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与镍电极一起使用的COG介电组合物制造技术

技术编号:17569489 阅读:236 留言:0更新日期:2018-03-28 17:53
根据本发明专利技术制备了多层陶瓷片式电容器,其满足COG要求,并且与还原性气氛烧结条件相容,使得非贵金属例如镍及其镍合金可用于内电极和外电极。该电容器表现出令人期望的介电性能(高电容量、低耗散因数、高绝缘电阻)、在高加速寿命测试时的优异性能,以及非常好的抗介电击穿性。该介电层包含锆酸钡锶基质,其掺杂有各种组合的其他金属氧化物,例如TiO2、CaO、B2O3和MgO。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与镍电极一起使用的COG介电组合物专利技术背景1.专利
本专利技术涉及基于锆酸盐钛酸盐的介电组合物,并且更具体地涉及基于掺杂的钡-锶-锆酸盐的介电组合物,其可以用于形成具有由镍或镍合金形成的贱金属内电极的多层陶瓷片式电容器。2.相关领域的说明多层陶瓷片式电容器已经广泛用作小型化、高电容量和高可靠性的电子元件。随着对高性能电子器件的日益增长的需求,多层陶瓷片式电容器还面临对更小尺寸、更高电容量、更低成本和更高可靠性的市场需求。多层陶瓷片式电容器通常是通过形成内电极形成膏和介电层形成膏的交替层来制造的。这样的层通常是通过形成薄片(sheeting)、印刷或者类似技术,随后同时烧成来形成的。通常,内电极由导体(例如,钯、金、银或者前述金属的合金)形成。虽然钯、金和银是昂贵的,但是可以通过使用相对廉价的贱金属例如镍及其合金来部分地替代它们。“贱金属”是除了金、银、钯和铂之外的任何金属。如果在环境空气中烧成,则贱金属内电极会被氧化,因此必须在还原性气氛中共烧成介电层和内电极层。但是,在还原性气氛中烧成导致介电层被还原,这降低了电阻率。已经提出使用不可还原的介电材料的多层陶瓷片式电容器,但是,这种器件通常具有较短的绝缘阻抗(IR)寿命和低的可靠性。电子工业协会(EIA)规定了电容温度系数(TCC)的标准,称为COG特性。COG特性要求在-55℃到+125℃的温度范围内,电容的变化不大于每摄氏度30ppm(±30ppm/℃)。COG组件不表现出电容老化。
技术实现思路
本专利技术提供一种介电组合物,其可用于制造可与含有贱金属(例如镍或者镍合金)的内电极兼容的陶瓷多层电容器。电容器可以由本专利技术的介电组合物形成,从而在高加速寿命测试条件下表现出稳定的介电常数和小的介电损耗以及优异的可靠性。本专利技术的介电组合物包含均匀致密的晶粒微观结构,其平均直径为约0.5至约3微米。均匀致密的晶粒微观结构对于获得具有厚度小于5微米的介电层的高可靠性多层电容器是至关重要的。在一个实施方案中,本专利技术的可为膏形式的介电组合物在烧成之前包含钡、锶和锆的氧化物的混合物。可以加入诸如CaO和TiO2的氧化物以调节TCC值。因此,本专利技术的一个实施方案是一种包含前体混合物的组合物,其在烧成时形成了包含掺杂有少量钙和钛的钡-锶-锆酸盐基质的介电材料。少量表示3重量%以下。可以加入有助于烧结的氧化物,例如MgO和B2O3。一种包含前体混合物的组合物,其在烧成时形成了包含掺杂有少量钙和钛的钡-锶-锆酸盐基质的介电材料。一种包含前体混合物的组合物,其在烧成时形成了介电材料,该介电材料包含:约26.5重量%至约34.0重量%的BaO;约18.0重量%至约24.5重量%的SrO;约41.0重量%至约50.0重量%的ZrO2;约0.50重量%至约1.50重量%的CaO;和约0.70重量%至约2.50重量%的TiO2。在这个实施方案中,介电材料可以进一步包含这样的前体,使得在烧成时,介电材料进一步包含约0.10重量%至约1.0重量%的B2O3;和约0.31重量%至约1.47重量%的MgO。本专利技术的一个实施方案是一种形成电子元件的方法,其包括:将本文其他地方公开的任何介电膏、介电材料或者前体的任何混合物施加至基底上;和将基底在足以烧结介电膏、介电材料或者前体的任何混合物的温度下进行烧成。本专利技术的一个实施方案是一种多层陶瓷片式电容器,其包含交替层叠的以下层的烧成集合体:本文其他地方公开的任何介电膏、介电材料或者前体的任何混合物的层;和内电极材料的层,其包含除了Ag、Au、Pd或者Pt之外的过渡金属。本专利技术的一个实施方案是一种形成电子元件的方法,其包括将以下层交替施加至基底上以形成层叠体:本文其他地方公开的任何介电膏、介电材料或者前体的任何混合物,和含金属的电极膏;将层叠体切割成预定形状;将切割的层叠体与基底分离;和将层叠体进行烧成,以使电极膏中的金属致密化并使介电膏烧结,其中内电极层和介电层各自具有一定的层厚度。该方法可以进一步包括将含有导电金属的膏施加到介电层和电极层的端部,并进行烧成以形成多层电容器。导电金属优选是铜。本专利技术的一个实施方案是一种无铅无镉的介电膏,其包含固体部分,其中所述固体部分包含:约34.1重量%至约43.8重量%的BaCO3;约25.6重量%至约34.9重量%的SrCO3;约41.0重量%至约50.0重量%的ZrO2;约0.70重量%至约2.50重量%的TiO2;和约0.89重量%至约2.70重量%的CaCO3。本专利技术的一个实施方案是一种无铅无镉的介电膏,其包含固体部分,其中所述固体部分包含:约47.8重量%至约61.3重量%的BaZrO3;约1.6重量%至约5.7重量%的SrTiO3;约39.4重量%至约53.6重量%的SrZrO3;约1.2重量%至约3.6重量%的CaTiO3;和约1.6重量%至约4.8重量%的CaZrO3。本专利技术的一个实施方案是一种无铅无镉的介电膏,其包含固体部分,其中所述固体部分包含:约47.8重量%至约61.3重量%的BaZrO3;约39.4重量%至约53.6重量%的SrZrO3;约1.2重量%至约3.6重量%的CaTiO3;约0.1重量%至约2.14重量%的Mg(OH)2;和约0.1重量%至约1.78重量%的H3BO3。本专利技术的一个实施方案是一种无铅无镉的介电组合物,其包含:约47.8重量%至约61.3重量%的BaZrO3;约39.4重量%至约53.6重量%的SrZrO3;约1.2重量%至约3.6重量%的CaTiO3;约0.1重量%至约2.14重量%的Mg(OH)2;和约0.1重量%至约1.78重量%的H3BO3。本专利技术的另一个实施方案是一种包括含介电层的多层基片的电子元件,所述介电层包含掺杂有钛酸钙混合物和氧化镁-氧化硼混合物的锆酸钡锶混合物。在另一个实施方案中,本专利技术提供一种形成电子元件的方法,其包括将介电材料的颗粒施加到基底上,并将基底在足以烧结介电材料的温度下进行烧成,其中该介电材料在烧成前包含表1中的成分的混合物(重量百分比)。应理解,本文的每个数值(百分比、温度等)被认为是其前面有“约”。表1:介电组合物的氧化物配方BaOSrOZrO2CaOTiO2B2O3MgO重量%26.5-34.018.0-24.541.0-50.00.50-1.500.70-2.500.10-1.00.31-1.47另一路线是由碳酸钡、碳酸锶、氧化锆、二氧化钛和碳酸钙开始的。就此而言,表2的配方将产生与表1的配方所制备的大致相同的介电材料。表2:介电组合物的替代配方BaCO3SrCO3ZrO2TiO2CaCO3B2O3MgO重量%34.1-43.825.6-34.941.0-50.00.70-2.500.89-2.700.10-1.00.31-1.47还可以通过烧成一种或多种预反应的氧化物的混合物来制备组合物,所述预反应的氧化物为例如钛酸钡(BaTiO3)、锆酸钡(BaZrO3)、钛酸锶(SrTiO3)、锆酸锶(SrZrO3)、钛酸钙(CaTiO3)、锆酸钙(CaZrO3)。就此而言,表3的配方将产生与表1的配方所制备的大致相同的介电材料。表3:介电组合物的替代配方BaTiO3BaZrO3SrTiO3SrZrO3CaZrO3CaTiO3本文档来自技高网...
与镍电极一起使用的COG介电组合物

【技术保护点】
一种组合物,其包含前体混合物,并在烧成时形成了包含以下组分的介电材料:约26.5重量%至约34.0重量%的BaO;约18.0重量%至约24.5重量%的SrO;约41.0重量%至约50.0重量%的ZrO2;约0.50重量%至约1.50重量%的CaO;和约0.70重量%至约2.50重量%的TiO2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.23 US 62/195,8421.一种组合物,其包含前体混合物,并在烧成时形成了包含以下组分的介电材料:约26.5重量%至约34.0重量%的BaO;约18.0重量%至约24.5重量%的SrO;约41.0重量%至约50.0重量%的ZrO2;约0.50重量%至约1.50重量%的CaO;和约0.70重量%至约2.50重量%的TiO2。2.根据权利要求1所述的组合物,其进一步包含这样的前体,使得在烧成时,介电材料进一步包含:约0.01至约1.0重量%的B2O3;和约0.01至约1.47重量%的MgO。3.一种无铅无镉的介电膏,其包含固体部分,其中所述固体部分包含权利要求1的介电材料。4.根据权利要求3所述的无铅无镉的介电膏,其中所述固体部分进一步包含选自以下的至少一种:约0.01至约1.0重量%的B2O3;约0.01至约1.47重量%的MgO;约0.01至约1.78重量%的H3BO3;和约0.01至约2.14重量%的Mg(OH)2。5.一种形成电子元件的方法,其包括:将权利要求3或者权利要求4的介电膏施加至基底上;和将基底在足以烧结介电膏的温度下进行烧成。6.根据权利要求5所述的方法,其中烧成是在约1200℃至约1350℃的温度下进行的。7.一种多层陶瓷片式电容器,其包含交替层叠的以下层的烧成集合体:权利要求3或者权利要求4的介电膏的层;和内电极材料的层,其包含除了Ag、Au、Pd或者Pt之外的过渡金属。8.根据权利要求7所述的多层陶瓷片式电容器,其中内电极材料包含镍。9.一种形成电子元件的方法,其包括:将以下层交替施加至基底上以形成层叠体:权利要求3或者权利要求4的介电膏,以形成至少一种介电层,和含金属的电极膏,以形成至少一种内电极层;将层叠体切割成预定形状;将切割的层叠体与基底分离;和将层叠体进行烧成,以使电极膏中的金属致密化并使介电膏烧结,其中内电极层和介电层各自具有一定的层厚度。10.根据权利要求9所述的方法,其中烧成是在约1200℃至约1350℃的温度下进行的。11....

【专利技术属性】
技术研发人员:小沃尔特·J·赛姆斯穆罕默德·H·莫格赫希
申请(专利权)人:费罗公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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