[发明专利]利用抑制烧结积层陶瓷电容器改善电容温度特性与可靠度

说明书

技术领域

本发明涉及一种烧结方法，具体地，涉及改善电容温度特性与可靠度的抑制收缩烧结方法。

背景技术

众所周知，积层陶瓷电容器主要由多数复合层相互堆栈并经压合后烧结而成，各复合层为由陶瓷层及形成于该陶瓷层上方的电极层所组成。最先由美国公司研制，其后Murata、TKD、太阳诱电等日本公司迅速发展而产业化，已经部分取代片式铝电解电容和片式钽电容器。目前积层陶瓷电容(Multilayer Ceramic Capacitors，MLCC)已经大量装设于PC、手机、车用电子，作为被动组件(Passive Components)的组件，以储存能量，呈现滤波、旁路、耦合、反耦合及调谐振荡等功效。目前电容器随信息产品的需求而缩小体积，与微控制器、内存等相较，电容虽然不是关键性组件，但其质量的优劣，却关系电子产品性能的表现。

MLCC用陶瓷粉料包括-30℃～+85℃使用温度范围内，容量变化率为-80％～+30％的Y5V，-55℃～+125℃使用温度，容量变化率为±15％MAX的X7R。其中X7R属于积层电容，是目前市场所需求、用量最大品种之一。日本公司运用纳米级钛酸钡陶瓷料(BaTiO₃)，添加稀土金属氧化物改性，制造成高可靠性的X7R陶瓷粉料。

专利文献日本专利特开2004-224653号公报中，提出一种介电质陶瓷，其具有如下组成：包含主成分与添加成分，其中，上述主成分含有由ABO₃(A为Ba及Ca，或者为Ba、Ca及Sr；B为Ti，或者为Ti及Zr、Hf中之至少任一种)所表示的钙钛矿型化合物，上述添加成分含有Si、特定的稀土类元素R及特定的金属元素M，且该介电质陶瓷具有晶粒与占据晶粒间的晶界，关于上述晶粒个数之85％以上者，于其截面之90％以上之区域中，上述添加成分不固溶，且存在上述主成分，对于上述晶界中之分析点数之85％以上之分析点，含有至少上述Ba、上述Ca、上述Ti、上述Si、上述R及上述M。于该专利文献中，将(Ba，Ca)TiO₃作为主成分，Si、特定的稀土类元素R及特定的金属元素M作为副成分，且使上述副成分几乎不固溶于主成分中而是存在于晶界中，以便确保高温负载寿命，从而实现可靠性的提高。

另外，在美国专利申请案US 6,829,136中，也是利用由ABO₃为主要组成部分的介电陶瓷。其中，至少有70％的介质陶瓷晶体颗粒有截面积，第一区域包含被溶解的稀土元素并占据5至70％的截面积，第二区域的为自由被溶解的稀土元素并占据10至80％的边缘截面积。利用该材料的单片介电陶瓷薄膜层陶瓷电容器具有优异的电容温度特性和高可靠性。

商用陶瓷电容器的应用以Class II为主，可略分为Y5V、X5R、X7R等规格，其中以X7R规格较为严谨，X7R基本上所要求的规格为指在温度范围于-55℃～125℃间(以25℃为基准)，其相对容值变化量小于15％。目前，可符合X7R规格的材料，其一就是钛酸钡(BaTiO₃)系统，其以钛酸钡为主体配方。

介电体陶瓷器组合物及电子组件的公告I310761号专利，提出一种包括含Ba、Ca、Ti、Mg与Mn作为金属元素的复合氧化物的介电陶瓷组合物，并以CV值表示结晶粒子相互间粒内Ca浓度的变动，较佳者为介于5％以上，小于20％之间，更较佳者为介于10％以上，18％以下之间。达到在不具有经白添加剂组份扩散所形成核心外壳结构材料的介电陶瓷组合物下，具有温度依赖特征与可靠度并非视添加剂组份而定的材料特性。该发明介电陶瓷的层合陶瓷电容器符合JIS规格规定的B特征，并符合EIA规格规定的X7R与X8R特征。

此外，积层陶瓷电容(MLCC)的薄层化技术及高介电常数材料为实现高电容化及小型化的主要研究方向。伴随着介电层的薄层化使电场强度急遽增加，对于钛酸钡基陶瓷材料介电层微结构的质量要求愈来愈高。因此如何藉由提升微结构与介电性质相关性的了解，进而开发高电容及高可靠度MLCC的介电陶瓷材料为本发明的重点。目前高温度稳定性的积层陶瓷电容器是以BaTiO₃材料系统的核壳结构为主，此材料系统制作的高温度稳定性积层陶瓷电容器除了由于为配合介电层薄层仍须5-6颗小晶粒，所以导致介电常数低且可靠度不佳。