CN102318017B - 多层部件和产生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多层部件，其包括根据本发明的、能够与变阻器陶瓷共同烧结以形成单片多层部件的介电陶瓷材料。因此，该多层部件包括变阻器陶瓷层以及另一电介质层。这两个层可以被布置为在多层部件中彼此直接相邻。在该多层部件中，金属化部布置在陶瓷层上或陶瓷层之间，所述金属化部被构造为形成导体部分和金属化表面。除了变阻器，金属化部连同陶瓷层还形成至少一个另外的部件，其选自电容、电阻和电感的部件功能中的至少一个。
Description
技术领域
本发明涉及包括变阻器的陶瓷多层部件以及涉及所述部件的产生。
背景技术
具有变阻器功能的分立部件可以用作针对ESD（静电放电）的保护部件。一种可能的使用例如出现在例如0.5-5
GHz频率范围中的移动无线电装置的射频滤波器中，用于保护这些滤波器或者用于保护下游或上游连接的电子装置，诸如例如信号放大器。
除了针对ESD的保护功能之外，这些部件同时还可以确保针对EMI的保护功能。因而涉及所谓的EMI-ESD保护部件。
变阻器的一个最重要的性质是所谓的反向电流，其也在待从变阻器电极之间导出的过压下流动。极高的反向电流将导致功能限制；特别是在诸如移动电话的便携式设备的情况下，例如，其将导致极为迅速的可再充电电池放电。此外，有必要确保在部件的以及特别地是该部件所并入的设备的寿命期间的电气性质的充分的稳定性。
特别地，在便携式设备的情况中，争取所使用的部件的小型化以及特别地是将不同的部件功能集成在共同的部件中。然而，迄今为止不可能在不必接受工艺中的变阻器的电气性质的极高劣化的情况下将变阻器集成到单片陶瓷多层部件中。变阻器陶瓷对相对于组分的扩散敏感并且因此迄今为止不能以烧结方式与其他陶瓷一起共同烧结以形成单片部件。
DE
102 006000935 A1公开了一种方法，通过该方法可以以小的翘曲将陶瓷功能层与基于玻璃陶瓷的张力层一起共同烧结以形成单片多层部件。变阻器陶瓷的不允许的劣化也在烧结期间出现。
发明内容
因此，本发明的目的在于指出一种单片陶瓷多层部件，其中除变阻器功能之外还集成至少一个其他部件功能，从而不会不允许地损害变阻器功能。
根据本发明借助于根据权利要求1所述的多层部件实现了该目的。从另外的权利要求可以得到有利的配置以及还有产生方法。
根据本发明已发现能够与变阻器陶瓷共同烧结以形成单片多层部件的介电陶瓷材料。因此该多层部件包括至少一个变阻器陶瓷层以及另一电介质层。这两个层可以被布置为在多层部件中彼此直接相邻。在烧结期间，在层之间至多发生限于两个层之间的典型地1 μm的窄反应区的相互扩散，由此在最差情况中不明显地损害变阻器的电气性质。在多层部件中维持了诸如低反向电流和高脉冲稳定性的关键的变阻器性质。
在多层部件中，金属化部被布置在陶瓷层上或者陶瓷层之间，所述金属化部被构造为形成导体部分和金属化区域。金属化部与除了变阻器以外的陶瓷一起形成至少一个另外的部件，其选自部件功能电容、电阻和电感中的至少一个。
内金属化部在烧结之前引入；布置在外层或侧表面上的金属化部也可以在多层部件的烧结之后产生或施加。布置在多层部件的不同平面中的导体部分和金属化区域可以通过穿过一个或多个层的通孔而彼此电连接。因此，在多层部件中，所有集成的各个部件可以彼此电互连并且一起产生功能电路，例如RF滤波器电路。
根据本发明使之成为可能的多样的部件功能的单片集成使得能够产生节约空间和成本的部件。
电介质由不同定量比例的如下三种化学计量化合物：Zn3TaO8、Zn2TaO6和Bi2Zn2/3Ta4/3O7组成。混合物含有至少一种所述化合物。
在另一配置中，在化合物中各个离子可以部分地在化学计量上进行替换。因而，Zn可以部分地由Ni、Co、Fe、Cu、Mg和Ca中的一种或多种替换。有利地，Zn由一种或多种所述离子替换到至多约30原子百分比的程度。Zn也可以由Ca和Mg替换到100%的程度。
Ta可以部分地由Nb替换。然而，其中仅替换相对小部分的Ta的化合物是优选的。对于过多的Nb，在个别情况下存在烧结温度变得过低以及扩散变得过大的风险。
Bi可以部分地由一种或多种稀土替换，其特别地选自La和Nd。有利地，Bi由一种或多种所述离子替换到至多约30原子百分比的程度。
对于可能的取代，对于电介质，出现根据如下经验式的组分：
(Zn(3-3x)M3xTa(1-y)M'yO8)k(Zn(2-2x)M2xTa(1-y)M'yO6)m
(Bi( 2-2z)SE2zZn(2/3-2x/3)M(2x/3)Ta(4/3-4y/3)M'4y/3O7)n
在该经验式中，对于指示纯相的化合物比例的下标的和，成立k+n+m=1，并且在所述式中对于每个下标彼此独立地成立以下关系：0≤k, m,
n≤1。该式仍没有考虑如下事实：可以将适应烧结期间的收缩行为的、按重量计高达5%的成分添加到电介质。
在该经验式中，M表示Ni、Co或Ca。M'表示Nb或Sb。SE表示一种或多种稀土。对于每个下标x、y和z（在每种情况下归一化到1的所述下标指示相对于起始化合物分别替换的离子的比例），彼此独立地成立以下关系：0≤x, y, z<1。这意味着并非替换所有比例的起始离子，甚或完全不替换。
有利地，如上文已经提到的，x和z限于最大值0.3，而y限于最大值0.5。
在多层部件的烧结电介质中，根据所使用的三种化合物的精确的组分，可以观察到相应的分离的纯相和三元混合相。还可以形成立方结构单元。
变阻器陶瓷可以基于掺杂的氧化锌的基础。后者可以被掺杂到如下程度：在每种情况下以Bi和Sb作为主要掺杂剂，掺杂到约3-5原子百分比。还可以含有Ni、Co和Cr中的至少一种作为次要掺杂剂，其比例高达约0.5原子百分比。替代地，所述变阻器陶瓷含有选自Bi和Sb的在每种情况下比例为2-3原子百分比的掺杂剂。所述变阻器陶瓷含有选自Ni、Co和Cr的各自的比例高达0.5原子百分比的掺杂剂。
已经发现，基于掺杂的氧化锌和氧化镨的变阻器陶瓷也与电介质相容并且同样可以与所提出的电介质一起烧结而没有对变阻器功能的明显限制。
对于变阻器陶瓷，出现约400的介电常数。电介质的介电常数通常介于20和100之间并且因而降低为原来的1/10到1/5。对于可以从其实现的部件功能，这导致了宽的选择范围，由此对于部件功能可以设定实际上所有的有利值。通过与原则上也可以单独用作电介质的纯变阻器陶瓷比较，因而显著增加并且因此改进了电路设计中的可变性。
在单片块中，形成集成的L和C元件的所构造的金属化部可以布置在电介质层的一侧或两侧上并且使用后者作为电介质。然而，在多层部件中还可以形成利用变阻器陶瓷作为电介质的部件。
多层部件需要950-1300℃的烧结温度。因此，仅相应地耐受的金属和合金适于作为金属化部的电极材料。金属化部可以由导电胶产生，该导电胶的金属成分包括例如Ag/Pd合金或Au。由于高的烧结温度，纯银不适用。
在多层部件中，包括变阻器陶瓷和电介质的层可以被布置为彼此直接相邻或者叠置成多层部件的堆叠。多层部件可以具有三明治构造，其中在相同类型的变阻器陶瓷或者电介质的两个层之间布置各自的另一电介质或变阻器陶瓷的层，其中三明治构造中的层被布置为彼此直接叠置。
多层部件还可以包含一个或多个由其他材料构成的另外的外来层作为局部层，如果排除它们与变阻器陶瓷直接接触的话。
多样的无源部件可以集成在多层部件中，其中除变阻器之外还集成了R和C，L和C或者R、L和C元件。
在多层部件中，可以在单片块中以集成的方式形成由R、C或L元件构成的RF滤波器电路，其中作为保护部件的变阻器可以相对于地与RF滤波器电路并联连接。在该电路布置中，变阻器满足作为ESD和EMI保护的两个功能。借助于其变阻器功能，其可以无害地导出有害电流脉冲，诸如典型的ESD的电流脉冲。另一方面，由于其设计，变阻器通常还具有电容。对于相对于地的并联支路中的电容，其因此满足具有阻带的基本滤波器功能。借助于适当的尺寸确定或者借助于适当地选择变阻器的电容值，可以以适当的方式选择或设定所述阻带。因此变阻器也可以用作EMI保护部件。
此外指出了一种用于产生多层部件的方法，其中使用以正确的化学计量比含有相应的后面陶瓷的离子的起始材料，通常是氧化物或者其他可以被转化为氧化物的盐。这些尽可能均匀地混合，特别是通过研磨。研磨可以跟随有煅烧步骤以及重新研磨。均匀混合的起始材料用于在粘合剂的帮助下，例如通过基片浇铸（Foliengießen），优选地产生具有相应的粘度的有机材料，即用于由变阻器陶瓷构成的（多）层的第一未烧结基片（Grünfolie）以及用于电介质的第二未烧结基片。
在使未烧结基片干燥之后，例如借助于丝网印刷，使用可烧结的导电胶将金属化部印刷到未烧结基片的一侧或两侧上。随后，彼此叠置地放置至少相应地一个第一和第二未烧结基片，其关于金属化部对准并且层叠在一起以形成基片集合体。基片集合体随后被烧结在一起。
在使基片层叠以形成基片集合体之前，通孔在设置用于镀覆穿孔的相应的位置处被戳印到未烧结基片中并且填充有导电材料。
附图说明
下文基于示例性实施例并且参照关联的附图更详细地解释了本发明。附图仅是示意性的，并非真正依比例绘制。各个元件可以通过失真的比例进行说明以改进清晰性，并且因此不能从附图推断绝对的或相对的定量指示。
在附图中：
图1示出了具有两个层的第一单片层集合体，
图2示出了由三个层构成的第二单片层集合体，
图3示出了由具有相对于图2的反向布置的三个层构成的第三单片层集合体，
图4示出了关于集成在多层部件中的功能电路的等效电路图，
图5以横截面示出了具有变阻器的多层部件，
图6以横截面示出了具有变阻器的变化形式的多层部件，
图7以横截面示出了具有变阻器的另一变化形式的多层部件。
具体实施方式
图1示出了具有两个层的多层部件的单片层集合体：一个层包括变阻器陶瓷VK并且另一层包括电介质D。为了清楚起见，未示出形成它们的金属化部或部件。所有部件功能R、L和C以及还有变阻器可以通过这样的金属化部实现，其可以布置在层上或者层之间。通常，在特别是电介质的层之一的一个面向外的表面上提供外部接触，借助于该外部接触可以将多层部件以及其中包含的互连连接到外部世界，特别是电路环境，例如PCB。
图2示出了具有至少三个交替的层的多层部件的单片层集合体：第一电介质D1的层、变阻器陶瓷VK的层以及第二电介质D2的层。
图3同样示出了具有至少三个交替的层的多层部件的单片层集合体：第一变阻器陶瓷VK的层、电介质D1的层以及第二变阻器陶瓷VK的层。
图4示出了关于集成在多层部件中的功能电路的等效电路图。包括滤波器电路FS的串联信号路径连接在第一和第二端子T1、T2之间。例如使用LC技术或者可以集成到陶瓷多层部件中的一些其他技术来实施所述滤波器电路。横向支路相对于地与该信号路径并联连接，变阻器V被布置在所述横向支路中。在该情况下，变阻器可以利用其变阻器功能用作ESD保护部件并且利用其滤波器功能用作EMI保护部件。
图5示出了可以用于产生变阻器V的具有简单的示例性金属化部的变阻器陶瓷VK的层。为此目的，具有焙烧导电胶的形式的相互重叠的电极E1和E2在变阻器陶瓷VK的层上的顶部和底部处形成。显然该变阻器V形成了明显的电容。多层部件的多层构造MS的另外的层由另外的线指示。
图6示出了可以用于产生变阻器V的具有示例性金属化部的变阻器陶瓷VK的层。具有焙烧导电胶的形式的电极E1和E2以彼此隔开但是位于同一层表面上的方式在变阻器陶瓷VK的层上的顶部和/或底部处形成。显然该变阻器V不形成明显的电容。多层构造MS可以包括由另外的线指示的另外的层。
图7示出了可以用于产生变阻器V的具有示例性金属化部的变阻器陶瓷VK的层。在每种情况下具有焙烧导电胶的形式的两个电极E11和E21以及E12和E22分别以在各自的层表面上彼此隔开的方式在变阻器陶瓷VK的层上的顶部和底部处形成。分别与同一电极相关联的金属化部E11和E21以及E12和E22通过镀覆穿孔DK而彼此连接。现在变阻器功能可以在两个电极对处生效。
对于多层部件的所有实施例均成立的是：每个层可以包括多个相同类型的局部层，在它们之间布置分别构造的金属化部。因而，特别是对于至少一个变阻器V或者电容器，可以形成相对于层平面竖直站立的梳状电极，如例如在图8中已经针对具有两个“齿”的梳电极指示的。通过特别是叉指地相互啮合的梳电极，可以实现关于电容器或变阻器的高电容值。
Claims (15)
1.一种陶瓷多层部件，
其被烧结以形成单片块，
其中所述多层部件的一个层包括变阻器陶瓷并且另一层包括电介质，
其中金属化部布置在层上或者层之间，所述金属化部被构造为形成导体部分和金属化区域，
其中变阻器以及包括电容、电阻或电感的至少一个另外的部件由所述金属化部和所述层实现，
其中电介质的至少95-100的重量百分比的比例具有组分
(Zn(3-3x)M3xTa(1-y)M'yO8)k(Zn(2-2x)M2xTa(1-y)M'yO6)m(Bi(2-2z)SE2zZn(2/3-2x/3)M(2x/3)Ta(4/3-4y/3)M'4y/3O7)n，
其中和k+n+m=1，以及其中对于每个下标k、m和n彼此独立地成立如下关系：
0≤k, m, n≤1
其中M表示Ni、Co、Fe、Cu、Mg或Ca，
其中M'表示Nb或Sb，以及
其中SE表示一种或多种稀土，
其中对于每个下标x、y和z彼此独立地成立如下关系：0≤x, y, z<1，
其中，对于电介质的所述比例小于100%的情况，高达100%的缺失的比例包括用于适应收缩行为的成分。
2.根据权利要求1所述的多层部件，
其中所述变阻器陶瓷基于掺杂的氧化锌的基础。
3.根据权利要求2所述的多层部件，
其中所述变阻器陶瓷含有选自Bi和Sb的在每种情况下比例为2-3原子百分比的掺杂剂。
4.根据权利要求2或3所述的多层部件，
其中所述变阻器陶瓷含有选自Ni、Co和Cr的各自的比例高达0.5原子百分比的掺杂剂。
5.根据权利要求1所述的多层部件，
其中所述金属化部由烧结的导电胶形成并且包括银和钯。
6.根据权利要求1所述的多层部件，
其中所述多层部件中的变阻器陶瓷的层和电介质的层彼此直接叠置布置。
7.根据权利要求1所述的多层部件，
其具有三明治构造，其中在相同类型的变阻器陶瓷或者电介质的两个层之间布置各自的另一电介质或变阻器陶瓷的层，其中所述三明治构造中的层被布置为彼此直接叠置布置。
8.根据权利要求1所述的多层部件，
其中集成多样的无源部件，其中除变阻器之外还集成R和C，L和C或者R、L和C元件。
9.根据权利要求8所述的多层部件，
其中在所述单片块中以集成的方式形成由R、C或L元件构成的RF滤波器电路，
其中作为保护部件的变阻器相对于地与所述RF滤波器电路并联连接。
10.根据权利要求1所述的多层部件，
其中在所述单片块中，形成集成的L和C元件的所构造的金属化部布置在电介质层的一侧或两侧上并且使用后者作为电介质。
11.根据权利要求1所述的多层部件，
其中电介质具有介于15和100之间的介电常数。
12.一种用于产生根据权利要求1-11中任一项所述的多层部件的方法，
其中提供以正确的化学计量比含有用于变阻器陶瓷的起始材料的第一未烧结基片以及以正确的化学计量比含有用于电介质的起始材料的第二未烧结基片，
其中使用可烧结的导电胶将金属化部印刷到未烧结基片的一侧或两侧上，
其中彼此叠置地放置至少相应地一个第一和第二未烧结基片，其关于所述金属化部对准并且层叠在一起以形成基片集合体，
其中所述基片集合体被烧结在一起。
13.根据权利要求12所述的方法，
其中在使所述基片层叠以形成所述基片集合体之前，用于产生镀覆穿孔的通孔被戳印到所述未烧结基片中并且填充有导电材料。
14.根据权利要求12-13中任一项所述的方法，
其中通过以期望的化学计量比使用具有金属氧化物形式的起始材料并且通过研磨使它们均匀混合，产生第二未烧结基片。
15.根据权利要求14所述的方法，
其中在研磨之后在产生所述未烧结基片之前煅烧所述起始材料并且随后再次将其研磨。
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