CN104637674B - 具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板。根据本发明的实施方式，具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板能够通过控制包括在基板中的各种金属的组成比率来防止在低温烧制之后电极的扩散、剥落或损失，从而导致陶瓷基板和电容器之间良好的附着。

Description

具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板
相关申请的引用
本申请要求于2013年11月7日提交的标题为“具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板”的韩国专利申请号10-2013-0135056的权益，通过引用将其全部内容结合于本申请中。
技术领域
本发明涉及具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，并且更具体地涉及包括含有Ag或Ag合金的电极的具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板。
背景技术
响应于针对具有高频率和小尺寸的电子装置的需求，通过在印刷电路板中嵌入而不是在表面上安装表面安装芯片式组件可以减少整个产品的体积并且增加集成度的技术备受关注。
当通过分层形成(例如，电容器)通过将安装在基板上的芯片式组件嵌入基板而将其替换时，可以减小整个产品的体积。此外，与芯片式电容器相比，分层式电容器具有更好的RF特性(较小的寄生电感)。因此，正在开展关于将芯片嵌入基板的大量研发。
相关技术是KR公开号2002-0042698。
发明内容
本发明的目的是提供包括含有Ag或Ag合金的电极的具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板。
根据本发明的一方面，提供具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，其中，多个生片层层压形成陶瓷元件；第一电极印刷在层压的多个陶瓷生片中；并且在基板中形成空腔，基板包括：多层陶瓷电容器，设置成与空腔内部的陶瓷生片间隔开并且包括第二电极，第二电极电连接至第一电极，其中，第一电极包括95-100wt％的Ag，并且其中，第二电极包括65-90wt％的Ag和具有比Ag更高熔点的金属。
在本发明的实施方式中，第一电极可以进一步包括选自Au、Cu、Pd、W及它们的合金的至少一种。
在本发明的实施方式中，第一电极可以包括通过陶瓷生片的通孔电极，和与第二电极电连接的连接电极。
在本发明的实施方式中，第一电极可进一步包括在通孔电极和连接电极之间的衬垫电极。
在本发明的实施方式中，第二电极可以包括65-90wt％的Ag；并且包括选自Au、Cu、Pd、W及它们的合金的至少一种金属。
在本发明的实施方式中，可以增加70-90wt％的Ag。
在本发明的实施方式中，第一电极可进一步包括0.5-5wt％的基于CaO-BaO-SiO2-B2O3的玻璃。
在本发明的实施方式中，玻璃的玻璃化转变温度可以是600至850℃。
在本发明的实施方式中，玻璃的组成配方可以是20CaO-25BaO-50SiO2-5B2O3或20CaO-20BaO-55SiO2-5B2O3。
在本发明的实施方式中，具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板的烧制温度可以是800至950℃。
根据本发明的实施方式，具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板能够通过控制包括在基板中的各种金属的组成比率来防止在低温烧制之后电极的扩散、剥落或损失，从而导致陶瓷基板和电容器之间良好的附着。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板的截面图。
具体实施方式
本文定义了某些术语以更好地理解本发明。除非本发明另外定义，本发明使用的科技术语将具有本领域技术人员通常所理解的含义。除非另外明确地使用，否则，单数形式的表述包括复数含义而复数形式的表述包括单数含义。
下面将参考附图更详细地描述根据本发明的某些实施方式的具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板。应当理解到，在不偏离由所附权利要求及其等效物限定的本文的实施方式的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以做出各种改变和修改。
图1是示出根据本发明的实施方式具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板(在下文称为“LTCC”)的截面图。
通过实施组分以在主要由玻璃-陶瓷材料构成的多个陶瓷生片层111至116上形成希望的电路，通过丝网印刷；层压生片层以形成陶瓷元件110；并且共同烧制陶瓷和导电金属来制备根据本发明的LTCC基板。因为陶瓷和金属可以共同烧制，所以LTCC基板允许在模块中结合组件，从而可以提供具有更高密度和更轻重量的装置。
在本发明的实施方式中，陶瓷生片111至116可以包括陶瓷填料和玻璃组分。陶瓷填料是可以控制LTCC基板的特性(诸如强度和热膨胀)的填料。填料的实例可以是氧化铝、硅石、二氧化钛、镁橄榄石、ZrO2、堇青石或它们的组合，尤其是氧化铝或硅石，但是不限于此。另外，只要通过烧结玻璃组分可以使填料致密，那么填料可以是任何材料。
在本发明的实施方式中，可以通过在溶剂中混合陶瓷填料、玻璃组分和粘合剂来制备陶瓷生片111至116。可以通过进一步包括分散剂以提高物理性能来制备陶瓷片。
在本发明的实施方式中，可以在根据本发明的LTCC基板中形成空腔(或空间)和设置与陶瓷元件110间隔开的多层陶瓷电容器(在下文称为“MLCC”)。
这里，形成内部连接模式以与外部端子连接从而在与空腔150内部的陶瓷元件110间隔开的MLCC 140上与外部交换信号。这种内部连接模式可以是通过电极的连接并且可以通过LTCC基板内部的电极进行连接。此外，电极可以在多个生片层111至116中的任何层中选择性地存在。
例如，MLCC 140可以包括多个电介质层和在每个电介质层之间形成的多个电容器内部电极，并且多个电容器内部电极可以与电连接至第一电极120的第二电极130电连接。
更具体地，第一电极120可以印刷在层压的多个陶瓷生片111至116中。第一电极120可以是电连接在陶瓷生片111至116之间，电连接在陶瓷元件110和MLCC140之间，和连接在具有嵌入式电容器的LTCC基板和外部电源之间的电极。这里，通过在印刷在陶瓷生片上的第一电极120中在暴露于外侧的区域上形成外部电极，可以使连接在具有嵌入式电容器的LTCC基板和外部电源之间的电极与外部电源连接。
在本发明的实施方式中，第一电极120可以包括通过陶瓷生片的通孔电极121，和与第二电极130电连接的连接电极123。在本发明的另一个实施方式中，第一电极120可进一步包括在通孔电极121和连接电极123之间的衬垫电极122。
可以通过使层压的多个陶瓷生片111至116中的至少一层通过来形成通孔电极121。通孔电极121通过连接电极123电连接至第二电极130，并且第二电极130与MLCC140电连接。可以将衬垫电极122选择性地放在通孔电极121和连接电极123之间。
例如，当通过使用包括大量的粘合剂和用于连接电极的高黏度的糊剂来印刷衬垫电极122时，在烧制之后，难以在衬垫电极122和连接电极123之间进行区分。当在烧制之后可以将通孔电极121直接连接或者电连接至连接电极123或者第二电极130时，可以选择性地包括衬垫电极122。
在本发明的实施方式中，当包括衬垫电极122时，衬垫电极122和连接电极123应该共同烧制并且在烧制之后，其应该可以与通孔电极121和第二电极130保持良好的电连接。
根据本发明的实施方式具有嵌入式MLCC的LTCC基板能够通过控制包括在电极中的各种金属的种类和量来防止在低温烧制之后电极的扩散、剥落或损失。
在本发明的实施方式中，第一电极120包括95-100wt％的Ag，并且在另一个实施方式中，第一电极120可以进一步包括选自Au、Cu、Pd、W及它们的合金的至少一种。
当第一电极120中Ag的量少于95wt％时，可以将除了Ag之外的其他组分定位在种类彼此不同的电极之间的界面上，从而导致电极之间的较差的连接或者附着。它还进一步导致这些电极之间的不足够的结合强度。在另一方面，当第一电极120中Ag的量高于95wt％时，粘附区域充分地紧固在种类彼此不同的电极之间的界面处，从而导致第一电极120和第二电极130之间良好的附着。
此外，在本发明的实施方式中，第一电极120可以进一步包括玻璃以促进Ag在不同类型电极之间的界面处的扩散从而引起Ag-Ag键形成。在本发明的实施方式中，玻璃的量可以是0.5-5wt％。当相对于第一电极120，玻璃的量大于5wt％时，玻璃可以定位在不同类型电极之间的界面处，这进一步导致防止Ag-Ag键形成和较差的结合强度。
在本发明的实施方式中，玻璃可以是硼硅酸盐玻璃、硅酸铋玻璃、硅酸锌玻璃或者它们的组合，但是不限于此。玻璃的实例包括基于CaO-BaO-SiO2-B2O3的玻璃，优选20CaO-25BaO-50SiO2-5B2O3或20CaO-20BaO-55SiO2-5B2O3。玻璃的玻璃化转变温度可以是600至850℃。
在另一个实施方式中，第一电极120在不影响与第二电极130电连接的范围内可以进一步包括无机氧化物。
在本发明的实施方式中，提供了具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，其中，第二电极130包括65-90wt％(优选70-90wt％)的Ag和具有比Ag更高熔点的金属。这里，具有比Ag更高熔点的金属优选地可以包括选自Au、Cu、Pd、W及它们的合金的至少一种。
例如，可以通过嵌入在LTCC的陶瓷元件110中的空腔150中在约1200℃下烧制的MLCC并且在约900℃的相对低温下烧制来制备根据本发明的具有嵌入式MLCC的LTCC基板。当LTCC的烧制温度高于包括在电极中的金属的熔点时，包括在电极中的金属可以融化和扩散，这导致电极的扩散、剥落或损失。
因此，应理解，第二电极130包括可以与Ag形成合金并且具有比Ag更高熔点的金属，使得其可以具有与第一电极120的足够的粘合界面并且还与MLCC 140保持良好的附着。
当第二电极130中的Ag的量少于65wt％时，在与第一电极120的界面处没有足够的Ag-Ag键形成，从而导致电极之间较差的粘着强度。在另一方面，当第二电极130中的Ag的量高于90wt％时，Ag可以融化并且扩散，因此导致与MLCC140的粘着区域变窄并且形成细孔。
在下文中，虽然通过实例给出更加具体的说明，但这些仅用于解释，而并不旨在限制本发明。
实施例
根据第一电极(衬垫电极和连接电极)和第二电极的组成来确定第二电极的剥落、损失面积比、结合强度和剥落类型。
在表1中示出第一电极(衬垫电极和连接电极)和第二电极的组成。
表1
*Ag＝银；Pd＝钯；Au＝金；Cu＝铜；W＝钨；
*玻璃＝20CaO-25BaO-50SiO2-5B2O3(玻璃化转变温度660℃；20CaO中的20是指mol％)
参考表1，比较例1中的第一电极中的Ag量；比较例2和3中的第二电极中的Ag量；比较例4中的第一电极中的Ag量；以及比较例5中的第二电极中的Ag量都没有在本发明的希望范围之内。
根据表1中的第一电极(衬垫电极和连接电极)和第二电极的组成来确定第二电极的剥落、损失面积比以及第一电极和第二电极的结合强度和剥落类型。
表2
*剥落类型：A＝LTCC/衬垫(或连接)电极界面；B＝衬垫(或连接)电极/第二电极界面；以及C＝第二电极/MLCC界面。
参考表2，应注意，实施例1至13中的第二电极没有剥落，在衬垫(或连接)电极/第二电极界面(B类型)或第二电极/MLCC界面(C类型)上没有剥落，仅在LTCC/衬垫(或连接)电极界面(A类型)上有剥落。另外，被认为对于具有嵌入式MLCC的LTCC基板有用的第二电极的损失面积比和结合强度也极好，
然而，在比较例1至5中，其中，第一电极或第二电极中的Ag的量偏离本发明希望的范围，应注意，在比较例3至5中引起第二电极的剥落，在比较例1、2和4中引起衬垫(或连接)电极/第二电极界面(B类型)处的剥落，以及在比较例3和5中引起第二电极/MLCC界面(C类型)处的剥落。
如上所述，本发明涉及具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，其中，多个生片层层压形成陶瓷元件；第一电极印刷在层压的多个陶瓷生片中；并且在基板中形成空腔，基板包括：多层陶瓷电容器，设置成与空腔内部的陶瓷生片间隔开并且包括第二电极，该第二电极电连接至第一电极，其中，第一电极包括95-100wt％的Ag，其中，第二电极包括65-90wt％的Ag和具有比Ag更高熔点的金属。根据本发明的具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板能够通过控制包括在基板中的各种金属的组成比来防止在低温烧制之后电极的扩散、剥落或损失。
虽然已参考具体实施方式描述了本发明，应当理解到，在不偏离由随附的权利要求及其等效物限定的本文实施方式的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以进行各种改变和修改。
参考标号说明
110：陶瓷元件
111、112、113、114、115、116：陶瓷生片
120：第一电极121：通孔电极
122：衬垫电极123：连接电极
130：第二电极140：多层陶瓷电容器
150：空腔

Claims (10)

1.一种具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，其中，多个生片层层压形成陶瓷元件；第一电极印刷在层压的多个陶瓷生片中；并且在所述基板中形成空腔，所述基板包括：
多层陶瓷电容器，设置为与所述空腔内部的所述陶瓷生片间隔开并且包括第二电极，所述第二电极电连接至所述第一电极，
其中，所述第一电极包括95-100wt％的Ag，以及
其中，所述第二电极包括65-90wt％的Ag和具有比Ag更高熔点的金属。
2.根据权利要求1所述的具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，其中，所述所述第一电极进一步包括选自由Au、Cu、Pd、W及它们的合金组成的组中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，其中，所述第一电极包括通过所述陶瓷生片的通孔电极和与所述第二电极电连接的连接电极。
4.根据权利要求3所述的具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，其中，所述第一电极进一步包括在所述通孔电极和所述连接电极之间的衬垫电极。
5.根据权利要求1所述的具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，其中，所述第二电极包括65-90wt％的Ag；并且包括选自由Au、Cu、Pd、W及它们的合金组成的组中的至少一种金属。
6.根据权利要求5所述的具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，其中，所述第二电极包括70-90wt％的Ag。
7.根据权利要求1所述的具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，其中，所述第一电极进一步包括0.5-5wt％的基于CaO-BaO-SiO2-B2O3的玻璃。
8.根据权利要求7所述的具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，其中，所述玻璃的玻璃化转变温度是600至850℃。
9.根据权利要求8所述的具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，其中，所述玻璃的组分配方是20mol％CaO-25mol％BaO-50mol％SiO2-5mol％B2O3或20mol％CaO-20mol％BaO-55mol％SiO2-5mol％B2O3。
10.根据权利要求1所述的具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板，其中，所述具有嵌入式电容器的低温共同烧制的陶瓷基板的烧制温度是800至950℃。
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