叠层元器件及其制造方法
【专利摘要】一种叠层元器件，包括铁氧体材料层和在所述铁氧体材料层的一面的玻璃陶瓷材料层，其特征在于,还包括设置在所述铁氧体材料层的另一面或插入所述铁氧体材料层中间的限制层，所述限制层对于所述铁氧体材料层产生的应力限制至少部分抵消所述玻璃陶瓷材料层对所述铁氧体材料层产生的应力限制。还公开一种叠层元器件的制造方法。本发明可以提高铁氧体材料与玻璃陶瓷材料共烧结相容性。
【专利说明】叠层元器件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及片式叠层元器件的制造，特别是涉及一种叠层元器件及其制造方法。【背景技术】
[0002]在包含有多种异相材料的叠层片式元器件制造过程中，异相材料之间的共烧是其技术关键。在多层结构中，铁氧体材料与玻璃陶瓷材料具有较低的烧结温度，都能够分别与内置电极层在低于金属导体的温度下达到良好的共烧。然而在异相材料共烧时往往由于烧结收缩特性不匹配导致烧成后的叠层产品产生分层、开裂以及翘曲等诸多缺陷，这成为阻碍异相材料共烧发展的一个瓶颈。由于玻璃陶瓷材料的收缩发生在650~800°C，铁氧体材料的收缩发生在800~900°C，所以当铁氧体材料在800~900°C开始烧结收缩时，玻璃陶瓷材料的收缩已经完成，在两种材料的结合面上，铁氧体材料的收缩受到已经无法再收缩的玻璃陶瓷材料的限制，产生内应力，该内应力积累到一定程度，就会造成烧成后的叠层产品分层、开裂以及翘曲。
[0003]铁氧体材料与玻璃陶瓷材料的烧结收缩特性差异很大，且铁氧体材料的烧结收缩特性与电磁特性紧密相关，通过改进原材料提高共烧结相容性的方法往往耗时耗力。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种叠层元器件及其制造方法，提高铁氧体材料与玻璃陶瓷材料共烧结相容性。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种叠层元器件，包括铁氧体材料层和在所述铁氧体材料层的一面的玻璃陶瓷材料层，还包括设置在所述铁氧体材料层的另一面或插入所述铁氧体材料层中间的限制层，所述限制层对于所述铁氧体材料层产生的应力限制至少部分抵消所述玻璃陶瓷材料层对所述铁氧体材料层产生的应力限制。
[0007]优选地:
[0008]所述限制层的厚度小于所述玻璃陶瓷材料层的厚度，所述限制层的收缩率小于所述玻璃陶瓷材料的收缩率。
[0009]所述限制层为掺杂有氧化铝或者氧化锆材料的玻璃陶瓷材料。
[0010]所述限制层包括60~90%质量比的玻璃陶瓷材料和10~40%质量比的氧化铝材料，优选为80%质量比的玻璃陶瓷材料和20%质量比的氧化铝材料。
[0011]所述限制层包括60~70%质量比的Zn-Cu铁氧体、20~25%质量比的碱硼硅酸盐玻璃和5~15%质量比的氧化铝材料。
[0012]所述限制层的数量为一层、两层或更多层。
[0013]所述叠层元器件按层叠顺序依次至少包括第一限制层、第一铁氧体材料层、玻璃陶瓷材料层、第二铁氧体材料层以及第二限制层，所述第一限制层和所述第二限制层的厚度均为30 μ m，所述第一铁氧体材料层和所述第二铁氧体材料层的厚度均为80 μ m，所述玻璃陶瓷材料层的厚度为180 μ m。
[0014]优选地:
[0015]一种制作所述叠层元器件的制造方法，包括以下步骤:
[0016]a.分别制作铁氧体材料层、玻璃陶瓷材料层和限制层，其中所述限制层的收缩率小于所述玻璃陶瓷材料层的收缩率，所述玻璃陶瓷材料层上形成有内电极；
[0017]b.对所述铁氧体材料层、所述玻璃陶瓷材料层和所述限制层薄膜叠层，形成生坯，其中所述限制层设置在所述铁氧体材料层的与所述玻璃陶瓷材料层相对的另一面或插入所述铁氧体材料层中间；
[0018]c.对所述生坯完成成型处理，形成电子元器件。
[0019]所述铁氧体材料层、所述玻璃陶瓷材料层和所述限制层通过流延法制作，所述内电极通过丝网印刷法制作。
[0020]所述成型处理包括等静压、切割、排胶、烧结、封端和电镀。
[0021]本发明的技术效果:
[0022]本发明通过增加一层或多层限制层，利用其在烧结过程中与铁氧体材料烧结收缩特性的差异，产生应力限制铁氧体磁性材料的收缩形变，至少部分抵消玻璃陶瓷材料层因为收缩特性不同而对铁氧体材料层产生的应力限制，以此改变铁氧体材料部分的整体烧结收缩特性，从而达到提高铁氧体材料与玻璃陶瓷材料共烧结相容性，增加铁氧体材料与玻璃陶瓷材料之间的结合力，防止铁氧体材料与玻璃陶瓷材料之间因烧结收缩特性的差异出现开裂、分层。本发明相对于改 进材料提高共烧结相容性的方法，优点如下:
[0023]1、适用性广。只要共烧的铁氧体材料烧结温度高于玻璃陶瓷材料，两种材料的结合面上能形成一定结合力，本方法即可适用。
[0024]2、可调范围大。对于不同的铁氧体材料和玻璃陶瓷材料共烧，只需要调整限制层的材料配比，例如玻璃陶瓷材料主体材料中掺杂氧化铝或氧化锆的量，以及限制层的厚度，就能达到所需的共烧效果。
[0025]3、开发周期短。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明的一种具体实施例叠层元器件的结构示意图。
[0027]图2是本发明的一种具体实施例叠层元器件的内应力示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图对本发明的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0029]参阅图1和图2，在一些实施例里，一种叠层元器件包括铁氧体材料层、设置在所述铁氧体材料层的一面的玻璃陶瓷材料层以及设置在所述铁氧体材料层的另一面或插入所述铁氧体材料层中间的限制层，所述限制层对于所述铁氧体材料层产生的应力限制至少部分抵消所述玻璃陶瓷材料层对所述铁氧体材料层产生的应力限制。
[0030]铁氧体材料例如为N1-Zn-Cu铁氧体材料。玻璃陶瓷材料例如为硼硅酸玻璃盐玻璃材料。[0031]如图1所示，在一个具体实施例中，一种小尺寸封装的叠层片式共模扼流器，包括层叠在一起的两个限制层All、A12、两个铁氧体材料层A21、A22、含有内电极的玻璃陶瓷材料层A3以及端电极A4。
[0032]在元器件的叠层制造阶段，与玻璃陶瓷材料层相对，将限制层叠压在铁氧体材料的表面上，该表面与铁氧体材料和玻璃陶瓷材料的结合面相平行。在后续的烧结过程中，由于限制层的烧结特性与铁氧体材料层不一致，对铁氧体材料层产生应力限制，从而影响铁氧体材料层的收缩特性，抵消玻璃陶瓷材料层对于铁氧体材料层收缩的影响，提高铁氧体材料与玻璃陶瓷材料共烧结的相容性。
[0033]在优选的实施例中，所述限制层的厚度小于所述玻璃陶瓷材料层的厚度，所述限制层的收缩率小于所述玻璃陶瓷材料层的收缩率，从而可以更相对更薄的层产生与玻璃陶瓷材料层对等的应力限制。
[0034]在优选的实施例中，所述限制层为掺杂有氧化铝或者氧化锆材料的玻璃陶瓷材料。所述限制层可以包括60~90%质量比的玻璃陶瓷材料和10~40%质量比的氧化铝材料，更优选为80%质量比的玻璃陶瓷材料和20%质量比的氧化铝材料。在陶瓷材料为主体的限制层中掺杂一定含量的氧化铝或者氧化锆材料，可以很好地控制限制层的烧结收缩特性，实现铁氧体材料层两侧的应力平衡。
[0035]如图2所示，在一个具体实施例中，所述叠层元器件按层叠顺序依次至少包括第一限制层All、第一铁氧体材料层A21、玻璃陶瓷材料层A3、第二铁氧体材料层A22以及第二限制层A12，所述第一限制层All和所述第二限制层A12的厚度均为30 μ m，所述第一铁氧体材料层A21和所述第二铁氧体材料层A22的厚度均为80 μ m，所述玻璃陶瓷材料层A3的厚度为180 μ m。
[0036]限制层也可用铁氧体材料替换陶瓷材料作为限制层的主体材料。优选地，限制层包含60~70%质量比的Zn-Cu铁氧体、20~25%质量比的碱硼硅酸盐玻璃和5~15%质量比的氧化铝材料。
[0037]限制层既可以叠压在铁氧体材料的表层，也可插入叠压在铁氧体材料中间某个位置，即可以认为叠在两层铁氧体材料之间。
[0038]限制层数量可以为一层、两层(参见图1-2)或更多层。
[0039]叠层片式共模扼流器制造过程如下:
[0040]1、通过热膨胀分析仪分别测出需要进行共烧的铁氧体材料和玻璃陶瓷材料的热膨胀(收缩)曲线。
[0041]2、以玻璃陶瓷材料为主体，根据铁氧体材料和玻璃陶瓷材料的热膨胀(收缩)曲线，混入适当比例的氧化铝或氧化锆材料，使该混合材料的线性膨胀系数达到合适值，得到制备限制层的原材料。
[0042]3、将上述限制层的原材料，通过流延法得到合适厚度的限制层料片。
[0043]4、将上述限制层料片通过叠片法叠压在元器件的上下表面或中间某部位。
[0044]5、采用LTCC工艺流程，经等静`压、切割、排胶、烧结、封端和电镀工艺制作出所需要的叠层片式元器件。
[0045]可以通过流延法分别制作铁氧体薄膜层、玻璃陶瓷料薄膜层和限制层薄膜，用激光打孔的方法，按照设计在玻璃陶瓷料薄膜上的特定位置开孔，然后在玻璃陶瓷料薄膜层上通过丝网印刷的方式形成内电极，再对铁氧体薄膜、玻璃陶瓷材料薄膜和限制层薄膜叠层，形成具有铁氧体材料和玻璃陶瓷材料两种异种材料的生坯，最后对所述生坯依次完成等静压、切割、排胶、烧结、倒角、封端和电镀，完成电子元器件的制作。
[0046]在本发明实施例中，使用限制层提高铁氧体材料和玻璃陶瓷材料共烧结相容性的原理参见图2:
[0047]玻璃陶瓷材料的收缩发生在650~800°C，铁氧体材料的收缩发生在800~900 V，当铁氧体材料在800~900 °C开始烧结收缩时，玻璃陶瓷材料的收缩已经完成，在两种材料的结合面B1、B2上，铁氧体材料的收缩受到已经无法再收缩的玻璃陶瓷材料的限制，产生内应力。使用通过参杂氧化铝或氧化锆材料调节至特性收缩特性的材料，在与上述的内应力发生面B1、B2平行的铁氧体材料表面Cl、C2上，对铁氧体材料部分施加与上述的内应力对等的应力，使铁氧体材料部分两侧受到的应力平衡、抵消，从而消除叠层产品分层、开裂以及翘曲等诸多缺陷。
[0048]现有的叠层片式共模扼流器未添加限制层，铁氧体材料部分与玻璃陶瓷材料部分基本上无法共烧，铁氧体材料部分翘曲、变形、与玻璃陶瓷材料部分分离等缺陷出现率在90%以上。采用本发明的方法后，两种材料的共烧结相容性显著提高，上述缺陷概率降低至1%以下，且对烧结温度曲线的要求程度下降，在很大的温度范围内都能有良好的共烧结效果O
[0049]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限 于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种叠层元器件，包括铁氧体材料层和在所述铁氧体材料层的一面的玻璃陶瓷材料层，其特征在于，还包括设置在所述铁氧体材料层的另一面或插入所述铁氧体材料层中间的限制层，所述限制层对于所述铁氧体材料层产生的应力限制至少部分抵消所述玻璃陶瓷材料层对所述铁氧体材料层产生的应力限制。
2.如权利要求1所述的叠层元器件，其特征在于，所述限制层的厚度小于所述玻璃陶瓷材料层的厚度，所述限制层的收缩率小于所述玻璃陶瓷材料层的收缩率。
3.如权利要求1所述的叠层元器件，其特征在于，所述限制层为掺杂有氧化铝或者氧化锆材料的玻璃陶瓷材料。
4.如权利要求3所述的叠层元器件，其特征在于，所述限制层包括60~90%质量比的玻璃陶瓷材料和10~40%质量比的氧化铝材料，优选为80%质量比的玻璃陶瓷材料和20%质量比的氧化铝材料。
5.如权利要求1所述的叠层元器件，其特征在于，所述限制层包括60~70%质量比的Zn-Cu铁氧体、20~25%质量比的碱硼硅酸盐玻璃和5~15%质量比的氧化铝材料。
6.如权利要求1所述的叠层元器件，其特征在于，所述限制层的数量为一层、两层或更多层。
7.如权利要求1至6任一项所述的叠层元器件，其特征在于，按层叠顺序依次至少包括第一限制层、第一铁氧体材料层、玻璃陶瓷材料层、第二铁氧体材料层以及第二限制层，所述第一限制层和所述第二限制层的厚度均为30 μ m，所述第一铁氧体材料层和所述第二铁氧体材料层的厚度均为80 μ m,所述玻璃陶瓷材料层的厚度为180 μ m。
8.一种制作如权利要求1至7任一项所述叠层元器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: a.分别制作铁氧体材料层、玻璃陶瓷材料层和限制层，其中所述限制层的收缩率小于所述玻璃陶瓷材料的收缩率，所述玻璃陶瓷材料层上形成有内电极； b.对所述铁氧体材料层、所述玻璃陶瓷材料层和所述限制层薄膜叠层，形成生坯，其中所述限制层设置在所述铁氧体材料层的与所述玻璃陶瓷材料层相对的另一面或插入所述铁氧体材料层中间； c.对所述生坯完成成型处理，形成电子元器件。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述铁氧体材料层、所述玻璃陶瓷材料层和所述限制层通过流延法制作，所述内电极通过丝网印刷法制作。
10.如权利要求8或9所述的制造方法，其特征在于，所述成型处理包括等静压、切割、排胶、烧结、封端和电镀。
【文档编号】B32B37/06GK103626515SQ201310638551
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】李可, 戴春雷, 余瑞麟 申请人:深圳顺络电子股份有限公司