专利名称：磁性微晶玻璃陶瓷的制作方法
技术领域：
本发明属于一种制造片式电感和多层电感用磁性微晶玻璃陶瓷材料的制造方法，所属技术领域为电子材料与器件。
最简单的电感元件可以在陶瓷基片表面相应部位施加上一定厚度的银带(直线、弯折线或环线)构成。现在所采用的方法一种是以低熔点、低介电常数玻璃粉为原料制造多层电感器，这种方法虽然降低电容，但是电感量较小，要增加电感就必须增加层数，使得元件的体积增大并且给元件的制造工艺带来非常大的困难。另一种方法则是用现有的低烧铁氧体材料来制造多层电感器，此方法虽然增大了器件的电感，但由于材料的介电常数较大，不可避免的增大了器件的电容。因此，制造一种低介电常数、高导磁率、低损耗以及可以与银浆共烧在微波条件下使用的磁性微晶玻璃陶瓷材料就可以弥补以上的不足之处。
本发明的目的就是提供一种制造低介电常数、高导磁率、低损耗以及可以与银浆共烧在微波条件下使用的磁性微晶玻璃陶瓷材料。
随着移动通讯、计算机、数字电视及其他高速数字电路系统的快速发展，低微波频段(0.3～3.0GHz)在技术上的重要性日益突出。近年来由于材料研究方面的迅速发展，元件设计制造方面的进展以及表面安装技术(SMT)的发展，能够工作于低微波频段，适用于表面安装电路的片式集总参数元件已有可能实现。使用片式集总参数的元件可以大幅度地缩小电路和整机的体积。最简单的电感元件可以在陶瓷基片表面相应部位施加上一定厚度的银带(直线、弯折线或环线)构成。本发明所提供的技术主要应用于制造单层或多层电感的磁性微晶玻璃陶瓷粉料以及其他需要增加元件电感量(相应的可减小元件的尺寸)的磁性覆盖层。
本发明专利提出一种制备低介电常数(ε)小于8、导磁率μ为2～10、导磁率温度系数(αμ)小于±60ppm/℃、低电磁损耗可用于微波波段的高稳定磁性微晶玻璃陶瓷材料的方法，包括原位析晶、颗粒包覆和两相直接复合的工艺方法。
图1和图2分别是采用原位析晶的方法获得的材料的介电常数和介电损耗与频率的关系以及电感和Q值与频率的关系；图3和图4则分别是采用颗粒包覆的方法获得的材料的介电常数和介电损耗与频率的关系以及电感和Q值与频率的关系；图5是分别制备在不同基片上微带线的电感与频率的关系(a在石英基片上的电感，b在磁性微晶玻璃陶瓷基片上的电感)。
低软化点、低介电常数玻璃体系(B-Si-K系，其中B25～60mol％，Si70～30mol％，K5～10mol％。B-Si-Li系，其中B25～60mol％，Si70～30mol％，Li5～10mol％。B-Si系，其中B25～60mol％，Si70～30mol％的制造，对Ni-Zn尖晶石铁氧体、Y-Gd石榴石铁氧体微粉的包覆技术以及在上述玻璃体系中析出Ni1-xZnxFe2O4(x≤0.4)尖晶石微晶玻璃陶瓷的制造方法。
在给出这三种磁性微晶玻璃陶瓷材料的制造方法时要用到下列的单元合成方法(如不特别说明以下原材料的比例均为摩尔比)组份A采用溶胶-凝胶方法合成制备颗粒包覆用的先体溶液。
按如下比例将正硅酸乙酯∶无水乙醇∶去离子水＝1∶4∶4混合搅拌，并加入稀硝酸使溶液的pH值等于2，搅拌10分钟后，加入硼酸三正丁酯使正硅酸乙酯∶硼酸三正丁酯＝2∶1，继续搅拌至一定的粘度。组份B低软化点、低介电常数(≤8)玻璃粉的制造。
以B2O3、SiO2和K2O为原料，按如下的比例B2O325～35mol％、SiO255～70mol％、K2O5～10mol％称量后混合，然后在高温下(1400℃～1500℃)熔融，直接倒入水中，磨细后备用。组份C化学方法合成Ni-Zn铁氧体。
将Ni(CH3COOH)2·4H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O和Fe(NO3)3·9H2O按Ni1-xZnxFe2O4(x≤0.4)化学计量比混合，并将其在有机溶剂中加热溶解，之后放置在50℃的温箱中，成胶后再在500℃～600℃下分解，研细后在1100℃～1200℃下焙烧2小时，使其形成尖晶石结构，然后球磨成细粉。组份D化学方法合成Y-Gd石榴石铁氧体。
将Y(NO3)3·6H2O、Gd(NO3)·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O按Y3(1-x)Gd3xFe5O12(x≤0.6)化学计量比在有机溶剂中加热溶解，之后放置在50℃的温箱中，成胶后再在500℃～600℃下分解，磨细后在1400℃～1500℃下焙烧2小时，使其形成石榴石结构，然后球磨成细粉。组份E氧化物陶瓷工艺合成Ni-Zn铁氧体。
将NiO、ZnO和Fe2O3按Ni1-xZnxFe2Q4(x≤0.4)化学计量比混合均匀后，在1200℃～1280℃的温度下，焙烧2小时，使其形成尖晶石结构，然后球磨成细粉。
以上所列Ni-Zn尖晶石铁氧体、Y-Gd石榴石铁氧体的制造方法在软磁铁氧体制造领域是已经成熟的技术，而采用溶胶-凝胶方法合成低软化温度、低介电常数的硼硅系玻璃粉的制造方法是经过优选后综合确定的。方法一原位析晶法将Ni(CH3COOH)2·4H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O和Fe(NO3)3·9H2O按如下比例Ni1-xZnxFe2O4(x≤0.4)混合，并将其在有机溶剂中加热溶解。之后，将组份A的溶液与其混合搅拌，成胶、干燥处理后，将其粉体压片在950℃～1150℃下进行热处理。在B-Si玻璃网络中析出主晶相为Ni-Zn铁氧体的尖晶石结构。压碎、磨细后的粉体即为所制备的磁性微晶玻璃粉。此方法所获得的粉体的烧结温度较高，但其介电损耗较小(＜1％)。方法二颗粒包覆法当组份A溶液达到一定的粘度时，将组份C或组份D或组份E的铁氧体微粉加入进去，其比例可根据所要求的电、磁性能参数来确定(玻璃含量/铁氧体含量60/40～30/70重量比)，超声分散并搅拌均匀，等到成胶后，在300℃～500℃温度下保温2小时。其粉体即为所需的磁性微晶玻璃粉。方法三两相直接复合的方法将组份B与组份C或组份D或组份E直接按玻璃含量/铁氧体含量60/40～30/70(重量比)混合均匀，其粉体即为所需的磁性微晶玻璃粉。实施例1将方法一所获得的磁性微晶玻璃粉压片，在950℃～1150℃下烧结2小时，用其作基片在上面制作单层电感，其介电性能和磁性性能曲线如附图1和图2所示。实施例2用方法二所获得的磁性微晶玻璃粉压片，在850℃～920℃下保温1小时，用其作基片制作单层电感，其电感量为石英玻璃上的两倍(见附图5)，如在其上再覆盖一个相同的基片，其电感量可提高三倍以上。其介电性能和磁性性能曲线如附图3和图4所示。
从实施的方法来看，由于制作多层电感器(MLI)所需要特殊磁性介质(磁性微晶玻璃陶瓷)与金属导体(Ag或Ag-Pd合金)共烧，当采用纯银作导体时，其共烧不能高于920℃。因此，方法二和方法三所提供的技术，适用于制造多层电感器或其他低烧的情况。而方法一所提供的技术由于烧成温度较高，此方法只适用于基体与导体可分开烧结的情况，这种方法制备的磁性微晶玻璃陶瓷的介电损耗则比方法一和方法二低。由于Y-Gd石榴石铁氧体的使用频率比Ni-Zn尖晶石铁氧体要高，因此，在较高频率(＞1GHz)的使用场合下，采用Y-Gd石榴石铁氧体的磁性微晶玻璃陶瓷粉体更好。
权利要求
本发明专利提出了采用溶胶-凝胶方法制备低介电常数、相对高导磁率并且具有低烧特点的微晶玻璃陶瓷材料，包括原位析晶、颗粒包覆和两相直接复合的工艺方法。要求保护的范围1.原位析晶的工艺方法，包括材料的组成、制备。
2.颗粒包覆方法中要求保护低熔点玻璃的组成以及对Ni-Zn铁氧体颗粒的包覆技术。
3.两相直接复合的方法中要求保护具有低介电常数并且低熔点玻璃粉料的组成及制备方法。
全文摘要
本发明属于一种制造片式电感和多层电感用磁性微晶玻璃陶瓷材料的制造方法,所属技术领域为电子材料与器件。本发明提出一种制备低介电常数(ε)小于8、导磁率μ为2～10、导磁率温度系数(α
文档编号H01F1/01GK1273949SQ9911369
公开日2000年11月22日 申请日期1999年5月13日 优先权日1999年5月13日
发明者姚熹, 翟继卫, 赵鹏, 张良莹 申请人:姚熹, 翟继卫, 赵鹏