[发明专利]不变形的陶瓷基片及其制造方法

说明书

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本发明涉及一种陶瓷基片，其可以包含集成在内的无源元件并且可以作为基底来安装电器件。此外，本发明还涉及一种用来制造这种基片的方法。

已知的陶瓷基片具有至少一个功能层，该功能层中包含功能陶瓷，在其中实现或可以实现电器件。这种功能陶瓷可以从压敏陶瓷或其他电工陶瓷如铁电陶瓷、压电陶瓷、从NTC和PTC中选出的热敏陶瓷、片式多层陶瓷电容器(MLCC)、LTCC陶瓷(MCM)和其他陶瓷中进行选择。

这些基片通过烧结生坯制成，生坯包含已经结构化的电极或未烧结的结构化的电极层。因此为了保持电极和界面的结构准确度，有利的是，生坯在烧结时只出现细微的侧面收缩。

已知多种用来降低这种侧面收缩的方案。一种方案是，在烧结过程中将垂直于层面的力施加到生坯上，以此主要在垂直方向上造成收缩。另一方案是设置夹层，该夹层与功能陶瓷的生坯相连，由于与生坯的粘附效果而降低烧结时的侧面收缩。该夹层在烧结过程之后仍然是基片的组成部分。

但还可行的是，将该夹层构造为炉层，其与生坯一起烧结并且在烧结过程之后从基底上去除。

对于第二和第三种方法来说尤其重要的是，在夹层和功能层或生坯之间形成足够牢固的复合体，但由于陶瓷种类繁多，这一点很难实现。

已知的方法使用至少在表面上玻璃占比达5％以上的夹层和/或功能层。只有通过玻璃占比，才能确保未烧结的夹层与之后的功能陶瓷的粘附。如果玻璃的重量占比在连接面两侧的层区域中小于例如5％，则不能确保这些层在烧结过程中的粘附效果并且通常会引起两个层的分层，并因此导致基底变形，在整体上提高制造时的废品率。

但玻璃混合的缺点在于，它会使功能陶瓷的导电或绝缘特性退化。这一方面归因于含有玻璃的功能层成分不纯，其可能使功能陶瓷的特性明显退化到无法接受的地步。此外，一些玻璃组成成分还可能发生扩散并且引起功能陶瓷层的化学变化，这同样会造成退化。

如果使用坚固的夹层，即将功能层的生坯设置在制好的陶瓷或制好的晶体上，则在少数情况下可能能找到相互之间具有良好粘附性的材料组合。但可行的材料组合在数量方面很受限制，并且不能以这种方式夹紧所有的功能层。

因此本发明的目的是，提供一种基片，其夹层和功能层可以相互良好地粘附并且烧结之后的侧面收缩程度明显降低。夹层和功能层的良好粘附不应该以降低功能层的导电和绝缘特性为代价。本发明的另一目的是，提供一种用来制造上述基片的方法。

该目的按照本发明通过具有权利要求1所给出特征的基片即可解决。本发明其他有利的构造方案以及用来制造基片的方法从其他权利要求中得出。

本发明借助布置在其间的连接层解决功能层和夹层之间粘附的问题。功能层和夹层均不含玻璃，或者只含重量百分比低于5％的少量玻璃，其通常不会使功能层或位于功能层中的功能陶瓷的导电特性发生退化。连接层自身是玻璃层或者包含形成玻璃的组分，下称玻璃组分，如氧化物，它们在烧结过程中会转换成玻璃。

这种基片的制作过程只会出现轻微的侧面烧结收缩并且不会变形，因为连接层确保了功能层和夹层之间的良好粘附。按本发明的基片的优点在于，功能层的导电特性不会受连接层的影响并因此也不会发生退化。

所述连接层具有约0.5至10μm的层厚。借助这样相对较薄的层厚便已经确保，即使在功能层和/或夹层的表面结构较粗糙时，所述玻璃组分也可以完全包围着这两个层的陶瓷粒。这一点确保了最大的共同表面(分界面)，并因此确保了最大程度的粘附。

连接层还具有适当的热膨胀系数，其优选位于夹层和功能层的热膨胀系数之间。如果夹层被用作牺牲层且随后会被再次去除，则选择小于或等于功能层的膨胀系数作为连接层的热膨胀系数。

连接层的流变特性以及热膨胀系数可以通过添加选出的填充物质颗粒进行调节。有利的填充物质可以选择例如与夹层相同的材料。这样确保与功能层或夹层的膨胀系数良好匹配。填充物质也可以用来调节连接层的其他物理特性。

该玻璃组分或这些玻璃组分在烧结之前作为纯的玻璃颗粒或形成玻璃的氧化物存在于连接层中。此外，连接层优选不含活动的铁，这种铁会在功能层中向内扩展并且可能会使其特性退化。如果功能层是压敏陶瓷，尤其是在掺杂有镨的情况下，则更是要注意这一点。

连接层的熔点可以位于功能层的熔点范围中，但通常小于功能层的熔点。但过大的熔点差异也是不利的。

连接层还由在烧结过程中受控融合的材料构成。为了实现足够好的粘附效果，连接层也无需完全润湿夹层和功能层的表面。因此，可以降低润湿特性，而这并不会导致粘附效果明显降低。