專利名稱：一種多層片式陶瓷電容器介質(zhì)材料及其電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與銅內(nèi)電極匹配的多層片式陶瓷電容器介質(zhì)材料及其電容器制備方法。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是整機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如以手機(jī)、通訊、平板顯示、汽車電子、電源照明等為代表的新型電子產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，給電容器發(fā)展帶來了良好的發(fā)展機(jī)遇。多層片式陶瓷電容器，簡(jiǎn)稱MLCC，更是迎合表面貼裝技術(shù)(SMD)的需要，保持著更高的發(fā)展速度。多層片式陶瓷電容器不斷向小型化、大容量、高壓、高溫、高頻等方向發(fā)展。在高頻方面，通訊行業(yè)不斷向3G、4G及更高頻率發(fā)展，它應(yīng)用在許多高頻應(yīng)用的電子設(shè)備中，如平板電視的高頻頭、3G手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接收器、RF射頻組件、微波震蕩器、功率放大器、發(fā)射基站等，使用頻率在300MHz以上，很多在3GHz及以上頻率使用，所以對(duì)高頻類MLCC在高頻率下的特性有著極為嚴(yán)格的要求?，F(xiàn)有高頻MLCC通常有銀-鈀內(nèi)電極和鎳電極兩種，而銀-鈀內(nèi)電極成本高，鎳電極只能滿足300MHz以下頻率要求。銅電極MLCC有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)(1)銅具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性；(2)銅電極成本低；(3)銅內(nèi)電極MLCC具有更小的等效串聯(lián)電阻和更好的高頻率下的阻抗頻率特性，能夠滿足300MHz以上頻率要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種多層片式陶瓷電容器介質(zhì)材料及其電容器，以能夠與銅電極匹配，具有良好的高頻高Q電性能。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種多層片式陶瓷電容器介質(zhì)材料，由主晶相、改性助劑和玻璃助劑組成，主晶相為 (CaxSr(1_x))m (TiyZr(1_y)) O3,其中 0. 6 彡 χ 彡 0. 8，0. 01 ^ y ^ 0. 1, 1. 000 彡 m 彡 1. 008，改性助劑為Bi2O3和MnCO3的一種或兩種，玻璃助劑為L(zhǎng)i20、B203、A1203、ZnO和SW2的一種或幾種。進(jìn)一步說明，按摩爾百分比計(jì)，主晶相為90 97m019i)，改性助劑為0. 5 5 mol%, 玻璃助劑為1. 0 8 moW。按摩爾百分比計(jì)，改性助劑在整個(gè)陶瓷介質(zhì)材料中的組成是Bi2O3 0. 3 3 mol%, MnCO3 0. 2 2 mol%。按摩爾百分比計(jì)，玻璃助劑在整個(gè)陶瓷介質(zhì)材料中的組成是Li2O 0. 3 2 mol%, B2O3 0. 2 1 mol%, Al2O3 0. 1 1 mol%, ZnO 0 1 mol%, SiO2O. 4 3 mol%。所述玻璃助劑是將Li20、B203> A1203、ZnO, SiO2各粉末測(cè)重量后，經(jīng)過烘干混合，再放入白金坩堝后1200 1350°C溫度在保持2小時(shí)，再把融化掉的液體放入冷水快速冷卻， 通過冷卻得到的玻璃，做一次氣流磨制得。
獲得的陶瓷介質(zhì)材料滿足COG特性要求，介電常數(shù)在25 35之間，能夠與銅內(nèi)電極匹配；所生產(chǎn)的MLCC容量小于IOPF在3GHz頻率下，測(cè)量的Q值大于150。上述陶瓷介質(zhì)材料中，改性助劑成分能夠有效抑制主晶相的晶粒的異常生長(zhǎng)，使晶粒生長(zhǎng)均勻，這對(duì)提高陶瓷介質(zhì)材料的耐壓強(qiáng)度和高溫高壓壽命起到很好的作用。改性助劑MnCO3能夠有效填充補(bǔ)償還原氣氛中氧空位，提升常溫和高溫條件下的絕緣電阻，同時(shí)保證高頻動(dòng)作特性。玻璃助劑的作用是有效降低本介質(zhì)陶瓷材料的燒結(jié)溫度，使材料在950 1000°C 溫度下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)后的陶瓷晶粒生長(zhǎng)均勻，保證MLCC的高可靠性能。Li20、B203、Al203、 ZnO, SiO2的一種或幾種組成的玻璃助劑，最關(guān)鍵要控制玻璃組分的均勻混合和均勻粒徑， 有效促進(jìn)陶瓷材料的燒結(jié)，在主晶相晶界處形成一定數(shù)量液相，保證晶粒生長(zhǎng)均勻，同時(shí)玻璃液相組分均勻，極大降低與主晶相包裹的應(yīng)力，使介質(zhì)層更加致密。在燒結(jié)溫度為950 1000°C時(shí)，玻璃助劑的制作和組分非常關(guān)鍵。控制玻璃助劑中各組分含量和粒度，能更有效改善MLCC的相關(guān)特性要求。玻璃助劑含量低時(shí)，燒結(jié)溫度偏高，難于保證銅內(nèi)電極的不氧化和燒結(jié)困難；玻璃助劑含量高時(shí)，特別是SiO2含量高時(shí)，會(huì)使得MLCC瓷體強(qiáng)度降低，介質(zhì)損耗增大，高頻性能顯著下降。在本發(fā)明中，主晶相是將CaC03、SrCO3> TiO2, ZrO2通過砂磨均勻分散混合后，在 1150 1300°C溫度煅燒1. 5 3小時(shí)制得。主晶相選擇具有良好高頻性能復(fù)合物，具體較低的介質(zhì)損耗正切值和近乎線性的溫度變化特性，從主晶相保證了本發(fā)明介質(zhì)陶瓷材料制成MLCC產(chǎn)品具有優(yōu)越的高頻性能。采用上述介質(zhì)材料的多層片式陶瓷電容器，是經(jīng)過瓷漿制備、制作介質(zhì)膜片、印刷、疊層、壓合、切害U、倒角、排膠、燒結(jié)、端接燒端、電鍍工序制備而成，其中所述內(nèi)電極材料為銅金屬材料；所述的排膠工藝為450 600°C的惰性氣體排膠工藝；所述的燒結(jié)工藝是在900 1000°C和還原氣氛燒結(jié)2 3小時(shí)；所述的端電極材料為銅金屬材料，燒端溫度為700 800°C ；再通過電鍍鎳層和錫層，即制得MLCC產(chǎn)品。所述的MLCC產(chǎn)品的介電常數(shù)在25 35之間。采用上述方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益的技術(shù)效果本發(fā)明提供的在還原氣氛下燒結(jié)的(t^Sr^UTiyZry^體系具有抗還原性，為非鐵電性介質(zhì)陶瓷，平均粒度0. 4 0. 5um，可與銅電極形成良好匹配，解決了銅內(nèi)電極與陶瓷材料共燒的難題。改性助劑、玻璃助劑采用不含鉛等有害元素的氧化物添加到產(chǎn)品中，特別是玻璃助劑合理配方和制作工藝，使介質(zhì)陶瓷材料能在900 1000°C實(shí)現(xiàn)燒結(jié)，并有良好的高頻高Q電性能。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的主旨是采用(CASr^UTiyZrdjA作為主晶相，加入改性助劑、玻璃助劑，得到一種符合COG特性的介質(zhì)陶瓷材料，與銅電極匹配良好，高頻性能穩(wěn)定并優(yōu)越于鎳內(nèi)電極產(chǎn)品。在制作MLCC產(chǎn)品時(shí)，可實(shí)現(xiàn)在還原氣氛中900 1000°C溫度下燒結(jié)。下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳述，實(shí)施例中所提及的內(nèi)容并非對(duì)本發(fā)明的限定，材料配方選擇和制作工藝可因地制宜對(duì)結(jié)果并無實(shí)質(zhì)性影響。首先，簡(jiǎn)述本發(fā)明材料配方的基本方案一種與銅電極匹配的高頻介質(zhì)陶瓷
4材料，由主晶相、改性助劑、玻璃助劑組成，主晶相為(fexSra_x))m(TiyZra_y))03，其中 0. 6彡χ彡0. 8，0. 01彡y彡0. 1，1. 000彡m彡1. 008，改性助劑為Bi2O3^MnCO3的一種或幾種，玻璃助劑為L(zhǎng)i20、B203、Al203、ai0、SiA的一種或幾種。
實(shí)施例一種與銅電極匹配的高頻介質(zhì)陶瓷材料，選用純度為99. 5%以上的原材料，以(Ca 0.T5Sr0.25)LOO5(Ti0.05Zr0.95)O3 配比方式，選用 1. 0 摩爾的 CaC03、0. 25 摩爾的 SrCO3>0. 0663 摩爾的Ti02、l. 2603摩爾的^O2的混合比例，通過砂磨均勻分散混合后，在1250°C溫度煅燒 2. 5 小時(shí)，即制得(Ca0.75Sr0.25) L 005 (Tia05Zra95)O3 主晶相材料。所述的玻璃助劑是將Li20、B203、Al203、ai0、SiA的各測(cè)粉末重量后，各自通過砂磨得到需要的粒徑。特別是B2O3由于本身處于大小2mm玻璃形態(tài)，很難進(jìn)行粉碎。然后經(jīng)過烘干混合，再放入白金坩堝后1200 1350°C溫度在保持》ir，再把融化掉的液體放入冷水快速冷卻。通過冷卻得到的玻璃，做一次氣流磨制得。然后根據(jù)預(yù)定比例添加如表1所示的改性助劑和玻璃助劑。表1 主晶相、改性助劑、玻璃助劑配方組成
I 《！"!《‘ ι 纊 IO1gti_S《ii r/·》 Bl;Vi IliCOsL 1.0Β:0ιΜ· AltOvIi c κ·; ι 2η0SiO1 90:2.00 1.033.672. 1 0. 180. 140.842 91L 50 1.502.99L 840. 20a 160. 823 921.20 0.80!. 780.300. 241.024 1 931. CO 1..001.941.44α 330. 271.025 940. 90 α 601.751.300. 30α 24C. 916 95LOO 0.501.84L ￠30,090,07α 427 I 960. 50 1 α 50.4.:α 92α οα 080. 418 970 1,000.89α 590. 100. 080.34
按本領(lǐng)域技術(shù)人員常用介質(zhì)陶瓷材料生產(chǎn)工藝流程和上述工藝流程結(jié)合制作MLCC瓷料，在MLCC制作流程中，加入粘合劑和乙醇等溶劑，形成陶瓷漿料，通過涂布制作介質(zhì)膜片；在膜片上印刷銅內(nèi)電極漿料，按照設(shè)計(jì)要求交替錯(cuò)位疊層所需層數(shù)，進(jìn)行壓合和切割， 得到1608尺寸的生芯片；進(jìn)行倒角后進(jìn)行450 600°C溫度的惰性氣體排膠，去除溶劑和粘合劑；在900 100(TC和還原氣氛燒結(jié)2 3小時(shí)工藝燒結(jié)；再在芯片兩端沾上端銅電極，在700 800°C溫度燒端，是銅內(nèi)電極和同外電極有效連接；最后在端銅電極上電鍍鎳層和錫層，制得MLCC產(chǎn)品。該1608規(guī)格MLCC具有電性能穩(wěn)定高頻性能的特點(diǎn)，在室溫25 °C時(shí)，利用 Aligent4288容量表，在IMHz，1. OV (AC)條件下測(cè)試MLCC的容量；利用Aligent4339B 絕緣電阻表，施加125V (DC)額定電壓30秒，測(cè)試絕緣電阻；利用Al igent4287A，測(cè)試 300MHz, 1GHz, 3GHz 頻率下的 Q 值。表2 根據(jù)上述介質(zhì)陶瓷材料制得的MLCC產(chǎn)品性能參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種多層片式陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于由主晶相、改性助劑和玻璃助劑組成，主晶相為(C￡ixSra_x))m(TiyZr(1_y))03，其中 0. 6 ≤ χ ≤ 0. 8，0. 01 ≤ y ≤ 0. 1， 1. 000 ≤ m ≤ 1. 008，改性助劑為Bi2O3和MnCO3的一種或兩種，玻璃助劑為L(zhǎng)i20、&03、Al203、 ZnO和SW2的一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層片式陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于按摩爾百分比計(jì)，主晶相為90 9711101 改性助劑為0. 5 5 mol%,玻璃助劑為1. 0 8 moW。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層片式陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于按摩爾百分比計(jì)，改性助劑在整個(gè)陶瓷介質(zhì)材料中的組成是Bi2O3 0. 3 3 mol%, MnCO3 0. 2 2 mol%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層片式陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于按摩爾百分比計(jì)，玻璃助劑在整個(gè)陶瓷介質(zhì)材料中的組成是Li2O 0.3 2 mo 1%,B2O3 0. 2 1 md%， Al2O3 0. 1 1 mol%, ZnO 0 1 mol%, SiO2O. 4 3 mol%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層片式陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于所述主晶相是將(^0)3、5比03、1102、2102通過砂磨均勻攪拌混合后，在1150 1300°C溫度煅燒1. 5 3小時(shí)制得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層片式陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于所述玻璃助劑是將Li20、B2O3> A1203、ZnO, SiO2各粉末測(cè)重量后，經(jīng)過烘干混合，再放入白金坩堝后 1200 1350°C溫度在保持2小時(shí)，再把融化掉的液體放入冷水快速冷卻，通過冷卻得到的玻璃，做一次氣流磨制得。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多層片式陶瓷電容器介質(zhì)材料，其特征在于獲得的陶瓷介質(zhì)材料介電常數(shù)在25 35之間。
8.采用權(quán)利要求1所述一種多層片式陶瓷電容器介質(zhì)材料的多層片式陶瓷電容器，其特征在于是經(jīng)過瓷漿制備、制作介質(zhì)膜片、印刷、疊層、壓合、切害I]、倒角、排膠、燒結(jié)、端接燒端、電鍍工序制備而成；所述內(nèi)電極材料為銅金屬材料；所述的排膠工藝為450 600°C 的惰性氣體排膠工藝；所述的燒結(jié)工藝是在900 1000°C和還原氣氛燒結(jié)2 3小時(shí)；所述的端電極材料為銅金屬材料，燒端溫度為700 800°C ；再通過電鍍鎳層和錫層，即制得 MLCC產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多層片式陶瓷電容器介質(zhì)材料及其電容器，由主晶相、改性助劑和玻璃助劑組成，主晶相為(CaxSr(1-x))m(TiyZr(1-y))O3,其中0.6≤x≤0.8,0.01≤y≤0.1,1.000≤m≤1.008，改性助劑為Bi2O3和MnCO3的一種或兩種，玻璃助劑為L(zhǎng)i2O、B2O3、Al2O3、ZnO和SiO2的一種或幾種。用該材料制作多層片式陶瓷電容器時(shí)，可與銅電極匹配，具有良好的高頻高Q電性能。
文檔編號(hào)C04B35/49GK102249673SQ20111010411
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者李穩(wěn)根, 陳勇剛 申請(qǐng)人:東莞市福德電子有限公司