CN101607820B - 陶瓷粉体组合物、陶瓷材料及其所制成的积层陶瓷电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷粉体组合物、陶瓷材料及其所制成的积层陶瓷电容器。陶瓷粉体组合物包括主成份以及玻璃质成份，主成份的含量为99.3～99.9wt％，而玻璃质成份的含量为0.1～0.7wt％。主成份由Bam(Ti1-xZrx)O3+αMnO+βB2O5+γRe2O3组成，其中α、β与γ为摩尔比例系数，0.003≤α≤0.01，0.001≤β≤0.005，0.0005≤γ≤0.005，0.14≤x≤0.20，且0.985≤m≤1.0070而元素B选自钒、铌及钽所组成的群组，元素Re选自钇、铽、镝、钬、铒、铥及镱所组成的群组。
Description
【技术领域】
本发明是有关于一种陶瓷粉体组合物、陶瓷材料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Y5V温度范围的陶瓷粉体组合物、陶瓷材料及其所制成的积层陶瓷电容器。
【背景技术】
近年来，由于电子组件的发展趋势朝向小型化、芯片化、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，除了组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以Class II类为主，可略分为Y5V、X5R、X7R等规格，其中Y5V所要求的规格指在温度范围于-30℃～85℃间，其相对容值变化量介于+22～-82％。
【发明内容】
本发明的一个目的是提出一种陶瓷粉体组合物。本发明的陶瓷粉体组合物包括主成份以及玻璃质成份，主成份的含量为99.3～99.9wt％(质量百分比)，而玻璃质成份的含量为0.1～0.7wt％。主成份由Bam(Ti1-xZrx)O3+αMnO+βB2O5+γRe2O3组成，其中α、β与γ为摩尔比例系数，0.003≤α≤0.01，0.001≤β≤0.005，0.0005≤γ≤0.005，0.14≤x≤0.20，且0.985≤m≤1.0070，而元素B选自钒(V)、铌(Nb)及钽(Ta)所组成的群组，元素Re选自钇(Y)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)及镱(Yb)所组成的群组。玻璃质成份择自Ma2O、MbO、Mc2O3及MdO2所组成的群组，其中元素Ma选自锂、钠及钾所组成的群组，元素Mb选自铍、镁、钙、锶及钡所组成的群组，元素Mc选自硼、铝及镓所组成的群组，元素Md选自硅及锗所组成的群组。
作为可选的技术方案，其中所述的玻璃质成份为二氧化硅(SiO2)或其硅酸盐类。
作为可选的技术方案，其中所述的元素B为铌(Nb)。
本发明另一个目的是提出一种陶瓷材料，由上述的陶瓷粉体组合物所烧结而成，该陶瓷材料的烧结温度在1200℃至1300℃之间，较佳为1220℃。
本发明另一个目的是提出一种积层陶瓷电容器，包含：陶瓷介电质、多个内部电极以及至少一外部电极。陶瓷介电质由如上述的陶瓷粉体组合物烧结而成，而这些内部电极，大体上平行延伸于该陶瓷介电质内，且外部电极则曝露于陶瓷介电质外，并电性连接该些内部电极。
综上所述，本发明通过主成份与玻璃质成份之间的相互搭配，提供一种可符合Y5V规格的陶瓷粉体组合物、陶瓷材料及其所制成的积层陶瓷电容器。
【附图说明】
图1为一种积层陶瓷基板结构的剖面示意图；
图2为本发明一种实施方式的积层陶瓷电容器容值变化率与温度的关系图。
【具体实施方式】
以下将参照相关图示，说明依本发明具体实施例的陶瓷粉体组合物，为使其便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标示来说明。
本发明的陶瓷粉体组合物，以特定比率的主成份与玻璃质成份彼此搭配进行烧结，其中主成份的含量为99.3～99.9wt％，而玻璃质成份的含量为0.1～0.7wt％。
主成份由Bam(Ti1-xZrx)O3+αMnO+βB2O5+γRe2O3组成，其中α、β与γ为摩尔比例系数，0.003≤α≤0.01，0.001≤β≤0.005，0.0005≤γ≤0.005，0.14≤x≤0.20，且0.985≤m≤1.0070，而元素B选自钒(V)、铌(Nb)及钽(Ta)所组成的群组，元素Re选自钇(Y)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)及镱(Yb)所组成的群组。
而玻璃质成份择自Ma2O、MbO、Mc2O3及MdO2所组成的群组，其中元素Ma选自锂、钠及钾所组成的群组，元素Mb选自铍、镁、钙、锶及钡所组成的群组，元素Mc选自硼、铝及镓所组成的群组，元素Md选自硅及锗所组成的群组。
举例来说，玻璃质成份实质上为二氧化硅(SiO2)或其硅酸盐类，如：BCG((Ba0.583Ca0.417)SiO3)。
上述的陶瓷粉体组合物，经过烧结之后，可形成为陶瓷材料，应用于积层陶瓷电容组件，其中，烧结温度约为较佳为1220℃。
另外，本发明的陶瓷粉体组合物主要可应用于积层陶瓷电容组件。请参考图1，为本发明的陶瓷粉体组合物应用于一积层陶瓷电容器，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包含多层介电陶瓷层112以及沿着介电陶瓷层的表面形成的多层内部电极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，由本发明的陶瓷粉体组合物所烧结而成，烧结温度较佳为1220℃。将本发明的陶瓷粉体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容值变化量符合Y5V规格，亦即在温度范围于-30℃～85℃之间，其相对容值变化量介于+22％～-82％。。
以下举出实验例1至实验例4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Bam(Ti0.82Zr0.18)O3的范围0.990≤m≤1.006，搭配玻璃质成份δSiO2的含量0.25≤δ≤0.40，可发现在1220℃下烧结密度皆大于5.80g/cm3(大于96％理论密度)。表2中DF(％)项目是指散逸系数(Dissipation Factor)测量。
其中，玻璃质成份的添加会改变居里温度点显示Si同时进入晶格产生反应，在主成份0.990≤m≤1.006及玻璃质成份0.25≤δ≤0.40的范围内温度特性皆符合Y5V规格。当m≤1.0030时，随着玻璃质成份添加量的增加介电常数随之下降，当m＞1.0030时，介电常数则随玻璃质成份添加量的增加上升。
表1：不同主成份与SiO2含量的配方组成表。
表2：不同主成份及SiO2含量在1220℃下烧结的特性。
| 样本 | 介电常数 | DF(％) | 绝缘性(G-ohm) | 居里温度点 | Y5V规格 | 烧结密度 |
| A1 | 12087 | 0.21 | 2870 | 7 | 符合 | 5.87 |
| A2 | 13191 | 0.26 | 1110 | 11 | 符合 | 5.86 |
| A3 | 14381 | 0.31 | 1170 | -1 | 符合 | 5.92 |
| A4 | 12803 | 0.33 | 576 | 4 | 符合 | 5.97 |
| A5 | 12326 | 0.33 | 237 | 7 | 符合 | 5.89 |
| A6 | 11100 | 0.36 | 381 | 8 | 符合 | 5.89 |
| A7 | 16615 | 0.39 | 204 | -3 | 符合 | 5.91 |
| A8 | 15808 | 0.29 | 1210 | -2 | 符合 | 5.89 |
| A9 | 13936 | 0.29 | 243 | 3 | 符合 | 5.87 |
| A10 | 12625 | 0.32 | 267 | 6 | 符合 | 5.87 |
| A11 | 11111 | 0.35 | 374 | -6 | 符合 | 5.86 |
| A12 | 11499 | 0.36 | 482 | -5 | 符合 | 5.84 |
| A13 | 15901 | 0.33 | 708 | 0 | 符合 | 5.89 |
| A14 | 16158 | 0.34 | 243 | 4 | 符合 | 5.87 |
| A15 | 10280 | 0.36 | 947 | -3 | 符合 | 5.82 |
| A16 | 12460 | 0.40 | 394 | -1 | 符合 | 5.84 |
| A17 | 14608 | 0.36 | 233 | -2 | 符合 | 5.87 |
| A18 | 16737 | 0.35 | 317 | 2 | 符合 | 5.91 |
实验例2
请参阅表3及表4，当0.16≤x≤0.18，搭配玻璃质成份BCG((Ba0.583Ca0.417)SiO3)的含量0.30wt％，可发现在1270℃下烧结密度皆大于95％理论密度。Ti/Zr比例不影响介电常数但随着Zr含量的降低会使居里温度点往高温移动且降低绝绿电阻值。其温度特性皆符合Y5V规格。
表3：不同Ti/Zr比例在1270℃下烧结的特性。
表4：不同Ti/Zr比例在1270℃下烧结的特性。
| 样本 | 介电常数 | DF(％) | 绝缘性(G-ohm) | 居里温度点 | Y5V规格 | 烧结密度 |
| B1 | 8538 | 0.22 | 2960 | 3 | 符合 | 5.73 |
| B2 | 8872 | 0.21 | 2620 | 5 | 符合 | 5.81 |
| B3 | 9322 | 0.22 | 1590 | 8 | 符合 | 5.79 |
| B4 | 12087 | 0.21 | 2870 | 7 | 符合 | 5.84 |
| B5 | 11852 | 0.23 | 2400 | 10 | 符合 | 5.79 |
| B6 | 12157 | 0.24 | 1270 | 15 | 符合 | 5.73 |
| B7 | 13191 | 0.26 | 1200 | 11 | 符合 | 5.75 |
| B8 | 13456 | 0.25 | 1110 | 13 | 符合 | 5.74 |
| B9 | 13471 | 0.26 | 1020 | 17 | 符合 | 5.76 |
实验例3
请参阅表5及表6，有关于Mn3O4及B2O5较佳范围的选定，令0.0053≤α≤0.0068，B＝Nb，0.0012≤β≤0.0025。搭配玻璃质成份BCG((Ba0.583Ca0.417)SiO3)的含量0.30wt％，可发现在1220℃下烧结密度皆大于5.7g/cm3(大于95％理论密度)。Mn3O4及Nb2O5对于介电常数的影响较小，但其对于样本的绝缘电阻有影响。
表5：不同Mn3O4与Nb2O5含量的配方组成表。
表6：1220℃烧结温度下，不同比例Mn3O4及Nb2O5的特性。
| 样本 | 介电常数 | DF(％) | 绝缘性(G-ohm) | Y5V规格 | 烧结密度 |
| C1 | 9769 | 0.33 | 175 | 符合 | 5.71 |
| C2 | 9475 | 0.28 | 296 | 符合 | 5.73 |
| C3 | 9115 | 0.23 | 379 | 符合 | 5.72 |
| C4 | 10730 | 0.21 | 421 | 符合 | 5.84 |
| C5 | 9972 | 0.23 | 625 | 符合 | 5.87 |
| C6 | 9778 | 0.25 | 1490 | 符合 | 5.90 |
实验例4
请参阅表7及表8，有关于Re2O3较佳范围的选定，令Re＝Y，0≤γ≤0.005。搭配玻璃质成份SiO2的含量0.20wt％，在1240℃下烧结发现Y2O3会影响诸多样本性质，随着Y2O3含量增加介电常数会上升，居里温度点随的下降。当m≥1.0010时，γ≥0.001会使得烧结密度下降至90～95％理论密度。Y2O3含量的增加对于样本的绝缘性质亦有降低的影响。
表7：不同Y2O3含量的配方组成表。
表8：在1240℃烧结温度下，不同Y2O3含量的特性。
| 样本 | 介电常数 | DF(％) | 绝缘性(G-ohm) | 居里温度点 | Y5V规格 | 烧结密度 |
| D1 | 7701 | 0.33 | 1330 | 18 | 符合 | 5.81 |
| D2 | 8347 | 0.31 | 203 | 16 | 符合 | 5.77 |
| D3 | 10698 | 0.35 | 417 | 14 | 符合 | 5.75 |
| D4 | 14181 | 0.33 | 216 | 10 | 符合 | 5.71 |
| D5 | 8559 | 0.57 | 1830 | 17 | 符合 | 5.81 |
| D6 | 10504 | 0.63 | 214 | 15 | 符合 | 5.77 |
| D7 | 15300 | 0.58 | 308 | 8 | 符合 | 5.78 |
| D8 | 16378 | 0.80 | 378 | 9 | 符合 | 5.69 |
| D9 | 18328 | 0.79 | 476 | 6 | 符合 | 5.78 |
| D10 | 12692 | 0.68 | 370 | 11 | 符合 | 5.78 |
| D11 | 14276 | 0.68 | 283 | 9 | 符合 | 5.78 |
| D12 | 15098 | 0.84 | 288 | 9 | 符合 | 5.67 |
| D13 | 16620 | 0.67 | 192 | 7 | 符合 | 5.45 |
| D14 | 11226 | 0.53 | 2240 | 13 | 符合 | 5.75 |
| D15 | 13943 | 0.74 | 282 | 11 | 符合 | 5.67 |
| D16 | 10500 | 0.67 | 329 | 10 | 符合 | 5.54 |
| D17 | 10189 | 0.51 | 533 | 7 | 符合 | 5.40 |
请参阅图2，图2为Y5V积层陶瓷电容器容值变化率与温度的关系图。利用表1的A12及A14组的组成制作成1608/2.2uF积层陶瓷电容器，其积层陶瓷电容器容值变化率与温度的关系图如图2所示，因此可知其陶瓷电容器有符合Y5V的规格。
由实验结果可知，本发明藉由主成份与玻璃质成份的间的相互搭配，如此可提供一种可符合Y5V温度范围的陶瓷粉体组合物、陶瓷材料及其所制成的积层陶瓷电容器。
Claims (7)
1.一种陶瓷粉体组合物，其特征在于包括：
主成份，含量为99.3～99.9wt％，该主成份由Bam(Ti1-xZrx)O3+αMnO+βB2O5+γRe2O3组成，其中α、β与γ为摩尔比例系数，0.003≤α≤0.01，0.001≤β≤0.005，0.0005≤γ≤0.005，0.14≤x≤0.20，且0.985≤m≤1.0070，而元素B选自钒、铌及钽所组成的群组，元素Re选自钇、铽、镝、钬、铒、铥及镱所组成的群组；以及
玻璃质成份，含量为0.1～0.7wt％，该玻璃质成份为二氧化硅或其硅酸盐类。
2.根据权利要求1所述的陶瓷粉体组合物，其特征在于元素B为铌。
3.一种陶瓷材料，其特征在于由根据权利要求1所述的陶瓷粉体组合物所烧结而成，该陶瓷材料的烧结温度在1200℃至1300℃之间。
4.根据权利要求3所述的陶瓷材料，其特征在于该陶瓷材料的烧结温度为1220℃。
5.一种积层陶瓷电容器，其特征在于包含：
陶瓷介电质，由根据权利要求1所述的陶瓷粉体组合物烧结而成；
多个内部电极，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。
6.根据权利要求5所述的积层陶瓷电容器，其特征在于所述陶瓷介电质的烧结温度在1200℃至1300℃之间。
7.根据权利要求6所述的积层陶瓷电容器，其特征在于所述陶瓷介电质的烧结温度为1220℃。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |