CN102365249A - 介电陶瓷组合物、多层介电基板、电子部件和介电陶瓷组合物的制备方法 - Google Patents

介电陶瓷组合物、多层介电基板、电子部件和介电陶瓷组合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高介电常数和经抑制的低热膨胀系数的介电陶瓷组合物。还公开了一种使用该介电陶瓷组合物的多层介电基板,和电子部件。具体地公开了一种含有ATiO3(其中A代表Ca和/或Sr中任一种)相和AAl2Si2O8相,所述的介电陶瓷组合物的特征在于:介电常数在3GHz下不小于10以及在40-600℃温度内的平均热膨胀系数小于7ppm/℃。

Description

介电陶瓷组合物、多层介电基板、电子部件和介电陶瓷组合物的制备方法
技术领域
本发明涉及介电陶瓷组合物、多层介电基板、电子部件和介电陶瓷组合物的制备方法,特别涉及通过允许同时烧制导体和其它介电层的低温烧制而制得的多层介电基板。
背景技术
近年来,随着利用在微波区域的电磁波的通信技术如汽车电话、便携电话、卫星广播的进展,需要电子部件的微型化。为满足这样的要求,构成电子部件的单个部件必须要微型化。
在这些电子部件中,介电陶瓷组合物用作通过组合它们而获得的介电共振器、过滤器、层压电感器、层压电容器和高频部件的材料。例如,在使用相同共振模式下,介电共振器的尺寸与介电材料的电介常数的平方根成反比。因此,为制造小型介电共振器,需要具有高电介常数的介电材料。考虑到介电材料对微波的性质,在微波区域的介电损失tanδ(=1/Q)需要降低,也就是说,Q值要大,共振频率的温度系数τf是尽可能接近0,等等。
还必需的是,在微波领域使用的用于介电共振器、过滤器、层压电感器、层压电容器等的内部电极等由在微波波段具有低电阻损耗的导体例如银、铜、金等构成。为使这些用于微波的电子部件微型化,使用通过同时烧制介电陶瓷组合物和内部电极的层压结构体而得到的层压电子部件。在这种情况下,为了将具有低熔点的导体,如银(熔点:961℃),铜(熔点:1083℃)或者金(熔点:1063℃)与介电材料同时烧制,介电材料需要是在1000℃或更低,优选在900℃或更低温度进行烧结的介电材料。
为了使用于微波的电子部件微型化,专利文献1公开了一种能使介电陶瓷组合物和内部电极材料如银、铜或者金同时烧制的材料。
最近,已经提出采用内置基板的电容器,其中将具有不同性质的陶瓷层作为多层插入层压电子部件内部。具有不同性质的陶瓷包括高电介常数的材料和磁性材料。例如,为了将电容元件微型化,通过混合高电介常数材料而获得的内置电容器是有效的。专利文献1公开了一种通过使用内置的高电介常数的陶瓷绝缘层而产生出静电容量的多层线路板。
专利文献1:JP2002-167274A
发明内容
发明所要解决的技术问题
虽然传统的具有A′Al2Si2O8相(A′是Ca,Sr和Ba中的至少一种)和Al2O3相的介电陶瓷组合物是具有优异的介电性能和抗折强度(deflectivestrength)的介电材料,但是它具有低至约5ppm/℃的热膨胀系数。
然而,如果将在烧制中的收缩行为和热膨胀系数显著不同的陶瓷层插入内部时,它将导致在每一个陶瓷层界面上发生剥离和破裂。鉴于此,专利文献1中披露的陶瓷组合物具有7.0ppm/℃以上的高的热膨胀系数。因此,如果这种陶瓷组合物与热膨胀系数为5ppm的材料同时烧制,则将可能发生剥离、破裂等。因此,作为插入这样的介电陶瓷组合物内部的材料,专利文献1披露的介电陶瓷组合物是不合适的。通常,具有高介电常 数(ε)的ATiO具有9至11ppm/ε的高的热膨胀系数。
因此,本发明的目的是提供一种具有高介电常数和被抑制在低热膨胀系数的介电陶瓷组合物,使用它的多层介电基板和电子部件,并且进一步提供一种制备介电陶瓷组合物的方法。
解决技术问题的手段
本发明的介电陶瓷组合物是含有ATiO3(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)相和AAl2Si2O8相的介电陶瓷组合物,其特征在于:在3GHz时具有10或更高的介电常数和在40至600℃温度范围内具有低于7ppm/℃的平均热膨胀系数。根据这种构成的具有高介电常数的介电陶瓷组合物可以被插入到在组织中具有A′Al2Si2O8相(A′是由Ca、Sr和Ba中的至少一种构成的元素)和Al2O3相的介电陶瓷组合物的内部。
除了包含Al,Si,A和Ti作为主要组分外,本发明的介电陶瓷组合物还可包含B作为辅助元素;并且可以使用包含如下各项的介电陶瓷组合物:相对于100重量份的介电陶瓷组合物的整体,11-25重量%的以Al2O3换算计的Al元素,20-33重量%的以SiO2换算计的Si元素,5-30重量%的以AO换算计的A元素,Al(Al2O3换算计的)的0.06倍以上至5重量%的以B2O3换算计的B元素,和作为余量的TiO2(含不可避免的杂质)。
优选的是,在其中A元素仅由Sr构成的情况下,在介电陶瓷组合物的整体中的Sr元素是以SrO换算计的5-30重量%,在A元素进一步包含Ca的情况下,在介电陶瓷组合物的整体中的Sr元素是以SrO换算计的5-15重量%,并且在介电陶瓷组合物的整体中的Sr和Ca元素的总量是以AO换算计的5-30重量%。
本发明的介电陶瓷组合物可包含R(R是由Nd、La和Sm中的至少一种构成的元素)、Mg和Zn中的至少一种;并且相对于100重量份的介电陶瓷组合物的整体,包含如下各项的介电陶瓷组合物是优选的:0.01-20重量%的以R2O3换算计的R元素,0-10重量%的以MgO换算计的Mg元素,和/或0-5重量%的以ZnO换算计的Zn元素。
本发明的介电陶瓷组合物可包含Na、K、Cu、Mn和Bi中的至少一种;并且相对于100重量份的介电陶瓷组合物的整体,包含如下各项的介电陶瓷组合物是优选的:0-4重量%的以Na2O换算计的Na元素,0-1重量%的以K2O换算计的K元素,0.1-3重量%的以CuO换算计的Cu元素,0.1-3重量%的以Mn3O4换算计的Mn元素,和/或1-5重量%的以Bi2O3换算计的Bi元素。
通过满足上述的组成范围的辅助元素,可以获得在-20℃至60℃温度范围内共振频率的温度系数τf的绝对值为120ppm/℃或更低的介电陶瓷组合物。
本发明的介电陶瓷组合物可包含Ag;并且相对于100重量份的介电陶瓷组合物的整体,包含0.1-3重量%的Ag的介电陶瓷组合物是优选的。
通过设定本发明的介电陶瓷组合物具有前述的组成范围,可得到这样的介电陶瓷组合物:其中基本上不存在R-M-Ti-Si-O型(R是由Nd、Sm和La中的至少一种构成的元素;M是由Mg和Zn中的至少一种构成的元素)相或者基本上不存在A-Ti-Si-O型(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)相。
作为本发明的介电陶瓷组合物,可得到其中不仅包含ATiO3相而且含有R2/3TiO3(R是由Nd、La和Sm中的至少一种构成的元素)和M2TiO4(M是由Mg和Zn中的至少一种构成的元素)中的至少一种化合物相的介电陶瓷组合物。
可以获得其中多个在其上形成导体的介电层被一体化层压的多层介电基板,其中所述多层介电基板使用上述介电陶瓷组合物中的任一种作为多个介电层中的至少一个介电层而构成,和使用具有A′Al2Si2O8相(A′是由Ca,Sr和Ba中的至少一种构成的元素)和Al2O3相的介电陶瓷组合物作为一个或多个其它的介电层而构成。在具有A′Al2Si2O8相和Al2O3相的介电陶瓷组合物中,存在单斜晶体和六方晶体,经过烧制后它们变成单斜晶体。
具有前述单斜晶体A′Al2Si2O8相和Al2O3相的介电层包含Al、Si、A′(A′是由Ca,Sr和Ba中的至少一种构成的元素)和Ti作为主要组分,和选自由Bi、Na、K和Co组成的组中的至少一种元素作为辅助组分,还包含选自由Cu、Mn和Ag组成的组中的至少一种元素,其中所述介电层含有如下比率的作为主要组分的Al、Si、A′和Ti:相对于100重量份的介电陶瓷组合物的整体,10-60重量%的以Al2O3换算计的Al,25-60重量%的以SiO2换算计的Si,7.5-50重量%的以A′O换算计的A′,和20重量%或更少(包括0)以TiO2换算计的Ti;并且包含下列比率的作为辅助成分的选自由Bi、Na、K和Co中的至少一种:相对于100重量份的主要组分,0-10重量%的以Bi2O3换算计的Bi,0-5重量%的以Na2O换算计的Na,0-5重量%的以K2O换算计的K,和/或0-5重量%的以CoO换算计的Co;并且还含有下述比率的选自由Cu、Mn和Ag组成的组中的的至少一种:相对于100重量份的主要组分,0-5重量%的以CuO换算计的Cu,0-5重量%的以MnO2换算计的Mn,和/或0-5重量%的Ag。
可使用所述多层介电基板制造电子部件。
制备介电陶瓷组合物的方法不特别限于下述方法,但可以使用包括下述步骤的制造方法:制备原材料,该原材料必要地包含Al、Si、Sr、Ti和B,以及需要时包含Na、K、Cu、Mn、Bi和Ag中的至少一种,并且在600℃或更高并且850℃或更低的温度,煅烧所制备的原料而得到低温烧结组分;另外制备原材料,该原材料必要地包含A元素和Ti,以及需要时包含Nd、La、Sm、Mg和Mn中的至少一种的元素,并且在高于700℃并且1,300℃或更低的温度,煅烧制备的原料而得到无机填料组分;和混合所述低温烧结组分和所述无机填料组分,然后,在高于低温烧结组分的煅烧温度并且低于无机填料的煅烧温度的温度,烧制所述混合物。
低温烧结组分含有至少Al、Si、Sr和B中的每一种;当进行烧结时,具有包含如下各项的组成的低温烧结组分是优选的:相对于100重量份的低温烧结组分的整体,18-40重量%的以Al2O3换算计的Al,40-58重量%的以SiO2换算计的Si,10-40重量%的以SrO换算计的Sr,和1.5-5重量%的以B2O3换算计的B。
低温烧结组分含有由选自Na、K、Cu、Mn和Bi中的至少一种构成的元素;并且当进行烧结时,具有包含如下各项的组成的低温烧结组分是优选的:相对于100重量份的低温烧结组分的整体,0-5重量%的以Na2O换算计的Na,0-5重量%的以K2O换算计的K,0.01-5重量%的以CuO换算计的Cu,0.01-5重量%的以MnO2换算计的Mn,和/或0.1-5重量%的以Bi2O3换算计的Bi。
相对于100重量份的低温烧结组分的整体,低温烧结组分优选含有0.5-6重量%的Ag。
无机填料组分含有至少A(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)和Ti中每一种;并且当进行烧结时,具有包含如下各项的组成的无机填料组分是优选:相对于100重量份的无机填料组分的整体,10-60重量%的以AO换算计的A,和30-60重量%以TiO2换算计的Ti。
无机填料组分含有R(R是由Nd、La和Sm中的至少一种构成的元素)、Mg和Zn中的至少一种;并且当进行烧结时,具有包含以下各项的组成的无机填料组分是优选的:相对于100重量份的无机填料组分的整体,0.01-50重量%的以R2O3换算计的R,0-15重量%的以MgO换算计的Mg,和0-10重量%的以ZnO换算计的Zn。
本发明的优点
本发明可提供一种具有高介电常数和被抑制低的热膨胀系数的介电陶瓷组合物。本发明可以进一步提供在-20至60℃的共振频率的温度系数τf被抑制低的介电陶瓷组合物。
本发明可以进一步提供使用该介电陶瓷组合物的多层介电基板和使用该介电陶瓷组合物的电子部件。
本发明可以进一步提供一种用于得到介电陶瓷组合物的优选制造方法。
附图简述
[图1]图1表示的是构成介电陶瓷组合物的低温烧结组分的组合物的图示。
[图2]图2表示的是多层介电基板的构造的横截面图示。
[图3]图3是低温烧结组分的烧结体的XRD分析结果。
[图4]图4是介电陶瓷组合物的XRD分析结果。
[图5]图5是显示Al2O3的添加量和RMTiSiO型相的强度比之间的关系图示。
[图6]图6是显示Al2O3的添加量和介电陶瓷组合物的烧结收缩率之间的关系,以及显示Al2O3的添加量和介电陶瓷组合物的热膨胀系数之间的关系的图示。
[图7]图7是显示Al2O3的添加量和介电陶瓷组合物的介电常数之间的关系,以及显示Al2O3的添加量和介电陶瓷组合物的共振频率的温度系数τf之间的关系图示。
[图8]图8是显示B2O3的添加量和介电陶瓷组合物的烧结收缩率之间的关系,以及显示Al2O3的添加量和介电陶瓷组合物的热膨胀系数之间的关系图示。
[图9]图9是多层介电基板经烧制后,观察在高介电常数层(介电陶瓷组合物的烧结体)和其它介电层之间的界面的照片。
[图10]图10是观测高介电层的照片。
[图11]图11是在高介电层和其它介电层之间的界面处的线性分析结果。
[图12]图12是在高介电层和其它介电层之间的界面处的线性分析结果。
具体实施方式
以下,通过实施例具体说明本发明,但本发明不限于这些实施例。
本发明的介电陶瓷组合物主要由低温烧结组分和无机填料组分组成。低温烧结组分是在烧制后能够使AAl2Si2O8相结晶作为结晶相的玻璃组分。在烧制后AAl2Si2O8相作为结晶相的结晶能提供具有高强度、在1-5GHz内高品质因子(Q值)、在40-600℃温度的低热膨胀系数的介电陶瓷组合物。本发明中使用的低温烧结组分包含A、Al和Si作为主要组分以及还包含B,并且如果需要,包含由Na、K、Cu、Mn、Bi和Ag中至少一种构成的元素。
另一方法,无机填料包含ATiO3相(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)。因为这样的ATiO3相具有高介电常数(在CaTiO3中,ε=280;在SrTiO3中,ε=170),本发明的包含ATiO3相的陶瓷介电组合物的介电常数可做到10或更大,并且可以使得具有低介电常数的电容元件微型化。本发明中使用的无机填料组分包含由Sr和Ca中至少一种构成的A元素和Ti作为主要组成,并且如果需要,可包含由Nd、La和Sm中至少一种构成的稀土元素,以及Mg和Zn的元素。
本发明的介电陶瓷组合物使用低温烧结组分和无机填料组分的混合物,因此,包含ATiO3相和AAl2Si2O8相的介电陶瓷组合物可被制成能够在1,000℃或更低的温度烧制,以及具有在1GHz-5GHz的频率范围内尤其是在3GHz的频率的10或更高的介电常数,以及在40-600℃温度范围内低于7ppm/℃的热膨胀系数。
本发明的介电陶瓷组合物使用50-80重量%的烧制后能使AAl2Si2O8相结晶的玻璃组分作为低温烧结组分,因此,当制备与具有A′Al2Si2O8相和Al2O3相的介电陶瓷组合物结合的层压体时,能抑制组分的扩散,并且还能抑制本发明的介电陶瓷组合物的介电性能的减少。当通过将根据本发明的介电陶瓷组合物与具有A′Al2Si2O8相和Al2O3相的介电陶瓷组合物相结合制备形成层压体时,本发明的介电陶瓷组合物由于具有低于7ppm/℃的热膨胀系数,因而能够抑制破裂的发生。由于在它的组织中具有A′Al2Si2O8相和Al2O3相的介电陶瓷组合物在1GHz-5GHz的频率范围内具有约8的介电常数,因此通过设定根据本发明的介电陶瓷组合物在3GHz的介电常数为10或更高,以及通过将根据本发明的介电陶瓷组合物插入到其组织中具有A′Al2Si2O8相和Al2O3相的介电陶瓷组合物内部,可以使电容元件微型化。作为一单独的材料,低温烧结组分适宜地具有5或更高的介电常数、在1-5GHz时500或更高的品质因子(fQ值)、200ppm/℃或更低的在-20至60℃温度的共振频率的温度系数τf、以及7.0ppm/℃或更低的在40-600℃的热膨胀系数。当低温烧结组分作为一单独的材料烧制时,AAl2Si2O8相几乎都转变为SrAl2Si2O8相。
低温烧结组分依赖于SrO、Al2O3和SiO2这三种组分的比率来改变性质。低温烧结组分理想地处于在通过联结图1中的下述的点而获得的直线所包围的组成区域内:58重量%的SiO2、10重量%的SrO和32重量%的Al2O3的点;58重量%的SiO2、24重量%的SrO和18重量%的Al2O3的点;40重量%的SiO2、40重量%的SrO和20重量%的Al2O3的点;以及40重量%的SiO2、20重量%的SrO和40重量%的Al2O3的点。在900℃保持2小时时,在这样的范围内的组合物容易被使得比在区域(B)附近的组合物更密实。作为比较,在区域(D)附近的组合物很难产生SrAl2Si2O8相。区域(C)和(D)附近的组合物容易与无机填料发生反应。
B是展示烧结性能的效果的元素,优选以1.5-5重量%的比率含有。
因此,在本发明中使用的低温烧结组分的组合物优选是包含以下各项作为至少Al、Si、Sr和B中的每一种的组合物:18-40重量%的以Al2O3换算计的Al,40-58重量%的以SiO2换算计的Si,10-40重量%的以SrO,换算计的Sr,和1.5-5重量%的以B2O3换算计的B。特别地,B是作为单独材料允许低温烧制的有效元素,是本发明中的必要元素。
以Al2O3换算计的Al的量优选在20-35重量%,更优选22-33重量%。
以SiO2换算计的Si的量优选在42-55重量%,更优选43-50重量%。
以SrO换算计的Sr的量优选在12-35重量%,更优选13-30重量%。
以B2O3换算计的B的量优选在1.2-4.5重量%,更优选1.3-4.0重量%。
从进一步改善烧结性能的观点来看,期望的是添加0-5重量%的Na2O、0-5重量%的K2O、0.01-5重量%的CuO、0.01-5重量%的Mn3O4和0.1to 5.0重量%的Bi2O3。这是由于如果Cu、Mn和Bi的添加量少于各自的范围,则基本上不表现出对烧结性能改善的效果;并且如果所述元素的添加量超过各自的范围,则介电性能降低。Na是能够作为一种单质进行低温烧结的元素,当被单独添加到低温烧结组合物时,其是有用的元素。CuO和Bi2O3的复合添加表现出对低温烧结的显著影响。
另外,添加量优选是:Na2O为0.1-4.5重量%,K2O为0.1-3重量%,CuO为0.1-4重量%,Mn3O4为0.1-3重量%和Bi2O3为0.1-4.5重量%;并且添加量更优选是:Na2O为1-4.0重量%,K2O为0.2-2重量%,CuO为0.2-2重量%,Mn3O4为0.2-2重量%和Bi2O3为1-4.0重量%。
另外,相对于100重量份的低温烧结组分的整体,低温烧结组分优选包括0.5-6重量%的Ag,Ag的包含减少了破裂的发生率,并且当按如稍后描述的方式实施与其它一个或多个介电层同时烧制时,能够改善烧制中的收率比。还获得低温烧结效应。
低温烧结组分优选在600℃或更高并且850℃或更低进行煅烧。在低于600℃的温度范围内,玻璃化程度不足;并且在高于850℃的温度范围内,烧结密度变得太高,因此,很难把烧结材料磨成粉末;即使煅烧的材料之后与无机填料组分的煅烧粉末一起混合和烧制,也很难得到期望的热膨胀系数。低温烧制也变得很困难。
在由上述组合物组成的低温烧结组分中,基本上不含SiO2相和SrSiO3相。即使进行在烧结体状态中的XRD分析(使用Cu-Kα管在40mV电压和100mA电流下),也没有检测到这些相;在22°附近观测到的SiO2相的峰值和在31°附近观测到的SrSiO3相的峰值的高度为Sr长石(SrAl2SiO2O8相)在28°附近最大峰值的1/10倍或更小。
无机填料组分包含ATiO3相(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)。为了获得这种相,所期望的是,无机填料组分包含A元素和Ti中每一种,并且具有包含如下各项的组成:相对于100重量%的无机填料组分整体,10-60重量%的以AO换算计的AO和30-60重量%的以TiO2换算计的TiO2。在A元素是Ca的情况下,Ca优选是以CaO换算计的10-45重量%。热膨胀系数的增加可通过将Ca的添加量设定为60重量%以下来抑制。在A元素是Sr的情况下,Sr适宜地为15-60重量%,共振频率的温度系数τf的增加可通过设定Sr的添加量为60重量%以下来抑制。
为了降低共振频率的温度系数τf,优选添加0.01-50重量%的稀土元素R(R是由Nd、La和Sm中至少一种构成的元素)。在添加到无机填料组分中的稀土元素是Nd的情况下,Nd2O3优选为1-36重量%。在添加到其中的稀土元素是La或者Sm的情况下,La2O3或者Sm2O3优选是优选是1-40重量%。MgO理想地以0-15重量%添加至其中;而ZnO是以0-10重量%添加。只要这些组合物不超过这些范围,介电常数的降低将尽可能地被抑制。
为获得10或更大的介电常数,在高于低温烧结组分的煅烧温度并且低于无机填料的煅烧温度的温度实施烧制,并且达到如上所述的高致密化(密度饱和),低温烧结组分和无机填料组分以40-80∶20-60的重量百分比(%)理想地混合。如果低温烧结组分少于40重量%,并且无机填料组分大于60重量%,则难于在温度区域内通过一次烧制过程获得与具有Ag,A′Al2Si2O8相(A′是由Ca、Sr和Ba中至少一种组成的元素)和Al2O3相的介电陶瓷组合物结合的良好的增密体。在其中低温烧结组分大于80重量%并且无机填料组分小于20重量%的情况下,很难改进作为烧结体的介电常数。混合后的烧制温度优选高于750℃和低于1,100℃。烧结温度持续的时间优选为0.1-100小时,更优选0.5-10小时,还更加优选1-5小时。如果烧结持续时间缩短,则低温烧结组分和无机填料组分得不到充分烧结。相反的,如果持续时间长,则在无机填料侧的辅助元素扩散到低温烧结组分侧,将不能得到所期望的介电性能。
通过在600℃或更高的温度煅烧无机填料组分的原材料,可以降低在混合无机填料组分与低温烧结组分之后的烧制温度。尽管将混合的材料烧制,则只要煅烧温度低于600℃,就很容易制造具有空隙的多孔烧制体,从而产生烧结性能缺陷。该温度优选为650℃或更高,更优选700℃或更高。
更优选的是,无机填料组分在高于850℃并且1,300℃或更低的温度下煅烧。如果煅烧温度高于850℃,则烧制温度可设定在1000℃或更低,进一步为950℃或更低。如果煅烧温度超过1300℃,则在煅烧中与反应设备的反应得到增强,从而导致包含杂质元素,和形成微粉末变得困难。因此,即使煅烧材料在之后与低温烧结组分的煅烧粉末混合和烧制,也容易得到具有空隙的多孔烧结体,导致烧结能力的缺陷。烧结温度还更加优选为1200℃或更低。
经过将低温烧结组分和无机填料组分混合以得到如上所述的本发明的介电陶瓷组合物之后,将该介电将陶瓷组合物成形为基板形式。细节将在以后描述。
烧制可同时与使用一个或多个其它介电体的陶瓷印刷电路基板(green sheet)一起实施。
同时烧制(所述烧制)在高于低温烧结组分的煅烧温度和并且低于无机填料组分的煅烧温度的温度进行。如果烧制温度低于低温烧结组分的煅烧温度,则与具有类似的烧结温度的一个或多个其它介电层的结合无法实现。因此,层压和结合也无法实现。相反的,如果烧制温度高于无机填料组分的煅烧温度,则温度是等于或高于Ag导体膏的熔点的温度,因此,Ag膏熔化并流动。结果,不能形成所期望的层压形式的元件和电极。
尽管受其它介电层的组成的影响,但是优选的烧制温度是高于850℃并且低于1,000℃。
为使AAl2Si2O8相结晶,将在3GHz的介电常数控制在10或更高,并且进一步使在40-600℃温度范围内的热膨胀系数低于7ppm/℃,本发明的含有低温烧结组分和无机填料组分的介电陶瓷组合物的组合物包含Al、Si、A和Ti作为主要组分,以及包含B作为辅助元素,所述组合物优选包含11-25重量%的以Al2O3换算计的Al元素,20-33重量%的以SiO2换算计的Si元素,5-30重量%的以AO换算计的A元素,Al(以Al2O3换算计的)的0.06倍以上至5重量%的以B2O3换算计的B元素,作为余量的TiO2(包含不可避免的杂质)。
如果将B添加到介电陶瓷组合物中以使AAl2Si2O8相结晶,则尽可能的抑制介电常数的降低的同时可以改善烧结性能。
更加优选的组成是:11.5-23重量%以Al2O3换算计的Al元素,22-32重量%的以SiO2换算计的Si元素,7-29重量%的以AO换算计的A元素,1.0-2.5重量%的以B2O3换算计的B元素,和余量TiO2(含有不可避免的杂质);还更优选的组成是:12.0-20重量%以Al2O3换算计的Al元素,24-31重量%的以SiO2换算计的Si元素,7-28重量%的以AO换算计的A元素,1.3-2重量%的以B2O3换算计的B元素,和余量TiO2(含有不可避免的杂质)。
如果Al的量低,则在介电陶瓷组合物中产生R-M-Ti-Si-O型相,并且热膨胀系数易于升高。相反,如果Al的量大,则烧结能力受影响,并且易于发生破裂和层离。
如果A元素的量(由Ca和Sr中的至少一种组成的元素),尤其是Sr,小时,在烧结过程中出现的不是Sr长石而是不同于AAl2Si2O8相的相,并且热膨胀系数易于变大。相反,如果A元素的量大,则共振频率的温度系数τf的绝对值不能变小。即使A元素的量大,只要Ti的量低时,使τf上升的长石堆积也不总是发生。然而,在Sr元素超过15重量%的情况下,优选的是使以SrO/TiO2换算计的Sr与Ti的比率为1.5或更大。
在A元素仅仅由Sr组成的情况下,Sr元素优选为以SrO换算计的5-30重量%。为改善共振频率的温度系数τf,Sr和Ca二者都优选包含在介电陶瓷组合物整体中。在这种情况下,更优选的是,以SrO换算计的Sr元素被包含5-15重量%,并且SrO和CaO的总量为5-30重量%。优选的是,以CaO换算计的Ca的含量在3-18重量%的范围内。
通过设定Sr的量和Ca的量为前述的范围,更加容易得到具有高介电常数、低热膨胀系数和高烧结性能的介电陶瓷组合物。
将Nd、La和/或Sm添加至前述的组合物中得到RTiO3相(R是由Nd、La和Sm中至少一种构成的元素)。将Mg和/或Zn添加至前述的组合物中得到M2TiO4相(M是由Mg和Zn中至少一种构成的元素)。通过包含这些中的至少一种,可以降低共振频率的温度系数τf的绝对值。例如,本发明的介电陶瓷组合物的在-20至60℃温度的共振频率的温度系数τf的绝对值可以达到100ppm/℃或更低,因此,介电陶瓷组合物可提供给需要温度稳定性的电子部件。
Nd的添加可能最容易降低温度系数τf。作为Nd、La、Sm、Mg和Zn中至少一种,介电陶瓷组合物优选包含:相对于100重量份的介电陶瓷组合物整体,0.1-20重量%的以Nd2O3换算计的Nd,0-12重量%的以La2O3换算计的La,0-12重量%的以Sm2O3换算计的Sm,0-10重量%的以MgO换算计的Mg,和/或0-5%以ZnO换算计的Zn。更优选的Nd量是以Nd2O3换算计的1-18重量%。然而,由于稀土元素经常总是昂贵的,因此相对具有价格波动的Mg和/或Zn可被用于降低温度系数τf,或者可以将稀土元素与Mg和/或Zn复合并使用。
另外,作为Na、K、Cu、Mn和Bi中的至少一种,本发明的介电陶瓷组合物优选包含:相对于100重量份的介电陶瓷组合物整体,0-4重量%的以Na2O换算计的Na,0-1重量%的以K2O换算计的K,0.1-3重量%的以CuO换算计的Cu,0.1-3重量%的以Mn3O4换算计的Mn,和/或1-5重量%的以Bi2O3换算计的Bi。这些辅助组分具有制备较低熔点的介电陶瓷组合物的效果。另外,CuO和Mn3O4具有促进Sr长石结晶的效果。
相对于100重量份的介电陶瓷组合物整体,介电陶瓷组合物优选含有0.1-3重量%的Ag。在一个或多个其它介电层含有Ag的情况下,由于同时烧制层而产生的破裂可得到抑制。在其中由Ag或者Ag合金膏组成的导体被用在使用介电陶瓷组合物的介电层上的情况下,迁移可得到抑制。
由前述组合物组成的介电陶瓷组合物具有基本上不存在R-M-Ti-Si-O型(R是由Nd、Sm和La中至少一种组成的元素,M是由Mg和Zn中至少一种组成的元素)相和A-Ti-Si-O型(A是由Ca和Sr中至少一种组成的元素)相的特征。R-M-Ti-Si-O型相对应于例如M2R4Ti3Si4O22相。A-Ti-Si-O型相对应于例如CaTiSiO5相或Sr2TiSi2O8相。如果保留R-M-Ti-Si-O型相,则热膨胀系数易于增加;并且如果保留A-Ti-Si-O型相,则品质因子fQ易于变坏。
即使进行在烧结体的状态中的XRD分析(使用Cu-Kα管在40mV电压和100mA电流),也没有检测到这种相;并且在30°附近观察到的R-M-Ti-Si-O型相的峰值的高度是在包括Sr长石的AAl2SiO2O8相的33°附近最大峰值高度的1/10或更小(例如,10%或更小的强度比)。
根据本发明的多层介电基板是其中多个其上形成有导体的介电层被整体层压的多层介电基板。多个介电层中的至少一个介电层是通过使用前述的根据本发明的介电陶瓷组合物构成的(这样的介电层也称作高介电常数层),并且一个或多个其它的介电层是通过使用具有单斜晶AAl2Si2O8相和Al2O3相的介电陶瓷组合物构成(这样的介电层还被称为低介电常数层)。通过将高介电常数层插入彼此相反的电极之间,能使构建在多层介电基板上的电容元件微型化。高介电常数层可包含一层或者多层。简而言之,在其中高介电常数层由一个层构成的情况下,优选的是,将高介电常数层安排在层压方向的中心附近;在高介电常数层由多个层构成的情况下,将高介电常数层分别布置在层压方向中心的两面(上面和下面)。在高介电常数层由多个层构成的情况下,更优选的是,将高介电常数层布置在与上表面和下表面的相同顺序的位置上。
具有AAl2Si2O8相和Al2O3相的介电陶瓷组合物,如前面所述,包括:由粉碎的颗粒组成的介电陶瓷组合物,所述粉碎的颗粒具有0.6-2μm的平均粒径,并且通过在700℃-850℃一次煅烧混合物并且将煅烧的混合物磨成粉末而制备,其中作为主要组分的Al、Si、Sr和Ti中每一种元素,所述混合物包含,例如,10-60重量%的以Al2O3换算计的Al,25-60重量%的以SiO2换算计的Si,7.5-50重量%的以SrO换算计的Sr,和20重量%或更少(包括0)的以TiO2换算计的Ti;作为辅助组分的选自由Bi、Na、K和Co组成的组中至少一种,所述混合物包含,相对于100重量份的主要组分,0-10重量%的以Bi2O3换算计的Bi,0-5重量%的以Na2O换算计的Na,0-5重量%的以K2O换算计的K和/或0-5重量%的以CoO换算计的Co;另外进一步地,作为选自由Cu、Mn和Ag组成的组中至少一种,所述混合物包含,相对于100重量份的主要组分,0-5重量%的以CuO换算计的Cu,0-5重量%的以Mn3O4换算计的Mn和/或0-5重量%的Ag;并包含不可避免的杂质。在具有AAl2Si2O8相和Al2O3相的其它介电陶瓷组合物包含0.01-5重量%的Ag的情况下,优选的是,还将Ag添加到本发明的介电陶瓷组合物中。
选自由Bi、Na、K和Co组成的组中至少一种元素的优选添加量为0.1-8重量%的以Bi2O3换算计的Bi;0.1-4重量%的以Na2O换算计的Na;0.1-3重量%的以K2O换算计的K和/或0.1-3重量%的以CoO换算计的Co,而选自由Cu、Mn和Ag组成的组中的至少一种元素的优选添加量为0.01-3重量%的以CuO换算计的Cu;0.01-3重量%的以MnO2换算计的Mn和/或0.01-3重量%的Ag。特别地,Bi具有低温烧制的效果。
(多层介电基板的制备)
在形成多层介电基板的过程中,首先,制备由本发明的介电陶瓷组合物构成的多个高介电常数的印刷电路基板。例如,由介电陶瓷组合物的粉末、有机粘合剂、增塑剂和溶剂组成的浆料在有机载体膜(例如,PET薄膜)上通过刮刀法成形为具有预定厚度的膜,并且进行干燥。介电陶瓷组合物浆料在干燥后的厚度适合被设计成用于制造作为电容器内置基板的多层介电基板的优选厚度。
另外,制备多个由一个或多个其它介电层构成的低介电常数印刷电路基板。由具有AAl2Si2O8相和Al2O3相的介电陶瓷组合物的粉末、玻璃组分的粉末、有机粘合剂、增塑剂和溶剂的混合物组成的浆料在有机载体薄膜上通过刮刀法成形为具有预定厚度的薄膜,并且进行干燥。一个或多个其它介电层的浆料在干燥后的厚度取决于多层介电基板的厚度、电路布置等,通常为20-200μm。
高介电常数印刷电路基板和低介电常数印刷电路基板的制造不限于如上所述的刮刀法,例如,该制造可通过翻滚(挤出)法,印刷法,喷墨型涂布法,转移法等进行。在这样的情况下,高介电常数印刷电路基板和低介电常数印刷电路基板形成在薄载体膜如PET膜上一体化制备得到的具有载体膜的陶瓷印刷电路基板。然后,无需剥掉载体薄膜的情况下,原样切割陶瓷印刷电路基板,以得到多个印刷电路基板。尽管以印刷电路基板形式处理是很容易的,但是重复地以卷的形式把未切割的印刷电路基板缠绕在卷筒上或者放出并且由此供应给随后的工序比如印刷的制备方法也是合理制造方法。
在具有载体膜的高介电常数印刷电路基板和具有载体膜的低介电常数印刷电路基板的每一个中,根据目标电路使用激光形成通孔。其后,将包含银(Ag)作为主要组分的导体膏通过印刷丝网放置在每个通孔上,并且通过用橡皮刮板压入到通孔内;以及剥离掉过多的导体膏以制造通孔电极(via electrode)5。在这样的情况下,将每个印刷电路基板安装在印刷装置的支撑台上以进行通孔电极的印刷和填充工序,以使得印刷电路基板在印刷丝网侧,而载体膜在支撑台侧。在上表面的包含低介电常数印刷电路基板2a的每个印刷电路基板的表面上,使用导体膏如银(Ag),通过印刷,形成5-35μm厚度的对应于目标电路的电极图案4。这些电极图案4形成电感器内部布线、传输线、电容器、接地电极(ground electrode)等,它们是通过从通孔电极开始的通孔布线而相互连接,从而构成目标电路布线。
然后,在其上形成通孔电极和/或导线图案的高介电常数印刷电路基板和低介电常数印刷电路基板是适宜层压的。在许多情况下,高介电常数印刷电路基板3a、3b、3c和3d制得在其上形成电容器的层,并且它们通常是多层介电基板中间部分的层。优选的是,使低介电常数印刷电路基板2a、2b、2c和2d形成相对较厚的并且将其安排为最外层。经由适当的层叠高介电常数印刷电路基板和低介电常数印刷电路基板制得的多层印刷电路基板通过压力而被加压粘合;以及以相应于陶瓷基板层的数目的次数重复剥离载体膜的工序,从而制得未烧结的多层陶瓷层压体(下面将其简称为“未烧结的多层介电基板”)。
下面将详细说明前述方法的实例。将作为第一层被设置在未烧结多层介电基板顶表面侧的具有载体膜的低介电常数印刷电路基板2a翻转,使得载体膜朝上,然后将其固定在固定膜上,在预定的压力、温度和时间下使用金属模具将其加压粘结。例如,条件是1-5MPa(10-51kgf/cm2)的压力、30-60℃的温度和3-15秒的时间。用于热压粘结的上和下金属模具可以是具有内置加热器的简单的平板形式。在通过施压的压力粘结完成后,从低介电常数印刷电路基板2a将载体膜剥离。在这种情况下,低介电常数印刷电路基板2a被固定在固定膜上,并且决不会在剥离载体膜时被一起剥离。如果在载体膜上的通孔制备得足够小,以致于通过正确选择形成通孔的激光波长而不在载体膜上形成延伸通过的通孔,当剥离载体膜时装填在低介电常数印刷电路基板2a的通孔中的导体膏变得很难一起拔出,因此,从而阻止由于与通孔布线无连接导致的传导失败的发生。
接着,将高介电常数印刷电路基板3a作为第二层进行层压。在高介电常数印刷电路基板3a上,印刷构成内部电路布线的导体图案。陶瓷印刷电路基板3a被设定,以使得陶瓷印刷电路基板3a的主表面与第一层的低介电常数印刷电路基板2a接触,施压至层压体并且如在第一层的低介电常数印刷电路基板的情况那样进行加压粘合。其后,如果加压温度是使印刷膏中粘合剂变软和固定的温度,则印刷部分通过施加压力与相匹配侧的印刷电路基板2a粘结。因此,印刷电路基板通过印刷导体膏接通。此外,如在印刷电路基板通过电极而接触的情况那样,其中没有电极并且印刷电路基板直接互相接触的部分变软、固定和粘结。在这种情况下,取决于粘合剂类型,加压粘结的温度通常可以是约40-90℃低温,并且粘结强度可能通过改变所施加的压力来调整。经过加压粘结后,高介电常数印刷电路基板3a的载体膜被剥离。从作为第3层的高介电常数印刷电路基板3b至对应于在后侧(底部)上的顶表面层的低介电常数印刷电路基板,使用与制备作为第二层的高介电常数印刷电路基板方法类似的方法实施层压。为了强有力地结合层压体,在全部层压后,可进一步实施加压粘结过程。
另外,考虑到一系列加压粘结、剥离和层压的步骤,它们中的一部分或者全部可在减压气氛下实施。如果这样进行,在印刷电路基板之间的气泡很容易被移除;层压中的尺寸精度可得到保持;并且层离可被减少。
在本实施方案中,在由此制得的未烧结的多层介电基板的底面(与上表面的陶瓷基板层表面相对的对立面)上,通过使用包含Ag作为主要组分的导体膏,根据目标电路,经印刷在底面上形成表面电极。
另外,外涂层材料可适合于在基板表面和底面上的导线图案周围形成。外涂层材料的材料在烧结收缩性质和热膨胀性质方面适宜接近于未烧结的多层介电基板的材料。例如,外涂层材料包括:其中将产生改善涂布部分的可见性功能的其它组分添加到与陶瓷印刷电路基板相同的材料的浆料中的这种材料。通过用外涂层涂布表面导线图案的周围而形成电极的涂布区域,可机械保护导线图案;并且可防止短路,例如由于在随后的步骤中提供给导线图案的焊料流出并且接触导线部分而产生的短路。在未烧结的多层介电基板存在下在基板表面上的导线图案和外涂层材料不是必需提供的,可以在烧结后将它们形成在多层陶瓷基板上。
在本实施方案中,由此制得的未烧结的多层介电基板通过CIP装置在10-40MPa(100-400kgf/cm2)和85℃进行热压粘结,以制备用于结合各个层的未烧结多层介电基板。
接着,通过使用夹具如直犁刀(knife cutter)在未烧结的多层介电基板的表面上切割而形成槽纹(groove),由此形成分割的槽纹。分割的槽纹的形状取决于组装基板的尺寸和产品基板的尺寸而不同。分割开的槽纹形成具有足够的尺寸边缘,从而不导致不利的影响,比如损害构成电路的导线图案,并且形成的距离在俯视图上为距离导线末端约100-250μm。例如分割的槽纹是V-型槽纹,并且在分割的槽纹在上和下表面被切割的情况下,例如,形成的深度要使得在两个表面上槽纹的总深度是未烧结的多层介电基板的厚度的30%或更少。取决于未烧结的多层介电基板的厚度,深度通常是约0.01-0.2mm。这是由于如果深度太深时,则切割器的脱模恶化并且容易发生变形,由此产生在烧结过程中破裂的起始点。分割的槽纹不是必定需要在两个表面上形成,可以在上表面和下表面中任一个上形成。使用的分割法除了沿V形槽破裂的方法至外还可包括:不形成槽纹并且在随后的烧制步骤中实施切割或划线工序的方法。
然后,未烧结多层介电基板是在800-1,000℃的烧结温度的烧制炉中整体烧制。此后,根据需要,在表面层的通孔电极上,实施蚀刻处理和镀金属膜形成处理,如无电镀敷等。
[电子部件]
当使用这样的多层介电基板时,电子部件是通过在金属镀层3的表面上使用焊料球安装表面安装型部件而构成。电子部件可用于电子设备如便携电话。被安装的电子部件包括无源元件如电容,电感器和电阻,和其它的半导体产品,进一步包含有源元件如包括在其中集成了多个无源元件的阵列的模块组件。这种电子部件是,例如,介电谐振器,滤波器,叠层电容器,天线开关模块和前端模块。
下面,将详细描述本发明的制备陶瓷介电组合物的方法。对于低温烧结组分,将由称重和混合原料而得到的成为目标组合物的混合物进行干燥,并将得到的粉末进行煅烧。在煅烧过程中,通过适当的设置煅烧温度,原料的反应顺利进行,并且使其一部分玻璃化。通过如球磨之类的方法将由此被煅烧的粉末粉碎,从而得到低温烧结组分粉末。关于无机填料组分,将由称重和混合原料而得到的成为目标组合物的混合物进行干燥,将得到的粉末煅烧,以获得包含ATiO3相(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)的煅烧粉末。弄碎粉末以得到无机填料粉末。将由以合适比例混合低温烧结粉末和由此得到的无机填料粉末而得到的粉末进行造粒、成型和烧结,从而获得期望的烧结体。无机填料组分无需一定进行煅烧。简而言之,烧结体可能由混合未经过煅烧的无机填料组分和低温烧结组分粉末、混合物造粒和成型以及煅烧成型物而获得。如果可得到期望的晶体(ATiO3(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)相)沉积物和期望的性质,则制得烧结体的方法可能不是如前面所述的混合经煅烧的无机填料等的方法,而是煅烧和粉碎低温烧结组分原料和无机填料组分原料的混合物的方法。由于简化了工序,更优选可以使用这样一种方法的情况。
在本发明中,烧结体密度的测量是通过测微计测量样品尺寸、电子称测量重量,以及由这些数值计算密度而进行。烧结收缩率是由用测微计测量样品在烧结前后各自的尺寸而计算得到。介电性能是通过使用圆柱型谐振器的方法(根据JIS R1627),采用网络分析仪(8720D,由Hewlett-PackardDevelopment Co.制造)测定的。介电常数是使用样品在25℃下测定的。热膨胀系数是由根据JIS R1618方法测定的。对非粉末化的烧结体实施XDR分析(X射线衍射),并且在烧结体状态下,使用Cu-kα管,在40mV电压和100mA电流下测量。
实施例
作为低温烧结组分,按照表1中的组成称取原料料并混合;在750℃下煅烧混合的粉末;并且将煅烧的粉末研磨成1μm或更小的粒径以制备低温烧结组分的粉末。分别地,使用SrO、Na2O和K2O,SrCO3、Na2CO3和K2CO3作为原料。作为无机填料组分,按照表2中所示的组成称取和混合原料,然后在1,100℃下煅烧,并且研磨至1μm或更小的粒径,以获得无机填料组分粉末。在表2中,CTO表示CaTiO3相;STO表示SrTiO3相;NTO表示Nd2/3TiO3相;LTO表示La2/3TiO3相;SmTO表示Sm2/3TiO3相;以及MZTO表示(Mg·Zn)2TiO4相。此后,按照表3中各自的比率称量和混合低温烧结组分和无机填料组分。特定的组分如表4中所示。由此获得的粉末使用丙烯酸粘结剂溶液造粒,之后成型为14毫米直径和7.8毫米高度的圆筒形,在900℃下烧制,并且之后加工为5.8毫米高度。介电性能是使用所得到的样品由介电谐振器法(JIS R1627)进行评价的。热膨胀系数是通过制造一个直径为3毫米和高度为8毫米的圆柱形样品和使用由Rigaku Corp制造的TMA8140测量的热膨胀系数(40至600℃)而获得的。烧结性能的评价按如下方式进行:由类似的制造方法获得的圆柱型样品在850℃-950℃保持2小时;并且如果烧制的介电陶瓷组合物在900°或更低的温度表现出饱和密度,则介电陶瓷组合物被表示为○;如果表现出不饱和,则介电陶瓷组合物被表示为×。这些结果显示在表3中。
[表1]
Figure BDA0000094336630000201
[表2]
Figure BDA0000094336630000202
Figure BDA0000094336630000211
(低温烧结组分+无机填料组分的性质)
[表3]
Figure BDA0000094336630000212
Figure BDA0000094336630000221
(低温烧结组分+无机填料组分的整个组成)
[表4]
  样品编号   GaO   SrO   Nd2O3   La2O3   Sm2O3   MgO   ZnO   TiO2   SrO   Al2O3   SiO2   Na2O   K2O   GuO   Mn3O4   Bi2O3   B2O3   Ag
  1*   4.5   0.0   10.8   5.3   0.0   2.9   1.6   14.3   10.5   10.5   31.5   1.8   0.5   0.3   0.5   2.3   0.9   1.2
  2   4.5   0.0   10.8   5.3   0.0   2.9   1.6   14.3   13.1   13.1   26.2   1.9   0.5   0.3   0.5   2.3   0.9   1.2
  3*   4.5   0.0   10.8   5.3   0.0   2.9   1.6   14.3   15.7   15.7   21.0   1.9   0.5   0.3   0.5   2.3   0.9   1.2
  4*   4.5   0.0   10.8   5.3   0.0   2.9   1.6   14.3   10.2   5.1   36.5   2.0   0.5   0.3   0.5   2.5   1.0   1.3
  5*   4.5   0.0   10.8   5.3   0.0   2.9   1.6   14.3   8.1   16.2   29.1   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   0.8   1.1
  6   4.8   0.0   10.8   5.3   0.0   2.9   1.6   14.3   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  7   4.5   0.0   10.8   5.3   0.0   2.9   1.6   14.3   10.5   21.1   21.1   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  8   4.5   0.0   10.8   5.3   0.0   2.9   1.6   14.3   8.8   17.6   26.4   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  9*   4.5   0.0   10.8   5.3   0.0   2.9   1.6   14.3   7.6   19.0   27.3   1.5   0.4   0.2   0.4   1.9   0.8   1.0
  10*   4.5   0.0   10.8   5.3   0.0   2.9   1.6   14.3   7.1   21.4   25.7   1.4   0.4   0.2   0.4   1.8   0.7   0.9
  11*   4.5   0.0   10.8   5.3   0.0   2.9   1.6   14.3   1.6   17.9   34.7   1.4   0.4   0.2   0.4   1.8   0.7   0.9
  12*   18.4   0.0   0.0   0.0   0.0   0.0   0.0   23.6   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  13   12.3   0.0   0.0   0.0   0.0   0.0   0.0   17.7   9.3   18.6   33.6   1.9   0.5   0.3   0.5   2.3   1.9   1.2
  14   13.2   0.0   4.7   0.0   0.0   0.0   0.0   22.1   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  15   6.6   0.0   13.7   0.0   0.0   0.0   0.0   19.5   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  16   5.5   0.0   13.2   6.4   0.0   0.0   0.0   14.3   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  17   6.9   0.0   11.9   0.0   0.0   3.2   1.8   16.2   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  18   10.5   0.0   3.7   0.0   0.0   3.9   2.2   19.7   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  19   0.0   22.8   0.0   0.0   0.0   0.0   0.0   17.4   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  20   0.0   16.2   0.0   11.0   0.0   0.0   0.0   12.3   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  21   0.0   16.1   11.3   0.0   0.0   0.0   0.0   12.7   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  22   0.0   20.7   6.0   0.0   0.0   0.0   0.0   13.3   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  23   0.0   16.6   0.0   0.0   0.0   5.1   2.8   15.5   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  24   0.0   11.2   10.4   0.0   0.0   2.8   1.6   14.1   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  25   0.0   15.9   2.9   0.0   0.0   3.2   1.8   16.1   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  26   0.0   11.8   11.7   0.0   0.0   1.6   0.9   14.0   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  27   0.0   7.6   9.9   4.8   0.0   2.7   1.5   13.5   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   10
  28   5.6   0.0   13.6   0.0   0.0   0.0   0.8   20.0   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  29   0.0   0.0   19.6   0.0   0.0   0.0   1.7   18.6   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  30   10.8   0.0   8.0   0.0   0.0   0.0   0.0   21.2   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  31   8.8   0.0   10.0   0.0   0.0   0.0   0.0   21.2   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  32   13.2   0.0   0.0   0.0   4.7   0.0   0.0   22.1   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
  33   0.0   15.9   0.0   0.0   2.9   3.2   1.8   16.1   8.0   16.0   28.8   1.6   0.4   0.2   0.4   2.0   1.6   1.0
在表3和4中,带星号的样品表示它们不属于本发明的介电陶瓷组合物。通过使用包含ATiO3相的F1-F22无机填料组分和包含能使SrAl2Si2O8相在烧制后作为结晶相结晶的玻璃组分的G2,和G6-G8低温烧结组分,使得在1,000℃或更低的温度烧制它们成为可能,并且介电陶瓷组合物可以实现在1GHz-5GHz频率范围内具有10或更大的介电常数和在40-600℃温度范围内的低于7ppm/℃的热膨胀系数(2号样品,6-8号样品,13-33号样品)。具体来说,在这些样品中,烧结体的密度在至少900℃的温度被饱和,并且由此实现在这样的温度下高致密化成为可能。相比之下,在分别使用G1和G11的1号样品和11号样品,通过与这些填料反应,热膨胀系数将变为7ppm/℃或更大的值。在使用G4的4号样品中,没有产生A(Sr)Al2Si2O8相,不能测量介电性能。无机填料组分和低温烧结组分的适当组合允许热膨胀系数被控制为6ppm/℃或更小(15号样品,21号样品和22号样品)。进一步发现,通过使其中包含Nd、La和/或Sm制得的包含RTiO3(R是Nd、La和Sm中的至少一种)的样品和通过使其中含有Mg和/或Zn制备的含有M2TiO4(M是Mg和Zn中的至少一种)的样品比不包含这些元素的样品(12号样品和19号样品)具有更小的共振频率的温度系数τf的绝对值。通过控制这些添加剂等,可得到具有120ppm/℃或更低的共振频率的温度系数τf的绝对值的介电陶瓷组合物。
出现在无机填料组分中的每一个相(CaTiO3、SrTiO3、Nd2/3TiO3、La2/3TiO3、Sm2/3TiO3和(Mg·Zn)2TiO4)仍然存在于在介电陶瓷组合物中。
然后,检查低温烧结组分和无机填料组分的混合量。
作为低温烧结组分,使用在表1中所示的G6。作为无机填料,使用的是在表2中所示的F2。
表5显示的是无机填料组分的混合量和介电常数之间的关系,以及介电常数和致密化温度之间的关系。随着无机填料组分的混合量增加,介电常数增加,并且以40重量%或更多的无机填料组分可产生具有高介电常数的介电陶瓷组合物。通过将低温烧结组分的混合量设定为80重量%或更少,致密化温度降低,并且可以是与在LTCC中的银电极烧制温度几乎相同的温度。低温烧结组分和无机填料的混合比优选为45-75∶25-55,更优选为50-70∶30-50。
[表5]
Figure BDA0000094336630000231
图3显示了表1中G1号样品的低温烧结组分的烧结体的XRD(X-射线衍射)测量结果。烧结温度为750℃。XRD测量在使用Cu-Kα管、100μA电流和40mV电压的条件下进行。
除了Sr长石以外SrSiO3和SiO2的沉积由峰角度分析得到确认。对于这一结果,可能是因为用于形成Sr长石(SrAl2Si2O8)的Al2O3不足并且随着SrSiO3和SiO2的沉积而出现SrO和SiO2过量。SrSiO3的热膨胀系数是10.3ppm/℃,并且所述组分的沉积导致热膨胀系数增加。众所周知由于在接近100℃-200℃时的相变,SiO2表现出约1%的异常体积变化,这可能是因为SiO2有助于热膨胀系数的增加。
另一方面,在表1中G6号样品的低温烧结组分中,没有观察到这些SrSiO3和SiO2。通过在低温烧结组分中增加Al2O3和促进Sr长石的沉积,可以抑制SrSiO3和SiO2的产生。
增加Al2O3的量对低温烧结组分的影响由使用具有高介电常数填料掺杂物得到确认。
图4显示的是通过混合包含预定量的Al2O3的低温烧结组分和40重量%的高介电常数填料而获得的介电组合物的XRD图。Sr长石的主峰是最高的,其出现在32.8°的位置。图中标记″□″是R(Nd)-M(Mg)-Ti-Si-O的在2θ=30.2°的主峰,由于在分别烧制高介电常数填料和低温烧结组分的情况下它是检测不到的,因此推测此峰表明由二者的反应产生了新的反应产物。
图5显示的R(Nd)-M(Mg)-Ti-Si-O的主峰与Sr长石主峰之间的强度比与Al2O3量之间的关系。由于R-M-Ti-Si-O主峰部分地覆盖了Sr长石的峰,因此其中没有观察到波动的强度作为基准。从这一结果,可以证实的是,随着Al2O3量的增加,R-M-Ti-Si-O的峰强度降低。因此,据推测是在低温烧结组分中Al2O3量的增加对高介电常数填料和低温烧结组分之间反应的降低有进一步的影响。
此外,在不同于Mg的Zn元素的情况下,如果Al2O3的量小,则类似地出现R-M-Ti-Si-O型相。如果Nd、La、Sm或Zn的含量超过本发明中所需要的规定范围时,也容易出现此相。主峰的出现的位置同样是在如上所述的2θ=32.8°的位置。
A元素和Al2O3量之间的关系与上述类似;如果Al2O3的量小以及A元素的含量超过本发明需要的规定范围时,易出现A-Ti-Si-O型相(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)。主峰的出现位置在2θ=29.6°。
图6显示的是,对于在900℃烧制的掺杂物,烧结收缩率和热膨胀系数与Al2O3的量之间的关系。
图7显示的是,对于在900℃烧制的掺杂物,介电常数和τf与Al2O3的量之间的关系。
掺杂物的热膨胀系数随着低温烧结组分中Al2O3的量的增加而减小;如果Al2O3的量是11.0重量%或更大时,热膨胀的系数可控制到7ppm/℃或更低。
研究的是通过增加作为烧结助剂使用的B2O3的量来获得高介电常数。图8显示的是在其中低温烧结组分中B2O3量变化时的掺杂物的热性质。烧结收缩率和介电常数随着B2O3的量的增加而增加。τf值和热膨胀系数没有变化,与B2O3的加入量无关。如果B2O3量超过3重量%,则由于交联结构的产生导致可成形性恶化。因此,B2O3量优选为3重量%或更少。
由介电陶瓷组合物和一个或多个其它介电层组成的一个或多个陶瓷层被制备、层压并且同时以层压状态进行烧制。而且,确认两者之间是否存在破裂和层离。
首先,使用列于表6中显示的介电陶瓷组合物和具有其中显示组成的一个或多个其它介电层进行评价。
[表6]
Figure BDA0000094336630000251
将具有表3和4中所示的14号样品的组成的介电陶瓷组合物装入聚乙烯球磨机中,湿法研磨17小时。然后干燥,得到平均粒径为1μm的细粉。
一个或多个其它介电层的煅烧粉末是通过如下方式得到的。将表6中组成的材料装入聚乙烯球磨机中;进一步加入氧化锆介质球(media ball)和纯净水,湿法混合20小时。在由此获得的浆料经过加热干燥后,用Raikai混合器将干燥的浆料粉碎,放入氧化铝坩埚中,在800℃煅烧2小时。将得到的煅烧材料放入球磨机中,湿法研磨17小时,然后干燥,获得平均粒径为1μm的细粉。
随后的工序类似于上面所述的方式进行,以制备两者的陶瓷印刷电路基板。
将15重量份作为有机粘结剂的聚乙烯醇缩丁醛树脂,7.5重量份作为增塑剂的邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DOP),作为溶剂的乙醇添加到100重量份的煅烧材料细粉中,在球磨机中混合,以制备浆料。不添加分散剂。
将浆料脱气,并且在减压条件下蒸发一部分乙醇,以将浆料的粘度调整到约7Pa·s。通过刮刀法将浆料涂敷在PET载体膜上以形成薄板,干燥得到0.04mm厚的用于基板的印刷电路基板。将用于基板的印刷电路基板在具有载体膜的情况下切成180mm正方形。
将用于基板的印刷电路基板进行足够的干燥。此后用含有Ag作为主要组分的导电膏形成内部电极图案和外部电极图案4,并且适当安装用于连接电极图案的通孔电极5。
由此制备出使用本发明的介电陶瓷组合物的印刷电路基板3a,3b,3c和3d和印刷电路基板2a,2b,2c和2d(它们中的每一个都是其它介电层),将它们按图2显示的结构排列。一次堆叠一块板,堆叠的板在60℃温度和30kg/cm2(2.9MPa)压力下临时加压粘结;在将所有的板层压之后,将层压的板在85℃温度和110kg/cm2(10.8MPa)压力下进行热压粘结。以这样的方式,将所述印刷电路基板与印刷电路基板2a,2b,2c和2d层压和加压粘结在一起,在烧结后,它们中的每一个都是具有AAl2Si2O8相和Al2O3相的介电陶瓷组合物的层,从而获得如图2中所示的未烧结多层介电基板。
经将刀片按压到未烧结多层介电基板,每隔10mm×15mm的形成具有0.15mm宽和0.1mm深的等腰三角形横截面形状的分割槽纹5。使用间歇式加热炉将由此得到的未烧结的多层陶瓷基板在500℃的空气中保持4小时,以进行去胶处理,然后以3℃/min的速率加热到900℃。然后,维持该温度2小时,在炉中自然冷却。由此,获得本发明的多层介电基板。
将由此获得的多层介电基板抛光,观察确认是否存在破裂和层离。这些结果在表3中显示。表3中的所有组合物在表4中显示。
至于一个或多个其它介电层,在表7中显示的组合物也进行了测试。在使用本发明的介电陶瓷组合物的任何一个组合层和一个或多个高介电层与在该表中所示的组合物的一个或多个其它介电层之间都没有观察到破裂和层离的发生。
[表7]
Figure BDA0000094336630000271
图9是本发明多层介电基板的横截面的照片;照片上部分的区域A是由本发明介电陶瓷组合物组成的层,而区域B是其它介电层。
本发明的介电陶瓷组合物是通过混合每一种原料制备的,其具有表6中所表示的组成。用于其它介电层的原料的组成也一起显示。
图10是图9中A正方区域所包围的部分的放大图。(1)部分显示几乎等于无机填料组分的组成,(2)部分显示几乎等于低温烧结组分的组成。
图11是通过在区域A和区域B之间的界面朝垂直于该界面的方向的测量而获得的Sr,Al和Si中每个元素的量的线性分析结果。由于测量从介电陶瓷组合物组成的A区域的层开始至其它介电层的B区域,因此Al量几乎是在边界处急剧增加。图12显示的是类似测量的Nd,Ti和Ca的量。Nd和Ca是未添加到其它介电层中的元素。在介电陶瓷组合物区域中检测到这些元素,并且浓度几乎等于这些元素在介电陶瓷组合物的整体中的平均量。相反,在其它介电层侧中很难检测到这些元素。
在两个区域中的元素波动的部分是扩散层,该扩散层在边界部分具有20μm或更小的厚度。20μm或更小,优选10μm或更小的扩散层可提供优异的同时具有无机填料组分和低温烧结组分的多层介电基板。
通过在不同的温度煅烧没有分别得到低温烧结组分和无机填料组分,而介电陶瓷组合物是由直接烧制原料得到。
制备具有表3和4中显示的2,7,14,15和27号样品的组成的原料,将其装入聚乙烯球磨机中。同时进一步添加氧化锆介质球和纯净水,湿法混合20小时。在所得浆料通过加热干燥之后,用Raikai混合器将干燥的浆料粉碎,放入氧化铝坩埚中,在800℃煅烧2小时。将得到的煅烧材料放入球磨机中,湿法研磨17小时,然后干燥,获得平均粒径为1μm的细粉。
此后,以与其中混合粉末是通过分别煅烧低温烧结组分和无机填料组分获得的介电陶瓷组合物的方案相同的方式制备烧结体。
至于烧结体的介电常数,即,检查在1GHz至5GHz频率范围内的介电常数,在1至5GHz的品质因子fQ,在-20℃至60℃的温度范围内的共振频率的温度系数τf,在40至600℃的温度范围内的热膨胀系数,烧结性能,存在或不存破裂和层离(对应于表3和4中14号样品的高介电层的组合物)。结果显示在表8中。
除了品质因子fQ外,与由在不同温度下分别煅烧低温烧结组分和无机填料组分得到的烧结体相比几乎具有相同的值。既然品质因子可能稍低,如果需要具有高品质的介电陶瓷组合物和多层介电基板,则优选的是,使用在不同温度下分别煅烧低温烧结组分和无机填料组分的制备方法。
[表8]
Figure BDA0000094336630000291
标记数字的说明
1        (未烧结)多层介电基板
2a-2d    印刷电路基板
3a-3d    印刷电路基板
4        电极图案
5        通孔电极
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种介电陶瓷组合物,所述介电陶瓷组合物包含ATiO3(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)相和AAl2Si2O8相,
其中所述介电陶瓷组合物包含下列比率的作为主要组分的Al,Si,A和Ti以及作为辅助元素的B:相对于100重量份的所述介电陶瓷组合物的整体,11-25重量%的以Al2O3换算计的Al元素,20-33重量%的以SiO2换算计的Si元素,5-30重量%的以AO换算计的A元素,0.9至5重量%的并且Al(以Al2O3换算计的)重量的0.06倍以上的以B2O3换算计的B元素,和作为余量的TiO2(含不可避免的杂质);并且所述介电陶瓷组合物在3GHz具有10以上的介电常数和在40至600℃的温度范围内具有小于7ppm/℃的平均热膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的介电陶瓷组合物,其中A元素仅由Sr构成,并且在所述介电陶瓷组合物的整体中的Sr元素的包含比率为以SrO换算计的5-30重量%。
3.根据权利要求1所述的介电陶瓷组合物,其中所述介电陶瓷组合物使用Sr和Ca作为A元素,并且在所述介电陶瓷组合物的整体中的Sr元素的包含比率为以SrO换算计的5-15重量%,并且在所述介电陶瓷组合物的整体中的Sr和Ca元素的总量为以AO换算计的5-30重量%。
4.根据权利要求2或3所述的介电陶瓷组合物,所述介电陶瓷组合物包含R(R是由Nd,La和Sm中的至少一种构成的元素)、Mg和Zn中的至少一种,其中相对于100重量份的所述介电陶瓷组合物的整体,所述介电陶瓷组合物包含0.01-20重量%的以R2O3换算计的R元素,0-10重量%的以MgO换算计的Mg元素,和/或0-5重量%的以ZnO换算计的Zn元素。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的介电陶瓷组合物,所述介电陶瓷组合物包含由Na,K,Cu,Mn和Bi中的至少一种构成的元素,其中相对于100重量份的所述介电陶瓷组合物的整体,所述介电陶瓷组合物包含0-4重量%的以Na2O换算计的Na元素,0-1重量%的以K2O换算计的K元素,0.1-3重量%的以CuO换算计的Cu元素,0.1-3重量%的以Mn3O4换算计的Mn元素,和/或1-5重量%以Bi2O3换算计的Bi元素。
6.根据权利要求5所述的介电陶瓷组合物,所述介电陶瓷组合物在-20℃至60℃的温度范围内的共振频率的温度系数τf的绝对值为120ppm/℃或更低。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的介电陶瓷组合物,相对于100重量份的所述介电陶瓷组合物的整体,所述介电陶瓷组合物包含0.1至3重量%的Ag。
8.根据权利要求4所述的介电陶瓷组合物,所述介电陶瓷组合物基本上既不含有R-M-Ti-Si-O型(R是由Nd,Sm和La中的至少一种构成的元素;而M是由Mg和Zn中的至少一种构成的元素)的相,也不含有A-Ti-Si-O型(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)的相。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的介电陶瓷组合物,所述介电陶瓷组合物包含R2/3TiO3(R是由Nd,La和Sm中的至少一种构成的元素)相和M2TiO4(M是由Mg和Zn中的至少一种构成的元素)相中的至少一种化合物相。
10.一种多层介电基板,其中形成一个或多个导体的多个介电层被一体化层压,所述多层介电基板包含:
所述多个介电层中的至少一个介电层,其中所述至少一个介电层由根据权利要求1至9中任一项所述的介电陶瓷组合物构成;和
一个或多个其它介电层,所述一个或多个其它介电层包含具有A′Al2Si2O8相(A′是由Ca,Sr和Ba中的至少一种构成的元素)和Al2O3相的介电陶瓷组合物,其中具有A′Al2Si2O8相和Al2O3相的所述介电陶瓷组合物包含:下列比率的作为主要组分的Al、Si、A′和Ti:相对于100重量份的所述一个或多个其它介电层的整体,10-60重量%的以Al2O3换算计的Al,25-60重量%的以SiO2换算计的Si,7.5-50重量%的以A′O换算计的A′,和20重量%或更少(包括0)的以TiO2换算计的Ti;和下列比率的作为辅助组分的选自Bi、Na、K和Co组成的组中的至少一种:相对于100重量份的所述主要组分,0-10重量%的以Bi2O3换算计的Bi,0-5重量%的以Na2O换算计的Na,0-5重量%的以K2O换算计的K,和/或0-5重量%的以CoO换算计的Co;以及另外地,下列比率的选自由Cu、Mn和Ag组成的组中的至少一种:相对于100重量份的主要组分,0-5重量%的以CuO换算计的Cu,0-5重量%的以Mn3O4换算计的Mn,和/或0-5重量%的Ag,以及基本上不含B元素。
11.根据权利要求10所述的多层介电基板,其中所述其它介电层含有20.0-48.0重量%的以Al2O3换算计的Al量,28.0-47.7重量%的以SiO2换算计的Si量,10.0-28.0重量%的以A′O换算计的A′量,和20重量%或更少(包括0)的以TiO2换算计的Ti量。
12.一种电子部件,所述电子部件包含根据权利要求10或11所述的多层介电基板。
13.一种用于制备权利要求1至9中任一项所述的介电陶瓷组合物的方法,所述方法包括以下步骤:
制备必需包含Al,Si,Sr,Ti和B并且任选包含Na,K,Cu,Mn,Bi和Ag中的至少一种的原料,以及将所制备的原料在600℃以上并且850℃以下进行煅烧,以得到低温烧结组分;
另外制备必需包含A元素和Ti并且任选包含Nd,La,Sm,Mg和Mn中的至少一种的原料,以及将所制备的原料在高于700℃并且1,300℃以下进行煅烧,以得到无机填料组分;以及
混合所述低温烧结组分和所述无机填料组分,然后将混合物在高于所述低温烧结组分的煅烧温度并且低于所述无机填料组分的煅烧温度进行烧制。
14.根据权利要求13所述的用于制备介电陶瓷组合物的方法,其中所述低温烧结组分包含至少Al,Si,Sr和B中的每一种,并且所述低温烧结组分在烧结后的组成包含:相对于100重量份的所述低温烧结组分的整体,18-40重量%的以Al2O3换算计的Al,35-58重量%的以SiO2换算计的Si,10-40重量%的以SrO换算计的Sr,和1.5-5重量%的以B2O3换算计的B。
15.根据权利要求14所述的用于制备介电陶瓷组合物的方法,其中所述低温烧结组分包含选自由Na,K,Cu,Mn和Bi组成的组中的至少一种构成的元素,并且所述低温烧结组分在烧结后的组成包含:相对于100重量份的所述低温烧结组分的整体,0-5重量%的以Na2O换算计的Na,0-5重量%的以K2O换算计的K,0.01-5重量%的以CuO换算计的Cu,0.01-5重量%的以Mn3O4换算计的Mn,和/或0.1-5重量%的以Bi2O3换算计的Bi。
16.根据权利要求14或15所述的用于制备介电陶瓷组合物的方法,其中所述低温烧结组分包含Ag,并且所述低温烧结组分在烧结后的组成包含:相对于100重量份的所述低温烧结组分的整体,0.5-6重量%的Ag。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的用于制备介电陶瓷组合物的方法,其中所述无机填料组分包含至少A(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)和Ti中的每一种,并且所述无机填料组分在烧结后的组成包含:相对于100重量份的所述无机填料组分的整体,10-60重量%的以AO换算计的A,和30-60重量%的以TiO2换算计的Ti。
18.根据权利要求17所述的用于制备介电陶瓷组合物的方法,其中所述无机填料组分包含R(R是由Nd,La和Sm中的至少一种构成的元素)、Mg和Zn中的至少一种,并且所述无机填料组分在烧结后的组成包含:相对于100重量份的所述无机填料组分的整体,0.01-50重量%的以R2O3换算计的R元素,0-15重量%的以MgO换算计的Mg元素,以及0-10重量%的以ZnO换算计的Zn元素。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
基于条约第19条(1)的说明
修改后的权利要求1中,加入了申请时的权利要求2中所述的主题,进一步,根据说明书表4(试样No.2)的记载明确了其以B2O3换算计的B元素的下限值为“0.9重量%”。
修改后的权利要求2是基于申请时的权利要求3中所述的“在所述A元素仅由Sr构成的情况下,在介电陶瓷组合物的整体中的Sr元素的包含比率为以SrO换算计的5~30重量%”这一必要条件。
修改后的权利要求3是基于申请时的权利要求3中所述的“在所述A元素含有Ca的情况下,在介电陶瓷组合物的整体中的Sr元素的包含比率为以SrO换算计的5~15重量%,并且在所述介电陶瓷组合物的整体中的Sr和Ca元素的总量为以AO换算计的5~30重量%”这一必要条件。因此,也在权利要求1中限定了从属项。
权利要求8中,在权利要求4中限定了从属项。
权利要求10中,根据申请时的权利要求11中的记载限定了申请时的权利要求10的“具有所述A′Al2Si2O8相和Al2O3相的介电陶瓷组合物”,进一步,根据说明书的表6和表7明确了“基本上不含B元素”。
修改后的权利要求11中,根据说明书的表7的记载,进一步限定了权利要求10中所述的“所述其它介电层”的组成。
权利要求14中,根据说明书的表1(试样No.G7)的记载,明确了Si组成的下限为“以SiO2换算计35重量%”。

Claims (18)

1.一种介电陶瓷组合物,所述介电陶瓷组合物包含ATiO3(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)相和AAl2Si2O8相,其中所述介电陶瓷组合物在3GHz具有10以上的介电常数和在40至600℃的温度范围内具有小于7ppm/℃的平均热膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的介电陶瓷组合物,所述介电陶瓷组合物含有Al、Si、A和Ti作为主要组分,并且还含有B作为辅助元素,其中相对于100重量份的所述介电陶瓷组合物的整体,所述介电陶瓷组合物含有:11至25重量%的以Al2O3换算计的Al元素,20至33重量%的以SiO2换算计的Si元素,5至30重量%的以AO换算计的A元素,Al(以Al2O3换算计的)的0.06倍以上至5重量%的以B2O3换算计的B元素,和作为余量的TiO2(包含不可避免的杂质)。
3.根据权利要求2所述的介电陶瓷组合物,其中在A元素由Sr构成的情况下,在所述介电陶瓷组合物的整体中的Sr元素的包含比率为以SrO换算计的5-30重量%;而在A元素含有Ca的情况下,在所述介电陶瓷组合物的整体中的Sr元素的包含比率为以SrO换算计的5-15重量%,并且在所述介电陶瓷组合物的整体中的Sr和Ca元素的总量为以AO换算计的5-30重量%。
4.根据权利要求2或3所述的介电陶瓷组合物,所述介电陶瓷组合物包含R(R是由Nd,La和Sm中的至少一种构成的元素)、Mg和Zn中的至少一种,其中相对于100重量份的所述介电陶瓷组合物的整体,所述介电陶瓷组合物包含0.01-20重量%的以R2O3换算计的R元素,0-10重量%的以MgO换算计的Mg元素,和/或0-5重量%的以ZnO换算计的Zn元素。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的介电陶瓷组合物,所述介电陶瓷组合物包含由Na,K,Cu,Mn和Bi中的至少一种构成的元素,其中相对于100重量份的所述介电陶瓷组合物的整体,所述介电陶瓷组合物包含0-4重量%的以Na2O换算计的Na元素,0-1重量%的以K2O换算计的K元素,0.1-3重量%的以CuO换算计的Cu元素,0.1-3重量%的以Mn3O4换算计的Mn元素,和/或1-5重量%的以Bi2O3换算计的Bi元素。
6.根据权利要求5所述的介电陶瓷组合物,所述介电陶瓷组合物在-20℃至60℃的温度范围内的共振频率的温度系数τf的绝对值为120ppm/℃或更低。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的介电陶瓷组合物,相对于100重量份的所述介电陶瓷组合物的整体,所述介电陶瓷组合物包含0.1至3重量%的Ag。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的介电陶瓷组合物,所述介电陶瓷组合物基本上既不含有R-M-Ti-Si-O型(R是由Nd,Sm和La中的至少一种构成的元素;而M是由Mg和Zn中的至少一种构成的元素)的相,也不含有A-Ti-Si-O型(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)的相。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的介电陶瓷组合物,所述介电陶瓷组合物包含R2/3TiO3(R是由Nd,La和Sm中的至少一种构成的元素)和M2TiO4(M是由Mg和Zn中的至少一种构成的元素)中的至少一种化合物相。
10.一种多层介电基板,其中形成一个或多个导体的多个介电层被一体化层压,所述多层介电基板包含:由根据权利要求1至9中任一项所述的介电陶瓷组合物构成的在所述多个介电层中的至少一个介电层;和由具有A′Al2Si2O8相(A′是由Ca,Sr和Ba中的至少一种构成的元素)和Al2O3相的介电陶瓷组合物构成的一个或多个其它介电层。
11.根据权利要求10所述的多层介电基板,其中含有具有A′Al2Si2O8相和Al2O3相的介电陶瓷组合物的所述一个或多个其它介电层包含:下列比率的作为主要组分的Al、Si、A′(A′是由Ca,Sr和Ba中的至少一种构成的元素)和Ti:相对于100重量份的所述介电陶瓷组合物的整体,10-60重量%的以Al2O3换算计的Al,25-60重量%的以SiO2换算计的Si,7.5-50重量%的以A′O换算计的A′,和20重量%或更少(包括0)的以TiO2换算计的Ti;和下列比率的作为辅助组分的选自Bi、Na、K和Co组成的组中的至少一种:相对于100重量份的所述主要组分,0-10重量%的以Bi2O3换算计的Bi,0-5重量%的以Na2O换算计的Na,0-5重量%的以K2O换算计的K,和/或0-5重量%的以CoO换算计的Co;以及另外地,下列比率的选自由Cu、Mn和Ag组成的组中的至少一种:相对于100重量份的所述主要组分,0-5重量%的以CuO换算计的Cu,0-5重量%的以Mn3O4换算计的Mn,和/或0-5重量%的Ag。
12.一种电子部件,所述电子部件包含根据权利要求10或11所述的多层介电基板。
13.一种用于制备权利要求1至9中任一项所述的介电陶瓷组合物的方法,所述方法包括以下步骤:
制备必需包含Al,Si,Sr,Ti和B并且任选包含Na,K,Cu,Mn,Bi和Ag中的至少一种的原料,以及将所制备的原料在600℃以上并且850℃以下进行煅烧,以得到低温烧结组分;
另外制备必需包含A元素和Ti并且任选包含Nd,La,Sm,Mg和Mn中的至少一种的原料,以及将所制备的原料在高于700℃并且1,300℃以下进行煅烧,以得到无机填料组分;以及
混合所述低温烧结组分和所述无机填料组分,然后将混合物在高于所述低温烧结组分的煅烧温度并且低于所述无机填料组分的煅烧温度进行烧制。
14.根据权利要求13所述的用于制备介电陶瓷组合物的方法,其中所述低温烧结组分包含至少Al,Si,Sr和B中的每一种,并且所述低温烧结组分在烧结后的组成包含:相对于100重量份的所述低温烧结组分的整体,18-40重量%的以Al2O3换算计的Al,40-58重量%的以SiO2换算计的Si,10-40重量%的以SrO换算计的Sr,和1.5-5重量%的以B2O3换算计的B。
15.根据权利要求14所述的用于制备介电陶瓷组合物的方法,其中所述低温烧结组分含有选自由Na,K,Cu,Mn和Bi组成的组中的至少一种构成的元素,并且所述低温烧结组分在烧结后的组成包含:相对于100重量份的所述低温烧结组分的整体,0-5重量%的以Na2O换算计的Na,0-5重量%的以K2O换算计的K,0.01-5重量%的以CuO换算计的Cu,0.01-5重量%的以Mn3O4换算计的Mn,和/或0.1-5重量%的以Bi2O3换算计的Bi。
16.根据权利要求14或15所述的用于制备介电陶瓷组合物的方法,其中所述低温烧结组分包含Ag,并且所述低温烧结组分在烧结后的组成包含:相对于100重量份的所述低温烧结组分的整体,0.5-6重量%的Ag。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的用于制备介电陶瓷组合物的方法,其中所述无机填料组分包含至少A(A是由Ca和Sr中的至少一种构成的元素)和Ti中的每一种,并且所述无机填料组分在烧结后的组成包含:相对于100重量份的所述无机填料组分的整体,10-60重量%的以AO换算计的A,和30-60重量%的以TiO2换算计的Ti。
18.根据权利要求17所述的用于制备介电陶瓷组合物的方法,其中所述无机填料组分包含R(R是由Nd,La和Sm中的至少一种构成的元素)、Mg和Zn中的至少一种,并且所述无机填料组分在烧结后的组成包含:相对于100重量份的所述无机填料组分的整体,0.01-50重量%的以R2O3换算计的R元素,0-15重量%的以MgO换算计的Mg元素,以及0-10重量%的以ZnO换算计的Zn元素。
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