专利名称：具有高介电常数陶瓷材料芯体的多组件ltcc基材及其开发方法
技术领域：
本发明涉及由构型为在层压物z轴对称排列的不同介电带化学材料的前体素坯(未焙烧)层压物生产平坦无翘曲的低温共焙烧金属化陶瓷(LTCC)体、复合物、模块或组件的方法。而且，这些化学材料中至少一种，但不必限于一种产生在该基材的z轴对称排列的高k芯体层，周围是低介电常数材料鞘。
背景技术：
通过将一包含以下物质的某种组合的薄层浆料分散体浇铸到柔性基材上无机添加剂、玻璃、陶瓷填料、聚合物粘合剂和溶剂，加热浇铸层以除去挥发性溶剂，形成素坯带。然后，将该素坯带冲切成主片或收集成卷形。素坯带本身通常用作多层电路的介电材料或绝缘材料。下面完整地描述了所用的带材料类型及相关导体和电阻类型，以及如何组装并加工该电路。
互连电路板或组件(package)是由大量电互连和机械互连的极小电路元件实际实现电路或子系统。经常需要将这些不同类型的电子元件以一种排列组合，使它们在单个压缩组件中物理隔离且互相相邻地安装，互相电连通和/或与从该组件延伸的共同连接电连通。
复合电路通常需要电路由几种水平的导体构成，这些导体被相应的绝缘介电带层分隔开。导体层通过介电层相互连接，介电层通过导电路径将导体层分开，称为通路填充(via fill)。
在下面所有的讨论中，应理解使用术语带层或介电层表示在与陶瓷带共烧的表面导体和互联通路填充上镀敷金属。类似地，术语层压物或复合物表示已经压制在一起形成单个实体的金属化带层的集合。
Steinberg在美国专利第4654095号中公开了用陶瓷基素坯带制造低温共焙烧陶瓷(LTCC)多层电路。该共焙烧、自由烧结法具有许多优于以前技术的优点。然而，已证实自由烧结LTCC在±0.15和0.30％之间的收缩公差太大而不能促进细距表面固定设备的一般应用。在这个方面，通常应理解制造大于6”×6”的LTCC层压物不实际，除非可将LTCC的收缩公差大大降低至低于自由烧结的通常水平。可通过应用约束烧结技术实现这种降低。
Mikeska在美国专利5,085,720和5,254,191中公开了约束烧结技术，其中首次引入了剥离带基烧结或PLAS(无压辅助烧结(pressure-less assisted sintering)的首字母缩写)。在PLAS方法中，没有任何可觉察程度的烧结的剥离带起到钉住和抑制层压物发生任何可能的x-、y-收缩的作用。在任何后续电路制造步骤之前去除剥离带。通过许多合适的步骤如刷光、喷砂或喷珠(bead blasting)之一完成去除。PLAS的主要优点是收缩公差降低到0.04％以下，这使得能够生产大到10”×10”的基材。必须使能够制造具有优良位置公差的较大基材的能力与不会残留在最终产物中的带材料的购买需要和不可与层压物共同处理上下底导体的限制之间平衡。这些必需的后续步骤只能在去除剥离带之后进行，作为后烧方案的一部分。
Fasano等人在美国专利6,139,666中对Mikeska提出的工艺进行了少许修改，将多层陶瓷的边缘倒角成特定的角度以修正边缘变形，这种变形是由于焙烧过程中外加剥离带收缩控制的不完全造成的。
Shepherd在美国专利6,205,032中提出了另一种控制LTCC结构定位(registration)的方法。该方法对经历不受限制的电路的正常收缩和收缩变化的LTCC电路的芯体部分进行焙烧。制备后续的层以匹配该预烧芯体的形状，以此来约束层压在刚性预烧芯体上的素坯层的烧结。将平面收缩控制在0.8-1.2％，但绝不减少到零。结果是，产生的收缩或位置公差高于所需的0.05％。由于这个原因，在定位变得无法接受和组件位置变得不可能之前，该技术仅限于少数几个附加层。
大量表面安装被动组件如电容器的存在，是对完成电路的最小可能尺寸的显著限制。LTCC设计已经产生了一种用于提高每单位面积功能并降低电路尺寸的方案，以使此表面安装组件再定位于电路内。
一开始，通过将化学材料相同的较薄的LTCC带层用作疏松材料增加电路内电容。与更常用的125或250微米是素坯厚度相比，这些层的素坯(未焙烧)厚度可以是25-50微米。电容的增加与厚度成反比。例如，相同面积的25微米LTCC带所产生的最大电容比250微米LTCC带高10倍。虽然显著，但这种电容的增加并不需要嵌入很多电容器。它可能占RF电路中全部滤波和调谐应用(即＜100皮法)的10％，但在EMI滤波重要(1-10纳法)的汽车引擎操纵杆的情况中几乎没有。将其应用于电源的解耦电容(10纳法-1微法)。在后一种情况下，所需电容值太高，实际上不能通过用较薄的LTCC层获得。只有通过用高介电常数LTCC材料(k＞20＜5000)，加上相互连接的平行LTCC层数量的增加，和作为最后选择的各电容面积的增加，才能获得上述值。
已知可将不同化学材料的介电层直接掺入LTCC多层陶瓷体中。Vu和Shih在美国专利第5,144,526号中描述了LTCC结构，在此结构中，将高介电常数材料与低介电常数材料以对称结构交替叠插。
为了防止该复合物的不良翘曲，选择了上述对称构型。此要求限制了设计者以最优化方式布置电路的灵活性。在大多数情况下，设计者需要高k层更接近顶部而不是位于中心。
第二种不太明显但更重要的缺点是从单个高介电常数和低介电常数材料的自由收缩中不能预测该复合物的收缩。而且，该复合物的三维收缩会随着结构中两条带的比例和分布而变化。所产生的x-、y-和z-收缩变化将改变电容值，这种改变不可预测且仅可通过试验和误差修复。此外，这种电容器的公差变得非常高(＞30％)，是对总概念的应用的另一限制。
如Wang等申请的美国专利6,776,861所述，可利用不同介电化学材料的组合，不仅可潜在加入较高介电常数层，而且通过采用非常匹配的化学材料获得最终收缩为零的焙烧结构或焙烧体。换句话说，开发了一种新的和独特的约束烧结方法。本发明涉及一种焙烧层压物，它包含用于限定最终陶瓷体整体性质的初级介电带以及完全内部、非短效、不可去除、非牺牲或非剥离的一层或多层的次级带或自约束带。后者的目的是为了约束初级带的烧结，从而使得在x、y方向的净收缩为零。然而，约束带的另一个目的可以是将介电常数较高的材料引入该结构中，美国专利6,776,861证明了其真实性。本方法被称为自约束法，用其首字母缩写SCPLAS来表示。该方法获得的收缩公差与Mikeska等所述的剥离带基约束烧结方法获得的收缩公差非常近似。自约束位于结构中的关键位置且共焙烧后仍然为结构的一部分。
在上述美国专利申请10/850,878的延伸中，Wang等描述了采用三种LTCC带化学材料获得高k带层非对称分布的自约束焙烧结构。
一个层压物中不同介电化学材料的成功组合需要匹配该材料的化学和机械性能。不良副反应和/或形成未预见的中间相可影响电学性能，并可通过在焙烧结构中引入残余应力引起影响主空间改变包括严重翘曲。通常，初级或整体带具有固定的化学材料，不可能通过修饰它来改善二者的的相容性。所有上述因素大大限制了可用材料的范围。进而降低了材料设计者可用的自由度。换句话说，开发高k芯体材料可能受限，因为使其与初级或整体带相容的需要设置了化学限制。
发明概述本发明涉及生产共焙烧、金属化的高介电常数陶瓷芯体的方法，该方法包括形成包含至少一层芯带的前体素坯层压物，其中所述芯带的介电常数至少为20；和焙烧所述前体素坯层压物。
本发明的另一实施方式涉及生产低温共焙烧陶瓷结构的方法，该方法包括提供包含至少一层芯带的前体素坯层压物(precursor green laminate)，其中所述芯带的介电常数至少为20；在第一次焙烧中焙烧所述前体素坯层压物，形成高介电常数陶瓷芯体；提供一层或多层金属化的低介电常数初级带；将一层或多层所述金属化的低介电常数初级带层压到所述芯体上；和在第二次焙烧中焙烧所述芯体和初级带层。
附图简要说明
图1表示中心是高介电常数材料，周围是包含自约束和初级带的组合的低介电常数材料对称外鞘的普通电路截面图。图1也简单地表示了多层电容器的构型。所示结构z轴对称，但可有少许不对称，即假定所有带层的厚度相同，在高介电常数芯体以上或以下的整体带的总厚度的差异可以是带层厚度的两倍。
图2表明不使用自约束带并在两个焙烧步骤中进行的方法改变。首先加工高介电常数材料的中心。第一次焙烧后，将金属化初级带附加层施加到焙烧芯体的顶部和底部，然后焙烧整体。
图3表示图2所示的方法的改变。其中层压高介电常数带中心芯体，一层金属化初级带层压到其顶部和底部上，然后焙烧。然后，施加附加初级带层，然后再次焙烧完整结构。
图4代表图1的方法改变。就像图2和3中的方法一样，这是两次焙烧步骤方法，但与它们不同的是，本方法采用自约束带。在第一步中，制备并焙烧含有高介电常数芯体且在其顶部和底部有一层自约束带的层压物。然后通过在顶部和底部施加附加金属化初级带，再焙烧，完成该电路。
发明详述本发明将开发高介电常数带的知识和约束烧结的知识结合，以生产收缩可预测的大面积无曲面、共焙烧的LTCC结构，并提供了足以提供电容网络所需的滤波、解耦和电荷储存功能的高电容值的电容器。
在图1所示的本发明优选实施方式中，用本发明所讨论的所有三种带类型，即高介电常数带(100)、初级带(102)和自约束带(103)建立了带层压物。首先，如电容器阵列设计所示，用所需数量的单个电容器(101)各自金属化所需数量的高介电常数带层(100)。通过用电极金属化各层，然后每隔一层用通路(via)使电极互相连接，从高介电常数带建立各单个电容器。产生了非常相似于简单多层电容器的两交替叠插的电极图案。调整电极的表面积和互连层的数量，为各组件提供所需的电容值。第二，制备至少两层自约束带，一层施加到电容器带结构的顶部一层施加到底部。最后，制备所需层数的初级带(102)，以完成电路的外部部分。以所需顺序施加所有带层，然后将其层压并在850℃中焙烧。一旦焙烧的电路(104)与有源和无源电子元件组装在一起，金属化和初级或低介电常数带层所提供的互相连接将促进其所有模拟和数字功能。
将一系列单个高介电常数带(100)片层在80℃的烤炉中调适30分钟，然后冲切(切成一定大小)，使各片层的四个角各自具有定位孔(冲孔)。片层厚度可以低达0.001英寸和厚达0.015英寸。优选的厚度是0.002-0.004英寸。所有冲切的片层尺寸相同；然而，根据电路设计、制造方法和各电路的总成本，所选择的标称片层尺寸应小至3英寸×3英寸，或大至12英寸×12英寸。然后用高速冲孔仪在各片层上冲所需数量的通路孔。通路孔的数量取决于片层的起始尺寸，但可在1-70000的范围中变化，一般在100-20000的范围中变化。
然后通过预制图案的丝网或模版橡皮辊印刷，使图案上的孔对准片层上的通路孔，从而用厚膜通路浆料填满各片层上的通路孔。填满通路的浆料由金属、金属氧化物和玻璃料粉末悬浮于有机介质溶剂系统中制成，以使该材料可印刷。然后将片层放置在烤炉中或在履带式干燥器上，使通路孔中的浆料在120℃-150℃干燥20-30分钟。温度和时间由干燥装置的效率确定。本文所用术语“厚膜浆料”、“厚膜导体浆料”或“厚膜导体通路浆料”指在有机介质中细分的固体分散体，它们具有浆料一致性并具有适合用于丝网印刷和喷涂、浸涂或滚涂的流变能力。用于这种浆料的有机介质一般由溶解于溶剂中的液体粘合剂聚合物和各种流变剂构成，在焙烧过程中所有这些物质都被热解。这种浆料可以是电阻性或电导性的，在一些情况下，其本身甚至可能是介电质。这种组合物可以含有或不含无机粘合剂，这取决于在焙烧期间功能性固体是否被烧结。用于厚膜浆料的常规有机介质也适用于约束层。在Usala的美国专利号4,536,535中可找到对合适的有机介质材料的更详细论述。
然后，通过与通路填充浆料所用类型相同的橡皮辊印刷方法，将在这种情况下是对电容器电极施以图案和限定的顶部厚膜导体浆料施加于各片层。顶部导体浆料金属化的配方与通路填充浆料的配方稍有不同，但含有金属粉末和有机介质溶剂系统，也是为了使其可打印。可加入其它组分以使导体具有特殊功能；然而，通常添加剂的数量和类型应最小。这是因为电容器终端必须尽可能惰性，以避免任何助熔反应和高介电常数带的有效介电常数的降低。再将金属化的片层置于烤炉或其它加热装置中，以干燥顶部金属化镀膜。
在一些少见的情况下，也可采用背部导体浆料金属方法，这与顶部导体浆料金属化的处理方式相同。
在类似于上述的情况下，制备所需数量的自约束(103)和初级(102)带层。自约束带的厚度可在0.001-0.005″之间变化，但优选范围是0.002-0.004″；初级带的厚度可在0.001-0.020″之间变化，但优选范围是0.002-0.010″。每片层通路数量与前面引用的数量类似。通路充填和顶部金属化方法与上述方法相同。
一旦完成了所有单个带处理步骤，排列这些层，然后在60-80℃，2000-5000psi下层压。将封闭的单轴或均衡压模用于层压，以保证层之间的精确对齐。用高温切割机修整该层压物，然后在850℃焙烧，直到完成烧结，产生完全烧结的结构(104)。焙烧任选项包括具有程序加热循环的履带式炉和箱式炉。调整焙烧过程的循环时间，以获得芯体的优化性能，在履带炉中这可能短至2-6小时，在箱式炉可能长达12-36小时。
上面是制造电路的基本方法。它是约束的烧结方案，因为层压物中自约束带的存在将层压物的x-和y-的绝对收缩控制在0.3％以下，并将该收缩的再现性控制在0.04％以下。然而，该结果难以实现，在不对这三条带进行化学和机械良好匹配的情况下，也不能获得平坦、无翘曲、机械强度高的基材。
如果该方法中没有包括自约束带(103)，那么仅高介电常数带和初级带的共焙烧给出的结果比图1所示的方法较不可预测。例如，仅可通过试验和误差得到复合物的最终收缩，且电路总空间公差比通过基本方法获得的要差。在没有自约束带的存在下共焙烧使得x-、y-收缩在4-8％范围，这取决于构型。将构型定义为高介电常数带层与初级带层的总比率。这使电路的设计和制造更加复杂，因此成本更高。在这种情况下，优选如图2所述的两步方法。首先处理高介电常数芯体(105)。它的收缩比较可预测，而且一旦焙烧，它的机械强度和刚性足以用作基材。而且，它的空间结构在后续的焙烧步骤中不会改变。然后制备初级带(103)层，并将其按顺序层压到芯体材料上。在最终层压物的焙烧期间，之前焙烧的芯体约束了初级带的收缩。这比共焙烧情况产生更高公差的电路。
对图1和2中所述的两种方法可进行其它改变。图3和4中显示了两个例子，其中评价了依次焙烧和共焙烧带的一些稍有不同的组合。与基于图1和2的优选方法相比，这两种方法都有效，但也有缺点。
用于初级带的优选玻璃包含以下氧化物组分，以重量％表示，其组成范围是52-54的SiO2、12.5-14.5的Al2O3、8-9的B2O3、16-18的CaO、0.5-5的MgO、1.7-2.5的Na2O、0.2-0.3的Li2O、0-4的SrO、1-2的K2O。以重量％表示，玻璃的更优选组成为53.50的SiO2、13.00的Al2O3、8.50的B2O3、17.0的CaO、1.00的MgO、2.25的Na2O、0.25的Li2O、3.00的SrO、1.50的K2O。在初级带中，玻璃料的D50(粒度中位数)优选但不限于以下范围0.1-5.0微米，更优选为0.3-3.0微米。
优选自约束带中的玻璃组成包含以下氧化物组分，以重量％表示，其组成范围是6-13的B2O3、20-22的BaO、0.5-1.5的Li2O、3.5-4.5的P2O5、25-33的TiO2、1-6.5的Cs2O、29-32的Nd2O3。以重量％表示，玻璃的更优选组成为11.84的B2O3、21.12的BaO、1.31的Li2O、4.14的P2O5、25.44的TiO2、6.16的Cs2O、29.99的Nd2O3。另一优选玻璃包含以下氧化物组分，以重量％表示，其组成范围是12-14的SiO2、3-6的ZrO2、20-27的B2O3、12-15的BaO、33-36的MgO、1-3的Li2O、3-8的P2O5、0-2的Cs2O。以重量％表示，玻璃的优选组成为13.77的SiO2、4.70的ZrO2、26.10的B2O3、14.05的BaO、35.09的MgO、1.95的Li2O、4.34的P2O5。在自约束带中，玻璃料的D50(粒度中位数)优选但不限于以下范围0.1-5.0微米，更优选为0.3-3.0微米。
表1中列出了可用于初级带或自约束带的玻璃的具体例子。
通过常规玻璃制造技术生产本文所述的玻璃。以500-1000克的量来制备该玻璃。一般来说，首先对成分称重，然后以所需比例混合，在底部装载炉中加热，在铂合金坩埚中形成熔融物。如本领域所知，进行加热达到峰值温度(1450-1600℃)，维持一段时间使熔融物完全液化且均一。然后通过反向旋转不锈钢辊对玻璃熔融物淬火，形成10-20密耳厚的玻璃板。然后，研磨产生的玻璃板，形成50体积％为1-5微米之间的粉末。然后将玻璃粉末与填料和有机介质配制在一起，形成浇铸带，如实施例部分详述。表1所示的玻璃组成代表了各种玻璃化学材料(大量成玻璃材料至少量成玻璃材料)。成玻璃材料氧化物一般是高化学配位数的小离子，如SiO2、B2O3和P2O5。表中表示的其余氧化物被认为是玻璃修饰物和中间物。
表1(重量％)
可将陶瓷填料如Al2O3、ZrO2、TiO2、BaTiO3或其混合物加入可浇铸组合物中，用来形成带，带的固体含量为0-50重量％。根据填料类型，预计焙烧后会形成不同结晶相。填料可控制介电常数和频率损失。例如，BaTiO3的加入可显著提高介电常数。
Al2O3是优选的陶瓷填料，因为它与玻璃反应形成含Al的结晶相。Al2O3在提供高机械强度和对有害化学反应的惰性方面非常有效。陶瓷填料的另一功能是在焙烧期间对整个系统的流变控制。陶瓷颗粒通过起到物理屏障的作用而限制玻璃流动。它们也可抑制玻璃的烧结，由此更有利于烧尽有机物。可用其它填料、α-石英、CaZrO3、莫来石、堇青石、镁橄榄石、锆石、氧化锆、BaTiO3、CaTiO3、MgTiO3、SiO2、无定形硅石或其混合物修饰带性能和特征。优选的是，填料具有至少双峰粒度分布，其中较大粒度填料的D50在1.5-2微米范围内，较小粒度填料的D50在0.3-0.8微米范围内。
在自约束带和初级带组合物的配制中，相对于陶瓷材料量的玻璃量很重要。据认为，填料的范围宜在20-40重量％，因为可以获得足够的致密度。如果填料浓度超过50重量％，焙烧结构致密不足且有太多孔。在所需的玻璃/填料比范围内，显然在焙烧期间，液态玻璃相将浸透填料材料。
为了使组合物焙烧后的致密度更高，重要的是使无机固体的粒度小。具体地说，基本上所有颗粒不应超过15微米，优选不超过10微米。谈到这些最大粒度限制，优选的是，包括玻璃和陶瓷填料在内的颗粒的至少50％应大于1微米并小于6微米。
高介电常数芯带的介电常数至少为20。在一个实施方式中，介电常数的范围是20-5000。提供了含有一层或多层高介电常数带的前体素坯层压物，以在焙烧后形成高介电常数陶瓷芯体。一般来说，前体层压物含有1-10层芯带。在一个实施方式中，该前体层压物含有2-10层芯带。
优选芯带中的陶瓷无机材料和玻璃材料含有选自以下物质成分，以重量百分数表示30-80％的钨酸铌酸铅铁固体溶液混合物，20-70％的钛酸钡、氧化铅和熔融硅石的煅烧混合物，30-50％的钛酸钡，和/或50-80％的钛酸钡、氧化铅和熔融硅石的煅烧混合物，以及3-20％的锗酸铅玻璃。
下面提供了可用于高介电常数芯带的一些组合物的具体例子。
介电常数k为2000的带包含40％的铌酸铅铁和钨酸铅铁的固体溶液，40％的BaTiO3、PbO和熔融SiO2的煅烧混合物，以及20％的有机介质(见下)。
介电常数k为500的带包含66％的BaTiO3，4％的含有78.5％Pb3O4和21.5％GeO2的锗酸铅玻璃，以及30％的有机介质(见下)。
k为60的带包含70％的BaTiO3、Pb3O4和BaO的煅烧混合物，10％的含有78.5％Pb3O4和21.5％GeO2的锗酸铅玻璃，以及20％的有机介质(见下)。
在芯带中，成分的D50(D50指粒度中位数，使样品中一半由较大颗粒组成，另一半由较小颗粒组成)优选但不限于以下范围0.01-5.0微米，更优选0.04-3.0微米。
其中分散有玻璃和陶瓷无机固体的有机介质包含溶解在挥发性有机溶剂中的聚合粘合剂，也任选地包含其它溶解物质，如增塑剂、分离剂、分散剂、脱模剂、消泡剂、稳定剂和湿润剂。
为获得更好的粘合效率，以总组成计，优选对包括玻璃和陶瓷填料的90重量％固体施用至少5重量％的聚合粘合剂。然而，更优选采用不超过30重量％的聚合粘合剂和其它低挥发性修饰物如增塑剂，以及最少70％的无机固体。在这些限制中，需要用最少可能量的粘合剂和其它低挥发性有机修饰物，以降低必须通过热解去除的有机物的量，并使在焙烧中可促进全致密化的颗粒填充更好。
过去，将各种聚合材料用作用于素坯带的粘合剂，如聚(乙烯丁醛)，聚(乙酸乙酯)，聚(乙烯醇)，纤维素聚合物如甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素，无规聚丙烯，聚乙稀，硅聚合物如聚(甲基硅氧烷)、聚(甲基苯基硅氧烷)，聚苯乙烯，丁二烯/苯乙烯共聚物，聚苯乙烯，聚(乙烯吡咯烷酮)，聚酰胺，高分子聚醚，环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物，聚丙烯酰胺，以及各种丙烯酸聚合物如聚丙烯酸钠、聚(丙烯酸低级烷酯)、聚(甲基丙烯酸低级烷酯)及丙烯酸低级烷酯和甲基丙烯酸低级烷酯的各种共聚物和多聚物。以前，将甲基丙烯酸乙酯和丙烯酸甲酯的共聚物以及丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸的三元共聚物用作用于粉浆浇铸材料的粘合剂。
1985年8月20日公开的Usala的美国专利号4,536,535揭示了一种有机粘合剂，它是0-100重量％甲基丙烯酸C1-8烷酯、100-0重量％丙烯酸C1-8烷酯和0-5重量％胺的烯键式不饱和羧酸的相容性共聚物的混合物。因为上述聚合物可以最小量用于最大量的介电固体，所以优选它们来产生本发明的介电组合物。因此，将上述Usala申请的公开纳入本文作为参考。
相对于粘合剂聚合物，聚合粘合剂也常常含有小量增塑剂用于降低粘合剂聚合物的玻璃化转变温度(Tg)。当然，对增塑剂的选择主要取决于需要被修饰的聚合物。在各种粘合剂系统中使用的增塑剂是邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁基苄基酯、磷酸烷酯、聚烷撑二醇、甘油、聚(环氧乙烯)、羟乙基化的烷基酚、二硫代磷酸二烷酯和聚(异丙烯)。其中，邻苯二甲酸丁基苄基酯最常用于乙烯酸聚合物系统，因为可以较小的浓度有效地使用。
选择浇铸溶液的溶剂组分，以使聚合物完全溶解并使其挥发性足够高以在大气压条件下施以较低水平加热即能让溶剂从分散体中挥发。此外，溶剂必须在大大低于有机介质中含有的任何其它添加剂的沸点或分解温度下沸腾。因此，最常用大气沸点低于150℃的溶剂。这种溶剂包括丙酮、二甲苯、甲醇、乙醇、异丙醇、甲基乙基酮、乙酸乙酯、1，1，1-三氯乙烷、四氯乙烷、乙酸戊酯、2，2，4-三乙基戊二醇-1，3-单异丁酸酯、甲苯、二氯甲烷和碳氟化合物。上述单个溶剂可不完全溶解粘合剂聚合物。然而，当与其它溶剂混合时，它们的表现令人满意。这是本领域技术人员熟知的。尤其优选的溶剂是乙酸乙酯，因为这样就避免采用对环境有害的氯碳化合物。
除溶剂和聚合物之外，也使用增塑剂防止带破裂并提供更广泛的涂层(as-coated)带处理能力，如冲切、印刷和层压。优选的增塑剂是Rohm and Haas Co.生产的BENZOFLEX400，它是聚丙二醇二安息香酸酯。
应用本发明的低温共焙烧陶瓷结构可用于形成功能电路。在一个实施方式中，本发明电路包含内电容器或嵌入的电容器，其提供的电容值为10皮法-100纳法。
可将使用本发明内容制成的电路施用于所有陶瓷封装领域。例如，它们可用于但不限于汽车应用，如引擎和传输控制器和防锁死刹车系统，包括它们操作所必需的传感器，以及高频应用，如人造卫星无线电通讯装置和雷达。虽然后者在汽车领域有良好应用，但也可将它们应用于无线电和军事部件。
通常，应用的频率越高，所需的芯体介电常数越低然而，如果将模拟、数字和RF功能整合到一个电路中，该芯体也可非常需要高介电常数组件。
实施例1用常规带加工技术制备一种带层压物，它含有十四层金属化带层，它们按从上到下的顺序排列为三层初级带层、一层自约束带层、六层高介电常数(k＝2000)带层、一层自约束带层和三层初级带层；然后以三个半小时的循环在850℃中共焙烧。焙烧后，在x-和y-方向上的层压物收缩为0.2％，在z-方向上为38.9％。将电极设计为0.25英寸×0.25英寸的正方形，在1MHz下测定的各电容器的平均电容为50纳法，方差为±5％。
实施例2用常规带加工技术制备一种带层压物，它含有六层高介电常数带(k＝2000)的金属化层；然后以三个半小时的循环在850℃中焙烧。焙烧后，在x-和y-方向上的层压物收缩为9.3％，在z-方向上为14.6％。然后用低层压压力和温度将三层金属化初级带连续层压到焙烧过的高介电常数芯体的两面上。然后将其整体置于850℃焙烧。在第二次850℃焙烧期间，该结构的x-和y-长度不再减小，因为焙烧过的芯体约束了初级带的收缩。
焙烧后，将电极设计为0.25英寸×0.25英寸的正方形，以在用于制造丝网印刷图案的图片中补偿大约18％的总面积减少。在1MHz下测定的各电容器的平均电容为36纳法，方差为±5％。
实施例3用常规带加工技术制备一种带层压物，它含有十二层金属化带层，它们按从上到下的顺序排列为三层初级带层、一层自约束带层、四层高介电常数(k＝500)带层、一层自约束带层和三层初级带层；然后以三个半小时的循环在850℃中共焙烧。焙烧后，在x-和y-方向上的层压物收缩为0.3％，在z-方向上为38.2％。将电极设计为0.25英寸×0.25英寸的正方形，在1MHz下测定的各电容器的平均电容为8纳法，方差为±5％。
实施例4用常规带加工技术制备一种带层压物，它含有两层高介电常数带(k＝500)的金属化层；然后以三个半小时的循环在850℃中焙烧。焙烧后，在x-和y-方向上的层压物收缩为10.4％，在z-方向上为13.2％。然后用低层压压力和温度将三层金属化初级带连续层压到焙烧过的高介电常数芯体的两面上。然后将其整体置于850℃焙烧。在第二次850℃焙烧期间，该结构的x-和y-长度不再减小，因为焙烧过的芯体约束了初级带的收缩。
焙烧后，将电极设计为0.25英寸×0.25英寸的正方形，以在用于制造丝网印刷图案的图片中补偿大约18％的总面积减少。在1MHz下测定的各电容器的平均电容为2.5纳法，方差为±5％。
权利要求
1.一种生产共焙烧、金属化的高介电常数陶瓷芯体的方法，所述方法包括提供包含至少一层芯带的前体素坯层压物，其中所述芯带的介电常数至少为20；以及焙烧所述前体素坯层压物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前体素坯层压物包含2-10层芯带。
3.一种生产低温共焙烧陶瓷结构的方法，所述方法包括提供包含至少一层芯带的前体素坯层压物，其中所述芯带的介电常数至少为20；在第一次焙烧中焙烧所述前体素坯层压物以形成高介电常数陶瓷芯体；提供一层或多层金属化的低介电常数初级带；将一层或多层所述金属化的低介电常数初级带层压到所述芯体上；和在第二次焙烧中焙烧所述芯体和初级带层。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述结构包含2-10层所述芯带。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述结构包含内电容器或嵌入的电容器，其提供10皮法至100纳法的电容值。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述第二次焙烧期间，所述结构在x-方向和y-方向上不收缩。
7.如权利要求3所述的方法，还包括提供一层或多层自约束带，将所述自约束带层与所述素坯层压物共焙烧，并将其包含在所述芯体中；在所述第一次焙烧期间，所述芯体在x方向和y方向上不收缩。
8.如权利要求3所述的方法，还包括提供剥离带层，其中，将所述剥离带层施用于所述素坯层压物的顶部和底部并与所述素坯层压物共焙烧，以使在所述第一次焙烧期间，所述芯体在x方向和y方向上不收缩。
9.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，以重量百分数表示，所述高介电常数芯体包含选自30-80％钨酸铌酸铅铁固体溶液混合物，20-70％钛酸钡、氧化铅和熔凝硅石的煅烧混合物，30-50％钛酸钡，30-50％钛酸钡的煅烧混合物，30-50％钛酸钡和钛酸钡的煅烧混合物，50-80％氧化铅和熔凝硅石，3-20％锗酸铅玻璃的材料。
10.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，以重量百分数表示，所述高介电常数芯带包含40％铌酸铅铁和钨酸铅铁的固体溶液，40％BaTiO3、PbO和熔凝SiO2的煅烧混合物，20％有机介质。
11.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，以重量百分数表示，所述高介电常数芯带包含66％BaTiO3、4％锗酸铅玻璃和30％有机介质，其中所述锗酸铅玻璃含有78.5重量％Pb3O4和21.5重量％GeO2。
12.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，以重量百分数表示，所述高介电常数芯带包含70％BaTiO3、Pb3O4和BaO的煅烧混合物，10％锗酸铅玻璃和20％有机介质。
13.一种由权利要求3所述的方法形成的低温共焙烧陶瓷结构。
14.一种包含权利要求13所述低温共焙烧陶瓷结构的功能电路。
全文摘要
本发明涉及生产共焙烧、金属化的高介电常数陶瓷芯体的方法，该方法包括提供包含至少一层芯带的前体素坯层压物，其中所述芯带的介电常数至少为20；和焙烧所述前体素坯层压物。方法还涉及生产低温共焙烧陶瓷结构的方法，该方法包括提供包含至少一层芯带的前体素坯层压物，其中所述芯带的介电常数至少为20；在第一次焙烧中焙烧所述前体素坯层压物，形成高介电常数陶瓷芯体；提供一层或多层金属化的低介电常数初级带；将一层或多层所述金属化的低介电常数初级带层压到所述芯体上；和在第二次焙烧中焙烧所述芯体和初级带层。
文档编号H01B3/12GK1812691SQ200610004648
公开日2006年8月2日 申请日期2006年1月26日 优先权日2005年1月26日
发明者C·R·尼兹, K·M·奈尔, M·F·麦库姆斯 申请人:E.I.内穆尔杜邦公司