陶瓷电容器的介电组成及其陶瓷多层电容器制造技术

一种陶瓷电容器的介电组成及其陶瓷多层电容器，介电组成其主要为如下的钛酸钡基的基础配方：Ｂａ＃－［１－ａ］Ｃａ＃－［ａｍ］Ｔｉ＃－［１－ｂ－ｃ－ｄ］Ｄｙ＃－［ｂ］Ｚｒ＃－［ｃ］Ｍｎ＃－［ｄ］Ｎｂ＃－［ｅ］Ｏ＃－［３＋δ］其中０≤ａ≤０．１，１≤ｍ≤１．０２，０≤ｂ≤０．０２，０．１５≤ｃ≤０．２０，０．００１≤ｄ≤０．００５，０．００１≤ｅ≤０．００５，δ为非剂量组成；此介电组成是于还原气氛下烧成，在控制钙钛矿结构配置比值（ｍ）大于１的情况下，制作小于１０μｍ生胚结构的金属积层陶瓷电容器，以达到烧结后具有晶粒细小、高介电常数、高绝缘电阻及高使用寿命的功效。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是一种陶瓷电容器的介电组成及其陶瓷多层电容器，特别是指一种控制钙钛矿结构A/B比值m大于1，以达到烧结后的陶瓷多层电容器介电组成具有晶粒细小、高介电常数、高绝缘电阻及高使用寿命的目的。卑金属积层陶瓷电容器(Base metal multilayer ceramic capacitor)在大电场作用下此问题特别严重。日本专利公报42588和101459号中揭露一具有高介电常数的介电材料，但其组成晶粒过大，使其在大电场作用下，介电强度降低，其高温环境测试中可靠度下降。而要使积层陶瓷电容器具有较高的可靠度，减少短路发生的机率，内电极间的介电层，其晶粒数最少需大于五颗，故具有晶粒细小、高介电常数、高绝缘电阻及高使用寿命等优点的抗还原介电阻成，为国内外厂商积极开发的技术。由于上述的卑金属积层陶瓷电容器为防止电极氧化，必须在还原气氛下烧结，传统的钛酸钡基陶瓷在此气氛下烧结时，由于Ti+4变价将导致材料半导化(semiconductive)，因此必须发展新型的抗还原介电组成。故有许多研究利用添加Mn或Ca来避免还原作用所带来的半导化及绝缘电阻下降。但因此类添加剂在还原气氛下烧结会生成氧空缺(oxygen vacancy)。而在高温及直流电场作用下氧空缺在晶格中具有极高的移动率(mobility)，而使得组件的电性劣化，可靠度降低。为解决上述可靠度问题，日本专利公报133116/1991中，说明在卑金属积层陶瓷电容器的介电材料中添加Y，Gd，Dy，Zr，V，Mo，Zn，Cd，Tl或Sn中至少一种，将可改善此缺点。另外，在台湾专利公报373201号中亦提及在钛酸钡基中添加Dy、Nb可有效改善卑金属积层陶瓷电容器在高温及直流电场作用下电性劣化现象，但其虽具有高介电常数，但其钙钛矿结构易使晶粒成长，当介电层厚度小于10μm时，单一介电层的晶粒数目减少，进而使组件的可靠度降低，因此就现阶段的卑金属积层陶瓷电容器制作技术而言，仍存在有极待解决及克服的问题。本专利技术的主要目的是提供一种陶瓷电容器的介电组成及其陶瓷多层电容器，在制作由小于10μm生胚(green sheet)构成的卑金属积层陶瓷电容器，达到在还原气氛下烧结成晶粒细小、高介电常数、高绝缘电阻的介电组成的目的。本专利技术的目的是这样实现的一种陶瓷电容器的介电组成，其特征是它是以BaTiO3为基础物质的陶瓷组成物，其烧结后的组成成分为Ba1-aCaamTi1-b-c-dDybZrcMndNbeO3+δ其中0≤a≤0.11≤m≤1.020≤b≤0.020.15≤c≤0.200.001≤d≤0.0050.001≤e≤0.005δ为非剂量组成；其中，烧结时添加的烧结添加剂为BaO和/或Li2O和/或SiO2所构成，其添加量为0.1-1wt％；该陶瓷电容器的介电组成的A/B比值(m)大于1。一种陶瓷电容器的介电组成所制成的陶瓷多层电容器，其特征是该陶瓷多层电容器是以BaTiO3为基础物质的陶瓷介电组成物制成厚度低于10μm的单层生胚，每一单层生胚上覆盖有镍内电极，其中至少两层生胚堆栈，在还原氧化气氛下烧结；该烧结的多层生胚两端沾附的铜端电极；覆盖于该多层生胚表面的电镀镍层与锡铅层。下面结合较佳实施例进一步说明。由于钙钛结构的紧密堆积性，存在格隙原子位置的机率很小，包括Ti，Ba在内的所有添加剂均以取代为主要形，而添加剂在烧结过程中是占据钙钛矿结构ABO3的A与B位置，主要受到下列几个因素影响1、添加剂的离子大小添加剂的离子大小将决定其进入钙钛矿结构的A或B位置。较大的离子，如La+3将进入A位置；而较小的离子，如Mn+2、Nb+5将进入B位置。2、A/B比值m当A/B比值m小于1时，一些离子较小，原本要占据B位置的添加剂无法进入钙钛矿结构中。例如Ba1-aCaamTi1-b-c-dDybZrcMndNbeO3+δ式中，若m小于1时，会使原先可进入B位置的Dy以二次相析出，而无法进入钙钛矿结构中。3、烧结添加剂的种类由于原先占据A或B位置的离子，其在烧结添加剂中的溶解量不同，将改变原有组成中的A/B比值，进而影响到其进入钙钛矿结构的位置。若添加剂不能溶入晶粒中，则将以第二相形式存在于晶界上，非但不能改善介电体的电性，反而会劣化其介电特性。故需慎选添加剂的种类、A/B比值、烧结添加剂的种类，以使受体(acceptor)及施体(donor)离子可有效进入钙钛矿结构中，进而改善卑金属积层陶瓷电容器的抗还原性及可靠度。卑金属积层陶瓷电容器的介电材料其微观构造主要受到下列因素的影响1、A/B比值A/B比值小于1，易造成晶粒成长过快，使得单一介电层的晶粒数目减少，进而使组件的可靠性降低。2、烧结添加剂的种类当A/B比值大于1时，常需较高烧结温度，易使卑金属氧化，故需选择适当的烧结添加剂，才能在较低的温度(＜1300℃＝之下，使介电材质致密化。3、烧结温度及气氛烧结温度过高时，易使晶粒成长过快，且电极易氧化或熔化；烧结温度过低，则使介电材料不易致密化，组件孔隙增多，电性及可靠度劣化；另外，氧分压过高易使组件中的卑金属氧化。因此，本专利技术的陶瓷电容器的介电组成其针对材质的改良，其主要在介电组成的A/B比值m的控制，使介电组陶瓷的组成晶粒均小于1μm，进而使其介电层的晶粒数增加，所以介电层变薄而其可靠度仍不会下降。同时添加适当的烧结添加剂，加速材料致密化，使其可在较低温烧结，减少卑金属被氧化的可能。此外，由于控制A位置过剩，有利于Mn、Nb、Dy等添加剂进入晶格结构内的B位置，进而提高卑金属积层芯片电容器的绝缘电阻及可靠度。本专利技术中的介电组成为经由修正的钛酸钡基(modified barium titanatebase)基础配方及以BaO、Li2O、SiO2所构成的烧结添加剂(a)烧而成。在钛酸钡基中添加氧化锆会提高其介电常数，使得居里温度往低温移动，并且出现扩散性相变化，若氧化锆添加量低于0.15或高于0.2将使居里温度过高或过低，而在室温具有较低的介电常数。钛酸钡基中添加氧化钙同样会出现扩散性相变化，使其介电常数的温度系数较平缓，若氧化钙添加量高于0.2将使介电常数急速降低；添加氧化锰可使钛酸钡基陶瓷的抗还原性增加，若氧化锰添加量高于0.005，将使得介电常数急速下降；而添加量低于0.001，则抗还原性不佳，易形成半导性。添加Dy2O3、Nb2O5取代钛酸钡基的B位置，可使其组件使用可靠度增加，但当添加量大于0.005时，易形成半导性。利用上述的特性，取适当量组成的添加物与钛酸钡一同锻烧，可制备出可在还原气氛下烧结、且具有晶粒细小、高介电常数、高绝缘电阻及高使用寿命的积层陶瓷电容器。利用上述的介电组成可制备出一种积层陶瓷电容器，其以经修正的钛酸钡基基础配方及烧结添加剂a所构成的介电组成，将其制成多数层生胚介质薄片上印刷一层延伸至一端的镍金属内电极，而后将相对端电极的薄片交差叠合在一起，在还原电气氛下烧结成一体后，在两端涂上端电极经烧成后，再电镀镍层、铅锡层，即成多层陶瓷电容器成品。经修正后的钛酸钡基基础配方及烧结添加剂a所构成的介电组成成分如下Ba1-aCaamTi1-b-c-dDybZrcMndNbeO3+δ，其中0≤a≤0.11≤m≤1.020≤b≤0.020.15≤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷电容器的介电组成，其特征是：它是以ＢａＴｉＯ３为基础物质的陶瓷组成物，其烧结后的组成成分为：Ｂａ↓［１－ａ］Ｃａ↓［ａｍ］Ｔｉ↓［１－ｂ－ｃ－ｄ］Ｄｙ↓［ｂ］Ｚｒ↓［ｃ］Ｍｎ↓［ｄ］Ｎｂ↓［ｅ］Ｏ↓［３＋δ］其中０≤ａ≤０． １１≤ｍ≤１．０２０≤ｂ≤０．０２０．１５≤ｃ≤０．２００．００１≤ｄ≤０．００５０．００１≤ｅ≤０．００５δ为非剂量组成；其中，烧结时添加的烧结添加剂为ＢａＯ和／或Ｌｉ↓［２］Ｏ和／或ＳｉＯ↓［２］所构成，其添 加量为０．１－１ｗｔ％；该陶瓷电容器的介电组成的Ａ／Ｂ比值（ｍ）大于１。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种陶瓷电容器的介电组成，其特征是它是以BaTiO3为基础物质的陶瓷组成物，其烧结后的组成成分为Ba1-aCaamTi1-b-c-dDybZrcMndNbeO3+δ其中0≤a≤0.11≤m≤1.020≤b≤0.020.15≤c≤0.200.001≤d≤0.0050.001≤e≤0.005δ为非剂量组成；其中，烧结时添加的烧结添加剂为BaO和/或Li2O和/或SiO2所构成，其添加...

【专利技术属性】
技术研发人员：向性一，
申请(专利权)人：华亚电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]