单层电容器元件的制备方法及其产品.pdf

本发明公开了一种单层电容器元件的制造方法及其产品，它以真空高能溅射方式将金属原子在高能电场下直接附着于陶瓷介质表面，克服了厚膜印刷电路方式所存在的中间过渡层或者穿孔连接不可靠等问题，因此其产品与其它同类产品相比串联等效电阻低，在微波高频下的性能好，从几个GHz到几十个GHz的频率都有优秀的性能表现。由于还采用了光刻技术，因此所制之元件精度高。本发明制作之单层电容器元件非常适用于高频、微波、小型、微型化的场合，例如，微波功率放大器、模块——包括蓝牙技术模块、混合集成电路模块、封装于集成电路之封装内的集成电路外贴元件、手机电路模块、无线电微波通讯模块等，是军用、民用的高可靠性产品。

权利要求书
1、  一种单层电容器元件的制造方法，它包括以下步骤：
(1)将准备金属化的陶瓷介质基片在酒精或丙酮或环己酮或天那水中的任一种溶剂中进行超声波清洗，然后干燥；
(2)将上述基片上下两个表面均用溅射工艺在真空或气体保护下进行溅射金属化处理；
(3)金属化后的基片进行光刻处理，以制版后得到的负片为模板，通过光刻技术在金属化后的基片上制作有保护性区域的精细的图案；
(4)将带有上述图案的基片进行常规电镀、腐蚀、冲洗工艺处理，使基片的上下表面形成许多相同或对称的金属化的图案；
(5)将上述处理后的基片用热塑性粘合剂通过常规的方法粘贴在一块基板上，然后用精密切割机床按照所需的尺寸进行切割；
(6)将切割后的基板用酒精或丙酮或环己酮或天那水中的任一种溶剂或热水进行溶洗，使粘贴在基板上的基片与基板分离，分离出的基片即为具有上、下金属电极的单层电容器元件；
(7)将上述元件进行清洗，并在100～150℃烘干15～60分钟，在室温下放置24小时后，即可进行电性能的测试了。

2、  根据权利要求1所述的单层电容器元件的制造方法，其特征在于，其中步骤(2)所述的金属化处理是将所述基片置于真空溅射机上进行金属材料溅射，以使基片金属化。

3、  根据权利要求1或2所述的单层电容器元件的制造方法，其特征在于，所述的金属化处理是在所述的基片上溅射至少一层金属材料。

4、  根据权利要求3所述的单层电容器元件的制造方法，其特征在于，所述的金属材料包括钛、钨、铂、钴、铜、镍、钯、金、锡中的至少一种或它们之间任意组合的至少一种合金。

5、  根据权利要求1所述的单层电容器元件的制造方法，其特征在于，其中步骤(3)中所述的光刻处理，是用类似照片处理的曝光，显影过程进行处理。

6、  根据权利要求1所述的单层电容器元件的制造方法，其特征在于，其中步骤(4)中所述的电镀工艺，其采用的镀材是金，镍，铜，锡、锡合金中的任意一种。

7、  根据权利要求1所述的单层电容器元件的制造方法，其特征在于，其中步骤(5)和步骤(6)中所述的基板是钢或铝的金属基板。

8、  一种用权利要求1～7中的任意一项方法制造出来的单层电容器元件，它包括单层陶瓷介质层和分别位于陶瓷介质层相对的两个表面的上电极层和下电极层，其特征在于：所述的上、下电极层，通过溅射工艺附着在陶瓷介质层表面上。

9、  根据权利要求8所述的单层电容器元件，其特征在于，所述的上、下电极层由至少一层金属材料构成。

10、  根据权利要求9所述的单层电容器元件，其特征在于，所述的金属材料包括钛、钨、铂、钴、铜、镍、钯、金、锡中的至少一种或它们之间任意组合的至少一种合金。

11、  根据权利要求9所述的单层电容器元件，其特征在于，所述的上、下电极层的最外层金属材料是金。

12、  根据权利要求8或9或10或11所述的单层电容器元件，其特征在于，所述的上、下电极层之间具有相同或对称的金属化的图案。

13、  根据权利要求12所述的单层电容器元件，其特征在于，所述的上、下电极层至少有一层将其所附着的陶瓷介质层表面完全覆盖。

14、  根据权利要求13所述的单层电容器元件，其特征在于，所述的上、下电极层中的其中一个电极层将其所附着的陶瓷介质层表面完全覆盖，另一个电极层分为至少一个以上电极。

说明书单层电容器元件的制造方法及其产品
技术领域
本发明涉及一种电容器元件的制造方法，特别是涉及一种单层电容器元件的制造方法。本发明还涉及一种用上述方法制造的单层电容器元件。
背景技术
在制作单层电容器元件的技术中，已知的有以下几种方式：
美国AVX公司的专利申请GB2380062、US2003016485、CN1396606A提供了一种单层电容器元件的制造方法，该方法是先对陶瓷介质基片进行金属化处理，然后再进行局部研磨，以去除基片边缘金属及倒角。该方法无需进行化学腐蚀工艺处理，但需要单独对每个元件进行加工，而不能成批加工产品，效率较低。
美国Presidio公司的专利US6661639提供了另外一种制造单层电容器元件的方法，该方法使用多层厚膜电路印刷方式，在内部形成三文治多层结构，通过穿孔将内部电极层连接到外部，再金属化形成外部电极。该工艺虽有可在元件内部形成很薄的介质层，具有容量较高的优点，但该工艺使用生料瓷膜，采用浆料印刷、层迭、切割，共烧等工艺过程，容易使内部电极与外部电极的连接处存在连接不够可靠性的质量隐患。
Larry A.Liebowitz的美国专利(20030169555)，介绍了又一种制造方法，在一块较厚的导电基板上层压一层陶瓷介质生坯膜，然后在其上面印上导电浆料。该导电浆料可以是陶瓷介质与金属粉末的混合，也可以是单一金属粉末，然后一起共烧。该技术的优点是可以在强度较高的导电基体上层压一层可薄至60微米以下的介质膜层，从而得到较高的电容量。该技术基本上是厚膜印刷电路技术，同样是用生料印刷、层迭、切割，共烧的工艺，因此也会存在电极间的连接不够可靠的质量隐患。
摩托罗拉公司的美国专利US6088215所陈述的电容器所用的也是多层厚膜电路工艺，结构更加复杂，工艺繁复，其特点是上电极从中间引出，但其中间引线穿孔连接工艺成为制作中的关键及难点。
美国AVX公司的美国专利20030072125也是用多层厚膜印刷技术和穿孔连接，电极从介质内引到表面，同样具有以上同类技术的缺点。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种简单、可靠、精密的单层电容器元件的制造方法。
本发明的另一个目的在于提供一种上述方法制造出来的谐振频率非常高的单层电容器元件，其介质材料为陶瓷电介质，包括I、II、III类陶瓷电介质。
本发明的第一个目的通过以下技术方案予以实现：
本发明的一种单层电容器元件的制造方法，它包括以下步骤：
(1)将准备金属化的陶瓷介质基片在酒精或丙酮或环己酮或天那水中的任一种溶剂中进行超声波清洗，然后干燥；
(2)将上述基片上下两个表面均用溅射工艺在真空或气体保护下进行溅射金属化处理；
(3)金属化后的基片进行光刻处理，以制版后得到的负片为模板，通过光刻技术在金属化后的基片上制作有保护性区域的精细的图案；
(4)将带有上述图案的基片进行常规电镀、腐蚀、冲洗工艺处理，使基片的上下表面形成许多相同或对称的金属化的图案；
(5)将上述处理后的基片用热塑性粘合剂用常规的方法粘贴在一块基板上，然后用精密切割机床按照所需的尺寸进行切割；
(6)将切割后的基板用酒精或丙酮或环己酮或天那水中的任一种溶剂或热水进行溶洗，使粘贴在基板上的基片与基板分离，分离出的基片即为具有上、下金属电极的单层电容器元件；
(7)将上述元件进行清洗，并在100～150℃烘干15～60分钟，在室温下放置24小时后，即可进行电性能的测试了。
其中步骤(2)所述的金属化处理是将所述陶瓷电介质基片置于真空溅射机上进行金属溅射，以使基片表面金属化。
上述的金属化处理，其采用的金属化材料是单一的金属或合金；另外，所述的金属化处理是在所述的基片上溅射至少一层金属材料。
所述的金属材料包括钛、钨、铂、钴、铜、镍、钯、金、锡中地至少一种或它们之间任意组合的至少一种合金。
其中步骤(3)中所述的光刻处理，是用类似照片处理的曝光、显影过程进行处理。
其中步骤(4)中所述的电镀工艺，所采用的镀材是金、镍、铜、锡、锡合金中的任意一种。
其中步骤(5)和步骤(6)中所述的基板是钢或铝的金属基板。
本发明的另一个目的通过以下技术方案予以实现：
本发明的一种用上述方法制造出来的单层电容器元件，它包括单层陶瓷介质层和分别位于陶瓷介质层相对的两个表面的上电极层和下电极层，其特征在于：所述的上、下电极层通过溅射工艺附着在陶瓷介质层表面上。
所述的上、下电极层由至少一层金属或合金材料构成。
所述的金属材料包括钛、钨、铂、钴、铜、镍、钯、金、锡中的至少一种或它们之间任意组合的至少一种合金。对金属材料的选择主要是取决于金属材料的电性能、机械性能等是否符合单层电容器元件对金属材料的要求。
所述的上、下电极层的最外层金属材料是金，镍，铜，锡或其合金。
所述的上、下电极层之间具有相同或对称的金属化的图案。
所述的上、下电极层至少有一层将其所附着的陶瓷介质层端面完全覆盖。
所述的上、下电极层中的其中一个电极层将其所附着的陶瓷介质层表面完全覆盖，另一个电极层分为至少两个电极，该分出的电极与陶瓷介质层表面之间具有留边或不具有留边。
本发明的单层电容器元件可以用锡焊，波峰焊，金丝点焊，导电胶粘贴，低共熔焊膏等方法直接安装在微带电路上。
本发明是在形成陶瓷介质基片后，再对介质基片进行加工的技术，它具有以下优点：(1)本发明是以真空高能溅射方式将金属原子在高能电场下直接附着于陶瓷介质表面，克服了厚膜印刷电路方式所存在的中间过渡层或者穿孔连接不可靠等问题，因此其产品串联等效电阻低，在微波高频下的性能好。从几GHz到几十GHz的频率都有优秀的性能表现。(2)由于采用了先进的光刻技术，因此所制之元件精度高。(3)与多层陶瓷电容器相比，单层电容器避免了介质层间形成的电流回路，在微波使用时具有更低的串联等效电阻值和更高的品质因数。
本发明制作之电容器元件非常适用于高频、微波、小型、微型化的场合，例如，微波功率放大器、模块{蓝牙技术模块、混合集成电路模块、集成电路外贴元件(封装于集成电路之封装内)、手机电路模块、无线电微波通讯模块等}，是军用、民用的高可靠性产品。
附图说明
图1是本发明实施例之一的单层电容器的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是本发明实施例之二的单层电容器的结构示意图；
图4是图3的俯视图；
图5是本发明实施例之三的单层电容器的结构示意图；
图6是图5的俯视图；
图7是本发明实施例之四的单层电容器的结构示意图；
图8是图7的俯视图；
图9是本发明实施例之五制作之电极，下电极为全金属复盖，上电极不留边之两个电容器元件之示意图；
图10是图9的俯视图；
图11是本发明实施例之六制作之电极，下电极为全金属复盖，上电极为不留边之系列电容器元件之示意图；
图12是图11的俯视图；
图13是本发明制作之比例系列电容器元件之示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
如图1、2所示结构是本发明的单层电容器元件的实施例之一，它包括0.2mm厚的单层陶瓷介质层1和分别位于陶瓷介质层1相对的两个表面的上电极层2和下电极层3，所述的上、下电极层2、3通过真空高能溅射工艺牢固地附着在所述的陶瓷介质层1的表面上，所述的上、下电极层2、3由三层金属材料构成，其中第一层金属材料是钛，该金属层有增强金属与介质结合力的作用；第二层金属材料是镍；第三层即最外层金属材料是金；所述的上、下电极层之间具有相同或对称的金属化的图案；所述的上、下电极层分别将其所附着的陶瓷介质层表面完全覆盖。
本实施例单层电容器元件的制造方法是：将一块25毫米×25毫米×0.20毫米(长×宽×厚)的钛酸钡为基的陶瓷介质基片在酒精中进行超声波清洗、干燥，然后进入真空溅射机上进行溅射。溅射的第一层金属材料为钛，该金属层有增强金属与介质结合力的作用。在此基础上，再溅射一层镍，形成第二金属层，此后再溅射第三层金属材料金；然后通过涂复感光胶、曝光、冲洗、干燥等一系列工艺处理，并对金属化的基片进行光刻，即用类似胶卷的曝光、显影、定影过程进行处理。继而进行电镀，腐蚀，除胶工艺，这些工艺完成后即可得一块在该基片上形成许多重复或对称的金属化图案。然后，将该基片用热塑性粘合剂粘贴在一块铝制基板上，再使用精密数控机床，以金刚砂轮将基片根据图形要求切成所需尺寸元件。将各个分立的元件用酒精溶洗，使粘贴在基板上的基片与基板分离，再将卸下的元件清洗，并在100℃烘干60分钟，放置24小时后进行电性能测试。本实例制得的单层电容器元件损耗因数小于2.5％，绝缘电阻在100V下大于1011欧姆，电容量因元件尺寸而异，在10-4000pf范围内。
实施例二
如图3、4所示结构是本发明的单层电容器元件的实施例之二，它包括0.125mm厚的单层陶瓷介质层1和分别位于陶瓷介质层1相对的两个表面的上电极层2和下电极层3，所述的上、下电极层2、3通过溅射工艺牢固地附着在所述的陶瓷介质层1的表面上，所述的上、下电极层2、3由两层金属材料构成，其中第一层金属材料是钛钨合金，该金属层有增强金属与介质结合力的作用；第二层即最外层金属材料是金锡合金；所述的上、下电极层之间具有相同或对称的金属化的图案；所述的上电极层与其所附着的陶瓷介质层的表面之间具有留边，下电极层将其所附着的陶瓷介质层表面完全覆盖。
本实施例单层电容器元件的制造方法是：将一块38毫米×38毫米×0.125毫米(长×宽×厚)的钛酸镁为基的陶瓷介质基片在丙酮溶剂中进行超声波清洗、干燥，然后进入真空溅射机上进行溅射。溅射的第一层金属材料为钛钨合金，该金属层有增强金属与介质结合力的作用。在此基础上，再溅射一层金锡合金，形成第二金属层，然后通过涂复感光胶、曝光、冲洗、干燥等一系列工艺处理，并对金属化的基片进行光刻，继而进行电镀，腐蚀，除胶工艺，这些工艺完成后即可得一块在该基片上形成许多重复或对称的金属化图案。然后，将该基片粘贴在一块铝制基板上，再使用精密数控机床，以金刚砂轮将基片根据图形要求切成所需尺寸元件。将各个分立的元件用丙酮溶剂溶洗，使粘贴在基板上的基片与基板分离，再将卸下的元件清洗，在150℃中烘干15分钟，24小时后进行电性能测试。本实例制得的单层电容器元件尺寸为0.64毫米×0.64毫米×0.125毫米，损耗因数少于5×10-4，绝缘电阻在100V下大于1012欧姆，电容量因电极有效尺寸而异，在0.4-0.9pf范围内。
实施例三
如图5、6所示结构是本发明的实施例之三，它包括0.17mm厚的单层陶瓷介质层1和分别位于陶瓷介质层1相对的两个表面的上电极层2和下电极层3，所述的上、下电极层2、3通过溅射工艺牢固地附着在所述的陶瓷介质层1的表面上，所述的上、下电极层2、3由一层金属材料构成，该金属材料是金；所述的上、下电极层之间具有相同或对称的金属化的图案；所述的上、下电极层分别与其附着的陶瓷介质层的表面之间具有留边11，而且上留边与下留边对称，此设计方便装配，没有上下面之分。
本实施例单层电容器元件的制造方法与实施例一的制造方法的不同之处是：其选用的基片是一块38毫米×38毫米×0.17毫米(长×宽×厚)的晶界层陶瓷介质基片，对基片进行超声波清洗以及对基板进行溶洗的溶剂均选用环己丙酮，制得的元件在120℃烘干50分钟。制得电容器元件尺寸为0.64毫米×0.64毫米×0.17毫米，损耗因数小于1％，介电常数大于25000，温度系数小于±15％，(-55℃-125℃)，绝缘电阻在50V下大于1010欧姆，电容量因电极有效尺寸而异，在270-680pf范围内。
实施例四
如图7、8所示结构是本发明的单层电容器元件的实施例之四，它包括0.125mm厚的氧化铝单层陶瓷介质层1和分别位于陶瓷介质层1相对的两个表面的上电极层2和下电极层3，所述的上、下电极层2、3通过溅射工艺牢固地附着在所述的陶瓷介质层1的表面上，所述的上、下电极层2、3由三层金属材料构成，其中第一层金属材料是铂，该金属层有增强金属与介质结合力的作用；第二层金属材料是金，第三层金属材料即最外层是金锡合金，金锡合金适用于低共熔点焊膏应用的焊接方式；所述的上、下电极层之间具有相同或对称的金属化的图案；所述的下电极层将其所附着的陶瓷介质层表面完全覆盖，上电极层分成两个电极，该分出的两个电极分别与其附着的陶瓷介质层表面之间具有留边11。
本实施例单层电容器元件的制造方法与实施例一的制造方法的不同之处是：其选用的基片是一块38毫米×3毫米8×0.125毫米(长×宽×厚)的氧化铝基片，对基片进行超声波清洗以及对基板进行溶洗的溶剂均选用天那水，制得的元件在130℃烘干30分钟。制得电容器元件的尺寸为0.6毫米4×0.64毫米×0.125毫米，损耗因数少于0.1％，绝缘电阻在100V下大于1012欧姆，电容量因电极有效尺寸而异，在0.1-0.3pf范围内。
实施例五
图9、图10为实施例一的另一种电极结构，下电极为全电极，上电极为二个大小相同的不留边的电极的元件。
本实施例单层电容器元件的制造方法与实施例一的制造方法的不同之处是：对基板进行溶洗的溶剂是热水，制得的元件在110℃烘干40分钟。
实施例六
图11、图12为实施例一的另一种电极结构，下电极为全电极，上电极为三个大小相同的不留边的电极的元件。
本实施例单层电容器元件的制造方法与实施例一的制造方法的不同之处是：制得的元件在140℃烘干20分钟。
实施例七
如图13所示结构是本发明的单层电容器元件的实施例之五，它包括0.2mm厚的钛酸钡单层陶瓷介质层1和分别位于陶瓷介质层1相对的两个表面的上电极层2和下电极层，所述的上、下电极层通过溅射工艺牢固地附着在所述的陶瓷介质层1的表面上，所述的上、下电极层由两层金属材料构成，其中第一层金属材料是钛，该金属层有增强金属与介质结合力的作用；第二层即最外层金属材料是金；所述的上、下电极层之间具有相同或对称的金属化的图案；所述的下电极层将其所附着的陶瓷介质层表面完全覆盖，上电极层按1∶1∶2∶4∶8∶16的容量分成六个电极，该分出的六个电极与其附着的陶瓷介质层表面之间具有留边11。
本实施例单层陶瓷电电容器元件的制造方法与实施例一的相同。