专利名称：层叠式陶瓷电子元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及层叠式陶瓷电子元件，特别涉及诸如层叠式电感、层叠式阻抗元件、层叠式变压器及高频线路设备之类的层叠陶瓷电子元件及其制造方法。
(2)背景技术通常，按照以下步骤制造诸如层叠式电感之类的层叠式陶瓷电子元件。首先，形成由多个陶瓷层叠式产品组成的母陶瓷层叠块。根据诸如线圈用导体之类的内导体和引线导体来切割所述母陶瓷层叠块以提供各种陶瓷层叠式产品。结果烧成陶瓷层叠式产品。接着，在陶瓷层叠式产品的表面上形成外部电极以提供最终产品。
当用普通丝网印刷法形成内部导体和引线导体时，导体的厚度约为20μm。以该厚度，切割母陶瓷层叠块时，施加到引线导体的机械应力减少。因此，产生龟裂等缺陷。
专利文件1公开了一种用于生产线圈用导体的方法。根据该方法，将与引线部分集成在一起的线圈用导体层转移数次以相互重叠。这样，在烧成后制出厚度约为70-80μm线圈用导体。
然而，以这样大的导体厚度，在切割母陶瓷层叠块时，将额外的机械应力施加到线圈用导体的引线部分。结果容易产生诸如龟裂之类的缺陷。
另外，已知铁氧体具有根据应力改变透磁率的磁致伸缩的效应。层叠式陶瓷电子元件的产品具有以下问题。当烧成由铁氧体和内部导体组成的层叠式的印刷电路基板时，将由收缩差引起的应力施加到铁氧体。结果，铁氧体的透磁率下降。
专利文件1日本待审查专利申请公开号2002-305123(3)发明内容因此，本发明的目的是提供一种具有在切割时不易对引线导体施加过度机械应力的结构的层叠式陶瓷电子元件及其制造方法。
本发明的另一目的是提供一种能用于防止由磁致伸缩的效应引起的透磁率下降的层叠式陶瓷电子元件及其制造方法。
解决问题的方法为了达到上述目的，本发明的层叠式陶瓷电子元件包括在陶瓷层叠式产品内部设置的内部导体、在陶瓷层叠式产品的表面上设置的外部电极、将内部导体与外部导体相连的引线导体，其中引线导体比内部导体薄。内部导体的例子包括线圈用导体和诸如带状线之类的高频线路导体。
根据上述结构，引线导体的厚度较小。因此，虽然在切割期间将机械应力直接施加到引线导体上，也可以减少在切割期间加到引线导体上的机械应力。
一种根据本发明的层叠式陶瓷电子元件的制造方法包括以下步骤制备陶瓷印刷电路基板；向陶瓷印刷电路基板上转移在支架上形成的内部导体图形层和引线导体图形层以在陶瓷印刷电路基板上形成内部导体和引线导体；层叠陶瓷印刷电路基板以覆盖内部导体和引线导体；烧成所述陶瓷层叠式产品；在形成内部导体和引线导体的步骤中，向陶瓷印刷电路基板上多次转移内部导体图形层以相互覆盖，从而形成内部导体；另外，向陶瓷印刷电路基板上以比转移内部导体图形层少的次数转移引线导体图形层以形成比内部导体薄的引线导体。
在大规模生产时，将多层陶瓷印刷电路基板层叠而成的陶瓷层叠式产品作为由多个陶瓷层叠式产品组成的母陶瓷层叠块，根据在母陶瓷层叠块内部形成的内部导体的配置切割母陶瓷层叠块，以提供各陶瓷层叠式产品，然后烧成成品陶瓷层叠式产品。
根据以上方法，可以容易地制造内部导体比通常要厚而引线导体比内部导体薄的层叠式陶瓷电子元件。
引线导体薄使引线导体的横截面积减少并增加直流电阻。因此，最好使引线导体的导体宽度大于内部导体的导体宽度。补偿了引线导体的横截面积的减少，防止了由引线导体的厚度变薄而产生的直流电阻上升。
用于形成引线导体图形层的导电膏的金属含量可以比用于形成内部导体图形层的导电膏高。在切割时，即使在引线部分产生龟裂，烧制时熔融导电膏而在导电膏内包含的金属会填充龟裂。
在各内部导体图形层中，至少与陶瓷印刷电路基板相连的内部导体图形层可以用包括了在烧结过程中烧失的树脂粒子的导电膏形成。利用在烧结过程中树脂粒子烧失，在陶瓷印刷电路基板和内部导体间形成空隙，减少了对陶瓷印刷电路基板施加的应力，防止磁致伸缩效应引起的透磁率减少。另外，形成所述空隙可以防止在内部导体上发生龟裂。
发明的效果如上所述，引线导体的厚度比内部导体的厚度薄，因此，可以减少切割时引线导体所受的机械应力。结果，可以防止在切割时在内部导体上发生龟裂等缺陷。
另外，在内部导体图形层间，至少与陶瓷印刷电路基板相连的一内部导体图形层用含有在烧结步骤中会烧失的树脂粒子的导电膏形成。因此，可以防止由磁致伸缩效应引起的透磁率减少。
(4)
图1为说明根据本发明的层叠陶瓷电了元件的分解透视图。
图2为图1所示的层叠式陶瓷电子元件的外部透视图。
图3为图1所示的层叠式陶瓷电子元件的内部透视平面图。
图4为示出根据本发明的层叠式陶瓷电子元件的制造方法的一个例子的示意透视图。
图5为示出图4所示步骤的后继步骤的示意透视图。
图6为示出图5所示步骤的后继步骤的示意透视图。
图7为示出图6所示步骤的后继步骤的示意透视图。
图8为示出图7所示步骤的后继步骤的示意透视图。
图9为示出图8所示步骤的后继步骤的示意透视图。
图10为示出图9所示步骤的后继步骤的示意透视图。
图11为示出图10所示步骤的后继步骤的示意透视图。
图12为示出图11所示步骤的后继步骤的示意透视图。
图13为示出图12所示步骤的后继步骤的示意透视图。
图14为示出图13所示步骤的后继步骤的示意透视图。
图15为示出图14所示步骤的后继步骤的示意透视图。
图16为示出可以较好地防止透磁率减少的线圈用导体图形层和引线导体图形层之间的连接关系的一个例子的透视图。
图17为变形例子的平面图。
(5)具体实施方式
下面将参照附图对根据本发明的层叠式陶瓷电子元件及其制造方法的实施例进行说明。
如图1所示，层叠式电感1包括，例如线圈用导体图形层2，3，4、引线导体图形层5，6及陶瓷印刷电路基板10，11，12。标号21指支撑体(载体薄膜(carrierfilm))。如下所述，支撑体(载体薄膜)21最终将被去除并不形成层叠导体1。
陶瓷印刷电路基板10-12的形成如下用粘合剂混合例如含铁-镍-铜的铁氧体粉末或玻璃陶瓷粉末。该混合物是由例如刮刀方法形成的片状物。陶瓷印刷电路基板12用于外层，而陶瓷印刷电路基板10，11用于层间。
在用作层间的陶瓷印刷电路基板10，11中设置了用于层间连接的通孔15。如下形成层间连接用的通孔15。用例如激光束在板10、11上形成透孔。然后，通过印刷等将方法将例如银，钯，铜，金或它们的合金填入所述透孔。为了形成各线圈用导体图形层2，3和4及引线导体图形层5和6通过例如丝网印刷术或影印石版术在由PET薄膜或PP薄膜组成的支撑体上涂上导电膏。这些导体图形层2-6是由例如银，钯，铜，金或它们的合金组成的。在此实施例中，线圈用导体图形层2，3，4为U形。另选地，线圈用导体图形层2，3，4也可以是例如直线形、圆弧形或螺旋形。
另外，在此实施例中，用于形成引线导体图形层5和6的导电膏的金属含量(即，金属粉末与膏的总量的比)高于用于形成线圈用导体图形层2-4。具体来说，例如用于形成线圈用导体图形层2-4的导电膏的金属含量为50％。另一方面，用于形成引线导体图形层5和6的导电膏的金属含量为70％。
具有高金属含量的导体膏有以下优点。即使在切割时在引线导体5，6上形成龟裂，烧结时导电膏熔融，导电膏中含有的例如金属粉末填充龟裂。因此，可以更有效地防止连接缺陷。相反，在金属含量低的导电膏中，即使烧结时导电图形熔融，由于金属粉末量不足，也不能满意地填充龟裂。另外，由于金属含量高的导体膏价钱高，仅将其用于易发生龟裂的引线导体图形层5，6。
多个线圈用导体图形层2，3，4相互重叠形成U形线圈用导体2A，3A和4A。线圈用导体2A，3A和4A与设置在陶瓷印刷电路基板10和11中的用于层间连接的通孔15串联，以形成螺旋形线圈L。螺旋形线圈L的线圈轴线指向与与板10-12的层叠方向平行。
同时，多个引线导体图形层5和6也相互重叠以形成引线导体5A，6A。引线导体5A的一端在板12的右侧露出。引线导体5A的另一端与线圈用导体2A的一端电连接。即，每预定数量(此实施例中为两层)的线圈用导体图形层2设置一个引线导体图形层5，且各引线导体图形层5的一端51与相应的线圈用导体图形层2相连。这一结构增加了引线导体5A和线圈用导体2A之间的接触面积。结果，引线导体5A和线圈用导体2A可靠地电连接。
同样，引线导体6A的一端在板21的左侧露出。引线导体6A的另一端与线圈用导体4A的一端电连接。即，每预定数量(此实施例中为两层)的线圈用导体图形层4设置一个引线导体图形层6，且各引线导体图形层6的一端61与相应的线圈用导体图形层4相连。
即，引线导体5A和6A比线圈用导体2A-4A薄。具体来说，形成厚度约为10μm的线圈用导体图形层2-4和引线导体图形层5和6。另外，各线圈用导体图形层2，3或4的重叠层数约为10层。因此，在烧结后，各线圈用导体2A-4A的厚度约为70-80μm，另一方面，引线导体图形层5的重叠层数约为5。结果，在烧结后各引线导体5A和6A的厚度约为35-40μm。
如下所述因为引线导体5和6厚度小，可以减少切割时引线导体5A、6A所受的机械应力，从而防止切割时引线导体5A、6A发生龟裂。
另外，引线导体图形层5和6的导体宽度比线圈用导体图形层2-4的导体宽度大。因此，引线导体5A和6A的导体宽度大于线圈用导体2A-4A的导体宽度。
引线导体5A和6A的小厚度减少了引线导体5A和6A的横截面积，从而增加了直流电阻。因此，引线导体5A和6A有宽度大于线圈用导体2A-4A的导体宽度，以补偿引线导体5A和6A的横截面积的减少。因此，防止了由引线导体5A和6A的厚度减少引起的直流电阻增加。
将线圈用导体图形层2，3和4、引线导体5A和6A及陶瓷印刷电路基板10，11和12按图1所示迭加。然后将层叠式产品烧结成单个元件，以提供图2所示的具有直方形状的陶瓷层叠式产品30。输入-输出外部电极31和32设置在陶瓷层叠式产品30的左右端面。如图3所示，螺旋状线圈L的两端与输入-输出外部电极31和32电连接，它们之间是引线导体5A和6A。
下面将参照图4-图15对具有上述结构的层叠式电感1的制造方法进行说明。图4-15仅示出单个陶瓷层叠式产品。然而，在实际过程中，形成包括多个陶瓷压积产品的母陶瓷层叠块。接着，根据线圈用导体2A-4A和引线导体5A和6A的配置切割母陶瓷层叠块，以提供各陶瓷层叠式产品。
首先，多个陶瓷印刷电路基板12迭加并应力接合以提供母陶瓷外部层块12A(见图4)。接着，如图5中所示，在母陶瓷外部层块12A上设置引线导体图形层5，使支撑体21设置在上面。然后通过应力机应力接合母陶瓷外部层块12A，以将引线导体图形层5嵌入母陶瓷外部层块12A中。然后将支撑体21剥离。因此，将引线导体图形层5转移到母陶瓷外部层块12A上。
接着，如6所示，将线圈导体图形层2设置在母陶瓷外部层块12A上，使线圈用导体图形层2的端部与引线导体图形层5的端部51接触。这里，设置线圈用导体图形层2，使支撑体21设置在上端。接着，通过应力接合将线圈用导体图形层2嵌入母陶瓷外部层块12A。然后将支撑体21剥离。因此，将线圈用导体图形层2转移到母陶瓷外部层块12A上。
接着，如7所示，将另一导体图形层2设置在母陶瓷外部层块12A上，以覆盖上述预先转移的线圈用导体图形层2。这里，设置线圈用导体图形层2，使支撑体21设置在上端。接着，通过应力接合将线圈用导体图形层2嵌入母陶瓷外部层块12A。然后将支撑体21剥离。因此，将线圈用导体图形层2到转移母陶瓷外部层块12A上。
接着，如图8所示，将另一引线导体图形层5设置在母陶瓷外部层块12A上，以覆盖上述预先转移的线圈用引线导体图形层5。这里，设置引线导体图形层5，使支撑体21设置在上端。引线导体图形层5的端部51与线圈用导体图形导2的端部相接触。接着，通过应力接合将引线导体图形层5嵌入母陶瓷外部层块12A。然后将支撑体21剥离。因此，在母陶瓷外部层块12A上转移了引线导体图形层5。
接着，将上述线圈用导体图形层2的转移重复两次。结果，如图9所示，层叠了两层导体图形层2。按两层线圈用导体图形层2对一层引线导体图形层5的比重复所述转移。因此，形成由10层导体图形层2组成的线圈用导体2A和由5层引线导体图形层5组成的引线导体5A。为了简化附图，以下附图示出四层的线圈用导体2A和两层的引线导体5A(以同样的方式示出其它线圈用导体3A和4A以及另一引线导体6A)。
接着，如图10所示，将具有用于层间连接的通孔15的陶瓷印刷电路基板10层叠在母陶瓷外部层块12A上。接着，以上述方法在陶瓷印刷电路基板10上将线圈用导体图形层3的转移重复10次，使线圈用导体图形层3相互重叠(见图11)。结果，形成由10层线圈用导体图形层3组成的线圈用导体3A。线圈用导体3A与线圈用导体2A电连接，而用于层间连接的通孔15在它们之间。在这些步骤中，为了将线圈用导体图形层3嵌入陶瓷印刷电路基板，在每次转移后均进行应力接合。
接着，如图12所示，层叠了具有用于层间连接的通孔15的陶瓷印刷电路基板11。
接着，如图13所示，将上述线圈用导体图形层4的转移重复两次。结果，在陶瓷印刷电路基板11层叠了两层线圈用导体图形层4。另外，引线导体图形层6被转移至其上，使引线导体图形层6的端部61与线圈用导体图形层4的端部接触。在这些步骤中，为了将线圈用导体图形层4和引线导体图形层6嵌入陶瓷印刷电路基板，在每次转移后均进行应力接合。
因此，按一层引线导体图形层6对两层线圈用导体图形层4的比重复所述转移。如图14所示，形成由10层线圈用导体图形层4组成的线圈用导体4A和由5层引线导体图形层6组成的引线导体6A。线圈用导体4A与线圈用导体3A电连接，而用于层间连接的通孔15在它们之间。
另外，如图15所示，在其上层叠多个陶瓷印刷电路基板12并应力接合，以提供母陶瓷层叠块30A。根据线圈用导体2A-4A及引线导体5A和6A的配置切割母陶瓷层叠块30A。通常，根据产品的公差，在切割线上形成引线导体5A和6A。因此，在切割期间的机械应力直接加在引线导体5A和6A上。然而，因为引线导体5A和6A较薄，减少了切割期间加在引线导体5A和6A上的机械应力。结果，可以防止在切割期间在引线导体5A和6A上产生龟裂。
具体来说，烧结后线圈用导体2A-4A的厚度被控制在80μm而烧结后引线导体5A和6A的厚度控制为80μm。在此已知结构中，在引线导体5A和6A上发生龟裂的比为35％。相反，将烧结后线圈用导体2A-4A的厚度控制在80μm，将烧结后引线导体5A和6A的厚度控制在40μm，且烧结后引线导体5A和6A的导体宽度控制在已知结构的两倍。在本发明的此层叠式电感1中，在引线导体5A和6A上发生龟裂的比为0％。
烧结从母陶瓷层叠块30A切割的各陶瓷层叠式产品30。接着，在陶瓷层叠式产品的左右端面上形成输入-输出外部电极31和32。输入-输出外部电极31和32是通过例如，涂敷和烘焙、溅射或蒸汽沉积形成的。
当将由铁氧体组成的陶瓷印刷电路基板与线圈用导体图形层集成并烧结成集成元件时，产生由收缩差引起的应力。接着，铁氧体专有的磁致伸缩效应减少了透磁率。因此，在线圈用导体图形层2，3和4中，至少用包括在烧结过程中烧失的树脂颗粒的导电膏形成与陶瓷印刷电路基板10，11或12相接触的线圈用导体图形层。结果，可以防止磁致伸缩效应引起的透磁率下降。
即，将包括了导电颗粒、树脂颗粒和有机媒介物的导电膏用作与陶瓷印刷电路基板接触的线圈用导体图形层的导电膏。树脂颗粒与导电颗粒的体积比最好是0.5-1。树脂颗粒与导电颗粒的总量最好是30-60体积百分比。选择在导电颗粒的烧结温度或更低的温度会烧失掉的树脂颗粒。
更具体来说，导电颗粒的例子包括银、钯、铂、金、镍、铜、它们的混合物和合金。具有优秀热分解特性的树脂颗粒包括丙烯酸、甲基丙酸烯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚烯烃、聚异丁烯和聚氧乙烯树脂颗粒。可以使用具有大耐压强度的有机玻璃树脂。
在该导电膏中包含的有机媒介物是由有机粘合剂和溶剂组成的。有机粘合剂的例子包括乙烯纤维素、丙烯酸和丁醛树脂。溶剂的例子包括α-松油醇、萘满和二甘醇二乙醚甲醛。制备有机媒介物使有机粘合剂与溶剂的比为例如1∶9。
因此，在线圈用导体图形层2，3和4中，至少用在烧结过程中烧失的树脂颗粒的导电膏形成与陶瓷印刷电路基板10，11和12接触的线圈用导体图形层。在此情况下，树脂颗粒在烧结过程中烧失，在陶瓷印刷电路基板和内部导体之间形成空隙。结果，减少了加在陶瓷印刷电路基板(铁氧体)上的应力，以防止由磁致伸缩效应引起的透磁率下降。
包括了树脂颗粒的导电膏包括了相对较少量的导电成分。因此，为了提供引线导体图形层和线圈用导体图形层之间的可靠连接，引线导体图形层最好不与由包括了树脂颗粒的导电膏组成的线圈用导体图形层相连。
为了防止透磁率下降，图16示出引线导体图形层和线圈用导体图形层之间的较佳连接的例子。即，线圈用导体4A由线圈用导体图形层4a-4f组成，而引线导体6A由引线导体图形层6a-6c组成。在此情况下，用包括了在烧结过程中烧失的树脂颗粒的导电膏形成分别与陶瓷印刷电路基板12和11接触的导体图形层4a和4f(见图1)。将用不包括这些树脂颗粒的导电膏形成的线圈用导体图形层4b-4e与引线导体图形层6a-6c相连。
将包括了树脂颗粒的导电膏用作引线导体图形层5和6并不一定是好的。原因如下当在引线导体图形层5或6和陶瓷印刷电路基板之间形成空隙时，可能会出现例如从外部进入电镀溶液的问题。
本发明不限于上述实施例，在内容的范围内可以有种种变更。除了层叠式电感之外，层叠式陶瓷电子元件的例子包括层叠式共模扼流圈、层叠式变压器、层叠式阻抗元件、层叠LC滤波器和具有带状线或微带状线的高频线路设备。
在上述实施例中，交替地转移一层引线导体图形层5和两层线圈用导体图形层2。但交替转移这些层不是必须的。例如，在转移了所有线圈用导体图形层2后，可以转移引线导体图形层5。
另外，在上述实施例中，分别形成引线导体图形层5和线圈用导体图形层2。另选地，可以同时形成引线导体图形层5和线圈用导体图形层2。例如，如图17(A)所示，引线导体图形层5和线圈用导体图形层2作为一个整体形成在载体薄膜21上。如图17(B)所示，在载体薄膜21上仅形成线圈用导体图形层2。接着，可以交替地转移这些载体薄膜。
用于根据本发明制造层叠式陶瓷电子元件的方法不限于通过转移形成内部导体和引线导体的方法。另选地，在该方法中，可以通过例如丝网印刷术在陶瓷印刷电路基板上形成内部导体和引线导体。
工业实用性如上所述，本发明对层叠式电感、层叠式阻抗元件、层叠式变压器、高频线路设备等有用。特别是，本发明具有在切割时不易将过度机械力加在引线导体上的优点。
权利要求
1.一种层叠式陶瓷电子元件，其特征在于，包括在陶瓷层叠式产品内部设置的内部导体、在陶瓷层叠式产品的表面上设置的外部电极、将内部导体与外部导体相连的引线导体，其中所述引线导体比内部导体薄。
2.如权利要求1所述的层叠式陶瓷电子元件，其特征在于，所述引线导体的宽度大于内部导体的宽度。
3.如权利要求1或2所述的层叠式陶瓷电子元件，其特征在于，所述内部导体是线圈用导体。
4.一种层叠式陶瓷电子元件的制造方法，所述电子元件包括通过层叠多层陶瓷印刷电路基板形成的陶瓷层叠式产品，在陶瓷层叠式产品内部形成的内部导体，在陶瓷层叠式产品的表面上形成的外部电极和将内部导体与外部导体相连的引线导体，其特征在于，所述方法包括以下步骤制备陶瓷印刷电路基板；在陶瓷印刷电路基板上转移在支架上形成的内部导体图形层和引线导体图形层以在陶瓷印刷电路基板上形成内部导体和引线导体；层叠陶瓷印刷电路基板以覆盖内部导体和引线导体；和烧成所述陶瓷层叠式产品；其中，在形成内部导体和引线导体的步骤中，在陶瓷印刷电路基板上多次转移内部导体图形层以相互覆盖，从而形成内部导体，且，在陶瓷印刷电路基板上以比转移内部导体图形层少的次数转移引线导体图形层以形成比内部导体薄的引线导体。
5.如权利要求4所述的层叠式陶瓷电子元件的制造方法，其特征在于，多个陶瓷印刷电路基板层叠而成的陶瓷层叠式产品为由多个陶瓷层叠式产品组成的母陶瓷层叠块，并根据在其内部形成的内部导体的配置切割母陶瓷层叠块，以提供各陶瓷层叠式产品。
6.如权利要求4或5所述的层叠式陶瓷电子元件制造方法，其特征在于，所述引线导体的导体宽度大于所述内部导体的导体宽度。
7.如权利要求4-6中任一项所述的层叠式陶瓷电子元件制造方法，其特征在于，所述用于形成引线导体图形层的导电膏的金属含量高于用于形成内部导体图形层的导电膏的金属含量。
8.如权利要求4-7中任一项所述的层叠式陶瓷电子元件制造方法，其特征在于，其中，在所述各内部导体图形层中，至少与陶瓷印刷电路基板相连的内部导体图形层是用包括了在烧结步骤中要烧失的树脂粒子的导电膏形成的。
全文摘要
多层线圈用导体图形层(2，3和4)相互重叠形成U形线圈用导体(2A，3A和4A)。线圈用导体(2A，3A和4A)通过设置在陶瓷印刷电路基板(10和11)中的层间连接的通孔(15)串联，以形成螺旋形线圈(L)。多个引线导体图形层(5和6)也相互重叠，以形成引线导体(5A和6A)。每预定数量的线圈用导体图形层(2)设置一个引线导体图形层(5)。各引线导体图形层(5)的一端部(51)与相应的线圈用导体图形层(2)相接触。即，引线导体(5A和6A)的厚度小于线圈用导体(2A－4A)的厚度。
文档编号H01F17/00GK1781166SQ200480001129
公开日2006年5月31日 申请日期2004年11月18日 优先权日2003年11月28日
发明者达川刚, 高山惠介 申请人:株式会社村田制作所