析晶法將Ni(CH3COOH)2·4H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O和Fe(NO3)3·9H2O按如下比例Ni1-xZnxFe2O4(x≤0.4)混合，并將其在有機溶劑中加熱溶解。之后，將組份A的溶液與其混合攪拌，成膠、干燥處理后，將其粉體壓片在950℃～1150℃下進行熱處理。在B-Si玻璃網(wǎng)絡(luò)中析出主晶相為Ni-Zn鐵氧體的尖晶石結(jié)構(gòu)。壓碎、磨細后的粉體即為所制備的磁性微晶玻璃粉。此方法所獲得的粉體的燒結(jié)溫度較高，但其介電損耗較小(＜1％)。方法二顆粒包覆法當組份A溶液達到一定的粘度時，將組份C或組份D或組份E的鐵氧體微粉加入進去，其比例可根據(jù)所要求的電、磁性能參數(shù)來確定(玻璃含量/鐵氧體含量60/40～30/70重量比)，超聲分散并攪拌均勻，等到成膠后，在300℃～500℃溫度下保溫2小時。其粉體即為所需的磁性微晶玻璃粉。方法三兩相直接復合的方法將組份B與組份C或組份D或組份E直接按玻璃含量/鐵氧體含量60/40～30/70(重量比)混合均勻，其粉體即為所需的磁性微晶玻璃粉。實施例1將方法一所獲得的磁性微晶玻璃粉壓片，在950℃～1150℃下燒結(jié)2小時，用其作基片在上面制作單層電感，其介電性能和磁性性能曲線如附圖1和圖2所示。實施例2用方法二所獲得的磁性微晶玻璃粉壓片，在850℃～920℃下保溫1小時，用其作基片制作單層電感，其電感量為石英玻璃上的兩倍(見附圖5)，如在其上再覆蓋一個相同的基片，其電感量可提高三倍以上。其介電性能和磁性性能曲線如附圖3和圖4所示。
從實施的方法來看，由于制作多層電感器(MLI)所需要特殊磁性介質(zhì)(磁性微晶玻璃陶瓷)與金屬導體(Ag或Ag-Pd合金)共燒，當采用純銀作導體時，其共燒不能高于920℃。因此，方法二和方法三所提供的技術(shù)，適用于制造多層電感器或其他低燒的情況。而方法一所提供的技術(shù)由于燒成溫度較高，此方法只適用于基體與導體可分開燒結(jié)的情況，這種方法制備的磁性微晶玻璃陶瓷的介電損耗則比方法一和方法二低。由于Y-Gd石榴石鐵氧體的使用頻率比Ni-Zn尖晶石鐵氧體要高，因此，在較高頻率(＞1GHz)的使用場合下，采用Y-Gd石榴石鐵氧體的磁性微晶玻璃陶瓷粉體更好。
權(quán)利要求
本發(fā)明專利提出了采用溶膠-凝膠方法制備低介電常數(shù)、相對高導磁率并且具有低燒特點的微晶玻璃陶瓷材料，包括原位析晶、顆粒包覆和兩相直接復合的工藝方法。要求保護的范圍1.原位析晶的工藝方法，包括材料的組成、制備。
2.顆粒包覆方法中要求保護低熔點玻璃的組成以及對Ni-Zn鐵氧體顆粒的包覆技術(shù)。
3.兩相直接復合的方法中要求保護具有低介電常數(shù)并且低熔點玻璃粉料的組成及制備方法。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種制造片式電感和多層電感用磁性微晶玻璃陶瓷材料的制造方法,所屬技術(shù)領(lǐng)域為電子材料與器件。本發(fā)明提出一種制備低介電常數(shù)(ε)小于8、導磁率μ為2～10、導磁率溫度系數(shù)(α
文檔編號H01F1/01GK1273949SQ9911369
公開日2000年11月22日 申請日期1999年5月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月13日
發(fā)明者姚熹, 翟繼衛(wèi), 趙鵬, 張良瑩 申請人:姚熹, 翟繼衛(wèi), 趙鵬