陶瓷電容器及其製造方法
2023-10-19 19:20:27 2
專利名稱：陶瓷電容器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種陶瓷電容器及其製造方法。
背景技術：
這種陶瓷電容器包括電介質層和分別設置在該電介質層正面和反面上的電極。
對陶瓷電容器需要提高其容量，因此電介質層必須具有高介電常數。然而，為了縮小陶瓷電容器的尺寸並且提高其容量，電介質層的厚度必須是1微米到2微米或者更小。在使用了具有1微米到2微米或者更小厚度的電介質層的陶瓷電容器中，介電常數目前只能被提高到大約3000。換言之，為形成具有1微米到2微米或者更小厚度的電介質層必須使用具有最小粒度的BaTiO3粉末，但是使用具有如此小粒度的BaTiO3迅速地降低了介電常數。因此，目前，介電常數只能被提高到大約3000。
發明內容
一種陶瓷電容器，包括由多晶體構成的電介質層以及分別設置在該電介質層正面和反面上的電極，該多晶體主要由具有0.5微米或者更小平均粒度的BaTiO3組成。所述多晶體具有四方鈣鈦礦型晶體結構和1.005到1.009的c軸/a軸比。在一種製造該陶瓷電容器的方法中，BaTiO3中的添加劑被選擇以便多晶體的c軸/a軸比是1.005到1.009。
圖1是示出根據本發明示範性實施例的陶瓷電容器的局部剖視立體圖。
圖2是示出圖1中陶瓷電容器的內部電極和電介質層的樣式圖。
圖3示出組成圖1的陶瓷電容器電介質層的晶粒的晶體結構。
圖4是電介質層的特性圖。
圖5示出晶粒的傳統晶體結構。
具體實施例方式
本發明提供一種陶瓷電容器，其中即使當電介質層的厚度是1微米到2微米或者更小的時候，電介質層的介電常數也能夠達到3500或者更高，本發明還提供了一種製造該陶瓷電容器的方法。
下面將參考附圖描述本發明的實施例。
圖1示出根據本發明示範性實施例的陶瓷電容器。在圖1中，電極12以預定間隔嵌入在電介質層11中。電極12被交替地牽至相應的端部，並連接到相應的外部電極13。
夾在電極12之間的電介質層11的厚度和它們的晶體結構在本發明中是至關重要的。圖1的陶瓷電容器具有小的尺寸和大的容量，電極12之間的電介質層11的厚度是1微米到2微米。換言之，電極12之間的電介質層11的厚度被減小以便電極12儘可能接近地互相面對，從而提供大的靜電容量。
為了提供大的靜電容量，夾在互相接近的電極12之間的電介質層11的介電常數必須被提高。在本實施例中電介質層11按照如下方式形成。各種添加劑被添加到作為初始材料的具有0.2微米平均粒度的BaTiO3粉末中。添加劑具體地包括MgO、MnO2、Dy2O3、V2O5和Ba-Al-Si-O基玻璃。這些材料被混合、乾燥、煅燒和粉碎。粉碎成的粉末和各種粘合劑混合，並成形為薄片。該薄片就是要被夾在電極12之間的電介質層11。
接著，薄片和電極12被交替地層疊，在這種狀態下於1200-1300℃中被燒制，然後它們兩端的表面被刮去，從而從兩端的表面露出電極12。外部電極13被設置在暴露部分上以形成圖1的陶瓷電容器。
然後參考圖2描述這種情況中重要的事項。圖2是示出圖1的電極12以及被電極12夾在中間的電介質層11的放大的樣式圖。圖2中的電極12對應於圖1的電極12，圖2中的晶粒21對應於圖1的電介質層11中的晶粒。電極12之間存在空隙22。燒制過後，空隙22被具有將近1微米到2微米寬度的電介質層11填充，如圖2所示。兩排、三排或者四排平均粒度為0.5微米或更小的晶粒21被堆疊在被具有1微米到2微米寬度的電介質層11填充的空隙22中。
在本發明中，晶粒21構成如圖3所示的晶體結構，即使當平均粒度是0.5微米或者更小的時候。在圖3中，鋇原子(Ba)31、鈦原子(Ti)32和氧原子(O)33構成圖2中的各個晶粒21。箭頭34和箭頭35表示兩個晶軸，即a軸和c軸。在圖3中，晶粒21的c軸/a軸比通過調整例如MgO的添加劑的量而被控制在1.005到1.009之間。
一個結論參考圖4被描述出。在圖4中，橫軸41表示c軸/a軸比，縱軸42表示介電常數。直線45表示介電常數3500，折線43示出c軸/a軸比與介電常數之間的關係。箭頭44表示c軸/a軸比在從1.005到1.009之間的範圍。我們發現當晶粒21的c軸/a軸比被設定在從1.005到1.009的範圍之內時，電極12之間的電介質層11的介電常數可以達到3500或者更高。我們發現只有當晶粒21的c軸/a軸比41被設定在從1.005到1.009的範圍44之內時，才能得到不低於3500的介電常數。介電常數3500在現有技術中是不能得到的。基於該研究結果，我們研究了為得到該結果的材料選擇方法以及為什麼能夠得到不低於3500的介電常數的具體原因等等。
圖5示出當晶粒21的平均粒度是0.5微米或者更小時的傳統的晶體結構。在圖5中，原子51、原子52和原子53分別代表鋇原子(Ba)、鈦原子(Ti)和氧原子(O)。箭頭54和箭頭55表示兩個晶軸，即a軸和c軸。在現有技術中，當晶粒21的平均粒度是0.5微米或者更小時，c軸/a軸比約是1.000，如圖5所示。晶粒21的平均粒度越小，c軸/a軸比越接近1.000。當c軸/a軸比接近1.000時，介電常數最高約是3000，如圖4所示並如現有技術中那樣。
我們認真地研究了如何得到大大超過3000的高介電常數。結果，發現將用於100摩爾BaTiO3的MgO的量控制在不超過1摩爾，則使得c軸/a軸比被設定在從1.005到1.009的範圍之內。在現有技術中，為形成陶瓷電容器，2摩爾或者更多的MgO被添加到100摩爾BaTiO3中。
c軸/a軸比能夠被設定在從1.005到1.009的範圍之內的原因目前還不能被充分地闡明，但是估計出了下述機理。減少MgO的量導致產生核殼結構中在其表面上沒有殼的晶粒21，施加在具有該核殼結構的晶粒21上的應力增大了c軸的值，因此c軸/a軸比處於從1.005到1.009的範圍之內。
3500或者更高的介電常數(這按照常規是不能得到的)可以通過將c軸/a軸比設定在從1.005到1.009的範圍之內(我們的選擇)而得到，如圖4所示。這樣，可以得到尺寸更小的具有更大容量的陶瓷電容器。
在本發明中，BaTiO3的四方鈣鈦礦型晶體結構中的c軸/a軸比被設定在從1.005到1.009的範圍之內，從而提供了不能按照常規得到的具有大容量的陶瓷電容器。例如，可以得到3500或者更高的非常高的介電常數(這按照常規是困難的)。
工業適用性在本發明中，BaTiO3的四方鈣鈦礦型晶體結構中c軸/a軸比被設定在從1.005到1.009的範圍之內，從而提供了不能按照常規得到的具有大容量的陶瓷電容器。
權利要求
1.一種陶瓷電容器，包括由多晶體構成的電介質層，所述多晶體主要由具有0.5微米或者更小平均粒度的BaTiO3組成；和設置在所述電介質層表面上的電極，其中，所述的多晶體具有四方鈣鈦礦型晶體結構以及1.005到1.009的c軸/a軸比。
2.一種製造陶瓷電容器的方法，包括使用被添加到BaTiO3中的添加劑，使得多晶體的c軸/a軸比被設定在從1.005到1.009的範圍之內，其中所述陶瓷電容器包括由所述多晶體構成的電介質層以及設置在該電介質層表面上的電極，所述多晶體主要由具有0.5微米或者更小平均粒度的BaTiO3組成；並且其中所述多晶體具有四方鈣鈦礦型晶體結構。
3.如權利要求2所述的製造陶瓷電容器的方法，其中MgO被用作添加劑，並且用於100摩爾BaTiO3的MgO量不超過1摩爾。
全文摘要
在本發明中，BaTiO
文檔編號H01G4/12GK1507640SQ0380021
公開日2004年6月23日 申請日期2003年2月5日 優先權日2002年2月13日
發明者森分博紀, 長井淳夫, 小松和博, 博, 夫 申請人:松下電器產業株式會社