一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法，包括：在芯片电容器上加载恒定电压；在退火炉中升温到预设温度，保持预设时间；将所述芯片电容器置入液氮中冷却1～3分钟；然后将所述芯片电容器取出，在空气中自然升至室温。该方法利用STO芯片电容器绝缘电阻值随负载电压大小及时间不断增加的特点，在加载电压条件下，对芯片电容进行快速热处理。该方法简单易行，在不改变电容器电容值、损耗和电容温度系数的情况下，大幅提高了STO瓷片的绝缘电阻值和一致性，且在去掉外加电压和热条件后，STO芯片电容器绝缘电阻值不会随时间衰减。

A Method for Improving the Insulation Resistance of Chip Capacitors

【技术实现步骤摘要】
一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法
本专利技术涉及电子信息功能材料及器件领域，特别涉及一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法。
技术介绍
芯片电容器，又称单层片式电容器，由美国DLI和MDI公司于70年代专利技术，由于具有尺寸小、介电常数大、应用温度范围宽(﹣55℃～125℃)、电容温度稳定性高(≤±4.7％～≤±22％)和频率特性好等优点，在微波集成技术和微波电路中有广泛的应用。据统计，2017年全球微波元器件市场规模超过180亿美元，其中芯片电容器约占25％的市场份额。芯片电容器(单层片式晶界层电容器)一般用SrTiO3(STO)或电子掺杂的STO作为母相，经一步法或二步法制成。一步法就是STO的半导化和绝缘化过程连续进行，瓷片一次性烧成。二步法就是STO先在还原性气氛中烧结成半导化瓷片，然后再在瓷片上涂敷含有受主离子的一种或多种金属氧化物作为氧化剂，在空气或氧化性气氛中进行高温热扩散处理得到绝缘化的STO瓷片。目前市场上单层片式半导体陶瓷材料的生产厂家，国际上主要有AVX、JOHANSON、DLI、ATC、PRESIDIOCOM-PENONT、TECDIA等厂家，国内生产单位主要有广州可纳瑞电子科技有限公司、广州金陶电子有限公司和电子科技大学。对于相同尺寸的STO芯片电容器，国内产品在电容、损耗、电容温度变化率和使用频率等诸多性能参数与国际先进产品相差不大，但绝缘电阻和耐压值与国外产品相差很大，一般在数倍(2～5倍)以上。STO芯片电容器性能参数主要包括介电常数、损耗、电容温度系数、绝缘电阻值。其中绝缘电阻值越高，电容器耐压值则越大，器件越不容易损坏，稳定性越好，因此提高STO芯片电容的绝缘电阻值和耐压值具有重要意义。STO芯片电容的绝缘电阻取决于晶界层的绝缘化程度和受主离子的浓度和分布。由于晶界层薄(10nm–50nm),STO绝缘化时，绝缘介质(一般为金属氧化物)和受主离子的扩散难于精确控制，瓷片的绝缘电阻值的大小和一致性很难得到保证。目前国内市场的STOIII类瓷，尺寸为1mm(长)*1mm(宽)，厚0.25mm，电容值为1500pF，加载电压为50V时，绝缘电阻值一般在1G–20GΩ，耐压值小于100V。STO晶界层电容器的电容与绝缘电阻之间存在反比关系，即电容器的绝缘电阻增加则电容减小，因此高介电常数STO芯片电容器的绝缘电阻和耐压值比较低，这是目前STOIII类瓷存在的主要问题。STO芯片电容器的绝缘电阻值取决于晶界层的电阻，该电阻包含二个方面，一是由晶界层中玻璃化物质产生的欧姆型电阻，再就是晶界层中受主离子与N型导电的STO晶粒之间的空间电荷层产生的势垒电阻。理论上，晶界处的空间电荷层越厚，芯片电容的绝缘电阻值越大，但同时因空间电荷层增加，电容器的电容会迅速减小，所以在实际中往往以牺牲电容器的电容值来获得绝缘电阻和耐压值的增加。另一方面，晶界层的受主离子和玻璃化(或绝缘化)物质通过热扩散方式进入晶界，但该过程在技术上极难精确控制，因此在实际产品上，电容器的绝缘电阻值往往差别较大，一致性较差，影响了产品使用的稳定性。综上，在不降低STO芯片电容器电容的条件下增加其绝缘电阻值和一致性上，目前还没有有效的办法，该问题还亟待解决。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法。本专利技术实施例提供一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法，包括以下步骤：步骤(1)，在芯片电容器上加载恒定电压并加热至预设温度，保持预设时间；步骤(2)，经步骤(1)后将所述芯片电容器置入液氮中冷却1～3min；步骤(3)，然后将所述芯片电容器从液氮中取出，在空气中自然升至室温。在一个实施例中，所述步骤(1)中，所述恒定电压为50V直流电压。在一个实施例中，所述步骤(1)中，所述加热为以40～60℃/min的升温速率升温至180～220℃。在一个实施例中，所述芯片电容器由以下步骤制备：a、以SrCO3和TiO2为主料，加入消泡剂和分散剂混合均匀，粉碎后得到流延浆料；再经干燥、叠片和热压后得到基片生坯；b、基片半导化：将所述基片生坯在空气中550～650℃下进行排胶处理，排胶后的基片在N2/H2还原气氛中，烧结后得到半导化STO基片；c、基片绝缘化：将氧化剂浆料均匀涂满所述半导化STO基片表面，再将涂好氧化剂浆料的基片保温2.5h后降至室温；d、印刷电极：采用丝网印刷工艺将步骤(3)绝缘化基片两面均匀印上银浆，在550～650℃下保温进行烧银，得到样品；e、切片：将烧制好银电极，将上一步骤的样品切片处理，得到待处理和待测STO芯片电容器。在一个实施例中，所述步骤a中，主料与消泡剂的重量比为100：1；主料与分散剂的重量比为100：1。在一个实施例中，所述步骤a中，粉碎使用行星式球磨机球磨16h后得到流延浆料。在一个实施例中，步骤a中所述流延、干燥、叠片和热压处理过程中的压力为100MP。在一个实施例中，步骤b中，所述烧结的操作为：将所述排胶后的基片在N2/H2还原气氛中，温度为1300℃烧结2h后得到半导化STO基片。在一个实施例中，所述步骤c中，所述氧化剂浆料由Pb3O4，Bi2O3，CuO，B2O3，以30％：35％：25％：10％的重量比混合后得到。在一个实施例中，步骤c中所述保温的操作为：将涂好氧化剂的基片在1000～1100℃保温2.5h后降温，经过0.5h降至900℃，再自然降至室温。本专利技术实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：本专利技术实施例提供的一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法，利用STO芯片电容器绝缘电阻值随负载电压大小及时间不断增加的特点，在加载电压条件下，对芯片电容进行快速热处理。该方法简单易行，在不改变电容器电容值、损耗和电容温度系数的情况下，大幅提高了STO瓷片的绝缘电阻值和一致性，且在去掉外加电压和热条件后，STO芯片电容器绝缘电阻值不会随时间衰减。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的提高芯片电容器绝缘电阻值的方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的STO芯片电容器绝缘电阻在负载电压下随时间的变化曲线图；图3为STO芯片电容器处理前、后绝缘电阻随测量时间的变化曲线图；图4为STO芯片电容器处理前、后绝缘电阻值的比较曲线图；图5为STO芯片电容器处理前、后损耗的比较曲线图；图6为STO芯片电容器处理前、后电容的比较曲线图。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。本专利技术实施例提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，在芯片电容器上加载恒定电压并加热至预设温度，保持预设时间；步骤(2)，经步骤(1)后将所述芯片电容器置入液氮中冷却1～3min；步骤(3)，然后将所述芯片电容器从液氮中取出，在空气中自然升至室温。

【技术特征摘要】
1.一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，在芯片电容器上加载恒定电压并加热至预设温度，保持预设时间；步骤(2)，经步骤(1)后将所述芯片电容器置入液氮中冷却1～3min；步骤(3)，然后将所述芯片电容器从液氮中取出，在空气中自然升至室温。2.如权利要求1所述的一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述恒定电压为50V直流电压。3.如权利要求1所述的一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述加热为以40～60℃/min的升温速率升温至180～220℃。4.如权利要求1所述的一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法，其特征在于，所述芯片电容器由以下步骤制备：a、以SrCO3和TiO2为主料，加入消泡剂和分散剂混合均匀，粉碎后得到流延浆料；再经干燥、叠片和热压后得到基片生坯；b、基片半导化：将所述基片生坯在空气中550～650℃下进行排胶处理，排胶后的基片在N2/H2还原气氛中，烧结后得到半导化STO基片；c、基片绝缘化：将氧化剂浆料均匀涂满所述半导化STO基片表面，再将涂好氧化剂浆料的基片保温2.5h后降至室温；d、印刷电极：采用丝网印刷工艺将步骤(3)绝缘化基片两面均匀印上银浆，在550～650℃下保温...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨昌平，李慧娟，张木森，梁世恒，王瑞龙，徐玲芳，肖海波，
申请(专利权)人：湖北大学，南京铱方巨人新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42