专利名称：陶瓷电容器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷电容器及其制造方法。
背景技术：
这种陶瓷电容器包括电介质层和分别设置在该电介质层正面和反面上的电极。
对陶瓷电容器需要提高其容量，因此电介质层必须具有高介电常数。然而，为了缩小陶瓷电容器的尺寸并且提高其容量，电介质层的厚度必须是1微米到2微米或者更小。在使用了具有1微米到2微米或者更小厚度的电介质层的陶瓷电容器中，介电常数目前只能被提高到大约3000。换言之，为形成具有1微米到2微米或者更小厚度的电介质层必须使用具有最小粒度的BaTiO3粉末，但是使用具有如此小粒度的BaTiO3迅速地降低了介电常数。因此，目前，介电常数只能被提高到大约3000。
发明内容
一种陶瓷电容器，包括由多晶体构成的电介质层以及分别设置在该电介质层正面和反面上的电极，该多晶体主要由具有0.5微米或者更小平均粒度的BaTiO3组成。所述多晶体具有四方钙钛矿型晶体结构和1.005到1.009的c轴/a轴比。在一种制造该陶瓷电容器的方法中，BaTiO3中的添加剂被选择以便多晶体的c轴/a轴比是1.005到1.009。
图1是示出根据本发明示范性实施例的陶瓷电容器的局部剖视立体图。
图2是示出图1中陶瓷电容器的内部电极和电介质层的样式图。
图3示出组成图1的陶瓷电容器电介质层的晶粒的晶体结构。
图4是电介质层的特性图。
图5示出晶粒的传统晶体结构。
具体实施例方式
本发明提供一种陶瓷电容器，其中即使当电介质层的厚度是1微米到2微米或者更小的时候，电介质层的介电常数也能够达到3500或者更高，本发明还提供了一种制造该陶瓷电容器的方法。
下面将参考附图描述本发明的实施例。
图1示出根据本发明示范性实施例的陶瓷电容器。在图1中，电极12以预定间隔嵌入在电介质层11中。电极12被交替地牵至相应的端部，并连接到相应的外部电极13。
夹在电极12之间的电介质层11的厚度和它们的晶体结构在本发明中是至关重要的。图1的陶瓷电容器具有小的尺寸和大的容量，电极12之间的电介质层11的厚度是1微米到2微米。换言之，电极12之间的电介质层11的厚度被减小以便电极12尽可能接近地互相面对，从而提供大的静电容量。
为了提供大的静电容量，夹在互相接近的电极12之间的电介质层11的介电常数必须被提高。在本实施例中电介质层11按照如下方式形成。各种添加剂被添加到作为初始材料的具有0.2微米平均粒度的BaTiO3粉末中。添加剂具体地包括MgO、MnO2、Dy2O3、V2O5和Ba-Al-Si-O基玻璃。这些材料被混合、干燥、煅烧和粉碎。粉碎成的粉末和各种粘合剂混合，并成形为薄片。该薄片就是要被夹在电极12之间的电介质层11。
接着，薄片和电极12被交替地层叠，在这种状态下于1200-1300℃中被烧制，然后它们两端的表面被刮去，从而从两端的表面露出电极12。外部电极13被设置在暴露部分上以形成图1的陶瓷电容器。
然后参考图2描述这种情况中重要的事项。图2是示出图1的电极12以及被电极12夹在中间的电介质层11的放大的样式图。图2中的电极12对应于图1的电极12，图2中的晶粒21对应于图1的电介质层11中的晶粒。电极12之间存在空隙22。烧制过后，空隙22被具有将近1微米到2微米宽度的电介质层11填充，如图2所示。两排、三排或者四排平均粒度为0.5微米或更小的晶粒21被堆叠在被具有1微米到2微米宽度的电介质层11填充的空隙22中。
在本发明中，晶粒21构成如图3所示的晶体结构，即使当平均粒度是0.5微米或者更小的时候。在图3中，钡原子(Ba)31、钛原子(Ti)32和氧原子(O)33构成图2中的各个晶粒21。箭头34和箭头35表示两个晶轴，即a轴和c轴。在图3中，晶粒21的c轴/a轴比通过调整例如MgO的添加剂的量而被控制在1.005到1.009之间。
一个结论参考图4被描述出。在图4中，横轴41表示c轴/a轴比，纵轴42表示介电常数。直线45表示介电常数3500，折线43示出c轴/a轴比与介电常数之间的关系。箭头44表示c轴/a轴比在从1.005到1.009之间的范围。我们发现当晶粒21的c轴/a轴比被设定在从1.005到1.009的范围之内时，电极12之间的电介质层11的介电常数可以达到3500或者更高。我们发现只有当晶粒21的c轴/a轴比41被设定在从1.005到1.009的范围44之内时，才能得到不低于3500的介电常数。介电常数3500在现有技术中是不能得到的。基于该研究结果，我们研究了为得到该结果的材料选择方法以及为什么能够得到不低于3500的介电常数的具体原因等等。
图5示出当晶粒21的平均粒度是0.5微米或者更小时的传统的晶体结构。在图5中，原子51、原子52和原子53分别代表钡原子(Ba)、钛原子(Ti)和氧原子(O)。箭头54和箭头55表示两个晶轴，即a轴和c轴。在现有技术中，当晶粒21的平均粒度是0.5微米或者更小时，c轴/a轴比约是1.000，如图5所示。晶粒21的平均粒度越小，c轴/a轴比越接近1.000。当c轴/a轴比接近1.000时，介电常数最高约是3000，如图4所示并如现有技术中那样。
我们认真地研究了如何得到大大超过3000的高介电常数。结果，发现将用于100摩尔BaTiO3的MgO的量控制在不超过1摩尔，则使得c轴/a轴比被设定在从1.005到1.009的范围之内。在现有技术中，为形成陶瓷电容器，2摩尔或者更多的MgO被添加到100摩尔BaTiO3中。
c轴/a轴比能够被设定在从1.005到1.009的范围之内的原因目前还不能被充分地阐明，但是估计出了下述机理。减少MgO的量导致产生核壳结构中在其表面上没有壳的晶粒21，施加在具有该核壳结构的晶粒21上的应力增大了c轴的值，因此c轴/a轴比处于从1.005到1.009的范围之内。
3500或者更高的介电常数(这按照常规是不能得到的)可以通过将c轴/a轴比设定在从1.005到1.009的范围之内(我们的选择)而得到，如图4所示。这样，可以得到尺寸更小的具有更大容量的陶瓷电容器。
在本发明中，BaTiO3的四方钙钛矿型晶体结构中的c轴/a轴比被设定在从1.005到1.009的范围之内，从而提供了不能按照常规得到的具有大容量的陶瓷电容器。例如，可以得到3500或者更高的非常高的介电常数(这按照常规是困难的)。
工业适用性在本发明中，BaTiO3的四方钙钛矿型晶体结构中c轴/a轴比被设定在从1.005到1.009的范围之内，从而提供了不能按照常规得到的具有大容量的陶瓷电容器。
权利要求
1.一种陶瓷电容器，包括由多晶体构成的电介质层，所述多晶体主要由具有0.5微米或者更小平均粒度的BaTiO3组成；和设置在所述电介质层表面上的电极，其中，所述的多晶体具有四方钙钛矿型晶体结构以及1.005到1.009的c轴/a轴比。
2.一种制造陶瓷电容器的方法，包括使用被添加到BaTiO3中的添加剂，使得多晶体的c轴/a轴比被设定在从1.005到1.009的范围之内，其中所述陶瓷电容器包括由所述多晶体构成的电介质层以及设置在该电介质层表面上的电极，所述多晶体主要由具有0.5微米或者更小平均粒度的BaTiO3组成；并且其中所述多晶体具有四方钙钛矿型晶体结构。
3.如权利要求2所述的制造陶瓷电容器的方法，其中MgO被用作添加剂，并且用于100摩尔BaTiO3的MgO量不超过1摩尔。
全文摘要
在本发明中，BaTiO
文档编号H01G4/12GK1507640SQ0380021
公开日2004年6月23日 申请日期2003年2月5日 优先权日2002年2月13日
发明者森分博纪, 长井淳夫, 小松和博, 博, 夫 申请人:松下电器产业株式会社