[發(fā)明專利]一種多層陶瓷電容器用Mg-Ta基介質(zhì)陶瓷及其低溫制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210472764.5
• 申請(qǐng)日: 2022-04-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114773060B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曲明山;邢孟江;楊鴻宇;喬峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/495
• 分類號(hào): C04B35/495;C04B35/622;C04B35/638;H01G4/12
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 閆樹(shù)平

本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造領(lǐng)域，具體為一種多層陶瓷電容器用Mg?Ta基介質(zhì)陶瓷及其低溫制備方法，通過(guò)提供一種與Mg?Ta陶瓷具有高匹配性的玻璃改性劑，在MgO?Tasubgt;2/subgt;Osubgt;5/subgt;主料中引入一種改性劑Asupgt;+1/supgt;subgt;2/subgt;COsubgt;3/subgt;?Bsupgt;2+/supgt;O?Csupgt;3+/supgt;subgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;?SiOsubgt;2/subgt;(A＝Li，K；B＝MnO，CuO，BaO；C＝B，Al)，在顯著降低燒結(jié)溫度的同時(shí)提供?100±30ppm/℃的負(fù)介電常數(shù)溫度系數(shù)，并減少由于助燒劑帶來(lái)的損耗惡化因素，制備出具有低損耗、低成本且具有良好工藝穩(wěn)定性的應(yīng)用于射頻MLCC的介質(zhì)材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造領(lǐng)域，涉及一種多層陶瓷電容器用Mg-Ta基介質(zhì)陶瓷及其低溫制備方法。

背景技術(shù)

隨著移動(dòng)通信的高速發(fā)展，微電子器件的小型化與集成化已成為主流，多層陶瓷電容器(MLCC)因具有容量大、體積小、適合大量生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，在軍事、電子信息、移動(dòng)通訊、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。尤其在5G技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，未來(lái)對(duì)MLCC電容器的需求將穩(wěn)步增長(zhǎng)。MLCC包括內(nèi)電極、端電極以及陶瓷介質(zhì)三部分，其中內(nèi)電極(如Ag、Ag/Pt)與陶瓷介質(zhì)互相平行構(gòu)成主體部分，端電極一般則為三層結(jié)構(gòu)：最內(nèi)為Ag或Ag-Pt，起鏈接作用并引出內(nèi)電極；中間則為阻擋層，一般為Ni或Cu，主要防止Ag在焊接時(shí)被熔融的焊錫腐蝕；最外層為焊接層。陶瓷電容器的分類常以所采用介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)溫度系數(shù)τ_ε表示。根據(jù)美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)RS-198標(biāo)準(zhǔn)，陶瓷介質(zhì)按溫度穩(wěn)定性通常可分為三大類，I類陶瓷具有高溫度穩(wěn)定性和低損耗；Ⅱ類陶瓷容積效率高，但穩(wěn)定性及較差，適用于緩沖、解耦及旁路電路；Ⅲ類陶瓷其容積效率更高，但其穩(wěn)定性更差。得益于Ⅰ類陶瓷電容器的高穩(wěn)定性及低損耗，使其在射頻及微波通信的應(yīng)用中最為廣泛。Ⅰ類介質(zhì)陶瓷的命名根據(jù)EIARS-198具有不同標(biāo)準(zhǔn)，如M2G溫度特性的陶瓷電容器指在溫度范圍內(nèi)(-55℃～85℃)具有-100±30ppm/℃的溫度漂移，該類介質(zhì)陶瓷電容器可用于制備相控雷達(dá)T/R組件、射頻功率放大器、發(fā)射機(jī)等線路中起耦合、協(xié)調(diào)以及濾波等作用。

傳統(tǒng)用于MLCC的介質(zhì)材料以TiO₂為基礎(chǔ)，通過(guò)離子取代或者復(fù)合摻雜等工藝對(duì)燒結(jié)溫度、介電性能以及介電常數(shù)溫度系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，如Ba-Ti系中BaTiO₃屬于最早商業(yè)化應(yīng)用的Ⅱ類陶瓷代表，而B(niǎo)aTi₄O₉為Ⅰ類陶瓷的典型；Mg-Ti系中以介電性能優(yōu)異的MgTiO₃為代表，是射頻通信中具有潛力的低損耗介質(zhì)材料，但由于過(guò)高的燒結(jié)溫度(1400℃)限制了進(jìn)一步實(shí)際應(yīng)用。

Mg-Ta基介質(zhì)陶瓷是一種具有適中介電常數(shù)以及極低介質(zhì)損耗的材料類型(如MgTa₂O₆：ε_r～25，Q×f～131000GHz，tanδ～7×10^-5)，是極具潛力的應(yīng)用于I類陶瓷電容器的介質(zhì)材料。但該陶瓷燒結(jié)溫度亦過(guò)高(1400℃)，盡管現(xiàn)今已有研究學(xué)者嘗試降低其燒結(jié)溫度，如添加0.5wt.％的B₂O₃時(shí)，MgO-Ta₂O₅陶瓷燒結(jié)溫度為1550℃(ε_r～27.8，Q×f～180000GHz)；添加0.4wt.％的MgO時(shí)MgO-Ta₂O₅陶瓷燒結(jié)溫度仍較高為1425℃(ε_r～25.3，Q×f～160000GHz)；當(dāng)采用溶膠凝膠法時(shí)，粉體在納米級(jí)別下實(shí)現(xiàn)均勻，此時(shí)燒結(jié)溫度適中(1200℃)但介質(zhì)損耗有所增加(ε_r～30.1，Q×f～57300GHz)，并且溶膠凝膠法工藝復(fù)雜，不適用于批量化生產(chǎn)應(yīng)用；當(dāng)摻入5wt.％的CuO時(shí)，燒結(jié)溫度得到了明顯的改善(低至1100℃)，然而此時(shí)Q×f值出現(xiàn)了顯著的惡化(低至21200GHz)。