DE102005008076A1

DE102005008076A1 - Dielektrisches Material und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102005008076A1
Application number: DE102005008076A
Authority: DE
Inventors: Wen-Hsi Lee; Che-Yi Su; Yi-Feng Kang-Shan Yang
Original assignee: Yageo Corp
Current assignee: Yageo Corp
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2025-02-23
Also published as: JP2006104044A; TW200611883A; DE102005008076B4; US20060079391A1; US7138352B2; TWI265917B

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neues dielektrisches Material auf ZnTiO¶3¶-Basis, das eine Zusammensetzung mit der Formel DOLLAR A (Zn¶1-a¶Mg¶a¶)(Ti¶1-b-c¶Mn¶b¶D¶c¶)¶d¶O¶3¶ umfasst, worin D steht für ein Element, das eine Valenz von 5 oder höher aufweist, 0 a 0,5; c b 0,1; 0 < c 0,1; 1 d 1,5, das als Eigenschaften eine ultraniedrige Sintertemperatur, eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe dielektrische Durchschlagsfestigkeit aufweist und verwendet werden kann zur Herstellung eines Mehrschichten-Keramikkondensators mit einer niedrigen Kapazität, der einen hohen Güte- bzw. Qualitätsfaktor, einen niedrigen ESR-Wert und einen hohen Isolationswiderstand aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen neuen dielektrischen Materials auf ZnTiO¶3¶-Basis.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein dielektrisches Material, insbesondere auf ein dielektrisches Material auf ZnTiO₃-Basis. Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung des dielektrischen Materials.
In jüngster Zeit haben Audio/Video-Geräte, Computereinrichtungen, Kommunikationsgeräte, wie z.B. schnurlose Telefonhörer und mobile Telefone sowie Transmitter/Empfänger für die Satellitenkommunikation zunehmend eine höhere Frequenz und sie werden immer kleiner und leichter im Gewicht. Es besteht daher eine steigende Nachfrage nach der Herstellung von Hochfrequenz-Mehrfachchip-Modulen. In den elektrischen Schaltungen für die Herstellung dieser Module wird häufig ein keramisches Dielektrikum für Bypass-Schaltungen, Kopplungs-Schaltungen, Resonatoren und Filter verwendet, wobei die Verwendung eines Supertieftemperatur-Mikrowellen-Dielektrikum-Materials zur Herstellung eines Mehrfachschichten-Keramikkondensators mit niedriger Kapazität und mit einem hohen Güte- bzw. Qualitätsfaktor (Q), einem niedrigen Äquivalent Reihenwiderstand (ESR) und einem hohen Isolationswiderstand (IR) besonders wichtig ist. Ein solches Material muss normalerweise niedrige dielektrische Verluste, einen niedrigen Äquivalent-Reihenwiderstand (ESR), eine hohe Zuverlässigkeit, einen hohen Isolationswiderstand (IR), eine hohe mechanische Festigkeit und einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Traditionell werden Edelmetalle wie Gold, Platin und Palladium zur Herstellung von inneren Elektroden und Anschlusselektroden eines Kondensators verwendet. Zur Herabsetzung der Kosten werden auch preiswerte Materialien, wie z.B. Silber, Silberlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen, verwendet. Insbesondere Silber und Silberlegierungen mit einem niedrigen Ohm'schen Widerstand werden in großem Umfang verwendet. Da jedoch Silber einen verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt (etwa 960 °C) aufweist, muss ein keramisches Material mit einer niedrigen Sintertemperatur verwendet werden, um für bestimmte Anwendungen zusammen mit dem Silber gemeinsam gebrannt werden zu können.

Um unter üblichen Bedingungen ohne ein zusätzliches Sinterflussmittel eine ideale mechanische Festigkeit und ideale dielektrische Eigenschaften zu erzielen, müssen dielektrische Materialien bei einer Temperatur in dem Bereich von 1300 bis 1600 °C gesintert werden. Normalerweise werden Materialien, wie z.B. Bariumtitanite, Magnesiumtitanite und Bariumperovskite, verwendet. Um diese zusammen mit Silber sintern zu können, besteht ein Bedarf für die Entwicklung von Materialien, die bei etwa 900 °C gesintert werden können. So sind beispielsweise eine Bor enthaltende Zinkmetatitanat-Rutil-Mischung in "J. Am. Ceram. Soc.", 82[11], 3043–3048 (1999), eine (Zn, Mg)TiO₃-Verbindung in "J. Am. Ceram. Soc.", 82[12], 3476–3480 (1999), ein dielektrisches Material auf Basis von (SrCa)TiO₃ in JP-A 243 725/1994, ein dielektrisches Material auf Basis von BaO-TiO₂ in JP-A-325 641/1993, ein dielektrisches Material auf Basis von TiO₂-ZnO in US-A-5 723 395 und ein dielektrisches Material auf Basis von ZnTiO₃-ZnO-TiO₂ in US-A-5 866 492 beschrieben.

In US-A-5 723 395 ist angegeben, dass B₂O₃-Glas oder eine B₂O₃ enthaltende glasartige Komponente einem dielektrischen ZnTiO₃-Materialsystem zugegeben wird, um die Sintertemperatur des dielektrischen ZnTiO₃-Materialsystems von 1100 °C auf etwa 900 °C zu senken. Darüber hinaus ist die Zugabe von MnO zur Erhöhung des Isolationswiderstandes des dielektrischen ZnTiO₃-Materialsystems ebenfalls darin beschrieben. Nach den Lehren dieser Patentschrift kann die Zugabe von 0,1 bis 10 % MnO den Isolationswiderstand des dielektrischen ZnTiO₃-Materialsystems auf bis zu 10¹¹ Ohm erhöhen. Obgleich in diesem Patent auch die Verwendung von B₂O₃ enthaltenden glasartigen Komponenten, wie z.B. ZnO-SiO₂-B₂O₃ und Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃, angegeben ist, wird darin die Bedeutung der Menge des ZnO in der B₂O₃ enthaltenden glasartigen Komponente oder der Einfluss der Mengenanteile von B₂O₃ und ZnO auf die Eigenschaften des Materials nicht erkannt.

In US-A-5 866 492 ist beschrieben, dass Mg (normalerweise MgO) zugegeben wird zur Verbesserung des Qualitätsfaktors eines dielektrischen ZnTiO₃-Materialsystems und zur Erhöhung der Phasenzersetzungstemperatur bei der Umwandlung von ZnTiO₃ in Zn₂TiO₄, wobei die bevorzugte MgO-Menge 0,02 bis 0,5 mol beträgt. Die Sintertemperatur eines dielektrischen Materials, das in dieser Patentschrift beschrieben ist, erreicht jedoch 1050 bis 1250 °C, was sehr hoch ist und der Anforderung an ein gemeinsames Brennen mit Silber bei einer niedrigen Temperatur (etwa 900 °C) nicht genügt.

Es wurde gefunden, dass die Verwendung von Boroxid (B₂O₃), Borglas oder Bor enthaltendem Glas in dielektrischen ZnTiO₃-Materialsystemen zu Problemen führt in Bezug auf instabile Sintereigenschaften und nicht kontrollierbare dielektrische Eigenschaften des Produkts. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nun gefunden, dass dann, wenn B₂O₃-Glas dem dielektrischen ZnTiO₃-Materialsystem, wie es in US-A-5 723 395 beschrieben ist, direkt zugesetzt wird, das Mengenverhältnis Zn/Ti in ZnTiO₃ sich ändert und dementsprechend sich die dielektrischen Eigenschaften ändern, weil B₂O₃ zuerst mit ZnO reagieren muss unter Bildung von B₂O₃-ZnO, um Zwischen- bzw. Hilfs-Sinter eigenschaften zu erzielen. Da der Schmelzpunkt von B₂O₃ etwa 460 °C beträgt, verdampft ein Teil von B₂O₃, wenn es auf eine so hohe Temperatur erhitzt wird, dass die B₂O₃-Menge beim endgültigen Zwischen- bzw. Hilfssintern nicht leicht zu kontrollieren ist, was zu instabilen Sintereigenschaften führt. Wenn eine B₂O₃ enthaltende glasartige Komponente zugegeben wird, beeinflussen die Zusammensetzungen mit einem hohen Mengenanteil an ZnO direkt das Zn/Ti-Verhältnis in der Hauptkomponente des Materials und außerdem bewirken Zusammensetzungen mit einem niedrigen Mengenanteil an ZnO, dass zu viel B₂O₃3 der B₂O₃ enthaltenden glasartigen Komponente mit dem in der Hauptkomponente des Materials enthaltenden Zink reagiert, wodurch ebenfalls das Zn/Ti-Verhältnis in der Hauptkomponente des Materials beeinflusst wird, sodass sich die dielektrischen Eigenschaften ändern.

Darüber hinaus besteht ein ausgeprägter Trend zur Entwicklung eines Mehrschichten-Keramik-Kondensators mit einer hohen Kapazität, die erzielt wird durch Herabsetzung der Dicke jeder dielektrischen Schicht und der Anzahl der übereinandergestapelten Schichten. Je dünner die dielektrische(n) Schicht(en) wird (werden) umso kritischer wird die Zuverlässigkeit des Mehrschichten-Keramikkondensators bei hoher Temperatur und unter hohem Druck. Obgleich ein dielektrisches ZnTiO₃-Materialsystem entwickelt worden ist, das zusammen mit Silber gebrannt werden kann, kann dieses den Anforderungen nach dünneren Schichten und einer hohen Kapazität als Folge seines niedrigen Isolationswiderstandes bei hoher Temperatur und unter hohem Druck nicht genügen.

Daher betrifft die vorliegende Erfindung ein neues Materialsystem, bei dem die Eigenschaften eines konventionellen dielektrischen ZnTiO₃-Materialsystems verbessert sind, um eine Zusammensetzung mit ausgezeichneten Eigenschaften, beispielsweise stabilen dielektrischen Eigenschaften, einer hohen Zuverlässigkeit, einer niedrigen Sintertemperatur, einem hohen Isolationswiderstand und einer hohen Phasenzersetzungstemperatur zu erzielen.

Zusammenfassung der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein dielektrisches Material, das eine Zusammensetzung mit der Formel (I) umfasst: (Zn_1-aMg_a)(Ti_1-b-cMn_bD_c)_dO₃ (I)worin D steht für ein Element mit einer Valenz von 5 oder höher, 0 ≦ a ≦ 0,5; c b ≦ 0,1; 0 < c ≦ 0,1; 1 ≦ d ≦ 1,5, das ausgezeichnete Eigenschaften, beispielsweise einen hohen Qualitätsfaktor, eine ultraniedrige Sintertemperatur, einen stabilen Mengenanteil an keramischer Komponente, stabile dielektrische Eigenschaften, eine hohe Phasenzersetzungstemperatur, einen hohen Isolationswiderstand und eine hohe Durchschlagsspannung aufweist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung des dielektrischen Materials auf ZnTiO₃-Basis der vorstehend angegebenen Formel (I).

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein dielektrisches Material, das eine Zusammensetzung der Formel (I) umfasst: (Zn_1-aMg_a)(Ti_1-b-cMn_bD_c)_dO₃ (I)worin D steht für ein Element mit einer Valenz von 5 oder mehr, 0 ≦ a ≦ 0,5; c b ≦ 0,1, 0 < c ≦ 0,1; 1 ≦ d ≦ 1,5, vorzugsweise 0 ≦ a < 0,5; 0,02 < b ≦ 0,1; 0,005 < c < 0,1; 1 < d ≦ 1,5.

Erfindungsgemäß ist das Zn von konventionellen dielektrischen ZnTiO₃-Materialsystemen durch MgO ersetzt, was dazu führt, dass die Phasenzersetzungs temperatur des dielektrischen Materials höher ist als seine Sintertemperatur und wodurch die Aufrechterhaltung seiner ausgezeichneten Mikrowellen-Dielektrikums-Eigenschaften erleichtert wird. Außerdem ist das Ti von konventionellen dielektrischen ZnTiO₃-Materialsystemen durch MnO ersetzt, wodurch der Isolationswiderstand beträchtlich erhöht werden kann und die Herstellung eines Mehrschichten-Keramikkondensators erleichtert wird.

Das Element D in der Formel (I) ist ein Element, das eine Valenz von 5 oder höher aufweist, vorzugsweise ein Metallelement mit der Valenz 5, besonders bevorzugt ein Element der Gruppe V A oder VI A des Periodensystems der Elemente, am meisten bevorzugt Niob (Nb), Wolfram (W) oder Molybdän (Mo). Durch Zugabe des Elements D können der Qualitätsfaktor, die Zuverlässigkeit und die Durchschlagsspannung erhöht werden. Es sei darauf hingewiesen, dass das Element D in der Formel (I) eine Valenz von 5 oder höher aufweist. Es kann jedoch vorkommen, dass das Element D zu Beginn der Stufe (d.h. in der Zugabestufe) während des Herstellungsverfahrens keine Valenz von 5 hat. Beispielsweise wird bei einer Ausführungsform Nb₂O₄ in der Zugabestufe zugegeben. Obgleich Nb in dieser Stufe eine Valenz von 4 hat, erfüllt es die Bedingungen der Formel (I), wenn es oxidiert wird, sodass es eine Valenz von 5 während der nachfolgenden Sinterstufe hat.

Um die Sintertemperatur herabzusetzen, kann während der Sinterstufe erfindungsgemäß ein Sinterflußmittel zugegeben werden, um die Sintertemperatur des dielektrischen Materials auf unter 950 °C herabzusetzen, sodass das dielektrische Material zusammen mit der Elektrode, die aus reinem Silber hergestellt ist, während der Herstellung des Mehrschichten-Keramikelements (beispielsweise eines Mehrschichten-Keramikkondensators) gemeinsam gebrannt werden kann. Bei einer Ausführungsform beträgt die Menge des Sinterflußmittels e Gew.%, bezogen auf das Gewicht von (Zn_1-aMg_a)(Ti_1-b-cMn_bD_c)O₃, worin 0 < e ≦ 10, vorzugsweise 3 < e < 10. Bei dem Sinterflußmittel kann es sich um Boroxid oder um eine Zinkborid (Zn-B)-Verbindung, vorzugsweise um B₂O₃ oder [(ZnO)₄·B₂O₃), besonders bevorzugt um [(ZnO)₄·B₂O₃], handeln.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung des dielektrischen Materials auf ZnTiO₃-Basis, das die Zusammensetzung der Formel (I) umfasst: (Zn_1-aMg_a)(Ti_1-b-cMn_bD_c)_dO₃ (I)worin D für ein Element steht, das eine Valenz von 5 oder darüber hat, 0 ≦ a 0,5; c ≦ b ≦ 0,1; 0 < c ≦ 0,1; 1 ≦ d ≦ 1,5. Ein konventionelles Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Keramikmaterials kann angewendet werden zur Herstellung des dielektrischen Materials. Außerdem kann dem dielektrischen Material ein Sinterflußmittel zugesetzt werden, sodass das dielektrische Material mit Elektroden, die aus reinem Silber hergestellt sind, bei einer Temperatur unter 950 °C gemeinsam gebrannt werden kann. Im Allgemeinen umfasst das Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Materials gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Stufen:

(a) Bereitstellung eines Ausgangsmaterials, das eine Zink enthaltende Verbindung, eine Magnesium enthaltende Verbindung, eine Titan enthaltende Verbindung, eine Mangan enthaltende Verbindung und eine ein Element D enthaltende Verbindung umfasst, wobei die Ausgangsmengen der Verbindungen in dem Ausgangsmaterial durch die folgende Formel (I) bestimmt werden: (Zn_1-aMg_a)(Ti_1-b-cMn_bD_c)_dO₃ (I)worin D steht für ein Element mit einer Valenz von 5 oder höher, 0 ≦ a ≦ 0,5; c b ≦ 0,1; 0 < c ≦ 0,1; 1 ≦ d ≦ 1,5, vorzugsweise 0 ≦ a < 0,5; 0,02 < b ≦ 0,1; 0,005 < c < 0,1; 1 < d ≦ 1,5;
(b) Mischen und Mahlen (Zerkleinern) des Ausgangsmaterials der Stufe (a) in Wasser unter Bildung einer Mischung; und
(c) Trocknen der Mischung der Stufe (b) und anschließendes Calcinieren der trockenen Mischung zur Herstellung des dielektrischen Materials.

In der Stufe (a) umfasst das Ausgangsmaterial die Verbindungen, welche die gewünschten Metallspecies enthalten, wie z.B. Oxide und Carbonate. Vorzugsweise handelt es sich bei der Zink enthaltenden Verbindung um Zinkoxide (z.B. ZnO), bei der Magnesium enthaltenden Verbindung um Magnesiumoxide (z.B. MgO), bei der Titan enthaltenden Verbindung um Titanoxide (z.B. TiO₂) und bei der Mangan enthaltenden Verbindung um Manganoxid (z.B. MnO). Bei dem Element D handelt es sich um ein Element mit einer Valenz von 5 oder darüber, vorzugsweise um ein Metallelement mit einer Valenz von 5, besonders bevorzugt um ein Element der Gruppe V A oder VI A des Periodensystems der Elemente, besonders bevorzugt um Niob (Nb), Wolfram (W) oder Molybdän (Mo). Bei der D enthaltenden Verbindung handelt es sich vorzugsweise um Nb₂O₅, WO₃ oder Mo₂O₅.

In der Stufe (b) wird das Ausgangsmaterial mit entionisiertem Wasser gemischt unter Bildung einer Mischung, die anschließend gemahlen (zerkleinert) wird. Bei einer Ausführungsform beträgt die Mahldauer vorzugsweise mehr als 3 h, besonders bevorzugt etwa 5 h.

In der Stufe (c) wird die in der Stufe (b) erhaltene Mischung getrocknet und dann calciniert. Bei einer Ausführungsform wird die Mischung während des Calcinierens bei einer Temperatur unterhalb 1200 °C, vorzugsweise zwischen 1000 und 1250 °C, besonders bevorzugt bei etwa 1150 °C, 1 bis 3 h lang, vorzugsweise etwa 2 h lang, pulverisiert zur Herstellung des dielektrischen Materials.

Das erfindungsgemäße dielektrische Material kann mit einer geeigneten Menge eines organischen Bindemittels (wie z.B. Polyvinylacetat (PVA)), eines Weichmachers (z.B. Polyethylenglycol (PEG)), eines Dispergiermittels und eines Netzmittels gemischt werden zur Herstellung einer dielektrischen Material-Paste, die bei einer niedrigen Temperatur von beispielsweise 900 °C zur Bildung eines keramischen Körpers gesintert werden kann.

Um die Sintertemperatur herabzusetzen, kann dem dielektrischen Material ein Sinterflußmittel zugesetzt werden. Die Menge des Sinterflußmittels beträgt e Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von (Zn_1-aMg_a)(Ti_1-b-cMn_bD_c)_dO₃, worin 0 < e 10. Das Sinterflußmittel wird verwendet, um die Sintertemperatur des dielektrischen Materials auf weniger als 950 °C herabzusetzen, sodass das dielektrische Material zusammen mit einer Elektrode, die aus reinem Silber hergestellt ist, während der Herstellung eines Mehrschichten-Keramikkondensators gemeinsam gebrannt werden kann. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Sinterflußmittel um eine Zinkborid (Zn-B)-Verbindung (z.B. um [(ZnO)₄·B₂O₃)]

Insbesondere kann das erfindungsgemäße dielektrische Material mit elektrisch leitenden Materialien, wie z.B. Silber, einer Silberlegierung, Kupfer und einer Kupferlegierung gemeinsam gebrannt werden zur Herstellung von Mehrschichten-Keramikkondensatoren, Temperaturkompensations-Kondensatoren, Kondensator-Einrichtungen von LC-Filtern und dielektrischen Filtern. Dieser Mehrschichten-Keramikkondensator mit einer niedrigen Kapazität umfasst einen Keramikmaterialanteil, eine innere Elektrode und eine Anschlusselektrode, die mit der inneren Elektrode in Verbindung steht. Das dielektrische Material der Erfindung wird auf den Keramikmaterial-Anteil aufgebracht. Die dielektrische Materialpaste, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird, wird ausgestrichen zur Bildung eines keramischen Films mit einer Dicke von 20 bis 30 μm, auf den eine elektrisch leitende Metallpaste aus Silber, einer Silberlegierung, Kupfer und/oder einer Kupferlegierung durch Anwendung einer Siebdruck-Technologie aufgebracht wird zur Bildung der inneren Elektrode. Nach dem Trocknen werden die beschichteten Keramikfilme aufeinandergelegt, dann werden mehrere unbeschichtete Keramikfilme auf die Oberseite und die Unterseite der beschichteten Keramikfilme aufgebracht zur Bildung eines keramischen Körpers, der einen Keramikmaterial-Anteil und eine innere Elektrode aufweist. Der keramische Körper wird dann warmgepresst, zugeschnitten und etwa 1 h lang bei etwa 900 °C gesintert. Die Metallpaste aus Silber, einer Silberlegierung, Kupfer und/oder einer Kupferlegierung wird durch Eintauchgalvanisierung auf die beiden Enden des keramischen Körpers aufgebracht zur Bildung von Anschlusselektroden.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele näher beschrieben, ohne dass die Erfindung auf diese Beispiele beschränkt ist.

Beispiele 1 bis 24
Die Ausgangsmaterialien, umfassend ZnO, MgO, TiO₂, MnO und N₂O₅, sowie gegebenenfalls ein Sinterflußmittel aus B₂O₃ werden bereitgestellt entsprechend den geeigneten Werten von a, b, c, d und e, wie sie in der Tabelle 1 angegeben sind. Zuerst werden das ZnO, das MgO, das TiO₂, das MnO und das N₂O₅ in entionisiertem Wasser miteinander gemischt und 5 h lang in einer Kugelmühle mit 2 mm großen Zirkoniumoxid-Kugeln gemahlen zur Erzielung eines gemischten Ausgangspulvers mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 0,3 bis 0,4 μm. Das gemischte Pulver wird dann in einem Ofen bei 100 °C getrocknet, 2 h bei 1150 °C calciniert und mit 2 mm großen Zirkoniumoxid-Kugeln in Wasser gemahlen, wobei man ein Keramikpulver mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 0,5 μm erhält. Danach wird das Keramikpulver mit [(ZnO)₄·B₂O₃] in dem e-Mengenanteil der Tabelle 1 (falls e nicht für Null steht) gemischt zur Herstellung eines dielektrisches Materialpulvers.
Geeignete Mengen an Polyvinylacetat (PVA), Polyethylenglycol (PEG), Dispergiermitteln und Netzmitteln werden zu dem dielektrischen Materialpulver zugegeben zur Herstellung einer dielektrischen Materialpaste, die anschließend 2 h lang bei 900 °C gesintert wird zur Bildung eines keramischen Körpers. Die relative keramische Dichte (D, g/cm³), die Dielektrizitätskonstante (K), der Verlustfaktor (tan δ), der Isolationswiderstand (I.R., Ohm), der Temperaturkoeffizient (T_cc, ppm/°C) und die stark beschleunigte Testlebensdauer (HALT, h) werden gemessen und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben Tabelle 1
Die Beispiele 1 bis 4 zeigen den Einfluss unterschiedlicher Mengen an Zn und Mg in den Probenmaterialien auf die elektrischen Eigenschaften. Die Dielektrizitätskonstante nimmt ab mit steigender Mg-Menge. Eine übermäßig hohe Mg-Menge (wie z.B. in Beispiel 4) beeinflusst jedoch das Sintern des Pulvers und hat einen negativen Effekt auf die elektrischen Eigenschaften ergibt, beispielsweise einen relativ hohen Verlustfaktor und einen relativ niedrigen Isola tionswiderstand. Außerdem zeigen die Ergebnisse, dass der Verlustfaktor und der Temperaturkoeffizient ein Minimum haben, wenn a = etwa 0,3.
Die Beispiele 5 bis 7 zeigen den Einfluss unterschiedlicher Mengen an Mn in den Probenmaterialien auf die elektrischen Eigenschaften, wenn c = 0,01. Die Ergebnisse zeigen, dass der stark beschleunigte Lebensdauer-Test-Wert von nur 0,1 h nicht ideal ist, wenn kein Mn zugegeben wird (Beispiel 5). Das Ergebnis des stark beschleunigte Lebensdauer-Tests wird besser, wenn die Zugabemenge von Mn erhöht wird.
Die Beispiele 8 bis 13 zeigen den Einfluss unterschiedlicher Mengen an Mn in den Probenmaterialien auf die elektrischen Eigenschaften, wenn c = 0,02. Die Ergebnisse zeigen, dass der stark beschleunigte Lebensdauer-Testwert von nur 0,1 h nicht ideal ist, wenn kein Mn zugegeben wird (Beispiel 8). Das Ergebnis des stark beschleunigten Lebensdauer-Tests wird jedoch besser, wenn die Zugabemenge von Mn erhöht wird. Eine übermäßig hohe Menge an Mn (wie z.B. in Beispiel 13) hat jedoch einen negativen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften, weil dadurch das Ergebnis des stark beschleunigten Lebensdauer-Tests verschlechtert wird.
Die Beispiele 14 bis 17 zeigen den Einfluss unterschiedlicher Mengen an Nb in den Probenmaterialien auf die elektrischen Eigenschaften. Die Dielektrizitätskonstante und das Ergebnis des stark beschleunigten Lebensdauer-Tests steigen an mit zunehmender Menge an Nb. Das Ergebnis des stark beschleunigten Lebensdauer-Tests nimmt jedoch ab, wenn die Nb-Menge größer ist als die Mn-Menge, d.h. wenn c > b, wie in den Beispielen 16 und 17 gezeigt.
Die Beispiele 18 bis 20 zeigen den Einfluss unterschiedlicher Mengenverhältnisse zwischen (Zn + Mg) und (Ti + Mn + Nb) in von Probenmaterialien auf die elektrischen Eigenschaften. Die Ergebnisse zeigen, dass der Temperaturkoeffizient durch ein geeignetes Verhältnis von (Zn + Mg) zu (Ti + Mn + Nb) so eingestellt werden kann, dass er sich dem Wert Null nähert.
Die Beispiele 21 bis 24 zeigten den Einfluss unterschiedlicher Mengen an B₂O₃ in den Probenmaterialien auf die elektrischen Eigenschaften. Die Ergebnisse zeigen, dass der keramische Körper nicht gesintert werden kann, wenn kein B₂O₃ zugegeben wird, wie z.B. in Beispiel 21, und es gibt daher keine gemessenen Daten für Beispiel 21 in der Tabelle 1. Eine übermäßig große Menge an B₂O₃ erhöht jedoch den Temperaturkoeffizienten und verschlechtert das Ergebnis des stark beschleunigten Lebensdauer-Tests.
Die Erfindung wurde zwar vorstehend anhand einiger Ausführungsformen näher beschrieben und erläutert, für den Fachmann ist jedoch klar, dass verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können. Die Ausführungsformen der Erfindung sind daher nicht angegeben als die Erfindung beschränkend, sondern als die Erfindung erläuternd. Die Erfindung ist keineswegs auf die erläuterten speziellen Ausführungsformen beschränkt und sie umfasst alle Modifikationen, die im Rahmen des Geistes und des Bereiches der vorliegenden Erfindung, wie er in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert ist, liegen.

Claims

Dielektrisches Material, das eine Zusammensetzung der folgenden Formel (I) umfasst: (Zn_1-aMg_a)(Ti_1-b-cMn_bD_c)_dO₃ (I)worin D steht für ein Element, das eine Valenz von 5 oder höher aufweist, 0 a ≦ 0,5; c ≦ b ≦ 0,1; 0 < c ≦ 0,1; 1 ≦ d ≦ 1,5.
Dielektrisches Material nach Anspruch 1, das außerdem ein Sinterflußmittel in einer Menge von e Gew.-% umfasst, bezogen auf das Gewicht von (Zn_1-aMg_a)(Ti_1-b-cMn_bD_c)_dO₃, worin 0 < e ≦ 10.
Dielektrisches Material nach Anspruch 2, worin das Sinterflußmittel ein Boroxid ist.
Dielektrisches Material nach Anspruch 3, worin das Boroxid B₂O₃ ist.
Dielektrisches Material nach Anspruch 2, worin das Sinterflußmittel eine Zink-borid (Zn-B)-Verbindung ist.
Dielektrisches Material nach Anspruch 5, worin die Zink-borid-Verbindung [(ZnO)₄·B₂O₃] ist.
Dielektrisches Material nach Anspruch 1, worin D ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Niob (Nb), Wolfram (W) und Molybdän (Mo).
Dielektrisches Material nach Anspruch 1, worin 0 ≦ a < 0,5.
Dielektrisches Material nach Anspruch 1, worin 0,02 < b ≦ 0,1.
Dielektrisches Material nach Anspruch 1, worin 0,005 < c < 0,1.
Dielektrisches Material nach Anspruch 1, worin 1 < d ≦ 1,5.
Dielektrisches Material nach Anspruch 2, worin 3 < e < 10.
Mehrschichten-Keramikelement, welches das dielektrische Material nach Anspruch 1 umfasst.
Mehrschichten-Keramikelement nach Anspruch 13, worin das Mehrschichten-Keramikelement ein Mehrschichten-Keramikkondensator ist, der mindestens eine Elektrode aus Silber, einer Silberlegierung, Kupfer oder einer Kupferlegierung aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen Materials, das umfasst: (a) die Bereitstellung eines Ausgangsmaterials, umfassend eine Zink enthaltende Verbindung, eine Magnesium enthaltende Verbindung, eine Titan enthaltende Verbindung, eine Mangan enthaltende Verbindung und eine ein Element D enthaltende Verbindung, wobei die Ausgangsmengen der Verbindungen in dem Ausgangsmaterial durch die folgende Formel (I) bestimmt werden: (Zn_1-aMg_a)(Ti_1-b-cMn_bD_c)_dO₃ (I)worin D steht für ein Element, das eine Valenz von 5 oder höher aufweist, 0 a ≦ 0,5; c ≦ b ≦ 0,1; 0 < c ≦ 0,1; 1 ≦ d ≦ 1,5; (b) das Durchmischen und Mahlen des Ausgangsmaterials der Stufe (a) in Wasser unter Bildung einer Mischung und (c) das Trocknen der Mischung aus der Stufe (b) und das anschließende Calcinieren der trockenen Mischung zur Bildung des dielektrischen Materials.
Verfahren nach Anspruch 15, worin die Stufe (c) das Trocknen der Mischung aus der Stufe (b) und das anschließende Calcinieren der trockenen Mischung für 1 bis 3 h bei 1000 bis 1250 °C umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, das außerdem eine Stufe umfasst: Zugabe eines Sinterflußmittels in einer Menge von e Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von (Zn_1-aMg_a)(Ti_1-b-cMn_bD_c)_dO₃, worin 0 < e ≦ 10.
Verfahren nach Anspruch 17, worin das Sinterflußmittel ein Boroxid ist.
Verfahren nach Anspruch 18, worin das Boroxid B₂O₃ ist.
Verfahren nach Anspruch 17, worin das Sinterflußmittel eine Zink-borid (Zn-B)-Verbindung ist.
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Zink-borid-Verbindung [(ZnO)₄·B₂O₃] ist.
Verfahren nach Anspruch 15, worin die Zink enthaltende Verbindung ZnO ist, die Magnesium enthaltende Verbindung MgO ist, die Titan enthaltende Verbindung TiO₂ ist und die Mangan enthaltende Verbindung MnO ist.
Verfahren nach Anspruch 15, worin D ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Niob (Nb), Wolfram (W) und Molybdän (Mo).
Verfahren nach Anspruch 15, worin die das Element D enthaltende Verbindung ein Oxid des Elements D ist.
Dielektrisches Material, das die Zusammensetzung der Formel (II) umfasst: (Zn_1-aMg_a)(Ti_1-b-cMn_bD_c)_dO₃ + e Gew.% B₂O₃ (II)worin die B₂O₃-Menge e Gew.-% beträgt, bezogen auf das Gewicht von (Zn_1- _aMg_a)(Ti_1-b-cMn_bD_c)_dO₃, worin D steht für ein Element mit einer Valenz von 5 oder höher, 0 ≦ a ≦ 0,5; c ≦ b ≦ 0,1; 0 < c ≦ 0,1; 1 ≦ d ≦ 1,5; 0 < e ≦ 10.
Dielektrisches Material nach Anspruch 25, worin das Element D ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Niob (Nb), Wolfram (W) und Molybdän (Mo).
Dielektrisches Material nach Anspruch 25, worin 0 ≦ a < 0,5; 0,02 < b 0,1; 0,005 < c < 0,1; 1 < d ≦ 1,5; 3 < e < 10.
Mehrschichten-Keramikelement, welches das dielektrische Material nach Anspruch 25 umfasst.
Mehrschichten-Keramikelement nach Anspruch 28, worin das Mehrschichten-Keramikelement ein Mehrschichten-Keramikkondensator mit mindestens einer Elektrode aus Silber, einer Silberlegierung, Kupfer oder einer Kupferlegierung ist.