与镍电极使用的X8R介电组合物.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200780049999.7

申请日:

2007.01.17

公开号:

CN101589004A

公开日:

2009.11.25

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):C04B 35/00申请公布日:20091125|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

C04B35/00

主分类号:

C04B35/00

申请人:

费罗公司

发明人:

赫哈德斯·W.·克布吕热; 克努特·阿尔贝特森; 威利布罗德斯·J.L.M.J.·科庞斯

地址:

美国俄亥俄州

优先权:

专利代理机构:

北京银龙知识产权代理有限公司

代理人:

丁文蕴

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内容摘要

根据本发明制备多层陶瓷片式电容器,该电容器满足X8R要求,并且与还原气氛烧结条件相容使得非贵金属如镍和镍合金可以用于内电极和外电极。该电容器表现出所想要的介电性能(高电容、低损耗因数、高绝缘电阻)、高加速寿命测试时的优异性能、以及非常优良的抗介电击穿性能。该介电层包含钛酸钡基材料,掺杂有其它的金属氧化物如BaO、Y2O3、ZrO2、SiO2、MgO、MnO、MoO3、CaO、Lu2O3、Yb2O3或WO3,它们可以进行各种组合。

权利要求书

1.  一种粉末组合物,用于形成在多层陶瓷片式电容器中应用的介电材料,该粉末组合物在烧结之前包含以下a-h成分的混合物:
a.BaTiO3,以及相对于每100摩尔份的BaTiO3的以下b-h成分:
b.约0.01-约2摩尔份的ZrO2
c.约1-约6摩尔份的BaCO3
d.约0.05-约0.5摩尔份的MnCO3
e.约0.01-约0.4摩尔份的MoO3
f.约0.05-约2.5摩尔份的MgO,
g.约0.5-约7摩尔份的Y2O3,以及
h.约0.3-约4摩尔份的SiO2

2.
  根据权利要求1所述的组合物,包括以下a-h成分的混合物:
a.BaTiO3,以及相对于每100摩尔份的BaTiO3的以下b-h成分:
b.约0.1-约1.75摩尔份的ZrO2
c.约2.5-约4.5摩尔份的BaCO3
d.约0.1-约0.4摩尔份的MnCO3
e.约0.02-约0.3摩尔份的MoO3
f.约0.5-约2摩尔份的MgO,
g.约1-约6摩尔份的Y2O3
h.约1-约3摩尔份的SiO2

3.
  一种粉末组合物,用于形成在多层陶瓷片式电容器中应用的介电材料,包含以下a-f成分的混合物:
a.BaTiO3,以及相对于每100摩尔份的BaTiO3的以下b-f成分:
b.约1.5-约6摩尔份的BaCO3
c.约0.1-约0.5摩尔份的MnCO3
d.约0.5-约2摩尔份的MgO,
e.约0.25-约3.5摩尔份的Y2O3,以及
f.约1-约4摩尔份的SiO2

4.
  根据权利要求3所述的组合物,进一步包含相对于每100摩尔份的BaTiO3的选自以下所组成的组的成分:
a.约2-约4摩尔份的CaCO3
b.约0.5-约3.5摩尔份的ZrO2
c.约0.5-约2.5摩尔份的Lu2O3
d.约0.5-约2摩尔份的Yb2O3
e.约0.01-约0.5摩尔份的Mo2O3,以及
f.约0.1-约0.5摩尔份的WO3,以及
g.上述成分的组合。

5.
  根据权利要求3所述的组合物,进一步包含约0.5-2.5摩尔份的Lu2O3

6.
  根据权利要求3所述的组合物,进一步包含约0.5-约3.5摩尔份的ZrO2

7.
  根据权利要求3所述的组合物,进一步包含约0.02-约0.3摩尔份的MoO3

8.
  一种多层陶瓷片式电容器,包括:
a.交替层叠的权利要求1所述的介电材料的层,和
b.包含不是Ag、Au、Pd或Pt的过渡金属的内电极材料的层的烧成集合体。

9.
  根据权利要求8所述的多层陶瓷片式电容器,其中,所述电容器的介电常数大于约2000,且损耗因数小于约2%,并且该电容器满足EIA X8R标准。

10.
  一种多层陶瓷片式电容器,包含:
a.交替层叠的权利要求1所述的介电材料的层,和
b.包含选自Pd、Pt、和Pd-Ag合金以及它们的组合所组成的组的过渡金属的内电极材料的层
的烧成集合体。

11.
  根据权利要求10所述的多层陶瓷片式电容器,其中,所述电容器的介电常数大于约2000,且损耗因数小于约2%,并且该电容器满足EIA X8R标准。

12.
  一种多层陶瓷片式电容器,包括:
a.交替层叠的权利要求2所述的介电材料的层;
b.包含选自Pd、Pt、或Pd-Ag合金所组成的组的金属的内电极材料的层的烧成集合体。

13.
  根据权利要求12所述的多层陶瓷片式电容器,其中,所述电容器的介电常数大于约2000,且损耗因数小于约2%,并且该电容器满足EIA X8R标准。

14.
  一种形成电子元件的方法,包括:
a.将以下i和ii的层交替施加在iii上以形成层叠体:
i.包含权利要求1的膏的含氧化物的介电材料,
ii.包含至少一种选自不是Ag、Au、Pd和Pt的过渡金属所组成的组的金属的含金属电极膏,
iii.基底,
以及
b.在氧分压不超过约10-8大气压的气氛下、在足以烧结所述电极金属且熔合所述介电材料的温度下烧成所述层叠体。

15.
  一种形成电子元件的方法,包括:
a.将以下i和ii的层交替施加在iii上以形成层叠体:
i.包含权利要求1的膏的含氧化物介电材料,
ii.包含至少一种选自Pd、Pt和Pd-Ag合金所组成的组的金属的含金属电极膏
iii.基底,
以及
b.在足以烧结所述电极金属且熔合所述介电材料的温度下烧成所述层叠体。

16.
  根据权利要求15所述的方法,其中,所述电极膏包含重量比例为约99∶1~约7∶3的Pd-Ag合金。

17.
  根据权利要求15所述的方法,其中,所述烧成是在氧分压为约10-12-约10-8大气压的气氛下进行的。

18.
  一种制造具有X8R特征的多层陶瓷片式电容器的方法,包括:
a.提供介电材料,其包含:
i.BaTiO3,以及相对于每100摩尔份的BaTiO3的以下ii-viii成分:
ii.约0.01-约2摩尔份的ZrO2
iii.约1-约6摩尔份的BaCO3
iv.约0.05-约0.5摩尔份的MnCO3
v.约0.01-约0.4摩尔份的MoO3
vi.约0.05-约2.5摩尔份的MgO,
vii.约0.5-约7摩尔份的Y2O3,和
viii.约0.3-约4摩尔份的SiO2
b.形成交替层叠的所述介电材料层与包含过渡金属的内电极材料层,以及
c.在气氛中在足以烧结所述电极材料且熔合所述介电材料的温度下烧成所述层叠体。

19.
  根据权利要求18所述的方法,其中,所述内电极材料包含不是Ag、Au、Pd或Pt的过渡金属,并且所述气氛具有不超过约10-8大气压的氧分压。

20.
  根据权利要求18所述的方法,其中,所述内电极材料包含选自Pd、Pt、和Pd-Ag合金以及它们的组合所组成的组的过渡金属。

说明书

与镍电极使用的X8R介电组合物
发明的背景
1.技术领域
本发明涉及钛酸钡基介电组合物,特别是涉及具有相对较小比例的分散在钛酸钡晶体母料中的客体离子如锆、锰、钼、镁、钇、硅和另外的钡的钛酸钡基介电组合物。所述介电组合物可以用于形成具有由镍或镍合金形成的贱金属内电极的多层陶瓷片式电容器。
2.相关现有技术的说明
多层陶瓷片式电容器已经被广泛用作微型尺寸、高容量和高可靠性的电子元件。根据对高性能电子设备的日益增长的需求,多层陶瓷片式电容器还遇到对更小的尺寸、更高的容量、更低的成本和更高的可靠性的市场需求。
一般通过形成内电极形成膏和介电层形成膏的交替层来制造多层陶瓷片式电容器。典型地通过形成薄片(sheeting)、印刷或类似技术,接着同时烧成来形成这样的层。
通常,内电极已经由导体例如银、金、钯、铂(即“贵金属”)或者前述金属的合金来形成。尽管贵金属价格昂贵,但是可以使用相对廉价的贱金属例如镍或铜以及它们的合金部分代替它们。本文所使用的“贱金属”是不是银、金、钯和铂的任何金属。如果在环境空气中烧成,贱金属内电极可能被氧化,因此,必须在还原性气氛中共烧成介电层和贱金属内电极层。然而,在还原性气氛中烧成导致介电层被还原,这降低了电阻率。已经提出使用非可还原介电材料的多层陶瓷片式电容器,然而,这种元器件通常具有较短的绝缘阻抗(IR)寿命与低的可靠性。
电子工业协会(EIA)规定了电容器的温度系数(TCC)的标准,被称为X8R特征。X8R特征要求在-55℃~150℃的温度范围相对于参考温度25℃的电容变化不大于±15%。X8R元件表示出电容老化每十年不大于2.5%。
发明内容
本发明提供了一种介电组合物,其可以用于制造与含贱金属如镍或镍合金的内电极兼容的多层陶瓷电容器。电容器可以由本发明的介电组合物形成,在高加速寿命测试条件下显示出稳定的介电常数以及小的介电损耗和优异的可靠性。
本发明的介电组合物包含均匀且致密的颗粒微观结构,颗粒的平均直径为约0.5-1.5微米。均匀且致密的微观结构对于获得具有小于约10微米的介电层的高可靠性多层电容器是至关重要的。
在一种实施方式中,除BiTiO3之外,本发明的介电组合物在烧成之前包含锆、钡、锰、钼、镁、钇和硅的氧化物或碳酸盐的混合物。本发明的另一种实施方式是包括含介电层的多层基片(multilayer chip)的电子元件,该介电层在烧成之前包含BiTiO3以及锆、钡、锰、钼、镁、钇和硅的氧化物或碳酸盐的混合物。
在另一种实施方式中,本发明提供一种形成电子元件的方法,包括将介电材料的颗粒施加于基底,以及在足以烧结所述介电材料的温度下烧成所述基底,其中所述介电材料在烧成之前包含表1中的各种组分的混合物(重量百分比)。应当理解的是,此处的每个数值(百分比、温度等)被认为其前面有“大约”。
表1.介电组合物的氧化物配方,每100摩尔份的BaTiO3所添加的氧化物的摩尔份量。

  ZrO2  BaO  MnO  MoO3  MgO  Y2O3  SiO2  0.01-2  2-5  0.05-0.3  0-0.4  0.05-2.5  0.5-2  0.3-2

本领域技术人员将理解的是,可以使用相应的碳酸盐如BaCO3、MgCO3或者其它金属盐来形成同样的配方,只要在介电组合物中的金属离子的最终比例为由表1的配方所获得的比例。
另一条工艺路线始于BaTiO3(即预烧结的氧化物)以及钡、锰、镁、钇和硅的氧化物或碳酸盐,以及钙、锆、镥、镱、钼和钨中的至少一种的氧化物或碳酸盐。
本发明的另一种实施方式是,制造具有X8R特征的多层陶瓷片式电容器的方法,该方法包括:
a.提供介电材料,该介电材料在烧结之前包含以下i-viii的混合物:
i.BaTiO3,以及相对于每100摩尔份的BaTiO3的以下ii-viii:
ii.约0.01-约2摩尔份的ZrO2
iii.约1-约6摩尔份的BaCO3
iv.约0.05-约0.5摩尔份的MnCO3
v.约0.01-约0.4摩尔份的MoO3
vi.约0.05-约2.5摩尔份的MgO,
vii.约0.5-约7摩尔份的Y2O3,和
viii.约0.3-约4摩尔份SiO2
b.形成交替层叠的所述介电材料的层与包含过渡金属的内电极材料的层,以及
c.在气氛中在足以不氧化地烧结所述电极材料且熔合所述介电材料的温度下烧成所述层叠体。
本发明的另一种实施方式是形成电子元件的方法,该方法包括:
a.将以下i和ii的层交替施加在iii上以形成层叠体:
i.在本文其它处公开的任何介电膏;
ii.包含至少一种选自不是Ag、Au、Pd和Pt的过渡金属所组成的组的金属的含金属电极膏;
iii.基底,
b.在氧分压不超过约10-8大气压的气氛下、在足以烧结所述电极金属且熔合所述介电材料的温度下烧成所述层叠体。
本发明的另一实施方式是形成电子元件的方法,该方法包括:
a.将以下i和ii的层交替施加在iii上以形成层叠体:
i.在本文其它处公开的任何介电膏;
ii.包含至少一种选自由Pd、Pt和Pd-Ag合金所组成的组的金属的含金属电极膏;
iii.基底,以及
b.在足以烧结所述电极金属且熔合所述介电材料的温度下烧成所述层叠体。
该电容器满足在汽车和工业市场中以及在暴露于高温的其它电子设备中的各种应用的需求。在汽车“引擎盖下”的日益增加的电子品应用已经产生了对该类产品的需求。
下文将更充分地描述上述及其它的本发明特征,并且在权利要求中特别指出。以下详细的描述,某种程度上解释了本发明的实施方式,然而,这些仅表示可以使用的本发明原则的几种不同方式。
附图说明
图1是根据本发明实施方式的多层陶瓷片式电容器的截面图。
图2显示了表6中圆盘电容器样品C-4的TCC与温度之间的关系。在该图内,最大的方框表示X8R规格。该方框中垂直的线是在125℃下。
本发明的详细描述
多层片式电容器是通过交替层叠介电层和内电极以形成粗基片来制造的。此处提出两种类型的内电极。第一类包括含镍或镍合金的贱金属,或者其它的贱金属如铜。镍是优选的。具有贱金属电极的电子元件在低氧气氛下烧成以防止贱金属的氧化。第二类内电极是贵金属电极,其可以包括银、金、钯和铂中的任何或所有金属。通常较少关心氧化,所以可以在空气中烧成包含贵金属的电子元件。形成介电层的介电组合物是通过湿磨介电组分与有机载体体系来生产的。将介电组合物沉积在负载膜(如聚酯或聚丙烯)、带状物(如不锈钢)、纸张或基板(如氧化铝或玻璃)上。然后所述介电材料的薄片与电极交替层叠以形成粗基片。所述介电组合物广义地包含表1的氧化物。
表1.(重复)介电组合物的氧化物配方,每100摩尔份的BaTiO3所添加的氧化物的摩尔份。
  ZrO2  BaO  MnO  MoO3  MgO  Y2O3  SiO2  0.01-2  2-5  0.05-0.3  0-0.4  0.05-2.5  0.5-2  0.3-2

在形成粗基片之后,通过在空气中加热到小于约350℃的温度来去除所述有机载体。用于去除载体的温度不是关键的。在贱金属电极的情况下,一旦去除所述载体,然后在氧分压为约10-12-约10-8大气压的湿的氮气和氢气的还原气氛中在约1200℃-1350℃的温度下烧成所述粗基片。可以在空气中或者在没有采取任何措施的气氛中烧成含贵金属电极的基片。可以使用各种加热路线用于去除粘合剂和用于烧成所述基片。
多层陶瓷电容器的构造是本领域中众所周知的。参照附图1,显示了多层陶瓷片式电容器1的示例性结构。电容器1的外电极4被设置在电容器片1的侧面,并且与内电极层3电连接。电容器基片1具有多个交替层叠的介电层2。电容器基片1的形状并不是关键的,尽管它经常是矩形的。此外,大小也不是关键的,根据具体的应用,所述基片可以具有合适的尺寸,通常在1.0-5.6毫米×0.5-5.0毫米×0.5-1.9毫米范围内。内电极层3这样层叠使得在相对的两端它们交替露出于所述基片1的相对侧面上。即,一组内电极层3露出于所述基片1的一侧面上,另一组内电极层3露出于所述基片1的相对侧面上。将一个外电极4应用于电容器基片1的一侧面上,与所述一组内电极层3电连接,并且将另一个的外电极4应用于所述基片1的相对侧面上,与所述另一组的内电极层3电连接。
所述介电层是由通过烧结BaTiO3和表1所示的锆、锰、钼、镁、钇、硅和另外的钡的氧化物或碳酸盐的混合物所形成的介电材料来形成的。可以使用烧结助剂如SiO2。对于熟悉本领域的技术人员来说应当清楚的是,以氢氧化物或其它形式如碳酸盐、乙酸盐、硝酸盐和有机金属化合物如金属甲酸盐、金属草酸盐等的上述氧化物具有相同的效果,只要以所想要的量提供所想要的金属离子即可。
表2.介电组合物的可选择配方,每100摩尔份的BaTiO3所添加的氧化物的摩尔份量。
  ZrO2  BaO  MnO  MoO3  MgO  Y2O3  SiO2  CaO  Lu2O3  Yb2O2  WO3  0.1-1.75  2.5-4.5  0.1-0.4  0.02-0.3  0.05-2  1-6  1-3  1.5-6  0.1-0.5  0.5-2  0.25-2.5  1-4  0.1-3.5  2-5  0.05-0.5  0.01-0.4  0.05-2.5  0.5-2.0  0.3-2.0  0-3  0-2.5  0-2  0-0.2

在介电材料中可以存在其它的化合物,条件是其它化合物不会对介电性能产生不利影响。通常在原料中发现这样的化合物被认为是杂质。
此处的介电组合物具有精细的晶体颗粒,通常具有约0.5-约1.5微米的平均尺寸,小于约0.7微米的粒度是优选的。
每个介电层具有最高约20微米的厚度。优选地,每个介电层的厚度为约4-约15微米。更优选地,每个介电层的厚度为约6微米-约12微米。可以使用此处的组合物来制备具有薄的介电层的多层陶瓷片式电容器。在片式电容器中层叠的介电层的数量通常最高为约800,优选为约3-约400。
本发明的多层陶瓷片式电容器是通过形成图1所示的结构来制备的,通过丝网印刷在介电(陶瓷)薄片上印刷电极图案的来层叠介电(陶瓷)片,或者通过形成由交替丝网印刷陶瓷和电极膏来形成粗层叠体。对于形成陶瓷层的两种方法,将粉末分散在溶剂中,并且添加粘合剂以产生用于加工的理想粘度以及在干燥后所想要的机械强度。陶瓷薄片可以例如通过手术刀来形成,其中在干燥之后印刷电极图案。或者,陶瓷薄片可以通过丝网印刷粗层叠体来形成,所述粗层叠体是由立即干燥交替印刷的电极膏和介电膏而形成的。以如下的方式将粗基片分开,使得相邻的电极与图1所示的MLCC结构的相对端连接。在烧成之后,将该基片在诸如氧化铝或二氧化硅的介质中转笼干燥以磨掉边角。接着,将含有例如铜的导电膏涂覆在两端,以将露出的内电极连接在一起来制备端电极,即外电极。然后在约800℃下在氮气氛中进行端电极烧成,以在两端将导体(例如铜)烧结为坚固的导电垫片,从而形成多层电容器。端电极是如图1所示的外电极4。
本发明的一个实施方式包括多层陶瓷片式电容器,其包括此处所公开的任何介电材料的层和内电极材料的层交替层叠层的烧成集合体,该内电极材料包含不是Ag、Au、Pd或Pt的过渡金属。在这样的多层陶瓷片式电容器中,烧成后的介电层具有不大于约15微米的厚度,并且显示出至少约2000的介电常数(k)和小于约2%的损耗因子(DF),另外符合EIA X8R标准。
本发明的另一个实施方式涉及多层陶瓷片式电容器,其包括此处所公开的任何介电材料的层和内电极材料的层的交替层叠层的烧成集合体,该内电极材料包含选自由Pd、Pt和Pd-Ag合金以及它们的组合所组成的组的过渡金属。在这样的多层陶瓷片式电容器中,烧成后的介电层具有不大于约15微米的厚度,并且显示出大于约2000的介电常数(k)和小于约2%的损耗因子(DF),另外符合EIA X8R标准。
另一个实施方式是形成电子元件的方法,该方法包括:将包含此处所公开的任何介电膏组合物的含氧化物介电材料的层和含金属电极膏的层交替施加在基底上以形成层叠体,所述含金属电极膏包含选自不是Ag、Au、Pd和Pt的过渡金属所组成的组的至少一种金属;在氧分压不超过约10-8大气压的气氛中在足以烧结所述电极金属且熔合所述介电材料的温度下烧成所述层叠体。
另一个实施方式是形成电子元件的方法,该方法包括:将包含此处所公开的任何介电膏组合物的含氧化物介电材料的层和含金属电极膏的层交替施加在基底上以形成层叠体,所述含金属电极膏包含至少一种选自Pd、Pt、和Pd-Ag合金所组成的组的金属;在足以烧结所述电极金属且熔合所述介电材料的温度下烧成所述层叠体。
依次描述所述电子元件的每个主要构成部分。
介电膏。形成介电层的膏可以通过将有机载体与此处所公开的介电材料原料混合来获得。还有用的是在烧成时转化为如上所述的氧化物和复合氧化物的前体化合物。通过选择含这样的氧化物的化合物或所述氧化物的前体;以及以合适的比例将它们混合来获得所述介电材料。这样的化合物在介电材料原料中的比例被确定为使得在烧成之后可以获得所想要的介电层组合物。通常以具有约0.1-约1.5微米,优选约1微米或更少,更优选约0.5-约0.9微米的平均粒度的粉末形式使用所述的介电材料原料。
有机载体。有机载体是有机溶剂中的粘合剂或水中的粘合剂。此处所使用的粘合剂的选择不是关键的;传统的粘合剂如乙基纤维素、聚乙烯缩丁醇、乙基纤维素和羟丙基纤维素以及它们的组合是适合与溶剂一起。有机溶剂也不是关键的,可以根据特定的应用方法(例如印刷或形成薄片)从以下传统的有机溶剂中选择:例如丁基卡必醇、丙酮、甲苯、乙醇、二甘醇丁基醚;2,2,4-三甲基戊二醇单异丁酯();α-松油醇;β-松油醇;γ-松油醇;三癸基醇;二甘醇乙醚()、二甘醇丁基醚(Butyl)、二甘醇二丁基醚(Dibutyl)和丙二醇;以及它们的混合物。以商标销售的产品可以从伊士曼化工公司(Eastman Chemical Company,Kingsport,TN)获得;以商标销售的产品可以从陶氏化学公司(DowChmeical Co.,Midland,MI)获得。或者,用于陶瓷浆料的载体可以是水。
当水是所述载体时,所述粘合剂可以选择聚乙烯醇(PVA)或聚醋酸乙烯酯(PVAc)与水的组合。应当指出的是,PVA和PVAc一般不与含硼的陶瓷介电粉末兼容。包括与PVA和/或PVAc一起的含硼玻璃的含水浆料趋向于遭受严重的凝胶化。因此,不含硼的陶瓷介电粉末(正如本发明所公开的)对于水基浆料加工是特别重要的。或者,可以避免凝胶化,因为一般认为如果在水环境中使用乳液型丙烯酸酯粘合剂不会发生此类现象。
对各个膏(介电膏或电极膏)的有机载体的含量没有强加特别的限制。通常所述膏含有约1-5wt%的粘合剂和约10-50wt%的有机溶剂,其余量是金属组分(用于电极)或介电组分(用于介电层)。如果需要,各个膏可以包含最多约10%的其它添加剂,例如分散剂、增塑剂、介电化合物和绝缘化合物。
内电极。用于形成内电极层的膏是通过将含贱金属(例如镍或铜)或者贵金属(例如银、金、钯或铂)的导电材料与有机载体混合来获得。各个贱金属或贵金属以及它们的合金的组合也是可用的。本文所使用的导电材料包括导体如导电金属和此处提及的合金以及在烧成时转化为所述导体的各种化合物,例如氧化物、有机金属化合物和树脂酸盐。任何纯的商用镍膏是适合于此处的。合适的含银贵金属膏是EL45-006。两者都是从美国俄亥俄州克里夫兰市的费罗公司(Ferro Corporation of Cleveland,Ohio)可市售购得。
参考附图1,形成内电极层3的导体不是关键的,尽管优选使用贱金属,因为介电层2的介电材料具有抗还原性。典型的贱金属包括镍及其合金。优选的镍合金包含至少一种选自Mn、Cr、Co和Cu的其它金属。含有至少约95%镍的合金是优选的。需要注意的是,镍和镍合金可以含有最高约0.1%的磷和其它微量成分(即杂质)。内电极层的厚度可以被控制为适于特定的应用,但是所述层通常最高为约5微米厚。优选地,内电极层具有约0.5-3微米的厚度,更优选约1.2-1.5微米。贵金属内电极层3可以从Ag、Au、Pd或Pt(或它们的组合)中选择。优选地,所述贵金属选自Pt、Pt-Pd合金和Pd-Ag合金。当使用Pd-Ag合金时,它们的重量比优选为约99∶1到7∶3。
外电极。形成外电极4的导体不是关键的,但是价格低廉的金属如镍、铜、以及任一种金属或两种金属的合金,任选地包含Mn、Cr、Co或Al是优选的。可以控制外电极层的厚度以适于特定的应用,但是该层通常最高为约10-约50微米厚,优选为约20-40微米厚。用于形成外电极的膏是通过用于形成内电极的相同方法来制备。
然后可以由介质层形成膏和内电极层形成膏来制备粗基片。在印刷方法的情况中,通过将所述膏以叠层的形式交替印刷在聚酯膜例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上;将叠层的层叠体切割成预定形状;以及将其从基底上分离来制备粗基片。还可用的是形成薄片法,其中通过由介电层形成膏来形成粗薄片;将内电极层形成膏印刷在各个粗薄片上;以及层叠所印刷的粗薄片来制备粗基片。在从粗基片中去除有机载体之后,将它烧成。在传统的条件下可以去除有机载体,即通过以0.01℃-20℃/小时,更优选约0.03-0.1℃/小时的速率加热;保持温度为约150℃-约350℃,优选约200℃-300℃,更优选约250℃;保温时间为约30-700分钟,优选为约200-300分钟;在空气气氛中。
烧成。然后在空气中烧成粗基片,这根据内电极层形成膏中的导体类型来确定。如果内电极层由贱金属导体如镍和镍合金形成,则烧成气氛应当具有低的氧浓度,例如湿的H2/N2气氛。这样的气氛可以具有约10-12~约10-8大气压的氧分压。应当避免在低于10-12大气压的分压下烧结,因为在这样低的压力下可能不正常地烧结所述导体,并且可能变成与介电层断开。在高于约10-8大气压的氧分压下,可能氧化内部贱金属电极。对于贱金属电极,约10-11~约10-9大气压的氧分压是最优选的。
对于贵金属内电极,烧成气氛是不太重要的(即存在或不存在氧气),因为贵金属不易于被氧化,或者在某些情况下不会受到氧化。
对于烧成,将温度从室温升高至约1150℃~约1350℃的峰值温度,更优选约1250℃~约1350℃。保持该温度约两小时以增加致密度。较低的保持温度提供不足的致密度,而较高的保持温度会导致非常大的颗粒。所述烧成优选在还原性气氛中进行。示例性烧成气氛包括湿N2,或者N2和H2气体的湿混合物。烧结升温速率为约50℃~约500℃/小时,优选为约200℃~300℃/小时;保温的温度为约1200℃~约1350℃的;优选为约1250℃~约1350℃,更优选为约1280℃~约1340℃。保温的时间为约0.5~约8小时,优选为约1~3小时,以及冷却速率为约50℃~500℃/小时,优选为约200℃~300℃/小时。
可以连续或分开地进行有机载体去除和烧成。如果是连续的,则该过程包括有机载体去除;改变气氛而不冷却;加热至烧成温度;在烧成温度下保温规定的时间以及随后冷却。如果是分开的,则在有机载体去除和降温之后,将基片的温度升高至烧结温度,然后将气氛更改为还原性气氛。
所得到的基片可以通过转鼓抛光和/或喷砂处理来抛光两端面,例如在印刷或转印以及烧成外电极形成膏以形成外电极(端电极)之前。形成外电极的膏的烧成可以在干燥的氮气氛中(约10-6大气压的氧分压)在约600℃-800℃进行约10分钟至1小时。
如果有必要,通过电镀或本领域中已知的其它方法在外电极上形成焊垫。本发明的多层陶瓷片式电容器可以通过例如焊接安装在印刷电路板上。
实施例
提供如下的实施例来说明本发明的优选方面,而不是为了限制本发明的范围。
实施例1。通过混合和研磨BaTiO3(BT)以及氧化物和碳酸盐以提供如表3中所示的客体离子。为此,称量250克的BT和相对于每100摩尔的BT所记载的摩尔量的客体离子组分放入1升的聚乙烯瓶中。在加入水和分散剂、A-40(荷兰的马斯特里希特的汽巴精化马斯特里赫特公司购得)以及大约1.8kg的2毫米二氧化锆(YTZ)球之后,在水中将粉末球磨至D50为0.5微米-0.7微米。然后将粉末在150℃下干燥,压制成圆盘,并装备镍电极。在1280℃和1340℃之间的温度下在湿的H2/N2下烧结所述圆盘,并且在1000℃下在湿的N2下再氧化。测试所述圆盘的TCC性能,由在25℃下的电容值确定K值。结果如表4所示。
表3.以每100摩尔的BT所添加的金属的摩尔量表示的介电组合物的组分变化
  样品  Ba  Y  Zr  Si  Mg  Mn  Mo  A-1  3.25  3.0  0.5  1.76  1.2  0.2  0.1  A-2  2.70  4.0  0.5  1.76  1.2  0.2  0.1  A-3  3.75  4.0  1.00  1.76  1.2  0.2  0.1  A-4  3.20  4.0  1.00  1.76  1.2  0.2  0.033  A-5  3.25  4.0  0.5  1.76  1.2  0.2  0.033  A-6  2.70  3.0  0.5  1.76  1.2  0.2  0.033  A-7  3.20  3.0  1.00  1.76  1.2  0.2  0.1  A-8  3.75  3.0  1.00  1.76  1.2  0.2  0.033  A-9  3.75  3.0  1.00  1.76  1.2  0.2  0.1  A-10  3.75  3.0  1.00  1.76  1.4  0.2  0.033  A-11  3.75  3.0  1.00  1.76  1.6  0.2  0.033  A-12  4.25  3.0  1.5  1.76  1.2  0.2  0.033

表4:表3的组分变化的圆盘和MLCC结果

由这些实验所获得的重要结果是组分变化与圆盘和MLCC的在150℃下的TCC之间的趋势。由于所施加的电场,TCC沿顺时针方向旋转(更负),导致在X8R规格的温度上限(即150℃)的MLCC产生规格之外的TCC曲线。因此,为了使由本发明的介电组合物制成的MLCC满足X8R规格,圆盘电容器在150℃下的TCC应当足够高。然而,确定MLCC是否满足所述规格不仅取决于圆盘中的足够高的150℃下TCC值,而且取决于介电常数(K)值。已知与较低K值材料相比,具有高K值的材料在MLCC中显示了较大的顺时针旋转。
实施例2。按照实施例1的程序,使用表5的左侧的配方已经制备了介电配方。在150℃下干燥所述粉末,然后以圆盘电容器进行测试。电学测试的结果也列于表5(右边3栏)。
表5.以每100摩尔的BT所添加的金属的摩尔量表示的介电组合物的组分变化以及组合物的圆盘性能
  样品  Ba  Y  Ca  Zr  Lu  Si  Mg  Mn  Mo  W  K  Df[%]  TCC  150℃  B-1  2.75  3.0  1.76  0.87  0.2  0.1  0.1  2380  0.95  -12  B-2  5.5  6.0  3.52  1.74  0.4  0.2  0.2  2450  1.05  -11  B-3  2.0  2.25  0.75  1.76  0.87  0.2  0.1  0.1  2200  1.03  -16  B-4  2.0  1.5  1.5  1.76  0.87  0.2  0.1  0.1  2200  0.95  -9  B-5  2.0  0.75  2.25  1.76  0.87  0.2  0.1  0.1  2040  1.01  -9  B-6  1.9  3.0  1.76  0.87  0.2  0.1  2611  3.68  -23  B-7  2.75  3.0  3.0  3.0  1.76  0.87  0.2  0.1  0.1  2800  1.05  -22  B-8  5.75  3.0  3.0  1.76  0.87  0.2  0.1  0.1  3000  1.07  -20  B-9  3.0  3.0  1.76  1.2  0.2  0.1  0.1  2230  0.94  -12  B-10  4.25  3.0  1.5  1.76  0.87  0.2  0.1  0.1  2440  1.20  -14  B-11  3.75  3.0  0.75  1.76  1.2  0.2  0.1  0.1  2120  0.89  -11  B-12  3.75  3.0  0.75  1.76  1.2  0.2  0.1  0.1  2100  0.90  -7

实施例3。按照实施例1的程序,使用表6的左边的配方已经制备了介电配方。在150℃干燥粉末,并且以圆盘电容器进行测试。电学测试的结果也列于表6(右边3栏)。
表6.以每100摩尔的BT所添加的金属的摩尔量表示的实施例3的介电组合物的组分变化以及组合物的圆盘性能
  Sample  Ba  Y  Zr  Lu  Yb  Si  Mg  Mn  Mo  K  Df[%]  TCC  [150℃]  C-1  3.75  3  1  1.76  1.6  0.2  0.033  2240  1.11  -7  C-2  3.75  3  1  1.76  1.6  0.2  0.033  2090  1.04  -6  C-3  3.75  3  1  1.76  1.6  0.2  0.067  2280  1.02  -5  C-4  3.75  3  1  1.76  1.6  0.2  0.1  2270  1.00  -6  C-5  1.9  3.0  1.76  0.87  0.2  0.1  2400  1.09  -19  C-6  1.8  3.0  1.76  0.87  0.2  1775  2.24  -20  C-7  3.75  3  1  1.76  1.6  0.3  0.033  2350  0.80  -6  C-8  3.75  3  1  1.76  1.6  0.4  0.033  2260  0.74  -7  C-9  2.8  3.0  1.76  1.2  0.2  2300  1.01  -12  C-10  1.85  3.0  1.76  1.2  0.2  2350  0.99  -18  C-11  3.75  3  1  1.96  1.6  0.2  0.033  2360  0.87  -8  C-12  3.75  3  1  2.5  1.6  0.2  0.033  2620  0.92  -8  C-13  3.55  3.0  0.75  1.76  1.2  0.2  2150  0.91  -7  C-14  3.55  1.5  0.75  1.5  1.76  1.2  0.2  2000  0.96  -4  C-15  3.55  1.5  0.75  1.5  1.76  1.2  0.2  2100  1.04  -4  C-16  3.55  3.0  0.75  1.76  1.2  0.2  2120  0.92  -10  C-17  3.55  1.5  0.75  1.5  1.76  1.2  0.2  2070  0.94  -6

对于本领域的技术人员将容易想到另外的优点和改进。因此,本发明在更广泛的方面并不限于此处显示和描述的具体细节和说明性实例。因此,可以进行各种改进而不偏离由所附的权利要求及其对等物所限定的一般本发明概念的精神或范围。

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资源描述

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根据本发明制备多层陶瓷片式电容器,该电容器满足X8R要求,并且与还原气氛烧结条件相容使得非贵金属如镍和镍合金可以用于内电极和外电极。该电容器表现出所想要的介电性能(高电容、低损耗因数、高绝缘电阻)、高加速寿命测试时的优异性能、以及非常优良的抗介电击穿性能。该介电层包含钛酸钡基材料,掺杂有其它的金属氧化物如BaO、Y2O3、ZrO2、SiO2、MgO、MnO、MoO3、CaO、Lu2O3、Yb2O3。

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