一种高可靠x8r型多层陶瓷电容器用介质材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多层片式陶瓷电容器介质材料，尤其涉及一种使用镍电极的符合 X8R特性的具有高可靠性的多层陶瓷电容器介质材料。
【背景技术】
[0002] 目前，多层片式陶瓷电容器（Multilayer Ceramic Capacitors)简称MLCC，被广泛 应用于隔直、耦合、旁路、鉴频等方面；它是将电极材料与陶瓷材料以多层交替并联叠合起 来，经过高温烧成一个整体，再烧制端部外电极而形成；MLCC具有体积小、绝缘电阻高、电 感低等诸多优点而备受青睐，特别适合于片式表面贴装技术，可大大提高电路组装密度，缩 小整机体积，这一突出的特点使MLCC成为世界上用量最大、发展最快的一种片式元件。
[0003]根据国际电子工业协会 EIA (Electronic Industries Association)标准，X8R 型 MLCC是指以25°C的电容值为基准，从-55°C到150°C的温度范围之内，容温变化率彡± 15%。 近年来，一些在高温下工作的电子设备对工作温度上限大于125°C，特别是工作度上限为 150~200°C的MLCC产品，有很大的需求。高温稳定型MLCC主要应用于以下两个方面：一 是应用于各类车载电子控制装置中；如发动机舱内安装的电子控制单元模块、防抱死系统 等等；这些电子设备用于引擎控制，驾驶控制以及刹车控制，安全意义重大，但其工作环境 非常恶劣，尤其是夏天，发动机舱内的温度会超过130°C，这就要求电子元器件必须具有良 好的温度稳定性和耐高温特性。二是涉及国防军工、航空航天以及勘探领域的应用，比容大 功率相控阵雷达、装甲车辆、弹载/箭载电路以及石油勘探等，均要求器件的工作温度达到 150°C以上。而X7R型MLCC的工作温度范围为-55~125°C，显然不合适，所以研发具有高 温稳定性的X8R型MLCC介质材料具有十分重要的实际意义。
[0004] 许多专利文献中提出的MLCC介质材料虽然能够满足X8R特性要求，但在高温负荷 下的寿命时间短；为了提高介质材料的高温负荷寿命，本文通过水热合成法合成钛酸钡钙， 以钛酸钡钙为主要成分，用部分的Ca取代Ti后产生晶格缺陷，因此钛酸钡钙具有高抗原原 性；为了满足X8R特性，通过钛酸钡钙进行掺杂改性，使居里点向高温方向移动，同时拓宽 居里峰，以获得在-55~150°C的温度下的容温变化率在±15%以内，满足X8R特性要求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种使用镍电极的符合X8R特 性的具有高可靠性的多层陶瓷电容器介质材料。
[0006] 其技术方案是：一种高可靠X8R型多层陶瓷电容器用介质材料，其摩尔组份比为： 100摩尔钛酸钡钙 Ba1xCaxTi03 (0? 005〈x彡0? 05)、0. 1-0. 6摩尔 MnC03、0. 2-2. 0摩尔 MgO、 L5-5. 5摩尔 Si02、0. 1-0. 5摩尔 Al2O3U. 0-4. 0摩尔 Zr02、0. 5-3. 5摩尔选自 Y203、Ho203、 Er203、Yb203、Gd2O3中的至少一种或几种化合物，0. 01-0. 5摩尔选自WO3、Mo03、V2O5中的至少 一种或几种化合物。
[0007] 所述Ba1 xCaxTi03采用水热法生产，颗粒尺寸在200_600nm。
[0008] -种高可靠X8R型多层陶瓷电容器用介质材料的制备方法，包含如下步骤： (1) 选取添加剂 MnC03、MgO、Si02、A1203、ZrO2; (2)选取Y203、H〇203、Er203、Yb203、Gd2O3中的一种及以上化合物； (3) 选取W03、M〇03、V2O5中的至少一种或几种化合物； (4) 将步骤（1)至（4)中选取的添加剂粉末进行混合、煅烧； (5) 将煅烧后的粉和其余成分与钛酸钡钙一起混合、分散、干燥后，获得介质材料。
[0009] 混合后添加剂粉末的煅烧温度为500-900°C。
[0010] 本发明的优点是：所述介质材料的温度稳定性好，可靠性高；采用抗还原性高的 钛酸钡钙为主要成分，配方中引入辅助成分添加剂，使居里峰平直和居里点向高温方向移 动，使介质材料的容温变化率更容易满足X8R标准；引入的稀土氧化物提高介质材料的抗 还原性。
[0011] 利用本发明的配方和工艺，可以获得高可靠性的X8R型介质材料。利用该介质材 料制备的多层陶瓷电容器，适合在还原气氛中烧结，烧结温度在1250~1320°C。利用该介 质材料制备的多层陶瓷电容器有2000以上的介电常数，温度特性符合美国EIA标准的X8R 特性；且高温负荷可靠性在150°C施加25V/ y m的直流电压时的平均寿命在48h以上。
【具体实施方式】
[0012] -种高可靠X8R型多层陶瓷电容器用介质材料及其制备方法，本发明采用水热法 生产的钛酸钡钙Ba 1 xCaxTi03S主成分，控制添加剂在晶粒中扩散速率，获得均匀的晶格结 构，MLCC可靠性高，符合X8R标准。
[0013] 本发明中的添加剂成分，提高介质材料的抗还原性，对温度稳定性和高温温度特 性有利。
[0014] -种高可靠X8R型多层陶瓷电容器用介质材料钛酸钡钙Ba1xCaxTi03的性能是关 键，钛酸钡钙的生产工艺有固相法、水热法或溶胶凝胶法。水热法工艺生产的钛酸钡钙，具 有晶粒发育完整、团聚轻、颗粒无孔洞，且粉体毋需高温煅烧处理，避免了烧结过程中造成 的晶粒长大、缺陷形成和杂质引入。钛酸钡钙晶粒中无孔洞、缺陷少可以使介质材料获得高 的可靠性。
[0015] 本发明中的添加剂成分，在介质材料中起重要的作用。MnCO3，加速烧结和改善绝 缘电阻及IR耐久性，加入量0. 1-0. 6摩尔(相比100摩尔钛酸钡钙Ba1xCaxTi03)合适，加入 量过多，不能得到充分的效果，加入量过少，不利于电容的温度系数。MgO,使电容的温度系 数平直，且可以抑制晶粒的长大，加入量0. 2-2. 0摩尔(相比100摩尔钛酸钡钙Ba1xCaxTi03) 合适，加入量过多，会引起烧结特性的退化，加入量过少，不能明显抑制晶粒长大和平直电 容的温度系数。SiO2，烧结助剂，降低及展宽材料的烧结温度，加入量1. 5-5. 5摩尔(相比 100摩尔钛酸钡钙Ba1xCaxTi03)合适，加入量过少，引起烧结特性的退化，且不利于电容温度 系数和绝缘电阻，加入量过多，造成过烧，引起介电常数的下降。Al2O3，改善烧结特性、绝缘 电阻，加入量0