DE69834098T2

DE69834098T2 - Laminierte keramische teile

Info

Publication number: DE69834098T2
Application number: DE69834098T
Authority: DE
Inventors: TDK Corporation Kazuaki SUZUKI; TDK Corporation of 13-1 Takahide KURAHASHI; TDK Corporation of 13-1 Hidenori OHATA
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2018-09-19
Also published as: JPH11154805A; EP0940825A1; WO1999016089A1; EP0940825B1; EP0940825A4; CN1111881C; US6235221B1; CN1239579A; DE69834098D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrschichtiges keramisches Bauteil.
Allgemeiner Stand der Technik
Mit den jüngsten Durchbrüchen auf dem Gebiet der Funkkommunikationstechnologien ist eine zunehmende Nachfrage nach elektronischen Bauteilen entstanden, die bei hohen Frequenzen im Bereich von einigen hundert MHz bis zu einigen GHz oder mehr verwendet werden können. Durch die Verkleinerung von Funkkommunikationsgeräten wie beispielsweise tragbaren Telefonen besteht auch ein starker Wunsch nach Größen- und Kostenverringerungen von mit Hochfrequenz in Berührung kommenden elektronischen Bauteilen, die in solchen Geräten enthalten sind. Um diesen Forderungen gerecht zu werden, werden heute mehrschichtige keramische Bauteile unter Nutzung einer Vielfalt von Integrationstechnologien hergestellt.
Ein mehrschichtiges elektronisches Bauteil erhält man durch gemeinsames Brennen (Cofiring) eines keramischen Materials, bei dem es sich um ein magnetisches Oxidmaterial handelt, und eines leitfähigen Materials, und hat eine oder zwei oder mehr eigenständige Funktionen. Ein solches mehrschichtiges elektronisches Bauteil wird hergestellt durch Übereinanderlaminieren des keramischen und des leitfähigen Materials mittels Aufdruck- oder Blattbildungsprozessen, so dass ein Laminat entsteht, und Schneiden des Laminats entsprechend der gewünschten Form und Größe mit anschließendem Brennen oder Brennen des Laminats mit anschließendem Schneiden entsprechend der gewünschten Form und Größe. Erforderlichenfalls wird ein externer Leiter auf dem elektronischen Bauteil angeordnet. Somit hat dieses mehrschich tige keramische Bauteil eine Struktur mit einem internen Leiter zwischen keramischen Schichten. Im Allgemeinen wird ein Material wie beispielsweise Ag oder Cu für einen internen Leiter verwendet, der sich für hohe Frequenzen, insbesondere Mikrowellen, eignet. Bei dem oben angesprochenen Herstellungsverfahren ist man jedoch bis jetzt davon ausgegangen, dass das Schmelzen des internen Leiters verhindert werden sollte, um zufriedenstellende Eigenschaften zu erhalten, und dass das Brennen deshalb bei einer Temperatur erfolgen sollte, die nicht über dem Schmelzpunkt des internen Leiters liegt. Dementsprechend hat man geglaubt, dass ein keramisches Material, das bei hohen Temperaturen gebrannt wird, unmöglich in Kombination mit einem einen internen Leiter bildenden elektrisch leitenden Material mit einem geringen spezifischen Widerstand, aber niedrigem Schmelzpunkt, beispielsweise Ag und Cu, verwendet werden kann.
In dieser Hinsicht hat der Anmelder eine japanische Patentanmeldung (JP-A 6-252618) eingereicht, die ein Verfahren offenbart, wobei ein interner Leiter mit einem niedrigen Schmelzpunkt, wie oben angesprochen, in einem keramischen Material ausgebildet wird, das nicht für ein Brennen bei niedrigen Temperaturen geeignet ist. Man nennt dies ein Leiterschmelzverfahren, wobei ein elektrisch leitendes Material, das einen internen Leiter bilden soll, bei einer Temperatur gebrannt wird, die mindestens so hoch ist wie der Schmelzpunkt des elektrisch leitenden Materials und niedriger als der Siedepunkt des elektrisch leitenden Materials, mit einem Verfestigen des gebrannten elektrisch leitenden Materials im Verlauf des Abkühlens. Gemäß diesem Verfahren wird die Korngrenze zwischen Metallkörnern, die beim Verfestigen des schmelzflüssigen elektrisch leitenden Materials entstehen, so dünn, dass man sagen kann, sie ist im Wesentlichen verschwunden, und die wirkliche Berührungsfläche entlang den Grenzflächen zwischen dem keramischen Material und dem internen Leiter wird allgemein klein, wodurch die Hochfrequenzfestigkeit des internen Leiters abnimmt und der Q-Wert an einer Hochfrequenzregion zunimmt. Des Weiteren kann ein preiswertes elektrisch leitendes Material mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt, beispielsweise Ag und Cu, für den internen Leiter verwendet werden. Außerdem ist es möglich, das keramische Material und den internen Leiter gemeinsam zu brennen. Das ist im Hinblick auf die Arbeitsproduktivität und die Kosten sehr günstig.
Offenbarung der Erfindung
Bei dem oben beschriebenen Leiterschmelzverfahren entstehen allerdings oft Lunker in dem internen Leiter beim Verfestigen des internen Leitermaterials im Abkühlungsprozess nach dem Schmelzen des internen Leitermaterials. Dies wiederum führt zu einem Ansteigen des Widerstandswertes des internen Leiters bei gleichzeitig abnehmendem Q-Wert des mehrschichtigen keramischen Bauteils. In sehr seltenen Fällen bricht der interne Leiter selbst aufgrund des Vorhandenseins solcher Lunker. Wenn es Lunker in dem internen Leiter gibt, so dehnen sich in den Lunkern vorhandene Gase unter der Einwirkung latenter Verfestigungswärme im Abkühlungsprozess aus, was zum Reißen des internen Leitermaterials führt. Dies wiederum führt zu einer Verringerung des Produktionsertrages. Wenn ein mehrschichtiges keramisches Bauteil mittels des Leiterschmelzverfahrens hergestellt wird, muss deshalb der Lunkerbildung in dem internen Leiter entgegengewirkt werden.
Um eine hochwertige leitfähige Paste bereitzustellen, welche die Entstehung von Lunkern und die Rissbildung infolge solcher Lunker vermeiden kann, selbst wenn ein interner Leiter, der überwiegend aus Silber besteht, zusammen mit einem keramischen Material mittels des Leiterschmelzverfahrens gebrannt wird, und um so die Arbeitsproduktivität zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten zu sen ken, und welche ausgezeichnete elektrische Eigenschaften aufweist, und um ein mehrschichtiges keramisches Bauteil bereitzustellen, das unter Verwendung einer solchen leitfähigen Paste hergestellt wurde, hat der Anmelder in WO98/05045 eine leitfähige Paste, wie sie weiter unten besprochen wird, sowie ein mehrschichtiges keramisches Bauteil vorgeschlagen, das einen internen Leiter umfasst, der unter Verwendung dieser leitfähigen Paste ausgebildet wurde.
Das heißt, die oben beschriebene leitfähige Paste ist eine leitfähige Paste, die durch Dispergieren eines elektrisch leitenden Materials, das hauptsächlich aus Silber und einem Metalloxid besteht, in einem Medium erhalten wird. Als das Metalloxid wird wenigstens ein Oxid, das aus Ga-, La-, Pr-, Sm-, Eu-, Gd-, Dy-, Er-, Tm- und Yb-Oxiden ausgewählt ist, verwendet.
Wenn ein mehrschichtiges keramisches Bauteil unter Verwendung dieser leitfähigen Paste, d. h. durch gemeinsames Brennen der leitfähigen Paste und eines keramischen Materials mittels des Leiterschmelzverfahrens, hergestellt wird, so entstehen keine Lunker. Es ist gänzlich unwahrscheinlich, dass das keramische Material Risse bildet. Der spezifische Widerstand des Leiters ist auch niedrig. Bei Verwendung dieser leitfähigen Paste ist es daher möglich, ein mehrschichtiges keramisches Bauteil von überragender Qualität mit hohem Produktionsertrag herzustellen.
Jedoch erwächst für mehrschichtige keramische Bauteile, die für solche Anwendungszwecke, wie sie oben angesprochen wurden, verwendet werden, nun auch zunehmend die Forderung nach weiterer Verkleinerung, was sich insbesondere aus der Forderung nach einer Verkleinerung der Mobilkommunikationsgeräte ergibt.
Diese Erfindung hat die Aufgabe, ein mehrschichtiges kera misches Bauteil bereitzustellen, das ungeachtet seiner Verkleinerung mit hohem Produktionsertrag hergestellt werden kann.
Der Geltungsbereich dieser Erfindung wird durch den angehängten Satz Ansprüche definiert.
Wirkung und Nutzen der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen mehrschichtigen keramischen Bauteil, das eine interne Leitschicht und eine keramische Schicht umfasst, die durch gemeinsames Brennen gebildet werden, wird die interne Leitschicht aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, das Silber als einen Hauptbestandteil enthält, und die keramische Schicht wird aus einem auf Yttrium-Eisen-Granat basierenden magnetischen Oxidmaterial mit Silberbeimengung hergestellt. Durch die Wirkung dieses Silbers wird die Entstehung von Lunkern usw. in der internen Leitschicht so weit wie möglich verringert, wodurch sich der Bauteilproduktionsertrag erhöht.
Kurze Erklärung der Zeichnungen
1 ist eine teilweise geöffnete perspektivische Ansicht, die schematisch den Aufbau eines magnetischen Rotors in einem mit drei Anschlüssen versehenen Zirkulator veranschaulicht.
2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die den allgemeinen Aufbau eines mit drei Anschlüssen versehenen Zirkulators veranschaulicht.
3 ist ein äquivalentes Schaltbild für den mit drei Anschlüssen versehenen Zirkulator von 2.
4A, 4B und 4C sind Ansichten, die einen Teil des Herstellungsprozesses des magnetischen Rotors von 1 veranschaulichen.
5A, 5B und 5C sind Ansichten zur Veranschaulichung der Struktur eines unverwechselbaren Schaltungsbausteins, der in den Beispielen hergestellt wurde.
Beste Art der Durchführung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nun eingehender erklärt.
Das erfindungsgemäße mehrschichtige keramische Bauteil umfasst eine interne Leitschicht und keramische Schichten.
Bei der Herstellung des mehrschichtigen keramischen Bauteils wird eine zwischen Keramikmaterialschichten angeordnete leitfähige Paste bei einer Temperatur gebrannt, die mindestens so hoch ist wie der Schmelzpunkt des elektrisch leitenden Materials und niedriger ist als der Siedepunkt des elektrisch leitenden Materials, wodurch die interne Leitschicht und die keramischen Schichten gebildet werden. Die leitfähige Paste erhält man durch Dispergieren des elektrisch leitenden Materials, das Silber als einen Hauptbestandteil enthält, in einem Medium. Vorzugsweise wird in diesem Fall ein bestimmtes Metalloxid weiter in dem Medium dispergiert.
Das elektrisch leitende Material, das Silber als Hauptbestandteil enthält, kann Silber allein oder ein Gemisch aus Silber mit anderen Metallen sein, die mit ihm eine feste Lösung bilden können, beispielsweise Kupfer, Gold, Palladium und Platin. Wenn diese Zusatzmetalle verwendet werden, so sollte der Silbergehalt in dem elektrisch leitenden Material wenigstens 70 Mol-% betragen. Der Grund dafür ist, dass, wenn die Menge des Gemischs 30 Mol-% übersteigt, der spezifische Widerstand der Legierung größer ist als der von Silber. Besonders bevorzugt, oder um einem Ansteigen der Herstellungskosten entgegenzuwirken, sollte die Menge des mit dem Silber vermengten Zusatzmetalls maximal 5 Mol-% betragen (oder der Silbergehalt sollte wenigstens 95 Mol-% betragen).
Wenigstens ein Metalloxid, ausgewählt unter Ga-Oxid (Ga₂O₃), La-Oxid (La₂O₃), Pr-Oxid (Pr₆O₁₁), Sm-Oxid (Sm₂O₃), Eu-Oxid (EU₂O₃), Gd-Oxid (Gd₂O₃), Dy-Oxid (Dy₂O₃), Er-Oxid (Er₂O₃), Tm-Oxid (Tm₂O₃) und Yb-Oxid (Yb₂O₃), kann als das Metalloxid verwendet werden. Der Grund dafür ist, dass diese Metalloxide mit dem keramischen Material reagieren und in das keramische Material diffundieren. Wenn, in diesem Fall, der Gehalt des oder der Metalloxide je 100 Gewichtsteile des elektrisch leitenden Materials unter 0,1 Gewichtsteilen liegt, so entsteht an der Grenzfläche keine ausreichende Reaktionsphase, was zu einem Absinken der Silber-Netzbarkeit führt. Bei mehr als 20 Gewichtsteilen bleiben das oder die Metalloxide aufgrund ihrer unvollständigen Diffusion in dem internen Leiter, wodurch sich der Widerstand des Leiters erhöht. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass der Gehalt des oder der Metalloxide im Bereich von 0,1 bis 20 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteilen des elektrisch leitenden Materials liegt. Obgleich die Teilchengröße des elektrisch leitenden Materials nicht von ausschlaggebender Bedeutung ist, sollte die Teilchengröße vorzugsweise im Durchschnitt bei 0,1 bis 20 μm liegen, wenn der Leiter mittels eines Siebdruckverfahrens hergestellt wird. Aus ähnlichen Gründen sollten das oder die Metalloxide vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,1 bis 20 μm aufweisen.
Für das Medium kann ein Bindemittel, wie beispielsweise Ethylcellulose, Nitrocellulose und Acrylharz, und ein organisches Lösemittel, wie beispielsweise Terpineol, Butylcarbitol und Hexylcarbitol, unter optionaler Beigabe von Dispergiermitteln, Aktivierungsmitteln usw. verwendet werden. Es ist an dieser Stelle zu erwähnen, dass der Mediumgehalt in der leitfähigen Paste vorzugsweise im Bereich von 5 bis 70 Gewichts-% liegen sollte. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die leitfähige Paste auf eine Viskosität von etwa 300 bis 30.000 cps (Centipoise) eingestellt wird.
Als das magnetische Material, das zur Herstellung der keramischen Schicht verwendet wird, wird im Allgemeinen ein granatartiger Ferrit für Hochfrequenzzwecke verwendet. Der granatartige Ferrit für Hochfrequenzzwecke ist vorzugsweise ein substituierter Granat-Ferrit mit einer Grundzusammensetzung auf der Basis von YIG (Yttrium-Eisen-Granat), insbesondere Y₃Fe₅O₁₂, dem verschiedene Elemente beigegeben werden. Wenn die Zusammensetzung des substituierten Granat-Ferrits dargestellt ist durch: (Y₃-_xα_x) (Fe₅-_yβ_y)O₁₂ so ist es bevorzugt, dass das Element α, durch das Y substituiert wird, wenigstens ein Element aus Ca, Bi und Gd ist. Zum Zweck der Verbesserung der Eigenschaften ist es in diesem Fall bevorzugt, wenigstens ein Element aus Ho, Dy und Ce als einen Spurenzusatzstoff zu verwenden. Das Element β, durch das Fe substituiert wird, ist vorzugsweise wenigstens ein Element aus V, Al, Ge, Ga, Sn, Zr, Ti und In. Zum Zweck der Verbesserung der Eigenschaften ist es in diesem Fall bevorzugt, wenigstens ein Element aus Mn, Co, und Si als einen Spurenzusatzstoff zu verwenden. Die Substituierungsmenge ist dann vorzugsweise: 0 ≤ x ≤ 1,5 0 ≤ y ≤ 2 0 ≤ y2 ≤ 0,5
Es ist an dieser Stelle zu erwähnen, dass das Atomverhältnis des Spurenzusatzstoffs, der zur Verbesserung der Eigenschaften in der obigen Formel verwendet wird, in der Regel 0,2 oder kleiner ist und dass das Verhältnis (substituentelementhaltiges Y) : (substituentelementhaltiges Fe) : 0 von dem stoichiometrischen Zusammensetzungsverhältnis von 3 : 5 : 12 abweichen kann. Es ist außerdem anzumerken, dass der Granat-Ferrit eine durchschnittliche Korngröße von etwa 1 bis 10 μm hat.
Ein Blatt aus magnetischem Material kann unter Verwendung einer magnetischen Paste hergestellt werden, die ein magnetisches Material und ein Medium enthält.
Für das Medium sollen hier ein Bindemittel, wie beispielsweise Ethylcellulose, Polyvinylbutyral, Methacrylharz und Butylmethacrylat, und ein Lösemittel, wie beispielsweise Terpineol, Butylcarbitol, Butylcarbitolacetat, Acetat, Toluen, Alkohol und Xylen, sowie verschiedene Dispergiermittel, Aktivierungsmittel, Weichmacher usw. erwähnt werden, aus denen jedes gewünschte Medium je nach Verwendungszweck ausgewählt werden kann. Die zugegebene Menge des Mediums beträgt etwa 65 bis 85 Gewichts-% je insgesamt 100 Gewichtsteile des Gesamtoxids und Glas.
Gemäß der Erfindung wird der oben beschriebenen magnetischen Paste Silber beigegeben. Der Silbergehalt in dem magnetischen Material beträgt bis zu 10 Gewichts-%, bevorzugt bis zu 5 Gewichts-%, besonders bevorzugt 3 Gewichts-% und ganz besonders bevorzugt 1 Gewichts-%. Das Silber, selbst wenn es in einer sehr geringen Menge verwendet wird, wird für effektiv befunden. Die untere Grenze der zugegebenen Menge Silber wird nicht besonders angegeben, obgleich die zugegebene Menge Silber nicht gleich null sein sollte. Es ist jedoch bevorzugt, dass die untere Grenze 0,1 Gewichts-%, und insbesondere 0,2 Gewichts-%, beträgt.
Das Silber sollte der magnetischen Paste vorzugsweise in einer Teilchenform beigegeben werden. Das Silber sollte in diesem Fall vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchen größe von 2,5 bis 4,5 μm haben. Es ist an dieser Stelle zu erwähnen, dass das Silber nach dem Brennen in der Regel an der Korngrenze vorliegt.
Gemäß der Erfindung erhält man verschiedene mehrschichtige keramische Bauteile durch Übereinanderlaminieren der leitfähigen Paste und des keramischen Materials mittels bekannter Verfahren, wie beispielsweise einem Aufdruckverfahren oder einem Blattbildungsverfahren, so dass ein Rohlaminat entsteht, und Brennen des Laminats bei einer Temperatur, die mindestens so hoch ist wie der Schmelzpunkt des elektrisch leitenden Materials und niedriger als der Siedepunkt des elektrisch leitenden Materials. Beispielsweise können Chipkondensatoren, Chipinduktoren, unverwechselbare Schaltungsbausteine (Zirkulatoren und Isolatoren), LC-Filter, Halbleiterkondensatoren und glaskeramische mehrschichtige Platten hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun speziell anhand eines Zirkulators der unverwechselbaren Schaltungsbausteine erläutert, worauf die Erfindung vorzugsweise angewendet wird. Ein bevorzugter Zirkulator, auf den die Erfindung Anwendung findet, ist beispielsweise in US 08/219,917 (US-Patent Nr. 5,450,045) offenbart. Dieser Zirkulator umfasst einen magnetischen Rotor. Der magnetische Rotor umfasst einen internen Leiter, einen isolierenden magnetischen Körper, der integral mit dem internen Leiter gebrannt ist, während er in engem Kontakt mit dem internen Leiter steht und den internen Leiter umgibt, mehrere Anschlusselektroden, die elektrisch an ein Ende des internen Leiters angeschlossen sind, mehrere Kondensatoren, die an die Anschlusselektroden angeschlossen sind, um mit einer angelegten Frequenz in Resonanz zu schwingen, und einen Erregungsdauermagneten zum Anlegen eines Gleichstrommagnetfeldes an den magnetischen Rotor. In dem Zirkulator dieser Bauart wird kein Entmagnetisierungsfeld erzeugt, weil ein Hochfrequenzmagnetfluss wegen des Fehlens von Diskontinuitäten in dem magnetischen Körper einen geschlossenen Kreis in dem magnetischen Rotor bildet. Dementsprechend kann der Zirkulator verkleinert und preiswerter hergestellt werden und kann mit einem breiteren Band, aber mit weniger Verlusten, verwendet werden.
1 ist eine teilweise geöffnete perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines magnetischen Rotors in einem mit drei Anschlüssen versehenen Zirkulator veranschaulicht, der ein Beispiel des oben beschriebenen Zirkulators darstellt. 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die den allgemeinen Aufbau des Zirkulators veranschaulicht. 3 ist ein äquivalentes Schaltbild für den Zirkulator. Die 4A, 4B und 4C sind Ansichten, die einen Teil des Herstellungsprozesses des magnetischen Rotors in dem Zirkulator veranschaulichen.
Wie veranschaulicht, ist dieser Zirkulator von dem mit drei Anschlüssen versehenen Typ, wobei ein magnetischer Rotor 20 eine regelmäßige sechseckige plane Form aufweist. Wenn der magnetische Rotor 20 jedoch eine Struktur hat, die ein gleichmäßiges rotierendes magnetisches Feld erzeugen kann, so ist seine plane Form nicht immer auf die regelmäßige sechseckige Form beschränkt. Oder anders ausgedrückt: Der magnetische Rotor kann eine andere sechseckige Form oder eine polygonale Form haben. Wenn man dem magnetischen Rotor eine polygonale plane Form gibt, so ist es möglich, die Gesamtgröße des magnetischen Rotors zu verkleinern. Das liegt daran, dass, wenn ein Schaltungsbaustein wie beispielsweise ein Resonanzkondensator außen an der Seite des magnetischen Rotors angebracht wird, es möglich ist, einen verfügbaren Raum effektiv auszunutzen.
In 1 steht die Bezugszahl 10 für eine integral gebrannte magnetische Schicht. Ein interner Leiter (mittiger Leiter) 11 wird gemäß einer bestimmten Struktur ausgebildet, während er von der magnetischen Schicht 10 umgeben ist. Bei dieser Ausführungsform umfasst der interne Leiter 11 zwei übereinanderlaminierte Schichten. Zwei Schichten, die eine Gruppe bilden, sind jeweils mit streifenförmigen Schlangenstrukturen versehen, die sich in drei radialen Richtungen erstrecken (radiale Richtungen senkrecht zu wenigstens einer Seite des Sechsecks). Die streifenförmigen Schlangenstrukturen, die sich auf beiden Schichten in dieselbe Richtung erstrecken, sind über einen Durchgangslochleiter elektrisch miteinander verbunden. Das heißt, die magnetische Schicht dient auch als Isolator. Ein Ende jeder Schlangenstruktur ist elektrisch mit einer Anschlusselektrode 12 verbunden, die auf jeder zweiten Seite der magnetischen Schicht 10 ausgebildet ist. Die Ober- und Unterseite der magnetischen Schicht 10 und die anschlusselektrodenfreien Seiten der magnetischen Schicht 10 sind mit Erdungsleitern (Erdungselektroden) 13 versehen. Das andere Ende jeder Schlangenstruktur ist elektrisch mit dem Erdungsleiter 13 auf jeder der anschlusselektrodenfreien Seiten der magnetischen Schicht verbunden.
Wie aus 2 zu ersehen ist, wo der allgemeine Aufbau des Zirkulators veranschaulicht ist, sind Resonanzkondensatoren 21a, 21b und 21c elektrisch mit drei Anschlusselektroden (12) an einem magnetischen Rotor 20 verbunden. Für diese Kondensatoren verwendet man vorzugsweise einen Hochfrequenzkondensator, beispielsweise einen Durchführungskondensator mit einer hohen Eigenresonanzfrequenz, wie er durch den Anmelder vorgeschlagen wurde, wie beispielsweise einen solchen, wie er in JP-A 5-251262 offenbart ist. Dieser Hochfrequenzkondensator hat einen mehrschichtigen Dreiplatten-Streifenleitungsaufbau, wobei ein Erdungsleiter und ein dielektrisches Material in dieser Reihenfolge übereinander auf wenigstens einer Einheit eines mehrschichtigen Elements angeordnet sind, das ein dielektrisches Material, einen internen Leiter und ein dielektrisches Material umfasst, die in der beschriebenen Reihenfolge auf einem Erdungsleiter übereinander angeordnet sind. Durch Verwendung eines solches Durchführungskondensators mit einem breiten Betriebsfrequenzbereich ist es möglich, ein Abfallen des Q-Wertes zu verhindern. Es ist an dieser Stelle zu erwähnen, dass die Verbindungen zwischen den Anschlusselektroden und den Kondensatoren die gleichen sind wie in dem äquivalenten Schaltbild, das dem vorliegenden Text als 3 angehängt ist.
Der magnetische Rotor 20 ist auf seiner Ober- und seiner Unterseite mit Erregungsdauermagneten 22 und 23 versehen (siehe 2), um ein Gleichstrommagnetfeld 14 (siehe 1) an den magnetischen Rotor 20 anzulegen.
Es wird nun der Herstellungsprozess des Zirkulators mit einem solchen Aufbau erläutert.
Wie in 4A gezeigt, gibt es eine obere Lage 40, eine Zwischenlage 41 und eine untere Lage 42, die alle aus dem gleichen isolierenden magnetischen Material hergestellt sind. Die obere und die untere Lage 40 bzw. 42 haben in der Regel jeweils eine Dicke von etwa 0,5 bis 2 mm und sind aus mehreren übereinanderlaminierten Schichtmaterialien mit jeweils einer Dicke von etwa 100 bis 200 μm (bevorzugt 160 μm) aufgebaut. Die Zwischenlage 41 hat eine Dicke von etwa 30 bis 200 μm, und bevorzugt etwa 160 μm.
Durch die Zwischenlage 41 hindurch verlaufen an bestimmten Positionen Durchgangslöcher 43a, 43b und 43c. An jeder Durchgangslochposition ist ein Durchgangslochleiter mit einem Durchmesser, der etwas größer ist als der des Durchgangslochs, mittels Aufdrucken oder Transfer ausgebildet. Es ist akzeptabel, wenn der Durchgangslochleiter aus dem gleichen elektrisch leitenden Material besteht wie der interne Leiter. Es ist jedoch bevorzugt, ein Material mit einem Schmelzpunkt über dem des elektrisch leitenden Materials zu verwenden.
Auf der Oberseite der Zwischenlage 41 sind drei Gruppen oberer interner Leiter 44a, 44b und 44c entsprechend den Schlangenstrukturen durch das Aufdrucken oder den Transfer interner Leiterpasten ausgebildet. Jede Gruppe umfasst zwei streifenförmige Strukturen, die sich in dieselben radialen Richtungen erstrecken (radiale Richtungen senkrecht zu wenigstens einer Seite des Sechsecks), während sie die Durchgangslochabschnitte seitlich umgehen. Auf der Oberseite der unteren Lage 42 sind drei ähnliche Gruppen unterer interner Leiter 45a, 45b und 45c in der gleichen Weise ausgebildet, wie es gerade oben beschrieben wurde. Nachdem die auf diese Weise ausgebildete obere, Zwischen- und untere Lage 40, 41 bzw. 42 übereinander angeordnet wurden, werden sie durch Erwärmen und Pressen zu einem Stapel zusammengefügt. Somit befinden sich die Schlangenstrukturen von dreifacher Symmetrie auf beiden Flächen der Zwischenlage 41. Diese Symmetrie ist es, die gewährleistet, dass die Ausbreitungseigenschaften zwischen den Anschlüssen des mit drei Anschlüssen versehenen Zirkulators gut miteinander übereinstimmen.
Die obere, Zwischen- und untere Lage 40, 41 bzw. 42, die wie in 4B gezeigt zu einem Stapel verbunden sind, werden wenigstens einmal bei einer Temperatur gebrannt, die mindestens so hoch ist wie der Schmelzpunkt des elektrisch leitenden Materials und niedriger als der Siedepunkt des elektrisch leitenden Materials. Wenn zweimal oder öfter gebrannt wird, so muss wenigstens ein Brennvorgang bei einer Temperatur ausgeführt werden, die mindestens so hoch ist wie der oben erwähnte Schmelzpunkt. Durch diesen einen bzw. diese mehreren Brennvorgänge werden die magnetischen Materialien, aus denen die obere, die Zwischen- und die untere Lage 40, 41 bzw. 42 bestehen, zu einem integralen einheitlichen Element geformt.
Obgleich die obere, die Zwischen- und die untere Lage 40, 41 bzw. 42 bereits unter Bezug auf die 4A und 4B als mit einer regelmäßigen sechseckigen Form versehen beschrieben wurden, versteht es sich, dass sie nach dem Brennen zugeschnitten werden, um einen Verlust des elektrisch leitenden Materials infolge von Schmelzen zu verhindern, weil der eine oder die mehreren Brennvorgänge gemäß der Erfindung bei einer Temperatur ausgeführt werden, die mindestens so hoch ist wie der Schmelzpunkt des elektrisch leitenden Materials.
Durch den einen oder die mehreren Brennvorgänge, wie oben angesprochen, wird ein Ende der oberen internen Leiter 44a, 44b und 44c mittels der Durchgangslochleiter in den Durchgangslöchern 43a, 43b und 43c elektrisch mit einem Ende der unteren internen Leiter 45a, 45b und 45c verbunden.
Nach dem Brennen und Zuschneiden wird jeder magnetische Rotor einem Trommelpolieren unterzogen, um die internen Leiters auf seinen Seiten freizulegen, und die Ecken des gesinterten Körpers werden angeschrägt. Danach werden Anschlusselektroden 46 auf jede zweite Seite des magnetischen Rotors gebrannt, und Erdungsleiter 47 werden auf die Ober- und Unterseite des magnetischen Rotors sowie auf die von Anschlusselektroden 46 freien Seiten des magnetischen Rotors gebrannt, wie in 4C gezeigt. Dadurch wird gewährleistet, dass die anderen Enden der oberen internen Leiter 44a, 44b und 44c, die an den Seiten des magnetischen Rotors frei liegen, elektrisch mit den zugehörigen Anschlusselektroden (46) verbunden werden und dass die anderen Enden der unteren internen Leiter 45a, 45b und 45c, die an den Seiten des magnetischen Rotors frei liegen, elektrisch mit den Erdungsleitern (47) auf den zugehörigen Seiten des magnetischen Rotors verbunden werden. Dann werden die Resonanzkondensatoren 21a, 21b und 21c an den zugehörigen Anschlusselektroden (46) des magnetischen Rotors befestigt, um sie mittels Rückflusslöten usw. daran anzulöten, wie in 2 gezeigt. Im Anschluss daran wird ein metallisches Gehäuse, das als eine Kombination aus Erregungsdauermagnet und magnetisches Joch fungiert, um ein Gleichstrommagnetfeld zu erzeugen, an der Baugruppe angebracht, womit der Zirkulator vollständig ist.
Obgleich die obige Ausführungsform unter Bezug auf einen mit drei Anschlüssen versehenen Zirkulator beschrieben wurde, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung auch auf einen Zirkulator mit vier oder mehr Anschlüssen Anwendung finden kann. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf einen kompakten Konstantzirkulator, wie er zum Beispiel oben erwähnt wurde, sondern auch auf einen verteilten Konstantzirkulator angewendet werden kann, wobei ein magnetischer Rotor in eine Kapazitätsschaltung integriert ist und ein Impedanzwandler zum Verbreitern des Betriebsfrequenzbereichs in eine Anschlussschaltung integriert ist. Des Weiteren kann auch ein unverwechselbarer Schaltungsbaustein wie beispielsweise ein Isolator problemlos durch eine Erweiterung eines solchen Zirkulators hergestellt werden.
Beispiel
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand konkreter Beispiele erläutert.
Beispiel 1
Yttriumoxid (Y₂O₃) und Eisenoxid (Fe₂O₃) wurden in einem Molverhältnis von 3 : 5 miteinander vermischt. Das Pulvergemisch wurde bei 1.200°C kalziniert. Die entstandenen kalzinierten Pulver wurden in einer Kugelmühle zermahlen. Ein organisches Bindemittel und ein Lösemittel wurden den Pulverteilchen unter Hinzugabe von Silberpulver in einer Menge von 0,2 bis 5 Gewichts-% beigegeben, wie in Tabelle 1 gezeigt, wodurch eine magnetische Schlämme entstand. Die entstandene Schlämme wurde zu einer Rohschicht gerakelt.
Die Rohschicht wurde mittels einer Stanze ausgestanzt, um Löcher auszubilden, die als Durchgangslöcher dienen sollen, gefolgt von einem Aufdruck einer Silberleiterstruktur auf die Rohschicht mittels eines Dickschichtdruckverfahrens. Hier und danach betrug die Breite des Silberleiters die Hälfte der Breite, die in WO98/05045 beschrieben ist. Gleichzeitig wurden die Durchgangslöcher auch mit Silber befüllt. Als Druckpaste wurde eine Paste, die durch die Dispersion von Silber allein erhalten wurde, und eine Paste, die Silber und 3 Mol-% zugegebenes Ga₂O₃ umfasste, verwendet. Die Rohschichten wurden thermisch zu einem Laminat gepresst. Anschließend wurde das Laminat bei 1.430°C gebrannt und dann auf eine bestimmte Größe und Form geschnitten.
Dann wurden Silberpasten auf die Ober- und die Unterseite des gebrannten Laminats gebrannt, um Erdungselektroden darauf auszubilden. Des Weiteren wurden Silberpasten auf die Seiten des gebrannten Laminats gebrannt, um Elektroden zum Herstellen von Verbindungen zwischen Anschlusselektroden und den oberen und unteren Erdungselektroden auszubilden. Auf diese Weise wurde ein magnetischer Rotor hergestellt, bei dem die magnetischen Körper in die mittigen Leiter integriert waren. Ein magnetischer Rotor 101, ein Kapazitätssubstrat 102, ein Ferritmagnet 103 und ein Joch 104 wurden entsprechend den in den 5A, 5B und 5C veranschaulichten Anordnungen zusammengesetzt. Auf diese Weise entstanden unverwechselbare Schaltungsbaustein-Proben (Beispiele 1-1 bis 1-10). Im Vergleichsbeispiel 1 wurde eine Probe wie in den obigen Beispielen hergestellt, nur dass dem magnetischen Material kein Silber beigegeben wurde. In den obigen Beispielen und dem Vergleichsbeispiel sowie in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen entsprachen das Kapazitätssubstrat 102, der Ferritmagnet 103 und das Joch 104, die verwendet wurden, dem Stand der Technik. Der Produktionsertrag der unverwechselbaren Schaltungsbaustein-Probe ist in Tabelle 1 gezeigt. Es ist an dieser Stelle zu erwähnen, dass 108 Proben hergestellt wurden. Das Innere jeder Probe wurde mittels einer Transmissionsröntgenmessvorrichtung inspiziert. Ein Element, das Brüche im Draht und Materialfehler über 2/3 der Drahtbreite aufwies, wurde als Ausschuss eingestuft. Es ist anzumerken, dass die durchschnittliche Korngröße 3,2 bis 5,4 μm betrug.
TABELLE 1
Beispiel 2
Unverwechselbare Schaltungsbausteine (Beispiele 2-1 bis 2-10) wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass für das magnetische Oxidmaterial Yttriumoxid (Y₂O₃), Eisenoxid (Fe₂O₃) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) in einem Mol-verhältnis von 6 : 9 : 1 miteinander vermischt wurden. Die Menge Silber, die dem magnetischen Material beigegeben wurde, und der Produktionsertrag der unverwechselbaren Elemente sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Hochfrequenzeigenschaften wurden mittels eines Netzwerkanalysators gemessen.
TABELLE 2
Beispiel 3
Es wurden unverwechselbare Schaltungsbausteine wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass für das magnetische Oxidmaterial Yttriumoxid (Y₂O₃), Eisenoxid (Fe₂O₃), Vanadiumoxid (V₂O₅) und Kalziumoxid (CaCO₃) in einem Molverhältnis von 11 : 23 : 2 : 8 miteinander vermischt wurden.
Die Menge Silber, die dem magnetischen Material beigegeben wurde, und der Produktionsertrag der unverwechselbaren Element sind in Tabelle 3 gezeigt. Die Hochfrequenzeigenschaften wurden mittels eines Netzwerkanalysators gemessen.
TABELLE 3
Die Produktionserträge wurden wie in den Beispielen 1-1 bis 1-5, 2-1 bis 2-5 und 3-1 bis 3-5 gemessen, mit der Ausnahme, dass La₂O₃, Pr₆O₁₁, Sm₂O₃, Eu₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃, Er₂O₃, Tm₂O₃ und Yb₂O₃ anstelle von Ga₂O₃ verwendet wurden. Es wurden äquivalente Wirkungen erhalten.
Aus dem oben Dargelegten ist die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung klar ersichtlich.

Claims

Mehrschichtiges keramisches Teil, das eine interne Leitschicht und eine keramische Schicht umfasst, die durch Cofiring gebildet sind, wobei die interne Leitschicht aus einem elektrischen leitenden Material gebildet ist, welches als Hauptbestandteil Silber enthält, und die keramische Schicht aus einem auf Yttrium-Eisen-Granat basierenden oxid-magnetischen Material gebildet ist, dem Silber in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-% und bis zu 10 Gew.-% hinzugefügt wird.
Mehrschichtiges keramisches Teil nach Anspruch 1, wobei das Silber dem oxid-magnetischen Material in einer Menge von bis zu 5 Gew.-% hinzugefügt wird.
Mehrschichtiges keramisches Teil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Silber dem oxid-magnetischen Material in einer Menge von mindestens 0,2 Gew.-% hinzugefügt wird.
Mehrschichtiges keramisches Teil nach jedem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die interne Leitschicht durch das Brennen einer leitfähigen Paste gebildet ist, die durch das Dispergieren eines elektrischen leitenden Materials, welches Silber als Hauptbestandteil und ferner mindestens ein Metalloxid, ausgewählt aus einem Ga-Oxid, einem La-Oxid, einem Pr-Oxid, einem Sm-Oxid, einem Eu-Oxid, einem Gd-Oxid, einem Dy-Oxid, einem Er-Oxid, einem Tm-Oxid und einem Yb-Oxid enthält, in einem Medium erhalten wird.
Mehrschichtiges keramisches Teil nach Anspruch 4, wobei sich das Metalloxid in einem Bereich von 0,1 bis 20 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des elektrischen leitenden Materials befindet.
Mehrschichtiges keramisches Teil nach jedem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Teil durch Brennen bei einer Temperatur geformt ist, die gleich dem oder höher als der Schmelzpunkt des elektrischen leitenden Materials und niedriger als der Siedepunkt des elektrischen leitenden Materials ist.
Mehrschichtiges keramisches Teil nach jedem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, welches ein nicht reversibles Schaltkreis-Element ist.