NL8401865A

NL8401865A - Multilayer ceramic capacitor - made by uniaxial pressure sintering of alternate layers of ceramic and ceramic-metal mixt.

Info

Publication number: NL8401865A
Application number: NL8401865A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1984-06-13
Filing date: 1984-06-13
Publication date: 1986-01-02
Also published as: CA1215440A

Abstract

Capacitor is composed of alternate layers of ceramic material dielectric and electrode material, characterised by its prodn. by a thermal treatment with simultaneous application of pressure in a direction transverse to the plane of the layers. The electrode material is a mixture of 7-60 vol.% of high-conductivity metal, and 40-93 vol.% of a ceramic material whose sintering temp. is higher than that of the dielectric ceramic. Pref. ceramic in the electrode mixt. is an inert oxide, esp. ZrO2. Pref. metal in the electrode mix. is a noble metal, pref. Ag-Pd alloy contg. at least 30 atom % of Ag, or pure Ag. Pref. dielectric ceramic is barium titanate. The dielectric layers pref. have a max. thickness of 20 micrometers and a density of at least 90%.

Description

4 - -% s EHN. 11.064 1 N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Keramische meerlaagscondensator "4 -% s EHN. 11,064 1 N.V. Philips * Incandescent lamp factories in Eindhoven "Ceramic multilayer capacitor"

De uitvinding heeft betrekking op een meerlaagscondensator samengesteld uit afwisselende lagen van een diëlektrisch oxydisch keramisch materiaal en een elektrodemateriaal, een compacte eenheid vormend op' grond van de toepassing van temperatuur en druk.The invention relates to a multilayer capacitor composed of alternating layers of a dielectric oxidic ceramic material and an electrode material, forming a compact unit by virtue of the application of temperature and pressure.

5 Meer laagscondensator en van het boven beschreven type (zogenaamde monolithische keramische condensatoren), warden tot nu toe op industriële schaal in het algemeen op de volgende wijze vervaardigd.More layer capacitors and of the type described above (so-called monolithic ceramic capacitors) have hitherto generally been manufactured on an industrial scale in the following manner.

Een slurry van fijn gemalen keramisch, diëlektrisch 10 poeder gemengd net een bindmiddel wordt afgezet in dunne lagen die tot folies gedroogd warden en vervolgens van elektroden voorzien door middel van het erop zeefdrukken van een metaal-pasta. Deze folies worden gestapeld en samengeperst en in afzonderlijke condensator-lichamen opgedeeld. Deze condensatorlichamen warden gesinterd bij 15 temperaturen tussen 1200 en 1400°C, afhankelijk van de samenstelling van het keramische, diëlektrische materiaal. Tijdens de sintering krimpt het keramische, diëlektrische poeder compact en verdicht zich tot een dichte, polykristallijne struktuur. Tegelijkertijd sinteren de poederdeeltj es uit de metaalpasta tot elektrodelagen van metaal 20 die een samenhangend geheel vormen met de diëlektrische lagen.A slurry of finely ground ceramic, dielectric powder mixed with a binder is deposited in thin layers that are dried into foils and then electrodes provided by screen printing a metal paste. These films are stacked and compressed and divided into separate capacitor bodies. These capacitor bodies were sintered at temperatures between 1200 and 1400 ° C depending on the composition of the ceramic dielectric material. During sintering, the ceramic dielectric powder shrinks compactly and compacts into a dense, polycrystalline structure. At the same time, the powder particles sinter from the metal paste to metal electrode layers 20 which form a coherent whole with the dielectric layers.

In de praktijk heeft men echter moeite cm een stapel van foutloze dunne laagjes te maken. Men heeft te maken met het optreden van kortsluitingen bij lage spanningen (deze schrijft men toe aan een te hoge porositeit, respektievelijk aan het optreden van scheuren 25 en delaminaties = het niet-hechten van lagen in het eindprodukt).In practice, however, it is difficult to make a stack of flawless thin layers. One has to do with the occurrence of short-circuits at low voltages (these are attributed to too high porosity, respectively to the occurrence of cracks and delaminations = non-adhesion of layers in the final product).

De porositeit zou men kunnen beperken door het sinteren onder gelijktijdig aanleggen van druk te doen plaatsvinden (zogenaamd druks interen). Als men deze druk niet alzijdig (isostatisch) aanlegt, maar in een richting dwars cp het vlak van de lagen uniaxiaal) dan 30 zou men tevens het optreden van delaminatie kunnen voorkomen. Verwezen wordt naar de door dezelfde Aanvraagster op 7 oktober 1933 ingediende octrooiaanvrage nr. 8303447 (PHN.10.796). Uit proeven 8401865 Λ ΡΗΝ.11.064 2 die tot de onderhavige uitvinding hebben geleid is echter gebleken dat bij het toepassen van een uniaxiaal druks interproces om meerlaags-condensatoren te vervaardigen een nieuw probleem kan optreden: de eindprodukten voldoen sons niet aan de gestelde eisen omdat het metaal 5 van de elektrodelagen de neiging heeft zich in meerdere of mindere mate met het oxydische, keramische materiaal van de diëlektrische lagen te mengen. Dit wordt toegeschreven aan de omstandigheid dat tengevolge van de hoge drukken die bij het uniaxiale druks interproces uitgeoefend worden de vloeigrens van het metaal van de elektrodelagen 10 gepasseerd wordt. Het onder deze omstandigheden relatief zachte metaal wordt dan gemakkelijk in het keramische materiaal, dat bij het begin van het sinteren nog niet maximaal dicht is, geperst. Dit doorpers-probleem is ernstiger naarmate de keramische lagen dunner zijn.The porosity could be limited by having the sintering take place under simultaneous application of pressure (so-called pressure internals). If this pressure is not applied on all sides (isostatic), but in a direction transverse to the plane of the layers, then one could also prevent delamination. Reference is made to Patent Application No. 8303447 (PHN.10.796) filed by the same Applicant on October 7, 1933. However, tests 8401865 ΡΗΝ ΡΗΝ 11,064 2 which have led to the present invention have shown that the use of a uniaxial pressure interprocess to produce multilayer capacitors presents a new problem: the final products do not meet the requirements because they metal 5 of the electrode layers tends to mix to a greater or lesser extent with the oxidic ceramic of the dielectric layers. This is attributed to the fact that due to the high pressures exerted in the uniaxial pressure interprocess, the yield strength of the metal of the electrode layers 10 is passed. The relatively soft metal under these conditions is then easily pressed into the ceramic material, which is not yet fully closed at the start of the sintering. This pressing problem becomes more serious the thinner the ceramic layers.

De uitvinding lost dit probleem op doordat hij een meer-15 laagscondensator van de in de aanhef beschreven soort verschaft die gekenmerkt wordt door lagen elektrodemateriaal die bestaan uit een mengsel van 7 tot 60 volumeprocent metaal met een hoog elektrisch geleidingsvermogen en van 40 tot 93 volumeprocent keramische deeltjes van een materiaal met een sintertemperatuur die boven de sintertempe-20 ratuur van het oxydische keramische materiaal van de diëlektrische lagen ligt. Meer in het bijzonder bestaat het elektrodemateriaal uit een mengsel van een inert 0x7de en een edel metaal.The invention solves this problem by providing a multilayer capacitor of the type described in the preamble, which is characterized by layers of electrode material consisting of a mixture of 7 to 60 volume percent metal with a high electrical conductivity and from 40 to 93 volume percent ceramic particles of a material with a sintering temperature above the sintering temperature of the oxidic ceramic material of the dielectric layers. More particularly, the electrode material consists of a mixture of an inert 0x7th and a precious metal.

De toevoeging van een bepaalde hoeveelheid keramische deeltjes die niet aan het sinterproces deelnemen aan het metaal van 25 de elektrodelagen maakt dat tijdens het uniaxiale druks interproces tussen de diëlektrische keramische lagen ruimte overblijft voor het metaal. De keramische deeltjes, die in ongewijzigde toestand in de elektrodelagen blijven, fungeren als het ware als pijlers die zorgen dat het metaal niet in de keramische lagen gedrukt kan warden. De 30 "pijlers" hebben een ontlastende werking waardoor de druk niet direkt op het metaal komt te staan. Opdat deze funktie effektief wordt uitgevoerd dient het aandeel aan keramische deeltjes in de elektrode-laag bij voorkeur niet minder dan 40 volumeprocent te bedragen. Bij een aandeel van meer dan 90 volumeprocent aan keramische deeltjes 35 kan voor bepaalde toepassingen het geleidingsvermogen van de elektrodelagen te gering worden. Afhankelijk van onder andere de grootte van de deeltjes is met een aandeel van 7 volumeprocent aan metaal in de elektrodelaag nog een redelijk geleidingsvermogen gerea- 8401865 EHN.11.064 3 liseerd.The addition of a certain amount of ceramic particles that do not participate in the sintering process to the metal of the electrode layers leaves space for the metal during the uniaxial pressure interprocess between the dielectric ceramic layers. The ceramic particles, which remain in the electrode layers in an unaltered state, function, as it were, as pillars that ensure that the metal cannot be pressed into the ceramic layers. The 30 "pillars" have a relief effect so that the pressure is not directly applied to the metal. In order for this function to be carried out effectively, the proportion of ceramic particles in the electrode layer should preferably not be less than 40% by volume. With a proportion of more than 90% by volume of ceramic particles, the conductivity of the electrode layers may become too low for certain applications. Depending on, among other things, the size of the particles, a reasonable conductivity is still realized with a proportion of 7% by volume of metal in the electrode layer.

Representatieve materialen voor het metaal van de elektrode-lagen zijn bijvoorbeeld Bd (smeltpunt 1552°C), Pt (smeltpunt 1774°C),Representative materials for the metal of the electrode layers are, for example, Bd (melting point 1552 ° C), Pt (melting point 1774 ° C),

Ni (smeltpunt 1445°C), Ag (smeltpunt 961°C), Cu (smeltpunt 1083°C) g en legeringen daarvan.Ni (melting point 1445 ° C), Ag (melting point 961 ° C), Cu (melting point 1083 ° C) g and alloys thereof.

Geschikte materialen voor de keramische deeltjes in de eléktrodelagen zijn bijvoorbeeld Zr02 en Al^. Ook barium-titanaat is bruikbaar indien het een zodanig van de sinterreaktiviteit van het barium-titanaat van het diëlektricum verschillende sinterreaktivi-10 teit heeft, dat het er slecht mee samensintert. Geschikte oxydische, keramische materialen voor het diëlektricum zijn representanten uit de groep van titanaten, de groep van zirconaten, de groep van titanaat-zirccnaten en de groep van wolframaten. De meeste hiervan zijn ferro-eléktrisch bij kamertemperatuur. Een uitzondering is 15 strontiumrtitanaat, dat bij kamertemperatuur niet ferro-elektrisch is. Dit en andere niet ferro-elektrische materialen kunnen ook als diëlektricum in condensatoren volgens de uitvinding toegepast worden.Suitable materials for the ceramic particles in the electrode layers are, for example, ZrO 2 and Al 2. Barium titanate is also useful if it has such a sintering reactivity that differs from the sintering reactivity of the barium titanate of the dielectric that it sinters poorly with it. Suitable oxidic ceramics for the dielectric are representatives from the group of titanates, the group of zirconates, the group of titanate zirconates and the group of tungstates. Most of these are ferroelectric at room temperature. An exception is strontium tritanate, which is non-ferroelectric at room temperature. This and other non-ferroelectric materials can also be used as a dielectric in capacitors according to the invention.

Om meerlaagsccndensatoren te realiseren die aan bepaalde hoge kwaliteitseisen voldoen wordt echter bij voorkeur barium-titanaat 2o als materiaal voor de diëlektrische lagen gebruikt. Voor verschillende doeleinden kunnen hieraan kleine, doch specifieke hoeveelheden Co,However, in order to realize multilayer capacitors meeting certain high quality requirements, barium titanate 20 is preferably used as the material for the dielectric layers. For various purposes, small but specific amounts of Co,

Ni, Mi, Mg, Ta, Bi en/of Nb zijn toegevoegd. Opdat het barium-titanaat de gewenste diëlektrische eigenschappen krijgt dient het in een oxyderende atmosfeer (hoge partiële zuurstof druk) gestookt te worden.Ni, Mi, Mg, Ta, Bi and / or Nb are added. In order for the barium titanate to obtain the desired dielectric properties, it must be fired in an oxidizing atmosphere (high partial oxygen pressure).

25 Bij het vervaardigen van meerlaagscondensatoren door middel van een conventioneel sinterproces gebruikt men in verband met die oxiderende atmosfeer tot nu toe meestal Pd als elektrodemateriaal.In the manufacture of multilayer capacitors by means of a conventional sintering process, Pd has hitherto generally used Pd as the electrode material in connection with this oxidizing atmosphere.

De uitvinding maakt het toepassen van een uniaxiaal druksinterprocédé mogelijk waardoor de toptemperatuur ongeveer 200°C 3Q lager kan liggen dan bij het conventionele sinterproces. Dit betékent dat het elektrodemetaal in plaats van uit zuiver Pd uit een Ag-Pd-legering (die een lager smeltpunt heeft dan Pd) kan bestaan. Hoe lager de druksinterterrperatuur, hoe hoger het Ag-gehalte (en hoe lager de prijs van de Ag-Pd-legering) kan zijn. Als het Ag-gehalte 35 toeneemt, in het bijzonder boven 30 at.%, is uit experimenten gebleken dat zender de inventieve toevoeging van deeltjes keramisch materiaal die niet aan het sinterproces deelnemen het verschijnsel dat de eléktrodelagen in het keramische materiaal geperst worden steeds 8401865 PHN.11.064 4 ernstigere vormen aanneemt. Volgens een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding kan het elektrodemetaal zelfs geheel of nagenoeg geheel uit Ag bestaan zonder dat dit probleem zich voordoet.The invention makes possible the use of a uniaxial pressure sintering process, so that the top temperature can be about 200 ° C 3Q lower than in the conventional sintering process. This means that the electrode metal may consist of an Ag-Pd alloy (which has a lower melting point than Pd) instead of pure Pd. The lower the pressure sintering temperature, the higher the Ag content (and the lower the price of the Ag-Pd alloy) can be. As the Ag content increases, in particular above 30 at.%, Experiments have shown that the inventive addition of particles of ceramic material that do not participate in the sintering process, the phenomenon that the electrode layers are pressed into the ceramic material is always 8401865 PHN .11.064 4 takes more serious forms. According to a special embodiment of the invention, the electrode metal can even consist wholly or almost entirely of Ag without this problem occurring.

In het kader van het conventionele sinterproces van meer-5 laagscondensatoren is wel eens voorgesteld cm keramische deeltjes aan het materiaal van de elektrodelagen toe te voegen. Dit had echter een heel ander doel dan dat door de uitvinding wordt nagestreefd, namelijk het qp vangen van het verschil in uitzettingscoëfficiënt tussen elektrodemateriaal en keramiek of het beter aan elkaar sinte-10 ren van elektrodemateriaal en keramiek. In beide gevallen had het aan het elektrodemetaal toe te voegen keramische materiaal essentieel dezelfde samenstelling als het keramische materiaal van de diëlek-trische lagen. Daar bij het conventionele sinterproces geen druk op de meerlagenstrukturen wordt uitgeoefend treedt het probleem, waarvoor 15 de uitvinding een oplossing geeft, daar niet op.In the context of the conventional sintering process of multi-layer 5 capacitors, it has been proposed to add ceramic particles to the material of the electrode layers. However, this had a completely different purpose than that which is pursued by the invention, namely to capture the difference in expansion coefficient between electrode material and ceramic or to better connect electrode material and ceramic together. In both cases, the ceramic material to be added to the electrode metal had essentially the same composition as the ceramic material of the dielectric layers. Since no pressure is exerted on the multilayer structures in the conventional sintering process, the problem for which the invention provides a solution does not arise.

De uitvinding zal aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld nader worden toegelicht.The invention will be further elucidated on the basis of an exemplary embodiment.

Figuur 1 toont een druksintersysteem;Figure 1 shows a pressure sintering system;

Figuur 2 toont, gedeeltelijk in aanzicht en gedeeltelijk 2q in doorsnede, een meerlaags- keramische condensator;Figure 2 shows, partly in view and partly 2q in section, a multi-layer ceramic capacitor;

Figuur 3 toont het fasediagram van Ag-Pd.Figure 3 shows the phase diagram of Ag-Pd.

Voor het vervaardigen van meer laags- keramische condensatoren volgens de uitvinding kan een druks inter systeem zoals getoond in figuur 1 gebruikt worden. Dit is in principe een druksysteem 25 bestaande uit een hydraulische pers (1) voorzien van een cylinder (2) met een water-gekoelde kop. De drukken die worden uitgeoefend hangen af van de toptemperatuur die bij het druksinterproces wordt aangelegd. Het interessante drukgebied ligt tussen 200 bar en 5 kbar. De druk is afleesbaar op een manometer (3). De druk wordt overgebracht 2q via een (boven) stempel (4) van refractair (= tegen hoge temperaturen bestand) materiaal zoals A^O^ of SiC.For the manufacture of multi-layer ceramic capacitors according to the invention, a pressure inter system as shown in Figure 1 can be used. This is in principle a pressure system 25 consisting of a hydraulic press (1) provided with a cylinder (2) with a water-cooled head. The pressures that are applied depend on the top temperature applied during the pressure sintering process. The interesting pressure range is between 200 bar and 5 kbar. The pressure can be read on a manometer (3). The pressure is transferred 2q via a (top) punch (4) of refractory (= high temperature resistant) material such as A ^ O ^ or SiC.

Een samen te persen pakket (5) wordt op een orderstempel (6), eveneens van refractair materiaal, geplaatst. Er wordt voor gezorgd dat de stempelvlakken die de druk op het pakket zetten zo nauwkeurig 35 mogelijk evenwijdig zijn. De stempels (4, 6) zijn opgesteld in een buisoven (7) die voorzien is van een verwarmingsspiraal (8). Het hydraulisch systeem (1, 2) biedt de mogelijkheid de drukopbouw te regelen, terwijl de gesloten cnihulling de mogelijkheid biedt onder 8401865 FHN.11.064 5 verschillende gasccodities te werken.A compressible package (5) is placed on an order stamp (6), also of refractory material. Care is taken to ensure that the stamping surfaces applying pressure to the package are as parallel as possible. The outriggers (4, 6) are arranged in a tube furnace (7) which is provided with a heating coil (8). The hydraulic system (1, 2) offers the possibility to regulate the pressure build-up, while the closed circuit allows the possibility to operate 5 different gas conditions under 8401865 FHN.11.064.

Voor het maken van de diëlektrische keramische folies wordt bijvoorbeeld een laag-gedoteerd barium-titanaat gebruikt, bij voorkeur met een zodanige deeltjesgrootte dat na het heetpersen de 5 karrelgrootte kleiner dan 1 ^um is.For example, a low-doped barium titanate is used to make the dielectric ceramic foils, preferably with a particle size such that after the hot pressing, the grain size is less than 1 µm.

Met een barium-titanaatpoeder dat 1,2 gew.% en 0,3 gew.% Co^ bevat is een diëlektrische konstante £r van 3000 realiseerbaar en kan een condensator verkregen warden net een tempe-rataurscoëfficiënt van de capaciteit 10 9p ” ^25 TC = —p- . 100% die kleiner is dan 15% in het tenperatuurgebied o25 van -55°C tot 125°C. Hiermee voldoet het aan de zogenaamde X7R-speci-ficatie. (Ter vergelijking diene dat cm aan de Z5U specificatie te voldoen de temperatuurscoëfficiënt van de capaciteit tussen +22% en 15 -56% moet liggen in het temperatuurgebied van +10°C tot 85°C) Het poeder wordt gemengd met een organisch bindmiddel (bijvoorbeeld polyvinylalcohol). Van de aldus verkregen gietmassa worden vellen getrokken met een dikte van enkele tientallen microns,in het bijzonder 20-50 micron. Na drogen worden hieruit folies op de juiste maat gesne-2Q den. Op de folies worden door middel van zeefdrukken patronen van eléktrodemateriaal, bestaande uit een mengsel van oxydisch-keramisch poeder en metallisch poeder in een bindmiddel, aangebracht. De respek-tieve vellen worden zodanig gestapeld dat een pakket (5) ontstaat waarin bij elk uiteindelijk condensatorlichaam de elektrodepatronen 2g (9/ 10) afwisselend naar één kant en naar de tegenoverliggende kant doorlopen, zodat elke twee opeenvolgende elektrodepatronen elkaar gedeeltelijk overlappen (fig. 2). Cm een goede hechting van de lagen onderling te verkrijgen wordt het pakket (5) eerst gelamineerd door het bij een temperatuur van ongeveer 75°C aan een druk van ongeveer 3 kbar te onderwerpen. Hierna volgt het uitstoken van het bindmiddel uit de folies. Dit kan in een aparte oven plaatsvinden. Bij de toepassing van een uniaxiaal druksinterprocêdé kan het uitstoken echter op een zeer praktische wijze geschieden door het in de druks interapparatuur, tijdens het opwarmen van de complete pakketten 35 naar de toptemperatuur, plaats te doen vinden.With a barium titanate powder containing 1.2 wt.% And 0.3 wt.% Co2, a dielectric constant of 3000 is achievable and a capacitor can be obtained with a temperature coefficient of the capacity 10.9p25. TC = -p-. 100% which is less than 15% in the temperature range o25 from -55 ° C to 125 ° C. This complies with the so-called X7R specification. (For comparison, in order to meet the Z5U specification, the temperature coefficient of the capacity must be between + 22% and 15 -56% in the temperature range of + 10 ° C to 85 ° C) The powder is mixed with an organic binder ( for example polyvinyl alcohol). Sheets of a few tens of microns, in particular 20-50 microns, are drawn from the casting mass thus obtained. After drying, films are cut to the correct size. Patterns of electrode material consisting of a mixture of oxidic ceramic powder and metallic powder in a binder are applied to the films by means of screen printing. The respective sheets are stacked to form a package (5) in which, with each final capacitor body, the electrode patterns 2g (9/10) alternate to one side and to the opposite side, so that each two consecutive electrode patterns partially overlap (Fig. 2). To obtain good adhesion of the layers to each other, the package (5) is first laminated by subjecting it to a pressure of about 3 kbar at a temperature of about 75 ° C. This is followed by the sticking out of the binder from the films. This can be done in a separate oven. When a uniaxial pressure sintering process is used, however, the firing out can take place in a very practical manner by causing it to take place in the pressure inter-equipment during the heating of the complete packages 35 to the top temperature.

Het aan een druks interproces te onderwerpen pakket 5 wordt tussen de stempels 4 en 6 van het druksysteem 1 geplaatst met tussen de stempels en de onder- respektievelijk bovenzijde van het pakket 8401865 ' ^ Λ, EHN.11.064 6 een anti-hechtingslaag, die bijvoorbeeld ZrO^ kan bevatten.The package 5 to be subjected to a pressure interprocess is placed between the dies 4 and 6 of the printing system 1 with between the dies and the bottom and the top of the package 8401865, EHN.11.064 6 an anti-adhesion layer, for example ZrO ^ may contain.

Het opwarmen van de oven 7 met het erin geplaatste pakket 5 naar de druks inter temperatuur vindt in ongeveer 90 minuten plaats. Afhankelijk van de samenstelling van het oxydische keramische/ diëlek-trische materiaal kan de druksintertemperatuur tassen ongeveer 900 u en 1200°C liggen. De druks intertemperaturen liggen ongeveer 200°C lager dan de s intertemper atur en bij het conventionele sinterprocêdê.The heating of the oven 7 with the package 5 placed therein to the pressure inter temperature takes place in about 90 minutes. Depending on the composition of the oxidic ceramic / dielectric material, the pressure sintering temperature bags can be about 900 µ and 1200 ° C. The pressure intertemperatures are about 200 ° C lower than the intertemperature and in the conventional sintering process.

Als de druks inter tenper atuur bereikt is wordt de druk aangelegd. Afhankelijk van de druksintertemperatuur ligt deze tussen 200 bar 1(J en 5 kbar. Bij de onderhavige experimenten was de druksintertemperatuur ongeveer 1080°C en de druk ongeveer 500 bar. Afhankelijk van de ingestelde temperatuur en druk kan een sintertijd tot ongeveer 120 minuten nodig zijn. Daarna wordt de druk weggenomen en het geheel naar kamertemperatuur af gekoeld.When the pressure inter temperature is reached, the pressure is applied. Depending on the pressure sintering temperature, it is between 200 bar 1 (J and 5 kbar. In the present experiments, the pressure sintering temperature was about 1080 ° C and the pressure about 500 bar. Depending on the set temperature and pressure, a sintering time of up to about 120 minutes may be required The pressure is then released and the whole is cooled to room temperature.

Het na heetpersen en afkoelen tot kamertemperatuur verkregenIt is obtained after hot pressing and cooling to room temperature

I VIV

compacte pakket wordt in stukken gezaagd om afzonderlijke monolithische keramische condensatorchips te verkrijgen. Van elk dergelijk lichaam . worden de zijkanten (11, 12) waarin de elektroden uitmonden gemetalliseerd cm kopkontakten te vormen (fig. 2). De resulterende condensa-20 toren vertoonden de volgende eigenschappen:compact package is cut into pieces to obtain separate monolithic ceramic capacitor chips. Of any such body. the sides (11, 12) into which the electrodes debouch are metallized to form head contacts (Fig. 2). The resulting condensation tower had the following properties:

Afmeting N n d C tg£$ R. VSize N nd C tg £ $ R.V

. (.urn) (nF) -4 1S° ° ' (1° } (104ΜΏ) (V) 25 1 210 34 50 1 7 230 1 57 2 630 1812 70 50 17 900 160 1 580. (.urn) (nF) -4 1S ° ° '(1 °} (104ΜΏ) (V) 25 1 210 34 50 1 7 230 1 57 2 630 1812 70 50 17 900 160 1 580

Hierin is: N : aantal diëlektrische lagen d : dikte diëlektrische lagen n : aantal monsters 30 C : capaciteit tqó : dissipatiefaktor (tangens van de verlieshoek)Herein is: N: number of dielectric layers d: thickness of dielectric layers n: number of samples 30 C: capacity tqó: dissipation factor (tangent of the loss angle)

R. : isolatieweerstand ISOR.: ISO insulation resistance

VQ : doorslagspanning 35 Uit deze resultaten blijkt dat een zeer hoge capaciteit per volume-eenheid realiseerbaar is. Realiseert men diëlektrische lagen die dunner zijn dan 17 ^um, dan kant men zelfs in het ^uF-gebied.VQ: breakdown voltage 35 These results show that a very high capacity per unit volume is achievable. If dielectric layers thinner than 17 µm are realized, then one can even lace in the ^ uF region.

3401865 PHN.11.064 73401865 PHN.11.064 7

Figuur 3 toont het fasediagram van het Ag-Pd systeem. Afhankelijk van het Ag-gehalte ligt het smeltpunt van Ag-Pd tussen 961 °C en 1552°C. De uitvinding maakt het gebruik van Ag-Pd met een aanzienlijk Ag-gehalte als elektrodemetaal mogelijk.Figure 3 shows the phase diagram of the Ag-Pd system. Depending on the Ag content, the melting point of Ag-Pd is between 961 ° C and 1552 ° C. The invention allows the use of Ag-Pd with a significant Ag content as the electrode metal.

5 Gebleken is, dat het elektrodemetaal zelfs geheel uit5 It has been found that the electrode metal is even completely out

Ag kan bestaan, en dus Pd-vrij kan zijn. Bij een net sukses gerealiseerde meerlaags- keramische condensator van het hiervoor genoemde type bevatte het elektrodemateriaal 50 gew.% Ag en 50 gew.% ZrO^.Ag can exist, so it can be PD-free. A newly successful multilayer ceramic capacitor of the aforementioned type contained the electrode material 50 wt% Ag and 50 wt% ZrO 2.

De druksintertenperatuur had 1115°C bedragen, de druk ongeveer 500 bar jg en de druksintertijd 5 minuten. Het verrassende hiervan is, dat bij deze werkwijze de toegepaste druksintertemperatuur (1115°C) aanzienlijk ligt boven het smeltpunt van het als elektrodemetaal gebruikte Ag (961°C). Men zou kunnen verwachten dat onder die omstandigheden het elektrodemetaal in het keramische materiaal van de diëlektrische lagen 15 wordt geperst, doch dit blijkt niet het geval te zijn. Het zou meer voor de hand liggen cm druks interterrperaturen aan te leggen die onder het smeltpunt van het elektrodemetaal, in het geval van Ag dus onder 961°C, blijven. Bij de bij de onderhavige werkwijze toegepaste druk-kan wordt het keramische materiaal dan echter niet voldoende dicht.The pressure sintering temperature had been 1115 ° C, the pressure about 500 bar / g and the pressure sintering time 5 minutes. The surprising thing about this is that in this method the applied pressure sintering temperature (1115 ° C) is considerably above the melting point of the Ag (961 ° C) used as the electrode metal. It would be expected that under these conditions the electrode metal is pressed into the ceramic material of the dielectric layers 15, but this does not appear to be the case. It would be more obvious to apply pressurized inter-temperatures that remain below the melting point of the electrode metal, thus below 961 ° C in the case of Ag. However, at the pressure pitch used in the present process, the ceramic material does not become sufficiently dense.

20 Resumerend kan gesteld worden dat de uitvinding de vervaar diging mogelijk maakt van meerlaags- keramische condensatoren met diëlektrische lagen met een dikte van hoogstens 20 ^um die praktisch poriënvrij zijn (dichtheid 99%).In summary, it can be stated that the invention enables the manufacture of multilayer ceramic capacitors with dielectric layers with a thickness of at most 20 µm, which are practically pore-free (density 99%).

25 30 35 840186525 30 35 8401865

Claims

1. Multilayer capacitor composed of alternating layers of a dielectric oxidic ceramic material and an electrode material, forming a compact unit by virtue of the application of temperature and pressure, characterized in that the capacitor forms a unit by heat treatment while simultaneously applying pressure in a direction transverse to the plane of the layers, and having layers of electrode material consisting of a mixture of 10 to 60% by volume metal of high conductivity and from 40 to 93% by volume particles of a ceramic material with a sintering temperature above the sintering temperature of the oxidic ceramic material of the dielectric layers.

2. Multilayer capacitor according to claim 1, characterized in that the electrode material as ceramic material contains an inert oxide.

Multilayer capacitor according to claim 2, characterized in that the ceramic material of the electrode layers consists of ZrO 2.

Multilayer capacitor according to claim 1, characterized in that the electrode material as metal contains a precious metal.

Multilayer capacitor according to claim 4, characterized in that the precious metal consists of an Ag-Pd alloy.

Multilayer capacitor according to claim 5, characterized in that the Ag-Pd alloy contains at least 30 at% Ag.

Multilayer capacitor according to claim 4, characterized in that the precious metal consists of Ag.

Multilayer capacitor according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the oxidic ceramic material of the dielectric layers consists of barium titanate.

Multilayer capacitor according to one of the preceding claims, characterized in that the layers of dielectric, oxidic, ceramic material have a thickness of at most 20 µm and a density of at least 99%. 35 8401865