CN100431397C - 陶瓷生片的制造方法和多层陶瓷电子部件制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电子部件的制造方法，其可以解决小型化、改善多层电子部件的性能和质量。通过以下步骤制造陶瓷生片：通过任意工艺在衬底或形成于衬底上的层上形成具有预定厚度的内部电极；以这样的方式在衬底或所述层和内部电极的表面上形成光敏陶瓷浆料，以便刚好在以曝光之前光敏陶瓷浆料的厚度基本上等于或小于内部电极从衬底或所述层的表面的厚度；在掩蔽内部电极图形的同时，从衬底的上侧用光照射光敏陶瓷浆料以进行曝光，从而选择性地固化光敏陶瓷浆料的表面，以这样的方式控制曝光量以使光敏陶瓷浆料的表面固化；以及通过显影工艺除去光敏陶瓷浆料的未曝光部分以暴露内部电极图形的表面。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造电子部件的方法，其中由通过层压陶瓷生片形成的由所谓的多层陶瓷组成的电子部件来举例说明。更具体地说，本发明涉及内部包括电极层的所谓的陶瓷生片的制造方法。这里所述的多层陶瓷电子部件的实例包括多层陶瓷电容器、多层陶瓷电感器、包括它们的LC复合部件以及EMC相关部件。
背景技术
近年来，随着蜂窝电话代表的电子装置的小型化和迅速普及，需要用于这些装置的电子部件的安装密度增加以及性能改善。为了满足这些需要，通过减小层厚度和增加层数量实现对小型化和性能改善的需求寄托于用作无源元件的多层陶瓷电子部件上。另外，也需要改善制造方法来满足这些需求。
以下，将采用其内部形成有电极的多层陶瓷电容器作为实例，简洁描述上述多层陶瓷电子部件的制造方法。在该技术中，首先通过使用包含金属粉末和有机粘合剂的导电胶的丝网印刷等同时在由单一陶瓷物形成的陶瓷生片上形成多个电极。接着，堆叠其上形成有电极的多个未加工的陶瓷生片和陶瓷生片，以形成陶瓷多层构件。电极将构成作为制成品的多层陶瓷电子部件的内部电极。而且，在陶瓷多层构件的厚度方向对陶瓷多层构件加压以便生片彼此相互紧密接触。然后将紧密接触的多层构件切成确定的尺寸并分成单个芯片。在获得的芯片表面上或在经烧结的芯片上适当地形成外部电极。因此，获得多层陶瓷电子部件。
有许多关于与通过层压陶瓷生片形成的多层陶瓷电子部件有关的陶瓷生片的制造方法的报道。(参见日本专利Nos.3216627、3164068和3231987以及日本专利申请公开No.2001-110662。)
其中，使用包括施加浆料、烘干、曝光以及显影的工艺的光刻技术形成通孔和构图沟槽并用导电材料填充的方法引起了注意。这是因为考虑到随着多层陶瓷电子部件的小型化在生片中形成的各种电极图形变得更加精细的事实，引入光刻技术作为适合精细处理的方法。
更具体地说，一种典型工艺包括这样的工艺：施加光敏浆料，其后通过光刻形成需要的电极图形并用电极材料填充如此形成的负图形。
当使用光刻技术时，重要的是分辨率以及光透射率。
分辨率影响所形成图形的形状的精度。在具有高光衍射特性的陶瓷生片如玻璃陶瓷生片的情况下，分辨率与例如由衍射光影响引起的在图形外部形状边缘处缺乏清晰度的问题有关。特别地，沿生片厚度方向距离曝光侧越远，影响的因素就越多。换句话说，由于由待曝光构件引起衍射，存在不需要曝光的部分也被曝光的问题。
光透射率影响形成图形的截面形状。在具有低光透射率的陶瓷生片如铁氧体陶瓷生片的情况下，光透射率与例如图形截面随光数量减少而逐渐变细的问题有关。也在这种情况下，沿生片厚度方向距离曝光侧越远，影响的因素就越多。换句话说，由于待曝光构件的不透明性，存在需要曝光的部分不被曝光的问题。
在许多情况下，用导电材料填充上述曝光图形，鉴于例如：1)容易用导电胶填充以及2)电极的DC电阻值的减少，需要图形的截面形状尽可能是矩形。
鉴于上述情况，当通过常规工艺形成包括电极图形等的厚片时，分别堆叠每个具有不影响分辨率和光透射率的厚度的多层或多次重复包括施加浆料、曝光、显影以及电极印刷的工艺。例如，在利用能够传输或感光的仅有2μm厚的材料制造20μm厚的层的情况下，需要用常规工艺形成并堆叠十层。这种堆叠或重复工艺降低了堆叠准确度并对导电特性的可靠度不利。
鉴于上述情况，需要一种改善堆叠精确度和导电可靠性同时不受分辨率和光透射率影响的陶瓷生片的制造方法。
关于分辨率，在日本专利No.3216627以及日本专利申请公开No.5-271576(其被日本专利No.3216627引用)公开了例如用于吸收反射光的使绝缘层表面平滑以及混合着色剂的方法。然而，没有现有技术提供涉及光透射率问题的解决方法。
对于涉及光敏厚膜中的衍射，接触曝光时掩模的污染以及曝光附近的分辨率的问题，日本专利No.3216627公开了制造电感器的解决方法。在该方法中，形成光敏、导电厚膜，然后使其平滑并通过使用掩模的曝光和显影在其中形成图形，在其上形成光敏绝缘厚膜，然后使其平滑并通过曝光和显影形成通孔，在其上形成光敏、导电厚膜以填充通孔，然后使其平滑并通过曝光和显影形成图形。该方法包括在导电材料图形上形成光敏绝缘膜，然后对其暴光并显影。然而，形成在导电材料图形上的光敏绝缘膜作为厚层并通过曝光和显影形成通孔。因此，需要具有更广泛应用的更简单工艺。
在日本专利No.3164068中公开的技术是以增加导电材料图形的厚度为目的。在该文献公开的方法中，通过重复进行如下工艺制造电子部件：形成光敏导电厚膜，接着通过用掩模曝光以及显影在其中形成图形，在其上形成绝缘材料膜，然后使用溶剂除去绝缘层直到下面的下导电图形的上表面曝光，在下导电图形上形成上导电图形层，在其上形成光敏绝缘厚膜，然后通过曝光和显影形成通孔，形成光敏、导电层，以及通过使用掩模的曝光和显影填充通孔。然而，根据该方法，因为不同于导电图形上的部分的绝缘薄膜的部分被溶解，所以减小了薄膜厚度，因此存在堆叠未对准的问题。
日本专利No.3231987公开了制造陶瓷电路板的方法，其中通过重复进行如下工艺形成层压构件：施加光敏陶瓷滑动材料(指浆料)，通过曝光和显影形成用于内部布线的图形沟槽并其后用导电胶填充沟槽，以及烧结如此形成的层压构件。该方法是从印刷层压方法中开发的，是以装配方式形成层压构件。换句话说，在成功形成层压层中，如果没有施加、烘干、曝光、显影、液态去除或烘干、用导体填充、烘干、用树脂填充并烘干(或曝光)的所有连续工艺步骤，就不能完成一层的形成。因此，根据现有技术，如果在工艺过程中产生缺陷层，那么已形成的所有层有时被浪费，其对交付时间和产量不利。
日本专利申请公开No.2001-110662公开了一种包括电感器的部件的制造方法，其中在导电处理材料上施加光敏浆料，通过曝光和显影在其上形成图形沟槽，通过电沉积在沟槽中形成电极，堆叠以这种方法形成的层和然后烧结。然而，该方法遇到以下问题，绝缘层厚度(或分辨率或衍射特性)影响内部电极图形的截面形状以及增加工艺步骤的数量。而且，在该方法中，由于分辨率依赖性，在施加光敏浆料和电沉积光敏粉末的情况下，存在对在高纵横比下分辨(resolving at high aspect)和制造厚层的限制。
发明内容
本发明鉴于上述背景形成，以及本发明的一个目的是提供电子部件的制造方法，其可以防止堆叠未对准并可以使用各种光敏材料而无需考虑它们的光透射率。特别地，利用本发明的方法，甚至当所使用的材料具有低透射率以在大量光下最多固化仅仅一或几微米的厚度时，只要形成允许显影的固化薄膜，就可以通过一次曝光和显影形成具有足够厚度和包括电极的生片，该方法在堆叠精确度和导电可靠性上是有利的。此外，只要满足涉及透射厚度的分辨率和显影容差(tolerance against development)的条件，甚至可以使用例如容易衍射光的玻璃陶瓷材料的材料，以及该材料可以应用于通过设置所使用的掩模和制造条件来制造大多数产品的工艺。
根据本发明，提供了一种用于制造多层陶瓷电子部件的陶瓷生片的制造方法，包括以下步骤：通过任意工艺在衬底或形成于衬底上的层上形成具有预定厚度的内部电极；以这样的方式在衬底或所述层和内部电极的表面上形成光敏陶瓷浆料，以便刚好在以曝光之前光敏陶瓷浆料的厚度基本上等于内部电极从衬底或所述层的表面的厚度；在掩蔽内部电极图形的同时，从衬底的上侧用光照射光敏陶瓷浆料以进行曝光，从而选择性地固化光敏陶瓷浆料的表面，以这样的方式控制曝光量以使光敏陶瓷浆料的表面固化；以及通过显影工艺除去光敏陶瓷浆料的未曝光部分以暴露内部电极图形的表面。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造多层陶瓷电子部件的陶瓷生片的制造方法，包括以下步骤：通过任意工艺在衬底或形成于衬底上的层上形成具有预定厚度的内部电极；以这样的方式在衬底或所述层和内部电极的表面上形成光敏陶瓷浆料，以便刚好在以曝光之前光敏陶瓷浆料的厚度小于内部电极从衬底或所述层的表面的厚度；在掩蔽内部电极图形的同时，从衬底的上侧用光照射光敏陶瓷浆料以进行曝光，从而选择性地固化光敏陶瓷浆料的表面，以这样的方式控制曝光量以使光敏陶瓷浆料的表面固化；以及通过显影工艺除去光敏陶瓷浆料的未曝光部分以暴露内部电极图形的表面。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于制造多层陶瓷电子部件的陶瓷生片的制造方法，包括以下步骤：在通过上述方法制造的陶瓷生片的暴露柱状电极上形成图形电极；以这样的方式在图形电极的表面上形成光敏陶瓷浆料，以便刚好在以曝光之前光敏陶瓷浆料的厚度基本上等于图形电极的厚度；在掩蔽内部电极图形的同时，从衬底的上侧用光照射如此形成的生片以进行曝光，从而选择性地固化光敏陶瓷浆料的表面，以这样的方式控制曝光量以使光敏陶瓷浆料的表面固化；以及通过显影工艺除去光敏陶瓷浆料的未曝光部分以暴露内部电极图形的表面。
根据本发明的一个方面，在用于制造陶瓷生片的上述方法中，通过如下方法之一形成内部电极：丝网印刷、喷墨、光敏电极材料光刻、金属电镀、电泳沉积、溅射或它们的组合。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造多层陶瓷电子部件的方法，其中通过堆叠用上述用于制造陶瓷生片的方法形成的陶瓷生片或包括用不同的制造方法形成的陶体生片的一组陶瓷生片，来制造多层陶瓷电子部件。
根据使用陶瓷生片的电子部件的制造方法，可以防止堆叠未对准并可以使用各种光敏材料而无需考虑它们的光透射率。
根据本发明用于制造陶瓷生片的方法包括以下步骤：通过任意工艺在衬底或形成于衬底上的层上形成具有预定厚度的内部电极；以这样的方式在衬底或所述层和内部电极的表面上形成光敏陶瓷浆料，以便刚好在以曝光之前光敏陶瓷浆料的厚度基本上等于或小于内部电极从衬底或所述层的表面的厚度；在掩蔽内部电极图形的同时，从衬底的上侧用光照射光敏陶瓷浆料以进行曝光，从而选择性地固化光敏陶瓷浆料的表面，以这样的方式控制曝光量以使光敏陶瓷浆料的表面固化；以及通过显影工艺除去光敏陶瓷浆料的未曝光部分以暴露内部电极图形的表面。利用本发明的方法，可以不受光敏陶生片的光分辨率或光透射率对电极图形的截面形状的影响而形成内部电极图形。因此，即使生片是深色或较厚，也可以形成内部电极图形。
曝光量应当足以固化光敏陶瓷浆料表面，即在曝光之后足以固化这样厚度的光敏浆料，以便在显影工艺中显影液不溶解光敏浆料的希望部分。
内部电极图形的截面形状取决于用于形成内部电极的方法，该方法可以是丝网印刷、喷墨、光敏电极材料光刻、金属电镀、电泳沉积、溅射等或这些方法的组合。特别适合的方法是使所形成的导电部分的截面形状尽可能地接近矩形并可以实现高纵横比的方法。
而且，以这样的方式在内部电极上形成光敏生片，以便刚好在以曝光之前光敏生片的厚度基本上等于内部电极的厚度。因此，能生制造包括内部电极的基本上平坦的陶瓷生片。
在本发明的方法中，以这样的方式施加并烘干光敏陶瓷浆料，以便在曝光和显影之后生片部分的高度与内部电极的高度彼此基本上相等，并使其经历使用电极图形掩模的曝光和显影以制造包括电极的基本上平坦的层。所施加的浆料厚度应该略大于电极厚度，以便在曝光和显影之后浆料厚度基本上等于电极厚度并且生片部分的高度和电极的高度彼此基本上相等。在由于显影中的溶解而发生通过曝光固化的部分的层厚减小的情况下，烘干的浆料厚度比电极厚度大对应于由于溶解而减小的量。通过堆叠以这种方式制造的基本上平坦的层，可以减少堆叠未对准并进一步提高烧结构件的尺寸精度。
而且，本发明可以应用于在由例如PET构成的衬底上形成的电极。可以使用任何类型的衬底只要其上能够形成电极。可以通过印刷或转移形成电极。本发明还可以应用于通过电沉积在其上形成电极等的衬底。在这种情况下，可以形成包括电极的层同时保持通过电沉积形成的电极的精度。因此，可以进一步改善其电学特性。
而且，不管材料对曝光光是否具有高透射率或低透射率，都可以应用本发明。特别地，本发明可以应用于磁性材料、介质材料以及包含这些材料的产品或衬底。因此可以采用相同的工艺实现本发明并可以使用同一生产线。因此，降低了设备成本。
因为本发明仅仅需要固化光敏材料表面，因此一旦曝光在光敏材料中发生的衍射不会影响分辨率。由于材料的衍射通常劣化了沿厚度方向上的分辨率。然而，在本发明的方法中，由于通过曝光形成具有几微米厚度的固化薄膜，所以分辨率劣化影响小。
不管光敏材料的光透射率，本发明都可以应用于在生片上形成的电极。生片具有形成于其上的通孔并具有包括图形和柱的结构，从而提高了导电可靠性。根据本发明，在不形成通孔或图形沟槽的情况下并不管材料的光透射率和图形分辨率，可以进一步提供具有包括图形和柱的结构的生片。这进一步提高了导电可靠性。
附图说明
图1是根据本发明制造陶瓷生片的方法流程图。
图2是根据本发明制造陶瓷生片的另一方法流程图。
图3是根据本发明制造陶瓷生片的另一方法流程图。
图4是根据本发明使用掩模曝光陶瓷生片的流程图。
具体实施方式
以下，参考附图具体描述本发明的实施例。图1到4是根据本发明的电子部件制造方法的主要步骤的流程图。在图1到4中的每一个示出了衬底和生片等主要部分的截面。
[实施例1]
如图1所示，通过任意工艺在衬底1上形成具有预定厚度的内部电极2。然后在内部电极表面上施加光敏陶瓷3的浆料。烘干浆料以便刚好在曝光之前其厚度基本上与内部电极的厚度相等。随后，在通过如图4所示的光掩模4掩蔽内部电极图形的同时，从衬底的上侧用光照射光敏陶瓷浆料以进行曝光。在该工艺中，选择性地固化光敏陶瓷浆料的表面，同时以这样的方式控制曝光量以使光敏陶瓷浆料的表面上的暴露部分固化。通过显影工艺除去光敏陶瓷浆料的未曝光部分以形成包括内部电极的基本上平坦的层。
通过堆叠多个如此形成的光敏陶瓷生片并对其加压和烧结，来形成电路板或电子部件等。
图4示出了根据本发明确定在陶瓷生片中光敏浆料厚度的因素以及掩模曝光工艺。在内部电极厚度为约10μm的情况下，施加约30μm厚的光敏浆料。当烘干所施加的浆料时，光敏浆料收缩(收缩比大约1/3)，内部电极上浆料的所得厚度为约7μm。在如此烘干浆料之后，使用光掩模有选择地曝光生片。然后，生片经历显影工艺以除去光敏陶瓷浆料的未曝光部分。因此，曝露内部电极图形的表面。
图1、4以及下述的图2、3示出了其中衬底1包含由其中将要形成电极的光敏陶瓷浆料构成的层的情况。其中将要形成电极的该层可以由玻璃陶瓷材料或铁氧体材料构成。另外，在该层中可以形成通孔。根据将要制造的多层陶瓷电子部件等适当地选择其中将要形成电极的层。
[实施例2]
如图2所示，通过任意工艺在衬底1上形成具有预定厚度的内部电极2。然后在内部电极的表面上施加光敏陶瓷3的浆料。烘干浆料以便刚好在曝光之前其厚度小于内部电极的厚度。随后，在通过如图4所示的光掩模4掩蔽内部电极图形的同时，从衬底的上侧用光照射光敏陶瓷浆料以进行曝光。在该工艺中，选择性地固化光敏陶瓷浆料的表面，同时以这样的方式控制曝光量以使光敏陶瓷浆料的表面上的暴露部分固化。通过显影工艺除去光敏陶瓷浆料的未曝光部分以暴露内部电极图形。
通过堆叠多个如此形成的光敏陶瓷生片并对其加压和烧结，来形成电路板或电子部件等。
[实施例3]
如图3所示，通过任意工艺在衬底1上形成具有预定厚度的内部电极2。然后在内部电极的表面上施加光敏陶瓷3的浆料。烘干浆料以便刚好在曝光之前其厚度小于内部电极的厚度。随后，在通过如图4所示的光掩模4掩蔽内部电极图形的同时，从衬底的上侧用光照射光敏陶瓷浆料以进行曝光。在该工艺中，选择性地固化光敏陶瓷浆料的表面，同时以这样的方式控制曝光量以使光敏陶瓷浆料的表面上的暴露部分固化。通过显影工艺除去光敏陶瓷浆料的未曝光部分以暴露内部电极图形。在如此形成的柱状电极上形成图形电极6。然后，以与实施例1相似的方式在其上施加光敏浆料，并经选择地曝光。其后，进行用于除去图形电极上的浆料的显影工艺以形成包括图形电极和柱状电极的基本上平坦的层。
进一步，以如实施例1(图1)所示的方式形成包括图形电极和柱状电极的层，在内部电极2(柱状电极)的表面上施加光敏陶瓷浆料以便浆料的厚度与内部电极的厚度基本上相等，然后以与该实施例中相同的方式在该层上形成图形电极。
通过堆叠多个如此形成的层并对其加压和烧结，来形成电路板或电子部件等。
根据内部包括电极层的所谓的陶瓷生片的制造方法，该陶瓷生片在制造多层电子部件中用作原材料，根据本发明，可以防止堆叠未对准并可以使用各种光敏材料而无需考虑它们的光透射率。因此，适当地将本发明的方法应用于制造多层陶瓷电子部件如多层陶瓷电容器、多层陶瓷电感器、包括它们的LC复合部件以及EMC相关部件。
Claims (9)
1.一种用于制造多层陶瓷电子部件的陶瓷生片的制造方法，包括以下步骤：
在衬底或形成于衬底上的层上形成具有预定厚度的内部电极；
在所述衬底或所述层的表面上和在所述内部电极的表面上形成光敏陶瓷浆料，以便在曝光之前所述光敏陶瓷浆料的烘干后的厚度基本上等于所述内部电极从所述衬底或所述层的表面的厚度；
在掩蔽所述内部电极图形的同时，从所述衬底的上侧用光照射所述光敏陶瓷浆料以进行曝光，从而选择性地固化所述光敏陶瓷浆料的表面，控制曝光量以使所述光敏陶瓷浆料的表面固化；以及
通过显影工艺除去所述光敏陶瓷浆料的未曝光部分以暴露所述内部电极图形的表面。
2.一种用于制造多层陶瓷电子部件的陶瓷生片的制造方法，包括以下步骤：
在衬底或形成于衬底上的层上形成具有预定厚度的内部电极；
在所述衬底或所述层的表面上和在所述内部电极的表面上形成光敏陶瓷浆料，以便在曝光之前所述光敏陶瓷浆料的烘干后的厚度小于所述内部电极从所述衬底或所述层的表面的厚度；
在掩蔽所述内部电极图形的同时，从所述衬底的上侧用光照射所述光敏陶瓷浆料以进行曝光，从而选择性地固化所述光敏陶瓷浆料的表面，控制曝光量以使所述光敏陶瓷浆料的表面固化；以及
通过显影工艺除去所述光敏陶瓷浆料的未曝光部分以暴露所述内部电极图形的表面。
3.一种用于制造多层陶瓷电子部件的陶瓷生片的制造方法，包括以下步骤：
在通过根据权利要求1或2的方法形成的陶瓷生片的内部电极上形成图形电极；
在所述图形电极的表面上形成光敏陶瓷浆料，以便在曝光之前所述光敏陶瓷浆料的烘干后的厚度基本上等于所述图形电极的厚度；
在掩蔽所述图形电极的同时，从所述衬底的上侧用光照射如此形成的生片以进行曝光，从而选择性地固化所述光敏陶瓷浆料的表面，控制曝光量以使所述光敏陶瓷浆料的表面固化；以及
通过显影工艺除去所述光敏陶瓷浆料的未曝光部分以暴露所述图形电极的表面。
4.根据权利要求1或2的陶瓷生片的制造方法，其中通过如下方法之一形成所述内部电极：丝网印刷、喷墨、光敏电极材料光刻、金属电镀、电泳沉积、溅射或它们的组合。
5.根据权利要求3的陶瓷生片的制造方法，其中通过如下方法之一形成所述内部电极：丝网印刷、喷墨、光敏电极材料光刻、金属电镀、电泳沉积、溅射或它们的组合。
6.一种制造多层陶瓷电子部件的方法，其中通过堆叠一组陶瓷生片，来制造多层陶瓷电子部件，其中所述一组陶瓷生片包括至少一个用根据权利要求1或2制造陶瓷生片的方法形成的陶瓷生片。
7.一种制造多层陶瓷电子部件的方法，其中通过堆叠一组陶瓷生片，来制造多层陶瓷电子部件，其中所述一组陶瓷生片包括至少一个用根据权利要求3制造陶瓷生片的方法形成的陶瓷生片。
8.一种制造多层陶瓷电子部件的方法，其中通过堆叠一组陶瓷生片，来制造多层陶瓷电子部件，其中所述一组陶瓷生片包括至少一个由根据权利要求4制造陶瓷生片的方法形成的陶瓷生片。
9.一种制造多层陶瓷电子部件的方法，其中通过堆叠一组陶瓷生片，来制造多层陶瓷电子部件，其中所述一组陶瓷生片包括至少一个由根据权利要求5制造陶瓷生片的方法形成的陶瓷生片。
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