DE3035793A1 - Verfahren zur herstellung von grenzschicht-halbleiter-keramikkondensatoren - Google Patents
Verfahren zur herstellung von grenzschicht-halbleiter-keramikkondensatorenInfo
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Description
-
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
- Grenzschicht-Halbleiterkeramik-Kondensatoren. Diese Kondensatoren weisen eine große vorhandene Dielektrizitätskonstante im Vergleich zu üblichen Keramikkondensatoren auf, so daß sie in weitem Umfang gebraucht werden können.
- Es ist bekannt, daß solche Halbleiterkeramik-Kondensatoren hergestellt werden können durch ein Verfahren, welches die folgenden Schritte umfasst: Brennen in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre von geformten Teilen eines Keramikmaterials aus Bariumtitanat oder Strontiumtitanat, in welches wenigstens ein Bindungskontrollelement aus der Gruppe der Seltenen Erden, Nb, Sb oder Bi eingearbeitet ist, Erhitzen der erhaltenen Halbleiterkeramikteile zu dem ein Isoliermittel wie ein Metall oder eine Verbindung wie Kupfer, Wismut, Mangan, Blei oder deren Verbindungen zugefügt werden, um dann schließlich auf beiden Seiten die Elektroden der wärmebehandelten Halbleiterkeramikteile herzustellen.
- Bisher wurden bei der Wärmebehandlung der Halbleiterkeramikteile zur Isolierung der Kristallkorngrenzen der Halbleiterkeramik diese Teile mit einer Paste des isolierenden Mittels versehen und dann nebeneinander oder übereinander in einer Brennkapsel im Ofen gebrannt. Bei diesem Verfahren treten jedoch Differenzen der Temperatur innerhalb der Brennkammer sowie der Atmosphäre im Brennofen, bedingt durch verdampftes Metall oder Metallverbindungen, auf, so daß eine breite Streuung der Eigenschaften der erzeugten Grenzschichthalbleiter-Keramikkondensatoren beobachtet wurde. Außerdem führt das Brennen teilweise zum Verschweissen zwischen den einzelnen Halbleiterkeramikteilen. Es ist somit schwierig, Grenzschicht-Halbleiterkeramik-Kondensatoren guter Qualität mit hoher Ausbeute herzustellen.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Grenzschicht-Halbleiter-Keramikkondensatoren, welches es möglich macht, diese in hoher Ausbeute und mit geringen Schwankungen ihrer Eigenschaften herzustellen.
- Das erfindungsgemässe Verfahren besteht aus den folgenden Schritten: a) Brennen von geformten Teilen eines Halbleiter-Keramikmaterials in'neutraler oder reduzierender Atmosphäre, b) Wärmebehandlung der erhaltenen Halbleiterkeramik-Teile, um die Kristallkorngrenzen der Halbleiterkeramik zu isolieren und c) Anbringen von Elektroden auf beiden Seiten der wärmebehandelten Halbleiterkeramik-Teile, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung der Halbleiterkeramikteile zusammen mit einem Pulver des Isoliermittels unter Rühren in neutraler oder oxidierender Atmosphäre durchgeführt wird.
- Die Halbleiterkeramik, die durch Brennen in neutraler oder reduzierender Atmosphäre erhalten wird, kann aus Bariumtitanat, Strontiumtitanat oder komplexen Halbleiterkeramiken bestehen, welche Bariumtitanat, Strontiumtitanat oder Strontiumtitanat und Calciumtitanat enthalten.
- Das isolierende Mittel, welches mit den Halbleiterkeramikteilen vermischt wird und die Kristallkorngrenzen isoliert, kann aus Metallen wie Wismut, Kupfer, Blei, Mangan, Eisen und Bor bestehen, wobei die Metalle als solche oder als Oxide verwendet werden können.
- Obwohl die Halbleiterkeramikteile und das Pulver der isolierenden Masse unter Rüh en in neutraler oder oxidierende Atmosphäre wärmebehand.zlt werden, wird diese Behandlung vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 950 und 13000C durchgeführt. Wenn die Temperatur niedriger als 9500C ist, so bedingt dies eine ungenügende Verteilung des isolierenden Mittels, so daß es nicht in ausreichendem Maße möglich ist, die vorhandene Dielektrizitätskonstante und den Isolierwiderstand zu erreichen. Temperaturen oberhalb 13000C bewirken erhebliches Verdampfen des Isoliermittels, so daß hieraus eine Abnahme der Kapazität der Endprodukte resultiert.
- Das Rühren der Halbleiterkeramikteile zusammen mit dem Pulver des isolierenden Mittels kann durch Rotieren oder Bewegen des Gefäßes hin und her und/oder nach links und rechts erfolgen, nachdem man die Halbleiterkeramikteile und das Pulver des isolierenden Mittels in das Gefäß eingebracht hat.
- Die Efindung ist in dem nachfolgenden Beispiel näher erläutert.
- Beispiel Ein Gemisch von 99,5 Mol-% SrTiO3 und o,5 Mol-% Y203 wird bei 11500C 2 Stunden an der Luft vorgesintert, gebrochen, gemahlen und in üblicher Weise durch Zugabe eines Bindemittels granuliert und dann in Scheiben mit einem Durchmesser von 4,3 mm und einer Dicke von,5 mm geformt, bei einem Druck von 750 bis 2000 kg/cm² - Die geformten Teile werden in Luft bei 1150"C während 2 Stunin den vorgebrannt, und dann bei 1460"C 3 Stunden/reduzierender Atmosphäre gebrannt, welche im wesentlichen aus 90 % Stickstoff und 10 % Wasserstoff besteht. Die erhaltenen Strontiumtitanat-Halbleiterkeramik -Schibe haben einen Durchmesser von 3,5 mm und eine Dicke von o,4 mm.
- 1000 derartiger Halbl.iterkeramikscheiben wurden in eine zylindrische Brennkapel gegeben zusammen mit dem Pulver des isolierenden Mittels, bestehend aus 48 Gew.-% Bi203 -, 48 Gew.-% Pb304 und 4 Gew.-% CuO. Die Menge des Pulvers an istierendem Mittel beträgt 20 Gew.--% der Halbleiterkeramikscheiben, bezogen auf das Trockengewicht. Die Scheiben und das Pulver werdenioxidierender Atmosphäre bei 11000C 1 Stunde unter Rühren erhitzt, wobei die Brennkapsel in einem Brennofen durch Rotieren gerührt wird. Der Prozentsatz des gegenseitigen Verschweissens der wärmebehandelten Halbleiterkramik-Scheiben beträgt 0.
- Auf den wärmebehandelten Halbleiter-Keramikscheiben wird dann Silberpaste auf beiden-Seiten der Oberflächen angebracht, um hieraus Elektroden mit 3,0 und 2,5 mm Durchmesser zu erzeugen, die bei 800"C 30 Minuten gebacken und die fertigen Grenzschichthalbleiter-Keramikkondensatoren erhalten werden.
- Die so erhaltenen Kondensatoren haben eine durchschnittliche Kapazität von 2100 pF mit einer-Abweichung von 48 pF.
- Vergleichsbeispiel Zum Vergleich wurden Grenzschicht-Halbleiterkeramik-Kondensatoren in der nachfolgend beschriebenen üblichen Weise hergestellt und bezüglich Prozentsatz des Verschweissens, Kapazität und Standardabweichung untersucht.
- Auf die Halbleiterkeramikscheiben gemäss obigem Beispiel wurde eine Paste von Metalloxiden aufgebracht, welche 24 Gew.-% Bi203, 24 Gew.-% Pb304, 2 Gew.-% CuO und So Gew.-% Zraponlack enthielt. Sie wurden dann Seiten an Seite in eine Brennkapsel eingebracht und in oxidierender Atmosphäre 1 Stunde auf 11000C erhitzt.
- Der Prozentsatz gegenseitiger Verschweissung der wärmebehandelten HalbleiterE. ramikscheiben betrug 17 t.
- Die hitzebehandelten Halbleiterkeramikscheiben wurden in derselben Weise wie oben beschrieben mit Elektroden versehen und zü- fertigen Grenzschicht-Halbleiterkeramik-Kondensatoren verarbeitet. Die Kondensatoren haben eine durchschnittliche Kapazität von 2010 pF mit einer Standard-Abweichung von 180 pF.
- Hieraus ergibt sich eindeutig, daß erfindungsgemäss keine gegenseitige Verschweissung stattfindet und außerdem die Standardabweichungen der Kondensatoren wesentlich geringer sind. Es wird angenommen, daß dies darauf zurückzuführen ist, daß die isolierenden Mittel während der Wärmebehandlung gleichmässiger in die Kristallkorngrenzen diffundieren und dabei die Isolierung der Kristallkorngrenzen verbessert wird, und zwar bei allen in die Brennkapsel eingebrachten Halbleiterkeramik-Scheiben.
- Diese Verbesserung der Ergebnisse ist nicht nur auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt,sondern gilt auch für Halbleiterkeramiken auf Basis von Bariumtitanat und komplexen Halbleiterkeramiken auf Basis von Srontiumtitanat mit Bariumtitanat oder Calciumtitanat.
Claims (6)
- Verfahren zur Herstellung von Grenzschicht-Halbleiter-Keramik-Kondensatoren Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von Grenzschichthalbleiter-Keramikkondensatoren durch a) Brennen von geformten Teilen eines Halbleiter-Keramikmaterials in neutraler oder reduzierender Atmosphäre, b) Wärmebehandlung der erhaltenen Halbleiterkeramik-Teile, um die Kristallkorngrenzen der Halbleiterkeramik zu isolieren und c) Anbringen von Elektroden auf beiden Seiten der wärmebehandelten Halbleiterkeramik-Teile, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung der Halbleiterkeramikteile zusammen mit einem Pulver des Isoliermittels unter Rühren in neutraler oder oxidierender Atmosphäre durchgeführt wird.
- 2. Verfahren gemäss Anspruch 1, (IIldurcll gekennzeichnet, daß das Halbleiterkeramikmaterial ein Bariumtitanatsystem ist.
- 3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterkeramikmaterial ein Strontiumtitanatmaterial ist.
- 4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterkeramikmaterial ein komplexes Material ist, welches überwiegend Bariumtitanat und Strontiumtitanat enthält.
- 5. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterkeramikmaterial ein komplexes Material ist, welches überwiegend Strontiumtitanat und Calciumtitanat enthält.
- 6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 950 bis 13000C durchgeführt wird.
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DE1253627B (de) * | 1963-02-22 | 1967-11-02 | Nippon Telegraph & Telephone | Verfahren zur Herstellung eines keramischen Dielektrikums |
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-
1980
- 1980-09-23 DE DE19803035793 patent/DE3035793C2/de not_active Expired
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DE3035793C2 (de) | 1985-11-07 |
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