陶瓷介質材料及其製備方法和用於生產陶瓷電容器的方法
2023-11-04 20:18:52 1
專利名稱：陶瓷介質材料及其製備方法和用於生產陶瓷電容器的方法
技術領域：
本發明涉及一種抗還原熱穩定陶瓷介質材料。
本發明還涉及上述抗還原熱穩定陶瓷介質材料的製備方法。
本發明還涉及用上述材料生產多層片式陶瓷電容器的方法。
背景技術：
多層片式陶瓷電容器以其小體積、高可靠性以及貼裝方便等特點在電子設備的製造過程中得到廣泛應用。隨著數位化技術的發展和移動通訊時代的到來，各種電子器件和設備向小型化、高密度集成化方向發展，要求表面貼裝的多層片式陶瓷電容器實現小尺寸、大容量和高可靠性。
多層片式陶瓷電容器是通過絲網印刷技術，將形成內電極的漿料層印刷在介質層上，交替疊層，並經過壓制、切割後形成生坯，再將坯體和內電極在高溫下共燒，隨後封端電極漿料，再經過熱處理而製作的具有內外電極的元件。
傳統的多層片式陶瓷電容器是在空氣氣氛中燒結的。為了使內電極不在高溫共燒的過程中被氧化，傳統上內電極的漿料採用貴金屬鈀銀合金。由於貴金屬鈀的市場價格持續走高，傳統的多層片式陶瓷電容器的製造成本也居高不下。
如果以賤金屬鎳或鎳合金作為多層片式陶瓷電容器的內電極，為了防止內電極被氧化，必須在還原氣氛中進行燒結處理。但傳統的多層片式陶瓷電容器用介質材料具有在還原氣氛下燒結被還原成半導體的特性，不能滿足以賤金屬鎳或鎳合金作為內電極的多層片式陶瓷電容器製造要求。
發明內容
本發明的目的是針對以上不足提供一種抗還原熱穩定陶瓷介質材料。
本發明還涉及上述抗還原熱穩定陶瓷介質材料的製備方法，可在還原氣氛下燒結的具有抗還原特性的高頻熱穩定陶瓷介質材料。
本發明還涉及用上述材料生產多層片式陶瓷電容器的方法。
本發明提供的一種抗還原熱穩定陶瓷介質材料的製備方法採用的主成分為包含Mg、Ca、Sr、Ba金屬元素及Zr和O元素的複合氧化物，以式MgaCabSrcBa1-a-b-cZrdO1+2d表示， 式中0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0.8≤d≤1.2；基於該主成分，該陶瓷介質材料還可以包括0.1～5％mol的ZnO、SiO2、MnO2、K2O其中一種或一種以上，作為燒結助劑；主成分經過溼法球磨細化、乾燥、粉碎後在1200℃至1300℃煅燒2-3小時，加入燒結助劑，粉碎至粉體平均顆粒直徑小於1μm，在氮氫混合氣氛中1250～1350℃燒結至材料介電常數在20至40之間，溫度係數為0±30PPM/℃，符合EIA標準COG溫度特性。
用上述介質材料生產多層片式陶瓷電容器的方法包括(1)採用傳統的流延工藝製作出5～100μm的膜片後，採用絲網印刷技術疊印內電極，再經壓制，切割形成生坯；(2)將生坯在氮氫混合氣氛中1250～1350℃燒結，再經過表面拋光處理後，封銅合金或鎳合金端電極漿料；(3)在氮氣氣氛800～900℃熱處理後，經三層電鍍工藝處理，形成銅－鎳－錫或鎳－鎳－錫結構的端電極。
第(1)步中，內電極漿料可以使用含有0.1～10％的無機添加物的鎳合金漿料。
第(3)步中，端電極漿料可以使用含有1～20％的無機添加物的銅合金或鎳合金漿料。
該多層片式陶瓷電容器的介電常數在20至40之間，溫度係數為0±30PPM/℃符合EIA標準COG溫度特性。
本發明與現有技術相比，具有如下優點1、該陶瓷材料可製作厚度為5-10μm的介質層；2、該陶瓷材料鹼性低，因此有更寬的工藝寬容性；3、該陶瓷材料有小的損耗角正切和良好的耐電性能；4、該陶瓷材料有高的絕緣電阻。
具體實施例方式
下面結合實施例介紹本發明的具體實施方案。
實施例1本實施方案主要介紹抗還原熱穩定陶瓷介質材料的製備過程，組成及其特性。
製備過程包括主成分的製備及陶瓷介質粉體的製備。
主成分的製備過程包括將起始原材料如MgCO3，CaCO3，SrCO3，BaCO3及ZrO2按式MgaCabSrcBa1-a-b-cZrdO1+2d的比例稱量配份，式中a、b、c和d列於表1。再經過溼法球磨細化、乾燥、粉碎後在1200℃至1300℃煅燒2至3小時，得到所需的主成分。
陶瓷介質粉體的製備過程是在主成分中添加輔助組分作為燒結助劑，各輔助組分的質量百分含量列於表1。經過球磨混合後，再通過超細粉碎及分級等技術加工，即可得平均顆粒直徑小於1μm的陶瓷粉體。
在該陶瓷介質粉體中加入PVA黏合劑後造粒，並壓製成直徑15mm，厚度約1mm的圓片試樣生坯。將試樣生坯在氮氫混合氣氛中1250～1350℃燒結，再在上下兩表面塗銅合金端電極漿料，並在氮氣氣氛800～900℃熱處理後，用酒精清洗、晾乾。然後用相關儀表設備測試其性能，各試樣性能列於表2。
表1
表2
由表2可見，本發明所述的抗還原陶瓷介質材料，適合於在氮氫混合氣氛中燒結，燒結溫度在1250℃至1350℃之間，介電常數在20至40之間，損耗角正切小於5×10-4，電阻率大於＞1013Ω.cm，溫度係數在-30PPM/℃至+30PPM/℃之間，符合EIA標準COG溫度特性。
實施例2
本實施方案主要介紹鎳內電極銅端電極熱穩定多層片式陶瓷電容器(MLCC)製備過程及其特性。
其特點在於它以實施方案1所述的抗還原陶瓷介質材料作為介質材料，內電極漿料使用含有0.1～10％的無機添加物的鎳合金漿料，端電極漿料使用含有1～20％的無機添加物的銅合金漿料。
本實施方案介紹的鎳內電極熱穩定多層片式陶瓷電容器(MLCC)製備過程包括採用傳統的流延工藝製作出5～100μm的膜片後，採用絲網印刷技術，將上述含有0.1～10％的無機添加物的鎳合金內電極漿料印刷在膜片上，並交替疊層，以形成多層內電極。再經壓制、切割形成生坯。流延製漿所用的黏合劑不是本發明的關鍵，可以從常用的黏合劑中選擇，也可以使用新型的水基黏合劑。
再將生坯在氮氣中進行排膠處理，優選工藝條件為以每小時60～100℃的速度升溫至300～450℃，再保溫10-40小時。
將排膠處理後的生坯在氮氫混合氣氛中(氧分壓小於10-6atm)1250～1350℃燒結2-3小時，經過表面拋光處理後，再用上述含有1～20％的無機添加物的銅合金端電極漿料封端。並在氮氣氣氛下800～900℃熱處理後，經三層電鍍工藝處理，形成銅－鎳－錫結構的端電極。
由上述工藝製作的多層片式陶瓷電容器(MLCC)，可以為0201，0603，0805，1206，1812等尺寸規格，標稱容量在0.1PF至10,000PF之間。損耗角正切小於5×10-4，絕緣電阻大於1011Ω，耐電壓大於1000VDC，溫度係數在-30PPM/℃至+30PPM/℃，符合EIA標準COG溫度特性。
實施例3本實施方案主要介紹鎳內電極鎳鎳端電極熱穩定多層片式陶瓷電容器(MLCC)製備過程及其特性。
其特點在於它以實施方案1所述的抗還原陶瓷介質材料作為介質材料，內電極漿料使用含有0.1～10％的無機添加物的鎳合金漿料，端電極漿料使用含有1～20％的無機添加物的鎳合金漿料。
本實施方案介紹的鎳內電極熱穩定多層片式陶瓷電容器(MLCC)製備過程包括採用傳統的流延工藝製作出5～100μm的膜片後，採用絲網印刷技術，將上述含有0.1～10％的無機添加物的鎳合金內電極漿料印刷在膜片上，並交替疊層，以形成多層內電極。再經壓制、切割形成生坯。流延製漿所用的黏合劑不是本發明的關鍵，可以從常用的黏合劑中選擇，也可以使用新型的水基黏合劑。
再將生坯在氮氣中進行排膠處理，優選工藝條件為以每小時60～100℃的速度升溫至300～450℃，再保溫10-40小時。
將排膠處理後的生坯在氮氫混合氣氛中(氧分壓小於10-6atm)1250～1350℃燒結2-3小時，經過表面拋光處理後，再用上述含有1～20％的無機添加物的鎳合金端電極漿料封端。並在氮氣氣氛下800～900℃熱處理後，經三層電鍍工藝處理，形成鎳－鎳－錫結構的端電極。
由上述工藝製作的多層片式陶瓷電容器(MLCC)，可以為0201，0603，0805，1206，1812等尺寸規格，標稱容量在0.1PF至10,000PF之間。損耗角正切小於5×10-4，絕緣電阻大於1011Ω，耐電壓大於1000VDC，溫度係數在-30PPM/℃至+30PPM/℃，符合EIA標準COG溫度特性。
權利要求
1.一種抗還原熱穩定陶瓷介質材料的製備方法，其特徵在於採用的主成分為包含Mg、Ca、Sr、Ba金屬元素及Zr和O元素的複合氧化物，以式MgaCabSrcBa1-a-b-cZrdO1+2d表示，式中0≤a≤1，0≤b≤1，0≤c≤1，0.8≤d≤1.2；基於該主成分，該陶瓷介質材料還可以包括0.1～5％mol的ZnO、SiO2、MnO2、K2O其中一種或一種以上，作為燒結助劑；主成分經過溼法球磨細化、乾燥、粉碎後在1200℃至1300℃煅燒2-3小時，加入燒結助劑，粉碎至粉體平均顆粒直徑小於1μm，在氮氫混合氣氛中1250～1350℃燒結至材料介電常數在20至40之間，溫度係數為0±30PPM/℃，符合EIA標準COG溫度特性。
2.權利要求1所述的方法製備的抗還原熱穩定陶瓷介質材料。
3.用權利要求2所述的抗還原熱穩定陶瓷介質材料生產多層片式陶瓷電容器的方法，其特徵在於包括(1)採用傳統的流延工藝製作出5～100μm的膜片後，採用絲網印刷技術疊印內電極，再經壓制，切割形成生坯；(2)將生坯在氮氫混合氣氛中1250～1350℃燒結，再經過表面拋光處理後，封銅合金或鎳合金端電極漿料；(3)在氮氣氣氛800～900℃熱處理後，經三層電鍍工藝處理，形成銅－鎳－錫或鎳－鎳－錫結構的端電極。
4.根據權利要求3所述的生產方法，其特徵在於第(1)步中，內電極漿料可以使用含有0.1～10％的無機添加物的鎳合金漿料。
5.根據權利要求3或4所述的生產方法，其特徵在於第(3)步中，端電極漿料可以使用含有1～20％的無機添加物的銅合金或鎳合金漿料。
6.權利要求3所述的方法生產的多層片式陶瓷電容器，其特徵在於其介電常數在20至40之間，溫度係數為0±30PPM/℃符合EIA標準COG溫度特性。
全文摘要
本發明涉及陶瓷介質材料及其製備方法和用於生產陶瓷電容器的方法。所述陶瓷介質材料採用的主成分為包含Mg、Ca、Sr、Ba金屬元素及Zr和O元素的複合氧化物，以式Mg
文檔編號C04B35/64GK1420105SQ0215190
公開日2003年5月28日 申請日期2002年11月8日 優先權日2002年11月8日
發明者陳兆藩, 楊成銳, 唐亦斌, 魏漢光, 張火光, 郭海明, 唐洪濤 申請人:廣東風華高新科技集團有限公司