本发明专利技术提供了一种可用于卑金属积层陶瓷电容器内的陶瓷介电材料，该陶瓷介电材料内含有金属微粒，在烧结时，这些金属微粒因具有较高的氧化活性，可当作氧的吸收器，以避免卑金属内电极被氧化，而且金属微粒在氧化后，可融入陶瓷介电材料中，所以该陶瓷介电材料具有极佳的抗还原能力，可与金属镍或金属铜的卑金属内电极在一般工业级氮气甚至在空气中一起进行共烧生产卑金属积层陶瓷电容器，不需要后续热处理。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供一种陶瓷介电材料，可应用于生产卑金属(Base-MetalElectrode，BME)积层陶瓷电容器中，该陶瓷介电材料含有金属微粒，在烧结陶瓷电容器时，这些金属微粒因具有较高的氧化活性，可当作氧的吸收器，以避免卑金属内电极被氧化，而且金属微粒在氧化后，可融入陶瓷介电材料中，因此该陶瓷介电材料具有极佳的抗还原能力，可与金属镍或金属铜的卑金属内电极在一般工业级氮气甚至在空气中一起进行共烧生产卑金属积层陶瓷电容器，不需要后续热处理。
技术介绍
陶瓷电容器普遍使用钛酸钡(BaTiO3)为主要材料，这是因钛酸钡的介电常数很高。近二十年，电子产品走向轻、薄、短小，因此陶瓷电容器也由单层转成积层陶瓷电容器(Multi-Layer Ceramic Capacitors，MLCC)，以增加体积效率，原来的积层陶瓷电容的内电极的材料为银靶合金，但是因金属钯的价格很高，且价格波动极大，故促成以卑金属为内电极的积层陶瓷电容器(Base-Metal Electrode-Multilayer Ceramic Capacitors，BME-MLCC)的开发。目前卑金属积陶瓷层电容器的卑金属内电极皆为金属镍，金属镍(Ni)在高温下，当氧分压高于10-9atm时，金属镍会氧化成氧化镍，而氧化镍不能导电，故卑金属积层电容需在还原气氛下或是低氧分压下(低于10-9atm)进行烧结，以确保内电极的金属镍不会氧化成氧化镍，遗憾的是在此还原气氛下或低氧分压环境下进行烧结会使钛酸钡半导化，半导化的钛酸钡会释放出自由电子，使得钛酸钡不再是绝缘体而成半导体，故不再能够做为电容器。从1980年已经开始进行卑金属积陶瓷层电容器的研发工作，持续的研发终于开发出抵抗还原的介电材料配方，这些配方中主要是在钛酸钡原料中额外添加了修饰剂，例如Mg、Ca(取代部分Ba格隙位置)，Zr(锆)(取代部分Ti格隙位置)，Mn(同时取代部分Ba格隙位置及部份Ti格隙位置)，同时也添加稀有金属氧化物如La2O3、Sm2O3、Dy2O3、Ho2O3、Y2O3、Er2O3、Yb2O3，在钛酸钡烧结时依其氧分压高低差异，其中La+3(镧)、Sm+3(钐)、Dy+3(镝)、Ho+3(钬)、Y+3(钇)、Er+3(铒)、Yb+3(镱)等离子可以取代钛酸钡中的Ba离子或Ti离子，但这些添加修饰剂的介电材料，在烧结后却存在过量的氧空缺(oxygen vacancy)，而使得陶瓷电容器的可靠度很差，即影响陶瓷电容器的寿命，对此问题，目前的解决方案为先在1300℃、氧分压为10-9atm的环境中进行烧结积层陶瓷电容器，再经由1000℃，氧分压为10-6atm的环境中持温数小时，以减少氧空缺，而达到提升可靠度的目的。综上说明，关于卑金属积陶瓷层电容器的工艺的演化中，首先，为了要克服卑金属内电极的高温氧化问题，陶瓷介电材料必须在还原气氛下或极低氧分压下(低于10-9atm)的环境中进行烧结，以避免内电极的卑金属被氧化而无法导电；然后，为了要克服在还原气氛下或极低氧分压下的环境中进行烧结陶瓷介电材料会产生半导化的问题，必须在陶瓷介电材料配方中额外添加烧结修饰剂，以避免降低陶瓷层电容器的陶瓷介电材料的绝缘性；最后，为了要克服陶瓷介电材料因额外添加烧结修饰剂所产生的氧空缺现象，卑金属积层陶瓷电容器的烧结工艺中必须增加一高氧分压的热处理过程，以提升卑金属积陶瓷层电容器的可靠度。前述的陶瓷介电配方及烧结工艺似已解决诸多卑金属内电极所衍生的问题，然而，仍有如下两点缺点有待克服1.介电陶瓷陶瓷材料需要额外添加多种作为烧结修饰剂的稀有金属氧化物，明显增加原料成本。2.烧结后的积层陶瓷电容器仍需后续的热处理，该程序需很长的热处理时间，显然会影响产能，增加生产成本，同时，该热处理程序必须依赖一精密气氛控制高温窑炉，此高温炉造价甚高(一条连续式气氛控制窑炉超过5000万台币)，结果使得工艺费用成本偏高，不易降低积层陶瓷电容器的产品成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新颖的陶瓷介电材料，其可与卑金属内电极在较高氧分压气氛下进行共烧结，免除了现有的卑金属积陶瓷层电容器工艺中关于积层(也可成为多层)陶瓷电容器烧结后的后续的热处理程序，使用本专利技术的陶瓷介电材料可以有效提升卑金属积层陶瓷电容器的产能，同时也可以免除对一昂贵的精密气氛控制高温窑炉的负担。本专利技术的目的还在于提供一种陶瓷介电材料的制备方法，借助该方法可以避免原料中的镍盐成份在工艺反应中成氧化镍而无法导电的缺陷。本专利技术的目的还在于提供一种卑金属积层陶瓷电容器，因其反应工艺中不须烧结后续热处理的过程，因此降低了生产成本。本专利技术提供了一种陶瓷介电材料，其可应用于生产使用含有卑金属粉末的卑金属内电极的积层陶瓷电容器，其中该陶瓷介电材料成份主要包含介电陶瓷粉末和高氧活性金属微粒，所述的高氧活性金属微粒的氧活性不低于该卑金属内电极所含的卑金属粉末的氧活性。上述的高氧活性金属微粒于积层陶瓷电容器的烧结程序中可当作氧的吸收器，其作用为(在高温共烧结时)，高氧活性金属微粒与内电极所含的卑金属材料与微量的氧分子竞争参与反应，氧化成金属氧化物，因此，高氧活性金属微粒的对氧的活性不应低于该内电极所含卑金属对氧的活性。传统的积层陶瓷电容器是采用银-铂合金等贵金属合金作为内电极原料，虽然介电陶瓷粉内电极原料可在高温共烧结，而内电极的贵重金属合金不致被氧化，可以简化烧结工艺的高温窑炉设备，但是，银-铂合金等内电极贵重金属合金代价昂贵，本专利技术的积层陶瓷电容器的陶瓷介电材料被应用于卑金属积层陶瓷电容器，其内电极原料可以使用例如金属镍或金属铜，目前，卑金属积层陶瓷电容器的内电极原料以金属镍较普遍。关于卑金属内电极所使用的金属粉末的粒径，目前，卑金属积层陶瓷电容器的内电极金属原料皆已发展至次微米(micrometer)规格(小于1.0微米)，其中以0.2至0.6微米的金属镍粉末较普遍。本专利技术陶瓷介电材料中含有高氧活性金属微粒可选自镍金属微粒、铜金属微粒及其混合物，其中金属镍微粒氧化所生氧化镍已被证明可以抑制钛酸钡的晶粒成长，有助于提升陶瓷电容器的电阻特性，本专利技术优选高氧活性金属微粒为金属镍微粒。由本专利技术所提供的实施例结果显示，其中该镍金属微粒的优选含量为陶瓷介电材料重量的0.001％至10wt％，更优选其含量为0.1％至5wt％。上述的陶瓷介电材料的成份还可含有(或不含有)稀土金属氧化物成份。本专利技术的陶瓷介电材料可与卑金属内电极在较高氧分压气氛下进行共烧结，陶瓷介电材料与内电极甚至可在一般工业级氮气或空气申一起进行共烧生产卑金属积层陶瓷电容器，同时也可以减轻高温窑炉的负担。本专利技术还提供一种卑金属积层陶瓷电容器的陶瓷介电材料的制备方法，是将镍盐溶解于适当溶液中再混入介电陶瓷粉末中，以高温煅烧该介电陶瓷混合原料，使其中镍盐成份反应生成氧化镍，再于还原气氛下以高温加热处理，将该氧化镍成份反应生成金属镍微粒，其中该金属镍微粒均匀地混合于介电陶瓷粉末之中。上述制备方法具体步骤包含a.镍盐溶解于适当溶液中形成含镍溶液；b.将该含镍溶液加入介电陶瓷粉末中，以球磨方法混合；c.将该介电陶瓷原料混合物干燥，并粉碎形成混合物粉末；d.该混合物粉末以高温煅烧，将该混合物中镍盐成份反应成氧化镍；本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种陶瓷介电材料，其可应用于生产使用含有卑金属粉末的卑金属内电极的积层陶瓷电容器，其中该陶瓷介电材料成份包含介电陶瓷粉末和高氧活性金属微粒，所述的高氧活性金属微粒的氧活性不低于该卑金属内电极所含的卑金属粉末的氧活性。
【技术特征摘要】
1.一种陶瓷介电材料，其可应用于生产使用含有卑金属粉末的卑金属内电极的积层陶瓷电容器，其中该陶瓷介电材料成份包含介电陶瓷粉末和高氧活性金属微粒，所述的高氧活性金属微粒的氧活性不低于该卑金属内电极所含的卑金属粉末的氧活性。2.如权利要求1所述的陶瓷介电材料，其中该介电陶瓷粉末选自钛酸钡粉末或钛酸锌粉末。3.如权利要求1所述的陶瓷介电材料，其中该介电陶瓷粉末为钛酸钡粉末。4.如权利要求1所述的陶瓷介电材料，其中该介电陶瓷粉末为钛酸锌粉末。5.如权利要求1所述的陶瓷介电材料，其中该内电极所含卑金属粉末为金属镍粉末。6.如权利要求1所述的陶瓷介电材料，其中该内电极所含卑金属粉末为金属铜粉末。7.如权利要求1所述的陶瓷介电材料，其中该高氧活性金属微粒选自镍金属微粒、铜金属微粒及其混合物。8.如权利要求1所述的陶瓷介电材料，其中该高氧活性金属微粒为金属镍微粒。9.如权利要求1所述的陶瓷介电材料，其中该高氧活性金属微粒为金属铜微粒。10.如权利要求1所述的陶瓷介电材料，其中该高氧活性金属微粒的含量为陶瓷介电材料重量的0.001％至10wt％。11.如权利要求1所述的陶瓷介电材料，其中该高氧活性金属微粒的含量为陶瓷介电材料重量的0.1％至5wt％。12.如权利要求1所述的陶瓷介电材料，其中该高氧活性金属微粒的粒径小于内电极所含有的卑金属粉末的粒径。13.如权利要求1所述的陶瓷介电材料，其中该高氧活性金属微粒的粒径小于0.6微米。14.一种钛酸钡基陶瓷介电材料，其应用于生产卑金属积层陶瓷电容器，其中该陶瓷介电材料成份包含钛酸钡陶瓷粉末和均匀分布于该钛酸钡陶瓷粉末中的金属镍微粒。15.如权利要求14所述的陶瓷介电材料，其中该金属镍微粒的含量为陶瓷介电材料的0.001％至10wt％。16.如权利要求14所述的陶瓷介电材料，其中该金属镍微粒的含量为陶瓷介电材料的0.1％至5wt％。17.如权利要求14所述的陶瓷介电材料，其中该金属镍微粒的粒径小于0.6微米。18.如权利要求1或14所述的陶瓷介电材料，其中该介电材料成份含有稀土金属氧化物成份。19.如权利要求1或14所述的陶瓷介电材料，其中该介电材料成份不含有稀土金属氧化物成份。20.一种卑金属积层陶瓷电容器的陶瓷介电材料的制备方法，其为将镍盐溶解于溶液再混入介电陶瓷粉末中形成介电陶瓷混合原料，以高温煅烧该介电陶瓷混合原料，使其中镍盐成份反应生成氧化镍，再于还原气氛下以高温加热处理，使该氧化镍成份反应生成金属镍微粒，其中该金属镍微粒均匀地混合于所述介电陶瓷粉末之中。21.一种卑金属积层陶瓷电容器的陶瓷介电材料的制备方法，其包含a.镍盐溶解于溶液中形成含镍溶液；b.将该含镍溶液加入介电陶瓷粉末中，以球磨方法混合；c.将该介电陶瓷原料混合物干燥，并粉碎形成混合...
【专利技术属性】
技术研发人员：段维新，黄永庆，
申请(专利权)人：段维新，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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