專利名稱：低溫共燒陶瓷層疊體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及未燒結(jié)的低溫共燒陶瓷(LTCC)層疊體，由其燒結(jié)的LTCC層疊體，含有所述燒結(jié)的LTCC層疊體的陶瓷電子模塊，含有所述燒結(jié)的LTCC層疊體的單片變壓器和用于制造所述燒結(jié)的LTCC層疊體的方法。
背景技術(shù)：
磁性陶瓷材料(鐵氧體)中通常添加少量的燒結(jié)助劑以便使這些鐵氧體能夠在LTCC(低溫共燒陶瓷)方法中應(yīng)用。然而，市售的基層(也稱為"基帶，，)具有顯著較高含量的燒結(jié)助劑，因此其燒結(jié)性能與LTCC鐵氧體材料的燒結(jié)性能不同。另外，與市售基層的熱膨脹系數(shù)(典型為5-6(l(T6 K-1))相比，LTCC鐵氧體材料具有高熱膨脹系數(shù)(11-12 (10—6K—1))。燒結(jié)性能和熱膨脹方面的區(qū)別導(dǎo)致燒結(jié)期間基層和磁性層彼此分離，或者導(dǎo)致鐵氧體層中應(yīng)力的形成，由此降低這些層的磁導(dǎo)率。因此，在LTCC層疊體中整合磁性陶瓷材料需要在理想方式下至少接近滿足以下邊界條件的新基層
- 燒結(jié)溫度TsS 1000 。C,特別是TsS900。C;-與鐵氧體材料的化學相容性；
-與鐵氧體材料相容的燒結(jié)特性(沒有層分離，在鐵氧體層中僅有不顯著的應(yīng)力產(chǎn)生)；
- 熱膨脹系數(shù)在11和12 (10-6 IT1)之間；
- 介電常數(shù)￡￡20。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供含有磁性陶瓷層的陶瓷LTCC層疊體，其中磁性層在燒結(jié)期間比以前的磁性層更難于分離和/或在燒結(jié)后具有更
4寸氐的內(nèi),力。
所述目的通過以下實現(xiàn)未燒結(jié)的LTCC層疊體，由其燒結(jié)的LTCC層疊體，陶瓷電子模塊，單片變壓器和用于制造所述燒結(jié)的LTCC層疊體的方法。優(yōu)選的實施方式特別可以由從屬的權(quán)利要求得到。
未燒結(jié)的LTCC層疊體具有多個互相堆疊的生坯(也就是^L預(yù)先成形的，例如壓制或鑄造，但是沒有燒結(jié)的)陶瓷層，其中至少一個第一陶瓷層含有氧化鋯(Zr02)作為主要組成成分和至少一種燒結(jié)助劑的混合物。"帶"經(jīng)常用作陶瓷層。
氧化鋯在例如其四方晶系形式下具有11-12 (10_6 K")的熱膨脹系數(shù)和20-25的介電常數(shù)s。然而，氧化鋯的燒結(jié)溫度為約1500。C至1700。C。加入至少一種燒結(jié)助劑將燒結(jié)溫度大幅度地降至卯0。C以下，同時保持介電常數(shù)￡。這種氧化鋯和燒結(jié)助劑的混合物也與典型的陶瓷鐵氧體材料在化學上和燒結(jié)特性上相容。
優(yōu)選一種未燒結(jié)的LTCC層疊體，其中所述至少一個第一生坯陶瓷層含有氧化鉍的混合物作為燒結(jié)助劑。
作為選擇或額外地，優(yōu)選一種未燒結(jié)的LTCC層疊體，其中所述至少一個第一生坯陶瓷層含有氧化硅(Si02)(特別是石英狀氧化硅)的混合物作為燒結(jié)助劑。
然而，所述燒結(jié)助劑不限于上述那些。例如，所述燒結(jié)助劑還可以是其它氧化物陶瓷或玻璃料。
優(yōu)選一種未燒結(jié)的LTCC層疊體，其中所述至少一個其它生坯陶瓷層包含生坯鐵氧體陶乾層。優(yōu)選的鐵氧體材料包含MnZn，但是也可以使用含有NiZn或NiZnCu的鐵氧體。 一般來說可以使用磁性的，特別是軟磁性的陶瓷，特別是尖晶石鐵氧體。
優(yōu)選的是， 一種或多種燒結(jié)助劑(特別是氧化鉍或氧化鉍和氧化硅一起)的比例不超過20體積％，尤其不超過15體積％,和特別是在約10體積％的范圍內(nèi)。
另外優(yōu)選的是，氧化鉍的摩爾百分比大于氧化硅的摩爾百分比。
5可以優(yōu)選一種未燒結(jié)的LTfC層疊體，其中氧化鋯是四方晶型氧^鋯(t-Zr02 )。 '
然而，還可以優(yōu)選一種未燒結(jié)的LTCC層疊體，其中氧化鋯是立方晶型氧化鋯(c-Zr02)。
優(yōu)選一種未燒結(jié)的LTCC層疊體，其中所述氧化鋯是利用0-15摩爾％氧化釔(Y203)穩(wěn)定化的或摻雜的氧化鋯，氧化釔含量特別是1-10摩爾％，尤其是3-8摩爾％。特別優(yōu)選利用3摩爾。/。氧化釔穩(wěn)定化的四方晶型氧化鋯(3YTZ)，具有較小的比表面積(例如7士2 m2/g，而不是16 ± 3 m2/g)的3YTZ ( 3YTZ-S ),或者利用8摩爾％氧化釔穩(wěn)定化的立方晶型氧化鋯(8YTZ),所有這些都由TOSOH公司，Japan市售。特別優(yōu)選利用6-10摩爾％氧化釔完全穩(wěn)定化的(立方晶型)c-Zr02。然而，穩(wěn)定化的氧化鋯不限于利用氧化釔穩(wěn)定；額外的或作為選擇，Zr02，特別是c-Zr02可以用例如具有Ce3+、 Ca2+、 Mg2+、 Sm3+的氧化物和許多其它的氧化物來穩(wěn)定。
優(yōu)選一種未燒結(jié)的LTCC層疊體，其中所述第一陶瓷層是基層(基帶)，在其上堆疊了至少一個生坯磁性陶瓷層。然而，所述LTCC層疊體不限于此。因此，額外地或作為選擇，在鐵氧體層之間可以插入一個或更多個基于氧化鋯的層。因此，所述至少一個第一陶瓷層可以是插入生坯磁性陶資層之間的中間層；這在鐵氧體層之間形成了絕緣間隔(dielectric gap )。
鐵氧體層的厚度優(yōu)選在0.1 mm和3 mm之間；如果在這些層之間插入基于氧化鋯的層，則每個鐵氧體層的厚度為1-2 mm?；谘趸喌膶拥暮穸葍?yōu)選同樣在O.l mm和3 mm之間；如果在鐵氧體層之間插入基于氧化鋯的層，則該厚度優(yōu)選在0.4 mm和1.0 mm之間。
通過燒結(jié)該類型的未燒結(jié)的LTCC層疊體來制造燒結(jié)的LTCC層疊體。在此過程中，燒結(jié)助劑(Bi203、 Si02等)在燒結(jié)過程中與(完全或部分)穩(wěn)定化的或者未穩(wěn)定化的氧化鋯可以轉(zhuǎn)化為固體溶液。
優(yōu)選一種燒結(jié)的LTCC層疊體，其中所述燒結(jié)在1000。C或更低的燒結(jié)溫度下進行，特別是在卯(TC或更低的燒結(jié)溫度下進行。一種用于制,造LTCC層疊體的方法，包括至少下列，驟(a)制造上 述的未燒結(jié)的l)rCC層疊體；和(b)燒結(jié)所述未燒結(jié)的'LTCC層疊結(jié)， 構(gòu)特別是在900 。C或更低的燒結(jié)溫度下燒結(jié)所述未燒結(jié)的LTCC層疊 體。
參照示例性的實施方式，下面的附圖更詳細地示意性說明了本發(fā)明。


圖1示出具有基于氧化鋯的外層和中間的鐵氧體陶瓷層的LTCC層 疊體的截面?zhèn)纫曂矆D2示出燒結(jié)LTCC層疊體的復(fù)磁導(dǎo)率實部n，與測試頻率(Hz) 的關(guān)系圖，所述燒結(jié)LTCC層疊體具有圖1所示的結(jié)構(gòu)并包含不同材料 的基于氧化鋯的層。
具體實施例方式
圖1示出LTCC層疊體1，其具有下外層(基層或基帶)2和上外 層3，下外層2和上外層3具有同樣的厚度并含有氧化鋯作為主要成分 以及處于氧化鉍和氧化硅混合物形式的燒結(jié)助劑的混合物，其中在外層 2和3之間布置9個陶瓷鐵氧體層4。
圖2示出不同燒結(jié)LTCC層疊體的復(fù)磁導(dǎo)率實部n，與測試頻率 (Hz)的關(guān)系圖。利用美國Hewlett-Packard >^司的阻抗測量儀HP 4194A進行所述測試。每個所述LTCC層疊體具有下外層(基層或基帶) 和上外層，所述上下外層已被燒結(jié)并具有氧化鋯作為主要成分，其中在 所述外層之間布置9個陶資鐵氧體層。具體來說，使用具有下列材料組 成的外層
a) 含有10體積％的氧化鉍和氧化珪混合物作為燒結(jié)助劑的3YZT-S， 摩爾比81203 : Si02為6 : 1或者燒結(jié)產(chǎn)物[3YS6BS的最大實部n，值為 375;
b) 含有10體積％的氧化鉍和氧化珪混合物的8YZT，摩爾比Bi203 : SK)2為6 : 1或者燒結(jié)產(chǎn)物[8Y6BS的最大實部n，值為341;
7c) 含有10體積％的氧化鉍和氧化珪，合物的8YZT,摩爾比Bi203 : Si02為3 : 1或者燒結(jié)產(chǎn)物[8Y3BS]的襲大實部n，值為266;
d) 含有10體積％的氧化鉍和氧化磋混合物的3YZT，摩爾比Bi203 : Si02為6 : 1或者燒結(jié)產(chǎn)物[3Y6BS的最大實部n，值為262;和
e) 含有10體積％的氧化鉍和氧化珪混合物的8YZT,摩爾比Bi203 : SiCh為1 : 1或者燒結(jié)產(chǎn)物8Y1BS]的最大實部n，值為177。
在500 KHz和約3 MHz之間的低頻率范圍內(nèi)，所有層疊體具有基 本上恒定的實部H'值，該值在更高頻率時下降。只有含有8Y1BS的層 疊體下降較晚，并且不像其它層疊體那樣明顯。
在所有被檢驗的材料組成中，準確地說，在整個頻率范圍內(nèi)，外層 含有3YS6BS的層疊體示出最強的磁導(dǎo)率實部n，值，其后是8Y6BS和 8Y3BS。在500 KHz和約5 MHz之間的頻率范圍內(nèi)，所述具有3Y6BS的 層疊體示出與具有8Y3BS的層疊體大致相同的ft'值，但是在較高的頻 率下其n'值比8Y3BS的下降幅度大。外層含有8Y1BS的層疊體在至少 直至10MHz下示出最低的n，值。特別地，在開始時具有超過300的n， 值的層疊體，也就是具有3YS6BS或8Y6BS的層疊體特別適用于陶瓷 電子模塊中。
另夕卜，對燒結(jié)的LTCC層疊體的掃描電子顯微鏡檢驗(未在此示出) 和能量色散X射線頻鐠檢驗表明，在外層和鄰近的鐵氧體層之間的界面 處有良好的附著(沒有層分離)，在各層之間不出現(xiàn)擴散，并且在各層 的材料之間沒有化學反應(yīng)。
一種優(yōu)選的應(yīng)用是在照明技術(shù)中。
本發(fā)明當然并非僅限于上述示例性實施方案。 附圖標記 1 LTCC層疊體 2下外層 3上外層
84陶瓷鐵氧體層'
權(quán)利要求
1.一種含有多個互相堆疊的生坯陶瓷層(2、3、4)的未燒結(jié)的LTCC層疊體(1)，其中至少一個第一生坯陶瓷層(2、3)含有氧化鋯作為主要成分、以及至少一種燒結(jié)助劑的混合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的未燒結(jié)的LTCC層疊體(1),其中所述至少 一個第一生坯陶瓷層(2、 3)含有氧化鉍的混合物作為所述燒結(jié)助劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的未燒結(jié)的LTCC層疊體(1),其中所述 至少一個第一生坯陶瓷層(2、 3)含有氧化硅的混合物作為所述燒結(jié)助 劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項的未燒結(jié)的LTCC層疊體(1 )，其 中所述氧化鋯是四方晶型氧化鋯。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項的未燒結(jié)的LTCC層疊體(1 )，其 中所述氧化鋯是立方晶型氧化鋯。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的未燒結(jié)的LTCC層疊體(1),其 中所述氧化鋯是利用0摩爾％至15摩爾％的氧化釔穩(wěn)定化的氧化鋯， 特別是具有1摩爾％至10摩爾％的氧化釔，尤其是利用6摩爾％至10 摩爾％的氧化釔穩(wěn)定化的立方晶型氧化鋯。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的未燒結(jié)的LTCC層疊體(1)，其 中所述第一陶瓷層(2)是基層，在其上堆疊了至少一個生坯磁性陶瓷 層(4)。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的未燒結(jié)的LTCC層疊體(1)，其 中所述至少一個第 一陶瓷層是插入所述生坯磁性陶瓷層之間的中間層。
9. 一種燒結(jié)的LTCC層疊體，其通過燒結(jié)根據(jù)前述權(quán)利要求中任 一項的未燒結(jié)的LTCC層疊體(1)來制造。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的燒結(jié)的LTCC層疊體，其中所述燒結(jié)在1000 。C或更低的燒結(jié)溫度下進行，特別是在900 。C或更低的燒結(jié)溫度下進 行。
11. 一種含有根據(jù)權(quán)利要求9或10的燒結(jié)的LTCC層疊體的陶瓷 電子模塊。
12. —種含有根據(jù)權(quán)利要求9或10的燒結(jié)的LTCC層疊體的單片 變壓器，尤其是用于陶瓷電子模塊的單片變壓器。
13. —種用于制造LTCC層疊體的方法，所述方法包括至少下列步服.誦制造根據(jù)權(quán)利要求1~8中任一項的未燒結(jié)的LTCC層疊體(1);和 ，-燒結(jié)所述未燒結(jié)的LTCC層疊#^ (1 )，特別是在900 。C或更低的 燒結(jié)溫度下燒結(jié)所述未燒結(jié)的LTCC層疊體(1 )。
全文摘要
由多個互相堆疊的生坯陶瓷層構(gòu)成的未燒結(jié)的LTCC層疊體，其中至少一個第一生坯陶瓷層含有氧化鋯作為主要成分以及至少一種燒結(jié)助劑的混合物。
文檔編號C04B35/622GK101671163SQ200910169140
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日
發(fā)明者羅曼·卡爾馬津 申請人:奧斯蘭姆有限公司