TW466220B - Insulating ceramic composition and ceramic inductor using the same - Google Patents

Description

系I告:本‘丨！66220 1_；_ 說明丨) 發明背景 -------------—— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1.發明範疇 本發明係關於一種陶瓷組成物，特別是絕緣陶瓷組成 物，以及使用該組成物之陶瓷電感器。 _2.先前技藝敍流 --線，· 一般要實現電子機器和裝備的迷你化，乃使用陶瓷基 板，其上裝設有電子部件以組成電路。致力於進一步增加 裝設密度，現正導向於發展多層陶瓷基板，其包含了內部 電路與電子電路元件，像是電容器和電感器。多層陶瓷基 板通常由鋁的氧化物（氧化鋁)所做成。由於燒結溫度高達 1500〜1600°C，氧化鋁需要大量能源來燒成。而且氧化鋁需 要其內部的導體由高熔點材料做成，例如鎢和鉬，才能承 受氧化鋁的燒成。結果是內部電路有高電阻，限制了電流 負荷量。 在日本專利申請案JP-A-4-16551中，提出一種於低溫 燒結的基板用材料。其陶瓷組成物主要由Si〇2所構成。該 陶瓷組成物可於比較低的94〇°C到1000°c溫度範圍下'燒成 ’此則允許內部的導體由銅做成。很不幸的》銅需要—還 原性或非氧化性的燒結氣氛。此一缺點可用銀取代銅而消 除，因銀於局溫空氣中抗氧化。然而銀就需要於低於9〇〇 °c的溫度下來燒成該陶瓷組成物。 、 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） A7 B7 4 6 6 22 0 五、發明說明（V ) 發明目的與槪沭 本發明的一個目的是要提供一種絕緣陶瓷組成物，其 允許以一寬裕範圍的最佳燒成溫度，在低於900°C的溫度 下燒成’而產出一種具有高絕緣電阻與低介電常數的陶瓷 產品。本發明的另一個目的是要提供一種由該陶瓷組成物 做的陶瓷電感器。 本發明的第一部分著重在一種絕緣陶瓷組成物，其包 括62~75%重量百分比的矽的氧化物(以Si02換算）、4〜22°/。 重量百分比的鋇的氧化物(以BaC03換算）、0.5〜2.5%重量 百分比的鋁的氧化物(以A1203換算）、0到0.8%重量百分 比的鉻的氧化物(以〇203換算）、0.2〜0.8%重量百分比的鈣 的氧化物（以CaC03換算）、8〜18%重量百分比的硼的氧化 物(以B2〇3換算）、和〇到2.5%重量百分比的鉀的氧化物( 以κ2ο換算）。 本發明的第二部分著重在一種陶瓷電感器，其具有陶 瓷燒結體、於該陶瓷燒結體內彤成爲電感器的內部導體、 以及於該陶瓷燒結體末端表面上形成並電連接到該內部導 體的外部電極，其中該陶瓷燒結體包括62〜75°/。重量百分 比的矽的氧化物(以Si02換算）、4~22%重量百分比的鋇的 氧化物(以BaC03換算）、0.5〜2.5%重量百分比的鋁的氧化 物(以A1203換算）、0到0.8%重量百分比的鉻的氧化物(以 Cr203換算）、0·2〜0.8%重量百分比的鈣的氧化物(以CaC03 換算）、8〜18%重量百分比的硼的氧化物(以B2〇3換算）、和 0到2.5%重量百分比的鉀的氧化物(以換算）。 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2W X 297公釐） -------------：_ 裝— {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -3 · 線一 466220 A7 B7 五、發明說明（> ) 圖式簡述 圖1爲一透視圖，顯示屬於本發明之陶瓷電感器的一 個實施例。 範例1 氧化矽、碳酸鋇、氧化鋁、氧化鉻、碳酸鈣、氧化硼 、和氧化鉀（當作啓始材料)依表1所示的比例混合在一起 。所得之混合物以使用球磨的溼式程序加以壓碎，接著再 脫水、乾燥，並於800〜90CTC煆燒。煆燒過的粉末再次以 使用球磨的溼式程序加以壓碎，得出製備好的粉末。 -------------:·.裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 線. 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210^ 297公釐） 466220 A7B7 五、發明說明（4)

- m 摆§ ffi "5l) φρ ^ % o (N ψ^* l—1 S o o ΰ〇 «—· S 〇 1/1 Ο <Ν Ον ο CO F-* Ο 00 Ο Ο »—· ο 00 ι—< Ο ο Ο 00 »-Η Ο (Ν s fN o WO CO H o <N oo 〇 00 Ox W u M · en fS 0Q 〇j 00 oi 00 〇i cn σί — νη αί ΓΛ Ο 0Q Ό 〇J ΟΟ 0Q CS ΓΛ ΓΠ Ό (Ν 00 irv rn 〇0 ri ，丨— 00 σ> Γ- <N (N ! < 鐘 驶s i? m CN in f> Vi 寸 Ό »n 〇〇 ιη Ό 寸 ΟΟ VI CO Ό ι〇 寸 tn V% \〇 ΓΊ V» CN i—l o o VI 09 寸 - Vs! SIP 链+1 Si _麗 〇 CN <N CS 00 寸 〇〇 卜 «Μ Οί (Ν CN CN «0 Μ ο «Ν ο <Ν \〇 ο (Ν 寸 fS CN (N O n kTi ，— o (N 1 链G M o ir> 90 s «0 〇 ΙΛ oe 〇 νϋ 00 o iTi 00 o oo Ο S； ο •ο οο Ο ΙΛ 00 Ο ΙΛ 00 Ο m CO Ο 00 Ο 00 S οο ο CS ΟΝ % ¢0 Ο Ό οο 〇 £ o s o CN ON o o o 〇 m On Hn ¢1¾ o农 CN CS CM cs (N o ο 04 CN ο CS <Ν Ο m Γ»4 CA «ο ο CN (Ν <N 〇 »/» o CN (aaM CM CS T—· _方 s£ VO o 1··^ 寸 T-M Ό Ό 'Ο Ό Ό *—1 'sO ψ^* 00 CO 卜 o 〇 CN VO VO *1 *s οφ ^ im u 寸 o o 寸 o 寸 ο 〇 (N 〇 ΓΟ 呀 ο Γ' ο ν〇 ο c^ ο Ο ο 00 ο •ο ο ο d CN 〇 1〇 o o o o dW ^ itnrit β>. PJ Jj 〇 Φ ci o o Ο o 〇 对· ο Ά ο νο ο rr ο 卜 ο Ό Ο ο ¢0 Ο CS ο ο d o iTk d o o sD o _l cr VJUjSl e'' PJ ^ 穿HD 00 CO eo eo eo eo Γ〇 ο ΙΛ Ο 卜 ο βο ο CN Ο οϊ fN (Ν rf oi 卜 CN ¢0 00 o <n o 00 »—H 00 00 mH .1 Λ 〇朱 ^ m CO o ri oo 00 寸 l-M 寸 ^r 寸 寸 Ι-Μ 'ζΓ — 寸 寸 寸 Ο CN OQ o Ό fn •o CN Ηπ ¢1 ^ ί/5 s <N Ό (N vo 寸 Ό Ό νύ Ό ο Ό Ό Ό Ό 'Ο Ό Ο Ό Ό Ό Ό Ό ν〇 Ό Ό 00 VO o CN CN oc m ag m # 赘 CN in * ο * οο Os ο ww_· 1—( —Η * CS m 寸 * Ό Ό 卜 00 〇 〇 <N •M CN CS <N 本紙張尺度適用中國國家標竿（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------ 裝--------訂---------#v(請先閱11背面之注意事項再填寫本頁) 4 6 6 22 ^ A7 ^_ '__B7_ 五、發明說明（< ) 製備好的粉末混以水或是有機溶劑（當作黏結劑），以 得到發料，接著再以刮刀方式形成生胚片（1 mm厚）。生胚 片切成方形小片XIOmm)。每片的兩面都以印刷方式 塗覆銀膏，該銀膏由銀粉和有機媒液以80 : 20的重量比例 所組成。塗覆片於850〜950°C空氣中燒90分鐘。 以上述方式所得之樣品測試它們的代表性質。以阻抗 分析器和IR儀量測介電常數和絕緣電阻，而以強度測試器 測量彎曲強度。 介電常數（ε )是從靜電容(C)來計算，該靜電容是以自 動電橋測試器於1 kHz、1 Vrms、25°C下測得。絕緣電阻(R) 是以絕緣電阻測試器於25°C下施加16V直流電2分鐘所測 得。彎曲強度是以三點彎曲方法量測，並根據日本工業標 準(JIS)來計算。各結果顯示於表1。 表1中所示之最佳燒成溫度，乃達到最大收縮時的燒 成溫度。（收縮乃由於燒結，以及隨著溫度增加所發生的黏 結劑蒸發。）表1中所示之最佳燒成溫度範圍，係高於和 低於上述最佳燒成溫度的兩極限間之差距，其下限定爲當 收縮比在最佳燒成溫度的收縮大〇.5%時的溫度，而上限定 爲當樣品的可焊性開始變差時的溫度。 爲了測試可焊性，把樣品以氯化物爲基質的熔接劑覆 上銀電極，於150°C下預熱20秒後，浸於230±10°C的鉛 焊料浴液中2秒。以目視觀察，如果超過90%的銀電極表 面被焊料所覆蓋，可焊性便評定爲佳；否則，可焊性便評 定爲差。順便一提的，不符合本發明的樣品在表1中以一 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · I --- 訂---------_ A7 466220 _ B7_______ 五、發明說明（b ) 星號註記》 根據本發明，絕緣陶瓷組成物基於以下理由，乃限制 在其成份的比例當中。 當Si02少於62%重量百分比，樣品的介電常數大於6 ，此不利地影響電子電路在高頻的特性，就如同樣品編號 1 ° 當Si02超過75%重量百分比，樣品需要在高於900°C 的溫度燒成，就如同樣品編號22。 當BaC03少於4%重量百分比，樣品的彎曲強度低到 820 kg/cm2，而需要在高於900°C的溫度燒成，就如同樣品 編號20。 當CaC03超過22%重量百分比，樣品的介電常數大於 6，就如同樣品編號2。 當Al2〇3少於0.5%重量百分比，如樣品編號7，或是 當Al2〇3超過2.5%重量百分比，如樣品編號15，樣品則需 要在高於900°C的溫度燒成。 當Cr203超過0.8%重量百分比，樣品的絕緣電阻變低 ，就如同樣品編號6。 當CaC03少於2%重量百分比，樣品的最佳燒成溫度 範圍變窄(小於15°C)。 當CaC03超過0.8%重量百分比，樣品需要在高於900 °C的溫度燒成，就如同樣品編號7。 當B2〇3少於8%重量百分比，樣品需要在高於900°C 的溫度燒成，就如同樣品編號22。 8 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 袭 ----訂---------接- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 4 6 6 22 0 A7 _____B7_____ 五、發明說明（〇 ) 當B203超過18%重量百分比，樣品的絕緣電阻變低， 就如同樣品編號.20。 當Κ20超過2.5%重量百分比，樣品的絕緣電阻變低， 就如问樣品編號8。 本範例中用於電極的銀可以用銀合金取代，例如銀一 祀合金。 範例2 本範例示範一種由範例1的陶瓷組成物做成之陶瓷電 感器。 範例1中製備的漿料，樣品編號10，以刮刀方式做成 生胚片。於生胚片的一表面上，以印上銀一鈀合金的導電 膏方式形成導體佈局圖案，如此則當印好的生胚片一個疊 一個，導體佈局圖案透過層狀物中的空孔而於層狀物裡組 成一線圈狀導體。生胚片的層狀物於860°c的空氣中燒1 小時，以得出素燒胚。 於素燒胚的端表面上形成外部電極，該外部電極第一 層由汞齊法鍍銀所組成，第二層由電鍍鎳所組成，第三層 由鍍錫所組成。外部電極電連接到內部線圈狀導體。 圖1爲上述所得之陶瓷電感器的一個實施例的透視圖 。圖1中顯示的有陶瓷電感器1、絕緣陶瓷2、內部線圏狀 導體3、以及外部電極4。絕緣陶瓷(素燒胚)是由本發明之 Si02—Ba0—B2〇3絕緣陶瓷組成物所做成的。 由於陶瓷組成物能夠在低溫下燒成，所以內部導體可 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，裝 訂--------*#ί A7 466220 ~ 11—--~------ 五、發明說明（/ ) 由具有高導電性的富含銀之合金來做成。因此所得之晶片 型陶瓷電感器適用於高頻範圍。 用於陶瓷片表面形成內部導體佈局圖案的材料，可以 是銀或銀合金，例如銀一鈀合金。佈局圖案形成的方法可 以是印刷'塗覆、氣相沉積、以及濺鍍當中任一者。 用於形成外部電極的材料，不僅可以是銀（前面有述) ’也可以是銀一鈀合金或這類金屬（或這類合金），像是鎳 和銅。可以用印刷、氣相沉積、或濺鍍來形成外部電極。 形成於層狀物之端表面的外部電極可以和層狀物同時燒成 〇 陶瓷電感器1形狀上並沒有特定的限制。而且線圏也 沒有限定在任何特殊的圏數。藉由適當選擇帶有內部導體 佈局圖案的絕緣陶瓷層2之數目，可以建立任何所要的圈 數。雖然本範例示範一種具有一個電感器的陶瓷電感器， 但相同的想法可以應用於陶瓷電感器的複合元件，例如變 壓器和LC濾波器。 本發明的絕緣陶瓷組成物能夠在溫度低於900°C的空 氣中燒成。它的最佳燒成溫度範圍如此寬，以致即使當分 批爐或連續燒成爐中有溫度的擾動，它仍生出好的產品。 因此它適合商業的大量製造。本發明的絕緣陶瓷組成物也 生出具有高絕緣電阻、低介電常數、以及高彎曲強度的陶 瓷產品。 本發明的陶瓷電感器可具有銀或銀合金做的內部導體 ，因爲它是由本發明的絕緣陶瓷組成物所做成的。本發明 10 ------------- ^—— {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂.- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 4 66 22 0 A7 _B7__ 五、發明說明（) 的陶瓷電感器具備高的自我共振頻率，以及高的Q値(品質 子因 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----訂---------4^v 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 466220 1. 一種未燒結的絕緣陶瓷組成物，其包括： 62〜75%重量百分比的矽的氧化物，是以Si02換算槪id二3 4-22%重量百分比的鋇的氧化物，是以BaC03換算， 0.5〜2.5%重量百分比的鋁的氧化物，是以A1203換算， 〇到〇·8%重量百分比的鉻的氧化物，是以Cr2〇3換算， 0.2〜0.8%重量百分比的鈣的氧化物，是以CaC03換算， 8〜18%重量百分比的硼的氧化物，是以B203換算，和 0到2.5%重量百分比的鉀的氧化物，是以K20換算。 2. 根據申請專利範圍第1項之未燒結的絕緣陶瓷組成物， 其包括： 64〜70%重量百分比的矽的氧化物，是以Si02換算， 12〜20%重量百分比的鋇的氧化物，是以BaC03換算， 0.4〜2.4%重量百分比的鋁的氧化物，是以Al2〇3換算， 0到0.7%重量百分比的鉻的氧化物，是以〇203換算， 0.4〜0.7%重量百分比的鈣的氧化物，是以CaC03換算， 10〜16%重量百分比的硼的氧化物，是以B203換算，和 0.2-2%重量百分比的鉀的氧化物，是以K20換算。 3. —種已燒結的絕緣陶瓷組成物，其包括： 62〜75%重量百分比的矽的氧化物，是以Si02換算， 4〜22%重量百分比的鋇的氧化物，是以BaC03換算， 0.5〜2.5%重量百分比的鋁的氧化物，是以Al2〇3換算， 0到0.8%重量百~分比的鉻的氧化物，是以Cr203換算， 0.2〜0.8%重量百分比的鈣的氧化物，是以CaC03換算， 8〜18%重量百分比的硼的氧化物，是以B2〇3換算，和 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝—------訂---------線.. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 466220 AS B8 C8 DS 六、申請專利範圍 0到2.5%重量百分比的鉀的氧化物，是以K20換算。 4_根據申請專利範圍第3項之已燒結的絕緣陶瓷組成物， 其包括： 64〜70%重量百分比的矽的氧化物，是以Si02換算， 1>2〇%重量百分比的鋇的氧化物，是以BaC03換算， 0.4〜2.4%重量百分比的鋁的氧化物，是以A1203換算， 0到0.7%重量百分比的鉻的氧化物，是以Cr203換算， 0.4〜0.7%重量百分比的鈣的氧化物，是以CaC03換算， 10〜16%重量百分比的硼的氧化物，是以B203換算，和 0.2〜2%重量百分比的鉀的氧化物，是以K20換算。 5. —種電感器，其包括已燒結陶瓷體、該陶瓷燒結體內的 內部導體、以及位於該陶瓷燒結體末端表面上並電連接到 該內部導體的外部電極，其中該陶瓷燒結體包括： 62〜75%重量百分比的矽的氧化物，是以Si02換算， 4〜22%重量百分比的鋇的氧化物，是以BaC03換算， 0.5〜2·5%重量百分比的鋁的氧化物，是以A1203換算， 0到0.8%重量百分比的鉻的氧化物，是以Cr203換算， 0.2〜0.8%重量百分比的鈣的氧化物，是以CaC03換算， 8〜18%重量百分比的硼的氧化物，是以B2〇3換算，和 〇到2.5%重量百分比的鉀的氧化物，是以K20換算。 6. 根據申請專利範圍第5項之電感器，其中該已燒結陶瓷 體包括： 64〜70%重量百分比的矽的氧化物，是以Si02換算， 12〜20%重量百分比的鋇的氧化物，是以BaC03換算， 2 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 」裝-------訂---------線， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 466 22 0 L-o 六、申請專利範圍 0.4〜2.4%重量百分比的鋁的氧化物，是以Al2〇3換算， 0到0.7%重量百分比的鉻的氧化物，是以Cr203換算， 0·4〜0.7%重量百分比的鈣的氧化物，是以CaC03換算， 10〜16%重量百分比的硼的氧化物，是以B2〇3換算，和 0·2〜2%重量百分比的鉀的氧化物，是以K20換算。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)