[发明专利]介电陶瓷及采用该材料的独石陶瓷电子元件

说明书

本发明涉及介电陶瓷及其采用该材料的独石陶瓷电子元件，例如多层陶瓷电容和多层陶瓷衬底。

随着独石陶瓷电子元件小型化和低成本的迅猛发展趋势，较薄的陶瓷层和采用非贵重金属作为内部电极的情况变得愈发普遍。例如，在多种独石陶瓷电子元件中有一种多层陶瓷电容器，其陶瓷层薄到几乎只有5微米，并且采用铜和/或镍作为内部电极。

但是，如此薄的陶瓷层会在陶瓷层内部形成很高的电场并且无法用于介电常数随电场强度变化较大的电介质中。陶瓷心-壳结构作为一种解决该缺陷的电介质被提出和采用，心与壳中构成烧结压块的微粒具有不同的组份和晶体结构。这种心-壳陶瓷的介电常数显现出优良的电场强度和温度特性。在心-壳陶瓷中，在烧结过程中，通过从表面到每个微粒内部的扩散将主要成份注入进去。

如上所述，普通的心-壳电介质是通过在烧结过程中使基本成份从每个微粒的表面扩散进去制造出来的。当采用精细微粒作为原料时，构成壳的成份也会扩散入微粒的中心。因此无法形成心-壳结构。按照普通的技术，能够形成心-壳结构的烧结压块内最小微粒大小为1微米左右。

当采用这样的心-壳电介质作为独石陶瓷电子元件中厚度不超过5微米的陶瓷层时，沿着垂直于层方向的微粒数量减少，因此这样的独石陶瓷电子元件的可靠性不高。因此研制厚度较薄的独石陶瓷电子元件用陶瓷层达到了它的极限。

本发明的一个目标是提供一种介电常数显现出优良温度和电场特性的介电陶瓷，其中烧结压块包含非心-壳结构的微粒。

本发明的另一个目标是提供一种独石陶瓷电子元件，它包含每层厚度都小于3微米的薄陶瓷层。

按照本发明的一个方面，介电陶瓷包含由最大粒径为0.5微米左右而平均粒径为0.1-0.3微米左右的许多微粒组成的烧结压块，多个微粒的每一个都具有均匀的组份和均匀的晶系，并且各个微粒具有相同的组份和晶系，比较好的是最大粒径为0.4微米，并且平均粒径为0.15-0.25微米左右。

按照本发明的第二方面，介电陶瓷进一步包含组份与所述微粒不同的晶界相。

按照本发明的第三方面，晶界相的厚度小于5纳米。

由于烧结压块中微粒的平均直径较小，即如上所述为0.1-0.3微米左右，所以即使在5微米以下的薄层内，也可以沿垂直于层的方向使许多微粒互相堆垛起来，从而使陶瓷层有较高的可靠性。

由于烧结压块的每个微粒都具有均匀的组份和晶系，所以在烧结过程中陶瓷结构是稳定的。而且，其较小的微粒大小抑制了陶瓷的介电特性并且带来了优良的电场强度和温度特性。

图1为本发明一个实施例的多层陶瓷电容器的剖面图。

下面以多层陶瓷电容器为例阐述按照本发明的介电陶瓷和采用该材料的独石陶瓷电子元件。在实施例中，采用非贵重金属作为独石陶瓷电子元件的内部电极以降低成本。因此采用了非还原性介电材料(例如钛酸钡中向化学通式ABO₃中的位置A化学计量偏移)和加入受主元素。但是也可以采用另外类型的电极和陶瓷。

如图1所示，示例用的多层陶瓷电容器为长方体片型并且包含通过层叠多层介电陶瓷层2制成的叠层1、夹在介电陶瓷层2作为金属导体的内部电极3和提供于叠层两端的外部导体。每个外部导体由外部电极5、镀膜6(例如镍、铜等)和镀膜7(例如焊剂、锡等)组成。

多层陶瓷电容器的制造过程如下：按照给定的配比称量作为原料的主成份(例如钛酸钡)和添加剂(用来改变电容特性)并湿拌。向粉末混合物加入有机粘合剂和溶剂以得到浆料，而陶瓷生片由浆料制得。在陶瓷生片上例如利用丝网印刷、蒸发或者电镀的方法提供包含非贵重金属(例如铜)的内部电极层。

层叠数量预先确定的带有内部电极层的陶瓷生片，并且在层叠片的两侧表面上提供不带内部电极的两块生片。对这些生片加压以获得叠层1。叠层1在还原气氛下以预先确定的温度烧结。

在叠层1的两端，形成有外部电极5从而与内部电极3连接起来。外部电极5的材料可以与内部电极3的材料相同。另外可用的材料包括金属和合金，例如银、钯、银钯合金、铜以及铜合金。这些金属和合金粉末可以含有诸如B₂O₃-SiO₂-BaO玻璃和Li₂O-SiO₂-BaO玻璃之类的玻璃料。根据使用习惯和使用环境选用合适的材料。

通常通过在烧结叠层1上涂覆一层原料金属膏并随后烘干形成外部电极5。此外膏也可以涂覆在未烧结叠层1上并在烧结过程中烘干。