CN106631045B - 一种低温共烧器件及低介共烧陶瓷膜片的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种低温共烧器件及低介共烧陶瓷膜片的制作方法，低介共烧陶瓷膜片的制作方法包括以下步骤：1)准备相对介电常数不高于5.8的低介陶瓷材料；2)在所述低介陶瓷材料中混入具有预定范围的高膨胀系数的低介介质；3)将混合粉进行预烧处理，得到低介共烧陶瓷材料，所述低介陶瓷材料的热膨胀系数与铁氧体材料、导电电极材料的差异处于预定范围内；4)将预烧后的混合粉进行制浆涂布，形成低介共烧陶瓷膜片。该方法能够提升不同材料间的共烧匹配性，大幅减少或防止共烧磁体缺陷，提升器件的可靠性能。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件的制造，特别是涉及一种低温共烧器件及低介共烧陶瓷膜片的制作方法。
背景技术
随着人工智能技术的不断发展，芯片需要处理的数据量越来越大，电路设计中要求线路对数据的传输速度越来越快，这样对元器件的要求在相同电气性能的同时，向着高频化的方向发展。对于电感及滤波器件来说，传统的单一材料设计很难同时满足高频高阻抗、低损耗的要求。因此需要在结构设计中引入不同介质材料来满足电气性能的要求。不同的介质材料由于组成成分上的差异导致其烧结过程中的物理特性存在较大的差异，在共烧时由于材料间的不匹配性很容易导致烧结后的磁体存在结构缺陷，影响期器件的可靠性。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种低温共烧器件及低介共烧陶瓷膜片的制作方法，提升不同材料间的共烧匹配性，大幅减少或防止共烧磁体缺陷，提升器件的可靠性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种低介共烧陶瓷膜片的制作方法，包括以下步骤：
1)准备相对介电常数不高于5.8的低介陶瓷材料；
2)在所述低介陶瓷材料中混入具有预定范围的高膨胀系数的低介介质；
3)将混合粉进行预烧处理，得到低介共烧陶瓷材料，所述低介陶瓷材料的热膨胀系数与铁氧体材料、导电电极材料的差异处于预定范围内；
4)将预烧后的混合粉进行制浆涂布，形成低介共烧陶瓷膜片。
进一步地：
所述低介陶瓷材料为硼硅系的材料，其相对介电常数在4.5～5.8，优选小于5.5，热膨胀系数在30～40*10-7K-1，且杂质离子浓度低于2％。
所述低介陶瓷材料为玻璃材料，其相对介电常数为4.8，热膨胀系数为30*10-7K-1。
所述低介介质为α-石英和/或β-石英，其相对介电常数在4.0～4.3之间，材料热膨胀系数在90*10-7K-1，材料纯度≥90％。
所述低介介质在陶瓷材料中的加入量为10％～30％。
步骤3)包含以下子步骤：
a1将混合的粉加入球磨罐中进行预混；
a2将完成预混的粉进行预烧处理；
a3将完成预烧处理的粉再次放入球磨罐中进行磨细处理。
所述预混是在球磨机中进行湿混，其中在混合粉中加入质量百分比为200～300％的去离子水，在150～250r/min的转速下进行球磨混合20～30h。
所述预烧处理包括将混合后的粉烘干去水后，置于高温匣钵中，并在烧结炉中以500℃～700℃的温度热处理0.5～1h。
步骤4)包含以下子步骤：
b1.将所述混合粉与酯类溶液搅拌混合，并加入有机粘合剂和分散剂搅拌，形成陶瓷浆料；
b2.涂布所述陶瓷浆料以形成所述薄膜基片。
一种低温共烧器件的制作方法，包括以下步骤：利用根据所述低介共烧陶瓷膜片的制作方法得到的低介共烧陶瓷膜片制作带电极的生坯，再对所述的生坯一次完成切割、排胶、烧结，完成共烧器件的制作。
本发明的有益效果：
本发明解决了两种不同材料的共烧问题，其将共烧材料中低热膨胀系数低介陶瓷材料通过掺入高膨胀系数的低介陶瓷材料，在不影响材料电气特性的情况下，提升低介陶瓷材料的热膨胀系数，解决了其与铁氧体材料进行共烧时的因热膨胀系数差异大而导致的内部应力无法消除从而破坏磁体致密度的情况，改善了器件磁体的致密性，提升器件的可靠性能，为这种高频高阻抗、低损耗的器件提供了一种低成本的制作方案。
附图说明
图1为本发明实施例制作的低温共烧共模电感电镜图；
图2为传统方案的低温共烧共模电感电镜图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
在一种实施例中，一种低介共烧陶瓷膜片的制作方法，包括以下步骤：
1)准备相对介电常数不高于5.8的低介陶瓷材料；
2)在所述低介陶瓷材料中混入具有预定范围的高膨胀系数的低介介质；
3)将混合粉进行预烧处理，得到低介共烧陶瓷材料，所述低介陶瓷材料的热膨胀系数与铁氧体材料、导电电极材料的差异处于预定的小范围内，具体的差异可以根据产品性能的实际需求来进行调整和控制；
4)将预烧后的混合粉进行制浆涂布，形成低介共烧陶瓷膜片。
在优选的实施例中，所述低介陶瓷材料为硼硅系的材料，其相对介电常数在4.5～5.8，更优选小于5.5，热膨胀系数在30～40*10-7K-1，且杂质离子浓度低于2％。
在一个特别优选的实施例中，所述低介陶瓷材料为玻璃材料，其相对介电常数为4.8，热膨胀系数为30*10-7K-1。
在优选的实施例中，所述低介介质为α-石英和/或β-石英，其相对介电常数在4.0～4.3之间，材料热膨胀系数在90*10-7K-1，材料纯度≥90％。
在优选的实施例中，所述低介介质在陶瓷材料中的加入量为10％～30％。
在优选的实施例中，步骤3)包含以下子步骤：
a1将混合的粉加入球磨罐中进行预混；
a2将完成预混的粉进行预烧处理；
a3将完成预烧处理的粉再次放入球磨罐中进行磨细处理。
在优选的实施例中，所述预混是在球磨机中进行湿混，其中在混合粉中加入质量百分比为200～300％的去离子水，在150～250r/min的转速下进行球磨混合20～30h。
在优选的实施例中，所述预烧处理包括将混合后的粉烘干去水后，置于高温匣钵中，并在烧结炉中以500℃～700℃的温度热处理0.5～1h。
在优选的实施例中，步骤4)包含以下子步骤：
b1.将所述混合粉与酯类溶液搅拌混合，并加入有机粘合剂和分散剂搅拌，形成陶瓷浆料；
b2.涂布所述陶瓷浆料以形成所述薄膜基片。
一种低温共烧器件的制作方法，包括以下步骤：利用根据所述低介共烧陶瓷膜片的制作方法得到的低介共烧陶瓷膜片制作带电极的生坯，再对所述的生坯一次完成切割、排胶、烧结，完成共烧器件的制作。
实施例一
一种公制0806尺寸封装的低温共烧共模电感的制造方法，包括以下步骤：将低介共烧陶瓷及铁氧体材料流延成膜片，并制作导电电极，并对制作的带电极膜片进行叠层，形成生坯，在对所述的生坯一次完成切割、排胶、烧结、端电极和电镀，完成共烧器件的制作。
低介共烧陶瓷是相对介电常数小于5.5，其热膨胀系数与铁氧体材料、导电电极材料接近的材料，低介共烧陶瓷膜片的制作步骤如下：
1)选取低介的陶瓷材料
低介的陶瓷材料选用的是贵阳晶华的DJ1024B玻璃材料，其相对介电常数为4.8，热膨胀系数为30*10-7K-1.
2)在陶瓷材料中混入高膨胀系数的低介介质
高膨胀系数的低介介质选用的是贵阳晶华的结晶型石英粉(β-石英)，其相对介电常数为4.1，热膨胀系数为85*10-7K-1，其纯度＞95％.
在2kg的DJ1024B粉体中加入15～20％的结晶型石英粉，进行混合。
3)将混合粉进行预烧处理
a1.将混合的粉加入球磨罐中进行预混；
将混合后的粉放入行星球磨罐中，并加入质量百分比为220～280％的去离子水，然后在200r/min的转速下进行球磨24h。完成后将湿粉在120℃的烘箱中烘制48h，去除粉体中的游离水。
a2.将完成预混的粉放入高温匣钵中，在500℃～700℃下进行预烧处理；
将混合后粉体放入高温匣钵，并置于烧结炉中，在550～600℃下进行热处理0.5h.
a3.将完成预烧处理的粉再次放入球磨罐中进行磨细处理，完成粉体的预烧过程。
热处理后的粉体部分形成块状，在行星球磨机中按照a1的步骤进行球磨处理，完成粉体的合成。
4)将混合粉进行制浆涂布，形成低介共烧陶瓷膜片
b1.将所述混合粉与酯类溶液搅拌混合，并加入有机粘合剂和分散剂搅拌，形成陶瓷浆料；
将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，有机粘合剂和分散剂可以是丙烯酸酯、二甲酸二丁酯、三乙醇胺、PVB、PEG中的一种或多种混合物。
b2.涂布所述陶瓷浆料以形成所述薄膜基片。
采用本发明实施例一制备的低介共烧陶瓷膜片其热膨胀系数如下：
| 材料 | 低介共烧陶瓷 | 铁氧体 | 导电电极 |
| 热膨胀系数(K<sup>-1</sup>) | 80*10<sup>-7</sup> | 108*10<sup>-7</sup> | 150*10<sup>-7</sup> |
| 相对介电常数 | 5.0 | / | / |
采用本发明实施例一制备的公制0806尺寸封装的低温共烧共模电感，共模插入损耗可做到-30dB&700MHz，差模截止频率可达到3.0GHz&-3dB，烧结后的磁体表层无裂纹缺陷，内部无缺陷(如图1)，满足电感行业可靠性标准的要求。
采用无改善的低介共烧陶瓷制备的公制0806尺寸封装低温共烧共模电感，共模插入损耗可做到-30dB&700MHz，差模截止频率可达到3.0GHz&-3dB，烧结后的磁条表层存在裂纹，内部存在气孔缺陷(如图2)，可靠性不能满足要求。
实施例二
一种的公制1210封装的低温共烧共模电感制造方法，同具体实施例一。区别在于：瓷体尺寸增大了2.7倍，共模插入损耗可做到-32dB&750MHz，差模截止频率可达到3.2GHz&-3dB，烧结后的磁体表层无裂纹缺陷，内部无缺陷(如图1)，满足电感行业可靠性标准的要求。
本发明人通过对材料的开发研究，在陶瓷材料中混入对材料电气特性无不利影响的介质材料，降低其与其他共烧材料之间的物理特性差异，从而提升不同材料间的共烧匹配性，大幅减少或防止共烧磁体缺陷，提升器件的可靠性能。
以上内容是结合具体/优选的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，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种低介共烧陶瓷膜片的制作方法，其特征在于,包括以下步骤：
1)准备低介陶瓷材料，所述低介陶瓷材料为硼硅系的材料，其相对介电常数在4.5～5.5，热膨胀系数在30～40*10-7K-1，且杂质离子浓度低于2％；
2)在所述低介陶瓷材料中混入具有预定范围的高膨胀系数的低介介质，所述低介介质为α-石英和/或β-石英，其相对介电常数在4.0～4.3之间，材料热膨胀系数在90*10-7K-1，材料纯度≥90％，所述低介介质在陶瓷材料中的加入量为10％～30％；
3)将混合粉进行预烧处理，得到低介共烧陶瓷材料，所述低介陶瓷材料的热膨胀系数与铁氧体材料、导电电极材料的差异处于预定范围内；
步骤3)包含以下子步骤：
a1将混合的粉加入球磨罐中进行预混；
a2将完成预混的粉进行预烧处理；
a3将完成预烧处理的粉再次放入球磨罐中进行磨细处理；所述预烧处理包括将混合后的粉烘干去水后，置于高温匣钵中，并在烧结炉中以500℃～700℃的温度热处理0.5～1h；
4)将预烧后的混合粉进行制浆涂布，形成低介共烧陶瓷膜片；
步骤4)包含以下子步骤：
b1.将所述混合粉与酯类溶液搅拌混合，并加入有机粘合剂和分散剂搅拌，形成陶瓷浆料；
b2.涂布所述陶瓷浆料以形成所述陶瓷膜片。
2.如权利要求1所述的低介共烧陶瓷膜片的制作方法，其特征在于,所述低介陶瓷材料为玻璃材料，其相对介电常数为4.8，热膨胀系数为30*10-7K-1。
3.如权利要求1或2所述的低介共烧陶瓷膜片的制作方法，其特征在于,所述预混是在球磨机中进行湿混，其中在混合粉中加入质量百分比为200～300％的去离子水，在150～250r/min的转速下进行球磨混合20～30h。
4.一种低温共烧器件的制作方法，其特征在于,包括以下步骤：利用根据权利要求1至3任一项所述的制作方法得到的低介共烧陶瓷膜片制作带电极的生坯，再对所述的生坯一次完成切割、排胶、烧结，完成共烧器件的制作。
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