CN105428035B - 一种电子元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子元件及其制造方法，包括如下步骤：S1、在基片上形成电极生料层，所述基片为经过烧结的氧化铝基片或氧化锆基片；S2、对附有所述电极生料层的基片进行烧结，使所述电极生料层形成电极；S3、将所述电极转移到薄膜生料片上；S4、将多层附有电极的薄膜生料片进行层叠形成坯体，对所述坯体进行烧结。本电子元件内部的电极和瓷体不容易开裂。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种电子元件及其制造方法。
【背景技术】
在传统的叠压成型工艺中，附有导电电极的基片直接通过叠压成型使上下基片粘合在一起，形成生坯，后将生坯和电极进行共烧处理。由于导电电极及基片分别属于金属和非金属材料，在烧成的过程中两种材料的烧结收缩过程存在较大的差异，而两种材料在没有达到烧成温度之前均处于低强度阶段，当受到收缩过程差异造成的应力时，瓷体或电极会产生缺陷导致可靠性较差。
【发明内容】
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种电子元件的制造方法，使得电子元件内部的电极和瓷体不容易开裂。
一种电子元件的制造方法，包括如下步骤：
S1、在基片上形成电极生料层，所述基片为经过烧结的氧化铝基片或氧化锆基片；
S2、对附有所述电极生料层的基片进行烧结，使所述电极生料层形成电极；
S3、将所述电极转移到薄膜生料片上；
S4、将多层附有电极的薄膜生料片进行层叠形成坯体，对所述坯体进行烧结。
在一个实施例中，
在步骤S2与步骤S3之间，还包括如下步骤：
S21、将附有所述电极的基片放入氢氟酸溶液中浸泡。
在一个实施例中，
在步骤S21之后还包括如下步骤：
S21、将浸泡了氢氟酸溶液的基片进行烘干；
S22、将烘干后的基片附有所述电极的一面粘上发泡胶，使所述电极粘在所述发泡胶上；
S23、将所述基片移除，使所述电极与基片分离；
在步骤S3包括如下步骤：
S31、将所述发泡胶与所述薄膜生料片粘合，使所述电极在所述薄膜生料片与发泡胶之间；
S32、对所述电极、薄膜生料片和发泡胶施加压力，使所述电极与薄膜生料片之间产生结合力；
S33、对所述发泡胶加热使所述发泡胶失去粘性，然后将所述发泡胶与所述电极和薄膜生料片分离。
在一个实施例中，
所述基片由氧化铝和硼硅玻璃制作而成，其中氧化铝的质量含量大于90％。
在一个实施例中，
氧化铝的质量含量大于99％。
在一个实施例中，
所述基片由氧化锆和硼硅玻璃制作而成，其中氧化锆的质量含量大于99％。
在一个实施例中，
所述氢氟酸溶液的质量浓度为0.5％～1％；
浸泡的时长介于2min～5min；
烘干的温度为50℃，烘干的时长介于5min～10min。
在一个实施例中，
在步骤S32中，将电极、薄膜生料片和发泡胶放入水中进行温水等静压，其中，水温介于60℃～75℃，等静压压力为5000psi～8000psi。
在一个实施例中，
在步骤S33中，对所述发泡胶的加热温度为120℃，加热时长为5min～10min。
本发明还提供了一种电子元件，采用所述的电子元件的制造方法制作而成。
本发明的有益效果是：
在叠层成型前对电极先烧成，形成一定的强度后再与瓷体材料共烧，当电极材料与共烧材料烧结过程中产生应力时，电极材料能耐受住瓷体收缩施加的应力，保证电极及瓷体间的致密性，减少内部缺陷的产生。本发明尤其适用于电极起始收缩温度与瓷体材料起始收缩温度差异大于150℃，或收缩率差异大于10％的两种或多种材料共烧情况。采用本发明可保证内部电极连通，防止电极和瓷体开裂，提升了电子元件的可靠性性能。
【附图说明】
图1是本发明一种实施例的电子元件制造方法的示意图。
【具体实施方式】
以下对发明的较佳实施例作进一步详细说明。
如图1所示，在一种实施例里，电子元件制造方法包括以下步骤：
S1、在基片101上形成电极生料层，所述基片101为经过烧结的氧化铝基片或氧化锆基片；
S2、对附有所述电极生料层的基片101进行烧结，使所述电极生料层形成电极102；
S3、将所述电极转移到薄膜生料片103上；
S4、将多层通过步骤S1至S3制作得到的附有电极的薄膜生料片103进行层叠形成坯体100，对所述坯体进行烧结。
坯体烧结前还可以依次进行切割和排胶处理，烧结后还可以依次进行倒角、制作端电极和电镀等处理，从而得到电子元件。
在步骤S2中，经过烧结的基片101在此步骤中不会或者说几乎不会再收缩，而电极生料层在烧结过程中则会产生收缩，电极生料层相对于基片101而言具有较大的收缩率，因此，烧结形成的电极102与基片101之间不会形成非常紧密的结合力，在步骤S3中，容易将电极转移到薄膜生料片103上。而在步骤S4中，由于烧结后的电极102在此步骤中不会或者说几乎不会再收缩，而薄膜生料片103相对于电极102而言烧结收缩率相差不大，因此，烧结后，电极102与薄膜生料片103烧成的瓷体之间形成稳定的结合，同时电极和瓷体均不容易产生裂痕。
基片101可以由粉末状的Al2O3和粉末状的硼硅玻璃的混合物制作而成，其中，Al2O3质量含量大于90％，在一个实施例中Al2O3质量含量大于99％。基片101也可以由粉末状的氧化锆和粉末状的硼硅玻璃的混合物制作而成，其中，氧化锆的质量含量大于90％。
在步骤S1中，电极生料层可以通过以下步骤制作：
配制电极浆料，所述电极浆料是介电常数在0.016～0.025mm*ohm的银浆或铜浆，电极浆料中含有二氧化硅。在步骤S2中，在烧结过程中，电极102与基片101之间形成相互浸润的粘合层，粘合层由硼硅玻璃组成，粘合层将电极102与基片101固定在一起(这种结合力比较小)，因此，电极102不会任意收缩，能够保持原来电极生料层的形状。
通过印刷或光刻法将电极浆料涂布在基片101上，形成所述电极生料层。
可以通过以下步骤将所述电极102转移到薄膜生料片103上：
S21、将附有电极102的基片101放在浓度为0.5％～1％的氢氟酸溶液中浸泡2～5min，以腐蚀电极102与基片101之间的粘合层，以便于后续电极102从基片101中脱离。然后在50℃的烘箱中对电极102和基片101烘烤5～10min。
S22、将基片101附有所述电极102的一面粘上发泡胶104，使所述电极102粘在所述发泡胶104上；注意排除贴合中的气孔后，将所述基片101移除，使所述电极102与基片101分离。
S23、将所述发泡胶104与所述薄膜生料片103粘合，使所述电极102在所述薄膜生料片103与发泡胶104之间。对所述电极102、薄膜生料片103和发泡胶104施加压力，使所述电极102与薄膜生料片103之间产生结合力。例如，将电极102、薄膜生料片103和发泡胶104放入水中，进行温水等静压，其中水温为60～75℃，等静压压力为5000～8000psi。
S24、对发泡胶104进行120℃热处理5～10min，从而使发泡胶104失去粘性，发泡胶104无法形成对电极102和薄膜生料片103粘合，然后将所述发泡胶与所述电极和薄膜生料片分离。
薄膜生料片103中含有硼硅玻璃，其可以是氧化铝生料片(氧化铝的质量含量小于90％)、铁氧体生料片或者玻璃生料片。
在优选的实施例中，薄膜生料片103是有粉末状的Al2O3和粉末状的硼硅玻璃的混合物制作而成。更优选的，薄膜生料片103是由重量百分比为35％～45％的Al2O3、以及55％～65％的硼硅玻璃的混合物制作而成，更优选的，Al2O3和硼硅玻璃的重量百分比为40％：60％。所述粉末状的Al2O3的优选粒径是，D50为1.5μm，D95为3μm。所述粉末状的硼硅玻璃的优选粒径是，D50为1.5μm，D95为3μm。
在上述实施例中，薄膜生料片103可以通过以下步骤制备：
将重量百分比为35％～45％的Al2O3和重量百分比为55％～65％的硼硅玻璃的混合制备粉末状混合物；
将所述粉末状混合物与酯类溶液搅拌混合，并加入有机粘合剂和分散剂，采用球磨机搅拌，持续9h～11h形成陶瓷浆料，其中酯类溶液可以是采用异丁醇的酯类溶液；
涂布所述陶瓷浆料以形成所述薄膜生料片103。
实例一
采用上述电子元件制造方法制作公制0806封装的贴片共模电感，包括以下步骤：
1)在氧化铝基片101上制作电极
1.1)准备氧化铝基片
采购潮州三环99氧化铝基板。
1.2)制作电极
1.2.1)配备电极浆料:Shoei Chemical公司出品的ML-SP19的银浆，体积电阻率在0.022mm*ohm。
1.2.2)采用丝网印刷设备将电极浆料涂布在氧化铝基片表面，得到电极生料层，电极生料层的厚度为10μm～12μm，电极生料层的线宽为40～45μm。
2)对电极生料层进行烧成
将附有电极生料层的氧化铝基片101在箱式烧结炉(Nabertherm箱式炉)的600～650℃温度下进行烧结处理，烧结处理时间为15min。
3)制作氧化铝薄膜生料片103
3.1)制备混合物粉末状材料
将重量百分比为40％粉末状的Al2O3和重量百分比为60％的硼硅玻璃的混合制备混合物粉末状材料，粉末状的Al2O3的优选粒径是：D50为1.5μm，D95为3μm，硼硅玻璃的优选粒径是：D50为1.5μm，D95为3μm；
3.2)将制备的粉末状材料与异丁醇的酯类溶液搅拌混合，并加入有机粘合剂和分散剂，采用球磨机搅拌，持续9h～11h形成陶瓷浆料；
3.3)通过涂布工艺制作氧化铝薄膜生料片103，厚度为30μm；
4)将烧成的电极转移到可进行叠层的薄膜基片上
4.1)将烧成后的电极及氧化铝基片101放在浓度为0.5％～1％的氢氟酸溶液中浸泡2～5min，然后在50℃的烘箱中烘制5～10min。
4.2)烘干后，将氧化铝基片101附有电极的一面贴合发泡胶，排除贴合中的气孔后，将烧成后的电极从氧化铝基片101上剥离。
4.3)将氧化铝薄膜生料片103与发泡胶贴合，电极夹在氧化铝薄膜生料片103和发泡胶之间。贴合后，将氧化铝薄膜生料片103、电极和发泡胶放入水中，进行温水等静压处理，水温60～75℃，等静压压力为：5000～8000psi。
4.4)将等静压后的氧化铝薄膜生料片103进行120℃热处理5～10min，然后去掉发泡胶，即形成附有电极的氧化铝薄膜生料片103。
4.5)将多层附有电极的氧化铝薄膜生料片103进行层叠形成坯体100，对依次进行切割、排胶、烧结、倒角、制作端电极和电镀等处理，从而得到公制0806封装的贴片共模电感。
与现有工艺的比较
采用本发明实例一制备的公制0806封装的贴片共模电感，长、宽面留边量L均按50μm设计，叠层成型后的坯体内部通过SEM扫描断层无开裂，烧结后的瓷体无开裂，电子元件表面无裂纹。通过美国Agilent公司推出的4339B高阻计检测器件在湿热条件(温度60℃，湿度95％RH)下可完成1000h的可靠性测试。
采用现有的制作工艺，完成导电电极制作后，直接叠层成型，两种材料进行共烧，器件表面瓷体裂纹，内部存在瓷体气孔。且不能完成1000h的湿热可靠性测试。
本发明实例一制作的电子元件直接改善瓷体外部及内部缺陷，提升器件的湿热可靠性。
实例二
采用上述电子元件制造方法制作公制0605封装的贴片共模电感，其制作过程与实施例一相比，区别在于：
在步骤1.2.1)中，电极浆料采用Noritake公司出品的NP-4940的银浆，体积电阻率在0.023mm*ohm。
在步骤1.2.2)中，采用光刻工艺在氧化铝基片表面制作电极浆料层，电极浆料层的线宽为20～30μm。
与现有工艺的比较
采用本发明实例二制备的公制0605封装的贴片共模电感，长、宽面留边量L均按30μm设计，叠层成型后的坯体内部通过SEM扫描断层无开裂，烧结后的瓷体无开裂，电子元件表面无裂纹。通过美国Agilent公司推出的4339B高阻计检测器件在湿热条件(温度60℃，湿度95％RH)下可完成1000h的可靠性测试。
采用现有的制作工艺，完成导电电极制作后，直接叠层成型，两种材料进行共烧，器件表面瓷体裂纹，内部存在瓷体气孔。且不能完成1000h的湿热可靠性测试。
本发明实例二制作的电子元件直接改善瓷体外部及内部缺陷，提升器件的湿热可靠性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (8)
1.一种电子元件的制造方法，其特征是，包括如下步骤：
S1、在基片上形成电极生料层，所述基片为经过烧结的氧化铝基片或氧化锆基片；
S2、对附有所述电极生料层的基片进行烧结，使所述电极生料层形成电极；
S3、将所述电极转移到薄膜生料片上；
S4、将多层附有电极的薄膜生料片进行层叠形成坯体，对所述坯体进行烧结；其中，
在步骤S2与步骤S3之间，还包括如下步骤：
S21、将附有所述电极的基片放入氢氟酸溶液中浸泡，将浸泡了氢氟酸溶液的基片进行烘干；
S22、将烘干后的基片附有所述电极的一面粘上发泡胶，使所述电极粘在所述发泡胶上；
S23、将所述基片移除，使所述电极与基片分离；
在步骤S3包括如下步骤：
S31、将所述发泡胶与所述薄膜生料片粘合，使所述电极在所述薄膜生料片与发泡胶之间；
S32、对所述电极、薄膜生料片和发泡胶施加压力，使所述电极与薄膜生料片之间产生结合力；
S33、对所述发泡胶加热使所述发泡胶失去粘性，然后将所述发泡胶与所述电极和薄膜生料片分离。
2.如权利要求1所述的电子元件的制造方法，其特征是，
所述基片由氧化铝和硼硅玻璃制作而成，其中氧化铝的质量含量大于90％。
3.如权利要求2所述的电子元件的制造方法，其特征是，
氧化铝的质量含量大于99％。
4.如权利要求1所述的电子元件的制造方法，其特征是，所述基片由氧化锆和硼硅玻璃制作而成，其中氧化锆的质量含量大于99％。
5.如权利要求1所述的电子元件的制造方法，其特征是，
所述氢氟酸溶液的质量浓度为0.5％～1％；
浸泡的时长介于2min～5min；
烘干的温度为50℃，烘干的时长介于5min～10min。
6.如权利要求1所述的电子元件的制造方法，其特征是，
在步骤S32中，将电极、薄膜生料片和发泡胶放入水中进行温水等静压，其中，水温介于60℃～75℃，等静压压力为5000psi～8000psi。
7.如权利要求1所述的电子元件的制造方法，其特征是，
在步骤S33中，对所述发泡胶的加热温度为120℃，加热时长为5min～10min。
8.一种电子元件，其特征是，采用如权利要求1-7任一所述的电子元件的制造方法制作而成。
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