CN101607819A - 介电陶瓷组合物及其所制成的积层陶瓷电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种介电陶瓷组合物及其所制成的积层陶瓷电容器。介电陶瓷组合物包括主成份、第一掺杂物、第二掺杂物及玻璃质成份。主成份由(BaxSryCa1－x－y)m(TizZr1－z)O3组成，其中0＜x＜0.6，0.1＜y＜0.7，0.03＜z＜0.1且0.8＜m＜1.2。第一掺杂物与主成份的摩尔比例值介于0.003～0.075之间，且第一掺杂物为锰、铬、钒或铁的氧化物。第二掺杂物与主成份的摩尔比例值介于0.003～0.03之间，且第二掺杂物为钇、铽、镝、钬、铒、铥或镱的氧化物。玻璃质成份与主成份的摩尔比例值介于0.002～0.02之间。此介电陶瓷组合物可在1150℃～1300℃完成烧结致密化。

Description

介电陶瓷组合物及其所制成的积层陶瓷电容器
技术领域
本发明是有关于一种介电陶瓷组合物及其所制成的积层陶瓷电容器，且特别是有关于一种可符合NPO温度范围的介电陶瓷组合物及其所制成的积层陶瓷电容器。
背景技术
近年来，由于电子元件的发展趋势朝向小型化、晶片化、多功能化及高容量化，各种整合型技术开始受到重视，电容器亦不例外，除了元件薄小化与多层化的设计已是不可避免的趋势外，高电容值及微小晶粒结构的介电材料设计要求也日益严谨，因此陶瓷电容器的发展亦朝向在最小体积发挥最大功能的方向进行开发。
商用陶瓷电容器的应用可以分为Class I与Class II两组，其中Class I中的NPO多用于通讯产品上，NPO是指电容温度系数(TCC)介于+30～-30ppm/℃之间。
发明内容
本发明提供一种介电陶瓷组合物，可符合NPO的电容温度系数。
本发明揭露一种介电陶瓷组合物。介电陶瓷组合物包括主成份、第一掺杂物、第二掺杂物以及玻璃质成份。主成份由(BaxSryCa1-x-y)m(TizZr1-z)O3组成，其中0＜x＜0.6，0.1＜y＜0.7，0.03＜z＜0.1且0.8＜m＜1.2。第一掺杂物与主成份的摩尔比例值介于0.003～0.075之间，且第一掺杂物为锰(Mn)、铬(Cr)、钒(V)或铁(Fe)所组成的氧化物。第二掺杂物与主成份的摩尔比例值介于0.003～0.03之间，且第二掺杂物是为钇(Y)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)或镱(Yb)所组成的氧化物。玻璃质成份与主成份的摩尔比例值介于0.002～0.02之间，而玻璃质成份是择自Ma2O、MbO、Mc2O3及MdO2所组成的群组，其中元素Ma是选自锂、钠及钾所组成的群组，元素Mb是选自铍、镁、钙、锶及钡所组成的群组，元素Mc是选自硼、铝及镓所组成的群组，元素Md是选自硅及锗所组成的群组。
作为可选的技术方案，其中所述的第一掺杂物与第二掺杂物的添加比例为1∶1。
作为可选的技术方案，其中所述的玻璃质成份为二氧化硅(SiO2)或其含氧化锂、氧化钡及氧化钙的混合物。
作为可选的技术方案，其中所述的玻璃质成份中的MdO2的含量为50wt％以上并低于100wt％、Mc2O3的含量为30wt％以下、MbO的含量为30wt％以下且Ma2O的含量为30wt％以下。
作为可选的技术方案，其中所述的介电陶瓷组合物可在1150℃～1300℃完成烧结致密化。
本发明另提出一种积层陶瓷电容器。积层陶瓷电容器包含陶瓷介电质、复数个内部电极、复数个内部电极以及至少一外部电极。陶瓷介电质由如上述包括主成份、第一掺杂物、第二掺杂物以及玻璃质成份的介电陶瓷组合物烧结而成，而这些内部电极，平行延伸于陶瓷介电质内，且外部电极则曝露于陶瓷介电质外，并电性连接这些内部电极。
作为可选的技术方案，其中所述的第一掺杂物与第二掺杂物的添加比例为1∶1。
作为可选的技术方案，其中所述的玻璃质成份为二氧化硅(SiO2)或其含氧化锂、氧化钡及氧化钙的混合物。
作为可选的技术方案，其中所述的玻璃质成份中的MdO2的含量为50wt％以上并低于100wt％、Mc2O3的含量为30wt％以下、MbO的含量为30wt％以下且Ma2O的含量为30wt％以下。
作为可选的技术方案，其中所述的内电极为镍。
作为可选的技术方案，其中所述的介电陶瓷组合物可在1150℃～1300℃完成烧结致密化。
综上所述，本发明是透过主成份、第一掺杂物、第二掺杂物以及玻璃质成份之间的相互搭配，提供一种可符合NPO的电容温度系数的介电陶瓷组合物及其所制成的积层陶瓷电容器。
附图说明
图1所示为积层陶瓷基板结构的结构剖面图。
具体实施方式
以下将参照相关图示，说明依本发明较佳实施例的介电陶瓷组合物，为使便于理解，下述实施例中的相同元件是以相同的符号标示来说明。
本发明的介电陶瓷组合物，是以特定比率的主成份、第一掺杂物、第二掺杂物以及玻璃质成份之间的彼此搭配进行烧结，其中第一掺杂物与主成份的摩尔比例值介于0.003～0.075之间，第二掺杂物与主成份的摩尔比例值介于0.003～0.03之间，而玻璃质成份与主成份的重量比例值介于0.002～0.02之间。
主成份是由(BaxSryCa1-x-y)m(TizZr1-z)O3组成，其中0＜x＜0.6，0.1＜y＜0.7，0.03＜z＜0.1且0.8＜m＜1.2。
第一掺杂物是为锰(Mn)、铬(Cr)、钒(V)或铁(Fe)所组成的氧化物，举例来说，第一掺杂物可为四氧化三锰(Mn3O4)。
第二掺杂物是为钇(Y)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)或镱(Yb)所组成的氧化物，举例来说，第二掺杂物可为氧化钇(Y2O3)。
玻璃质成份最简单者为四种成分的组合，即为在Ma2O、MbO、Mc2O3及MdO2中，各选取一种成分，其中元素Ma是选自锂(Li)、钠(Na)及钾(K)所组成的群组，元素Mb是选自铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)及钡(Ba)所组成的群组，元素Mc是选自硼(B)、铝(Al)及镓(Ga)所组成的群组，元素Md是选自硅(Si)及锗(Ge)所组成的群组。
举例来说，玻璃质成份可为Li2O-BaO-Al2O3-SiO2、Li2O-BaO-B2O3-SiO2或是以前列的同族元素相互替换，例如以Na2O或K2O替换Li2O，以BeO、MgO、CaO或SrO替换BaO，以Ga2O3替换Al2O3或B2O3，以GeO2替换SiO2；亦可以在Ma2O、MbO与MdO2中，各选取一种成分，且在Mc2O3中，选取二种成分，而具有五种成分，较佳为Li2O-BaO-B2O3-Al2O3-SiO2，亦可以如上所述，以前列的同族元素相互替换。
另外亦可以在Ma2O、MbO、Mc2O3与MdO2中，各选取一或多种成分，而得到更多种成分的玻璃质成份，视使用者的制程条件而定。
其中，玻璃质成份较佳的添加比例为MdO2的含量为50wt％以上并低于100wt％、Mc2O3的含量为30wt％以下、MbO的含量为30wt％以下且Ma2O的含量为30wt％以下。
上述的介电陶瓷组合物，经过烧结之后，可形成为陶瓷材料，应用于积层陶瓷电容元件。此介电陶瓷组合物可在1150℃～1300℃完成烧结致密化。
另外，本发明的介电陶瓷组合物主要可应用于积层陶瓷电容元件。请参考图1，为本发明的介电陶瓷组合物应用于积层陶瓷电容器，其积层陶瓷电容器的结构剖面图。图中积层陶瓷电容器1，包含电容陶瓷体110以及外部电极120，电容陶瓷体110包含复数层介电陶瓷层112以及沿着介电陶瓷层112的表面形成的复数层内部电极111，外部电极120形成于电容陶瓷体110外，并与部分的内部电极111电性连接。
在此应用中，陶瓷材料所构成的上述的介电陶瓷层112，是由本发明的介电陶瓷组合物所烧结而成。将本发明的介电陶瓷组合物烧结而成上述的介电陶瓷层112，其构成的积层陶瓷电容器的电容温度系数介于+30～-30ppm/℃之间，符合NPO范围。部分实验例的电容温度系数超出+30～-30ppm/℃代表实验范围的探索。
以下举出实验例1至实验例3来说明本发明，但是本发明并不仅限于以下的实验例。
实验例1
请参阅表1及表2，主成份(BaxSryCa1-x-y)m(TizZr1-z)O3分为A组成与B组成，其中A组成的成份包括钡(Ba)、锶(Sr)及钙(Ca)，而B组成的成份包括钛(Ti)及锆(Zr)。
另外，介电陶瓷组合物除了主成份(BaxSryCa1-x-y)m(TizZr1-z)O3外，另外添加了第一掺杂物、第二掺杂物以及玻璃质成份，其中第一掺杂物为锰(Mn)、铬(Cr)、钒(V)或铁(Fe)的氧化物，第二掺杂物为钇(Y)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)或镱(Yb)的氧化物，而玻璃质成份则为Ga(玻璃种类a)或Gb(玻璃种类b)。Ga主体为二氧化硅，Gb则可为二氧化硅掺杂氧化锂、氧化钡及氧化钙。
需说明的是，在表1的实验例的各组样品中，各组样品的比例变化主要为改变主成份(BaxSryCa1-x-y)m(TizZr1-z)O3中各元素之间的比例，但控制主成份(BaxSryCa1-x-y)m(TizZr1-z)O3中的A组成与B组成的比例为1∶1。
表1：介电陶瓷组合物的添加比率
Figure G2009101601052D00061
Figure G2009101601052D00071
使用如表1的添加比例，观察添加不同比例的主成份添加量的结果。将各组成物混合均匀形成浆料后，于烧结后量测烧结体的密度并进行其电性测试，之后将其烧结密度与其理论密度比较，并将其电性测试结果列于表2。
从表2的结果可以发现，在温度为1300℃环境下烧结后进行其烧结密度测试与电性测试，可发现烧结密度大于4.76g/cm3。
另外，电性测试的结果也可观察出其介电常数均可维持在40左右，部分实验例电容温度系数(TCC)介于+30～-30ppm/℃之间(NP0规格)，绝缘阻抗测试(IR)值大于1T ohm。
表2烧结密度测试与电性测试(烧结条件：1300℃)
Figure G2009101601052D00081
Figure G2009101601052D00091
实验例2
请参阅表3及表4，表3主要是针对相同组成的介电陶瓷组合物，但在不同的烧结温度底下进行烧结，不同的烧结环境如表3的烧结环境所示，烧结后进行其烧结密度测试与电性测试，结果如表4所示。
表3介电陶瓷组合物的添加比率
Figure G2009101601052D00092
从表4的结果可以发现，不管烧结温度在1200℃、1225℃、1250℃、1275℃或1300℃，其烧结密度测试与电性测试，可发现其结果同样符合NPO温度范围的介电陶瓷组合物。
表4烧结密度测试与电性测试
Figure G2009101601052D00101
实验例3
请参阅表5至表8，表5主要是针对相同组成的介电陶瓷组合物，但添加不同比例的玻璃质成份，之后进行烧结，烧结后进行其烧结密度测试与电性测试，结果如表7所示。
同样的，请参阅表6，表6同样是针对相同组成的介电陶瓷组合物，但添加不同比例的玻璃质成份，之后进行烧结，烧结后进行其烧结密度测试与电性测试，结果如表8所示。
这里，表6与表5的差异主要在于烧结温度的不同，表5的介电陶瓷组合物是在1250℃进行烧结，而表6则是在1200℃进行烧结。
表5介电陶瓷组合物的添加比率
Figure G2009101601052D00102
Figure G2009101601052D00111
表6介电陶瓷组合物的添加比率
Figure G2009101601052D00112
从表7与表8的结果可以发现，玻璃质成份的添加比例不论是0.50wt％、0.70wt％、0.85wt％或1.0wt％的添加比例，且烧结温度不论是1250℃或1200℃，其烧结密度测试与电性测试，可发现其结果同样符合NPO温度范围的介电陶瓷组合物。
表7烧结密度测试与电性测试(烧结温度：1250℃)
Figure G2009101601052D00113
表8烧结密度测试与电性测试(烧结温度：1200℃)
Figure G2009101601052D00114
Figure G2009101601052D00121
由实验结果可知，本发明藉由主成份、第一掺杂物、第二掺杂物以及玻璃质成份之间的相互搭配，提供一种可NPO的电容温度系数的介电陶瓷组合物及其所制成的积层陶瓷电容器。其烧结致密化可在温度1150℃～1300℃之间完成。
综上所述，仅记载本发明为呈现解决问题所采用的技术手段的较佳实施方式或实施例而已，并非用来限定本发明专利实施的范围。即凡与本发明权利要求文义相符，或依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆为本发明权利要求范围所涵盖。

Claims (7)

1.一种介电陶瓷组合物，其特征在于该介电陶瓷组合物包括：
主成份，其组成如下：(BaxSryCa1-x-y)m(TizZr1-z)O3，其中0＜x＜0.6，0.1＜y＜0.7，0.03＜z＜0.1且0.8＜m＜1.2；
第一掺杂物，该第一掺杂物与该主成份的摩尔比例值介于0.003～0.075之间，该第一掺杂物为锰、铬、钒或铁的氧化物；
第二掺杂物，该第二掺杂物与该主成份的摩尔比例值介于0.003～0.03之间，该第二掺杂物为钇、铽、镝、钬、铒、铥或镱的氧化物；以及
玻璃质成份，该玻璃质成份与该主成份的摩尔比例值介于0.002～0.02之间，且该玻璃质成份择自Ma2O、MbO、Mc2O3及MdO2所组成的群组，其中元素Ma是选自锂、钠及钾所组成的群组，元素Mb是选自铍、镁、钙、锶及钡所组成的群组，元素Mc是选自硼、铝及镓所组成的群组，元素Md是选自硅及锗所组成的群组。
2.如权利要求1所述的介电陶瓷组合物，其特征在于该第一掺杂物与该第二掺杂物的添加比例为1∶1。
3.如权利要求1所述的介电陶瓷组合物，其特征在于该玻璃质成份为二氧化硅或其含氧化锂、氧化钡及氧化钙的混合物。
4.如权利要求1所述的介电陶瓷组合物，其特征在于该玻璃质成份中的MdO2的含量为50wt％以上并低于100wt％、Mc2O3的含量为30wt％以下、MbO的含量为30wt％以下且Ma2O的含量为30wt％以下。
5.如权利要求1所述的介电陶瓷组合物，其特征在于该介电陶瓷组合物可在1150℃～1300℃完成烧结致密化。
6.一种积层陶瓷电容器，其特征在于该积层陶瓷电容器包含：
由如权利要求1-5任意一项所述的介电陶瓷组合物烧结而成的陶瓷介电质；
复数个内部电极，平行延伸于该陶瓷介电质内；以及
至少一外部电极，曝露于该陶瓷介电质外，并电性连接该些内部电极。
7.如权利要求6所述的积层陶瓷电容器，其特征在于该内部电极为镍。
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