CN1283858A - 多层感应元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种多层感应元件,它的基体是由属于尖晶石铁氧体的组成物组成的,在基体的内部装有主要成分是银的内部导体。内部导体被拉出基片的外部,在该拉出部装设外部电极。内部导体包含锰和铋,在内部导体和基片间界面的锰和铋含量多于其它区域。将0.02—0.1重量%MnO2和0.5—1.2重量%Bi2O3添加到用于内部导体的主要成分是银的膏体中;将所述膏体与尖晶石铁氧体烧固到一起。
Description
本发明涉及多层感应元件及其制造方法，其中的多层感应元件在它的基体内部具有主要成分为银的内部导体，基体是由属于尖晶石铁氧体的组成物构成的，以衰减噪音成分。
在电子设备中，元件安装密度一向过密，导致了元件间相互干涉或有关噪音辐射的问题。很多噪音控制方法是使用信号的高谐波，注意控制高谐波。作为噪音控制方法，有采用铁氧体磁性材料被称作垫珠的多层感应元件，用金属板屏蔽回路区域以防止对其它回路区产生不好的影响，或由LC共振回路防止噪音传播到下一段。
在上述方法中，根据滤波器，噪音没有被控制，而是被反射到前段，给回路带来诸如共振等不希望的坏影响，由于吸收噪音型的多层感应元件不会产生上述问题，因此它被广泛地用来对付噪音。
这种多层感应元件由在900℃左右能烧结的陶瓷磁生材料和由银及其合金组成的内部导体组合烧固而成，以便在陶瓷烧结体内部形成线圈状导体，通过将内部导体成形为线圈状，可使阻抗变大，能有效地避免材料损失，结果，能使元件的形状小型化。
用于此目的的铁氧体被称作尖晶石铁氧体，它几乎由NiCuZnFe2O4基料组成物组成，这种铁氧体对应力敏感，表面导磁率μ受应力影响，并被显著降低。
多层感应元件由形成内部导体的银粉和形成基体的铁氧体粉烧固并结合在一起。由于银粉的线膨胀系数大于铁氧体陶瓷的线膨胀系数，因而，因烧固在一起在银和铁氧体的界面上产生应力，铁氧体的表面μ显著地降低。界面间易碎，当进行钎焊等热处理时，界面应力释放，以至于产生了每经过一次热处理表面导磁率μ就改变、特性不稳定的问题。
为了解决上述问题，如图7所示，在JP-A-4-65807中，在银制内部导体2和铁氧体制基体1之间形成一空隙3，由此缓和作用在银内部导体2和基体3之间的应力，以提高导磁率μ。附图标记4表示连接至内部导体两端的外部电极。
然而，由于多层感应元件基于钎焊安装的前提，因此必须对外部电极4进行电镀，电镀液进入内部导体和基体之间的空隙3。电镀液对铁氧体有腐蚀作用，对铁氧体基体产生不好的影响。
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种性能稳定的多层感应元件及其制造方法，其中尖晶石铁氧体用作基体，银或其合金用作内部导体，以缓和内部导体和基体之间的应力。
本发明第一方面的多层感应元件在由属于尖晶石铁氧体的组成物组成的基体内部设置主要成分是银的导体，所述的内部导体被拉出基体之外；设置在所述内部导体拉出部的外部电极，其特征在于：内部导体包含锰和铋，在内部导体和基片间界面的锰和铋含量多于其它区域。
在本发明中，将锰和铋加入内部导体和作为基体的尖晶石铁氧体之间，以缓和应力。这个事实将在以下说明。锰元素如在MnZn铁氧体中所公知的那样大体被包括在铁氧体晶格中。与用于本发明的NiCuZu铁氧体相比，MnZn铁氧体受应力影响较小。然而，MnZn铁氧体的烧结温度高于作为内部导体用于本发明的银的熔点，仅因添加锰产生烧结不部分进行的地方。
另一方面，已经知道铋能降低烧结铁氧体的温度。在本发明中，可以制造出这样的感应元件，在这种情况中，即仅仅添加锰，则烧结不能进行，但添加铋，则可以低温烧结，从而能用银作为内部导体。因而，提高感应元件的致密度，以减轻界面应力。
本发明的第二方面的制造多层感应元件方法，其特征在于：将0.02-0.1重量％的MnO2和0.5-1.2重量％的Bi2O2添加到用于内部导体的主要成分是银的膏体中，将所述膏体与尖晶石铁氧体烧固到一起。
在本发明的制造方法中，如果MnO2的添加量小于0.02重量％，电镀前的阻抗降低，结果，电镀前后的阻抗变化率大，钎焊耐热试验的变化率也大。另一方面，如果高于0.1重量％，获得的阻抗也显著降低。MnO2的最佳添加量是0.5重量％至0.07重量％。
另一方面，如果Bi2O3的添加量小于0.5重量％，电镀前的阻抗降低，且电镀前后的阻抗变化率大，钎焊耐热试验的变化率也大。如Bi2O3的添加量高于1.2重量％，获得的阻抗也显著降低。Bi2O3的最佳添加量是0.8重量％至1.0重量％。
图1A是表示根据本发明的多层感应元件一个实施例的透视图，B是其部分断面图；
图2表示在内部导体和基体间的界面由EPMA测定的元素分布结果的图；
图3表示当将表1所示的银用于内部导体时在多层感应元件中MnO2、Bi2O3添加量和阻抗之间的关系；
图4表示当将表1所示的银用于内部导体时在多层感应元件中MnO2、Bi2O3添加量、阻抗变化和因电镀引起的整个阳抗变化之间的关系；
图5表示当将表2所示的银钯合金用于内部导体时在多层感应元件中MnO2、Bi2O3添加量和阻抗之间的关系；
图6表示当将表2所示的银钯合金用于内部导体时在多层感应元件中MnO2、Bi2O3添加量和阻抗变化和因电镀引起的整个阻抗变化之间的关系；
图7是表示现有技术的多层感应元件一个实例的断面图。
图1A是表示根据本发明的多层感应元件的一个实施例的透视图，图1B是其部分断面图。在层合的铁氧体感应元件中，以银为主要成分的内部导体2装在由尖晶石铁氧体组成的基体1的内部层状结构中，所述的内部导体被拉至基体1的外面，在该拉出部分装设有外部电极4。内部导体不总是成形为线圈状，而可以为直线或曲线。另外，多外内部导体可在相同或不同层上组成排列。
在本发明的多层感应元件中，加入内部导体的MnO2和Bi2O3的添加量被作各种变化，以研究添加量、电镀前后和钎焊试验前后阻抗的变化。对于供试验用的多层感应元件，尖晶石铁氧体按以下方法准备。首先，按预定的组成比将NiO，CuO，Zno称重，用球磨机在水中进行6小时的粉碎，干燥后通过一20目的筛，然后在780℃下进行2小时的热处理。所得的试件再粉碎16小时，干燥后通过20目筛，制成陶瓷粉末。用萤光X射线检查粉末中的不纯物，没有探测出铋，锰约为0.002重量％。
所得泥浆用刮浆刀浇注在型模的脱模膜上，以获行40μm的未烧结层。该未烧结层在预定位置形成通孔，随后，用丝网印刷同时形成线圈图案和将导体膏状料充填至通孔中。
将视密度为4g/cm3、比表面积为0.5m2/g的银粉、预定量的MnO2和Bi2O3、预先溶解在有机溶剂中的乙基纤维素基粘合剂分别称重，用三个滚筒将它们混合成内部导体的膏状料。
代替银膏，具有与银膏相同粉末特性的银钯合金也被制成与银膏一样的膏体。靠有机溶剂的粘度将膏体的粘度调整至约100cps。调节印刷压力，使印刷层的厚度为15μm。
将多个未烧结层叠合，用约1ton/cm2的压力压合，切成一个个单元。切开的单元在200℃下焙烧2小时，形成一体。各单元有11层，每层间隙约为34μm，内部导体的厚度约为10μm。
在这个阶段，将10个烧结后试件埋入树脂中，固化后研磨，在研磨阶段用显微镜观察，以检查在内部导体2和基体1间的界面剥离。本发明没有设置在JP-A-65807所示的界面间隙，在所有的试样中没有观察到层间剥离。
在切成小片后，对每个小片进行滚磨，涂布和烧结外部电极4，然后进行电镀，测量电镀前后的阻抗。在260℃将试件浸入钎料层100秒，以测量阻抗的改变。
图2表示当添加0.05重量％MnO2和0.8重量％Bi2O3在内部导体2和基体1间的界面由EPMA测定的元素分布结果。从图2中可看出，锰和铋集中在界面，由于几乎探测不出硫，含硫的电镀液几乎不浸入内部导体和基体间的空隙。
表1表示当银用作内部导体2时不同的MnO2和Bi2O3添加量在电镀前后和钎焊试验后的阳抗值。表2表示当银钯合金代替银时不同的MnO2和Bi2O3添加量在电镀前后和钎焊试验后的阻抗值。对于每个添加量每个阻抗值是10片内部导体的平均值。
表1：在银制内部导体中MnO2和Bi2O3的添加量和阻抗之间的关系。
| MnO2(重量％) | 0 | 0.02 | 0.05 | 0.1 | 0.12 | 0.01 | 0.02 | 0.05 | 0.07 |
| Bi2O3(重量％) | 0 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 电镀前(Ω) | 355 | 489 | 488 | 476 | 490 | 398 | 602 | 605 | 610 |
| 电镀后(Ω) | 505 | 510 | 515 | 501 | 520 | 530 | 611 | 607 | 612 |
| 钎焊试验后(Ω) | 574 | 582 | 594 | 561 | 620 | 592 | 622 | 620 | 631 |
| MnO2(重量％) | 0.10 | 0.12 | 0.01 | 0.02 | 0.05 | 0.07 | 0.10 | 0.12 | 0.01 |
| Bi2O3(重量％) | 0.5 | 0.5 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 1.0 |
| 电镀前(Ω) | 601 | 485 | 490 | 590 | 622 | 635 | 630 | 480 | 500 |
| 电镀后(Ω) | 611 | 613 | 510 | 611 | 623 | 635 | 635 | 617 | 578 |
| 钎焊试验后(Ω) | 622 | 626 | 594 | 621 | 625 | 634 | 642 | 648 | 603 |
| MnO2(重量％) | 0.02 | 0.05 | 0.07 | 0.10 | 0.12 | 0.01 | 0.05 | 0.10 | 0.12 |
| Bi2O3(重量％) | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
| 电镀前(Ω) | 590 | 615 | 610 | 603 | 480 | 505 | 580 | 690 | 477 |
| 电镀后(Ω) | 611 | 616 | 610 | 620 | 597 | 579 | 597 | 613 | |
| 钎焊试验后(Ω) | 622 | 618 | 611 | 625 | 631 | 615 | 602 | 615 | 635 |
| MnO2(重量％) | 0.02 | 0.05 | 0.12 | ||||||
| Bi2O3(重量％) | 1.5 | 1.6 | 1.5 | ||||||
| 电镀前(Ω) | 434 | 510 | 310 | ||||||
| 电镀后(Ω) | 548 | 601 | 423 | ||||||
| 钎焊试验后(Ω) | 611 | 625 | 441 |
表2：在银钯合金制内部导体中MnO2和Bi2O3的添加量和阻抗之间的关系。
| MnO2(重量％) | 0 | 0.02 | 0.05 | 0.1 | 0.12 | 0.01 | 0.02 | 0.05 | 0.07 |
| Bi2O3(重量％) | 0 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 电镀前(Ω) | 333 | 411 | 490 | 475 | 504 | 418 | 600 | 602 | 605 |
| 电镀后(Ω) | 514 | 498 | 519 | 513 | 552 | 520 | 609 | 608 | 612 |
| 钎焊试验后(Ω) | 598 | 567 | 577 | 555 | 611 | 594 | 620 | 622 | 630 |
| MnO2(重量％) | 0.10 | 0.12 | 0.01 | 0.02 | 0.05 | 0.07 | 0.10 | 0.12 | 0.01 |
| Bi2O3(重量％) | 0.5 | 0.5 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 1.0 |
| 电镀前(Ω) | 602 | 454 | 471 | 590 | 620 | 618 | 606 | 467 | 489 |
| 电镀后(Ω) | 610 | 604 | 513 | 507 | 623 | 620 | 612 | 607 | 580 |
| 钎焊试验后(Ω) | 618 | 626 | 591 | 620 | 623 | 620 | 631 | 630 | 599 |
| MnO2(重量％) | 0.02 | 0.05 | 0.07 | 0.10 | 0.12 | 0.01 | 0.05 | 0.10 | 0.12 |
| Bi2O3(重量％) | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
| 电镀前(Ω) | 594 | 616 | 618 | 605 | 487 | 500 | 585 | 587 | 455 |
| 电镀后(Ω) | 621 | 616 | 617 | 610 | 597 | 572 | 599 | 612 | 600 |
| 钎焊试验后(Ω) | 628 | 617 | 617 | 622 | 630 | 610 | 607 | 617 | 632 |
| MnO2(重量％) | 0.02 | 0.05 | 0.12 | ||||||
| Bi2O3(重量％) | 1.5 | 1.5 | 1.5 | ||||||
| 电镀前(Ω) | 422 | 510 | 380 | ||||||
| 电镀后(Ω) | 533 | 600 | 493 | ||||||
| 钎焊试验后(Ω) | 610 | 621 | 516 |
图3表示当将表1所示的银用于内部导体时在多层感应元件中MnO2、Bi2O3添加量和阻抗之间的关系。图4表示当将表1所示的银用于内部导体时在多层感应元件中MnO2、Bi2O3添加量、阻抗变化和因电镀引起的整个阻抗变化之间的关系。
如图3所示，添加0.02-0.1重量％MnO2和0.5-1.2重量％Bi2O3，同时烧固膏体和尖晶石铁氧体，能得到约580Ω或更大的阻抗。在这个范围，可以将电镀或钎焊后阻抗的变化量控制在50Ω以下。
图5表示当将表2所示的银钯合金用于内部导体时在多层感应元件中MnO2、Bi2O3添加量和阻抗之间的关系。图6表示当将表2所示的银钯合金用于内部导体时在多层感应元件中MnO2、Bi2O3添加量和阻抗变化和因电镀引起的整个阻抗变化之间的关系。
如图5和6所示，在银钯合金用于内部导体2的情况下，添加0.02-0.1重量％MnO2和0.5-1.2重量％Bi2O3，同时烧固膏体和尖晶石铁氧体，能得到约580Ω或更大的阻抗。在这个范围，可以将电镀或钎焊后阻抗的变化量控制在50Ω以下。
当估价阻抗值时，作用在内部导体2和基体1(铁氧体)界面的应力影响电镀前的阳抗值。如果界面上的应力缓和，阻抗值就大。
当界面上的应力缓和时，阻抗值就大。如果电镀液沿内部导体2和基体1的界面浸入间隙，界面就会被腐蚀，界面应力缓和得到发展。然而，在这种情况下，电镀液残留在界面上，这是考虑长期可靠性所不希望的。而且，如果界面不稳定，当叠层片被浸入钎焊室时，应力变得缓和。如果缓和的程度太大，在长期可靠性方面是不希望的。如果在烧固后应力马上缓和，即使经过电镀处理或浸入钎焊室，阻抗值可能不改变，这是所希望的。实际上，在实施例中，在电镀前的阳抗值高，经电镀处理或浸入钎焊室后几乎不改变。从这些实例中得出：如果铋和锰存在于内部导体和基体间的界面处，此处应力就缓和，就能得到具有长期稳定特性且不受电镀液浸入影响的多层感应元件。
根据本发明，在由主成分是尖晶石铁氧体和银的内部导体组成的多层感应元件中，在内部导体和基体间的界面形成锰和铋含量多的部分，由此使作用在界面上的应力缓和，就可得到良好特性的感应元件，于是就可获得性能长期稳定，且不受电镀液浸入影响的多层感应元件，从而防止了因电镀液的浸入而使性能劣化。
Claims (2)
1、一种多层感应元件，其包括：由属于尖晶石铁氧体的组成物组成的基体；位于基片内部主要成分是银的内部导体，所述的内部导体被拉出基体之外；设置在所述内部导体拉出部的外部电极；其中的内部导体包含锰和铋，在内部导体和基片间界面的锰和铋含量多于其它区域。
2、一种制造多层感应元件的方法，包括以下步骤：将0.02-0.1重量％MnO2和0.5-1.2重量％Bi2O3添加到用于内部导体的主要成分是银的膏体中；将所述膏体与尖晶石铁氧体烧固到一起。
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