專利名稱：獨(dú)石瓷介電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電子設(shè)備的瓷介電容器，尤其涉及具有鎳或鎳合金構(gòu)成的內(nèi)部電極的獨(dú)石瓷介電容器。
獨(dú)石瓷介電容器的生產(chǎn)工藝一般如下。首先，制備片狀介電陶瓷材料，在其表面上涂敷有成為內(nèi)部電極的電極材料。例如，作為介電陶瓷材料，可使用以BaTiO3作為主要組分的材料。然后，通過在加熱條件下進(jìn)行壓合(press)并在1250到1350℃溫度下的普通大氣中煅燒成為一體的疊層，把涂敷有電極材料的片狀介電陶瓷材料層疊起來從而獲得具有內(nèi)部電極的介電陶瓷。此外，通過對外部電極進(jìn)行烘焙從而連到內(nèi)部電極的側(cè)面來獲得獨(dú)石瓷介電容器。
相應(yīng)地，內(nèi)部電極的材料必須滿足以下條件(a)因?yàn)橥瑫r對介電陶瓷和內(nèi)部電極進(jìn)行煅燒，所以內(nèi)部電極材料具有與介電陶瓷煅燒溫度相同或更高的熔點(diǎn)。
(b)該材料即使在高溫的氧化氣氛中也不氧化，而且不與介電陶瓷起反應(yīng)。
作為滿足這些條件的電極，已使用貴金屬或其合金，諸如鉑、金、鈀、銀-鈀合金等材料。然而，雖然這些電極材料具有優(yōu)良的特性，但它們非常昂貴并成為增加獨(dú)石瓷介電容器生產(chǎn)成本的最大因素。
除了貴金屬以外，高熔點(diǎn)材料包括諸如Ni、Fe、Co、W、Mo等材料，但這些賤金屬容易在高溫氧化氣氛中氧化，從而它們變得不能用作電極。相應(yīng)地，為了把這些賤金屬用作獨(dú)石瓷介電容器的內(nèi)部電極，必須在中性或還原氣氛中對賤金屬和介電陶瓷進(jìn)行煅燒。然而，常規(guī)介電陶瓷材料的缺陷在于，當(dāng)在此中性或還原氣氛中煅燒這些材料時，它們被大大還原并變?yōu)轭愃朴诎雽?dǎo)體的材料。
為了克服上述缺陷，例如，提出了如JP-B-57-42588所示的一種介電陶瓷材料，其中鋇晶格點(diǎn)(site)/鈦晶格點(diǎn)的比值超過鈦酸鋇固體溶液中理想配比比值，以及如JP-A-61-101459中所示的一種介電陶瓷材料，該材料由加有諸如La、Nd、Sm、Dy、Y等稀土元素的氧化物的鈦酸鋇固體溶液所構(gòu)成。
此外，例如，作為介電常數(shù)隨溫度變化很小的介電陶瓷材料，提出了如JP-A-62-256422所示由BaTiO3-CaZrO3-MnO-MgO系列組分所構(gòu)成的介電陶瓷材料以及如JP-B-61-14611中所示由BaTiO3-(Mg、Zn、Sr、Ca)O-Ba2O3-SiO2系列組分所構(gòu)成的介電陶瓷材料。
通過使用如上所述的介電陶瓷材料，即使在還原氣氛中煅燒介電陶瓷，該材料也不會變?yōu)轭愃朴诎雽?dǎo)體的材料，從而可生產(chǎn)用諸如鎳等賤金屬材料作為內(nèi)部電極的獨(dú)石瓷介電容器。
隨著近來電子學(xué)的發(fā)展，小尺寸的電子零件進(jìn)展飛速，而減小獨(dú)石瓷介電容器的尺寸并增加其電容量的趨勢也變得很明顯。于是，介電陶瓷材料介電常數(shù)的增加以及介電陶瓷層的變薄也進(jìn)展得非?？?。相應(yīng)地，對具有介電常數(shù)隨溫度變化很小的高介電常數(shù)且可靠性優(yōu)良的介電陶瓷材料的需求變得越來越大。
雖然JP-B-57-42588和JP-A-61-101459中所示的介電陶瓷材料給出高的介電常數(shù)，但它們所具有的缺陷是，所獲得的介電陶瓷的晶粒較大，從而在獨(dú)石瓷介電容器中介電陶瓷層的厚度變?yōu)?0微米或更薄時，每一層上的晶粒數(shù)減少且可靠性降低。此外，在這些介電陶瓷材料中，還存在介電常數(shù)隨溫度變化大的問題。于是，上述介電陶瓷材料不能滿足市場的需要。
此外，雖然JP-A-62-256422中所示介電陶瓷材料中的介電常數(shù)相當(dāng)高，所獲得的介電陶瓷的晶粒很小且介電常數(shù)隨溫度的變化也很小，但由于煅燒工藝中形成的CaZrO3和CaTiO3易于形成具有MnO等的次生相，所以問題在于高溫下的可靠性。
此外，在JP-B-61-14611所示介電陶瓷材料中存在的缺陷是，獲得的介電陶瓷的介電常數(shù)從2,000到2,800，且在減小獨(dú)石瓷介電容器的尺寸和增加電容方面，該材料在是不利的。此外，還有一個問題是該介電陶瓷材料不能滿足EIA標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的X7R特性，即在-55℃到+125℃的溫度范圍內(nèi)，靜電電容量的變化率在+15％以內(nèi)。
此外，在JP-A-63-103861中所揭示的非還原靜電陶瓷中，絕緣電阻和電容量的溫度變化率受到主要組分BaTiO3的晶體尺寸的極大影響，從而難于對獲得穩(wěn)定的特性進(jìn)行控制。此外，當(dāng)把絕緣電阻示作它與靜電電容量的積(即，CR)時，該積在1,000到2,000MΩ·μF，不能說非還原介電陶瓷在商業(yè)上是有用的。
在以上所提出的非還原介電陶瓷中，已對高溫負(fù)荷壽命(loading life)測試中絕緣電阻的降低進(jìn)行了各種改進(jìn)，但是濕負(fù)荷測試中絕緣電阻的降低沒有如此改進(jìn)。
為了解決上述問題，在JP-A-5-9066、JP-A-5-9067和JP-A-5-9068中提出了各種元件。然而，作為進(jìn)一步減小尺寸和增加電容量的需要的結(jié)果，對介電陶瓷層的減薄和可靠性的市場需求越來越嚴(yán)格，對具有更好可靠性以及符合厚度減薄的介電陶瓷材料的需求日益增加。相應(yīng)地，需要提供一種尺寸小且電容量大的獨(dú)石瓷介電容器，該電容器在高溫和高濕度下具有優(yōu)良的可靠性。
當(dāng)簡單地在確定的額定電壓下使介電陶瓷層減薄時，則增加了每一層的場強(qiáng)。相應(yīng)地，降低了室溫和高溫下的絕緣電阻，可靠性也大大降低。于是，在陶瓷層的厚度減薄的情況下，需要降低常規(guī)介電陶瓷中的額定電壓。
相應(yīng)地，需要提供一種在高的場強(qiáng)下具有高絕緣電阻且可靠性優(yōu)良的獨(dú)石瓷介電容器，即使在介電陶瓷層的厚度減薄時也不需要降低額定電壓。
本發(fā)明的主要目的是提供一種成本低、尺寸小且電容量大的獨(dú)石瓷介電容器，該電容器具有優(yōu)良的耐氣候性能諸如高溫負(fù)荷、濕負(fù)荷等，其中介電常數(shù)至少為3,000；如果由絕緣電阻與靜電電容量之積(CR)來表示絕緣電阻，則在2kV/mm，以及在室溫和125℃下絕緣電阻的CR積分別為至少6,000MΩ·μF和至少2,000MΩ·μF，在20kV/mm以及在室溫和125℃下絕緣電阻的CR積分別為至少2,000MΩ·μF和500MΩ·μF；靜電電容量的溫度特性滿足JIS標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的B特性并滿足EIA標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的X7R特性。
現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)如下所述本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)的上述目的。
即，本發(fā)明的第一個方面是一種獨(dú)石瓷介電容器，包括一對電極和置于所述電極之間的介電層，介電層包括含有重量百分比不超過大約0.02％的堿性金屬氧化物作為雜質(zhì)的鈦酸鋇、從鈧氧化物和釔氧化物中選出的至少一種氧化物、從釤氧化物和銪氧化物中選出的至少一種氧化物以及從錳氧化物、鈷氧化物和鎳氧化物中選出的至少一種氧化物；以及包含數(shù)量從大約0.5到5.0摩爾作為MgO計算的鎂氧化物和數(shù)量從大約0.2到5.0摩爾作為SiO2計算的硅氧化物，作為由以下組分公式來表示的每100摩爾主要組分中的次要組分(1-α-β-γ)｛BaO｝m·TiO2+αM2O3+βRe2O3+γ(Mn1-x-yNixCoy)O(這里，M2O3是從Sc2O3和Y2O3中選出的至少一種；Re2O3是從Sm2O3和Eu2O3中選出的至少一種；以及α、β、γ、m、x和y是0.0025≤α+β≤0.025，0＜β≤0.0075，0.0025≤γ≤0.05，γ/(α+β)≤4，0≤x＜1.0，0≤y＜1.0，0≤x+y≤1.0，以及1.000＜m≤1.035)，上述內(nèi)部電極由鎳或鎳合金來構(gòu)成。
最好，M是Y，Re是Sm，0.006≤α+β≤0.02，0.0005＜β≤0.005，0.009≤γ≤0.04，γ/(α+β)≤2，0.1≤x＜0.3，0.1≤y＜0.4，0.2≤x+y≤0.4，以及1.005＜m≤1.015，每100摩爾中MgO和SiO2的摩爾數(shù)分別是大約0.8-3和大約1-2.5。
本發(fā)明的第二方面是一種第一方面的獨(dú)石瓷介電容器，其中由導(dǎo)電金屬粉末或與玻璃料混合的導(dǎo)電金屬粉末的燒結(jié)層來構(gòu)成上述外部電極。
本發(fā)明的第三方面是一種第一方面的獨(dú)石瓷介電容器，其中由導(dǎo)電金屬粉末或?qū)щ娊饘俜勰┡c玻璃料的燒結(jié)層構(gòu)成的第一層以及由第一層上形成鍍層構(gòu)成的第二層來構(gòu)成上述外部電極。


圖1是示出本發(fā)明的獨(dú)石瓷介電容器一個實(shí)施例的示意剖面圖，圖2是示出具有本發(fā)明一個實(shí)施例的內(nèi)部電極的介電陶瓷層的示意平面圖，以及圖3是示出本發(fā)明的陶瓷疊層一個實(shí)施例的分解透視圖。
在本發(fā)明中，通過使用介電陶瓷材料來獲得一種獨(dú)石瓷介電容器，所述材料包括鈦酸鋇、從鈧氧化物和釔氧化物中選出的至少一個氧化物；從釤氧化物和銪氧化物中選出的至少一個氧化物；以及從錳氧化物、鈷氧化物和鎳氧化物中選出的至少一個氧化物，這些氧化物依據(jù)上述組分比來調(diào)節(jié)并與鎂氧化物和硅氧化物混合，作為介電陶瓷層的材料，可對所述獨(dú)石瓷介電容器進(jìn)行煅燒，從而即使在還原氣氛中對其進(jìn)行煅燒時也不降低其特性，其靜電電容量的溫度特性滿足JIS標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的B特性以及ETA標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的X7R特性，所述電容器在高場強(qiáng)下在室溫和高溫下具有高的絕緣電阻并絕緣高的可靠性。
此外，由于所獲的介電陶瓷層的晶粒尺寸可以小到大約1微米或更小，可增加一介電陶瓷層中所存在的晶粒數(shù)目，從而即使在獨(dú)石瓷介電容器每個介電陶瓷層的厚度減薄時，也可防止可靠性降低的產(chǎn)生。
此外，已確定，在鈦酸鋇、從鈧氧化物和釔氧化物中選出的至少一個氧化物、從釤氧化物和銪氧化物中選出的至少一個氧化物以及從錳氧化物、鈷氧化物和鎳氧化物中選出的至少一個氧化物所構(gòu)成介電陶瓷層的介電陶瓷材料的主要組分中，還存在少量堿土金屬氧化物諸如SrO、CaO等、堿金屬氧化物諸如Na2O、K2O等以及其它氧化物諸如Al2O3、SiO2等作為雜質(zhì)。在這些雜質(zhì)中，堿金屬氧化物諸如Na2O、K2O等的含量尤其對獨(dú)石瓷介電容器的電學(xué)特性有很大的影響。
即，已確定，使用其中作為雜質(zhì)存在的堿金屬含量少于大約0.02％重量百分比的鈦酸鋇，可獲得3,000或更高的介電常數(shù)。
此外，已確定，使介電陶瓷層中具有硅氧化物，通過把煅燒氣氛控制至氧分壓接近Ni/NiO的平衡氧分壓，可提高燒結(jié)性質(zhì)，也可提高濕負(fù)荷特性。
在使用上述介電陶瓷材料來形成介電陶瓷層時，可實(shí)現(xiàn)尺寸小而電容量大的獨(dú)石瓷介電容器，該電容器示出靜電電容量隨溫度的較小變化并具有高的可靠性，該電容器也可使用鎳或鎳合金或與少量陶瓷粉末混合的每種金屬作為內(nèi)部電極。
此外，對外部電極的組分沒有特殊的限制。例如，可由諸如Ag、Pd、Ag-Pd、Cu、Cu合金等每種導(dǎo)電金屬粉末的燒結(jié)層或由上述導(dǎo)電金屬粉末與諸如B2O3-Li2O-SiO2-BaO系玻璃料、B2O3-SiO2-BaO系玻璃料、B2O3-SiO2-ZnO系玻璃料、Li2O-SiO2-BaO系玻璃料等的每種玻璃料的燒結(jié)層來構(gòu)成外部電極。此外，可把少量陶瓷粉末與導(dǎo)電金屬粉末和玻璃料混合在一起。最好在燒結(jié)層上形成鍍層，該鍍層可以是只由Ni、Cu、Ni-Cu合金等構(gòu)成的鍍層，或者在鍍層上還可具有軟焊接劑、錫等構(gòu)成的鍍層。
以下將根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此實(shí)施例。
將說明本發(fā)明獨(dú)石瓷介電容器的一個實(shí)施例。圖1是示出本發(fā)明的獨(dú)石瓷介電容器一個實(shí)施例的示意剖面圖，圖2是示出具有本發(fā)明一個實(shí)施例的內(nèi)部電極的介電陶瓷層的示意平面圖，以及圖3是示出本發(fā)明的陶瓷疊層一個實(shí)施例的分解斜視圖。
如圖1所示，獨(dú)石瓷介電容器1是由陶瓷疊層3所構(gòu)成的矩形片狀，通過把多個介電陶瓷層2a、2b與內(nèi)部電極4層疊而獲得該陶瓷疊層3，內(nèi)部電極的側(cè)面與外部電極5接觸，每個外部電極具有由鎳、銅等構(gòu)成的第一鍍層6以及由軟焊接劑、錫等構(gòu)成的每個第二鍍層7。
將按照生產(chǎn)步驟來說明上述本發(fā)明的獨(dú)石瓷介電容器1的生產(chǎn)方法。
首先，如下所述產(chǎn)生陶瓷疊層3。如圖2所示，使用以下材料粉末所的漿料，所述材料包括鈦酸鋇；從鈧氧化物和釔氧化物中選出的至少一種氧化物；從釤氧化物和銪氧化物中選出的至少一個氧化物；從錳氧化物、鈷氧化物和鎳氧化物中選出的至少一個氧化物；鎂氧化物；以及硅氧化物，來制備片狀的介電陶瓷層2(未煅燒的薄片)，在層2的一個表面上形成鎳或鎳合金所構(gòu)成的內(nèi)部電極4?？赏ㄟ^絲網(wǎng)漏印法、氣相淀積法或電鍍法來形成內(nèi)部電極4。
然后，如圖3所示，把必要數(shù)量的具有內(nèi)部電極4的介電陶瓷層2b層疊起來并夾在沒有內(nèi)部電極4的介電陶瓷層2a之間，隨后進(jìn)行壓合而形成一疊層。其后，在還原氣氛中煅燒層疊的陶瓷層2a、2b、…、2b、2a來形成一陶瓷疊層3。
然后在陶瓷疊層3的側(cè)面處分別形成兩個外部電極5，從而把這兩個電極連到內(nèi)部電極4。
作為外部電極5的材料，可使用與內(nèi)部電極4相同的材料。此外，也可用銀、鈀、銀-鈀合金、銅、銅合金等作為外部電極的材料，此外，還可把上述金屬粉末與諸如B2O3-SiO2-BaO系玻璃或Li2O-SiO2-BaO系玻璃等玻璃料所構(gòu)成的材料用作外部電極的材料。即，依據(jù)獨(dú)石瓷介電容器今后的用途和場合來選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀?br> 可通過在煅燒而獲得的陶瓷疊層3的側(cè)面上涂敷形成外部電極的包含金屬粉末的導(dǎo)電糊來形成外部電極5隨后再熔燒，但在另一方法中，在煅燒前把導(dǎo)電糊涂敷在陶瓷疊層3的側(cè)面上并在煅燒陶瓷疊層3的同時形成外部電極5。其后，把鎳、銅等鍍層加到每個外部電極5，以形成第一鍍層6。最后，把軟焊接劑、錫等第二鍍層7加到第一鍍層6上，以形成片狀獨(dú)石瓷介電容器1。
通過以下的示例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
例1首先，在制備和稱量用作原材料的TiCl4和Ba(NO3)2和各種雜質(zhì)后，使它們與草酸作為草酸鈦氧鋇(BaTiO(C2O4)·H2O)沉淀，以獲得沉淀物。把沉淀物加熱到1,000℃或更高的溫度使沉淀物分解，以產(chǎn)生后面表1所示的四種鈦酸鋇(BaTiO3)。
然后，制備用于控制鈦酸鋇中Ba/Ti摩爾比(m)的BaCO3、Sc2O3、Y2O3、Sm2O3、Eu2O3、MnCO3、NiO、Co2O3和MgO(每種純度為99％或更高)，以及包含重量百分比20％硅氧化物的硅膠。把這些原材料粉末混合起來，從而實(shí)現(xiàn)后面表2所示的每種組分比，以提供混合的產(chǎn)品。在該表和以后的表3中，標(biāo)有星號(*)的樣品不在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
給如此獲得的每種混合產(chǎn)品加入聚乙烯丁縮醛系列粘合劑和有機(jī)溶劑諸如乙醇等，在球磨機(jī)中對混合物進(jìn)行濕式混合來制備陶瓷漿。其后，通過刮片法使陶瓷漿形成一薄片，以提供厚度為11微米的矩形未燒結(jié)的薄片。然后，在上述未燒結(jié)的陶瓷薄片上印刷包含Ni作為主要組分的導(dǎo)電糊，以形成用于構(gòu)成內(nèi)部電極的導(dǎo)電層。
制備多個未燒結(jié)的陶瓷薄片，其上形成導(dǎo)電糊層，上述導(dǎo)電糊層的一側(cè)向薄片的一側(cè)伸出。把這些未燒結(jié)的的陶瓷薄片層疊起來，從而使導(dǎo)電糊層的伸出側(cè)交錯。通過在氮?dú)庵邪勋@得的疊層加熱到350℃而對粘合劑燒制后，在以下表3所示的溫度下，在由氧分壓從10-9到10-12MPa的H2-N2-H2O氣體所構(gòu)成的還原氣氛中對該疊層煅燒2小時，以提供陶瓷燒結(jié)材料。
用掃描電子顯微鏡以1,500的放大率來觀察所獲的陶瓷燒結(jié)材料的表面并測量晶粒尺寸。
在煅燒后，在所獲得的燒結(jié)材料的側(cè)面上涂敷包含B2O3-Li2O-SiO2-BaO系玻璃料的銀糊，并在600℃的溫度下在氮?dú)庵羞M(jìn)行焙燒，以形成電連接至內(nèi)部電極的外部電極。
如上所述獲得的獨(dú)石瓷介電容器的外部尺寸為，寬度是1.6mm，長度是3.2mm，厚度是1.2mm。此外，位于內(nèi)部電極之間的介電陶瓷層的厚度為8微米。
有效介電陶瓷層的總數(shù)為19，每一層相對電極的面積為2.1mm2。
測量所獲得的這些獨(dú)石瓷介電容器的電學(xué)特性。在1kHz的頻率、1Vrms和25℃的溫度下，使用自動電橋型測量設(shè)備來測量靜電電容量(C)和介質(zhì)損耗(tanδ)，并根據(jù)靜電電容量計算介電常數(shù)(ε)。
然后，在25℃和125℃下，使用絕緣電阻計加上16V的直流電壓2分鐘來測量絕緣電阻(R)，獲得靜電電容量(C)與絕緣電阻(R)的積，即積CR。
為了測量在20kV/mm的電場下的絕緣電阻(R)，通過加上160V的直流電壓2分鐘來類似地測量25℃和125℃下的絕緣的電阻(R)并獲得CR積。
此外，測量靜電電容量隨溫度的函數(shù)的變化率。
此外，對于靜電電容量隨溫度的變化率，以20℃時的靜電電容量作為標(biāo)準(zhǔn)(ΔC/C20℃)，確定在-25℃和85℃的變化率，以25℃時的靜電電容量作為標(biāo)準(zhǔn)(ΔC/C25℃)，確定在-55℃和125℃的變化率，以及在-55℃到125℃范圍內(nèi)變化率的最大絕對值(|ΔC/C25℃|max)。
在高溫負(fù)荷壽命測試時，在每種情況下準(zhǔn)備36個樣品，通過加上100V的直流電壓，在150℃的溫度下測量每個樣品絕緣電阻的變化。此外，把每個樣品的絕緣電阻值(R)變?yōu)?06歐姆或更低的時刻定義為壽命，并確定所有樣品壽命的平均值。
在濕負(fù)荷測試中，在每種情況下準(zhǔn)備72個樣品，在2atms(相對濕度100％)和121℃的溫度下把16V的直流電壓加到這些樣品時，注意絕緣電阻值(R)變?yōu)?06歐姆或更低的樣品數(shù)目。
在后面的表3中示出上述測試結(jié)果。
由后面表1到3可清楚地看出，在本發(fā)明的獨(dú)石瓷介電容器中，介電常數(shù)為3,000或更高，介質(zhì)損耗為2.5％或更低，靜電電容量隨溫度的變化率滿足-25℃到85℃范圍內(nèi)JIS標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的B特性標(biāo)準(zhǔn)，也滿足-55℃到125℃范圍內(nèi)EIA標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的X7R特性標(biāo)準(zhǔn)。
此外，如這些表所示，本發(fā)明的獨(dú)石瓷介電容器具有以下優(yōu)點(diǎn)。
即，如果用CR積來表示20kV/mm的高電場強(qiáng)度下25℃和125℃時的絕緣電阻，則這些積分別高達(dá)2,000MΩ·μF或更高以及500MΩ·μF或更高。
此外，平均壽命長達(dá)500小時或更長，而且在濕負(fù)荷測試中未觀察到不良結(jié)果的產(chǎn)生。
此外，煅燒溫度為1,300℃或更低，并可在相對低的溫度下實(shí)行燒結(jié)。此外，晶粒尺寸小到大約1μm或更小。
以下說明對用于本發(fā)明的獨(dú)石瓷介電容器的介電陶瓷材料的組分進(jìn)行限制的原因。
在本發(fā)明中，在(1-α-β-γ)｛BaO｝m·TiO2+αM2O3+βRe2O3+γ(Mn1-x-yNixCoy)O(這里，M2O3是從Sc2O3和Y2O3中選出的至少一個；Re2O3是從Sm2O3和Eu2O3中選出的至少一個)中，如上所述規(guī)定α、β、γ、m、x和y，這是因?yàn)槿?號樣品，當(dāng)(M2O3+Re2O3)的量(α+β)少于大約0.0025時，介電常數(shù)低于3,000，靜電電容量的溫度變化率變大，125℃時高壓的絕緣電阻降低，平均壽命大大縮短。
如19號樣品，當(dāng)(M2O3+Re2O3)的量(α+β)超過大約0.025時，介電常數(shù)低于3,000，25℃和125℃時的絕緣電阻降低，平均壽命縮短，在濕負(fù)荷測試中測試出現(xiàn)不良結(jié)果，燒結(jié)溫度變高。
如2號樣品，當(dāng)(Mn、Ni、Co)O的量γ小于大約0.0025時，在還原氣氛中煅燒的介電陶瓷被還原成為類似于半導(dǎo)體的材料，且絕緣電阻降低。
如20號樣品，當(dāng)(Mn、Ni、Co)O的量γ超過大約0.05時，無論所加的電壓如何，125℃的絕緣電阻降低，平均壽命縮短，且靜電電容量隨溫度的變化率變大。
如23、24和25號樣品，當(dāng)介電陶瓷材料完全不包含Mn時，絕緣電阻降低，且平均壽命變得比500小時短。
如3號樣品，當(dāng)Re2O3的量β為0時，平均壽命變?yōu)楸?00小時短。
如22號樣品，當(dāng)Re2O3的量β超過大約0.0075時，靜電電容量隨溫度的變化率變大，而且不滿足JIS標(biāo)準(zhǔn)的B特性以及EIA標(biāo)準(zhǔn)的X7R特性。
如21號樣品，當(dāng)(Mn、Ni、Co)O的量γ與(M2O3+Re2O3)的量(α+β)之比γ/(α+β)超過大約4時，靜電電容量隨溫度的變化率變大，125℃的絕緣電阻降低，平均壽命變得比500小時短。
如4和5樣品，當(dāng)鈦酸鋇的摩爾比m為大約1.000或更低時，介電陶瓷在還原氣氛中煅燒時變?yōu)轭愃朴诎雽?dǎo)體的材料，或者絕緣電阻降低，平均壽命變得比500小時短。
如26號樣品，當(dāng)鈦酸鋇的摩爾比m超過大約1.035時，大大降低了燒結(jié)性能。
如6號樣品，當(dāng)MgO的量少于大約0.5摩爾時，絕緣電阻降低，平均壽命變得比500小時短，靜電電容量隨溫度的變化率不能滿足JIS標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的B特性和EIA標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的X7R特性。
如27號樣品，當(dāng)MgO的量超過大約5.0摩爾時，燒結(jié)溫度變高，介電常數(shù)變得低于3,000，平均壽命縮短，且在濕負(fù)荷測試中出現(xiàn)測試不良結(jié)果。
如7號樣品，當(dāng)硅氧化物的量少于大約0.2摩爾時，燒結(jié)變得不充分。
如28號樣品，當(dāng)硅氧化物的量超過大約5.0摩爾時，介電常數(shù)不超過3,000。
如29號樣品，當(dāng)作為鈦酸鋇中的雜質(zhì)的堿金屬氧化物的量超過大約0.02的重量百分比時，介電常數(shù)降低。
對Re2O3的量β與M2O3的量α的比值β/α沒有特殊規(guī)定，但為了給靜電電容量隨溫度的變化率離標(biāo)準(zhǔn)的容許值留有余地，β/α最好≤1。
此外，在上述例子中，使用草酸法制備的鈦酸鋇粉末，但本發(fā)明中所使用的鈦酸鋇不限于鈦酸鋇方粉末，在本發(fā)明中也可使用醇鹽(alkoxide)法或水熱合成法所制備的鈦酸鋇粉末。與上述例子所獲得的特性相比，使用后面的鈦酸鋇粉末可進(jìn)一步提高特性。
此外，在上述例子中使用鈧氧化物、釔氧化物、釤氧化物、銪氧化物、錳氧化物、鈷氧化物、鎳氧化物和鎂氧化物粉末，但這些氧化物不限于這些粉末，在把氧化物混合起來，從而構(gòu)成本發(fā)明所規(guī)定的組分范圍的介電陶瓷層時，使用醇鹽、有機(jī)金屬等的溶液不會破壞所獲的特性。
由于本發(fā)明的獨(dú)石瓷介電容器由介電陶瓷材料所構(gòu)成，該材料即使在還原氣氛中煅燒時也不被還原而且不會變?yōu)轭愃朴诎雽?dǎo)體的材料，所以可把鎳或鎳合金用作電極材料，可在相對低的溫度諸如1,300℃下煅燒此陶瓷材料，并可減少獨(dú)石瓷介電容器的成本。
此外，在使用介電陶瓷材料的獨(dú)石瓷介電容器中，介電常數(shù)為3,000或更高，介電常數(shù)隨溫度的變化率很小。
此外，本發(fā)明的獨(dú)石瓷介電容器具有高的絕緣電阻并示出優(yōu)良的特性，這些特性在高溫和高濕度下不惡化。相應(yīng)地，當(dāng)介電陶瓷層減薄時，不必降低額定電壓。
此外，因?yàn)楸景l(fā)明中的晶粒尺寸小到1微米或更低，所以當(dāng)介電陶瓷層減薄時，與常規(guī)的獨(dú)石瓷介電容器相比，每一層中存在的晶粒數(shù)增加，從而可獲得尺寸小而電容量大的獨(dú)石瓷介電容器，該電容器具有高度的可靠性。
雖然參考本發(fā)明的特殊實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)理解，可在本發(fā)明中進(jìn)行各種變化和修改，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
表1
表2
表權(quán)利要求
1.一種獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于包括一對外部電極；位于所述電極之間的多個介電層，每個所述介電層包括鈦酸鋇，包含重量百分比不超過大約0.02％的堿金屬氧化物雜質(zhì)，從鈧氧化物和釔氧化物構(gòu)成的組中選出的至少一個氧化物，從釤氧化物和銪氧化物構(gòu)成的組中選出的至少一個氧化物，以及從錳氧化物、鈷氧化物和鎳氧化物構(gòu)成的組中選出的至少一個氧化物，在由以下組分公式來表示的每100摩爾主要組分中還包含作為MgO數(shù)量從大約0.5到5.0摩爾的鎂氧化物和作為SiO2數(shù)量從大約0.2到5.0摩爾的硅氧化物，的次要組分(1-α-β-γ)｛BaO｝m·TiO2+αM2O3+βRe2O3+γ(Mn1-x-yNixCoy)O其中，M2O3是Sc2O3和Y2O3中的至少一個；Re2O3是Sm2O3和Eu2O3中的至少一個；以及α、β、γ、m、x和y是0.0025≤α+β≤0.025，0＜β≤0.0075，0.0025≤γ≤0.05，γ/(α+β)≤4，0≤x＜1.0，0≤y＜1.0，0≤x+y≤1.0，1.000＜m≤1.035；以及至少兩個內(nèi)部電極，每個內(nèi)部電極位于相鄰的介電層之間。
2.如權(quán)利要求1所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于所述內(nèi)部電極包括鎳或鎳合金。
3.如權(quán)利要求2所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于如權(quán)利要求1所述的獨(dú)石瓷介電容器，0.006≤α+β≤0.02，0.0005＜β≤0.005，0.009≤γ≤0.04，γ/(α+β)≤2，0.1≤x＜0.3，0.1≤y＜0.4，0.2≤x+y≤0.4，以及1.005＜m≤1.015。
4.如權(quán)利要求3所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于M是Y。
5.如權(quán)利要求4所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于Re是Sm，每100摩爾中MgO的摩爾數(shù)是大約0.8-3，SiO2的摩爾數(shù)是和大約1-2.5。
6.如權(quán)利要求5所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于所述外部電極包括導(dǎo)電金屬粉末與任意玻璃料。
7.如權(quán)利要求5所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于所述外部電極包括由導(dǎo)電粉末和任意玻璃料的燒結(jié)層構(gòu)成的第一層以及所述第一層上的第二鍍層。
8.如權(quán)利要求2所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于所述外部電極包括導(dǎo)電金屬粉末和任意玻璃料的燒結(jié)層。
9.如權(quán)利要求2所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于所述外部電極包括導(dǎo)電粉末和任意玻璃料的燒結(jié)層構(gòu)成的第一層以及所述第一層上的第二鍍層。
10.如權(quán)利要求1所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于0.006≤α+β≤0.02，0.0005＜β≤0.005，0.009≤γ≤0.04，γ/(α+β)≤2，0.1≤x＜0.3，0.1≤y＜0.4，0.2≤x+y≤0.4，以及1.005＜m≤1.015。
11.如權(quán)利要求10所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于M是Y。
12.如權(quán)利要求11所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于Re是Sm，每100摩爾中MgO的摩爾數(shù)是大約0.8-3，SiO2的摩爾數(shù)是和大約1-2.5。
13.如權(quán)利要求1所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于所述外部電極包括導(dǎo)電金屬粉末與任意玻璃料。
14.如權(quán)利要求1所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于所述外部電極包括由導(dǎo)電粉末和任意玻璃料的燒結(jié)層構(gòu)成的第一層以及所述第一層上的第二鍍層。
15.一種介電陶瓷，其特征在于包括鈦酸鋇，包含重量百分比不超過大約0.02％的堿金屬氧化物雜質(zhì)，從鈧氧化物和釔氧化物構(gòu)成的組中選出的至少一個氧化物，從釤氧化物和銪氧化物構(gòu)成的組中選出的至少一個氧化物，以及從錳氧化物、鈷氧化物和鎳氧化物構(gòu)成的組中選出的至少一個氧化物，在由以下組分公式來表示的每100摩爾主要組分中還包含作為MgO數(shù)量從大約0.5到5.0摩爾的鎂氧化物和作為SiO2數(shù)量從大約0.2到5.0摩爾的硅氧化物作為的次要組分(1-α-β-γ)｛BaO｝m·TiO2+αM2O3+βRe2O3+γ(Mn1-x-yNixCoy)O其中，M2O3是Sc2O3和Y2O3中的至少一種；Re2O3是Sm2O3和Eu2O3中的至少一種；以及α、β、γ、m、x和y是0.0025≤α+β≤0.025，0＜β≤0.0075，0.0025≤γ≤0.05，γ/(α+β)≤4，0≤x＜1.0，0≤y＜1.0，0≤x+y≤1.0，以及1.000＜m≤1.035。
16.如權(quán)利要求15所述的介電陶瓷，其特征在于0.006≤α+β≤0.02，0.0005＜β≤0.005，0.009≤γ≤0.04，γ/(α+β)≤2，0.1≤x＜0.3，0.1≤y＜0.4，0.2≤x+y≤0.4，以及1.005＜m≤1.015。
17.如權(quán)利要求16所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于M是Y。
18.如權(quán)利要求17所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于Re是Sm，每100摩爾中MgO的摩爾數(shù)是大約0.8-3，SiO2的摩爾數(shù)是和大約1-2.5。
19.如權(quán)利要求15所述的獨(dú)石瓷介電容器，其特征在于M是Y。
全文摘要
一種由多個介電陶瓷層、位于介電陶瓷層之間的內(nèi)部電極和在介電陶瓷層的側(cè)面形成的外部電極(從而,它們連接到交互的內(nèi)部電極)層疊而成的獨(dú)石瓷介電容器,其中介電陶瓷層由以下公式所示主要組分的材料所構(gòu)成:(1－α－β－γ){BaO}
文檔編號H01G4/30GK1188318SQ9810396
公開日1998年7月22日 申請日期1998年1月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月8日
發(fā)明者和田博之, 佐野晴信 申請人:株式會社村田制作所