中温烧结微波MLCC陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种中温烧结微波MLCC陶瓷材料及制备方法，包括BaO‑Nd

Microwave MLCC ceramic materials sintered at medium temperature and its preparation

The invention provides a medium temperature sintered microwave MLCC ceramic material and a preparation method thereof, including Bao \u2011 nd

【技术实现步骤摘要】
中温烧结微波MLCC陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于材料
，涉及微波MLCC陶瓷材料及其制备方法，主要针对的是一种能与Pd-Ag浆料共烧的微波MLCC陶瓷材料及其制备方法。
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。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℃))，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。BaO-TiO2系微波介质陶瓷是最早开发并应用的微波介质材料之一，早在1975年以BaTi4O9主晶相材料制作的介质谐振器就被应用到了实际微波元器件中，后来随着微波介质陶瓷材料的研究在全球范围内被予以重视和广泛开展，越来越多的微波介电性能更加优异的新材料体系被发现和应用，使得这个相对古老的陶瓷体系逐渐被忽略。然而近年来考虑到成本和工艺控制等诸多因素，特别是2000年以来发现了综合性能优异的BaO-Nd2O3-TiO2新体系，由于BaO-Nd2O3-TiO2系介质陶瓷有较高的介电常数、较高的品质因素以及较低的频率温度系数而被广泛应用于各种军工武器装备以及民用电子设备中。目前高容量的高频MLCC主要采用BNT系陶瓷作为介质层材料，与Ag-Pd电极一起共烧。鉴于含有BaO、TiO2、Nd2O3三种氧化物的微波介质陶瓷体系简单、原材料价格十分便宜，并在整个微波频段都可以应用，BaO-TiO2以及BaO-Nd2O3-TiO2基微波介质陶瓷重新进入人们的研究和应用视野，这其中包括该体系的中温烧结研究。对BaO-TiO2以及BaO-Nd2O3-TiO2基微波介质陶瓷的中温烧结研究始于2000年左右，一般而言，BaO-TiO2体系陶瓷的烧结温度在1300℃左右，BaO-Nd2O3-TiO2体系陶瓷的烧结温度更是在1300℃以上，其中温烧结主要采用添加液相烧结助剂的途径实现。对于BaO-Nd2O3-TiO2陶瓷的结构，1984年，Matveeva在研究Ba3.75Pr9.5Ti18O54的基础上，第一次提出了这种化合物的晶体结构模型，即类钙钛矿钨青铜矿结构。在这种结构中，钛氧八面体共顶点相连，其间形成三种空位，分别为五边形、四边形和三角形。Matveeva认为，五边形位置的配位数为15，四边形位置的配位数为12，三角形位置的配位数为9。已经有很多的科研工作者进行了对于BaO-Nd2O3-TiO2基微波介质陶瓷降烧的研究工作，如《JournalofElectronicMaterials》2013年的文章《添加Li-B-Si对Ba-Nd-Ti陶瓷烧结和微波介电性能的影响》(InfluenceofLi-B-SiAdditionsontheSinteringandMicrowaveDielectricPropertiesofBa-Nd-TiCeramics)中报道了添加3wt％-4wt％Li-B-Si玻璃可以降低Ba4Nd9.3Ti18O54陶瓷的烧结温度至975-950℃，但损耗较大，Q×f＝4943。《电子元器件与材料》2009年发表的文章《添加MgLiSi玻璃对BNT陶瓷介电性能的影响》中报道了在BNT瓷料中添加适量的MgLiSi玻璃，可以使BNT陶瓷的烧结温度从1250℃以上降低到1150℃。当w≤4％时，随着MgLiSi玻璃添加量的增加，陶瓷样品的微观形貌发生明显的变化，BNT陶瓷棒状晶粒的长度增加，出现LNT晶相并且逐渐增加，εr和击穿场强逐渐增加，tanδ变化不大；w＞4％时，随MgLiSi玻璃添加量的增加，晶粒不再生长，陶瓷样品致密度下降，甚至出现了残余的玻璃相，同时εr和击穿场强降低，tanδ增大。当w＝4％时，可获得最佳的介电性能：εr＝95，tanδ＝5×10–4，击穿场强为16.7×103V/mm。目前使用的中温烧结微波介质陶瓷材料都在尽力追求其高介电常数、低损耗和近零电容温度系数特征，从材料介电常数系列化以及减小电子元器件尺寸方面来说，当前需要开发一种原材料成本低、工艺重复性好同时满足低损耗特性，并能够与Ag-Pd电极材料实现中温共烧的具有中高介电常数的陶瓷材料，以满足微波通信行业的应用需求。此次专利技术的目的是为了用来克服以往高介中烧烧微波介质材料损耗大和介电温度系数不易调零的缺陷，通过往BaO-Nd2O3-TiO2主料中掺入第一、第二、第三添加剂来作为改性剂，在显著降低烧结温度的同时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中温烧结微波MLCC陶瓷材料，其特征在于：包括BaO-Nd

【技术特征摘要】
1.一种中温烧结微波MLCC陶瓷材料，其特征在于：包括BaO-Nd2O3-TiO2主料、第一添加剂、第二添加剂和第三添加剂，其中：
第一添加剂，化学式为NdAlO3；
第二添加剂，其成分为包含以下元素的复合氧化物，以下式表示：
aA+bB+cC
其中，
A代表BaO；
B代表ZnO和Al2O3，两者的质量比为1:1；
C代表B2O3；
其中，a、b、c是系数，以第二添加剂的总重量的百分比计，70wt％≤a≤75wt％，10wt％≤b≤15wt％，8wt％≤c≤12wt％；
第三添加剂为MnO2或CuO或Co2O3；
BaO-Nd2O3-TiO2主料中BaO:Nd2O3:TiO2摩尔比为1:(1～1.2):4；
以主料为基准，第一添加剂NdAlO3的百分含量为主料的7wt％～13wt％，第二添加剂的复合氧化物的百分含量为主料的0.1wt％～1.0wt％，第三添加剂的百分含量为主料的0.1wt％～0.5wt％。


2.如权利要求1所述的中温烧结微波MLCC陶瓷材料，其特征在于：配方中BaO-Nd2O3-TiO2主料的主晶相为BaNd2Ti4O12。


3.如权利要求1或2所述的中温烧结微波MLCC陶瓷材料，其特征在于：BaO-Nd2O3-TiO2主料通过如下制备方法得到：
a1)选择BaCO3、Nd2O3和TiO2作为原料，按照主料摩尔比进行备料，将备料以去离子水为介质进行一次球磨，并于80-100℃烘干并过60目筛；
a2)烘干并过60目筛后的一次球磨料，在1100℃～1150℃温度条件下预烧3～5小时，得到BaO-Nd2O3-TiO2主料。


4.如权利要求1或2所述的中温烧结微波MLCC陶瓷材料，其特征在于：第一添加剂NdAlO3通过如下制备方法得到：
b1)选择Nd2O3和Al2O3作为原料，按Nd2O3:Al2O3＝1:1摩尔比进行备料，将备料以去离子水为介质进行球磨，并于80-100℃下烘干并过60目筛；
b2)烘干并过60目筛后的球磨料，在1200℃～1250℃温度条件下预烧2～3小时，得到第一添加剂NdAlO3粉末。


5.如权利要求1或2所述的中温烧结微波MLCC陶瓷材料，其特征在于：第二添加剂复合氧化物通过如下制备方法得到：
c1)选择Ba(OH)2·...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐斌，刘帅，张星，袁颖，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