專利名稱：制造陶瓷疊層的設(shè)備和方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及制造陶瓷疊層結(jié)構(gòu)的設(shè)備和方法，其中疊層結(jié)構(gòu)用作高頻電路中的疊層陶瓷基片。
目前，對于小型化和復(fù)雜化的便攜式通訊設(shè)備的需求日益增長，例如便攜式電話。這導(dǎo)致用于便攜式通訊設(shè)備中的小型和復(fù)雜高頻電路板的需求日益增長。
為了滿足這種需求，提出了使用高頻電路疊層陶瓷片替代電容和電感貼于表面的電路板，而陶瓷疊層本身結(jié)合有電容和電感，通過將電容的線路圖案形成在絕緣陶瓷片中以及將電感的線路圖案形成在磁性陶瓷片中使裝置小型化。


圖11A是表示陶瓷疊層的透視圖。從圖11B中可以看出，陶瓷疊層100的制造方式為，多片(圖中所示的為3片)絕緣陶瓷材料片(基片)102A、102B和102C和多片(圖中所示的為3片)磁性陶瓷片104A、104B和104C相互堆疊在一起形成材料片的疊層105，其中絕緣陶瓷材料片102A、102B和102C上分別具有構(gòu)成電容的線路圖案101A、101B和101C，磁性陶瓷片104A、104B和104C上分別具有構(gòu)成電感的線路圖案103A、103B和103C。此后將材料片的疊層一起放入約800℃-1300℃的高溫下燒結(jié)。所用的絕緣陶瓷材料片102A、102B和102C可以由諸如玻璃陶瓷之類的材料制成。所用的磁性陶瓷材料片104A、104B和104C可以由諸如NiClZn系統(tǒng)的鐵氧體、Ba系統(tǒng)六方鐵氧體等材料制成。
陶瓷疊層100本身結(jié)合有電容和電感，可以減少作為表面安裝元件的電容和電感的數(shù)量。因此，使用這種陶瓷疊層作為高中電路的電路板可以縮小高頻電路模塊。
傳統(tǒng)技術(shù)制造的陶瓷疊層的問題如圖12C所示。陶瓷疊層110產(chǎn)生彎曲，這是由于在將不同材料堆疊的陶瓷片燒結(jié)成單獨(dú)的陶瓷燒結(jié)體過程中，絕緣陶瓷材料片和磁性陶瓷材料片的收縮系數(shù)不同。彎曲的程度取決于陶瓷材料片的種類和厚度，粉末與粘結(jié)劑的混合比，粉末的粒徑及形狀，燒結(jié)條件等等。
當(dāng)陶瓷疊層110中沒有彎曲時，如圖12A所示，分別形成在互相靠近的陶瓷片111和112上的線路圖案113和114之間的電接觸沒有出現(xiàn)斷開。另一方面，當(dāng)陶瓷疊層110出現(xiàn)彎曲時，如圖12B所示，形成在陶瓷片111和112上并且互相靠近的線路圖案113和114可以因?yàn)樘沾刹牧掀?11和112的相互剝離而彼此分離。在這種情況下，導(dǎo)線電阻增大，大大降低高頻電路模塊的特性。并且，如果彎曲增大，如圖12C所示，陶瓷疊層110中形成裂紋115，從而大大降低產(chǎn)量。
特別是，本發(fā)明在將不同收縮系數(shù)的生坯片，例如絕緣材料和磁性材料等等，結(jié)合在一起同時燒結(jié)時，通過在陶瓷疊層上均勻地施加機(jī)械作用力校正彎曲。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的制造設(shè)備是一套陶瓷疊層制造設(shè)備，用于將至少一層陶瓷材料片堆疊的材料片疊層集成在一起，包括完成材料片層疊的密封處理室；通過減小處理室體積對材料片疊層加壓的加壓裝置；置于處理室內(nèi)壁與材料片疊層之間的變形緩沖材料；以及加熱材料片疊層的加熱裝置。
這種制造設(shè)備有效地用于陶瓷材料片燒結(jié)之前的“生坯片”以及燒結(jié)之后的陶瓷材料片。
優(yōu)選地，材料疊層包括生坯片，加熱裝置包括燒結(jié)生坯片的燒結(jié)裝置。
在根據(jù)本發(fā)明的制造陶瓷疊層的設(shè)備中，優(yōu)選地，處理室內(nèi)壁和材料片疊層之間的整個區(qū)域充滿緩沖材料。
加壓裝置可以包括一對加壓元件，構(gòu)成處理室的一部分壁并對材料片疊層加壓，從而在堆疊方向上從兩側(cè)將其夾在中間；緩沖材料可以加入到加壓元件與材料片疊層之間。
緩沖材料是由在陶瓷材料片相互結(jié)合在一起的溫度下不發(fā)生熱變化的材料制成的。
優(yōu)選的，緩沖材料由塑性金屬制成。緩沖材料是粉末的形式或薄膜帶的形式。
材料片疊層包括相互堆疊在一起的至少一層絕緣陶瓷材料片和至少一層磁性陶瓷材料片。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明制造設(shè)備，材料片疊層與處理室內(nèi)壁之間的空間充滿緩沖材料，材料片疊層在燒結(jié)爐中加熱，同時通過緩沖材料以減小處理室體積的方式進(jìn)行材料片疊層的加壓。以這種方式，材料片疊層可以在燒結(jié)的同時通過緩沖材料受壓。這抑制了陶瓷疊層的彎曲，從而提供沒有彎曲的陶瓷疊層。并且當(dāng)生坯片在集成疊層的步驟中燒結(jié)時，可以抑制由于燒結(jié)材料片疊層步驟中出現(xiàn)致密化現(xiàn)象引起的陶瓷疊層的彎曲。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的制造陶瓷疊層的方法是，在燒結(jié)溫度下加熱時通過燒結(jié)材料片疊層制造集成陶瓷疊層的方法，材料片疊層包括至少一層具有不同的熱收縮系數(shù)的陶瓷材料片，并相互堆疊在一起，材料片疊層裝在密閉的處理室中，變形緩沖材料裝在處理室內(nèi)壁與材料片疊層之間，材料片疊層受到熱處理的同時通過減小處理室體積利用緩沖材料對其加壓。
在本發(fā)明制造陶瓷疊層的方法中，優(yōu)選地，處理室內(nèi)壁與材料片疊層之間的整個區(qū)域充滿緩沖材料。
加壓裝置包括一對加壓元件，構(gòu)成處理室的一部分壁并對材料片疊層加壓，從而在堆疊方向上從兩側(cè)將其夾在中間；并且緩沖材料可以加入一對加壓元件與材料片疊層之間。
優(yōu)選地，緩沖材料由塑性金屬制成。緩沖材料是以粉末的形式或薄膜帶的形式。
優(yōu)選地，緩沖材料是粒徑為0.1-3μm的粉末。0.1-3μm的粒徑保證良好的流動性。
優(yōu)選地，材料片疊層包括相互堆疊在一起的至少一層絕緣陶瓷材料片和至少一層磁性陶瓷材料片。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明制造方法，材料片疊層與處理室內(nèi)壁之間的空間充滿緩沖材料，材料片疊層在燒結(jié)爐中加熱同時材料片疊層的加壓是通過緩沖材料以減小處理室體積的方式進(jìn)行。以這種方式，材料片疊層可以在燒結(jié)的同時通過緩沖材料受壓。這抑制了由于燒結(jié)材料片疊層步驟中出現(xiàn)致密化現(xiàn)象引起的陶瓷疊層的彎曲，從而提供沒有彎曲的陶瓷疊層。
附圖的簡要描述圖1A是本發(fā)明制造設(shè)備第一實(shí)施例的分解透視圖；圖1B是剖視圖；圖2A到2C是制造流程圖，表示使用圖1A和1B所示制造設(shè)備制造陶瓷疊層的方法的一個例子；圖3A是本發(fā)明制造設(shè)備第二實(shí)施例的分解透視圖；圖3B是剖視圖；圖4A到4C是制造流程圖，表示使用圖3A和3B所示制造設(shè)備制造陶瓷疊層的方法的一個例子；圖5A是本發(fā)明制造設(shè)備第三實(shí)施例的分解透視圖；圖5B是剖視圖；圖6A到6C是制造流程圖，表示使用圖5A和5B所示制造設(shè)備制造陶瓷疊層的方法的一個例子；圖7A是本發(fā)明制造設(shè)備第四實(shí)施例的分解透視圖；圖7B是剖視圖；圖8是本發(fā)明制造設(shè)備第五實(shí)施例的剖視圖；圖9是利用本發(fā)明制造設(shè)備和制造方法制造的陶瓷疊層的剖視圖；圖10A是在燒結(jié)步驟沒有加壓所制造的陶瓷疊層的外觀圖；圖10B是根據(jù)本發(fā)明方法制造的陶瓷疊層的外觀圖；圖11A是表示陶瓷疊層典型結(jié)構(gòu)的透視圖；圖11B是分解透視圖；圖12A是當(dāng)疊層沒有彎曲時線路圖案連接狀態(tài)的剖視圖；圖12B是當(dāng)疊層彎曲時線路圖案連接狀態(tài)的剖視圖；圖12C是表示陶瓷疊層中出現(xiàn)彎曲時的側(cè)視圖。
從圖中可以看出，根據(jù)第一實(shí)施例的制造設(shè)備10包括圓柱主體元件11；加壓模具13，由一對從上、下方插入主體元件11中的加壓元件12A和12B組成；緩沖材料14，裝在材料片疊層105以及處理室13內(nèi)壁之間，其中疊層105位于加壓模具13的處理室13a；重塊17，從上方對加壓模具13的上加壓元件12A加壓；以及燒結(jié)爐(加熱裝置)(未示出)，用于通過加熱加壓模具13來加熱處理室13a內(nèi)部。
主體元件11和加壓元件12A和12B組成的加壓模具13是由在材料片疊層105的燒結(jié)溫度下(800℃-1300℃)不發(fā)生熱變化的材料制成。每個加壓元件12A和12B包括連成整體的圓盤形末端盤15，其直徑大于主體元件11的外徑；以及圓盤形的插入部分(突起)，緊密地與主體元件11的內(nèi)壁配合。主體元件11的內(nèi)壁和加壓元件12A、12B的內(nèi)面(插入部分16的端面)封閉的空間形成處理室13a。
緩沖材料14是由在疊層105的燒結(jié)溫度下(800℃-1300℃)不發(fā)生變化的粉末材料制成，例如氧化鋁細(xì)粉。
下面解釋使用根據(jù)此實(shí)施例的制造設(shè)備10制造陶瓷疊層100的方法。
首先，如圖11B所示的一樣，按如下方式制造六層結(jié)構(gòu)的材料片疊層105，3層絕緣陶瓷材料片102A、102B和102C和3層磁性陶瓷片104A、104B和104C相互堆疊在一起，其中絕緣陶瓷材料片102A、102B和102C上分別具有構(gòu)成電容的線路圖案101A、101B和101C，磁性陶瓷片104A、104B和104C上分別具有構(gòu)成電感的線路圖案103A、103B和103C。
接著，將材料片疊層105裝入加壓模具13的處理室13a中。
在這種情況下，如圖2A所示，下加壓元件12B插入主體元件11中，材料片疊層105放在事先裝入處理室13a底部的緩沖材料14上。從圖2B中可以看出，緩沖材料14倒入處理室13a中，直到材料片疊層105整個埋在緩沖材料14中，處理室13a中不留間隙。此后，將上加壓元件12A插入主體元件11中。
接著，如圖2C所示，將重塊17放在加壓模具13的上加壓元件12A上，加壓模具13裝入燒結(jié)爐中，處理室13a的內(nèi)部通過加壓模具13加熱預(yù)定的時間。加熱溫度設(shè)定在材料片疊層105的燒結(jié)溫度。這個加熱處理過程將材料片疊層105燒結(jié)成整體的陶瓷疊層100。
從燒結(jié)爐中取出加壓模具13。加壓模具13冷卻到室溫后將其拆下以取出陶瓷疊層100。
如上所述，材料片疊層105和處理室13a內(nèi)壁之間的空間充滿緩沖材料14，重塊17放在加壓模具13的上加壓元件12A上，從上面對處理室13a加壓。以這種方式，處理室13a受到減小體積形成的壓力。壓力從處理室13a內(nèi)壁作用到緩沖材料14上。這樣，壓力從各個方向均勻地作用在材料片疊層105上。
在這種狀態(tài)下，即在材料片疊層105通過緩沖材料14被施加壓力的狀態(tài)下，通過燒結(jié)材料片疊層105的熱處理并冷卻到室溫的冷卻處理，抑制了材料片疊層在熱處理和冷卻處理過程中在所有方向上的變形。
這抑制了由于材料片疊層105燒結(jié)過程中出現(xiàn)的致密化現(xiàn)象以及材料片疊層105冷卻到室溫過程中出現(xiàn)的收縮現(xiàn)象所造成的陶瓷疊層100的彎曲。
因此，根據(jù)第一實(shí)施例，可以防止陶瓷疊層100彎曲引起的線路圖案互相分離以及陶瓷疊層100的破裂，從而提高生產(chǎn)量。
而且，由于加壓模具容易處理并且多次使用，因此可以低成本生產(chǎn)不破裂以及線路圖案不相互分離的陶瓷疊層100。
根據(jù)第二實(shí)施例的制造設(shè)備20包括加壓模具13、重塊17和未示出的燒結(jié)爐(加熱裝置)，每個都具有與圖1所示第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)。此實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于，緩沖材料21A和21B僅位于上、下加壓元件12A、12B與材料片疊層105之間。
緩沖材料21A和21B是由高熔點(diǎn)的金屬制成的薄膜帶，例如鉑薄帶，在材料片疊層105燒結(jié)的溫度下不熔化并具有高的延展性。
使用第二實(shí)施例的制造設(shè)備20制造陶瓷疊層100的過程如下首先，如圖11B所示的一樣，按如下方式制造六層結(jié)構(gòu)的材料片疊層105，3層絕緣陶瓷材料片(生坯片)102A、102B和102C和3層磁性陶瓷片104A、104B和104C相互堆疊在一起，其中絕緣陶瓷材料片102A、102B和102C上分別具有構(gòu)成電容的線路圖案101A、101B和101C，磁性陶瓷片104A、104B和104C上分別具有構(gòu)成電感的線路圖案103A、103B和103C。
接著，將材料片疊層105裝入加壓模具13的處理室13a中。
在這種情況下，如圖4A所示，下加壓元件12B插入主體元件11中，材料片疊層105放在事先裝入處理室13a底部的緩沖材料21B上。從圖4B中可以看出，緩沖材料21A放在材料片疊層105上面，此后將上加壓元件12A插入主體元件11中。
接著，如圖4C所示，將重塊17放在加壓模具13的上加壓元件12A上，加壓模具13裝入燒結(jié)爐，處理室13a的內(nèi)部通過加壓模具13加熱預(yù)定的時間。加熱溫度設(shè)定在材料片疊層105的燒結(jié)溫度。這個加熱處理過程將材料片疊層105燒結(jié)成整體的陶瓷疊層100。
從燒結(jié)爐中取出加壓模具13。加壓模具13冷卻到室溫后將其拆下以取出陶瓷疊層100。
如上所述，緩沖材料21A和21B放在材料片疊層105和一對加壓元件12A和12B之間，將材料片疊層105從上面和下面夾在中間，利用重塊17的重量對上加壓元件12A施加壓力。以這種方式，處理室13a受到減小體積而形成的壓力。壓力從加壓元件12A和12B作用在緩沖材料21A和21B上。這樣，壓力從堆疊方向(垂直方向)通過緩沖材料21A和21B均勻地作用在材料片疊層105的上、下表面上。
在這種狀態(tài)下，即在材料片疊層105從堆疊方向通過緩沖材料21A和21B均勻地受到壓力的狀態(tài)下，通過材料片疊層105的燒結(jié)熱處理并冷卻到室溫的冷卻處理，抑制了材料片疊層在熱處理和冷卻處理過程中在堆疊方向上的變形。
這抑制了由于燒結(jié)材料片疊層105過程中出現(xiàn)的致密化現(xiàn)象以及材料片疊層105冷卻到室溫過程中出現(xiàn)的收縮現(xiàn)象所造成的陶瓷疊層100的彎曲。
因此，根據(jù)第二實(shí)施例，可以防止陶瓷疊層100彎曲引起的線路圖案互相分離以及陶瓷疊層100的破裂，從而提高生產(chǎn)量。
根據(jù)第三實(shí)施例的制造設(shè)備30包括加壓模具13、重塊17和未示出的燒結(jié)爐(加熱裝置)，每個都具有與圖1所示第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)。此實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于，薄片狀的緩沖材料31A和31B位于上、下加壓元件12A、12B與材料片(生坯片)疊層105之間，并且在處理室13a的間隙中充滿緩沖材料粉末32。
緩沖材料31A和31B是由高熔點(diǎn)的金屬制成的薄膜帶，例如鉑薄帶，在材料片疊層105燒結(jié)的溫度下不熔化并具有高的延展性。
緩沖材料粉末32是粉末狀物質(zhì)，在材料片疊層105的燒結(jié)溫度不發(fā)生燒結(jié)，例如氧化鋁細(xì)粉。
使用第三實(shí)施例的制造設(shè)備30制造陶瓷疊層100如下首先，如圖11B所示的一樣，按如下方式制造六層結(jié)構(gòu)的材料片疊層105，3層絕緣陶瓷材料片(生坯片)102A、102B和102C和3層磁性陶瓷片104A、104B和104C相互堆疊在一起，其中絕緣陶瓷材料片102A、102B和102C上分別具有構(gòu)成電容的線路圖案101A、101B和101C，磁性陶瓷片104A、104B和104C上分別具有構(gòu)成電感的線路圖案103A、103B和103C。
接著，將材料片疊層105裝入加壓模具13的處理室13a中。
在這種情況下，如圖6A所示，下加壓元件12B插入主體元件11中，材料片疊層105放在事先裝入處理室13a底部的緩沖材料31B上。從圖6B中可以看出，緩沖材料31A放在材料片疊層105上面，處理室13a的間隙充滿緩沖材料直到填充至緩沖材料31A的上表面位置，此后將上加壓元件12A插入主體元件11中。
接著，如圖6C所示，將重塊17放在加壓模具13的上加壓元件12A上，加壓模具13裝入燒結(jié)爐，處理室13a的內(nèi)部通過加壓模具13加熱預(yù)定的時間。加熱溫度設(shè)定在材料片疊層105的燒結(jié)溫度。這個加熱處理過程將材料片疊層105燒結(jié)成整體的陶瓷疊層100。
從燒結(jié)爐中取出加壓模具13。加壓模具13冷卻到室溫后將其拆下以取出陶瓷疊層100。
如上所述，片狀的緩沖材料31A和31B放在材料片疊層105和一對加壓元件12A和12B之間，從而將材料片疊層105從上面和下面夾在中間，并在處理室13a的間隙中充滿粉末狀緩沖材料32，利用重塊17的重量對上加壓元件12A施加壓力。以這種方式，處理室13a受到減小體積形成的壓力。壓力從加壓元件12A和12B作用在緩沖材料31A、31B和32上。這樣，壓力從所有方向通過緩沖材料31A、31B和32均勻地作用在材料片疊層105上。
在這種狀態(tài)下，即在整個材料片疊層105從所有方向通過緩沖材料31A、31B和32均勻地受到壓力的狀態(tài)下，通過材料片疊層105的燒結(jié)熱處理并冷卻到室溫的冷卻處理，抑制了材料片疊層在熱處理和冷卻處理過程中在堆疊方向上的變形。
這抑制了由于燒結(jié)材料片疊層105過程中出現(xiàn)的致密化現(xiàn)象以及材料片疊層105冷卻到室溫過程中出現(xiàn)的收縮現(xiàn)象造成的陶瓷疊層100的彎曲。實(shí)施例4圖7A是本發(fā)明制造設(shè)備第四實(shí)施例的分解透視圖；圖7B是其剖視圖。
根據(jù)第四實(shí)施例的制造設(shè)備40包括加壓模具13和未示出的燒結(jié)爐(加熱裝置)，每個都具有與圖1所示第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)。此實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于，對加壓模具進(jìn)行加壓的加壓裝置41同時從上方、下方將加壓模具夾在中間對其施加壓力。
加壓裝置41包括一對上、下夾板42A、42B，四個長度相同并穿過夾板42A、42B四個角上的通孔42a的夾緊螺栓43，以及四個與夾緊螺栓43配合的螺母44。
夾板42A和42B、夾緊螺栓43和螺母44是由在材料片疊層燒結(jié)溫度下不變形不熔化的材料制成，即高耐熱性的氧化物制成，例如氧化鋁。
下面解釋使用第四實(shí)施例的制造設(shè)備40制造陶瓷疊層100。
與第一實(shí)施例相似，如圖2A所示，下加壓元件12B插入主體元件11中，材料片疊層105放在事先裝入處理室13a底部的緩沖材料14上。從圖2B中可以看出，緩沖材料14倒入處理室13a中，直到材料片疊層105整個埋在緩沖材料14中，處理室13a中不留間隙。此后，將上加壓元件12A插入主體元件11中。
隨后，如圖7A所示，加壓模具13從上方和下方被加壓裝置41的夾板42A、42B夾在中間，將鎖緊螺栓43穿過夾板42A的所有四個角上的通孔42a，將螺母44分別擰在鎖緊螺栓43上。各個鎖緊螺栓43和螺母44按緊固的方向擰緊，減小上、下夾板42A、42B之間的距離。并且，從圖7B中可以看出，上、下夾板42A和42B與上、下壓力元件12A和12B之間是壓力接觸，從上方和下方對上、下夾板42A和42B夾緊的加壓模具13施加壓力。
此后，加壓模具13以及加壓裝置41裝入燒結(jié)爐中加熱預(yù)定的時間。加熱溫度設(shè)定在材料片疊層105的燒結(jié)溫度。這個加熱處理過程將材料片疊層105燒結(jié)成整體的陶瓷疊層100。
從燒結(jié)爐中取出加熱裝置41和加壓模具13，并冷卻到室溫。此后將其拆開以取出陶瓷疊層100。
如上所述，材料片疊層105與處理室13a內(nèi)壁之間的間隙充滿緩沖材料14，對加壓裝置41從上方和下方夾在中間的加壓模具13施加壓力，通過材料片疊層105的燒結(jié)熱處理并冷卻到室溫的冷卻處理，與第一實(shí)施例相似，抑制了材料片疊層在熱處理和冷卻處理過程中在所有方向上的變形。因此，可以防止陶瓷疊層100彎曲引起的線路圖案互相分離或者陶瓷疊層100的破裂。
由于材料片疊層105致密化引起的體積收縮以及加壓模具13或加壓裝置41的熱變形，甚至出現(xiàn)半接觸狀態(tài)，即材料片疊層105和加壓元件12A、12B相互之間部分接觸，但接觸失效被粉末狀的緩沖材料14吸收，作用在材料片疊層105上的壓力一直是均勻的。
第五實(shí)施例的制備設(shè)備50具有加壓模具13，其結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的相同。此實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于，從上方對加壓模具13施加壓力的加壓裝置51取代了重塊17，燒結(jié)爐52的結(jié)構(gòu)改變了。
加壓裝置51包括垂直延伸的加壓桿53以及垂直移動加壓桿53的油缸裝置54。加壓桿53穿過燒結(jié)爐52主體頂壁中心的通孔52a插入爐內(nèi)，并且具有末端53a與加壓模具13的上表面保持接觸，即與上加壓元件12A接觸。油缸裝置54裝在預(yù)定的位置，通過加壓桿53對加壓元件12A施加壓力。
下面解釋使用第五實(shí)施例的制造設(shè)備50制造陶瓷疊層100。
與第一實(shí)施例相似，如圖2A所示，下加壓元件12B插入主體元件11中，材料片疊層105放在事先裝入處理室13a底部的緩沖材料14上。從圖2B中可以看出，緩沖材料14倒入處理室13a中，直到材料片疊層105整個埋在緩沖材料14中，處理室13a中不留間隙。此后，將上加壓元件12A插入主體元件11中。
隨后，加壓模具13沿中心放在燒結(jié)爐52的主體底面上，如圖8所示，由加壓裝置51施加壓力的加壓元件12A被加熱預(yù)定的時間。壓力通過油缸裝置54的輸出控制。加熱溫度設(shè)定在材料片疊層105的燒結(jié)溫度。這個加熱處理過程將材料片疊層105燒結(jié)成整體的陶瓷疊層100。
此后，釋放加壓裝置51的壓力，從燒結(jié)爐52中取出加壓模具13，并冷卻到室溫。將加壓模具13拆開以取出陶瓷疊層100。
如上所述，材料片疊層105與處理室13a內(nèi)壁之間的間隙充滿緩沖材料14，加壓裝置51對加壓模具13施加壓力，通過材料片疊層105的燒結(jié)熱處理并冷卻到室溫的冷卻處理，與第一實(shí)施例相似，抑制了材料片疊層在熱處理和冷卻處理過程中在所有方向上的變形。因此，可以防止陶瓷疊層100彎曲引起的線路圖案互相分離或者陶瓷疊層100的破裂。
在上述第一到第五實(shí)施例中的任何一個中，通過燒結(jié)材料片疊層105的熱處理并冷卻到室溫的冷卻處理，借助緩沖材料從所有方向或者堆疊方向上對材料片疊層連續(xù)地施加均勻的壓力。因此，抑制了不同材料在同時的高溫?zé)Y(jié)和冷卻過程中陶瓷疊層的變形，從而達(dá)到如圖9所示的陶瓷疊層60中沒有彎曲和剝離，因此提高生產(chǎn)產(chǎn)量。圖9表示具有相同厚度和熱收縮系數(shù)的絕緣陶瓷材料片61和磁性陶瓷材料片62堆疊和燒結(jié)的例子。不管在集成步驟是否進(jìn)行燒結(jié)，以及在相同收縮系數(shù)和不同厚度的陶瓷材料片堆疊并集成的結(jié)構(gòu)中，能夠獲得沒有彎曲和剝離的陶瓷疊層。
并且，由于使用加壓模具制造陶瓷疊層，而加壓模具容易處理并可以多次使用，因此可以低成本生產(chǎn)沒有破裂以及沒有線路圖案相互分離的陶瓷疊層100。
由于具有上述優(yōu)點(diǎn)的陶瓷疊層具有寬范圍的電容C值和電感L值，通過減少作為表面安裝部件的電感和電容的數(shù)量，高頻電路模塊可以小型化。特別是，通過使用鐵電材料，例如鈦酸鋇，作為絕緣陶瓷材料片，以及使用高頻磁性材料，例如NiCuZn鐵氧體，作為磁性陶瓷材料片，可以得到比使用氧化鋁的陶瓷疊層中范圍更寬的C值和L值，從而使高頻電路模塊進(jìn)一步小型化。
圖10A和10B表示實(shí)際制造的陶瓷疊層的外觀圖。陶瓷疊層73和74每個的結(jié)構(gòu)為，Ba系統(tǒng)六方鐵氧體的磁性陶瓷材料片71以及一般為LTC片的絕緣陶瓷材料片72堆疊并集成。
圖10A表示磁性陶瓷材料片71和絕緣陶瓷材料片72結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)，在燒結(jié)過程時沒有加壓。由于兩種片之間熱特性(膨脹系數(shù)，收縮系數(shù)等等)的不同，陶瓷疊層在熱處理過程中產(chǎn)生彎曲和分離，因此不能得到將不同種類的陶瓷材料片滿意地結(jié)合在一起所形成的陶瓷疊層。
另一方面，圖10B表示磁性陶瓷材料片71和絕緣陶瓷材料片72結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)，其中使用平均粒徑3μm的氧化鋁粉作為緩沖材料同時施加20g/cm2的載荷?？梢钥闯?，能夠得到?jīng)]有彎曲和分離的陶瓷疊層。
在上述實(shí)施例中，在燒結(jié)材料片疊層的熱處理過程以及冷卻到室溫的冷卻處理過程中，利用緩沖材料從所有方向或堆疊方向?qū)Σ牧掀B層連續(xù)施加均勻的壓力。但是，可以僅在熱處理過程中利用緩沖材料施加均勻的壓力。
在上述實(shí)施例中，復(fù)合陶瓷疊層的每層陶瓷材料片是不同類型的材料，即絕緣材料和磁性材料。但是，本發(fā)明也可以應(yīng)用于陶瓷材料片是相同材料的陶瓷疊層。也就是，本發(fā)明也可以應(yīng)用于絕緣陶瓷疊層，其中僅有多層絕緣陶瓷材料片堆疊在一起，或者僅有多層磁性陶瓷材料片堆疊在一起。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過熱處理并同時利用緩沖材料對材料片疊層加壓，即使陶瓷材料片之間的熱收縮系數(shù)不同，也能防止出現(xiàn)變形從而生產(chǎn)陶瓷疊層。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷疊層制造設(shè)備，將由至少一層堆疊陶瓷材料片組成的材料片疊層進(jìn)行集成，包括密閉處理室，容納所述材料片疊層；加壓裝置，通過減小所述處理室的體積對所述材料片疊層進(jìn)行加壓；變形緩沖材料，置于處理室內(nèi)壁與所述材料片疊層之間；以及加熱裝置，加熱材料片疊層。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷疊層制造設(shè)備，其特征在于所述材料片疊層包括生坯片，并且所述加熱裝置包括用于燒結(jié)生坯片的燒結(jié)裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷疊層制造設(shè)備，其特征在于所述處理室內(nèi)壁和所述材料片疊層之間的整個區(qū)域內(nèi)充滿緩沖材料。
4.如權(quán)利要求1所述的陶瓷疊層制造設(shè)備，其特征在于所述加壓裝置包括一對加壓元件，所述加壓元件構(gòu)成所述處理室的一部分壁并對所述材料片疊層加壓，從而在堆疊方向上從兩側(cè)將所述材料片疊層夾在中間；以及所述緩沖材料加入到所述加壓元件與所述材料片疊層之間。
5.如權(quán)利要求1所述的陶瓷疊層制造設(shè)備，其特征在于所述緩沖材料是由在陶瓷材料片相互結(jié)合在一起的溫度下不發(fā)生熱變化的材料制成的。
6.如權(quán)利要求5所述的陶瓷疊層制造設(shè)備，其特征在于所述緩沖材料由塑性金屬制成。
7.如權(quán)利要求5所述的陶瓷疊層制造設(shè)備，其特征在于所述緩沖材料是粉末的形式或薄膜帶的形式。
8.如權(quán)利要求5所述的陶瓷疊層制造設(shè)備，其特征在于所述緩沖材料是粒徑為0.1-3μm的粉末。
9.如權(quán)利要求1所述的陶瓷疊層制造設(shè)備，其特征在于所述材料片疊層包括相互堆疊在一起的至少一層絕緣陶瓷材料片和至少一層磁性陶瓷材料片。
10.如權(quán)利要求1所述的陶瓷疊層制造設(shè)備，其特征在于所述陶瓷材料片包括具有不同熱收縮系數(shù)的材料片。
11.一種制造陶瓷疊層的方法，其步驟包括將由堆疊的陶瓷材料片組成的材料片疊層裝入密閉的處理室；將可變形緩沖材料置于所述處理室內(nèi)壁和材料片疊層之間；熱處理所述材料片，同時利用緩沖材料通過減小所述處理室的體積對所述材料片施加壓力。
12.如權(quán)利要求11所述的陶瓷疊層制造方法，其特征在于所述材料片疊層包括生坯片，并且所述加熱處理包括燒結(jié)所述生坯片的步驟。
13.如權(quán)利要求11所述的陶瓷疊層制造方法，其特征在于所述處理室內(nèi)壁和所述材料片疊層之間的整個區(qū)域內(nèi)充滿所述緩沖材料。
14.如權(quán)利要求11所述的陶瓷疊層制造方法，其特征在于所述加壓裝置包括一對加壓元件，構(gòu)成所述處理室的一部分壁并對所述材料片疊層加壓，從而在堆疊方向上從兩側(cè)將所述材料片疊層夾在中間；以及將所述緩沖材料加入到所述一對加壓元件與所述材料片疊層之間。
15.如權(quán)利要求11所述的陶瓷疊層制造方法，其特征在于所述材料片疊層包括相互堆疊在一起的至少一層絕緣陶瓷材料片和至少一層磁性陶瓷材料片。
全文摘要
材料片疊層(105)和處理室(13a)內(nèi)壁之間的空間充滿緩沖材料。材料片疊層在燒結(jié)爐中加熱，同時借助重塊(17)的載荷以減小處理室(13a)體積的方式通過緩沖材料對材料片疊層施加壓力。以這種方式，將材料片疊層(105)燒結(jié)，并通過緩沖材料(14)從所有方向?qū)ζ涫┘訅毫?。這抑制了由于燒結(jié)材料片疊層(105)過程中出現(xiàn)的致密化現(xiàn)象造成的陶瓷疊層(100)的彎曲，從而提供沒有彎曲的陶瓷疊層(100)。
文檔編號H05K1/03GK1436035SQ03103118
公開日2003年8月13日 申請日期2003年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月28日
發(fā)明者吉川秀樹, 梅本卓史, 藏本慶一, 平野均 申請人:三洋電機(jī)株式會社