不变形的陶瓷基片及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种基片，其中第一陶瓷功能层通过连接层(VS)被陶瓷夹层(SPS)夹紧，起到降低侧面烧结收缩的作用。所述功能层(FS)和所述夹层(SPS)是不含玻璃的，或者只含重量百分比低于5％的玻璃，而所述连接层(VS)包含玻璃组分或玻璃层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】不变形的陶瓷基片及其制造方法说明书本专利技术涉及一种陶瓷基片，其可以包含集成在内的无源元件并且可以作为基底来安装电器件。此外，本专利技术还涉及一种用来制造这种基片的方法。已知的陶瓷基片具有至少一个功能层，该功能层中包含功能陶瓷，在其中实现或可以实现电器件。这种功能陶瓷可以从压敏陶瓷或其他电工陶瓷如铁电陶瓷、压电陶瓷、从NTC和PTC中选出的热敏陶瓷、片式多层陶瓷电容器(MLCC)、LTCC陶瓷(MCM)和其他陶瓷中进行选择。这些基片通过烧结生坯制成，生坯包含已经结构化的电极或未烧结的结构化的电极层。因此为了保持电极和界面的结构准确度，有利的是，生坯在烧结时只出现细微的侧面收缩。已知多种用来降低这种侧面收缩的方案。一种方案是，在烧结过程中将垂直于层面的力施加到生坯上，以此主要在垂直方向上造成收缩。另一方案是设置夹层，该夹层与功能陶瓷的生坯相连，由于与生坯的粘附效果而降低烧结时的侧面收缩。该夹层在烧结过程之后仍然是基片的组成部分。但还可行的是，将该夹层构造为炉层，其与生坯一起烧结并且在烧结过程之后从基底上去除。对于第二和第三种方法来说尤其重要的是，在夹层和功能层或生坯之间形成足够牢固的复合体，但由于陶瓷种类繁多，这一点很难实现。已知的方法使用至少在表面上玻璃占比达5％以上的夹层和/或功能层。只有通过玻璃占比，才能确保未烧结的夹层与之后的功能陶瓷的粘附。如果玻璃的重量占比在连接面两侧的层区域中小于例如5％，则不能确保这些层在烧结过程中的粘附效果并且通常会引起两个层的分层，并因此导致基底变形，在整体上提高制造时的废品率。但玻璃混合的缺点在于，它会使功能陶瓷的导电或绝缘特性退化。这一方面归因于含有玻璃的功能层成分不纯，其可能使功能陶瓷的特性明显退化到无法接受的地步。此外，一些玻璃组成成分还可能发生扩散并且引起功能陶瓷层的化学变化，这同样会造成退化。如果使用坚固的夹层，即将功能层的生坯设置在制好的陶瓷或制好的晶体上，则在少数情况下可能能找到相互之间具有良好粘附性的材料组合。但可行的材料组合在数量方面很受限制，并且不能以这种方式夹紧所有的功能层。因此本专利技术的目的是，提供一种基片，其夹层和功能层可以相互良好地粘附并且烧结之后的侧面收缩程度明显降低。夹层和功能层的良好粘附不应该以降低功能层的导电和绝缘特性为代价。本专利技术的另一目的是，提供一种用来制造上述基片的方法。该目的按照本专利技术通过具有权利要求1所给出特征的基片即可解决。本专利技术其他有利的构造方案以及用来制造基片的方法从其他权利要求中得出。本专利技术借助布置在其间的连接层解决功能层和夹层之间粘附的问题。功能层和夹层均不含玻璃，或者只含重量百分比低于5％的少量玻璃，其通常不会使功能层或位于功能层中的功能陶瓷的导电特性发生退化。连接层自身是玻璃层或者包含形成玻璃的组分，下称玻璃组分，如氧化物，它们在烧结过程中会转换成玻璃。这种基片的制作过程只会出现轻微的侧面烧结收缩并且不会变形，因为连接层确保了功能层和夹层之间的良好粘附。按本专利技术的基片的优点在于，功能层的导电特性不会受连接层的影响并因此也不会发生退化。所述连接层具有约0.5至10μm的层厚。借助这样相对较薄的层厚便已经确保，即使在功能层和/或夹层的表面结构较粗糙时，所述玻璃组分也可以完全包围着这两个层的陶瓷粒。这一点确保了最大的共同表面(分界面)，并因此确保了最大程度的粘附。连接层还具有适当的热膨胀系数，其优选位于夹层和功能层的热膨胀系数之间。如果夹层被用作牺牲层且随后会被再次去除，则选择小于或等于功能层的膨胀系数作为连接层的热膨胀系数。连接层的流变特性以及热膨胀系数可以通过添加选出的填充物质颗粒进行调节。有利的填充物质可以选择例如与夹层相同的材料。这样确保与功能层或夹层的膨胀系数良好匹配。填充物质也可以用来调节连接层的其他物理特性。该玻璃组分或这些玻璃组分在烧结之前作为纯的玻璃颗粒或形成玻璃的氧化物存在于连接层中。此外，连接层优选不含活动的铁，这种铁会在功能层中向内扩展并且可能会使其特性退化。如果功能层是压敏陶瓷，尤其是在掺杂有镨的情况下，则更是要注意这一点。连接层的熔点可以位于功能层的熔点范围中，但通常小于功能层的熔点。但过大的熔点差异也是不利的。连接层还由在烧结过程中受控融合的材料构成。为了实现足够好的粘附效果，连接层也无需完全润湿夹层和功能层的表面。因此，可以降低润湿特性，而这并不会导致粘附效果明显降低。连接层优选包含用于派热克斯玻璃的玻璃组分，其特征在于较低的热膨胀系数CTE并且具有弹塑性。通过后者，在冷却时不会在所述连接层的内部产生过大的热张力。因此玻璃组分作为主要组成部分优选具有硅和/或锗、硼和钾或其他碱金属的氧化物。连接层的玻璃组分只可以从上述离子和氧化物中选出。但只要其他离子不是令人难以接受地改变派热克斯玻璃的特性，并且在此也不会使功能陶瓷的导电特性退化，则同样也是可行的。上述主要组成部分占了连接层至少70％的重量。竖固的高度烧结的填充物质填补了其余的份额。借助玻璃或玻璃组份的上述重量比和填充物质成分的上述占比上限，连接层就可以确保在夹层和功能层之间出现良好的机械连接效果。如果基片包含压敏陶瓷，其尤其相对于特定离子的扩散是敏感的并且可能会因此使自己的导电性能发生退化，则连接层或为此所用的玻璃或玻璃组分优选不含铝、镓、铬和钛。但在某些情况下也允许包含铝，前提是功能层的烧结温度低于铝可以在此功能陶瓷中发生扩散的温度，尤其是功能陶瓷从压敏材料中选出的情况。但对于共烧工艺来说，尤其对于LTCC陶瓷来说，铝没那么合适。如果功能层并非是压敏陶瓷层，并且尤其是其他半导体层，则其他离子对于功能层的导电性而言可能是有害的，有利地是，避免其他离子成为中间层或为此所用的玻璃和玻璃组份的组成成分。功能陶瓷可以是铁素体、NTC陶瓷或PTC陶瓷。夹层具有明显高于功能层和连接层的烧结温度。这一点实现了下述烧结方法，即在烧结期间使夹层的结构保持不变，并且在烧结时且尤其在冷却之后使夹层对功能层起到夹紧作用。夹层可以是坚固的、因而致密的陶瓷。在这种情况下，相互良好地匹配不同的热膨胀系数是极为有利的。但夹层也可以是未烧结的粉末层，其中只有粘结剂被烧除。这种层也具有高的机械强度，使之可以作为夹层使用。该机械强度归因于范德华力。因此成本低廉、高度烧结、热膨胀系数低的材料是夹层材料的有利选择。举例来说，适当的材料包括高度烧结的氧化物和其他复合物如二氧化锆、氧化镁、碳酸钡或水杨酸镁。氮化物、碳化物和硼化物也是适当的，但它们不总是成本低廉的。氧化铝陶瓷也像其他折射材料一样同样适合用作夹层。对于夹层来说，选择的层厚大致相当于功能层的层厚。功能层的厚度指功能层所有分层的厚度，其除了由功能陶瓷构成的层以外，还包括用于电极的金属化层和其他辅助/中间层。夹层的层厚应该如此选择，即该层厚相当于功能层的至少一半层厚。但还可能的是，在按本专利技术的基片上设置在两个夹层，它们排布在功能层的相对而置的侧面上并且分别布置有连接层作为中间层。在测量这两个夹层的厚度时，需考虑由两个夹层构成的层厚的总和，最佳来说，该总和处于功能层层厚的50％和100％之间。功能层可以包含压敏材料，在其中构成压敏电阻。除了由压敏材料构成的功能陶瓷层以外，该功能层还包括至少两个电极层，优选多层结构，本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于电器件的基片，‑具有第一陶瓷功能层，‑具有连接层(VS)，‑具有陶瓷夹层(SPS)，其中‑所述陶瓷功能层(FS)通过所述连接层(VS)与所述陶瓷夹层(SPS)连接形成所述基片(TP)，‑在所述陶瓷功能层(FS)中集成着可与所述电器件相互连接的无源元件，‑所述功能层(FS)和所述夹层(SPS)不含玻璃或者只含重量比小于5％的玻璃，‑所述连接层(VS)包含玻璃组分或者是玻璃层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.16 DE 102014118749.01.用于电器件的基片，-具有第一陶瓷功能层，-具有连接层(VS)，-具有陶瓷夹层(SPS)，其中-所述陶瓷功能层(FS)通过所述连接层(VS)与所述陶瓷夹层(SPS)连接形成所述基片(TP)，-在所述陶瓷功能层(FS)中集成着可与所述电器件相互连接的无源元件，-所述功能层(FS)和所述夹层(SPS)不含玻璃或者只含重量比小于5％的玻璃，-所述连接层(VS)包含玻璃组分或者是玻璃层。2.根据权利要求1所述的基片，其中所述连接层(VS)的厚度是0.5-10μm。3.根据权利要求1或2所述的基片，其中所述连接层(VS)除了玻璃组分外还包含未烧结的陶瓷填充物质。4.根据权利要求1至3中任一项所述的基片，其中所述夹层(SPS)具有烧结温度，所述烧结温度在所述功能层(FS)和所述连接层(VS)的烧结温度之上。5.根据权利要求1至4中任一项所述的基片，其中所述夹层(SPS)具有相对较低的热膨胀系数CTES，其低于所述功能层(FS)的热膨胀系数CTEF。6.根据权利要求1至5中任一项所述的基片，具有第一连接层(VS2)和第二夹层(SPS2)，其中所述第二夹层通过所述第二连接层与所述功能层(FS)背向所述第一夹层的表面相连，因此所述基片在层顺序、材料和层厚方面均具有对称的结构。7.根据权利要求1至6中任一项所述的基片，其中所述至少一个连接层(VS)包含Si和/或Ge、B和K的氧化物作为主要组成部分，它们整体上占到所述连接层70％的重量比，其中高度烧结的填充物质填补了所述连接层中的其余份额。8.根据权利要求1至7中任一项所述的基片，其中所述功能层(FS)包括由压敏材料构成的层，并且具有至少两个电极层(EL1、EL2)。9.根据权利要求1至7中任一项所述的基片，其中所述功能层(FS)从NTC或PTC陶瓷层、片式多层陶瓷电容器、铁素体层、压电层和LTCC陶瓷中选出。10.根据权利要求8或9中任一项所述的基片，其中所述功能层(FS)具有至少两个电工陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫内安晴，帕沃尔·杜德赛克，埃德蒙·派尔，京特·普德米奇，
申请(专利权)人：追踪有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US