绝缘陶瓷组合物及使用该组合物的陶瓷电感器 本发明涉及陶瓷组合物，尤其涉及绝缘陶瓷组合物及使用该组合物的陶瓷电感器。
通常通过使用陶瓷基材，在该基材上安装电子元件以构成电路，而实现电子机器和设备的小型化。人们试图研制含内部电路和电子线路元件(如电容器和电感器)的多层陶瓷基材，以进一步提高安装密度。多层陶瓷基材由氧化铝(alumina)制成。由于氧化铝的烧结温度高达1500-1600℃，因此需要大量能量用于烧制氧化铝。另外，氧化铝使内部导体不得不由高熔点材料(如钨和钼)制成，它们能耐受氧化铝的烧制。结果得到高电阻的内部电路，它限制了电流容量。
在JP-A-4-16551中提出了一种在低温下烧结的基材。其中的陶瓷组合物主要含SiO2。该陶瓷组合物可在相对较低的温度940℃至1000℃下烧制，因此内部导体可由铜制成。但遗憾的是铜需要在还原性或非氧化性气氛中烧制。通过使用在高温空气中抗氧化的银替代铜可解决这一问题。然而，使用银需要在低于900℃的温度下烧制该陶瓷组合物。
本发明的目的在于提供一种绝缘陶瓷组合物，使烧制可在低于900℃的温度下进行，最佳烧制温度范围宽，得到的陶瓷产物具有高的绝缘电阻和低的介电常数。本发明的另一个目的是提供由所述陶瓷组合物制成的陶瓷电感器。
本发明的第一方面涉及一种绝缘陶瓷组合物，包括62-75重量％二氧化硅(以SiO2计)，4-22重量％氧化钡(以BaCO3计)，0.5-2.5重量％氧化铝(以Al2O3计)，0-0.8重量％氧化铬(以Cr2O3计)，0.2-0.8重量％氧化钙(以CaCO3计)，8-18重量％氧化硼(以B2O3计)，以及0-2.5重量％氧化钾(以K2O计)。
本发明的第二方面涉及一种陶瓷电感器，该陶瓷电感器带有陶瓷烧结体，在所述陶瓷烧结体中形成的作为电感器的内部导体，以及在所述陶瓷烧结体的端面上形成的与所述内部导体电连接的外部电极，其中所述陶瓷烧结体包括62-75重量％二氧化硅(以SiO2计)，4-22重量％氧化钡(以BaCO3计)，0.5-2.5重量％氧化铝(以Al2O3计)，0-0.8重量％氧化铬(以Cr2O3计)，0.2-0.8重量％氧化钙(以CaCO3计)，8-18重量％氧化硼(以B2O3计)，以及0-2.5重量％氧化钾(以K2O计)。
图1是本发明的陶瓷电感器的一个实例地透视图。
下面参照实施例对本发明作一说明。
实施例1
将氧化硅、碳酸钡、氧化铝、氧化铬、碳酸钙、氧化硼和氧化钾(作为原料)按表1中所示的比例混合在一起。将得到的混合物在球磨机中湿磨，然后脱水，干燥，在800-900℃煅烧。将经煅烧的粉末再在球磨机中湿磨，得到制成的粉末。
表 1 实施 例编 号 SiO2 (wt％) BaCO3 (wt％) Al2O3 (wt％) Cr2O3 (wt％) CaCO3 (wt％) B2O3 (wt％) K2O (wt％) 最佳烧 制温度 (℃) 最佳烧制 温度范围 (℃) 介电 常数 (ε) 绝缘 电阻(Ω·cm) 抗弯 强度(kg/cm2) 1* 60 20 1.8 0.6 0.4 16 1.2 850 20 6.5 12.3 1180 2* 62 24 1.8 0.6 0.4 10 1.2 880 16 6.2 11.8 1120 3 62 18 1.8 0.6 0.4 16 1.2 850 22 5.9 12.6 1060 4 64 18 1.8 0.6 0.4 14 1.2 860 18 5.7 12.8 1180 5 66 14 1.8 0.6 0.4 16 1.2 850 24 5.4 12.8 1180 6* 66 14 1.8 1.0 0.2 16 1.0 850 18 5.6 9.3 1150 7* 66 14 0.3 0.4 1.3 16 2.0 910 17 5.8 11.2 920 8* 66 14 0.5 0.5 0.4 16 2.6 860 24 5.6 9.5 1130 9 66 14 0.7 0.6 0.7 16 2.0 850 25 5.4 10.3 1080 10 66 14 1.8 0.4 0.6 16 1.2 850 22 5.8 11.8 1120 11 66 14 2.0 0.7 0.7 16 0.6 850 18 5.8 12.6 1180 12* 66 14 2.0 0.6 0.1 16 1.3 860 13 5.6 11.8 1150 13 66 14 2.2 0 0.6 16 1.2 860 20 5.4 12.8 1160 14 66 14 2.4 0.8 0.8 16 0 880 20 5.5 13.3 1150 15* 66 14 2.7 0.2 0.6 16 0.5 920 16 6.5 12.6 1180 16 68 20 1.8 0.6 0.4 8 1.2 880 20 5.2 11.8 1130 17 70 8 1.8 0.6 0.4 18 1.2 860 24 5.2 13.5 1200 18 72 10 0.5 0.1 0.2 17 0.2 870 22 5.1 11.8 1280 19 72 16 0.5 0.5 0.5 10 0.5 900 20 5.0 12.2 1350 20* 73 3 1.8 0.6 0.4 20 1.2 920 15 5.0 9.8 820 21 74 6 1.8 0.6 0.4 16 1.2 900 20 4.8 11.7 980 22* 78 12 1.8 0.6 0.4 6 1.2 930 13 5.1 12.2 1150
将制成的粉末与水或有机溶剂(作为粘合剂)混合，得到一种浆料，然后用刮刀将该浆料铺展开，形成生料薄片(厚度为1mm)。将该生料薄片切割成正方形小片(10mm×10mm)。每一小片的两个表面均印刷银膏，所述银膏含有重量比为80∶20的银粉和有机载体。将涂覆好的小片在空气中850-950℃烧制90分钟。
测定如上得到的样品的特性。用阻抗分析仪和IR计测定介电常数和绝缘电阻，用强度测试仪测定抗弯强度。
由用自动桥式测量仪在1kHz的频率、1Vrms及25℃测得的静电容量(C)计算得到介电常数。使用绝缘电阻测定仪，在25℃施加16V的直流电压2分钟，测得绝缘电阻(R)。用3点弯曲方法(3-point bending method)测量，并根据JIS计算，得到抗弯强度。结果列于表1。
表1中的最佳烧制温度是达到最大收缩的烧制温度。(收缩是由于随着温度升高发生烧结和粘合剂蒸发而导致的)。表1中的最佳烧制温度范围是上述最佳烧制温度的上限和下限之差，下限是收缩比最佳烧制温度的收缩大0.5％时的温度，而上限是样品的可焊性开始变差的温度。
为了测定可焊性，在150℃预热20秒后，在银电极用氯化物基焊剂涂覆的条件下，将样品在230±10℃的铅焊料浴中浸2秒钟。通过目测评估可焊性，如果银电极表面的90％以上被焊料涂覆则为良好，反之则为差。在表1中带星号的样品与本发明不相符合。
根据本发明，对绝缘陶瓷组合物的组分比例进行限定的理由如下。
如样品1所示，如果SiO2的含量小于62重量％，则样品的介电常数大于6，对高频电子线路的特性有不利的影响。
如样品22所示，如果SiO2的含量大于75重量％，则样品需要在高于900℃的温度下烧制。
如样品20所示，如果BaCO3的含量小于4重量％，则样品具有低的抗弯强度，为820kg/cm2，且需要在高于900℃的温度下烧制。
如样品2所示，如果BaCO3的含量大于22重量％，则样品的介电常数大于6。
如样品7所示，如果Al2O3的含量小于0.5重量％，或者如样品15所示，如果Al2O3的含量大于2.5重量％，则样品需要在高于900℃的温度下烧制。
如样品6所示，如果Cr2O3的含量大于0.8重量％，则样品的绝缘电阻低。
如果CaCO3的含量小于2重量％，则样品的最佳烧制温度范围窄(小于15℃)。
如样品7所示，如果CaCO3的含量大于0.8重量％，则样品需要在高于900℃的温度下烧制。
如样品22所示，如果B2O3的含量小于8重量％，则样品需要在高于900℃的温度下烧制。
如样品20所示，如果B2O3的含量大于18重量％，则样品的绝缘电阻低。
如样品8所示，如果K2O的含量大于2.5重量％，则样品的绝缘电阻低。
同时，在该实施例中，可用银合金或银-钯合金替代用于电极的银。
实施例2
该实施例说明用实施例1的陶瓷组合物制得的陶瓷电感器。
用刮刀将将在实施例1中制得的浆料制成生料薄片。用导电性银-钯合金的浆料通过印刷在该生料薄片的一面上形成导体图形，使得当印刷好的生料薄片一片放在另一片上面地叠起来时，导体图形通过其间的通孔构成螺线形导体。将生料薄片的叠层在空气中860℃烧制1小时，得到素瓷器件。
在该素瓷器件的端面上形成外部电极，该外部电极包括第一层镀汞齐的银、第二层电镀镍和第三层镀锡。该外部电极与内部螺线形导体电连接。
图1是如上得到的陶瓷电感器的一个实例的透视图。在图1中可见陶瓷电感器1，绝缘陶瓷2，内部螺线形导体3和外部电极4。绝缘陶瓷(素瓷器件)由本发明的SiO2-BaO-B2O3绝缘陶瓷组合物制成。
由于该陶瓷组合物可在低温下烧制，因此内部导体可由高导电性的富含银的合金制成。因此，得到的片状陶瓷电感器适用于高频范围。
用于在陶瓷片表面形成内部导体图形的材料可以是银或银合金，如银-钯合金。形成图形的方法可以是网板印刷、涂覆、蒸气沉积和喷镀中的任何一种。
形成外部电极的材料不仅可以是银(如上所述)，也可以是银-钯合金，或者诸如镍和铜等金属(或其合金)。可以使用网板印刷、蒸气沉积或喷镀等方法形成外部电极。在该叠层的端面上形成的外部电极可在烧制该叠层的同时进行烧制。
对于陶瓷电感器1的形状没有特别的限制。另外，对于线圈的圈数也没有特别的限制。可以通过适当地选择带有内部导体图形的绝缘陶瓷层2的数目，而获得所需的圈数。
虽然该实施例说明具有一个电感器的陶瓷电感器，但相同的概念也可用于多个陶瓷电感器的复合元件，如变压器和LC滤波器。
本发明的绝缘陶瓷组合物能在空气中低于900℃的温度下烧制。
本发明的绝缘陶瓷组合物具有宽的最佳烧制温度范围，即使当间歇生产炉或连续烧制炉中的温度波动时也能得到优质产品。因此，它适用于工业生产。
本发明的绝缘陶瓷组合物可产生具有高绝缘电阻、低介电常数和高抗弯强度的陶瓷产品。
本发明的陶瓷电感器具有银或银合金的内部导体，因为它是由本发明的绝缘陶瓷组合物制成的。
本发明的陶瓷电感器具有高的自共振频率和高的Q(品质因数)。