CN108054274A - 功能陶瓷元件及在功能陶瓷层上形成电极的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功能陶瓷元件及在功能陶瓷层上形成电极的方法。该功能陶瓷元件包括多个功能陶瓷层，至少一个功能陶瓷层具有电极，按照如下方法在功能陶瓷层上形成电极：按照设定图案的镜像图形将导体浆料印刷到有机膜层上，以形成组合件；将导体浆料进行干燥；将干燥后的组合件压合到陶瓷基材或者陶瓷坯体上，其中，导体浆料与陶瓷基材或者陶瓷坯体结合在一起；对压合后的组合件进行烧结，以使导体浆料形成电极并且烧掉有机膜层。该方法能够有效地阻止在被压合到陶瓷基材或者陶瓷坯体后导体浆料渗入孔隙中，防止了短路的发生。

Description

功能陶瓷元件及在功能陶瓷层上形成电极的方法
技术领域
本发明涉及功能陶瓷技术领域，更具体地，涉及一种功能陶瓷元件及在功能陶瓷层上形成电极的方法。
背景技术
功能陶瓷特别是多层压电陶瓷元件、多层电容元件、多层电感元件等，需要在每层陶瓷层的两侧印刷电极，从而向陶瓷层提供电信号。功能陶瓷一般是由N层陶瓷，和N+1层电极组成，其中N≥1。
然而，由于结构设计需要，有的陶瓷层或者陶瓷生胚层较薄，例如厚度为微米级；或者由于材料自身原因，例如陶瓷基材或者陶瓷生胚的孔隙较多，在使用丝网印刷技术印刷电极时，会发生金属导体浆料渗透的现象，这使得陶瓷层两边的电极导通，进而使该陶瓷元件失效。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种在功能陶瓷层上形成电极的方法的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种功能陶瓷元件。该功能陶瓷元件包括多个功能陶瓷层，至少一个所述功能陶瓷层具有电极，按照如下方法在所述功能陶瓷层上形成电极：
按照设定图案的镜像图形将导体浆料印刷到有机膜层上，以形成组合件；
将所述导体浆料进行干燥；
将干燥后的所述组合件压合到陶瓷基材或者陶瓷坯体上，其中，所述导体浆料与所述陶瓷基材或者所述陶瓷坯体结合在一起；
对压合后的所述组合件进行烧结，以使所述导体浆料形成电极并且烧掉所述有机膜层。
可选地，所述组合件的烧结在所述陶瓷坯体的排胶或者所述陶瓷坯体的烧结过程中进行。
可选地，所述有机膜层呈多孔的网状结构。
可选地，还包括离型膜，所述有机膜层被置于所述离型膜上，在所述组合件压合后，所述离型膜被剥离。
可选地，所述有机膜层的材质选自聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乳酸和聚乙烯醇缩丁醛中的任意一种。
可选地，所述按照设定图案的镜像图形将导体浆料印刷到有机膜层上，以形成组合件，包括：按照设定图案的镜像图形制备网版；将网版置于所述有机膜层上；将所述导体浆料透过所述网版印刷到所述有机膜层上。
可选地，所述电极的厚度为1-10μm。
可选地，所述导体浆料中的金属粉料选自金、银、铜、镍和钯中的至少一种。
根据本发明的第二方面，提供了一种在功能陶瓷层上形成电极的方法。该方法包括：
按照设定图案的镜像图形将导体浆料印刷到有机膜层上，以形成组合件；
将所述导体浆料进行干燥；
将干燥后的所述组合件压合到陶瓷基材或者陶瓷坯体上，其中，所述导体浆料与所述陶瓷基材或者所述陶瓷坯体结合在一起；
对压合后的所述组合件进行烧结，以使所述导体浆料形成电极并且烧掉所述有机膜层。
根据本发明的第三个方面，提供了一种在功能陶瓷层上形成电极的方法。该方法包括：按照设定图案的镜像图形将导体浆料印刷到离型膜上，以形成组合件；将所述导体浆料进行干燥；将干燥后的所述组合件压合到陶瓷基材或者陶瓷坯体上，其中，所述导体浆料与所述陶瓷基材或者所述陶瓷坯体结合在一起；将所述离型膜剥离；对压合后的所述导体浆料进行烧结，以形成电极。
根据本公开的一个实施例，由于在转印之前即形成了设定图案的导体浆料，并通过干燥降低了导体浆料的流动性，故能够有效地阻止在被压合到陶瓷基材或者陶瓷坯体后导体浆料渗入孔隙中，从而有效避免了功能陶瓷层的两个电极被导通，防止了短路的发生。
此外，该方法提高了功能陶瓷层的成品率。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明的一个实施例形成电极的方法的流程图。
图2是根据本发明的另一个实施例形成电极的方法的流程图。
图3是根据本发明的一个实施例设置导体浆料时的示意图。
图4是根据本发明的一个实施例的功能陶瓷的结构示意图。
附图标记说明：
10：电极；11：外电极；12：陶瓷基材；13：电路；14：有机膜层或者离型膜；15：陶瓷坯体；16：导体浆料；17：内电极。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
根据本发明的一个实施例，提供了一种功能陶瓷元件。例如，功能陶瓷元件为多层压电陶瓷元件、多层电容元件或者多层电感元件等。该功能陶瓷元件包括多个功能陶瓷层，至少一个功能陶瓷层具有电极，按照如下方法在功能陶瓷层上形成电极：如图1、3和4所示，该方法包括：
S1、按照设定图案的镜像图形将导体浆料16印刷到有机膜层14上，以形成组合件。组合件包括导体浆料16和有机膜层14。在该方法中采用转印的方法将导体浆料16转印到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上。因此在制作图案时，要按照设定图案的镜像图形在有机膜层14上制作导体浆料16。这样，在转印到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上时会得到设定的图案的形状。有机膜层为导体浆料的转印提供了载体。本领域技术人员可以根据实际需要对图案进行设计。
导体浆料16包括有机溶剂和金属粉体，二者混合在一起，以形成浆料。例如，金属粉体选自金、银、铜、镍和钯中的至少一种或者上述材料的合金。上述粉体的导电性能良好，并且不易被氧化。导体浆料16在烧结过程中，粉体颗粒相互连通，最终形成电极10。有机溶剂在烧结过程中会挥发掉。
陶瓷基材12是指经过排胶和烧结处理后的形成的功能陶瓷材料。陶瓷坯体15是指已经成型但未经过排胶和烧结的坯体材料。陶瓷坯体15经烧结后形成陶瓷基材12。上述两种材料均存在孔隙。
S2、将导体浆料16进行干燥。由于采用印刷的方法将导体浆料16附着在有机膜层14上，故导体浆料16的湿度通常较大。湿度是指导体浆料16中含有的有机溶剂的量。该湿度的导体浆料16被转印到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上时，导体浆料16的流动性大，图案不容易保持固定形貌。
此外，湿度大使得导体浆料16容易渗入孔隙中，在成型后导致陶瓷基材12或者陶瓷坯体15的短路。
通过干燥的方式将导体浆料16中的湿度降低，使其流动性减小，并且保持粘性，以便于结合到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上。
本领域技术人员可以根据实际需要选择干燥的方法。例如，高温干燥、采用干燥气体干燥等。
需要说明的是，导体浆料的湿度也不能过小，否则导体浆料与陶瓷基材或者陶瓷坯体的结合力小。导体浆料的湿度过大还会影响印刷的精度。
S3、将干燥后的组合件压合到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上，其中，导体浆料16与陶瓷基材12或者陶瓷坯体15结合在一起。在该步骤中，导体浆料16和有机膜层14的组合件被转印到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上。
S4、对压合后的组合件进行烧结，以使导体浆料16形成电极10并且烧掉有机膜层14。在导体浆料16的烧结过程中，有机溶剂挥发掉，并且金属粉体连接在一起，以形成导通。
在一个例子中，导体浆料16的烧结在陶瓷坯体15的排胶或者陶瓷坯体15的烧结过程中进行。这样不用单独对再导体浆料16进行烧结，节省了加工工序。
当然，当导体浆料16被印刷到陶瓷基材12上时，需要单独对导体浆料16进行烧结。
本领域技术人员可以根据实际需要设置烧结的温度，只要能形成电极10，并使电极10与陶瓷基材12或者陶瓷坯体15结合，排除有机物以及使金属颗粒之间相互连接、导体即可。
在一个例子中，形成的电极10的厚度为0.1-10μm。该厚度的电极10导通效果良好，并且顺应了电子设备轻薄化的发展趋势。
由于有机膜层14和导体浆料16之间形成较大的粘结力，故如果在压合后剥离有机膜层14，容易造成导体浆料16的变形，降低功能陶瓷层的成品率。因此，选择在烧结过程中去除有机膜层。在烧结过程中，有机膜层14能够迅速被烧掉，并保持导体浆料16的图案完整。
在本发明实施例中，首先，将导体浆料16印刷到有机膜层14上；然后，将导体浆料16进行干燥，以降低湿度；接下来，将干燥后的导体浆料16压合到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上；最后，通过烧结使导体浆料16形成电极10，同时烧掉有机膜层14。
由于在转印之前即形成了设定图案的导体浆料16，并通过干燥降低了导体浆料16的湿度，故能够有效地阻止在被压合到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上后，导体浆料16渗入孔隙中，从而有效避免了功能陶瓷层的两个电极被导通，防止了短路的发生。
此外，该方法提高了功能陶瓷层的成品率。
在一个例子中，有机膜层14呈多孔的网状结构。在印刷导体浆料16时，导体浆料16能渗入网孔中。网状结构提高了导体料浆与有机膜层14的结合力，使得导体浆料的图案的稳定性提高。
此外，当导体浆料16用于制作位于多层陶瓷基材12之间的内电极17时，导体料浆可以穿过网孔，并与陶瓷基材12或者陶瓷坯体15相接触。这样能够提高电极10与陶瓷基材12或者陶瓷坯体15的结合力。
在一个例子中，还包括离型膜。有机膜层14被置于离型膜上。导体浆料16被印刷在有机膜层14一侧。在组合件压合后，离型膜被剥离。
在该例子中，置于一起的有机膜层14和离型膜具有较高的结构强度，这样，能有效防止在转印到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上时，导体浆料16的图案因有机膜层14的褶皱而变形，进一步提高了成品率。离型膜的表面涂覆有脱模剂，例如硅油，能够迅速被剥离。
在一个例子中，有机膜层14的材质选自聚乙烯醇(PVA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乳酸和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的任意一种。这两种材料能够被做成更薄的膜层，这样能够在烧结过程中被迅速地烧掉，从而使导体浆料16更快地与陶瓷基材12或者陶瓷坯体15结合在一起。
当然，有机膜层14的材质不限于上述两种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
在一个例子中，按照设定图案的镜像图形将导体浆料16印刷到有机膜层14上，以形成组合件，包括：
S01、制作网版材料。该步骤包括：选择设定目数、倾斜角度的纱网；
在纱网上涂覆乳胶，乳胶成型后形成膜层，即网版材料。膜层的厚度决定了印刷层(例如，导体浆料)的厚度。通过控制乳胶的涂覆量，可以控制膜层的厚度。
S02、按照设定图案的镜像图形制备网版。具体地，按照设定图案的镜像图形刻蚀乳胶膜层，以形成镂空区。
S03、将网版置于在有机膜层14上。在设置时，镂空区与有机膜层14的设定位置相对应。
S04、将印刷料(例如，导体浆料16)透过网版印刷到有机膜层14上。将印刷料涂覆到镂空区。例如，通过刮刀涂覆印刷料，以使形成的印刷层的厚度一致。
镂空区被印刷料所填充，从而形成了设定的图案。印刷料固化后形成了具有设定图案的印刷层。例如，印刷层为导体浆料16。
S05、移除网版。
该方法形成的电极10的厚度较薄，并且厚度可控。例如，形成的外电极11的厚度可达5-10μm。形成内电极17的厚度可达1-3μm。该厚度既能保证良好的导通效果，又顺应了电子设备轻薄化的发展趋势。
在一个例子中，如图4所示，该元件包括多个功能陶瓷层。功能陶瓷层包括陶瓷基材12和附着在陶瓷基材12的上、下两侧的电极10。在该例子中，根据本发明的方法在陶瓷基材12上形成电极10。电极10为位于各个陶瓷基材12之间的内电极17和/或位于表层的陶瓷基材12的外侧的外电极11。电极10中的一部分作为正极，另一部分作为负极，并且分别与外部的电路13的正、负极导通。
根据本发明的又一个实施例，提供了一种在功能陶瓷层上形成电极10的方法。如图1和3所示，该方法包括：
按照设定图案的镜像图形将导体浆料印刷到有机膜层上，以形成组合件；
将所述导体浆料进行干燥；
将干燥后的所述组合件压合到陶瓷基材或者陶瓷坯体上，其中，所述导体浆料与所述陶瓷基材或者所述陶瓷坯体结合在一起；
对压合后的所述组合件进行烧结，以使所述导体浆料形成电极并且烧掉所述有机膜层。
在该例子中，由于在转印之前即形成了设定图案的导体浆料，并通过干燥降低了导体浆料的流动性，故能够有效地阻止在被压合到陶瓷基材或者陶瓷坯体后导体浆料渗入孔隙中，从而有效避免了功能陶瓷层的两个电极被导通，防止了短路的发生。
此外，该方法提高了功能陶瓷层的成品率。
根据本发明的又一个实施例，提供了一种在功能陶瓷层上形成电极10的方法。如图2和3所示，该方法包括：
SS1、按照设定图案的镜像图形将导体浆料16印刷到离型膜14上，以形成组合件。
组合件包括导体浆料16和离型膜14。在该方法中采用转印的方法将导体浆料16转印到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上。因此在制作图案时，要按照设定图案的镜像图形在离型膜上制作导体浆料16。这样，在转印到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上时会得到设定的图案的形状。离型膜为导体浆料的转印提供了载体。本领域技术人员可以根据实际需要对图案进行设计。
例如，在离型膜14的与导体浆料16设置的表面涂覆有脱模剂，例如硅油。这使得离型膜14与导体浆料16之间的粘接力减小。当被转印到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15的表面上时，可以通过剥离的方式将离型膜14剥离掉。这样，不需要在烧结过程中再烧掉离型膜14，从而降低了对烧结过程的影响。
SS2、将导体浆料16进行干燥。由于采用印刷的方法将导体浆料16附着在离型膜14上，故导体浆料16的湿度通常较大。该湿度的导体浆料16被转印到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上时，导体浆料16的流动性大，图案不容易保持固定形貌。
此外，湿度大使得导体浆料16容易渗入孔隙中，在成型后导致陶瓷基材12或者陶瓷坯体15的短路。
通过干燥的方式将导体浆料16中的湿度降低，使其流动性减小，并且保持粘性，以便于结合到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上。
本领域技术人员可以根据实际需要选择干燥的方法。例如，高温干燥、采用干燥气体干燥等。
需要说明的是，导体浆料的湿度也不能过小，否则导体浆料与陶瓷基材或者陶瓷坯体的结合力小。导体浆料的湿度过大还会影响印刷的精度。
SS3、将干燥后的组合件压合到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上，其中，导体浆料16与陶瓷基材12或者陶瓷坯体15结合在一起。在该步骤中，导体浆料16和离型膜14的组合件被转印到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上。
SS4、将离型膜14剥离。
SS5、对压合后的导体浆料16进行烧结，以形成电极10。
在导体浆料16的烧结过程中，有机溶剂挥发掉，并且金属粉体连接在一起，以形成导通。
在一个例子中，导体浆料16的烧结在陶瓷坯体15的排胶或者陶瓷坯体15的烧结过程中进行。这样不用单独对再导体浆料16进行烧结，节省了加工工序。
当然，当导体浆料16被印刷到陶瓷基材12上时，需要单独对导体浆料16进行烧结。
本领域技术人员可以根据实际需要设置烧结的温度，只要能形成电极10，并使电极10与陶瓷基材12或者陶瓷坯体15结合，排除有机物以及使金属颗粒连接、导通即可。
在本发明实施例中，首先，将导体浆料16印刷到离型膜14上；然后，将导体浆料16进行干燥，以降低湿度；接下来，将干燥后的导体浆料16压合到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上，并剥离离型膜14；最后，通过烧结使导体浆料16形成电极10。
由于在转印之前即形成了设定图案的导体浆料16，并通过干燥降低了导体浆料16的湿度，故能够有效地阻止在被压合到陶瓷基材12或者陶瓷坯体15上后，导体浆料16渗入孔隙中，从而有效避免了功能陶瓷层的两个电极被导通，防止了短路的发生。
此外，相对于有机膜层14，离型膜14更容易与导体浆料16分离，并且不会影响导体浆料16的烧结。
此外，该方法提高了功能陶瓷层的成品率。
在一个例子中，离型膜14呈多孔的网状结构。在印刷导体浆料16时，导体浆料16能渗入网孔中。网状结构提高了导体料浆与离型膜14的结合力，使得导体浆料的图案的稳定性提高。
此外，网状结构能够使导体料浆形成粗糙的表面。粗糙表面有利于与其他坯层的结合。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种功能陶瓷元件，其特征在于，包括多个功能陶瓷层，至少一个所述功能陶瓷层具有电极，按照如下方法在所述功能陶瓷层上形成电极：
按照设定图案的镜像图形将导体浆料印刷到有机膜层上，以形成组合件；
将所述导体浆料进行干燥；
将干燥后的所述组合件压合到陶瓷基材或者陶瓷坯体上，其中，所述导体浆料与所述陶瓷基材或者所述陶瓷坯体结合在一起；
对压合后的所述组合件进行烧结，以使所述导体浆料形成电极并且烧掉所述有机膜层。
2.根据权利要求1所述的功能陶瓷元件，其特征在于，所述组合件的烧结在所述陶瓷坯体的排胶或者所述陶瓷坯体的烧结过程中进行。
3.根据权利要求1所述的功能陶瓷元件，其特征在于，所述有机膜层呈多孔的网状结构。
4.根据权利要求1所述的功能陶瓷元件，其特征在于，还包括离型膜，所述有机膜层被置于所述离型膜上，在所述组合件压合后，所述离型膜被剥离。
5.根据权利要求1所述的功能陶瓷元件，其特征在于，所述有机膜层的材质选自聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乳酸和聚乙烯醇缩丁醛中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的功能陶瓷元件，其特征在于，所述按照设定图案的镜像图形将导体浆料印刷到有机膜层上，以形成组合件，包括：
按照设定图案的镜像图形制备网版；
将网版置于所述有机膜层上；
将所述导体浆料透过所述网版印刷到所述有机膜层上。
7.根据权利要求1所述的功能陶瓷元件，其特征在于，所述电极的厚度为0.1-10μm。
8.根据权利要求1-7中的任意一项所述的功能陶瓷元件，其特征在于，所述导体浆料中的金属粉料选自金、银、铜、镍和钯中的至少一种或者上述材料的合金。
9.一种在功能陶瓷层上形成电极的方法，其特征在于，包括：
按照设定图案的镜像图形将导体浆料印刷到有机膜层上，以形成组合件；
将所述导体浆料进行干燥；
将干燥后的所述组合件压合到陶瓷基材或者陶瓷坯体上，其中，所述导体浆料与所述陶瓷基材或者所述陶瓷坯体结合在一起；
对压合后的所述组合件进行烧结，以使所述导体浆料形成电极并且烧掉所述有机膜层。
10.一种在功能陶瓷层上形成电极的方法，其特征在于，包括：
按照设定图案的镜像图形将导体浆料印刷到离型膜上，以形成组合件；
将所述导体浆料进行干燥；
将干燥后的所述组合件压合到陶瓷基材或者陶瓷坯体上，其中，所述导体浆料与所述陶瓷基材或者所述陶瓷坯体结合在一起；
将所述离型膜剥离；
对压合后的所述导体浆料进行烧结，以形成电极。
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