[发明专利]超低温烧成的X7R和BX介电陶瓷组合物及制备方法

说明书

发明背景

1.技术领域

本发明涉及无铅无镉的钛酸钡基介电组合物，更具体地，涉及具有相对较 小比例的分散在钛酸钡晶体母料中的客体离子如锌、硼、铋、铈、钨、铜、锰、 钕、铌、银、钡、硅和镍的钛酸钡基介电组合物。这样的介电组合物可以用于 形成具有由钯或银、或者两者的混合物或合金所形成的内电极的多层陶瓷片式 电容器。

特别地，本发明涉及无铅无镉的超低温烧成的介电陶瓷组合物体系，其中， 介电常数在宽的温度范围内变化不超过其基值的15％。另外，当施加直流偏压 时，所述介电常数在宽的温度范围内变化不超过其基值的25％。更具体地，本 发明涉及介电常数超过2000的介电陶瓷组合物，其通过在不超过1000℃的温 度下烧成基本陶瓷氧化物混合物而形成。

2.相关现有技术的描述

多层陶瓷片式电容器(MLCC)已经被广泛用作微型尺寸、高容量和高可 靠性的电子元件。根据对高性能电子设备的日益增长的需求，多层陶瓷片式电 容器面临对更小的尺寸、更高的容量、更低的成本和更高的可靠性的市场需求。 严格的环境规定对电容器产生有利的影响，由此生产无铅无镉的介电组合物。

一般通过形成介电层形成膏和内电极形成膏的交替层来制造多层陶瓷片 式电容器。典型地通过形成薄片、印刷或类似技术，接着同时烧成来形成这样 的层。通常，所述内电极已经由导体例如钯、金、银或者前述金属的合金来形 成。

缺少铅和镉的传统陶瓷介电配方经常需要高于1250℃的烧结温度。添加 铅或镉或者含铅和/或镉的化合物可以将烧结温度从高于1250℃降低至约1050 ℃～约1150℃的范围，从而可以将具有包含小于80％银和超过20％钯的金属成 分的金属膏用作内电极。

电子工业协会(EIA)规定了电容器的温度系数(TCC)的标准，被称为 X7R特征。X7R特征要求在-55℃～+125℃的温度范围内电容变化不大于 ±15％。对于设计用于高电压应用的多层陶瓷电容器，该工业还规定在施加直 流偏压时电容器的温度系数(TCVC)的标准，被称为BX特征。BX特征要 求在施加直流偏压时在-55℃～+125℃的温度范围内电容的变化不大于±25％。 X7R和BX特征中的电容偏离百分比都是相对于参考温度25℃来测定的。

发明内容

基于前述，现有技术缺少一种制备可以在小于1000℃的温度下烧成的介 电陶瓷组合物体系的方法，所述介电陶瓷组合物体系具有大于2000的介电常 数，没有任何形式的铅和镉，且适用于具有超过80％Ag和小于20％Pd的Pd/Ag 内电极。此外，现有技术缺少一种介电材料，当烧成该介电材料以形成电子装 置时，其具有稳定的TCC(温度特性)，且在施加直流偏压时还具有稳定的 TCVC(使用DC偏压时的温度特性)。所述材料允许使用较低成本的电极材 料而不牺牲电容性能，所述电极材料包括含有较少的Pd(其是相对较贵的) 和较多的Ag(其是相对较便宜的)的金属部分，例如至少80％Ag和小于 20％Pd，约85％Ag/15％Pd，约90％Ag10％Pd，或者约95％Ag/5％Pd，或者约 99％Ag/1％Pd，最高100％Ag以及介于之间的值(重量百分比)。

本发明提供介电组合物体系，该体系可以用来制备与内电极相容的陶瓷多 层电容器，所述内电极包含至少80％Ag和小于20％Pd、或者作为所述金属的 混合物或合金。本文的介电材料和由其制备的电容器没有任何形式的铅和镉。 所述电容器可以由本发明的介电组合物形成，显示出稳定的介电常数和较少的 介电损耗，且在施加直流偏压时还具有稳定的介电常数和小的介电损耗。

本发明的介电组合物包含均匀且致密的晶粒微观结构，所述晶粒的平均直 径为约0.5-约3微米。均匀且致密的微观结构在获得具有小于约5微米的介电 层的高可靠性多层电容器是至关重要的。