DE3900160C2

DE3900160C2 -

Info

Publication number: DE3900160C2
Application number: DE3900160A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kohno; Norio Nagaokakyo Kyoto Jp Sakai
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-01-07
Filing date: 1989-01-04
Publication date: 1990-07-05
Also published as: DE3900160A1; US4929295A; JPH0611018B2; GB8900265D0; GB2213642A; JPH01179407A; GB2213642B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines keramischen Laminates, z. B. eines laminierten keramischen Kondensators, eines laminierten keramischen Induktivitäts- Kondensator-Bauteils oder eines keramischen Mehrschichtsubstrates.

Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus US-45 10 000 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren werden die gestapelten Schichten dadurch untereinander verbunden, daß sehr hoher Druck und Wärme angewandt wird. Das keramische Schichtmaterial fließt dabei um die Musterstrukturen des Metallpastenfilms herum. Außerdem verbinden sich die Keramikschichten bei dem Fließprozeß miteinander.

Aus US-39 78 248 ist es bekannt, Keramikschichten und Metall pastenschichten übereinander zu drucken und dann diese Schichtfolge zu brennen. Es werden also nicht gesondert handhabbare ungebrannte keramische Schichten ohne Metallpastenfilm und solche mit Metallpastenfilm miteinander verbunden.

Das Hauptproblem beim Herstellen keramischer Laminate ist es, die Maßhaltigkeit von Strukturen innerhalb vorgegebener Grenzen zu wahren. Es hat sich als außerordentlich schwierig herausgestellt, dies zu erreichen. Beim Verfahren gemäß US-45 10 000 wird das Erreichen des Zieles dadurch erschwert, daß beim anzuwendenden hohen Druck Verformungen im Laminat auftreten. Beim Verfahren gemäß US-39 78 248 besteht diese Gefahr nicht, da nicht für sich handhabbare Schichten gestapelt werden, sondern da Schichten aufeinander gedruckt werden, jedoch besteht die Gefahr, daß beim Drucken Deformationen auftreten, da jede Schicht vor dem Aufdrucken der nächsten Schicht nur kurz getrocknet wird, so daß sie noch nicht allzu fest ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zum Herstellen eines keramischen Laminates mit hoher Maß haltigkeit anzugeben.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden ungebrannte keramische Schichten gestapelt. Diese werden jedoch nicht durch hohen Druck miteinander verbunden, sondern sie werden sozusagen miteinander verklebt, was mit Hilfe einer Übergangsschicht erfolgt, die ein Lösungsmittel enthält, das die Binder in den keramischen Schichten löst. Diese Übergangsschicht wird jeweils zwischen zwei ungebrannte keramische Schichten eingefügt, wobei mindestens eine der Schichten einen Metallpastenfilm trägt.

Es ist offensichtlich, daß bei diesem Verfahrensablauf die bei den bekannten Verfahren auftretenden, oben geschilderten Nachteile nicht mehr auftreten. Neben dem Vorteil verbesserter Maßhaltigkeit wird aber auch der erhöhter Stabilität erzielt. Dies, weil durch die Übergangsschicht Spannungen abgebaut werden, wie sie zwischen Keramikschichten mit Metallpastenfilm und solchen ohne Metallpastenfilm bestehen. Selbst bei Temperaturschocks haften die Schichten sicher aneinander.

Wird die Übergangsschicht durch Aufbringen einer Suspension auf eine ungebrannte keramische Schicht hergestellt, bringt dies den Vorteil mit sich, daß eventuell vorhandene Löcher in Keramikschichten zwischen den Metallpastenfilmen ausgefüllt werden. Die Isoliereigenschaften zwischen benachbarten Metallisierungen werden also verbessert.

Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren werden im folgenden anhand der Fig. 1-10 sowie anhand eines Aufbaus gemäß Fig. 11 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1-7 schematische vergrößerte Querschnitte durch zunehmend mehr Schichten eines laminierten keramischen Kondensators;

Fig. 8 und 9 Schnittansichten durch laminierte Schichten eines laminierten keramischen Kondensators, während Schritten eines Herstellverfahrens, das in Details gegenüber dem anhand der Fig. 1-7 erläuterten Verfahrens abgeändert ist;

Fig. 10 einen schematischen Querschnitt durch einen laminierten keramischen Kondensator zum Erläutern einer Variante des anhand der Fig. 8 und 9 beschriebenen Verfahrensschrittes;

Fig. 11 einen schematischen Querschnitt durch einen fertiggestellten laminierten keramischen Kondensator.

Gemäß Fig. 1 wird eine ungebrannte keramische Schicht 41 durch Auftragen einer Suspension eines Keramikmaterials auf einen Trägerfilm 40 und Glattstreichen derselben sowie anschließen des Trocknen hergestellt.

Soll auf die keramische Schicht 41 noch ein Metallpasten film 42 aufgebracht werden, wie in Fig. 2 dargestellt, er folgt dies z. B. durch Siebdruck in den gewünschten Gebieten und durch anschließendes Trocknen. Für den Druckvorgang kann die ungetrocknete keramische Schicht 41 auch vom Trägerfilm 40 abgezogen werden.

Der Stapelvorgang mehrerer keramischer Schichten erfolgt auf einer Basis 43, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Diese be steht aus einer festen Platte 44 aus einem Material mit klei nem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, z. B. Superinvar- Nickelstahl, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient unge fähr 1/100 desjenigen von üblichem rostfreiem Stahl ist. Der geringe Ausdehnungskoeffizient ist bei den Heizvorgängen zum Trocknen und bei den sich jeweils anschließenden Kühlvorgän gen von Vorteil. Die feste Platte 44 kann auch z. B. aus Glas oder Keramik bestehen. Sie ist etwa 0,5-5 mm dick. Auf ihr befindet sich eine elastische Schicht 45, z. B. aus Silicon gummi. Diese elastische Schicht 45 dient dazu, Ungleichheiten in der festen Platte 44 beim Stapelvorgang auszugleichen. Die Dicke der elastischen Schicht beträgt etwa 1-5 mm; ihre Härte ist etwa 40-80. Sie ist durch einen Harzfilm 46 aus z. B. Polyethylenterephthalat abgedeckt.

Die ungebrannte keramische Schicht 41 enthält Bariumtitanat pulver mit etwa 13 Gewichtsprozent eines Acrylbinders. Sie wird aus einer Suspension aufgebracht, die durch Suspendieren und Lösen der genannten Materialien in einem verzögernden Lösungsmittel wie z. B. BCY (Butylcarbitolacetat) hergestellt ist. Statt Bariumtitanat kann auch ein anderes keramisches Pulver, z. B. aus Aluminiumoxid verwendet werden. Als Binder kann auch ein anderer Binder wie z. B. einer auf Zellulose- oder Vinylbasis verwendet werden.

Beim Stapeln der Schichten auf der Basis 43 wird zunächst mit einer Übergangsschicht 47 begonnen, wie dies in Fig. 4 darge stellt ist. Diese Übergangsschicht 47 besteht aus demselben Ausgangsmaterialsystem und demselben Bindersystem wie die un gebrannte keramische Schicht 41. Sie wird z. B. durch Sieb druck, Tampondruck oder einem Rakelverfahren aufgebracht. An schließend wird eine ungebrannte keramische Schicht 41 ohne Einschließen von Luftblasen aufgebracht, die hergestellt wor den ist, wie anhand von Fig. 1 erläutert. Es wird dann der Trägerfilm 40 abgezogen. Dieser kann jedoch auch vor dem Auf bringen der ungebrannten keramischen Schicht 41 auf die Über gangsschicht 47 abgezogen werden.

Die Schichten werden dann z. B. bei 150°C für etwa 2 Minuten getrocknet und anschließend abgekühlt.

Die zuvor genannten Schritte werden mehrfach wiederholt, um einen unteren äußeren Schichtblock 48 mit ungebrannten kera mischen Schichten 41 ohne dazwischenliegende Metallpasten filme 42 zu erhalten, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.

Anschließend wird eine ungebrannte keramische Schicht 41 mit aufgebrachtem Metallpastenfilm 42 aufgebracht, also eine Schichtfolge wie in Fig. 2 dargestellt. Jede solche Schicht mit Metallpastenfilm liegt zwischen zwei Übergangsschichten 47. Diese sind so aufgebaut und hergestellt, wie dies anhand von Fig. 4 erläutert wurde. Bei jedem Stapelvorgang wird der Träger 40 vor oder nach den Stapeln abgezogen, wie oben er läutert. Ebenfalls wie oben erläutert, wird darauf geachtet, daß es zu keinen Lufteinschlüssen kommt. Eine Übergangs schicht 47 mit aufgebrachter ungebrannter keramischer Schicht 41 mit Metallpastenfilm 42 wird jeweils mit den anderen Schichten zusammen für etwa 2 Minuten auf 150°C erhitzt und dann nach dem Trocknen abgekühlt.

Es werden so viele ungebrannte Keramikschichten 41 mit Metall pastenfilmen 42 aufgebracht, wie dies für ein gewünschtes Bauteil erforderlich ist. Dabei wird stets darauf geachtet, daß die Metallpastenfilme 42 richtig ausgerichtet sind.

Zum Herstellen eines oberen äußeren Schichtenblocks 49, wie er in Fig. 7 dargestellt ist, werden die Schritte wiederholt, wie sie anhand der Fig. 4 und 5 erläutert wurden.

So wird ein ungebranntes keramisches Laminat 50 erhalten, das in einem letzten Trocknungsvorgang z. B. bei etwa 90-100°C für etwa 24 Stunden getrocknet wird. Dabei sollen Lösungs mittel so weit wie möglich ausgeheizt werden.

Anschließend wird das Laminat 50 in Chips vorgegebener Dimen sionen zerschnitten, gesintert und gebrannt und mit äußeren Elektroden versehen. Dadurch ist der in Fig. 11 dargestellte laminierte keramische Kondensator gebildet.

Das abschließende Trocknen kann auch nach dem Zerschneiden zusammen mit dem Sintern und Brennen erfolgen.

Die Dicke jeder ungebrannten keramischen Schicht 41 beträgt etwa 5-30 µm.

Die Übergangsschicht 47 kann auch unter Verwendung desselben Ausgangsmaterialsystems aber mit anderem Bindersystem herge stellt werden als die Keramikschicht 41. Wenn z. B. für die Keramikschicht 41 ein wäßriger Binder verwendet wird, kann die Übergangsschicht 47 aus einer Suspension mit einem orga nischen Binder hergestellt werden. Es können auch unterschied liche Ausgangsmaterialien verwendet werden.

Bei dem oben beschriebenen Herstellvorgang dienten die kera mischen Schichten 41 im Laminat 50 als dielektrische Schich ten. Für ein Induktivitäts-Kondensator-Bauteil können jedoch auch andere Materialien verwendet werden, um dielektrische Schichten und magnetische Schichten zu erzielen. Auch in die sem Fall wird eine Übergangsschicht verwendet, die ein Lö sungsmittel enthält, das die Binder in beiden Schichten mit den unterschiedlichen Materialien lösen kann.

Die Suspension für die Übergangsschicht besteht normalerweise aus einem keramischen Pulver, einem Binder, einem Weichmacher und einem Lösungsmittel. Das Lösungsmittel muß dazu in der Lage sein, die Binder sowohl in der ungebrannten keramischen Schicht wie auch im Metallpastenfilm zu lösen. Die Material zusammensetzung wird vorzugsweise so gewählt, daß die Suspen sion möglichst dünn und gleichmäßig aufgebracht werden kann, daß die verschiedenen Binder möglichst ineinander diffundie ren und das Lösungsmittel beim Trocknen möglichst gut ver dampft. Sind all diese Bedingungen erfüllt, kann die Über gangsschicht auch nur durch Anwenden eines Lösungsmittels hergestellt werden. Es können dann jedoch keine Dickenunter schiede ausgeglichen werden, wie dies im folgenden für eine Übergangsschicht erläutert wird, die Keramikmaterial enthält.

Beim Aufbau gemäß Fig. 6 wurde davon ausgegangen, daß sich eine Übergangsschicht 47 über die gesamte Fläche einer mit einem Metallpastenfilm 42 versehenen ungebrannten keramischen Schicht 41 erstreckt. Es hat sich in der Praxis herausge stellt, daß dann, wenn die Übergangsschicht 47 durch Sieb druck aufgebracht wird, die Dicke der Bereiche mit Metall pastenfilm 42 etwa 50% größer ist als die Dicke derjenigen Bereiche ohne Metallpastenfilm 42. Wenn dann die Dicke der ungebrannten keramischen Schichten 41 verringert wird oder die Zahl der Stapel erhöht wird, führt dies an den Rändern der Metallpastenfilme 42 bzw. an den Rändern der aus diesen Filmen hergestellten inneren Elektroden zu Verformungen, die einen schlechten Einfluß auf die Qualität des Produkts aus üben. Dieser Nachteil läßt sich bei Anwendung eines Verfah rens vermeiden, wie es nun anhand der Fig. 8 und 9 und in einer Variation anhand von Fig. 10 erläutert wird. Gemäß Fig. 8 wird die Übergangsschicht 47 nur teilweise auf eine erste ungebrannte keramische Schicht 41 aufgebracht, und zwar nur in denjenigen Bereichen, die solchen Bereichen entspre chen, in denen auf einer zweiten keramischen Schicht 41 ein Metallpastenfilm 42 aufgebracht ist. Beim Stapeln der beiden ungebrannten keramischen Schichten 41 kommt dann der Metall pastenfilm 42 in diejenigen Bereiche zu liegen, die keine Übergangsschicht 47 aufweisen. Wie in Fig. 9 dargestellt, wird mit einer Druckplatte 51 auf die obere, zweite ungebrann te keramische Schicht 41 gedrückt, so daß die jeweils aufge brachten Schichtbereiche in die jeweils ausgesparten Berei che eingreifen. Dadurch kommt es nicht mehr zu Dickenschwan kungen wegen der aufgebrachten Metallpastenfilme.

Das anhand der Fig. 8 und 9 erläuterte Verfahren ist dadurch variierbar, daß vor dem Zusammenstapeln Bereiche auf einer ungebrannten keramischen Schicht 41, die nicht mit einem Me tallpastenfilm 42 bedeckt sind, mit einer Übergangsschicht 47 versehen werden. Diese eingeebnete Schichtenfolge wird dann gestapelt, wie in Fig. 10 dargestellt.

Übergangsschichten können auch auf beide angrenzende Flächen von zu stapelnden Keramikflächen aufgebracht werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines keramischen Laminates mit den folgenden Schritten:

- Herstellen ungebrannter keramischer Schichten (41), die ein erstes keramisches Pulver und einen ersten Binder enthalten,
- Herstellen eines Metallpastenfilms (42), der ein Metallpulver und einen zweiten Binder enthält, auf einer Oberfläche ungebrannter keramischer Schichten, und
- Stapeln mindestens einer keramischen Schicht ohne Metallpastenfilm und mindestens einer ungebrannten keramischen Schicht mit Metallpasten film,

dadurch gekennzeichnet, daß

- mindestens eine ungebrannte keramische Schicht (4) ohne Metallpastenfilm und mindestens eine ungebrannte keramische Schicht (41) mit Metallpastenfilm (42) über eine Übergangsschicht (47) miteinander verbunden werden, die ein Lösungsmittel enthält, das sowohl den ersten Binder wie auch den zweiten Binder löst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Übergangsschicht (47) dadurch zwischen zwei ungebrannte keramische Schichten (41+41; 41+42) eingefügt wird, daß eine Übergangsschicht auf eine der un gebrannten keramischen Schichten aufgebracht wird, bevor die nächste ungebrannte keramische Schicht aufgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Übergangsschicht (47) dadurch zwischen zwei ungebrannte keramische Schichten eingefügt wird, daß beide Schichten vor dem Zusammenstapeln mit einer Über gangsschicht versehen werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die ungebrannte ke ramische Schicht (41) durch Aufbringen einer Suspension auf einen Träger (40), durch Trocknen der Suspension und durch Abziehen des Trägers gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Übergangsschicht (47) aus einer keramischen Suspension gebildet wird, die ein zweites keramisches Pulver und einen dritten Binder zusätzlich zum genannten Lösungsmittel enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß das erste und das zweite Keramikpulver sowie der erste und der dritte Binder jeweils miteinander über einstimmen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß das erste und das zweite keramische Pulver miteinander übereinstimmen, jedoch der erste und der drit te Binder zueinander unterschiedlich sind.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß das erste und das zweite keramische Pulver voneinander unterschiedlich sind, jedoch der erste und der dritte Binder miteinander übereinstimmen.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß sich sowohl das erste und das zweite kerami sche Pulver wie auch der erste und der dritte Binder je weils voneinander unterscheiden.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß unterschiedliche un gebrannte keramische Schichten unterschiedliche Materia lien als erstes keramisches Pulver enthalten.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Übergangsschicht (47) im wesentlichen in solchen Bereichen auf einer unge brannten keramischen Schicht (41) aufgebracht wird, in der kein Metallpastenfilm (42) vorgesehen ist.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß zum Herstellen der Verbindungsschicht (47) lediglich ein Lösungsmittel ver wendet wird, das die Binder in den zu verbindenden Schich ten löst, und das beim Stapeln der zu verbindenden Schich ten jeweils zwischen zwei solche Schichten eingebracht wird.