Mg‑Zn‑Ti基射频多层陶瓷电容器用介质材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种Mg‑Zn‑Ti基射频多层陶瓷电容器用介质材料及其制备方法，包括MgO‑ZnO‑TiO

Preparation method for dielectric material and method of Mg Zn Ti based RF multilayer ceramic capacitor

The invention provides a Mg Zn Ti based RF multilayer ceramic capacitor dielectric material and method of preparing the same, including MgO ZnO TiO

【技术实现步骤摘要】
Mg-Zn-Ti基射频多层陶瓷电容器用介质材料及其制备方法
本专利技术属于片式多层陶瓷电容器(MLCC)材料
，涉及射频多层陶瓷电容器材料及其制备方法，特别是一种Mg-Zn-Ti基满足M7G温度特性的射频多层陶瓷电容器用介质材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，微电子器件和集成器件的快速发展对电子设备小型化、轻量化提出了高要求，多层陶瓷电容器(Multi-layerCeramicCapacitors，简称MLCC)因具有体积小、电容量大、高频使用时损失率低、适合大量生产、价格低廉及稳定性高等特性，在一切讲求轻、薄、短、小产品化的发展趋势及表面黏著技术(SMT)应用日益普及下，发展空间巨大。MLCC作为基础电子元器件,在信息、军工、移动通讯、电子电器、航空、石油勘探等行业得到广泛应用。其技术质量水平的高低对于一个国家的电子信息产业的制造水平有着重大影响。为了增加小体积元件中的电荷容量，在一个元件中，介质材料与电极夹层化和多层化的设计得到普及。MLCC有内电极、外电极和陶瓷介质三部分组成。内电极(如Ag、Pd/Ag、Ni或者Cu等)和陶瓷介质(如(Sr，Ba)TiO3)相互平行叠加构成MLCC的主体部分，端电极一般是三层结构，最内层是银或银-钯，起链接并引出内电极的作用。中间是阻挡层(镍或铜),防止银层在焊接时被熔融的焊锡腐蚀,最外层是焊接层(锡-铅合金),保证MLCC有良好的焊接性能。多层陶瓷电容的分类方法很多，在实际的工业应用和科学研究时往往根据多层陶瓷电容器内使用的介质材料的介电常数温度系数(TemperatureCoefficient，TC性能或τε)来对它进行分类居多。根据EIA(美国电子工业协会)RS-198标准，陶瓷介质按温度稳定性通常分成三类。Ⅰ类陶瓷有高温度稳定性和低损耗，适用于谐振回路。Ⅱ类陶瓷容积效率高，但稳定性及准确度较差，适用于缓冲、解耦及旁路电路。Ⅲ类陶瓷其容积效率更高，但其稳定性及准确度更差。其中因为Ⅰ类陶瓷电容器的高稳定性及低损耗，在射频及微波通信的应用中最为广泛。Ⅰ类陶瓷电容器介质采用非铁电(顺电)配方，以TiO2为主要成分(介电常数小于150)，因此具有最稳定的性能；或者通过添加少量其他(铁电体)氧化物，如CaTiO3或SrTiO3，构成“扩展型”温度补偿陶瓷，则可表现出近似线性的温度系数。Ⅰ类陶瓷电容器根据介质种类的不同又细分为多种温度特性，其中一种典型的电容器电性能最稳定，几乎不随温度、电压和时间的变化而变化，主要应用于低损耗、高稳定性的高频谐振回路中，根据EIARS-198标准，该类介质材料命名为C0G，在温度范围内具有零温度漂移和±30ppm/℃的容差，表示为0±30ppm/℃(-55℃～+85℃)，该类瓷介电容器广泛用于谐振、滤波器耦合、高频放大器、低噪声电路等，作为最常见的Ⅰ类陶瓷电容器；另一种典型材料的电容量随温度变化而变化，主要适用于低损耗的温度补偿型电路中，根据EIARS-198标准，M7G温度特性陶瓷电容器在温度范围内具有100ppm/℃的温度漂移和±30ppm/℃的容差，表示为100±30ppm/℃(-55℃～+85℃)，该类瓷介电容器广泛用于微波相控阵雷达T/R组件、射频功率放大器、天线调谐、发射机等线路中起耦合、调谐、阻抗匹配旁路、滤波、隔直流等作用。美军标MIL-PRF-55681将I类陶瓷的使用温度范围从+85℃提高到+125℃，在此温度范围内介电常数变化容忍的范围不变，此时按EIA命名规则的C0G(TC性能0±30ppm/℃(-55℃～+85℃))在MIL标准中命名为NP0(TC性能0±30ppm/℃(-55℃～+125℃))，按EIA命名规则的M7G(TC性能100±30ppm/℃(-55℃～+85℃))在MIL标准中命名为P100(TC性能100±30ppm/℃(-55℃～+125℃))，其温度稳定性不变而使用温度范围有所扩展以满足军事应用需求。随着电子电路朝着低损耗和高频方向发展，高频低损耗的MLCC需求逐年增加。高频陶瓷介质材料是用来制造温度补偿型固定电容器的陶瓷电介质材料，由于含钛陶瓷中本身由于电子、离子式极化所引起的损耗很小，碱土金属和稀土金属钛酸盐为基础的固溶体是高频低损耗陶瓷介质材料的主要典型材料。国内外已被研究应用的MLCC用介质材料主要有：BaO-TiO2系统、CaO系统和MgO-TiO2系统陶瓷材料。BaO-TiO2系统形成的BaTiO3系陶瓷是Ⅱ类陶瓷的典型代表，主要用在低频，是最早商业化的MLCC介电材料。BaTiO3体系具有较高的介电常数，在生产和应用中都不会对环境产生污染，制得的陶瓷介电性能稳定，是最适宜于制备大容量MLCC的环保材料。但是，BaTiO3居里温度比较低(约为130℃)这就决定了其工作温区比较窄，限制了其应用范围。BaO-TiO2系统也可以形成BaTi4O9系陶瓷和Ba2Ti9O20陶瓷，都属于Ⅰ类陶瓷范畴，但其在射频频率下损耗较大，不利于实际应用。CaO系统中的CaZrO3、Ca(Li1/3Nb2/3)O3-δ等材料也被广泛研究，可以作为Ⅰ类陶瓷进行应用。CaZrO3的烧结温度较高，不利于实际应用；Ca(Li1/3Nb2/3)O3-δ系微波MLCC用介质材料烧结温度虽然低(约1150℃)，且介电性能优良，但其烧结气氛要求在低氧分压下，对实际制造条件较为苛刻。MgO-TiO2系统陶瓷材料是Ⅰ类陶瓷的典型代表，可以良好应用与射频频率。MgO-TiO2二元系统中，存在三种化合物：正钛酸镁(2MgO·TiO2)，偏钛酸镁(MgO·TiO2)和二钛酸镁(MgO·2TiO2)。其中MgTiO3(偏钛酸镁)材料由于其优异的介电性能(εr～17，高频下tanδ＝0.4×10-4)、低损耗、稳定电容温度系数且制备工艺简单而备受研究学者的青睐。《材料科学杂志》(JournalofMaterialsScience)1993年的文章《MgTiO3基陶瓷在109～1014Hz频率范围内的介电谱》(DielectricspectroscopyofMgTiO3-basedceramicsinthe109–1014Hzregion)就报道了MgTiO3在109Hz～1014Hz频段范围内，MgTiO3呈现出极低的介质损耗，特别是在8GHz频率下介质损耗小于0.5×10-4，是射频通信中非常有潜力的低损耗材料。但是由于其烧结温度高，在1400℃以上，而且烧结范围窄(5-10℃)，不适合应用于工业生产中。因此有许多对MgTiO3系介质材料进行改性的研究。《硅酸盐学报》2005年的文章《添加剂对MgTiO3陶瓷性能的影响》指出，合适的添加剂能够使MgTiO3陶瓷在1240～1300℃之间烧结；添加质量分数为3％的H3BO3,V2O5或1％的CaO-SiO2-B2O3玻璃料的MgTiO3陶瓷的介电常数分别为20.8，17.5和19.8，在5～20MHz下，介电损耗低，多为10-4数量级；在10kHz下，介电常数的温度系数在-66ppm/℃左右，但其烧结温度偏高且具有负温度系数。《压电与声光》2007年的文章《BiVO4对MgTiO3陶瓷烧结及介电性能的影响》报道了BiVO4能有效促使MgTiO3陶瓷烧结温度从14本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Mg‑Zn‑Ti基射频多层陶瓷电容器用介质材料，其特征在于：包括MgO‑ZnO‑TiO

【技术特征摘要】
1.一种Mg-Zn-Ti基射频多层陶瓷电容器用介质材料，其特征在于：包括MgO-ZnO-TiO2主料、第一添加剂、第二添加剂，其中：所述MgO-ZnO-TiO2主料中MgO:ZnO:TiO2的摩尔比为1:(0.3～0.5):1.4；所述第一添加剂为复合氧化物：aA+bB+cC，其中A代表碱金属氧化物，B代表过渡金属氧化物，C代表非金属氧化物；a、b、c是系数，a+b+c＝1，0.25≤a≤0.35，0.05≤b≤0.15，0.5≤c≤0.7；第一添加剂的质量百分比含量为MgO-ZnO-TiO2主料的3wt％～11wt％；所述第二添加剂为Nd2O3，质量百分比含量为MgO-ZnO-TiO2主料的0.1wt％～1.0wt％。2.根据权利要求1所述的Mg-Zn-Ti基射频多层陶瓷电容器用介质材料，其特征在于：所述第一添加剂中碱金属氧化物A为BaO及CaO的混合物，其中BaO:CaO的摩尔比为1:(0.6～0.9)。3.根据权利要求1所述的Mg-Zn-Ti基射频多层陶瓷电容器用介质材料，其特征在于：所述第一添加剂中过渡金属氧化物为Nb2O5及TiO2的混合物，其中Nb2O5:TiO2的摩尔比为1:(2～3.5)。4.根据权利要求1所述的Mg-Zn-Ti基射频多层陶瓷电容器用介质材料，其特征在于：所述第一添加剂中非金属氧化物为B2O3及SiO2的混合物，其中B2O3:SiO2的摩尔比为1:(0.1～0.3)。5.根据权利要求1所述的Mg-Zn-Ti基射频多层陶瓷电容器用介质材料，其特征在于：所述介质材料主晶相为MgTiO3相。6.根据权利要求1所述的Mg-Zn-Ti基射频多层陶瓷电容器用介质材料，其特征在于：所述介质材料的介电常数为21±1.5，介质损耗tanδ在1.9×10-4～2.9×10-4之间，介电常数温度系数τε控制在100±20ppm/℃范围内。7.根据权利要求1至6任意一项所述的Mg-Zn-Ti基射频多层陶瓷电容器用介质材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：MgO-ZnO-...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐斌，张星，方梓烜，钟朝位，张树人，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51