DE3887186T2 - Verfahren zur Herstellung eines keramischen Mehrschichtkondensators. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Mehrschichtkondensatoren, bei dem gebrannte und gesinterte keramische dünne Platten (Filmteile) verwendet werden. Insbesondere bezieht sie sich auf das Verfahren zur Erzeugung der keramischen Mehrschichtkondensatoren, wie sie typischerweise in insbesondere für Hochfrequenzschaltkreise verwendbaren Miniatur-Hybridschaltkreismodulen verwendet werden können.
• In der letzten Zeit erforderte und beschleunigte die Miniaturisierung der elektronischen Geräte die Miniaturisierung von Kondensatoren und Schalttechnik und deshalb wurden eine Vielzahl von Verfahren zur Herstellung miniaturisierter keramischen Mehrschichtkondensatoren vorgeschlagen und angewendet (siehe US-Patent Nr. 4.082.906).
• Die keramischen Mehrschichtkondensatoren nach Stand der Technik werden hauptsächlich nach den folgenden zwei Verfahren hergestellt.
• Das erste Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtkondensatoren beinhaltet die Fertigung von dielektrischer Materialpaste, die im wesentlichen aus sehr fein verteilten, aus Partikeln bestehenden keramischen Materialien und organischem(n) Bindemittel(n) besteht, und von leitfähiger Paste, die im wesentlichen aus sehr fein verteiltem Metallmaterial und homogen damit vermischtem(n) Bindemittel(n) besteht, und danach das Ausbilden von mehrteiligen Schichten, die abwechselnd aus Schichten von keramischem Pastenmaterial und aus Schichten, die aus leitfähiger Paste gebildet sind, geschictet werden, wonach dann das gebildete Mehrschicht-Laminat getrocknet wird und das folglich gebildete Mehrschicht-Laminat gebrannt wird, um den gesinterten Laminat-Kondensator zu bilden.
• Das zweite Verfahren zur Herstellung von Mehrschichtkondensatoren beinhaltet das Ausbilden keramischer "Grünlinge" aus dielektrischer Materialpaste mittels eines Rakelmesserverfahrens und das Schneiden der Tafel auf die erforderliche Form und Größe, und das Trocknen der Keramikgrünlinge, und danach das Auftragen einer leitfähigen Paste auf die Oberfläche der Tafel mittels eines Siebdruckverfahrens, um eine leitfähige Schicht auszubilden, gefolgt von einer Trocknung, und der Schichtung dieser Keramiktafeln mit leitfähigen Schichten zum Ausbilden eines mehrschichtigen Stapels, und danach dem Kleben dieser Schichten mittels Wärme. Um einen Mehrschichtkondensator herzustellen, wird ein Stapel von mehrteiligen Schichten der dünnen Platten aus leitfähigem Material und der dünnen Platten aus dielektrischem Material gebrannt.
• Bei diesen Verfahren müssen jedoch die Keramikplatten aus dielektrischem Material mit Schichten aus Metallpaste bei einer hohen Temperatur von 1.200 bis 1.400ºC gebrannt werden, und deshalb ist es erforderlich, daß das verwendete Metall die Eigenschaft hat, sogar bei der Temperatur von 1.200 bis 1.400ºC inaktiv oder inert zu sein und bei dieser Temperatur nicht oxidiert zu werden. Zum Ausbilden der Elektrode müssen Edelmetalle wie beispielsweise Gold, Palladium und Platin oder deren Legierung (diese verhält sich inert zu dem verwendeten Keramikmaterial und schmilzt sogar bei solch einer Temperatur nicht) verwendet werden, damit sie, in der Keramik enthalten, während des Brenn- oder Sinterprozesses in leitfähiger Form bleiben. Diese Edelmetalle sind relativ teuer und die diese Edelmetalle enthaltenden keramischen Mehrschichtkondensatoren steigern die Herstellungskosten und deshalb ist die Senkung von deren Kosten sehr schwierig.
• Es ist erforderlich, den in einem Hochfrequenzschaltkreis genutzten Kondensator auch zu miniaturisieren, weil die elektronischen Geräte entwickelt wurden und fortgeschritten sind, in denen Hochfrequenzschaltkreise genutzt werden.
• Die im Stand der Technik bei miniaturisierten keramischen Mehrschichtkondensatoren verwendeten dielektrischen Materialien sind im allgemeinen Bariumtitanat und Titanoxid enthaltende Keramikmaterialien, aber für die Herstellung des Kondensators, wo ein Strom des Hochfrequenzbereiches wie beispielsweise von mehreren zehn MHz bis zu mehreren GHz zugeführt wird, und es erforderlich ist, daß der effektive Reihenverlustwiderstand für solch einen Hochfrequenzstrom mehrere zehn Milliohm ist, wird Glimmermaterial als das dünne dielektrische Material verwendet. Jedoch neigt solches, der Hochfrequenz angepaßtes Material dazu, einen höheren dielektrischen Verlust zu haben. Desweiteren gibt es die anderen Anforderungen an das zur Bildung der inneren Elektrode verwendete Metall, sogar bei einer Temperatur von 1.200ºC bis 1.400ºC dem dielektrischen Material zur Bildung der mehrteiligen Schichten gegenüber inert zu sein, und bei dieser hohen Temperatur gegenüber der Oxidation des Metalls inert oder inaktiv zu sein. Es wird keine Kombination des Metalls und des dielektrischen Materials vorgeschlagen, die diese Anforderungen erfüllt.
• FR-A-2 389 211 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Sperrkondensators mit einer Vielzahi von dielektrischen Schichten und leitfähigen Schichten, die ein Leitermuster ausbilden. Bei dem Verfahren werden Platten mit dielektrischen und leitfähigen Schichten aufgeschichtet, während Glasschichten zwischen angrenzende Platten gebracht werden, und dann wird der Stapel von Schichten gebrannt. Dieses bekannte Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkondensators erfordert mehrere Heiz- und Brennschritte und beseitigt nicht die Gefahr der Elektrodenkorrosion.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die Erfindung zieht unter Berücksichtigung der vorgehenden Überlegungen die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung eines keramischen Mehrschichtkondensators der Art in Betracht, bei dem Glasmaterialschichten in dem Stapel für den Mehrschichtkondensator zwischen angrenzenden Keramikschichten angeordnet werden, und wobei zwischen den auf den benachbarten Keramikschichten ausgebildeten leitfähigen Schichten die Glasmaterialschichten liegen, und die Glasmaterialschicht und die leitfähige Schicht oder beide zum Verbinden der angrenzenden Keramikschichten dienen, um den Mehrschicht- Kondensator dauerhaft stabil zu machen.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Kondensators zu schaffen, bei dem kein Edelmetall für die Elektrode benötigt wird.
• Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, das Problem bei dem Mehrschichtkondensator nach Stand der Technik zu lösen, das darin besteht, daß ein Edelmetall erforderlich ist, um die inneren (enthaltenen oder eingeschlossenen) Elektroden des Kondensators auszubilden.
• Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkondensators zu schaffen, bei dem die leitfähigen Elektroden-Schichten oder die Glasmaterialschichten die dünnen Keramikfilmteile durch Brennen des Stapels von Keramikfilmteilen bei niedriger Temperatur bzw. durch schichtweises Anordnen der durch leitfähige Paste oder leitfähiges Bindematerial oder/und Glaspulverpaste ausgebildeten Schichten miteinander verbinden.
• Es ist desweiteren Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkondensators ohne irgendeinen Hohlraum zwischen den Schichten des Stapels zu schaffen, der dadurch ausgebildet wird, daß zwischen den gebrannten Keramikfilmteilen Glasschichten liegen, und daß er bei einer niedrigen Temperatur gebrannt wird, um das Glasmaterial der Glasschichten zum Verbinden der Keramikfilmteile, zwischen denen die Glasschicht liegt, zu schmelzen.
• Es ist die andere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkondensators zu schaffen, der genau und leistungsfähig geschichtet und gefertigt ist.
• Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Mehrschichtkondensators zu schaffen, der einen geringeren effektiven Reihenverlustwiderstand bei Hochfrequenzstrom von mehreren zehn MHz bis hin zu mehreren GHz hat. Im Nachfolgenden bezeichnet "Hochfrequenz den Frequenzbereich von mehreren MHz bis hin zu mehreren MHz, und wird insbesondere bei keramischen Mehrschichtkondensatoren verwendet.
• Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkondensators mit genauer Positionierung der inneren Elektroden und hoher mechanischer Festigkeit zu schaffen.
• Es ist weiterhin die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Kondensators mit geringerem effektiven Reihenverlustwiderstand zwischen benachbarten, in die dielektrische Schicht eingefügten Elektroden im Hochfrequenzbereich zu schaffen.
• Es ist die andere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Kondensators ohne irgendeinen Hohlraum noch sonst irgendeinen Raum zwischen den jeweiligen Keramikschichten zu schaffen, wobei die Glasschicht zwischen den jeweiligen Keramikschichten durch Auftragen von Glaspaste auf den Keramikschichten zum Ausbilden von Glaspastenschichten ausgebildet wird, und bei einer niedrigen Temperatur ein Stapel von mehrteiligen Schichten, bei denen die Keramikschichten und die Glaspastenschichten abwechseln, gebrannt wird, um diese Schichten zusammenzukleben, bei denen sehr dünne Keramikplatten als eine Schicht für den Stapel verwendet und zum Stapel geschichtet werden können.
• Es ist die weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschicht-Kondensators zu schaffen, bei dem als Elektroden der Kondensatoren verwendete Paare von Metallschichten ausgebildet werden, wobei jeweils zwischen jedem Paar die Glasschicht angeordnet ist, und das gleiche Potential haben und der effektive Reihenverlustwiderstand bei Hochfrequenz geringer ist.
• Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren für die Herstellung eines Mehrschichtkondensators geschaffen, das folgende Schritte aufweist:
• a) Fertigen einer Vielzahl von gebrannten dielektrischen Filmteilen,
• b) Auftragen leitfähiger Paste auf beiden Oberflächen jedes dielektrischen Filmteils in einem festgelegten Muster,
• c) Trocknen und Brennen der leitfähigen Paste zum Herstellen leitfähiger Schichten,
• d) Auftragen einer Glaspaste auf beiden Oberflächen jedes dielektrischen Teils, das die leitfähigen Schichten enthält,
• e) Aufeinanderschichten einer Vielzahl der vorgenannten Substrukturen, die aus den dielektrischen Teilen, den Glasschichten und den leitfähigen Schichten bestehen,
• f) Positionieren gebrannter dielektrischer Teile auf der Oberseite und der Unterseite des Stapels,
• g) Brennen der folglich ausgebildeten Struktur.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung gewährleistet, daß durch die Verwendung gebrannter dünner Filmteile und von zwischen den gebrannten dünnen Filmteilen und/oder den leitfähigen Schichten zum Verbinden der gebrannten keramischen Schichten angeordneten Glasmaterialschichten die Endbrenn- oder Endbearbeitungstemperatur unterhalb von 900ºC gehalten werden kann. Es wurde festgestellt, daß das Schmelzen des Glasmaterials in den eingefügten Glasmaterialschichten, das bei 500ºC bis 900ºC erreicht werden soll, das Verbinden der gebrannten keramischen Filmteile erlaubt. Der erzeugte Mehrschichtkondensator ist stabil und hat geeignete elektrische Eigenschaften für alle Arten der Schalttechnik.
• Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt eines gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellten keramischen Mehrschichtkondensators.
• Fig. 2 zeigt schematisch einen Schnitt eines anderen gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellten keramischen Mehrschichtkondensators.
• In Übereinstimmung mit der Erfindung kann ein monolithischer keramischer Kondensator hergestellt werden, der eine Vielzahl von dünnen gebrannten Keramikfilmteilen und zwischen den dünnen Keramikfilmteilen angeordnete oder dazwischen liegende Verbindungsschichten aufweist, wobei diese Keramikfilmteile und diese Verbindungschichten zum Bilden eines Stapels von Keramikplatten und Verbindungsschichten abwechselnd geschichtet werden. Die Verbindungsschichten des gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellten Mehrschichtkondensators bestehen im allgemeinen hauptsächlich aus Glasmaterialschichten und/oder Schichten aus leitfähigen Material, wobei die Schicht aus leitfähigem Material nach festgelegtem Muster innere Elektroden bildet und in der Glasmaterialschicht enthalten ist. Deshalb haben die gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellten keramischen Mehrschichtkondensatoren keine der Luft ausgesetzten (gestreiften) inneren Elektroden. Bei dem Verfahren der Erfindung werden die dünnen Keramikfilmteile so gefertigt, das sie vorzugsweise einen dielektrischen Verlust von geringer als 0,01 haben und eine Dicke von geringer als 200 Mikrometer. Die zwei leitfähigen Schichten, zwischen denen die Glasschicht liegt, können leitfähig gekoppelt sein, um das gleiche elektrische Potential zu haben.
• Die leitfähige Schicht kann aus einem Metall erzeugt werden, das aus der aus Silber, Kupfer, Palladium und deren Kombination bestehenden Gruppe ausgewählt werden kann. Der Mehrschichtkondensator kann durch das Ausbilden eines Musters einer leitfähigen Materialschicht auf der (den) Fläche(n) eines dünnen Keramikfilmteils hergestellt werden, das unabhängig und getrennt mittels Siebdruckverfahren gebrannt wurde; wonach Glaspaste auf die so ausgebildete Fläche des Keramikfilms mittels Siebdruckverfahren aufgetragen wird, dann eine Vielzahl der dünnen Keramikfilmteile mit solchen Mustern der leitfähigen Schicht, auf denen eine solche Glaspastenschicht angeordnet ist, gestapelt werden und dann die gestapelte Anordnung einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur in dem Bereich unterzogen wird, in dem die Glaspastenschicht geschmolzen werden kann, um die dünnen Keramikfilmteile, zwischen denen die Glasmaterialschicht liegt, zu verbinden oder zu kleben.
• Bei dem Verfahren der Erfindung sind entweder eine oder beide der Glasschichten und leitfähigen Schichten derart ausgebildet, daß die Keramikschichten verbunden oder geklebt werden. Wenn die Glasschicht dazu dient, die Keramikschichten zu verbinden, kann eine Vielzahl der dünnen Keramikfilmteile, zwischen denen die Glasschicht liegt, gestapelt und gebrannt werden, um die Glaspaste in der Glasschicht zu schmelzen. Wenn die leitfähige Schicht dazu dient, die dünnen Keramikschichten zu verbinden, wird eine leitfähige Paste oder ein leitfähiger Kleber zum Verteilen auf der Oberfläche der dünnen Keramikfilmteile verwendet, und die Keramikfilmteile werden zum Verbinden ausgerichtet.
• Bei dem Verfahren der Erfindung wird, da gebrannte Keramikfilmteile verwendet werden, sogar bei der Wärmebehandlung zum Schmelzen der Glaspaste in der Glasschicht, nachdem die Glaspaste auf die Oberfläche der dünnen Keramikfilmteile aufgetragen wurde, das Substrat oder die Struktur der gestapelten Keramikfilmteile nicht verformt. Demgemäß gibt es bei der Gestaltung des Musters der inneren Elektroden in dem Kondensator keine Notwendigkeit der Berücksichtigung der Schrumpfung des Substrats. Die inneren Elektroden können, verglichen mit dem Kondensator nach Stand der Technik, fehlerfreier und genauer ausgebildet werden. Ferner sind die dünnen Keramikfilmteile selten rückwärts gebogen. Außerdem kann eine große Anzahl der Keramikfilmteile, gerade weil sie sehr dünn sind, gestapelt werden.
• In Übereinstimmung mit der Erfindung werden die Leitermuster oder die inneren Elektroden des hergestellten Mehrschichtkondensators nicht der äußeren Luft ausgesetzt, und deshalb werden keine Edelmetalle wie etwa Edelmetallpaste benötigt, um die inneren Elektroden auszubilden. Das bedeutet, daß anderes Metallmaterial als Edelmetallmaterial zum Ausbilden der inneren Elektroden verwendet werden kann.
• Wenn die Glasschicht zum Verbinden der Keramikfilmteile zu einem Stapel verwendet wird, wird mittels Siebdruckverfahren Glaspaste zum Ausbilden der Glaspastenschicht auf die Oberfläche der Keramikfilmteile aufgetragen, um dadurch aus der Glaspastenschicht eine Verbindungsschicht auszubilden.
• Eine solche Stapelstruktur wird bei einer relativ niedrigen Temperatur gebrannt, um die Glaspastenschicht zum Verbinden der Keramikfilmteile, zwischen denen die Glasschicht liegt, zu schmelzen. Die Glasschicht ist ohne irgendeinen Hohlraum oder Raum über die gesamte Oberfläche des Keramikfilms zwischen den zwei Schichten (den zwei Keramikfilmteilen) ausgebildet, und deshalb ist die durch die verbindende Glasschicht erzeugte Haftkraft stark genug, die zwei Keramikfilmteile fest zu verbinden und zu kleben. Infolgedessen kann der keramische Mehrschichtkondensator durch das Verfahren gemäß der Erfindung mit hoher Festigkeit hergestellt werden. In diesen Glasschichten werden Leitermuster ausgebildet, um somit die Elektroden des Kondensators auszubilden, wobei die Elektroden in und/oder unter der Glasschicht eingeschlossen und deshalb nicht der äußeren Umgebung ausgesetzt sind (der Luft).
• Da eine Glaspaste auf die Oberfläche jedes die leitfähige Schicht enthaltenden dielektrischen Teiles aufgetragen wird, wodurch nach dem Brennen der gestapelten Struktur eine Verbindungsschicht ausgebildet wird, wird eine gute Dichtfähigkeit und gute Isolierfunktion gegeben, wodurch ein leicht handhabbarer Kondensator zur Verfügung gestellt werden kann. Die während dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Glasmaterialschichten bilden eine ausgezeichnete Isolierung, und deshalb werden die zwei leitfähigen Schichten, zwischen denen die Glasmaterialschicht liegt und von denen jede getrennt auf die Oberfläche der verschiedenen und angrenzenden Keramikfilmteile gedruckt ist, in ausgezeichneter Isolierung und desweiteren in guter Abdichtung gehalten.
• Selbst wenn die Glasmaterialschicht nicht als eine Verbindungsschicht und lediglich als eine Dichtungsschicht verwendet wird, und die leitfähige Schicht als eine Verbindungsschicht verwendet wird, wird Glasmaterial in den Raum zwischen die Leitermuster des erfindungsgemäßen Kondensators gegeben, so daß die Abdichtung der inneren Elektroden einfach erhalten werden kann.
• Ferner können, da die zu schichtenden Keramikfilmteile gebrannte dünne Platten oder Filme sind, die zur Positionierung der auf den Keramikfilmteilen ausgebildeten Elektrodenleitermuster verwendeten Ränder schmaler sein. Somit kann die Genauigkeit der Elektrodenleitermuster- Positionierung einfach erzielt werden. Es ist möglich, die Herstellung der Elektrodenleitermuster des Kondensators näher auszuführen. Die zu schichtenden Keramikfilmteile werden derart gefertigt, daß sie vorzugsweise eine Dicke unter 200 Mikrometer haben, um so die Gesamtdicke des Mehrschichtkondensators zu verringern. Solche dünne Keramikfilmteile ermöglichen die Erzeugung des dielektrischen Materials mit geringerem dielektrischen Verlust, und erleichtern ferner die genaue Bestimmung der Position der auf den Keramikfilmteilen ausgebildeten Elektrodenleitermuster, weil die gebrannten Keramikfilmteile so dünn sind, daß sie zur Bestimmung der Position der Elektrodenleitermuster durchsichtig sind. Außerdem kann die Struktur des Kondensators einfach durch Vermeiden der Verformung der gebrannten dünnen Filmteile durch die Konfiguration der in dem Kondensator verwendeten Keramikschichten leicht eingestellt werden. Der erzeugte Kondensator hat eine extrem glatte Oberfläche. Deshalb liegt der Bereich der vorzuziehenden Dicke der in dem Kondensator verwendeten gebrannten Keramikfilmteile bei 20 Mikrometer bis 200 Mikrometer.
• Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen detaillierter beschrieben.
• Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden strukturelle Einheiten entwickelt, wobei leitfähige Materialschichten 2 auf beiden der Oberflächen des Keramikfilmteils 1 ausgebildet werden, und ferner Glasmaterialschichten 3 auf den gesamten Oberflächen (einschließlich der Oberflächen der leitfähigen Materialschichten) der Keramikfilmteile ausgebildet werden. Eine Vielzahl solcher strukturellen Einheiten sind in entgegengesetzter Ausrichtung (um die in Fig. 1A gezeigte Struktur auszubilden) oder in umgekehrter Ausrichtung (um die in Fig. 1B gezeigte Struktur auszubilden) geschichtet, und die oberen und unteren Keramikfilmteil-Abdeckungen 4 sind auf der Oberseite und der Unterseite des Stapels angeordnet, um zu verhindern, daß die Glasmaterialschicht der äußeren Luft ausgesetzt wird. Die jeweils resultierende Struktur des Kondensators ist in Fig. 1A bzw. 1B im Schnitt gezeigt. Wenn die strukturellen Einheiten in entgegengesetzter Ausrichtung geschichtet sind, ist die resultierende Struktur die in Fig. 1A im Schnitt gezeigte. Wenn die strukturellen Einheiten in umgekehrter Ausrichtung geschichtet sind, ist die resultierende Struktur die in Fig. 1B im Schnitt gezeigte.
• Demgemäß wird das Leitermaterialschicht-Muster 2, d. h. die innere Elektrode weder der äußeren Umgebung noch der Luft ausgesetzt, und es wird in der Glasmaterialschicht 3 eingeschlossen. Deshalb kann das Metallmaterial, das verwendet werden soll, um die innere Elektrode zu bilden, stark oxidiert werden und somit kann es relativ frei aus einem großen Bereich von Materialien ausgewählt werden.
• Für die Elektrode des in einem Hochfrequenzschaltkreis angewendeten Kondensators ist ein Metall mit sehr guter Leitfähigkeit vorzuziehen. Zum Beispiel sind Silber, Silber-Palladium und Kupfer als für die Elektrode des in einem Hochfrequenzschaltkreis angewendeten Kondensators verwendetes Material vorzuziehen. Wenn bei dem Verfahren gemäß der Erfindung solche Metalle für die Elektrodenleitermuster verwendet werden, hat der resultierende Kondensator eine ausgezeichnete Funktionsfähigkeit und hervorragende Eigenschaften für den Hochfrequenzbereich.
• Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird jedes der Keramikfilmteile durch Brennen eines Keramikgrünlings gefertigt, und deshalb wird eine dünne dielektrische Platte mit geringem dielektrischen Verlust erzielt. Auf wenigstens eine Oberfläche der gebrannten Keramikfilmteile wird leitfähiges Material aufgetragen, um Leitermuster aus leitfähigem Material auf dem Keramikfilmteil auszubilden. Es wird leitfähige Paste auf beiden Oberflächen des gebrannten Keramikfilmteils aufgetragen, um vorbestimmte Leiterschichtmuster aus leitfähigem Material auszubilden und die leitfähige Paste wird getrocknet und gebrannt, um leitfähige Schichten zu erzeugen. Es wird mittels Siebdruckverfahren Glaspartikelpaste auf beide Oberflächen der Keramikfilmteile mit Leitermustern aufgetragen, um eine Glaspastenschicht auf der gesamten Oberfläche des Keramikfilmteils auszubilden. Eine Vielzahl von solchen Keramikfilmteilen mit Leitermustern und Glaspastenschicht werden gestapelt (oder geschichtet) und ferner werden die gleichen Keramikfilmteile ohne irgendeine Elektrodenschicht und Glasschicht auf der Oberseite und der Unterseite des Stapels angeordnet, um zu vermeiden, daß die Glasschicht und die Elektrode der äußeren Luft ausgesetzt werden. Mindestens eine der Glasmaterialschichten und Schichten aus leitfähigem Material werden als eine Verbindungsschicht genutzt. Wenn die Glasmaterialschicht als eine Verbindungsschicht verwendet wird, wird der Stapel von mehrteiligen aufeinandergeschichteten Keramikfilmteilen mit leitfähigen Schichten und Glasmaterialschicht bei niedriger Temperatur gebrannt, um das Glasmaterial zu schmelzen, wodurch die angrenzenden Keramikteile, zwischen denen die entsprechende Glasschicht liegt, verbunden werden. Wenn die Schicht aus leitfähigem Material als eine Verbindungsschicht verwendet wird, wird eine leitfähige Paste verwendet, die ein leitfähiges Bindemittel enthalten kann, um die angrenzenden Keramikteile miteinander zu einem Stapel zu verbinden.
• Das bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Keramikmaterial ist vorzugsweise dielektrisches Material mit niedrigem dielektrischen Verlust, beispielsweise einem dielektrischen Verlust von niedriger als 0,01. Das zu bevorzugende Material ist Aluminiumoxid, Mullit, Steatit, Forsterit, Berylliumoxid, Titandioxid, Aluminiumnitrid und Material mit Perowskit-Struktur wie beispielsweise Bariumtitanat. Es können alle herkömmlichen Kombinationen zur Herstellung der Keramikfilmteile der Erfindung verwendet werden. Es können z. B. zusätzliche Verbindungen wie beispielsweise Kalziumzirkonat, Strontiumtitanat, Wismuttitanat, Kalziumstannat, Wismutstannat, Wismutzirkonat, Bleititanat, Bariumzirkonat u. dgl. zu der vorstehenden Bariumtitanat-Verbindung zugefügt werden, um deren elektrische Eigenschaften zu ändern. Ferner können viele Oxidverbindungen wie beispielsweise Manganoxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Titanoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid u. dgl. zu den vorstehend genannten Keramikzusammensetzungen zugefügt werden, um die Sintereigenschaften und die elektrischen Eigenschaften der in der Erfindung verwendeten Keramikfilmteile zu verbessern.
• Bei der Anwendung in der Hochfrequenzschalttechnik, wenn das verwendete Material als einen Hauptbestandteil Titandioxid und Bariumtitanat enthält, liegt der dielektrische Verlustfaktor bei Hochfrequenzstrom im Bereich von 10&supmin;&sup4;, während die Dielektrizitätskonstante mehrere zehn bis Tausende beträgt. Andererseits liegt, wenn das Material im wesentlichen aus Aluminiumoxid besteht, die Dielektrizitätskonstante im Bereich von zehn, wobei die Dicke der Aluminiumoxidschichten so klein sein muß, daß die erforderliche dünne Schicht schwer zu erzeugen ist.
• Ein geringerer dielektrischer Verlustfaktor kann in Übereinstimmung mit der Erfindung mit dem Gebrauch eines im wesentlichen aus Aluminiumoxid bestehenden Materials erzielt werden, das als einen Nebenbestandteil SiO&sub2; und MgO enthalten kann. Das bedeutet, die dielektrischen Filmteile werden derart gefertigt, daß sie in Übereinstimmung mit der Erfindung eine Dicke von vorzugsweise weniger als 130 Mikrometern haben.
• Das für die Fertigung der dielektrischen Filmteile, die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden, verwendete Ausgangsmaterial kann vorzugsweise durch das Sol-Gel-Verfahren aus Metall-Alkoxid erzeugt werden. Derartig dünne Filme können vorzugsweise aus Metall- Alkoxid hergestellt werden. Je dünner die Keramikschicht des Kondensators, desto besser sind die Hochfrequenzeigenschaften des resultierenden Kondensators und desto kleiner ist der resultierende Kondensator.
• Die Entstehung der Leiterschichtmuster aus leitfähigem Material wird durch die Druckverfahren veranschaulicht, aber unter ihnen ist insbesondere das Dickschichtverfahren vorzuziehen. Wenn die leitfähige Schicht nicht als eine Verbindungsschicht verwendet wird, kann das Fotoätzungsverfahren zur Dünnschichtherstellung angewandt werden.
• Das für die Entstehung von leitfähigen Leiterschichtmustern verwendete Material kann Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Platin, Palladium und deren Kombinationen enthalten. Eine Paste aus derartigen Materialien wird auf die Oberflächen des Keramikteils aufgetragen, um leitfähige Leitermuster, d. h. innere Elektroden-Leitermuster, auf den Keramikteilen herzustellen. Wenn der Kondensator für den Gebrauch in Hochfrequenzschaltkreisen hergestellt wird, sollten Silber, Gold, Kupfer, Palladium oder deren Kombinationen verwendet werden. Ferner können andere als die herkömmlichen für einen Mehrschichtkondensator verwendeten Metalle, so ein relativ oxidierbares Metall wie beispielsweise Nickel für die Herstellung der leitfähigen Schicht verwendet werden.
• Die Herstellung der Glasmaterialschicht kann, wie vorstehend erwähnt, durch ein Siebdruckverfahren ausgeführt werden. Das Glasmaterial zum Ausbilden der Glasmaterialschicht ist ein Glasmaterial, daß bei relativ niedriger Temperatur schmelzen kann, wie beispielsweise Borosilikatglas, und ein kristallisierbares Glasmaterial ist. Das Glasmaterial hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt bei niedriger Temperatur und ist leicht handhabbar. Bei der Wärmebehandlung zum Verbinden der angrenzenden Keramikfilme sollte das Glasmaterial bei einer Temperatur schmelzen, die so niedrig wie möglich ist, um den eine innere Elektrode enthaltenden Stapel des Mehrschichtkondensators nicht zu beeinflussen. Die Temperatur auf die der Stapel erwärmt wird, um das Glasmaterial zu schmelzen und die angrenzenden Keramikschichten zu verbinden, liegt vorzugsweise im Bereich von 500ºC bis 900ºC, und bevorzugterweise bei 800ºC bis 850ºC.
• Während in dem Beispiel ein Aluminiumoxid verwendet wurde, sollte das Keramikmaterial vorzugsweise ein Material mit einer geringeren Dielektrizitätskonstante sein. Andere Keramikmaterialien wie beispielsweise BaO-TiO&sub2; und TiO&sub2; sind für die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten dielektrischen Filmteile vorzuziehen.
• Der durch das Verfahren gemäß der Erfindung erzielte Kondensator kann zum Beispiel in einem integrierten Hybridschaltkreis und einem Hochfrequenzschaltkreis verwendet werden.
• Das Verfahren der Herstellung eines keramischen Mehrschichtkondensators gemäß der Erfindung wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht.
BEISPIEL
• Es wurden, wie in Tabelle 1 gezeigt, eine Vielzahl der folgenden Kombinationen aus gebrannten Aluminiumoxidfilmteilen und Glasmaterialpaste zum Erzeugen dielektrischer Schichten und Silberpaste zum Erzeugen innerer Elektroden hergestellt, um gestapelte Mehrschichtkondensatoren zu fertigen. Die für die Herstellung der Mehrschichtkondensatoren verwendeten gebrannten Aluminiumoxidfilmteile wurden durch Formen von grünen Aluminiumoxidfilmteilen aus einer aus Alkoxid-Metall (Aluminium) erzeugten Aluminiumoxidpaste und durch Brennen der geformten Filmteile hergestellt, um sehr dünne gebrannte Aluminiumfilmteile auszubilden. Auf beide Oberflächen des Aluminiumoxidfilmteils 1 (siehe Fig. 1A und 1B der beiliegenden Zeichnungen) wurde mittels Siebdruckverfahren Silberpaste zum Ausbilden von Leiterschichtmustern aufgetragen, die getrocknet und gebrannt wurden, um leitfähige Schichten 2 (innere Elektrode) auf beiden Oberflächen des Aluminiumoxidfilmteils 1 herzustellen. Danach wurde mittels Siebdruckverfahren eine niedrigschmelzende Glaspastenschicht auf die gesamten Oberflächen der Keramikfilmteile einschließlich der Leiterschichtmuster 2 (innere Elektrodenleitermuster) aufgetragen, um Glaspastenschichten 3 über beiden Oberflächen des Aluminiumoxidfilms auszubilden.
• Es wurde mindestens eine Struktur der Art innere Elektrode(n) 2 -Glaspastenschicht(en) 3 -Aluminiumoxidfilm 1 aufgeschichtet, um einen Stapel von Aluminiumoxidteilen, inneren Elektroden und Glaspastenschichten auszubilden. Es wurden Abdeckungs-Aluminiumoxidschichten 4 von Mikrometern Dicke, die jede nur auf der einen Oberfläche der Abdeckungs-Aluminiumoxidschichten 4 eine Glaspastenschicht haben, an der Oberseite und Unterseite des Stapels verwendet, um die geschichtete Struktur herzustellen, wie in Fig. 1A gezeigt. Die resultierende geschichtete Struktur wurde zum Schmelzen der Glaspaste unter Druck in einem Schamottofen bei einer Temperatur von 800ºC bis 850ºc gebrannt, um die Keramikschichten, zwischen denen die Glaspaste angeordnet war, fest zu verbinden. Das heißt, die Glaspaste in der Glaspastenschicht 3 wurde geschmolzen, um die die inneren Elektroden 2 enthaltenden Aluminiumoxidfilmteile 1, zwischen denen die Glasmaterialschicht liegt, fest zu der in Fig. 1A gezeigten geschichteten Struktur zu verbinden. Die so gebrannte geschichtete Struktur wurde zu den einzelnen Chip-Kondensatoren geschnitten und die Anschlußelektroden wurden auf den Chips aufgetragen oder ausgebildet, um dadurch Mehrschichtkondensatoren herzustellen.
• Die elektrischen Eigenschaften des resultierenden Kondensators wurden gemessen. Der gemessene effektive Reihenverlustwiderstand ist in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 Test Nr. Dicke des Aluminiumoxidfilms Nr. des Aluminiumoxidfilms Nr. der Glasschicht Kapazität E.S.R. (effektiver Reihenverlustwiderstand)
• Beispielsweise wurden im Test Nr. 1 zwischen drei gebrannten Aluminiumoxidfilme zwei Glasmaterialschichten angeordnet, und ferner auf beide Oberflächen der oberen und unteren Glasschicht Aluminiumoxidfilme von 200 Mikrometer Dicke geklebt, um die obere und untere Glasmaterialoberfläche abzudecken. Das verwendete Glasmaterial war Borosilikatglas-Material, eine Glaspulverpaste aus Glaspulver von ungefähr 16-7 Mikrometer (erhältlich als Nissan Ferro 1129 von der Nissan Ferro Company). Die in Tabelle 1 gezeigten Kapazitätswerte basieren auf der für solche gestapelten Mehrschichtkondensatoren erforderten und entwickelten Kapazität. Die inneren Elektroden wurden aus Silberpaste erzeugt, die als Shouei Nr. 12995 von Shouei Chemicals erhältlich ist. E.S.R. ist ein effektiver Reihenverlustwiderstand, der insbesondere bei Hochfrequenzstrom etwas über die Qualität des Mehrschichtkondensators aussagt.
• Es konnte die Realisierung eines Mehrschichtkondensators mit einem sehr geringem Wert des effektiven Reihenverlustwiderstandes bei Hochfrequenzstrom nachgewiesen werden.
• Mit all dem Vorhergehenden wird folglich nachgewiesen, daß die Erfindung die Herstellung von Mehrschichtkondensatoren mit geringerer Verschlechterung der Größengenauigkeit aufgrund des Brennschwunds des Keramikmaterials und, wegen der geringeren Brenntemperatur bei der Herstellung des Mehrschichtkondensators, hoher Genauigkeit in der Positionierung der geschichteten Leitermuster (innere Elektroden) ermöglicht.
• Der Gebrauch von sehr dünnen gebrannten Keramikfilmen (Band) in Übereinstimmung mit der Erfindung ermöglicht es, den Wert des effektiven Reihenverlustwiderstandes der dielektrischen Isoliermaterials im Bereich des Hochfrequenzstromes zu verringern, und damit einen bei Hochfrequenz anwendbaren Mehrschichtkondensator zu erzielen.
• Wie im vorhergehenden beschrieben, ermöglicht die Erzeugung der durch eine Glasschicht und/oder Keramikschicht eingeschlossenen oder geklebten inneren Elektrode (leitfähige Schicht) den Gebrauch von weniger teurem Metallmaterial wie beispielsweise Silber, Kupfer und Nickel als einen Hauptbestandteil zum Erzeugen der Elektroden, anstelle von teurem Edelmetall wie beispielsweise Palladium und Platin. Desweiteren macht die Struktur des bei dem Verfahren gemäß der Erfindung erzielten Mehrschichtkondensators eine breitere Auswahl des Materials für die innere Elektrode möglich, und so können geeignetere Elektrodenmaterialien ausgewählt werden, und zum Beispiel kann ein Kondensator mit guten Hochfrequenzeigenschaften leichter erzeugt werden.
• Der Gebrauch von Glasmaterialien zur Realisierung einer Verbindungsschicht in dem Mehrschichtkondensator gemäß der Erfindung ermöglicht die Erzeugung eines Mehrschichtkondensators mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit, hoher mechanischer Festigkeit, hoher Dichtfähigkeit und guter Isolation zwischen den Schichten.

Claims (9)

1 Verfahren für die Herstellung eines Mehrschichtkondensators, mit den Schritten:

a) Fertigen einer Vielzahl von gebrannten dielektrischen Filmteilen,

b) Auftragen leitfähiger Paste auf beiden Oberflächen jedes dielektrischen Filmteils in einem festgelegten Muster,

c) Trocknen und Brennen der leitfähigen Paste zum Herstellen leitfähiger Schichten,

d) Auftragen einer Glaspaste auf beiden Oberflächen jedes dielektrischen Teils, das die leitfähigen Schichten enthält,

e) Schichten einer Vielzahl der vorgenannten Substrukturen, die aus den dielektrischen Teilen, den Glasschichten und den leitfähigen Schichten bestehen,

f) Positionieren gebrannter dielektrischer Teile auf der Oberseite und der Unterseite des Stapels,

g) Brennen der folglich ausgebildeten Struktur.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Substrukturen derart geschichtet werden, daß die leitfähige Schicht zwischen der dielektrischen Schicht und der Glasmaterialschicht eingeschlossen wird und nicht der äußeren Umgebung des Kondensators ausgesetzt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten dielektrischen Filmteile dünne Keramikfilmteile sind, die unabhängig voneinander gebrannt wurden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Schichten aus leitfähiger Paste ausgebildet werden, die leitfähiges Bindemittel enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der aus den dielektrischen Teilen, den Glasschichten und den leitfähigen Schichten bestehenden Strukturen geschichtet und gebrannt werden, so daß die Glasmaterialschicht und die leitfähige Schicht zwei angrenzende dielektrische Schichten verbinden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Filmteile derart gefertigt sind, daß sie einen dielektrischen Verlust von kleiner als 0,01 und eine Dicke von weniger als 200 Mikrometern haben.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Paste aufgetragen wird, so daß die aus Silber, Kupfer, Palladium und deren Kombination bestehenden leitfähigen Schichten hergestellt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar von leitfähigen Schichten, das durch das Auftragen der Glaspaste zwischen zwei dielektrischen Filmteilen, die die angrenzend geschichteten leitfähigen Schichten enthalten, wechselweise verbunden ist, leitfähig gekoppelt wird, so daß ihr Potential gleich ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gebrannten dielektrischen Filmteile aus einem aus Aluminiumoxid, Mullit, Steatit, Forsterit, Berylliumoxid, Titandioxid, Aluminiumnitrid, Bariumtitanat und deren Kombination ausgewähltem Material gefertigt sind.