[发明专利]一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法

说明书

本发明公开了一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法，包括：在芯片电容器上加载恒定电压；在退火炉中升温到预设温度，保持预设时间；将所述芯片电容器置入液氮中冷却1～3分钟；然后将所述芯片电容器取出，在空气中自然升至室温。该方法利用STO芯片电容器绝缘电阻值随负载电压大小及时间不断增加的特点，在加载电压条件下，对芯片电容进行快速热处理。该方法简单易行，在不改变电容器电容值、损耗和电容温度系数的情况下，大幅提高了STO瓷片的绝缘电阻值和一致性，且在去掉外加电压和热条件后，STO芯片电容器绝缘电阻值不会随时间衰减。

技术领域

本发明涉及电子信息功能材料及器件领域，特别涉及一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法。

背景技术

芯片电容器，又称单层片式电容器，由美国DLI和M DI公司于70年代发明，由于具有尺寸小、介电常数大、应用温度范围宽(﹣55℃～125℃)、电容温度稳定性高(≤±4.7％～≤±22％)和频率特性好等优点，在微波集成技术和微波电路中有广泛的应用。据统计，2017年全球微波元器件市场规模超过180亿美元，其中芯片电容器约占25％的市场份额。芯片电容器(单层片式晶界层电容器)一般用SrTiO₃(STO)或电子掺杂的STO作为母相，经一步法或二步法制成。

一步法就是STO的半导化和绝缘化过程连续进行，瓷片一次性烧成。

二步法就是STO先在还原性气氛中烧结成半导化瓷片，然后再在瓷片上涂敷含有受主离子的一种或多种金属氧化物作为氧化剂，在空气或氧化性气氛中进行高温热扩散处理得到绝缘化的STO瓷片。

目前市场上单层片式半导体陶瓷材料的生产厂家，国际上主要有AVX、JOHANSON、DLI、ATC、PRESIDIO COM-PENONT、TECDIA等厂家，国内生产单位主要有广州可纳瑞电子科技有限公司、广州金陶电子有限公司和电子科技大学。对于相同尺寸的STO芯片电容器，国内产品在电容、损耗、电容温度变化率和使用频率等诸多性能参数与国际先进产品相差不大，但绝缘电阻和耐压值与国外产品相差很大，一般在数倍(2～5倍)以上。

STO芯片电容器性能参数主要包括介电常数、损耗、电容温度系数、绝缘电阻值。其中绝缘电阻值越高，电容器耐压值则越大，器件越不容易损坏，稳定性越好，因此提高STO芯片电容的绝缘电阻值和耐压值具有重要意义。STO芯片电容的绝缘电阻取决于晶界层的绝缘化程度和受主离子的浓度和分布。由于晶界层薄(10nm–50nm),STO绝缘化时，绝缘介质(一般为金属氧化物)和受主离子的扩散难于精确控制，瓷片的绝缘电阻值的大小和一致性很难得到保证。

目前国内市场的STOIII类瓷，尺寸为1mm(长)*1mm(宽)，厚0.25mm，电容值为1500pF，加载电压为50V时，绝缘电阻值一般在1G–20GΩ，耐压值小于100V。STO晶界层电容器的电容与绝缘电阻之间存在反比关系，即电容器的绝缘电阻增加则电容减小，因此高介电常数STO芯片电容器的绝缘电阻和耐压值比较低，这是目前STO III类瓷存在的主要问题。

STO芯片电容器的绝缘电阻值取决于晶界层的电阻，该电阻包含二个方面，一是由晶界层中玻璃化物质产生的欧姆型电阻，再就是晶界层中受主离子与N型导电的STO晶粒之间的空间电荷层产生的势垒电阻。理论上，晶界处的空间电荷层越厚，芯片电容的绝缘电阻值越大，但同时因空间电荷层增加，电容器的电容会迅速减小，所以在实际中往往以牺牲电容器的电容值来获得绝缘电阻和耐压值的增加。

另一方面，晶界层的受主离子和玻璃化(或绝缘化)物质通过热扩散方式进入晶界，但该过程在技术上极难精确控制，因此在实际产品上，电容器的绝缘电阻值往往差别较大，一致性较差，影响了产品使用的稳定性。综上，在不降低STO芯片电容器电容的条件下增加其绝缘电阻值和一致性上，目前还没有有效的办法，该问题还亟待解决。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种提高芯片电容器绝缘电阻值的方法。