CN1334256A - 绝缘陶瓷压块、陶瓷多层基板和陶瓷电子器件 - Google Patents
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Abstract
提供一种可通过低温烧制获得的绝缘陶瓷压块,它具有低的相对介电常数和优良的高频特性,能与热膨胀系数高的材料共烧结。这种绝缘陶瓷压块是MgAl2O4基陶瓷和硼硅酸盐玻璃的烧制混合物,其中,MgAl2O4晶相与Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种晶相以主晶相析出。
Description
本发明涉及在多层电路基板中使用的绝缘陶瓷压块，更具体而言，本发明涉及一种适用于安装半导体元件或各种电子元件的混合多层电路基板，并能和导电材料如铜或银同时烧制的高频绝缘陶瓷压块，还涉及使用这种绝缘陶瓷压块的陶瓷多层基板片以及陶瓷电子器件。
近年来，朝高速高频加工电子器件的趋势发展迅速。对于安装在电子器件上的电子部件，要求满足高速加工和高集成密度，此外，还要求高安装密度。为满足这些要求，多层电路基板已被用作安装半导体元件和各种电子元件的基板。在多层电路基板中，导体电路或功能电子元件被埋在基板上，使电子器件小型化。
至今在许多情况下氧化铝一直用作构成上述多层电路基板的材料。
氧化铝的烧制温度较高，如1500-1600℃。因此，作为埋在由氧化铝制成的多层电路基板上的导电电路材料，通常不得不使用高熔点金属，如钼(Mo)、钼-锰(Mo-Mn)、钨(W)等。但是，这些高熔点金属的电阻大。
因此，非常希望能使用比上述高熔点金属的电阻低和价格低廉的金属(如铜等)作为导电材料。为能够使用铜作为导电材料，已有使用可在1000℃或更低温度下烧制的玻璃陶瓷、晶化玻璃等的方案提出(例如，日本特许公开公报5-238774号)。
另外考虑与半导体元件如硅(Si)片的连接，还提出使用热膨胀系数和Si基本相同的陶瓷作为多层电路基板材料(日本特许公开公报8-34668号)。
然而，上述可以在较低温度烧制的已知基板材料存在的问题是，其机械强度低、Q值小，析出晶相的类型及其比值容易受到烧制过程的影响。
另外，日本特许公开公报5-238774和8-34668中所述的基板材料存在的一个问题是，很难进行与热膨胀系数高的高介电材料的共烧制。
因此，本发明的一个目的是提供一种可以解决上述常规技术问题的绝缘陶瓷压块，这种绝缘陶瓷压块可以在较低温度下烧制，可以和熔点较低的导体材料如银或铜同时烧制，具有较小的介电常数和优良的高频特性，还具有高的热膨胀系数。
本发明的另一个目的是提供由上述绝缘陶瓷压块构成的陶瓷多层基板，这种基板可以在较低温度烧制，具有较低的介电常数和优良的高频特性，通过与热膨胀系数大的高介电材料共烧结获得，还提供了使用上述绝缘陶瓷压块的陶瓷电子器件和层合的陶瓷电子器件。
本发明人为解决上述问题进行了广泛深入研究，发现在由MgAl2O4基陶瓷和硼硅酸盐玻璃的烧制混合物形成的绝缘陶瓷压块中，当MgAl2O4晶相与Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种以主晶相析出时，或MgAl2O4晶相、Mg2SiO4晶相与Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种以主晶相析出时，可获得具有低介电材常数、优良的高频特性和热膨胀系数大的绝缘陶瓷压块，从而完成本发明。
本发明第一方面，提供一种绝缘陶瓷压块，它包括MgAl2O4基陶瓷和硼硅酸盐玻璃的烧制混合物，其中，MgAl2O4晶相与Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种以主晶相析出。
本发明第二方面，提供了一种绝缘陶瓷压块，它包括MgAl2O4基陶瓷和硼硅酸盐玻璃的烧制混合物，其中，MgAl2O4晶相、Mg2SiO4晶相与Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种以主晶相析出。
本发明中硼硅酸盐玻璃较好的包含氧化硼、二氧化硅和氧化镁。当MgAl2O4陶瓷和至少包含氧化硼(B2O3)、二氧化硅(SiO2)和氧化镁(MgO)的玻璃组合物结合在一起时，MgAl2O4晶相与Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种以主晶相析出，或MgAl2O4晶相与Mg2SiO4晶相、Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种以主晶相析出，这两种情况都可以获得具有优良的高频特性和热膨胀系数大的绝缘陶瓷压块。
硼硅酸盐玻璃较好包含8-60％(重量)按照B2O3计的氧化硼、10-50％(重量)的二氧化硅(SiO2)和10-55％(重量)氧化镁(MgO)。另外，硼硅酸盐玻璃更好包含约20-40％(重量)的氧化硼。
硼硅酸盐玻璃中，氧化硼按B2O3形式约占8-60％(重量)为宜。氧化硼主要作用是熔化剂。在某些情况下当氧化硼按B2O3形式其含量约小于8％(重量)时，熔点上升过高，当该含量约大于60％(重量)时，防潮性能下降。
二氧化硅占约10-50％(重量)为宜。约为13-38％(重量)更好。当二氧化硅含量约小于10％(重量)时，硼硅酸盐玻璃的化学稳定性会降低，而该含量大于约50％(重量)时，玻璃熔点会升高。
氧化镁按MgO形式占约10-55％(重量)为宜。约为35-53％(重量)更好。MgO降低了形成玻璃时的熔点，并且是结晶玻璃的结晶的组成部分。具体而言，MgO-B2O3化合物显示几万GHz的Qf值(Q值和频率的乘积)，主要决定优良的高频特性。某些情况下当氧化镁含量约小于10％(重量)时，Q值下降，而某些情况下该含量大于约55％(重量)时，结晶析出量会过量，因此，基板强度降低。
通过调节硼硅酸盐玻璃包含的氧化镁和氧化硼的比值，可选择析出Mg3B2O6晶相或Mg2B2O5晶相。即，以摩尔为基准，当氧化镁超过MgO∶B2O3＝3∶1的比值时，Mg3B2O6晶相析出。另一方面，当氧化硼超过MgO∶B2O3＝3∶1的比值时，Mg2B2O5晶相选择析出。当该比值约为MgO∶B2O3＝3∶1时，Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相都存在。
上述的硼硅酸盐玻璃较好的还包含约20％(重量)或更小的碱金属氧化物。碱金属氧化物的作用是降低形成玻璃时的熔点；然而，当其含量大于约20％(重量)时，Q值会下降。作为上述的碱金属氧化物，有Na2O、K2O、Li2O等。另外，还可以降低烧结温度。当调节硼硅酸盐玻璃中的碱金属氧化物量时，还可以调节热膨胀系数。
硼硅酸盐玻璃较好还包含约30％(重量)或更少的按ZnO计的氧化锌。氧化锌的作用是降低烧制温度。但是，当氧化锌含量超过约30％(重量)时，玻璃的化学稳定性下降。
硼硅酸盐玻璃较好还包含约10％(重量)或更少的按CuO计的氧化铜。氧化铜的作用是降低烧制温度；但是，当氧化铜含量超过约10％(重量)时，Q值下降。
硼硅酸盐玻璃较好还包含约20％(重量)或更少的按Al2O3计的氧化铝。氧化铝可提高化学稳定性。但是，当氧化铝含量超过约20％(重量)时，不能获得致密烧结体。
MgAl2O4基陶瓷和硼硅酸盐玻璃的比值以重量为基准，在约20∶80至80∶20范围为宜。当上述陶瓷的含量比小于20％(重量)时，Q值会下降，超过约80％(重量)时，通过在900-1000℃烧制制得的绝缘陶瓷压块不够致密。
在本发明所述的第一方面，假设所述烧结体中总晶相为100％(重量)时，约5-80％(重量)MgAl2O4晶相、约5-70％(重量)Mg3B2O6晶相和/或Mg2B2O5晶相分别析出为佳。在上述范围，可获得高可靠性、优良的烧结特性、足够的机械强度和高Q值。某些情况下MgAl2O4晶相比值小于约5％(重量)时，绝缘陶瓷压块的强度下降，某些情况下该比值大于80％(重量)时，通过在1000℃或较低温度下烧结也不能进行致密化。
MgAl2O4晶相含量小于约5％(重量)时，填料组分减少，价格昂贵的玻璃量增加，使成本增加。当该含量大于约80％(重量)时，在1000℃或更低温度下难以进行致密化。另外，Mg3B2O6晶相和/或Mg2B2O5晶相含量小于约5％(重量)时，由于氧化镁(MgO)和氧化硼(B2O3)间的反应不充分，烧结特性和可靠性下降，Q值也降低。为析出出约70％(重量)或更多的Mg3B2O6晶相和/或Mg2B2O5晶相，必须增加价格昂贵的玻璃量，因此增加成本。
本发明所述的第二方面，假设所述烧结体中总晶相为100％(重量)时，较好的约5-80％(重量)MgAl2O4晶相析出，Mg2SiO4晶相与Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种析出，使它们的总析出量约为5-70％(重量)。在上述范围，可获得优良的烧结特性、足够的机械强度、优良的高频特性和高的热膨胀系数。在某些情况下MgAl2O4晶相含量小于约5％(重量)时，机械强度下降，某些情况下该比值大于80％(重量)时，通过在1000℃或较低温度下烧结也不能进行致密化。当Mg2SiO4晶相、Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相的总析出量小于约5％(重量)时，由于氧化镁(MgO)和氧化硼(B2O3)间的反应不充分，烧结特性和可靠性下降，Q值也降低。当总析出量大于约70％(重量)时，价格昂贵的玻璃量增加，使成本增加。
对上述玻璃，还可以使用在700-1000℃煅烧的玻璃组合物获得的混合物。
根据本发明，因为使用MgAl2O4陶瓷和上述预定的硼硅酸盐玻璃，通过和熔点较低的导体材料如银或铜同时烧制获得绝缘陶瓷压块，具有足够的机械强度和优良高频特性，还具有高的热膨胀系数。
另外，制得的绝缘陶瓷压块在15GHz测量频率下较好的具有700或更大的Q值。当Q值在15GHz下为700或更大时，绝缘陶瓷压块较好可用于在高频区例如在1GHz或更高频率下使用的电路基板。
本发明的陶瓷多层基板包括由本发明的绝缘陶瓷压块构成的绝缘陶瓷层的陶瓷板和在该陶瓷板的绝缘陶瓷层上形成的多个内电极。
本发明的陶瓷多层基板中，所述各绝缘陶瓷层的至少一面上宜提供介电常数大于该绝缘陶瓷层的第二陶瓷层。
本发明的陶瓷多层基板中，多个内电极宜彼此层合，内电极之间有至少部分绝缘陶瓷层，形成层合的电容器。
本发明的陶瓷多层基板中，多个内电极包括电容器内电极和线圈导体，内电极彼此层合，内电极之间至少有部分绝缘陶瓷层，以形成层合的电容器，线圈导体彼此连接形成电感器。这种电容器宜提供在第二陶瓷层上(用于小型化和提高电容量)。
本发明的陶瓷电子器件包括本发明的陶瓷多层基板和至少一种安装在该陶瓷多层基板上并和多个内电极一起形成电路的电子元件。
本发明的陶瓷电子器件较好的还包括固定在陶瓷多层基板上的帽，以封闭电子元件。宜使用导电帽。
本发明的陶瓷电子器件较好还包括仅在陶瓷多层基板的底面形成的多个外电极和在通孔中的多个导体，电连接到外电极和内电极，或电子元件。
本发明的层合陶瓷电子器件包括由本发明绝缘陶瓷压块构成的烧结陶瓷体、设置在层合陶瓷体内的多个内电极、和在烧结陶瓷体外表面上形成的多个外电极，它们电连接到一些内电极上。
本发明的层合陶瓷电子器件中，设置多个内电极，它们彼此层合，内电极之间提供有陶瓷层，由此形成电容器单元。
除了形成上述电容器单元的内电极外，多个内电极较好的还包括多个彼此连接的线圈导体，以形成层合的感应器单元。
图1是本发明一个实施例的样品9的绝缘陶瓷压块的XRD谱图。
图2是本发明一个实施例的样品14的绝缘陶瓷压块的XRD谱图。
图3是本发明一个实施例的样品20的绝缘陶瓷压块的XRD谱图。
图4是根据本发明一个实施例，使用陶瓷多层基板的陶瓷电子器件的层合陶瓷组件截面图。
图5是图4所示的陶瓷多层组件的分解透视图。
图6是说明陶瓷坯片和其上形成的电极式样的分解透视图，用于制造本发明一个实施例的层合陶瓷电子器件。
图7是本发明一个实施例的层合陶瓷电子器件的透视图。
图8是图7所示的层合陶瓷电子器件的电路结构图。
下面首先描述本发明的绝缘陶瓷压块的具体例子，另外，还描述了陶瓷多层基板、陶瓷电子器件和层合陶瓷电子器件结构的例子，由此可以理解本发明。
制备粉末状Mg(OH)2和Al2O3作为粉末原料，并混合为MgAl2O4表示的化学计量组成。进行16小时湿混合随后干燥后，该混合物于1350℃焙烧2小时，然后粉碎。
之后，制得的粉末陶瓷组合物和具有表1所列组成的玻璃混合，该混合物中含有约20-80％(重量)的粉末陶瓷组合物作为陶瓷组分，加入适量粘合剂进行造粒。随后，在200MPa压力下成形，形成直径12mm，厚7mm的圆柱成形体。该成形体在空气中于850-1000℃烧制2小时，形成绝缘陶瓷压块的样品。采用介电谐振法，测定这种绝缘陶瓷压块样品的相对介电常数和在15GHz下的Q值。测定结果列于表2。
另外，粉碎该圆柱体样品，然后采用XRD(x-衍射)法进行分析，证实存在MgAl2O4晶相，Mg3B2O6晶相、Mg2B2O5晶相和MgSiO4晶相。结果列于下表2。表2中，SP代表MgAl2O4晶相，KO代表Mg3B2O6晶相，SU代表Mg2B2O5晶相，FO代表MgSiO4晶相，WO代表CaSiO3晶相，GH代表Ca2Al(AlSiO7)晶相。另外，在图1至图3中，分别示出采用XRD法分析绝缘陶瓷压块样品9、14和20的结果。在图1至图3中，○表示根据MgAl2O4晶相的峰，表示根据Mg3B2O6晶相的峰，×表示Mg2B2O5晶相的峰，表示MgSiO4晶相的峰。
此外，采用根据JIS C2141的三点弯曲试验评价绝缘陶瓷压块形成的带状样品的弯曲强度。样品20显示具有高达280 MPa的强度。
而且，用弯曲强度使用的带状样品测定热膨胀系数。表2列出从室温到600℃的热膨胀系数。
表 1
| 组分含量(重量％) | ||||||||
| Si2O | B2O3 | MgO | Li2O | ZnO | CuO | Al2O3 | CaO | |
| A | 13.5 | 33.9 | 52.6 | - | - | - | - | - |
| B | 13.5 | 33.9 | 47.6 | 5 | - | - | - | - |
| C | 11.5 | 29 | 44.5 | 5 | 10 | - | ||
| D | 18.0 | 25.2 | 45.8 | 5 | 5 | 1 | - | |
| E | 20 | 41 | 28 | 3 | 5 | 1 | 2 | - |
| F | 26 | 18 | 45 | 5 | 5 | 1 | - | - |
| G | 35 | 15 | 40 | 6 | 2 | 2 | - | |
| H | 22 | 35 | 35 | 10 | 5 | 1 | 2 | - |
| I | 12 | 60 | 28 | 5 | - | |||
| J | 19.5 | 20 | 49.5 | 5 | 5 | 1 | - | |
| K | 20 | 22 | 47 | 5 | 5 | 1 | - | |
| L | 40 | 10 | 36 | 9 | 5 | - | ||
| M | 35 | 18 | 50 | 2 | - | |||
| N | 13.1 | 22.6 | 42.3 | 10 | 10 | 2 | - | |
| O | 17.1 | 25.6 | 45.3 | 10 | - | - | 2 | - |
| P | 20 | 22 | 48 | 5 | 5 | - | - | - |
| Q | 38 | 9.5 | 28.5 | 5 | - | - | - | 19 |
| R | 40 | 5 | 10 | - | - | - | 10 | 35 |
表2
| MgAl2O4重量％ | 玻璃加入量重量％ | 类型 | 烧制温度℃ | 晶相 | 热膨胀系数(ppm/℃) | | Q@15GHz | |
| 1 | 20 | 80 | A | 920 | SP，SU | 9.3 | 7.3 | 3000 |
| 2 | 30 | 70 | A | 980 | SP.SU | 9.4 | 7.1 | 2500 |
| 3 | 30 | 70 | B | 950 | SP，SU | 10.2 | 7.2 | 2600 |
| 4 | 40 | 60 | B | 1000 | SP，SU | 9.9 | 7.1 | 2300 |
| 5 | 35 | 65 | C | 920 | SP.SU | 10.0 | 7.2 | 2100 |
| 6 | 35 | 65 | D | 900 | SP，SU | 10.2 | 7.1 | 2000 |
| 7 | 80 | 20 | E | 1000 | SP，SU | 9.7 | 7.0 | 1800 |
| 8 | 50 | 50 | E | 850 | SP，SU | 9.8 | 7.2 | 1600 |
| 9 | 40 | 60 | F | 900 | SP，SU，FO | 10.0 | 7.0 | 1500 |
| 10 | 35 | 65 | G | 1000 | SP，KO，FO | 9.0 | 6.8 | 800 |
| 11 | 60 | 40 | H | 900 | SP，SU | 11.3 | 7.2 | 3300 |
| 12 | 70 | 30 | H | 950 | SP，SU | 10.8 | 7.4 | 2500 |
| 13 | 50 | 50 | I | 1000 | SP.SU | 9.3 | 7.0 | 700 |
| 14 | 40 | 60 | J | 920 | SP，KO，FO | 9.5 | 7.0 | 2000 |
| 15 | 50 | 50 | J | 1000 | SP，KO，FO | 9.6 | 7.3 | 1800 |
| 16 | 40 | 60 | K | 920 | SP，SU，FO | 9.5 | 7.0 | 1900 |
| 17 | 60 | 40 | K | 1000 | SP，SU，FO | 9.7 | 7.4 | 1300 |
| 18 | 25 | 75 | L | 1000 | SP，KO | 9.2 | 7.5 | 800 |
| 19 | 35 | 65 | M | 950 | SP，KO，FO | 9.0 | 6.8 | 1000 |
| 20 | 25 | 75 | N | 870 | SP，KO | 9.8 | 7.0 | 2600 |
| 21 | 25 | 75 | O | 930 | SP，KO | 9.8 | 7.1 | 2700 |
| 22 | 40 | 60 | P | 960 | SP，SU，FO | 9.5 | 7.1 | 2000 |
| 23 | 18 | 82 | B | 920 | SP，SU | 10.5 | 7.5 | 600 |
| 24 | 82 | 18 | B | 1000 | SP，SU | - | - | - |
| 25 | 45 | 55 | Q | 900 | SP，FO，GH | 10.5 | 7.3 | 500 |
| 26 | 40 | 60 | R | 950 | SP，WO | 8.1 | 8.0 | 300 |
由表2数据可知，本发明实施例中的绝缘陶瓷压块样品1-24证实可以在较低温度，850-1000℃下进行烧结；相对介电常数小，如约为7；室温至600℃的热膨胀系数较高，如9-11.5ppm/℃；在15GHz测量频率下的Q值高，如为700或更高。
与此对照，在某些情况下当使用表1所示的玻璃Q或玻璃R时，MgAl2O4晶相和CaSiO3晶相或MgAl2O4晶相、Mg2SiO4晶相和Ca2Al(A1SiO7)晶相以主结晶析出，因此，Q值减小。当玻璃含量小于20％(重量)时，在1000℃或更低温度下无法进行致密化，而该含量为80％(重量)时，Q值减小。
下面，描述使用本发明的绝缘陶瓷压块的陶瓷多层基板、陶瓷电子器件以及层合陶瓷电子器件的结构。
图4是作为陶瓷电子器件例子的陶瓷多层组件的截面图，该器件包括本发明的陶瓷多层基板；图5是其分解透视图。
使用陶瓷多层基板2制造陶瓷多层组件1。
陶瓷多层基板2包括本发明绝缘陶瓷压块构成的绝缘陶瓷层3a和3b，以及在绝缘陶瓷层之间的高介电常数介电陶瓷层4，该层例如可由钛酸钡混以玻璃构成。
介电陶瓷层4中，设置多个内电极5，它们放置成彼此相邻，内电极之间有部分介电陶瓷层4，形成层合的陶瓷电容器C1和C2。
此外，绝缘陶瓷3a和3b以及介电陶瓷层4中提供了多个通孔电极6和内导线。
而且，在陶瓷多层基板2的上表面安装电子元件9-11。对电子元件9-11，可任意使用例如半导体元件或片型层合电容器。通过通孔电极6和内导线，这些电子元件9-11和电容器C1和C2彼此电连接，从而形成陶瓷多层组件1的电路。
此外，在陶瓷多层基板2的上表面，固定一导电帽8。该导电帽电连接到从陶瓷多层基片2的上表面穿透到底表面的通孔电极6a。在陶瓷多层基板2的底面形成外电极7，并连接到通孔电极6a。即使在图中未示出的其它外电极如外电极7的情况，它们也仅形成在陶瓷多层基板2的底面。而且，其它外电极通过上述的内导线连接到电子元件9-11和电容器单元C1和C2。
如上所述，由于仅在陶瓷多层基板2的底面形成连接外面的外电极7，通过使用陶瓷多层组件的底面，就能将其容易地安装印刷线路板等的表面上。
这一实施例中，由于帽8是由导电材料构成并通过通孔电极6a连接到外电极7，电子元件9-11被导体帽8电磁屏蔽。然而，帽8不一定必须是导体材料构成的。
这一实施例的陶瓷多层组件1中，由于上述的绝缘陶瓷层3a和3b是由本发明的绝缘陶瓷压块构成，其介电常数小，而Q值也大，提供了适用于高频区的陶瓷多层组件1。此外，由于绝缘陶瓷层3a和3b具有优良的机械强度，因此可以制造具有优良机械强度的陶瓷多层组件1。
在这方面，采用已知用于层合陶瓷的整体烧制方法能容易地制造陶瓷多层基板2。
在层合的电容器单元C1和C2中，由于在内电极5之间放置了高介电常数的绝缘陶瓷层，内电极5在厚度方向彼此相邻，因此通过各自具有相对较小表面积的内电极可获得大的静电容量，还可以小型化。
图6至图8分别是分解透视图、外形透视图和线路图，以说明根据本发明第二个实施例的层合陶瓷电子器件的结构。
图7所示的层合陶瓷电子器件20是一种LC滤波器。在烧结陶瓷体21中，按下面所述，制造形成电感L和静电电容C的电路。烧结陶瓷体21由本发明的绝缘陶瓷压块构成。此外，在烧结陶瓷体21的外表面形成外电极23a、23b、24a和24b，并在外电极23a、23b、24a和24b之间形成图8所示的LC谐振电路。
下面，参见图6，通过描述烧结陶瓷体21的制造方法，说明烧结陶瓷体21的内部结构。
首先，在本发明的绝缘陶瓷压块中加入有机载体，制得陶瓷浆料。采用任意的片形成方法处理该陶瓷浆料，形成陶瓷坯料片。干燥该片后，冲成预定的尺寸，制得长方形的陶瓷坯料片21a-21m。
之后，按照要求，在该陶瓷坯料片21a-21m上形成供形成通孔电极28使用的通孔。通过丝网印刷，将导体糊料施用在陶瓷坯料片上，形成线圈导体26a和26b，电容器内电极27a-27c，线圈导体26c和26d，此外，通过在该通孔中填入导电糊料，形成通孔电极28。
随后，将陶瓷坯料片21a-21m按照图中所示方向彼此层合，然后在厚度压制，制得一层合物。
烧制该层合物，获得烧结陶瓷体21。
该烧结陶瓷体21上，采用薄膜成形法，如涂布和烤干导体糊料，析出、电镀或溅射，形成图7所示的外电极23a-24b。如上所述，可制得层合陶瓷电子器件20。
由图6可知，电感单元L1由线圈导体26a和26b构成，电感单元L2由线圈导体26c和26d构成，电容器C由内电极27a-27c构成，它们示于图8。
此实施例的层合陶瓷电子器件20中，按上面所述制造LC1滤波器；然而，由于烧结陶瓷体21是由本发明的绝缘陶瓷压块构成，LC滤波器按照上面所述实施例的陶瓷多层基板2的情况低温烧制来制造。因此，通过整体烧制使用低熔点金属如铜、银或金作为内电极即作为线圈导体26a-26c和电容器内电极27a-27c，可制得LC滤波器。此外，制得的LC滤波器具有低的相对介电常数和在高频下的高Q值，适用于高频区。而且，由于所述绝缘陶瓷压块具有优良的机械强度，因此能提供具有优良机械强度的LC滤波器。
根据本发明第一方面的绝缘陶瓷压块中，该绝缘陶瓷压块是MgAl2O4基陶瓷和硼硅酸盐玻璃的烧制混合物，由于MgAl2O4晶相与Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种以主晶相析出，通过在1000℃或更低温度下烧制可获得绝缘陶瓷压块。另外，Qxf值高，如在10GHz的测量频率下为10,000GHz或更大。而且，在室温至600℃范围，热膨胀系数也大。因此，可提供宜在高频区使用的高频绝缘陶瓷压块，这种绝缘陶瓷压块可以和热膨胀系数高的高介电材料共烧结，并可以和低熔点金属如铜或银烧结在一起。
结果，提供了具有高Q值和优良高频特性的价格低廉的陶瓷多层基板和层合陶瓷电子器件，有一部分是由高介电材料构成，通过用本发明第一方面的绝缘陶瓷压块整体烧结来制造。
本发明第二方面的绝缘陶瓷压块中，该绝缘陶瓷压块是MgAl2O4基陶瓷和硼硅酸盐玻璃的烧制混合物，由于MgAl2O4晶相与Mg2SiO4基晶相、Mg3B2O6基晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种以主晶相析出，通过在在较低温度如1000℃或更低温度下烧制可获得绝缘陶瓷压块，该压块具有高Q值和优良的机械强度。因此，这种绝缘陶瓷压块可以和低电阻的价格低廉金属如Cu或Ag共烧结，因此上述金属可用作陶瓷多层基板或层合陶瓷电子器件中使用的内电极材料。结果，提供了具有高机械强度和Q值的价格低廉的陶瓷多层基板和层合陶瓷电子器件。
硼硅酸盐玻璃包含氧化硼、二氧化硅、氧化镁和碱金属氧化物的情况，当MgAl2O4晶相与Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种以主晶相析出，或MgAl2O4晶相与Mg2SiO4晶相、Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种以主晶相析出，并且硼硅酸盐玻璃包含在上述预定比例的碱金属氧化物时，在更低温度下烧制仍能获得Q值未减小的本发明的绝缘陶瓷压块。
当上述硼硅酸盐玻璃含有在上述预定比例的氧化硼、二氧化硅、氧化镁和碱金属氧化物时，通过在1000℃或更低温度下烧制能更稳定获得高Q值的绝缘陶瓷压块。
当上述硼硅酸盐玻璃含有约20％(重量)或更少的碱金属氧化物时，本发明的绝缘陶瓷压块可通过在1000℃或更低温度下烧制更稳定地制得。
当上述硼硅酸盐玻璃含有约20％(重量)或更少的氧化铝时，可提高硼硅酸盐玻璃的化学稳定性，本发明的绝缘陶瓷压块可通过在1000℃或更低温度下烧制更稳定地制得。
当上述硼硅酸盐玻璃含有约30％(重量)或更少的氧化锌时，降低玻璃的熔点，因此本发明的绝缘陶瓷压块可通过在更低温度下烧制制得。
当上述硼硅酸盐玻璃含有约10％(重量)或更少的氧化铜时，本发明的绝缘陶瓷压块可通过在更低温度下烧制制得，不会降低Q值。
当MgAl2O4基陶瓷与硼硅酸盐玻璃的比值按重量基准计在约20∶80至80∶20范围时，可以提供高Q值，并能通过在1000℃或更低温度下烧制充分致密化的绝缘陶瓷压块。
本发明中，当绝缘陶瓷压块中约5-80％(重量)MgAl2O4晶相、和5-70％(重量)的Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种分别析出时，可提供具有优良的烧结特性和可靠性的绝缘陶瓷压块。
由于本发明的陶瓷多层基板包括包含本发明绝缘陶瓷压块构成的绝缘陶瓷层的陶瓷板，陶瓷多层基板可以在较低温度下烧制，并可使用价格低廉的低电阻金属如Ag或Cu作为内电极材料。此外，由于绝缘陶瓷层具有高的机械强度和Q值，提供的陶瓷多层基板宜在高频区使用。
对上述实施例中的结构，以举例方式描述了陶瓷多层组件1和形成LC滤波器的层合陶瓷电子器件20；但是本发明的的陶瓷电子器件和陶瓷多层电子器件不限于上述的结构。即，本发明可应用于各种陶瓷多层基板如用于多片组件的陶瓷多层基板或用于混合式IC的陶瓷多层基板；各种有安装在上述陶瓷多层基板上的电子元件的陶瓷电子器件；和各种片型层合电子器件如片型层合电容器或片型层合介电天线。
陶瓷多层基板中，在绝缘陶瓷层的至少一面提供介电常数大于该绝缘陶瓷层的第二陶瓷层时，通过设计第二陶瓷层组成和层合模式，可根据要求任意调整强度和耐环境特性。
通过多个内电极彼此层合，内电极之间有至少部分绝缘陶瓷层，形成层合陶瓷电容器时，本发明的绝缘陶瓷压块具有低的介电常数和高Q值，因此，这种层合陶瓷电容器宜在高频区使用。
另外，由于本发明的绝缘陶瓷压块具有高的机械强度，因此可制造机械强度优良的层合电容器。
当多个内电极包括用于形成层合电容器的内电极和彼此连接形成层合电感器的多个线圈导体时，由于本发明的绝缘陶瓷压块具有低介电常数、高频下的高Q值和高机械强度，容易制造宜在高频区使用的小型LC谐振电路。
根据将至少一种电子元件层合到本发明的陶瓷多层基板来制造本发明陶瓷电子器件，通过使用电子元件和在该陶瓷多层基板上形成的电路结构，可提供宜在高频区使用的各种小型陶瓷电子器件。
将一个帽固定在陶瓷多层基板上，以封闭电子元件时，电子元件受到帽的保护，可以提供防潮性能优良的陶瓷电子器件等。
当使用导电帽作为帽时，对由该帽封闭的电子元件实施电磁屏蔽。
当外电极仅在陶瓷多层基板的底面形成时，陶瓷多层基板易于在印刷线路板等上在该基板底面侧进行表面安装。
本发明的层合陶瓷电子器件中，由于在本发明的绝缘陶瓷压块内形成多个内电极，因此可以在较低温度下进行烧制，并可使用价格低廉的低电阻金属如Ag或Cu作为内电极材料。此外，由于绝缘陶瓷压块具有低的介电常数和高Q值，宜在高频区使用，因此可以提供宜在高频区使用的层合电容器。而且，由于绝缘陶瓷压块具有高机械强度，可以制造机械强度优良的层合电容器。
本发明的层合陶瓷电子器件中，当多个内电极形成层合电容器时，由于本发明的绝缘陶瓷压块具有低介电常数和高Q值，这种层合电容器宜在高频区使用。
本发明的层合陶瓷电子器件中，当多个内电极包括用于形成层合电容器的内电极和用于形成层合电感器的线圈导体时，由于本发明的绝缘陶瓷压块具有优良的机械强度，上述的低介电常数和高频下的高Q值，制造的小型LC谐振电路具有高机械强度，宜在高频区使用。
Claims (20)
1.一种绝缘陶瓷压块，包括：
MgAl2O4基陶瓷和硼硅酸盐玻璃的烧制混合物，
该绝缘陶瓷压块包括MgAl2O4晶相与Mg3B2O6晶相和Mg2B2O5晶相中至少一种晶相。
2.如权利要求1所述的绝缘陶瓷压块，其特征在于所述绝缘陶瓷压块还包括Mg2SiO4晶相。
3.如权利要求2所述的绝缘陶瓷压块，其特征在于所述硼硅酸盐玻璃包括8-60％重量的按照B2O3计的氧化硼、10-50％重量的按照SiO2计的二氧化硅和10-55％重量的按照MgO计的氧化镁。
4.如权利要求3所述的绝缘陶瓷压块，其特征在于所述硼硅酸盐玻璃包括20-40％重量的按照B2O3计的氧化硼、13-38％重量的按照SiO2计的二氧化硅和35-53％重量的按照MgO计的氧化镁。
5.如权利要求4所述的绝缘陶瓷压块，其特征在于所述硼硅酸盐玻璃包括20％重量或更少的碱金属氧化物、20％重量或更少的氧化铝、30％重量或更小的氧化锌和10％重量或更少的氧化铜。
6.如权利要求2所述的绝缘陶瓷压块，其特征在于所述MgAl2O4基陶瓷和硼硅酸盐玻璃的比值按重量基准计在20∶80至80∶20范围。
7.如权利要求2所述的绝缘陶瓷压块，其特征在于以Mg2SiO4、Mg3B2O6和Mg2B2O5晶相总量为基准，所述绝缘陶瓷压块，包括5-80％重量的MgAl2O4、以及5-70％重量的Mg3B2O6和Mg2B2O5中的至少一种。
8.如权利要求7所述的绝缘陶瓷压块，其特征在于所述MgAl2O4基陶瓷和硼硅酸盐玻璃的比值按重量基准计在20∶80至80∶20范围，所述硼硅酸盐玻璃包括20-40％重量的按照B2O3计的氧化硼、13-38％重量的按照SiO2计的二氧化硅和35-53％重量的按照MgO计的氧化镁，所述玻璃包括20％重量或更少的碱金属氧化物、20％重量或更少的氧化铝、30％重量或更少的氧化锌、10％重量或更少的氧化铜。
9.如权利要求1所述的绝缘陶瓷压块，其特征在于所述硼硅酸盐玻璃包括8-60％重量的按照B2O3计的氧化硼、10-50％重量的按照SiO2计的二氧化硅和10-55％重量的按照MgO计的氧化镁。
10.如权利要求9所述的绝缘陶瓷压块，其特征在于所述硼硅酸盐玻璃包括20-40％重量的按照B2O3计的氧化硼、13-38％重量的按照SiO2计的二氧化硅和35-53％重量的按照MgO计的氧化镁。
11.如权利要求10所述的绝缘陶瓷压块，其特征在于所述硼硅酸盐玻璃包括20％重量或更少的碱金属氧化物、20％重量或更少的氧化铝、30％重量或更少的氧化锌和10％重量或更少的氧化铜。
12.如权利要求1所述的绝缘陶瓷压块，其特征在于所述MgAl2O4基陶瓷和硼硅酸盐玻璃的比值按重量基准计在20∶80至80∶20范围。
13.如权利要求1所述的绝缘陶瓷压块，其特征在于以Mg2SiO4、Mg3B2O6和Mg2B2O5晶相总量为基准，所述绝缘陶瓷压块，包括5-80％重量的MgAl2O4、以及5-70％重量的Mg3B2O6和Mg2B2O5中的至少一种。
14.如权利要求13所述的绝缘陶瓷压块，其特征在于所述MgAl2O4基陶瓷和硼硅酸盐玻璃的比值按重量基准计在20∶80至80∶20范围，所述硼硅酸盐玻璃包括20-40％重量的按照B2O3计的氧化硼、13-38％重量的按照SiO2计的二氧化硅和35-53％重量的按照MgO计的氧化镁，所述硼硅酸盐玻璃包括20％重量或更少的碱金属氧化物、20％重量或更少的氧化铝、30％重量或更少的氧化锌和10％重量或更少的氧化铜。
15.一种陶瓷多层基板，包括：
多层包含如权利要求1所述的绝缘陶瓷压块的绝缘陶瓷层；
在多层绝缘陶瓷层上的多个内电极。
16.如权利要求15所述的陶瓷多层基板，其特征在于所述陶瓷多层基板在其各绝缘陶瓷层的至少一面放置有介电常数大于该绝缘陶瓷层的第二陶瓷层。
17.如权利要求15所述的陶瓷多层基板，其特征在于一对内电极和至少部分绝缘陶瓷层形成一个层合电容器。
18.如权利要求17所述的陶瓷多层基板，其特征在于多个内电极形成一个线圈导体，从而形成层合的电感器。
19.一种陶瓷电子器件，包括：
如权利要求15所述的陶瓷多层基板；
至少一种放置在陶瓷多层基板上的电子元件，以和多个内电极一起形成电路。
20.如权利要求19所述的陶瓷电子器件，还包括：
多个在所述陶瓷多层基板底面的外电极；
其中，所述基板包括内有导体的通孔，所述导体电连接外电极至内电极或至电子元件。
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