CN1324080A - 层叠式电子组件 - Google Patents

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Abstract

一种层叠式电子组件包含由整体烧结多层磁性层而成的复合材料,内部导体形成于所述复合材料中。内部导体与磁性层构成多个电感元件,或电感元件和电容元件。磁性层组成的主要成分包括:Fe2O345－50克分子百分数,ZnO0－33克分子百分数和CuO6－20克分子分子数,剩余部分是NiO和Mn化合物,其中组分中的MnO含有0.01－2.0重量百分数的Mn化合物。

Description

层叠式电子组件
本发明涉及层叠式电子组件，特别是涉及包含由整体烧结多层磁性层而成的复合材料的层叠式电子组件，其中在复合材料内部构成多个电感元件，或电感元件和电容元件。
各种铁氧体材料一直来用作各种磁芯材料，或由于其优良的电子照相特性而用作诸如单片电感器那样的构成层叠式电子组件的材料。
特别在诸如单片电感器那样的层叠式电子组件中用银或主要由银构成的材料用作内部导体的材料时，因此在层叠电子组件中构成复合材料的磁性层必须与内部导体导体中所含的银可被同时烧结。因此，通常使用可在低于银的熔点温度(960℃)下烧结的Ni-Cu-Zn基的铁氧体材料作为构成磁性层的铁氧体材料。
在通过同时烧结由Ni-Cu-Zn基铁氧体材料构成的多层层叠磁性层和含银内部导体而得到的诸如单片电感器那样的层叠电子组件中，内部导体由磁性层所覆盖，故不产生漏磁通并抑制串扰。因此具有高密度包装和耐用性的优点而被用于各个领域。
近年来随着各种电子器件的尺寸和重量的缩减、以及更高性能和多功能性的需要，迫切要求这些电子设备中所用的电子元件缩减尺寸和重量并有更高的性能，还要求高的可靠性以保证性能。
就可靠性而言，重要的是各种电子设备在各种高温和高湿度环境下使用中保持各种特性。
但是，当在具有结构发生潜在差异的层叠电子组件，如由多个电感元件或电感元件和电容元件构成的层叠电子组件中使用传统的铁氧体时，在上述的高温和高湿度的恶劣环境下使用时容易发生内部导体的迁移以及绝缘电阻的下降。
本发明的目的在于提供能解决上述问题的层叠式电子组件。
本发明针对这样的层叠式电子组件，它包括通过整体烧结多层叠磁性层而成的复合材料，内部导体形成于复合材料之内，内部导体与磁性层构成至少一个电子元件，如电感器或电容器，或多个电子元件，如多个电感元件，或电感元件和电容元件。为解决上述的技术问题，简单地说，其特征在于磁性层组成的主要成分的Ni-Cu-Zn铁氧体中Mn化合物的具体含量。
特别是磁性层以具有包括下述成分为主要成分来表征的情况：Fe2O345-50克分子百分数，ZnO0-33克分子百分数，和CuO6-20克分子分子数，其余部分是NiO和Mn化合物，其中组分中的MnO含有0.01-2.0重量百分数的Mn化合物。
本发明特别有利于内部导体含银的情况下使用。
依照本发明的层叠式电子组件可以有各种具体的结构。例如层叠式电子组件中，内部导体用多个内部导体和多个外部端接电极形成，在复合材料的外表面上，每个外部端接电极与多个内部导体的每一个的各端电连接。或者，内部导体内部导体和至少一对相反的电容器电极形成。
如上所述，按照本发明作为磁性层组分中的MnO含有Mn化合物量为0.01-2.0，因此，当用Ag作内部导体时几乎不发生迁移，在能与含Ag的内部导体同时烧结的焙烧温度下获得优级的烧结状态，由此获得在高温和高湿度状态下具有高可靠性的单片电子复合材料。
因而，本发明可适用于用多个电感元件形成的单片电子组件，其中内部导体用多个电感性导体和电连接于每个电感性导体两端的多个外部端接电极形成的单片电子组件，或适用于用电感元件和电容元件形成单片电子组件，如其中内部导体用电感性导体和至少一对相反的电容器电极形成的单片电子组件。
为说明本发明，附图中示出几种较佳的形式，但应该理解本发明不限于所示的精确配置与方法。
从参照附图的本发明下述说明中可明白本发明的其他特征和优点。
图1为一透视图，说明根据本发明的实施例的层叠式电子组件的电感器阵列1的外形。
图2为一平面图，说明图1所示电感器阵列1中复合材料内部结构，并示明沿构成复合材料2的多个磁性层3之间特定界面的截面图。
图3为主立体图，说明根据本发明另一实施例的层叠式电子组件的LC滤波器21的外形。
图4是图3所示LC滤波器21的等效电路图。
图5是图3所示LC滤波器21中的复合材料的截面图。
下面参照附图详细说明本发明的较佳实施例。
图1是说明根据本发明的实施例的层叠式电子组件的电感器阵列1的透视图。电感器阵列1用复合材料2形成。图2是说明图1所示的复合材料2的内部结构的平面图，并示明沿构成复合材料2的多个磁性层3之间的特定界面的截面图。
复合材料2是通过层叠并整体烧结图2所示的多个磁性层3而获得的。
电感器阵列1构成多个电感元件，作为内部导体的电感导体4、5、6和7形成在复合材料2的内部。这些电感导体4-7沿复合材料2内部磁性层3之间的界面大体互相并于地直线延伸。
此外，配备外部端接电极8、9、10、11、12、13、14和15使连接到每个电感导体4-7的两端。
图3是作为根据本发明另一实施例的层叠电子组件的LC滤波器21外形的立体图。如图3所示，LC滤波器21由复合材料22形成。图5是复合材料22的截面图。
如图4所示，LC滤波器21包含一个电感元件23和两个电容元件24和25。
图5所示的复合材料22通过整体烧结多层层叠磁性层26获得。
在复合材料22内形成电感导体27作为内部导体。
电感导体27如图5所示延伸在多个磁性层26上，并且图中示出的导电薄膜和图中未示出的通孔导体互相连接形成整体箔形。电感导体27和相关的磁性层26提供上述的电感元件23。
而且，在复合材料22内至少形成一对电容器电极28、29、30和31作为内部导体。这些电容器电极28-31和相关的磁性层26提供上述的电容元件24和25。
更具体地说，电容器电极28和31与两个电容器电极29和30相对。由电容器电极29与电容器电极28和30的相对形成一个电容器元件24，由电容器电极30与电容器电极28和31的相对形成另一个电容器元件25。
如图3所示，在复合材料22的外表面的两个相对端面上设置外部端接电极32和33。在复合材料22的外表面的相对侧面中一个的至少一部分上设置外部端接电极34。在本实施例中两个外部端接电极34设置在相对的两个侧面上。
上述电感导体27的一端和电容器电极28被电连接至外部端接电极32。而电感导体27的另一端和电容器电极30被电连接至外部端接电极33。两个电容器28和31被电连接到外部端接电极34。
图4是LC滤波器21的等效电路。
各自在电感器阵列1和LC滤波器中分别构成复合材料2和22的磁性层3和26中，可采用下述的复合材料。
磁性层3和26的组合由Fe2O3、CuO和NiO作为主要成分，需要时可包含ZnO。具体地说主要组分包含45-50克分子百分数的Fe2O3,0-33克分子百分数的ZnO(包括0克分子百分数)，6-20克分子百分数的CuO，以及剩余部分的NiO。
Fe2O3含量小于45克分子百分数将导致磁率的下降，而超过50克分子百分数将导致不充分烧结。Fe2O3含量量最好在47.5-49.8克分子百分数范围内。
ZnO含量超过33克分子有分数将导致由居里温度1000℃或更低引起在实际使用温度范围中磁性的下降。ZnO含量最好为0-31.0克分子百分数。
CuO含量小于6克分子百分数将导致不充分烧结，而超过20克分子百分数将使品质因数Q值降低。CuO含量最好是6.0-16.0克分子百分数。
磁性层3和26既由上述主要组分又由Mn化合物的加入来表征。加Mn化合物使构成包含0.01-2.0重量百分数的Mn。当Mn化合物含量在此范围以外时，初始绝缘电阻和经过预定时间以后的绝缘电阻都降低。
上述电感器阵列1和LC滤波器21中，作为内部导体的电感性导体4-7和电容器电极28-31的导电成分最好由银元素或以银的主要构成成分来构成。
当电感性导体4-7和电容器电极28-31中使用银时，制备复合材料2和22的烧结步骤中的温度一般设置为850℃至950℃以完成同时烧结。因而，磁性层3和26必须具有在这种烧结温度下能充分烧结的组成，以获得所需要的磁特性并保持可靠性。
通过如上所述地选择磁性层3和26的组成可在850-950℃的烧结温度下实现满意的烧结，电感性导体4-7和电容器电极28-31中所含的Ag几乎不发生迁移。
因而，图1和2所示电感器阵列1中多个电感性导体4-7之间的绝缘电阻，电感性导体27和电容器电极28-31之间、每个电容器电极28-31之间的绝缘电阻可保持在高的级别上，使电感器阵列1和LC滤波器21的可靠性提高。
本发明不仅适用于附图所示的如电感器阵列1和LC滤波器21那样的单片电子组件，而且还适用具有任意结构且用整体烧结多个层叠的磁性层制备的复合材料的单片电子组件，其中内部导体形成在复合材料中，内部导体和磁性层构成多个电感元件，或电感元件和电容元件。
现在描述为证实本发明的这种效果而作的实验性例子。
(实验性例子)
1．样品的制备
将磨成粉末的MnO加入作为主要组分的经称重的粉末氧化物Fe2O3、ZnO和NiO中，在球磨机中将该混合物经湿瀑20小时、干燥后在750℃中煅烧。将该煅烧过的材料在球磨机中湿磨24小时，加入粘结剂形成浆料，用刮浆刀工艺制备铁氧体生片。
使用该铁氧体生片制备大致与图1和图2所示电感器阵列1相同结构的电感器阵列和一般的单片电容器。
在电感器阵列中，通过印刷在铁氧体生片中形成含Ag导体成分的感性导体，其上层叠另一没有电感性导体的铁氧体生片。压实该叠层形成复合材料坯料。切割该坯料为预定的尺寸。然后在920℃下烧结2小时形成经烧结的复合材料。在复合材料的外表面上形成外部端接电极，制备具有多个电感元件的电感器阵列。
在单片电容器中，在多个铁氧体生片上通过印刷形成含Ag导电居分的电容器电极，层叠该生片，将没有电容器的铁氧体的生片层叠并在叠层的上下表面压紧形成坯料叠层。将坯料叠层切成预定大小，在920℃下烧结2小时，形成经烧结的叠层。在叠层的外表面上上形成外部端接电极，形成电容器作为样品。
2．可靠性测试
对上述电感器阵列和单片电容器施行抗湿加载试验(温度：85℃，相对湿度：85％，施加电场强度：2kV/mm)和高温加载试验(温度：125℃，施加电场强度：2kV/mm)，确定0至2000小时之间某些点上的绝缘电阻。
在电感器阵列中，电场加在相邻的电感器导体之间。在单片电容器中，电场加在相对的电容器电极之间。在加有电场的状态下测试电感性导体或电容器电极之间的绝缘电阻。
3．实验性例子1
作为包含在上述铁氧体生片中的磁性材料，使用含有如下的各种组份：49.0克分子百分数的Fe2O3,29.0克分子百分数的ZnO,9.0克分子百分数的CuO，以及12克分子百分数的NiO为主要组分，以及3.0重量百分数的MnO。
(例子1-6和比较例1和2)
表1和表2分别示出电感器阵列样品的抗湿加载试验的绝缘电阻和高温加载试验的绝缘电阻的评估结果。
                             表1
 MnO含量(wt％)     电阻<log×>(□)
初始(0 hr.)  100 hr.  500 hr.  1000 hr.  2000 hr.
  比较例1    0.005     8.6     8.6     8.5     6.8     5.7
    例子1     0.01     9.3     9.3     9.3     9.3     9.2
    例子2     0.05     10.4     10.4     10.4     10.4     10.4
    例子3     0.2     11.5     11.5     11.5     11.5     11.5
    例子4     0.5     11.2     11.2     11.2     11.2     11.1
    例子5     1.0     10.8     10.8     10.7     10.7     10.8
    例子6     2.0     9.5     9.5     9.5     9.5     9.3
  比较例2     3.0     8.0     7.7     4.8     4.8     4.2
                           表2
 MnO含量(wt％)     电阻<log×>(□)
初始(0 hr.) 100 hr.  500 hr. 1000 hr.  2000 hr.
 比较例1   0.005     8.6     8.5     7.2     5.9     5.1
    例子1     0.01     9.3     9.3     9.2     9.2     9.2
    例子2     0.05     10.4     10.4     10.4     10.4     10.3
    例子3     0.2     11.5     11.5     11.5     11.5     11.5
    例子4     0.5     11.2     11.2     11.2     11.2     11.1
    例子5     1.0     10.8     10.8     10.7     10.7     10.6
    例子6     2.0     9.5     9.5     9.4     9.4     9.4
 比较例2     3.0     8.0     7.2     5.2     4.3     3.8
如表1和表2所示，在高温和高湿状态下例1和6绝缘电阻的下降受到抑制，所述的例1至例6中Mn的含量在0.01至2.0重量百分数的范围内，获得具有优良绝缘可靠性的电感器阵列。
(例子7-12和比较例3和4)
表3和表4分别示出单片电容器样品的抗湿加载试验的绝缘电阻和高温加载试验的绝缘电阻的评估结果。
                               表3
 MnO含量(wt％)     电阻<log×>(□)
初始(0 hr.) 100 hr. 500 hr. 1000 hr. 2000 hr.
比较例3     0.005     8.2     8.2     8.0     6.6     5.4
    例子7     0.01     9.0     9.0     9.0     9.0     8.9
    例子8     0.05     10.2     10.2     10.2     10.2     10.2
    例子9     0.2     11.1     11.1     11.1     11.1     11.1
例子10     0.5     10.8     10.8     10.8     10.8     10.7
例子11     1.0     10.3     10.3     10.2     10.2     10.2
例子12     2.0     9.1     9.1     9.0     9.0     8.9
比较例4     3.0     7.6     7.3     4.4     4.4     4.0
                             表4
 MnO含量(wt％)     电阻<log×>(□)
初始(0 hr.) 100 hr. 500 hr. 1000 hr. 2000 hr.
比较例3    0.005     8.2     8.1     7.1     5.5     4.7
例子7     0.01     9.0     9.0     8.9     8.9     8.9
例子8     0.05     10.2     10.2     10.2     10.2     10.1
例子9     0.2     11.1     11.1     11.1     11.1     11.1
例子10     0.5     10.8     10.8     10.8     10.8     10.7
例子11     1.0     10.3     10.3     10.2     10.2     10.1
例子12 2.0     19.1 9.1 9.1 9.0 9.0
比较例4     3.0     7.6     6.8     5.0     4.2     3.6
如表3和表4所示，在高温和高湿状态下例7至12的绝缘电阻的下降受到抑制，所述的例7至例12中Mn的含量在0.01至2.0重量百分数的范围内，获得具有优良绝缘可靠性的单片电容器。
4．实验性例子2
作为包含在上述铁氧体生片中的磁性材料，使用含有如下的各种组分：47.0克分子百分数的Fe2O3,12.0克分子百分数的ZnO,12.0克分子百分数的CuO，以及12克分子百分数的NiO，作为主要组分，以及0.005至3.0重量百分数的MnO。
表5和表6分别示出电感器阵列样品的抗湿加载试验的绝缘电阻和高温加载试验的绝缘电阻的评价结果。
                               表5
 MnO含量(wt％)     电阻<log×>(□)
初始(0 hr.) 100 hr. 500 hr. 1000 hr. 2000 hr.
比较例5    0.005     7.7     7.7     7.5     6.3     5.3
例子13     0.01     8.5     8.5     8.5     8.4     8.4
例子14     0.05     9.7     9.7     9.7     9.7     9.6
例子15     0.2     10.3     10.3     10.3     10.3     10.3
例子16     0.5     10.6     10.6     10.6     10.6     10.6
例子17     1.0     9.9     9.9     9.9     9.8     9.8
例子18     2.0     8.6     8.6     8.5     8.5     8.4
比较例6     3.0     7.1     6.7     5.2     4.6     4.2
                               表6
 MnO含量(wt％)     电阻<log×>(□)
初始(0 hr.) 100 hr. 500 hr. 1000 hr. 2000 hr.
比较例5    0.005     7.7     7.5     6.7     5.3     4.6
例子13     0.01     8.5     8.5     8.4     8.4     8.3
例子14     0.05     9.7     9.7     9.7     9.6     9.6
例子15     0.2     10.3     10.3     10.3     10.3     10.2
例子16     0.5     10.6     10.6     10.6     10.6     10.6
例子17     1.0     9.9     9.9     9.8     9.8     9.7
例子18     2.0     8.6     8.6     8.5     8.4     8.4
比较例6     3.0     7.1     6.3     5.2     4.1     3.6
如表5和表6所示，在高温和高湿状态下例13至18的绝缘电阻的下降受到抑制，所述的例子13至例子18中Mn的含量在0.01至2.0重量百分数的范围内，获得具有优良绝缘可靠性的电感性阵列。
(例子19至24和比较例7和8)
表7和表8分别示出单片电容器样品的抗湿加载试验的绝缘电阻和高温加载试验的绝缘电阻的评价结果。
                                表7
 MnO含量(wt％)     电阻<log×>(□)
初始(0 hr.) 100 hr. 500 hr. 1000 hr. 2000 hr.
比较例7    0.005     7.3     7.2     7.0     5.9     5.1
例子19     0.01     8.1     8.1     8.0     8.0     7.9
例子20     0.05     9.3     9.3     9.3     9.2     9.2
例子21     0.2     9.9     9.9     9.9     9.9     9.8
例子22     0.5     10.2     10.2     10.2     10.2     10.2
例子23     1.0     9.5     9.5     9.4     9.3     9.3
例子24     2.0     8.2     8.2     8.1     8.0     8.0
比较例8     3.0     6.9     6.6     5.1     4.3     3.5
                               表8
 MnO含量(wt％)     电阻<log×>(□)
初始(0 hr.) 100 hr. 500 hr. 1000 hr. 2000 hr.
比较例7 0.005 7.3 7.1 6.4 5.2 4.4
例子19     0.01     8.1     8.0     8.0     7.9     7.9
例子20     0.05     9.3     9.3     9.2     9.2     9.2
例子21     0.2     9.9     9.9     9.9     9.8     9.8
例子22     0.5     10.2     10.2     10.2     10.2     10.1
例子23     1.0     9.5     9.4     9.4     9.4     9.3
例子24     2.0     8.2     8.1     8.1     8.0     8.0
比较例8 3.0 6.9 6.2 5.0 4.1 3.3
如表7和表8所示，在高温和高湿状态下例19至24的绝缘电阻的下降受到抑制，所述的例19至例24中Mn的含量在0.01至2.0重量百分数的范围内，获得具有优良绝缘可靠性的单片电容器。
在上述实验性例子中，没有评估电感元件与电容元件之间绝缘电阻的下降。但是显然可以理解将得到与多个电感电极之间绝缘电阻或多个电容电极之间绝缘电阻情况大体相同的结果。
虽然揭示了本发明的较佳实施例，但实现于此揭示的原理的各种模式均在后面权利要求书的范围内。因此应该理解本发明的范围受限于权利要求书中提出的范围。

Claims (9)

1．一种层叠式电子组件包含由整体烧结多层叠磁性层而成的复合材料，至少一个形成所述复合材料内的内部电气元件，其特征在于，
磁性层组成的主要组分包括：Fe2O345-50克分子百分数，ZnO0-33克分子百分数和CuO6-20克分子分子数，以及剩余部分是NiO和Mn化合物，其中组分中的MnO含有0.01-2.0重量百分数的Mn化合物。
2．如权利要求1所述的层叠式电子组件，其特征在于所述电气元件至少包括一个含Ag的导体。
3．如权利要求1或2所述的叠层式电子组件，其特征在于所述电气元件包括一电感器。
4．如权利要求1或2所述的叠层式电子组件，其特征在于所述电气元件包括一电容器。
5．一种层叠式电子组件包含由整体烧结多层磁性层而成的复合材料，内导体形成于所述复合材料之中，内导体和磁性层构成多个电感元件，或一电感元件和一电容元件，其特征在于，
磁性层组成的主要组分包括：Fe2O345-50克分子百分数，ZnO0-33克分子百分数和CuO6-20克分子分子数，以及剩余部分是NiO和Mn化合物，其中组分中的MnO含有0.01-2.0重量百分数的Mn化合物。
6．如权利要求5所述的层叠式电子组件，其特征在于所述内部导体包含Ag。
7．如权利要求5或6所述的层叠式电子组件，其特征在于所述内部导体构成多个感性元件，并且多个外部电极连接到多个感性元件的每一个的相对端子上，每个外部电极设置在复合材料的外表面上。
8．如权利要求5或6所述的层叠式电子组件，其特征在于所述内部导体包括一感性元件和至少一对相反的电容器电极。
9．如权利要求8所述的层叠式电子组件，其特征在于所述电感元件和相对的端子连接到第一第二外部电极，一个相对的电容器电极的相对端子分别连接到第一外部电极和第三外部电极，另一个相对的电容器电极的相对端子连接到第二外部电极和第四外部电极，所述第一、第二、第三和第四外部电极设置在所述复合材料的外表面上。
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