专利名称：低温共烧陶瓷层叠体的制作方法
技术领域：
本发明涉及未烧结的低温共烧陶瓷(LTCC)层叠体，由其烧结的LTCC层叠体，含有所述烧结的LTCC层叠体的陶瓷电子模块，含有所述烧结的LTCC层叠体的单片变压器和用于制造所述烧结的LTCC层叠体的方法。
背景技术：
磁性陶瓷材料(铁氧体)中通常添加少量的烧结助剂以便使这些铁氧体能够在LTCC(低温共烧陶瓷)方法中应用。然而，市售的基层(也称为"基带，，)具有显著较高含量的烧结助剂，因此其烧结性能与LTCC铁氧体材料的烧结性能不同。另外，与市售基层的热膨胀系数(典型为5-6(l(T6 K-1))相比，LTCC铁氧体材料具有高热膨胀系数(11-12 (10—6K—1))。烧结性能和热膨胀方面的区别导致烧结期间基层和磁性层彼此分离，或者导致铁氧体层中应力的形成，由此降低这些层的磁导率。因此，在LTCC层叠体中整合磁性陶瓷材料需要在理想方式下至少接近满足以下边界条件的新基层
- 烧结温度TsS 1000 。C,特别是TsS900。C;-与铁氧体材料的化学相容性；
-与铁氧体材料相容的烧结特性(没有层分离，在铁氧体层中仅有不显著的应力产生)；
- 热膨胀系数在11和12 (10-6 IT1)之间；
- 介电常数￡￡20。
发明内容
本发明的目的之一是提供含有磁性陶瓷层的陶瓷LTCC层叠体，其中磁性层在烧结期间比以前的磁性层更难于分离和/或在烧结后具有更
4寸氐的内,力。
所述目的通过以下实现未烧结的LTCC层叠体，由其烧结的LTCC层叠体，陶瓷电子模块，单片变压器和用于制造所述烧结的LTCC层叠体的方法。优选的实施方式特别可以由从属的权利要求得到。
未烧结的LTCC层叠体具有多个互相堆叠的生坯(也就是^L预先成形的，例如压制或铸造，但是没有烧结的)陶瓷层，其中至少一个第一陶瓷层含有氧化锆(Zr02)作为主要组成成分和至少一种烧结助剂的混合物。"带"经常用作陶瓷层。
氧化锆在例如其四方晶系形式下具有11-12 (10_6 K")的热膨胀系数和20-25的介电常数s。然而，氧化锆的烧结温度为约1500。C至1700。C。加入至少一种烧结助剂将烧结温度大幅度地降至卯0。C以下，同时保持介电常数￡。这种氧化锆和烧结助剂的混合物也与典型的陶瓷铁氧体材料在化学上和烧结特性上相容。
优选一种未烧结的LTCC层叠体，其中所述至少一个第一生坯陶瓷层含有氧化铋的混合物作为烧结助剂。
作为选择或额外地，优选一种未烧结的LTCC层叠体，其中所述至少一个第一生坯陶瓷层含有氧化硅(Si02)(特别是石英状氧化硅)的混合物作为烧结助剂。
然而，所述烧结助剂不限于上述那些。例如，所述烧结助剂还可以是其它氧化物陶瓷或玻璃料。
优选一种未烧结的LTCC层叠体，其中所述至少一个其它生坯陶瓷层包含生坯铁氧体陶乾层。优选的铁氧体材料包含MnZn，但是也可以使用含有NiZn或NiZnCu的铁氧体。 一般来说可以使用磁性的，特别是软磁性的陶瓷，特别是尖晶石铁氧体。
优选的是， 一种或多种烧结助剂(特别是氧化铋或氧化铋和氧化硅一起)的比例不超过20体积％，尤其不超过15体积％,和特别是在约10体积％的范围内。
另外优选的是，氧化铋的摩尔百分比大于氧化硅的摩尔百分比。
5可以优选一种未烧结的LTfC层叠体，其中氧化锆是四方晶型氧^锆(t-Zr02 )。 '
然而，还可以优选一种未烧结的LTCC层叠体，其中氧化锆是立方晶型氧化锆(c-Zr02)。
优选一种未烧结的LTCC层叠体，其中所述氧化锆是利用0-15摩尔％氧化钇(Y203)稳定化的或掺杂的氧化锆，氧化钇含量特别是1-10摩尔％，尤其是3-8摩尔％。特别优选利用3摩尔。/。氧化钇稳定化的四方晶型氧化锆(3YTZ)，具有较小的比表面积(例如7士2 m2/g，而不是16 ± 3 m2/g)的3YTZ ( 3YTZ-S ),或者利用8摩尔％氧化钇稳定化的立方晶型氧化锆(8YTZ),所有这些都由TOSOH公司，Japan市售。特别优选利用6-10摩尔％氧化钇完全稳定化的(立方晶型)c-Zr02。然而，稳定化的氧化锆不限于利用氧化钇稳定；额外的或作为选择，Zr02，特别是c-Zr02可以用例如具有Ce3+、 Ca2+、 Mg2+、 Sm3+的氧化物和许多其它的氧化物来稳定。
优选一种未烧结的LTCC层叠体，其中所述第一陶瓷层是基层(基带)，在其上堆叠了至少一个生坯磁性陶瓷层。然而，所述LTCC层叠体不限于此。因此，额外地或作为选择，在铁氧体层之间可以插入一个或更多个基于氧化锆的层。因此，所述至少一个第一陶瓷层可以是插入生坯磁性陶资层之间的中间层；这在铁氧体层之间形成了绝缘间隔(dielectric gap )。
铁氧体层的厚度优选在0.1 mm和3 mm之间；如果在这些层之间插入基于氧化锆的层，则每个铁氧体层的厚度为1-2 mm。基于氧化锆的层的厚度优选同样在O.l mm和3 mm之间；如果在铁氧体层之间插入基于氧化锆的层，则该厚度优选在0.4 mm和1.0 mm之间。
通过烧结该类型的未烧结的LTCC层叠体来制造烧结的LTCC层叠体。在此过程中，烧结助剂(Bi203、 Si02等)在烧结过程中与(完全或部分)稳定化的或者未稳定化的氧化锆可以转化为固体溶液。
优选一种烧结的LTCC层叠体，其中所述烧结在1000。C或更低的烧结温度下进行，特别是在卯(TC或更低的烧结温度下进行。一种用于制,造LTCC层叠体的方法，包括至少下列，骤(a)制造上 述的未烧结的l)rCC层叠体；和(b)烧结所述未烧结的'LTCC层叠结， 构特别是在900 。C或更低的烧结温度下烧结所述未烧结的LTCC层叠 体。
参照示例性的实施方式，下面的附图更详细地示意性说明了本发明。
图1示出具有基于氧化锆的外层和中间的铁氧体陶瓷层的LTCC层 叠体的截面侧视筒图2示出烧结LTCC层叠体的复磁导率实部n，与测试频率(Hz) 的关系图，所述烧结LTCC层叠体具有图1所示的结构并包含不同材料 的基于氧化锆的层。
具体实施例方式
图1示出LTCC层叠体1，其具有下外层(基层或基带)2和上外 层3，下外层2和上外层3具有同样的厚度并含有氧化锆作为主要成分 以及处于氧化铋和氧化硅混合物形式的烧结助剂的混合物，其中在外层 2和3之间布置9个陶瓷铁氧体层4。
图2示出不同烧结LTCC层叠体的复磁导率实部n，与测试频率 (Hz)的关系图。利用美国Hewlett-Packard >^司的阻抗测量仪HP 4194A进行所述测试。每个所述LTCC层叠体具有下外层(基层或基带) 和上外层，所述上下外层已被烧结并具有氧化锆作为主要成分，其中在 所述外层之间布置9个陶资铁氧体层。具体来说，使用具有下列材料组 成的外层
a) 含有10体积％的氧化铋和氧化珪混合物作为烧结助剂的3YZT-S， 摩尔比81203 : Si02为6 : 1或者烧结产物[3YS6BS的最大实部n，值为 375;
b) 含有10体积％的氧化铋和氧化珪混合物的8YZT，摩尔比Bi203 : SK)2为6 : 1或者烧结产物[8Y6BS的最大实部n，值为341;
7c) 含有10体积％的氧化铋和氧化珪，合物的8YZT,摩尔比Bi203 : Si02为3 : 1或者烧结产物[8Y3BS]的袭大实部n，值为266;
d) 含有10体积％的氧化铋和氧化磋混合物的3YZT，摩尔比Bi203 : Si02为6 : 1或者烧结产物[3Y6BS的最大实部n，值为262;和
e) 含有10体积％的氧化铋和氧化珪混合物的8YZT,摩尔比Bi203 : SiCh为1 : 1或者烧结产物8Y1BS]的最大实部n，值为177。
在500 KHz和约3 MHz之间的低频率范围内，所有层叠体具有基 本上恒定的实部H'值，该值在更高频率时下降。只有含有8Y1BS的层 叠体下降较晚，并且不像其它层叠体那样明显。
在所有被检验的材料组成中，准确地说，在整个频率范围内，外层 含有3YS6BS的层叠体示出最强的磁导率实部n，值，其后是8Y6BS和 8Y3BS。在500 KHz和约5 MHz之间的频率范围内，所述具有3Y6BS的 层叠体示出与具有8Y3BS的层叠体大致相同的ft'值，但是在较高的频 率下其n'值比8Y3BS的下降幅度大。外层含有8Y1BS的层叠体在至少 直至10MHz下示出最低的n，值。特别地，在开始时具有超过300的n， 值的层叠体，也就是具有3YS6BS或8Y6BS的层叠体特别适用于陶瓷 电子模块中。
另夕卜，对烧结的LTCC层叠体的扫描电子显微镜检验(未在此示出) 和能量色散X射线频镨检验表明，在外层和邻近的铁氧体层之间的界面 处有良好的附着(没有层分离)，在各层之间不出现扩散，并且在各层 的材料之间没有化学反应。
一种优选的应用是在照明技术中。
本发明当然并非仅限于上述示例性实施方案。 附图标记 1 LTCC层叠体 2下外层 3上外层
84陶瓷铁氧体层'
权利要求
1.一种含有多个互相堆叠的生坯陶瓷层(2、3、4)的未烧结的LTCC层叠体(1)，其中至少一个第一生坯陶瓷层(2、3)含有氧化锆作为主要成分、以及至少一种烧结助剂的混合物。
2. 根据权利要求1的未烧结的LTCC层叠体(1),其中所述至少 一个第一生坯陶瓷层(2、 3)含有氧化铋的混合物作为所述烧结助剂。
3. 根据权利要求1或2的未烧结的LTCC层叠体(1),其中所述 至少一个第一生坯陶瓷层(2、 3)含有氧化硅的混合物作为所述烧结助 剂。
4. 根据权利要求1~3中任一项的未烧结的LTCC层叠体(1 )，其 中所述氧化锆是四方晶型氧化锆。
5. 根据权利要求1~3中任一项的未烧结的LTCC层叠体(1 )，其 中所述氧化锆是立方晶型氧化锆。
6. 根据前述权利要求中任一项的未烧结的LTCC层叠体(1),其 中所述氧化锆是利用0摩尔％至15摩尔％的氧化钇稳定化的氧化锆， 特别是具有1摩尔％至10摩尔％的氧化钇，尤其是利用6摩尔％至10 摩尔％的氧化钇稳定化的立方晶型氧化锆。
7. 根据前述权利要求中任一项的未烧结的LTCC层叠体(1)，其 中所述第一陶瓷层(2)是基层，在其上堆叠了至少一个生坯磁性陶瓷 层(4)。
8. 根据前述权利要求中任一项的未烧结的LTCC层叠体(1)，其 中所述至少一个第 一陶瓷层是插入所述生坯磁性陶瓷层之间的中间层。
9. 一种烧结的LTCC层叠体，其通过烧结根据前述权利要求中任 一项的未烧结的LTCC层叠体(1)来制造。
10. 根据权利要求9的烧结的LTCC层叠体，其中所述烧结在1000 。C或更低的烧结温度下进行，特别是在900 。C或更低的烧结温度下进 行。
11. 一种含有根据权利要求9或10的烧结的LTCC层叠体的陶瓷 电子模块。
12. —种含有根据权利要求9或10的烧结的LTCC层叠体的单片 变压器，尤其是用于陶瓷电子模块的单片变压器。
13. —种用于制造LTCC层叠体的方法，所述方法包括至少下列步服.誦制造根据权利要求1~8中任一项的未烧结的LTCC层叠体(1);和 ，-烧结所述未烧结的LTCC层叠#^ (1 )，特别是在900 。C或更低的 烧结温度下烧结所述未烧结的LTCC层叠体(1 )。
全文摘要
由多个互相堆叠的生坯陶瓷层构成的未烧结的LTCC层叠体，其中至少一个第一生坯陶瓷层含有氧化锆作为主要成分以及至少一种烧结助剂的混合物。
文档编号C04B35/622GK101671163SQ200910169140
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月9日 优先权日2008年9月9日
发明者罗曼·卡尔马津 申请人:奥斯兰姆有限公司