专利名称：独石陶瓷电子元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及电子元件及其制造方法，特别涉及单片陶瓷电子元件及其制造方法。
本发明适合于各种电子元件，例如，单片电容器，单片压电元件或多层陶瓷基片，及这些元件的制造方法。
已经采用整体烧结金属元件和陶瓷元件的方法来制造单片陶瓷电子元件，如有内电极的单片电容器。首先，在陶瓷生片上印刷导电浆料图形，构成内电极，之后，将多片有内电极的陶瓷生片迭置，然后，在这样迭置成的陶瓷生片垛的两边迭置适当数量的无内电极的陶瓷生片，构成单片陶瓷结构。或者，顺序印刷陶瓷浆料和导电浆料的预定图形，构成单片陶瓷结构。
之后，在单片陶瓷结构的厚度方向对其加压，使陶瓷层相互紧密接触。并烧结单片陶瓷结构以获得烧结过的结构。在烧结过的结构的外表面上构成合适的外电极、制成单片陶瓷电子元件。
近年来，要求减小电子元件的尺寸，而且单片陶瓷电子元件同样要减小其尺寸和厚度。要想减小单片陶瓷电子元件的尺寸和厚度，则要求减薄放在内电极之间的陶瓷层的厚度。所以，在制造单片陶瓷结构时要用较薄的生片。
然而，极薄的陶瓷生片很难加工。而且，单片陶瓷结构中，在相互重迭的有内电极的部分的厚度大于无内电极的部分的厚度。因而在各部分之间必然会形成台阶部分。
特别是，由于在单片陶瓷结构烧结之前在其厚度方向加压时形成了台阶部分，压力主要加到有相互重迭的内电极的部分上。所以其它部分加的压力不足。因而会出现称为分层的层分离现象。而且，陶瓷生片中的溶剂会引起内电极鼓胀。于是，不能使内电极准确地形成所需的形状。
因此，很难使陶瓷生片的厚度减小到6μm以下。
在交替迭置陶瓷浆料和导电浆料而制造的单片陶瓷结构中会出现这些问题。
为了克服这些问题，提出了一种方法，其中，用薄膜形成法制成的金属膜部件用作内电极，用以下的第1至第3种方法作该方法的实例。
第1种方法有在支承件的整个表面上用薄膜形成法，如溅射法形成金属膜的步骤。然后，在金属膜上形成光刻胶层，该光刻胶层有与电极形状相应的开孔，然后，用光刻法对金属膜刻图。因此构成如图1所示的金属膜2。然后在金属膜2上形成陶瓷生片3，重复形成金属膜2和形成陶瓷生片3的工艺，制成单片结构4。
JP-A-64-42809所公开的第2种方法中，在合成树脂构成的第1膜上形成陶瓷生片；在第2支承膜上用薄膜形成法形成金属膜。之后，将由第2支承膜支承的金属膜转移到第1支承膜上的陶瓷生片上，制成其上有金属膜的陶瓷生片。迭置多片这样的陶瓷生片制成单片陶瓷结构。
第3种方法有在支承膜的整个表面上用薄膜形成法形成金属膜的步骤。之后，用光刻法对金属膜刻图。之后，在有金属膜图形的支承膜上形成陶瓷生片，获得有金属膜的陶瓷生片。之后，用加热转移法将由支承膜支承的生片迭置于迭置台上，制成单片陶瓷结构。
第1种至第3种方法中，每种方法均用薄膜形成法制成的金属膜部件作内电极，与用导电浆料制成内电极的方法相比，可以使内电极更薄。
然而，要想每一层的厚度更薄，则必然会遇到增加迭层数量的问题，因此，使内电极的厚度相对于夹在内电极之间的陶瓷层厚度变厚。结果，第1方法出现了在只有陶瓷生片迭置部分6与有相互重迭的内电极8的部分7之间有厚度不同的问题，如图2所示。因而在其厚度方向对迭层结构加压时，压力很容易只加到有相互重迭的内电极8的部分上。因此，陶瓷层之间的粘接强度在没有相互重迭的内电极的区域内会下降。结果，当烧结叠层结构时，很容易发生分层。
而且，第1种方法在支承件上形成了金属膜之后还要进行其它工艺步骤，如构成光刻胶层图形的步骤，腐蚀图形的步骤和剥离光刻胶层的步骤。
第2种方法遇到了有内电极相互覆盖的部分的厚度比没有内电极的部分的厚度更厚的问题。因而，第2种方法也有分层问题。而且，当陶瓷生片极薄时，会很难加工这种生片。而且，由于方法中有转移工艺步骤，因而很难使金属膜在生片上高度精确地定位。
而且，在转移工艺中，无金属膜的部分有使陶瓷生片与第2支承膜接触的问题。在转移工艺后第2支承膜应从有金属膜的陶瓷生片上剥离。因此，金属膜和陶瓷生片均应容易地从第2支承膜上剥离。然而，不容易满足该要求。因此，在剥离第2支承膜时有可能破坏陶瓷生片部件。
由于第3种方法有用薄膜形成法形成金属膜的步骤，然后用光刻法刻图的工艺步骤，因而使制造工艺变得复杂。而且结构中与支承膜接触的金属膜和陶瓷生片，在从支承膜上转移时，要求金属膜和陶瓷生片均能容易地从支承膜剥离。然而不能容易地满足该要求。
本发明的目的是提供一种制造单片陶瓷电子元件的方法用该方法可防止单片陶瓷结构中形成有内电极的部分与没有形成内电极的部分之间出现不同的厚度，因而能有效地防止分层，与有用薄膜形成法形成内电极的步骤的单片陶瓷电子元件的常规制造方法相比，能简单而稳定地制造单片陶瓷电子元件。
为实现本发明目的，按本发明的一个方案，提供一种制造单片陶瓷电子元件的方法，包括下述工艺步骤在第1支承件上用薄膜形成法形成第1金属膜；在第1金属膜上形成其中有图形孔的光刻胶层；在光刻胶层中形成的图形孔内形成比第1金属膜厚的第2金属膜；构成包括光刻胶层和第1金属膜和第2金属膜的单片陶瓷结构；烧结单片陶瓷结构，使第1金属膜变成绝缘材料，除去光刻胶层。
按本发明的另一方案，构成单片陶瓷结构的步骤有在第2支承件上形成陶瓷生片的步骤；从第1支承件剥离单片陶瓷结构，同时从第2支承件剥离陶瓷生片，并在迭置台上交替地迭置单片陶瓷结构和陶瓷生片。
按本发明的又一方案，构成单片陶瓷结构的步骤有在第2支承件上构成陶瓷生片的步骤；将第1支承件上的第1金属膜层转移到陶瓷生片上，构成包括金属膜的生片；顺序转移并迭置多片有金属膜的生片，构成单片陶瓷结构。
采用转移法制成有金属膜的生片的步骤中，最好用辊压进行金属膜的转移，以使薄金属膜能容易而光滑地转移到陶瓷生片上。
本发明中，第1金属膜比第2金属膜薄。该厚度值的确定应使得第1金属膜在烧结中能形成绝缘结构。由于金属膜中的金属成分扩散进周围的陶瓷中，被扩散的金属成氧化物离子形式，因而能实现将第1金属膜构成绝缘结构的工艺。尽管由于因组成第1金属膜的材料和包括烧结温度在内的烧结条件的不同而导致厚度不同，因而使变成绝缘结构的第1金属膜的厚度不能确切地确定，然而，其厚度最好在0.1μm以下。结果第1金属膜能可靠地形成绝缘结构。
光刻胶层主要由烧结时会消失的光刻胶树脂构成。由于光刻胶层在烧结工艺中会消失，所以本发明不需剥离光刻胶层的工艺。而且，烧结工艺中周围的陶瓷移入光刻胶已消失的部分中，因而可防止产生气泡。
光刻胶中最好添加无机组分。由无机材料如陶瓷或玻璃构成的无机组分在烧结后不会消失。因此，无机组分有防止光刻胶消失部分的强度下降的作用。光刻胶层中含有无机组分的情况下，周围的陶瓷平滑地移到光刻胶树脂因烧结已消失的部分。因而烧结条件与其它陶瓷部分的烧结条件相同。因而，光刻胶层中包含有无机组分的结构能获得更均匀及致密的烧结结构。
第1和第2金属膜的材料没有特别的限定。按本发明的又一方案，第1金属膜含铜(Cu)、第2金属膜含镍(Ni)。含铜的第1金属膜烧结后容易变成氧化物和绝缘结构。通过用镍形成第2金属膜，可降低内电极的造价。
按本发明的另一方案，提供一种制造单片陶瓷电子元件的方法，包括下述工艺步骤在第1支承件上用薄膜形成法形成第1金属膜；在部分第1金属膜上，用薄膜形成法，形成部分第2金属膜，形成的第2金属膜的厚度比第1金属膜厚，因而形成多层金属膜的步骤；构成包含多层金属膜的单片陶瓷结构；通过烧结陶瓷，使构成第1金属膜一部分的金属组分扩散进入陶瓷，从而使单片陶瓷结构中不处于第2金属膜下面的第1金属膜部分变成绝缘结构。
按本发明的又一方案，第1金属膜的厚度为100nm以下，第2金属膜的厚度为厚于300nm而薄于1000nm。这是因为必须使第1金属膜构成为，不是处于第2金属膜下面的第1金属膜部分在陶瓷烧结时转变成绝缘结构。也就是说，第1金属膜的厚度做成100nm，使烧结中第1金属膜包含的金属组分容易扩散进陶瓷，而在扩散时金属组分是以氧化物离子形式扩散。第2金属膜的厚度要做成300nm以上的原因是，当第1金属膜部分变成绝缘结构时，要防止第2金属膜氧化。即，第2金属膜的是用作内电极的部分。注意，第2金属膜的厚度上限无特别的限定。然而，用第2金属膜作单片陶瓷电子元件的内电极，并达到本发明的防止产生台阶部分的目的，通常规定第2金属膜的厚度在1000nm以下。
按本发明的一个方案，在使第1金属膜氧化而第2金属膜不氧化的氧分压条件下烧结单片陶瓷结构，使部分第1金属膜形成绝缘结构的步骤。也就是说，将氧分压控制到这样的水平，烧结陶瓷时，第1金属膜被氧化，不处于第2金属膜下面的第1金属膜部分构成绝缘结构，并防止第2金属膜氧化。可按所用的不同材料、第1和第2金属膜的厚度、烧结工艺的温度和时间，来适当确定氧分压值。
用适当的光刻法进行多层金属膜的形成步骤。例如，多层金属膜的形成步骤有以下工艺步骤在第1金属膜上形成其中有图形孔的光刻胶层的步骤；在光刻胶层的图形孔中用薄膜形成法，形成其厚度比第1金属膜的厚度厚的第2金属膜的步骤；和剥离光刻胶层的步骤。
而且也可以用常规的转移法实现包括多层金属膜的单片陶瓷结构的形成步骤。按本发明的另一方案，单片陶瓷结构的形成步骤有下述步骤在多层金属膜上形成陶瓷生片来形成包括金属膜的陶瓷生片的步骤；迭置多片这样的生片的步骤。按本发明的另一方案，用有在第2支承件上形成陶瓷生片步骤的转移法，实现单片陶瓷结构的形成步骤；将第一支承件支承的多层金属膜转移到陶瓷生片上，构成包含金属膜的生片，顺序转移多片有金属膜的生片，构成单片陶瓷结构。用转移法时，最好用辊压法，将多层金属膜转移到陶瓷生片上。
本发明中，形成第1金属膜，然后形成光刻胶层。然后在光刻胶层的图形孔内形成第2金属膜，由此构成包括金属层和光刻胶层的迭层件。因而不需要有诸如腐蚀和剥离光刻胶层的准备工作。也就是说，可省去第1金属膜的腐蚀步骤和剥离光刻胶层的步骤。因而，可明显缩短用薄膜形成法形成薄膜所需的工艺时间。而且，由于清洗腐蚀液的工艺而造成的缺陷率会减小。由于不要求光刻胶层有抗腐蚀性，因而可从各种材料中选用构成光刻胶层的树脂。因此可降低材料费。
而且，在烧结包括有金属层和光刻胶层的迭层件的单片陶瓷结构的步骤中，在烧结陶瓷的同时剥离了光刻胶层并使第1金属膜变成绝缘结构。因而，为了容易而稳定地获得用迭置而成的第2金属膜作内电极的单片电子元件的烧结结构，不需要附加工艺。
在整个表面上形成第1金属膜，可减少有相互重迭的内电极的部位与无相互重迭的内电极的部位之间的台阶部分。因而能满意地防止出现分层。
构成单片陶瓷结构的步骤由以下步骤组成在第2支承件上形成陶瓷生片的步骤；在迭置台上交替迭置有支承在第1支承件上的金属层和光刻胶层和由第2支承件支承的陶瓷生片迭层件，从各支承件剥离基件。也就是说，从第1支承件剥离第1金属膜，从第2支承件剥离生片。因而，能容易地控制剥离部件所需的力。
用转移法进行构成单片陶瓷结构的步骤时，即，在第2支承件上预先构成陶瓷生片，然后将有金属层和光刻胶层的迭层件转移到陶瓷生片上，构成有金属膜的整体的生片时，在实施迭置工艺时，只将陶瓷生片从支承件剥离。因而能容易而可靠地控制从支承件的剥离。因而用转移法可用更薄的陶瓷生片和电极材料制造单片陶瓷电子元件。而且能防止因有迭置缺陷和/或加压缺陷而造成的分层。
结果，按本发明，若打算使要制造的单片陶瓷电子元件的厚度减小，并且打算增加单片陶瓷电子元件的内电极层的迭置数量，则可减少因分层而造成的缺陷部分。而且可用简单工艺稳定地制成单片陶瓷电子元件。
按本发明的制造单片陶瓷电子元件的方法制成的单片陶瓷电子元件具有这样的结构，在整个表面上形成第1金属膜，可减少有相互重迭的内电极的区域(在该区域内有相互重迭的第2金属膜)与无内电极重迭的区域之间的台阶部分。因而能有效防止所获得的烧结结构产生分层。
而且，烧结陶瓷的工艺中，第1金属膜构成绝缘结构。因而，为减少台阶部分而形成的第1金属膜不用作导体。因而，即使构成了第1金属膜，也能防止短路等缺陷。而且，可省去了后续工艺步骤中用腐蚀之类的方法来部分剥离第1金属膜。因而不需要构成多层金属膜的附加工艺。
第1金属膜以氧化物离子形式扩散进陶瓷中。控制第1金属膜的组分就能控制陶瓷的组分。因而，可提供具有所需性能的单片陶瓷电子元件。
多层金属膜由支承件支承。这种状态下，只有第1金属膜与支承件接触。可以按支承件从第1金属膜实现满意地剥离便利的方式来确定多层金属膜从支承件剥离的便利。因而容易确定支承件的剥离方式。因而，作为例子，多层金属膜转移到在第2支承件上形成的陶瓷生片，多层金属膜容易从支承件剥离。由于第2支承件只与陶瓷生片接触，要求第2支承件容易而光滑地从陶瓷生片剥离。因而，要求第2支承件具有简单剥离特性。
本发明可适用于各种制造包含内电极的单片电子元件如单片电容器、多层陶瓷迭片压电元件和多层陶瓷衬底的方法中的任何一种。
通过下文结合附图对最佳实施例的详细说明，本发明的其它目的，特征和优点将会是显而易见的。
图1是制造单片电容器的常规方法的剖面图；图2是展示常规单片电容器中单片陶瓷结构的剖面图；图3A和3B分别是按本发明第1实施例的在第1支承件上形成的第1金属膜的状态和所形成的光刻胶层和第2金属层的状态的剖面图；图4是展示在第2支承件上形成陶瓷生片的状态的剖面图；图5是展示烧结前的单片结构的剖面图；图6是展示烧结单片芯片所获得的烧结结构的水平剖面图；图7是第1实施例中获得的单片电容器的剖面示意图；图8是按第4实施例的在第1支承件上形成第1金属膜的状态剖面图；图9是展示在第1金属膜上形成有图形孔的光刻胶层的状态的剖面图；图10是展示在光刻胶层的图形孔中形成第2金属膜的状态的剖面图；图11是展示用辊压法形成有金属膜的整体生片的工艺的部分剖面图；图12是迭层结构的剖面图；图13A和13B分别是展示形成第1金属膜的状态和在光刻胶的图形孔中形成第2金属膜的状态的剖面图；图14是展示在支承件上形成多层金属膜的状态的剖面图；图15是通过在多层金属膜上模压陶瓷生片而构成有金属膜的整体生片的状态的剖面图；图16是单片陶瓷结构的剖面图；图17是烧结结构的剖面图；图18是单片电容器的剖面图；图19是按第8实施例的在第2支承件上形成陶瓷生片的状态的剖面图；图20是展示形成多层金属膜的状态的剖面图；图21是用按实施例8的方法将多层金属膜转移到陶瓷生片上的工艺的剖面图；图22是第8实施例中获得的有金属膜的整体生片的剖面图。
将结合
本发明的最佳实施例。
实施例1如图3A所示，用作第1支承件的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜11涂敷有硅树脂(未画出)。然后在聚对苯二甲酸乙二醇酯膜11上形成第1层金属膜12。在膜11的整个表面上，用蒸发法形成厚度为0.1μm的由Ag(银)层构成的第1层金属膜12。
之后，在第1金属膜层12上加光刻胶形成厚0.8μm的光刻胶层13。光刻胶的主要组分是含10vol％的BaTiO3粉的醌和二叠氮基福尔马林树脂。
然后，进行曝光和显影工艺，获得如图3B所示的其中形成有图形孔13a的光刻胶层13。
之后，在光刻胶层13中形成的图形孔13a的区域中的第1金属膜12上形成第2金属膜14。用电镀法施加Pd形成厚0.8μm的第2金属膜14。第2金属膜14构成后面所述的内电极。
另一方面，预备图4中所示的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜15作为第2支承件。然后，在聚对苯二甲酸乙二醇酯膜15上将主要组分为BaTiO3的陶瓷浆构成厚6μm的薄片，获得陶瓷生片16。
然后，交替迭置有图3B所示金属层和光刻胶层的迭层件17和陶瓷生片16，获得单片结构。在陶瓷生片16上，把由作为第1支承件的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜11支承的有金属层和光刻胶层的迭层件17迭置在陶瓷生片16上，使单片结构17的上面，即覆盖有第2金属层14的上面，与陶瓷生片16接触；然后在约80℃对单片结构加压；然后剥离作为第1支承件的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜11。然后进行同样的热压，由此顺序迭置陶瓷生片16和有金属层和光刻胶层的迭层件17。因此，能获得图5所示的迭层件18。
按迭层件18的厚度方向切割，以获得用于单片电容器的预定的单片芯片。然后在空气中在1300℃烧结获得的单片芯片。结果能获得图6所示的烧结件19。烧结体19中有每个由第2金属膜14构成的相互重迭的内电极20。注意，烧结工艺中，第1金属膜12被加热，因而，它变成绝缘结构。光刻胶层中的光刻胶树脂在烧结工艺中消失。另一方面，光刻胶层中包含的陶瓷粉和从光刻胶层周围区移动的陶瓷构成类似于其余烧结部分的致密烧结结构。结果，如图6所示，内电极20被致密陶瓷包围。
在上述的获得的烧结结构的外表面上施加图7所示的外电极21a和21b。因此，获得单片电容器22。注意，图6所示的剖面图是沿图7中的烧结结构的X-X线剖开的。
按图7所示的X-X方向切开观察获得的单片电容器22的结构。结果，与常规的单片电容器相比，有相互重迭的内电极的部位与无相互重迭的内电极部位之间的台阶部分减小。
测试单片电容器的电特性。结果，获得了设计特性。烧结结构中没有观察到分层。
也测试用常规方法制造的单片电容器的特性。结果，在外电极的引出部分附近，即在其上构成外电极的烧结结构的端表面附近，发现有分层。这种电容器中的约25％出现分层。
切割烧结结构，观察按该实施例的单片电容器的构成光刻胶层的区域。发现光刻胶组分已消失而BaTiO3组分留下了。而且，这部分是与其它陶瓷部分类似的烧结态。因而可以认为周围的陶瓷移到了这部分。因而构成了致密的烧结结构。
而且，烧结工艺后第1金属膜12已消失。因而，即使如上述的构成了第1金属膜，在所获得的独石电容器中也不出现例如短路的缺陷。
第2实施例用类似于第1实施例的方法制造多层陶瓷基片，只是用铜(Cu)膜代替银(Ag)膜用作第1金属膜，用Ni膜代替Pd膜用作第2金属膜，光刻胶树脂含10vol％的Al2O3粉，和5vol％的玻璃粉，并在还原气氛中在1200℃烧结。
所获得的多层陶瓷基片中，防止了有相互重迭的内电极的部位与无相互重迭的内电极的部位之间形成台阶部分。
测试所获得的多层陶瓷基片的特性。结果，获得了设计的特性。获得的多层陶瓷基片被按其厚度方向切割。结果，没发现因分层而产生的缺陷。
形成光刻胶层的区域内是基本上与其它陶瓷部分相同的烧结状态。也就是说，可以认为加热时光刻胶组分已挥发，所含的玻璃组分已溶化，留下了氧化铝组分，周围的陶瓷已移动，从而实现了烧结状态。
构成第1金属膜的铜组分基本上消失，因此没发生绝缘缺陷和产生气泡的缺陷。
第3实施例用类似于实施例1的方法制造单片电容器，只是所用的光刻胶中没添加诸如陶瓷粉和玻璃粉的无机粉。
不能充分地减小有相互重迭的内电极的部位与无相互重迭的内电极的部位之间的台阶部分。然而，与用常规方法获得的单片电容器相比，在迭置工艺后的加压工艺中均匀地加压可满意地防止产生分层。
尽管在第1至第3实施例的结构中是用不同金属形成第1金属膜和第2金属膜，但也可用相同的金属构成第1金属膜和第2金属膜。
第4实施例如图8所示，制备涂敷有硅脱模剂(未画出)的PET膜31作第1支承件。在硅脱模剂层上形成第1金属膜32。在整个表面上用蒸发法构成厚0.1μm的铜膜作第1金属膜32。
然后，在第1金属膜32上施加厚度为0.8μm的光刻胶层，光刻胶层的构成是，在光刻胶树脂中含50vol％的BaTiO3粉。之后进行曝光和显影工艺，在光刻胶层中构成图形孔。结果构成如图9所示的其中有图形33a的光刻胶层33。
然后，在每个图形孔33a中形成第2金属膜34，见图10。第2金属膜是用电镀0.8μm的镍(Ni)膜而获得的。
另一方面，制备厚度为50μm的PET膜作第2支承件，随后在PET膜上以片的形式形成主要组分为BaTiO3粉的陶瓷浆料。由此生产出陶瓷生片。
之后，如图11所示，在陶瓷生片上采用辊式压制35，因而使由第2支承件支承的金属层和光刻胶层的迭层件转移到支承在PET膜39上的陶瓷生片37上，然后剥去PET膜。结果制成具有金属膜的生片38。然后制备PET膜42作为第三支承件，并将有金属膜的生片38迭放在第3支承件42上，并同时精确控制它们的相对位置。每迭放一片有金属膜的生片就热压。热压之后剥去用作第1支承件的PET膜31，由此获得单片结构。获得的独石结构示于图12中。
之后，把由上述方法获得的迭层件41按其厚度方向切割成若干单片，每个单片构成单片结构，每个单片结构单片用作分离的单片电容器。然后烧结单片芯片，获得烧结结构，之后与第1实施例类似，形成外电极。结果，制成单片电容器。
第5实施例制成类似于第4实施例的单片电容器，只是用的光刻胶中不含无机粉。
评价第4和第5实施例按第4实施例的制造工艺中，在进行烧结工艺前，切开单片结构芯片，观察其内部。看到，基本上防止了在有用于构成相互覆盖的内电极的第2金属膜的部位与其它部位之间产生台阶部分。
按平行于其上形成有外电极的端表面方向切割所获得的单片电容器的烧结结构。观察其内部结构。发现，基本上防止了有相互重迭的内电极的部位与无相互重迭的内电极的部位之间的台阶部分的产生。也就是说，结构中光刻胶层内包含陶瓷粉易于防止在烧结工艺进行时产生台阶部分。
形成光刻胶层的部位中，构成光刻胶的树脂消失了而留下了所含的陶瓷粉。而且，此部位的烧结态与其它陶瓷部位基本上是同样的。因而，可以认为，进行烧结工艺时，陶瓷粉保留下来，周围的陶瓷被移动，从而实现了与周围部分相同的烧结状态。
而且，由于施加光刻胶层的第1金属膜的厚度是0.1μm以下，因此由烧结工艺而使第1金属膜形成绝缘结构。因而可以理解为能稳定地提供单片电容器，这种电容器不容易出现诸如短路、绝缘缺陷、产生气泡和分层等缺陷。
在第5实施例中，获得烧结结构前，按其厚度方向切割单片芯片，观察第2金属膜构成相互重迭的内电极的部位与其它部位之间的台阶部分。发现，与第4实施例中获得的单片芯片相比，尽管台阶部分没有明显减小，但与用常规方法获得的独石电容器中的单片芯片相比，台阶部分能明显减小。
用与第4实施例用的评估方法类似的方法分析所获得的烧结结构的内部结构。结果，发现第1金属膜由于烧结而构成了绝缘结构。而且，获得的单片电容器没有诸如短路，绝缘缺陷、气泡产生和分层等缺陷。
按第4和第5实施例的制造方法中，只有陶瓷生片与支承膜接触。因而，仅要求支承膜的脱模剂层能使陶瓷生片容易剥离即可。因此可用市售的适当的脱模剂，因而容易设计脱模剂层。
在用了合适的脱模剂的情况下，测试迭置各层时剥离支承膜所需的力，测试结果列于表1中。
表1
从表1能看出，按第4和第5实施例，从陶瓷生片上剥离支承膜所需的力是常规结构所需力的1/3。因而，充分防止了转移缺陷，因此能充分防止产生分层。
尽管以下的实施例是一些例子，本发明的每个实施例适于制造单片电容器结构，它是用母多层金属膜和母陶瓷生片的未烧结的结构。
第6实施例如图13A所示，制备聚对苯二甲酸乙二醇酯膜111(PET)作为第1支承件。PET膜111的顶表面涂敷硅树脂(未画出)。在PET膜111上形成第1金属膜112。在PET膜111的整个表面上用蒸发法形成厚度为70nm的Ag膜，获得第1金属膜112，然后在第1金属膜112的顶表面上加厚度为1μm的光刻胶层。然后，进行曝光和显影工艺。结果，构成图13B所示的光刻胶层113。之后，在光刻胶层113的每个图形孔113a中，用薄膜形成法，形成第2金属膜114。该实施例中，用电镀Pd形成厚0.5μm的第2金属膜114。
然后，用光刻胶剥离液等剥离光刻胶层113。因此获得图14所示的多层金属膜115，多层金属膜115包括在一部分第1金属膜112上形成的第2金属膜114。因此，多层金属膜115仅在其第一金属膜112的下表面与PET膜111接触。结果，要求PRT膜111便于与第一金属膜112剥离，因而容易设计成从PET膜111的顶表面方便地剥离。
第2金属膜114对应于最后要用作内电极的部位，而第1金属膜112由于后述的工艺而变成绝缘结构。
然后在PET膜111上的多层金属膜115上形成陶瓷生片。该实施例中，用显微照相制板(microgravure)法将陶瓷浆料形成厚8μm的片，而构成陶瓷生片116，见图15。
如图15所示，由于原地形成了陶瓷生片116，因而制成有金属膜的整体生片，同时支承在PET膜111上。
然后，顺序迭置有金属膜的整体生片117，获得图16所示的迭层结构118。尽管图16展示了在迭层结构118下面只有几层，但仍可按向上的方向再迭置多层有金属膜的整体生片117。数字119表示迭层工艺中用的支承膜。
迭层结构母体118按其厚度方向被切割，构成用于各单片电容器的分立的单片陶瓷结构。因此，获得了用于各单片电容器的分立的单片陶瓷结构。
在大气中在1200℃对单片陶瓷结构加热4小时，烧结单片陶瓷结构。烧结工艺中，除烧结未烧结过的陶瓷之外，第1金属膜112变成了绝缘结构。也就是说，构成第1金属膜112的金属组分变成了扩散进周围陶瓷中的氧化物离子，因而构成了绝缘物质。因而，只有由第2金属膜114构成的内电极留在烧结过的结构120中，其剖面形状示于图17中。尽管图17只展示了两层第2金属膜114，但有多层用作相互重迭的内电极的第2金属膜与陶瓷层交替迭置。
在烧结结构120的两个端表面上构成一对外电极，获得图18所示的单片电容器121。单片电容器121中，烧结结构中的由第2金属膜114构成的相互重迭的多个内电极与单片陶瓷结构交替地迭置。注意数字122a和122b分别表示外电极。可用合适的方法如涂敷、烧结或镀敷导电浆料等方法构成外电极122a和122b。
检验这样获得的单片电容器中有相互重迭的内电极的部位与无相互重迭的内电极的部位之间的台阶部分的产生情况。由第1金属膜的厚度乘迭置的第1金属膜的层数而计算出的结果，能定量地减小台阶部分。
制备20支单片电容器，每支单片电容器切割成其剖面露到外边，如图18所示，观察是否发生分层。没有发现分层。同样，按垂直于图18所示剖面的方向切割20支单片电容器中的每一支，观察露在外边的剖面，与上述情况相同，没发现分层。
为了进行比较，对用现有技术中的第1种方法制成的单片电容器观察是否发生分层。剖面方向与图18的剖面方向相同时观察，发现20支单片电容器中有5支出现分层。
由于本实施例第1金属膜的熔化点约为960℃，它与烧结温度1200℃相比是够低的，因此，第1金属膜变成了绝缘结构。因而本实施例的单片电容器无短路发生。
第7实施例制成的单片电容器与第6实施例类似，只是用Cu制成第1金属膜，第2金属膜用Ni制成。陶瓷浆料由BaTiO3类陶瓷构成，不含铜。按这样的方式进行烧结工艺，在最初的烧结周期中，规定氧分压为镀镍膜不氧化而蒸发的铜膜被氧化的水平，该最初烧结周期是保持在最高烧结温度的烧结周期的一半。具体地说，氧分压规定为10-4Pa(帕)。在氧分压为10-4帕的条件下进行最初烧结周期后，在还原气氛中烧结。其它条件与第6实施例用的条件相同，由此制成单片电容器。
分析第7实施例中获得的每个单片电容器的烧结结构。结果，证实了Cu均匀地分散在陶瓷中。也就是说，证实了构成第1金属膜的Cu分散在陶瓷中。
测试所获得的单片电容器的电特性。能获得类似于将铜粉加到BaTi03中所获得的效果。
对每个单片电容器的剖面进行类似于第6实施例的观察，没发现分层发生。
尽管按第7实施例，对初始烧结周期中的氧分压进行控制，以便使构成第1金属膜的Cu扩散，但也可把氧化扩散剂加到第1金属膜，或可添加扩散增强剂，使构成第1金属膜的金属组分扩散进陶瓷中。
第8实施例如图19所示，制备PET膜131用作第2支承件。用硅树脂涂敷(未画出)PET膜131的顶表面。
用刮片法将陶瓷浆料加到PET膜131上，然后干燥，制成厚度为8μm的陶瓷生片132。
另一方面，制备图20所示的PET膜132用作第1支承件，用硅树脂(未画出)涂敷PET膜132的顶表面。
与第6实施例相同，在PET膜132上形成第1金属膜134和第2金属金属膜135。本实施例中，用Ag制成第1金属膜134，用Pd制成第2金属膜135。用此制成多层金属膜136。
然后，如图21所示，用压延辊137，将多层金属膜136转移到陶瓷生片132上。然后剥离PET膜133，获得如图22所示的有金属膜的整体生片138。
迭置这样获得的每片均有金属膜的整体生片138，获得迭层结构。也就是说，剥离PET131，把多层金属膜136转移到陶瓷生片上，并迭置每片均有金属膜的整体生片138，能获得类似于第6实施例的单片陶瓷结构。
与第6实施例类似，用这样获得的单片陶瓷结构制造单片陶瓷电容器。
考查按第8实施例获得的单片电容器是否出现分层。没有发现分层。
由于用常规转移法制造单片电容器时陶瓷与金属膜均与支承膜接触。要求支承膜必须能容易地从陶瓷和金属膜剥离。然而，由于第8实施例的结构中只有第1金属膜134与PET膜133接触，因此只要求PET膜能从第1金属膜134容易剥离。
第6至第8实施例中，第1金属膜112和134在烧结工艺中部分地被扩散，因而它们变成绝缘结构。因此可以认为需要复杂的工艺，用腐蚀之类的方法就能剥离不在第2金属膜下面的那部分第1金属膜。
尽管第6至第8实施例均用Ag或Cu制成第1金属膜，用Pd或Ni制成第2金属膜，但也可用其它金属，只要能达到本发明的效果即可。
尽管用某些特定的优选实施例来说明本发明。但应该理解为在不脱离后附的权利要求书要求保护的本发明的范围和精神的条件下，这些优选形式在其构成的细节上，另部件的组合排列上均能变化。
权利要求
1.一种制造单片陶瓷电子元件的方法，包括下述工艺步骤在第1支承件(11)上用薄膜形成法形成第1金属膜(12)；在所述第1金属膜(12)上形成其中有图形孔(13a)的光刻胶层13；在至少一个所述图形孔(13a)中形成第2金属膜(14)；形成包括多层所述光刻胶层(13)和所述第1和第2金属膜(12、14)的单片陶瓷结构(18)；和烧结所述独石陶瓷结构(18)，使所述第1金属膜(12)变成绝缘材料，并除去所述光刻胶层(13)。
2.按权利要求1的制造单片陶瓷电子元件的方法，其特征是，在所述图形孔(13a)中形成的第2金属膜(14)的厚度大于所述第1金属膜(12)的厚度。
3.按权利要求1的制造单片陶瓷电子元件的方法，还包括以下步骤在第2支承件(15)上形成陶瓷生片(16)，和从所述第1支承件(11)上剥离有所述第1和第2金属膜(12、14)和所述光刻胶层(13)的迭层结构(17)；从所述第2支承件(15)上剥离所述陶瓷生片(16)；和交替迭置所述迭层结构(17)和所述陶瓷生片(16)。
4.按权利要求1的制造单片陶瓷电子元件的方法，还包括以下步骤在第2支承件(39)上形成陶瓷生片(37)；将包括所述第1金属膜(32)、第2金属膜(34)和所述光刻胶层(33)的迭层结构(17)转移到所述陶瓷生片(37)上，构成有金属膜的陶瓷生片(38)；迭置多层有金属膜的所述生片(38)，构成独石陶瓷结构(18)。
5.按权利要求3的制造独石陶瓷电子元件的方法，其特征是，用辊压法将迭层结构(17)转移到所述陶瓷生片(16)上。
6.按权利要求1的制造独石陶瓷电子元件的方法，其特征是，所述第1金属膜(12)的厚度为0.1μm以下。
7.按权利要求1的制造独石陶瓷电子元件的方法，其特征是，所述光刻胶包含光刻胶树脂和无机组分。
8.按权利要求1的制造独石陶瓷电子元件的方法，其特征是，用陶瓷作为无机组分。
9.按权利要求7的制造独石陶瓷电子元件的方法，其特征是，用玻璃作为无机组分。
10.按权利要求1的制造独石陶瓷电子元件的方法，其特征是，所述第1金属膜(12)包含Cu，第2金属膜(14)包含Ni。
11.一种制造独石陶瓷电子元件的方法，包括以下工艺步骤在第1支承件(111)上用薄膜形成法形成第1金属膜(112)；在部分第1金属膜(112)上用薄膜形成法形成第2金属膜(114)，从而形成多层金属膜(115)；形成与所述多层金属膜(115)结合的独石陶瓷结构(118)；和通过在烧结所述陶瓷时，使构成第1金属膜的金属组分扩散进陶瓷中的方式，使所述独石陶瓷结构中的第1金属膜(112)的不被所述第2金属膜(114)覆盖的部分变成绝缘结构。
12.按权利要求11的制造单片陶瓷电子元件的方法，其特征是，所述第2金属膜(114)的厚度比第1金属膜(112)的厚度要厚。
13.按权利要求11的制造单片陶瓷电子元件的方法，其特征是，所述第1金属膜(112)的厚度在100nm以下，第2金属膜(114)的厚度大于等于300nm并小于等于1000nm。
14.按权利要求11的制造单片陶瓷电子元件的方法，其特征是，在氧分压为使所述第1金属膜(112)氧化、但使所述第2金属膜(114)不氧化的水平下烧结所述单片陶瓷结构(118)，完成使所述第1金属膜(112)的一部分变成绝缘结构并烧结所述陶瓷的步骤。
15.按权利要求1的制造单片陶瓷电子元件的方法，其特征是，所述构成所述多层金属膜(115)的步骤包括以下工艺步骤在所述第1金属膜(112)上形成其中有图形孔(113a)的光刻胶层(113)的步骤；在所述光刻胶层(113)的每个图形孔(113a)中用薄膜形成法形成比所述第1金属膜(112)厚的第2金属膜(114)的步骤；和剥离所述光刻胶层(113)的步骤。
16.按权利要求11的制造单片陶瓷电子元件的方法，其特征是，所述形成所述单片陶瓷结构(118)的步骤包括以下步骤通过在所述多层金属膜(115)上形成陶瓷生片，构成与金属膜成为一个整体的陶瓷生片的步骤和迭置所述与金属膜成为整体的陶瓷生片的步骤。
17.按权利要求11的制造单片陶瓷电子元件的方法，其特征是，所述构成所述单片陶瓷结构(118)的步骤有以下步骤在第2支承件(131)上形成陶瓷生片(132)；将由所述第1支承件(133)支承的多层金属膜转移到所述陶瓷生片(132)，从而构成与金属膜为一整体的生片；顺序迭置多片所述有金属膜的整体陶瓷生片，构成单片陶瓷结构(118)。
18.按权利要求17的制造单片陶瓷电子元件的方法，其特征是，用辊压法将所述多层金属膜(136)转移到所述陶瓷生片(132)。
19.一种用权利要求1所述方法制成的单片陶瓷电子元件。
20.一种用权利要求11所述的方法制成的单片陶瓷电子元件。
全文摘要
一种制造特性稳定的单片陶瓷电子元件的方法，包括在PET膜上形成第1金属膜；在部分第1金属膜上形成第2金属膜，构成多层金属膜；形成包括多层金属膜的单片陶瓷结构；使单片陶瓷结构中的第1金属膜的部分变成绝缘结构，并烧结陶瓷。还公开了用该方法制造的单片陶瓷电子元件。结果，防止了有相互重迭的内电极的部位与无相互重迭的内电极的部位之间的台阶部分的发生，有效地避免了分层的发生。
文档编号H05K1/03GK1149750SQ9610736
公开日1997年5月14日 申请日期1996年3月16日 优先权日1995年3月16日
发明者川上博之, 河野芳明, 久保寺纪之 申请人:株式会社村田制作所