CN102249673A

CN102249673A - 一种多层片式陶瓷电容器介质材料及其电容器

Info

Publication number: CN102249673A
Application number: CN2011101041170A
Authority: CN
Inventors: 陈勇刚; 李稳根
Original assignee: DONGGUAN FUDE ELECTRON Co Ltd
Current assignee: DONGGUAN FUDE ELECTRON Co Ltd
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2011-11-23

Abstract

本发明公开一种多层片式陶瓷电容器介质材料及其电容器，由主晶相、改性助剂和玻璃助剂组成，主晶相为(Ca_xSr_(1-x))_m(Ti_yZr_(1-y))O₃,其中0.6≤x≤0.8,0.01≤y≤0.1,1.000≤m≤1.008，改性助剂为Bi₂O₃和MnCO₃的一种或两种，玻璃助剂为Li₂O、B₂O₃、Al₂O₃、ZnO和SiO₂的一种或几种。用该材料制作多层片式陶瓷电容器时，可与铜电极匹配，具有良好的高频高Q电性能。

Description

一种多层片式陶瓷电容器介质材料及其电容器

技术领域

本发明涉及一种与铜内电极匹配的多层片式陶瓷电容器介质材料及其电容器制备方法。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，尤其是整机产业的发展，如以手机、通讯、平板显示、汽车电子、电源照明等为代表的新型电子产品的不断涌现，给电容器发展带来了良好的发展机遇。多层片式陶瓷电容器，简称MLCC，更是迎合表面贴装技术（SMD）的需要，保持着更高的发展速度。

多层片式陶瓷电容器不断向小型化、大容量、高压、高温、高频等方向发展。在高频方面，通讯行业不断向3G、4G及更高频率发展，它应用在许多高频应用的电子设备中，如平板电视的高频头、3G手机、网络接收器、RF射频组件、微波震荡器、功率放大器、发射基站等，使用频率在300MHz以上，很多在3GHz及以上频率使用，所以对高频类MLCC在高频率下的特性有着极为严格的要求。

现有高频MLCC通常有银-钯内电极和镍电极两种，而银-钯内电极成本高，镍电极只能满足300MHz以下频率要求。铜电极MLCC有以下几个主要特点：（1）铜具有良好的电化学稳定性；（2）铜电极成本低；（3）铜内电极MLCC具有更小的等效串联电阻和更好的高频率下的阻抗频率特性，能够满足300MHz以上频率要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种多层片式陶瓷电容器介质材料及其电容器，以能够与铜电极匹配，具有良好的高频高Q电性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种多层片式陶瓷电容器介质材料，由主晶相、改性助剂和玻璃助剂组成，主晶相为(Ca_xSr_(1-x))_m(Ti_yZr_(1-y))O₃,其中0.6≤x≤0.8, 0.01≤y≤0.1, 1.000≤m≤1.008，改性助剂为Bi₂O₃和MnCO₃的一种或两种，玻璃助剂为Li₂O、B₂O₃、Al₂O₃、ZnO和SiO₂的一种或几种。

进一步说明，按摩尔百分比计，主晶相为90～97mol%,改性助剂为0.5～5 mol%,玻璃助剂为1.0～8 mol%。

按摩尔百分比计，改性助剂在整个陶瓷介质材料中的组成是Bi₂O₃0.3～3 mol%, MnCO₃ 0.2～2 mol%。

按摩尔百分比计，玻璃助剂在整个陶瓷介质材料中的组成是Li₂O 0.3～2 mol%，B₂O₃0.2～1 mol%，Al₂O₃0.1～1 mol%，ZnO 0～1 mol%，SiO₂0.4～3 mol%。

所述玻璃助剂是将Li₂O、B₂O₃、Al₂O₃、ZnO、SiO₂各粉末测重量后，经过烘干混合，再放入白金坩埚后1200～1350℃温度在保持2小时，再把融化掉的液体放入冷水快速冷却，通过冷却得到的玻璃，做一次气流磨制得。

获得的陶瓷介质材料满足C0G特性要求，介电常数在25～35之间，能够与铜内电极匹配；所生产的MLCC容量小于10PF在3GHz频率下，测量的Q值大于150。

上述陶瓷介质材料中，改性助剂成分能够有效抑制主晶相的晶粒的异常生长，使晶粒生长均匀，这对提高陶瓷介质材料的耐压强度和高温高压寿命起到很好的作用。改性助剂MnCO₃能够有效填充补偿还原气氛中氧空位，提升常温和高温条件下的绝缘电阻，同时保证高频动作特性。

玻璃助剂的作用是有效降低本介质陶瓷材料的烧结温度，使材料在950～1000℃温度下进行烧结，烧结后的陶瓷晶粒生长均匀，保证MLCC的高可靠性能。Li₂O、B₂O₃、Al₂O₃、ZnO、SiO₂的一种或几种组成的玻璃助剂，最关键要控制玻璃组分的均匀混合和均匀粒径，有效促进陶瓷材料的烧结，在主晶相晶界处形成一定数量液相，保证晶粒生长均匀，同时玻璃液相组分均匀，极大降低与主晶相包裹的应力，使介质层更加致密。在烧结温度为950～1000℃时，玻璃助剂的制作和组分非常关键。控制玻璃助剂中各组分含量和粒度，能更有效改善MLCC的相关特性要求。玻璃助剂含量低时，烧结温度偏高，难于保证铜内电极的不氧化和烧结困难；玻璃助剂含量高时，特别是SiO₂含量高时，会使得MLCC瓷体强度降低，介质损耗增大，高频性能显著下降。

在本发明中，主晶相是将CaCO₃、SrCO₃、TiO₂、ZrO₂通过砂磨均匀分散混合后，在1150～1300℃温度煅烧1.5～3小时制得。主晶相选择具有良好高频性能复合物，具体较低的介质损耗正切值和近乎线性的温度变化特性，从主晶相保证了本发明介质陶瓷材料制成MLCC产品具有优越的高频性能。

采用上述介质材料的多层片式陶瓷电容器，是经过瓷浆制备、制作介质膜片、印刷、叠层、压合、切割、倒角、排胶、烧结、端接烧端、电镀工序制备而成，其中：所述内电极材料为铜金属材料；所述的排胶工艺为450～600℃的惰性气体排胶工艺；所述的烧结工艺是在900～1000℃和还原气氛烧结2～3小时；所述的端电极材料为铜金属材料，烧端温度为700～800℃；再通过电镀镍层和锡层，即制得MLCC产品。所述的MLCC产品的介电常数在25～35之间。

采用上述方案后，本发明与现有技术相比，具有以下有益的技术效果：本发明提供的在还原气氛下烧结的(Ca_xSr_(1-x))_m(Ti_yZr_(1-y))O₃体系具有抗还原性，为非铁电性介质陶瓷，平均粒度0.4～0.5um，可与铜电极形成良好匹配，解决了铜内电极与陶瓷材料共烧的难题。改性助剂、玻璃助剂采用不含铅等有害元素的氧化物添加到产品中，特别是玻璃助剂合理配方和制作工艺，使介质陶瓷材料能在900～1000℃实现烧结，并有良好的高频高Q电性能。

具体实施方式

本发明的主旨是采用(Ca_xSr_(1-x))_m(Ti_yZr_(1-y))O₃作为主晶相，加入改性助剂、玻璃助剂，得到一种符合C0G特性的介质陶瓷材料，与铜电极匹配良好，高频性能稳定并优越于镍内电极产品。在制作MLCC产品时，可实现在还原气氛中900～1000℃温度下烧结。

下面结合实例对本发明做进一步的详述，实施例中所提及的内容并非对本发明的限定，材料配方选择和制作工艺可因地制宜对结果并无实质性影响。

首先，简述本发明材料配方的基本方案：一种与铜电极匹配的高频介质陶瓷材料，由主晶相、改性助剂、玻璃助剂组成，主晶相为(Ca_xSr_(1-x))_m(Ti_yZr_(1-y))O₃,其中0.6≤x≤0.8，0.01≤y≤0.1，1.000≤m≤1.008，改性助剂为Bi₂O₃、MnCO₃的一种或几种，玻璃助剂为Li₂O、B₂O₃、Al₂O₃、ZnO、SiO₂的一种或几种。

实施例

一种与铜电极匹配的高频介质陶瓷材料，选用纯度为99.5%以上的原材料，以(Ca_0.75Sr_0.25)_1.005(Ti_0.05Zr_0.95)O₃配比方式，选用1.0摩尔的CaCO₃、0.25摩尔的SrCO₃、0.0663摩尔的TiO₂、1.2603摩尔的ZrO₂的混合比例，通过砂磨均匀分散混合后，在1250℃温度煅烧2.5小时，即制得(Ca_0.75Sr_0.25)_1.005(Ti_0.05Zr_0.95)O₃主晶相材料。

所述的玻璃助剂是将Li₂O、B₂O₃、Al₂O₃、ZnO、SiO₂的mol%各测粉末重量后，各自通过砂磨得到需要的粒径。特别是B₂O₃由于本身处于大小2mm玻璃形态，很难进行粉碎。然后经过烘干混合，再放入白金坩埚后1200～1350℃温度在保持2hr，再把融化掉的液体放入冷水快速冷却。通过冷却得到的玻璃，做一次气流磨制得。

然后根据预定比例添加如表1所示的改性助剂和玻璃助剂。

表1：主晶相、改性助剂、玻璃助剂配方组成

按本领域技术人员常用介质陶瓷材料生产工艺流程和上述工艺流程结合制作MLCC瓷料，在MLCC制作流程中，加入粘合剂和乙醇等溶剂，形成陶瓷浆料，通过涂布制作介质膜片；在膜片上印刷铜内电极浆料，按照设计要求交替错位叠层所需层数，进行压合和切割，得到1608尺寸的生芯片；进行倒角后进行450～600℃温度的惰性气体排胶，去除溶剂和粘合剂；在900～1000℃和还原气氛烧结2～3小时工艺烧结；再在芯片两端沾上端铜电极，在700～800℃温度烧端，是铜内电极和同外电极有效连接；最后在端铜电极上电镀镍层和锡层，制得MLCC产品。

该1608规格MLCC具有电性能稳定高频性能的特点，在室温25℃时，利用Aligent4288容量表，在1MHz,1.0V（AC）条件下测试MLCC的容量；利用Aligent4339B绝缘电阻表，施加125V(DC)额定电压30秒，测试绝缘电阻；利用Aligent4287A，测试300MHz,1GHz, 3GHz频率下的Q值。

表2：根据上述介质陶瓷材料制得的MLCC产品性能参数

Figure 2011101041170100002DEST_PATH_IMAGE003

通过表1和表2可以看出，选择合适的玻璃助剂、添加剂配方和合理的玻璃助剂和介质材料制作工艺，可以获得所要求的高Q匹配铜内电极的介质陶瓷材料。通过此介质陶瓷材料制的MLCC也能够达到高频率条件下的Q值要求。

Claims

1.一种多层片式陶瓷电容器介质材料，其特征在于：由主晶相、改性助剂和玻璃助剂组成，主晶相为(Ca_xSr_(1-x))_m(Ti_yZr_(1-y))O₃,其中0.6≤x≤0.8, 0.01≤y≤0.1, 1.000≤m≤1.008，改性助剂为Bi₂O₃和MnCO₃的一种或两种，玻璃助剂为Li₂O、B₂O₃、Al₂O₃、ZnO和SiO₂的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的一种多层片式陶瓷电容器介质材料，其特征在于：按摩尔百分比计，主晶相为90～97mol%,改性助剂为0.5～5 mol%,玻璃助剂为1.0～8 mol%。

3.根据权利要求1所述的一种多层片式陶瓷电容器介质材料，其特征在于：按摩尔百分比计，改性助剂在整个陶瓷介质材料中的组成是Bi₂O₃0.3～3 mol%, MnCO₃ 0.2～2 mol%。

4.根据权利要求1所述的一种多层片式陶瓷电容器介质材料，其特征在于：按摩尔百分比计，玻璃助剂在整个陶瓷介质材料中的组成是Li₂O 0.3～2 mol%，B₂O₃0.2～1 mol%，Al₂O₃0.1～1 mol%，ZnO 0～1 mol%，SiO₂0.4～3 mol%。

5.根据权利要求1所述的一种多层片式陶瓷电容器介质材料，其特征在于：所述主晶相是将CaCO₃、SrCO₃、TiO₂、ZrO₂通过砂磨均匀搅拌混合后，在1150～1300℃温度煅烧1.5～3小时制得。

6.根据权利要求1所述的一种多层片式陶瓷电容器介质材料，其特征在于：所述玻璃助剂是将Li₂O、B₂O₃、Al₂O₃、ZnO、SiO₂各粉末测重量后，经过烘干混合，再放入白金坩埚后1200～1350℃温度在保持2小时，再把融化掉的液体放入冷水快速冷却，通过冷却得到的玻璃，做一次气流磨制得。

7.根据权利要求1所述的一种多层片式陶瓷电容器介质材料，其特征在于：获得的陶瓷介质材料介电常数在25～35之间。

8.采用权利要求1所述一种多层片式陶瓷电容器介质材料的多层片式陶瓷电容器，其特征在于：是经过瓷浆制备、制作介质膜片、印刷、叠层、压合、切割、倒角、排胶、烧结、端接烧端、电镀工序制备而成；所述内电极材料为铜金属材料；所述的排胶工艺为450～600℃的惰性气体排胶工艺；所述的烧结工艺是在900～1000℃和还原气氛烧结2～3小时；所述的端电极材料为铜金属材料，烧端温度为700～800℃；再通过电镀镍层和锡层，即制得MLCC产品。