论文摘要
玻璃陶瓷电容器的内电极结构及界面形貌对其电性能有重要影响。本研究针对Na2O-PbO-Nb2O5-SiO2玻璃陶瓷电容器串联内电极结构不同的烧制条件,研究不同内电极制备工艺对电容器界面质量、电极导电性及器件性能的影响,并讨论所设计的内电极结构在电容器实际应用中的可行性。玻璃陶瓷电介质的相组成由XRD分析获得,多层内电极结构的界面微观结构使用扫描电子显微镜（SEM）来观察,其界面元素成分分析藉由扫描电镜附带的X射线能谱分析仪（EDS）予以分析。本研究的研制基础是采用磁控溅射方法在介质层与银浆料电极间制备了金属膜内电极层,形成“三明治”形式的串联内电极过渡结构。实验结果表明这种内电极结构对于电容器击穿强度的提高是十分显著的。在本研究中,首先深入分析金属膜内电极层对电容器击穿强度、漏电流及电容等多个电性能参数的影响,并着重研究多层结构内电极对电容器电性能的作用机制。分析发现金属膜电极层与玻璃陶瓷形成紧密的界面接触,抑制银向介质中扩散,提高了电性能。基于上述研究,且考虑到制备器件的制备工艺及制造成本,在后续研究中,以改变烧制工艺为切入点,通过变化内电极成分及改变制备工艺两方面对“三明治”形式的内电极结构进行改进。得出了如下主要结论：（1）“镀镍膜后低温银浆固化连结”的低温（<300℃）烧制工艺与“镀金膜后中温银浆固化连结”的中温（-600℃）烧制工艺相比,具有成本低、烧制温度低的优点。但镍膜的抗氧化性远低于贵金属,这导致“镀镍膜后低温银浆固化连结”的内电极设计仅适用于低温及较少接触大气的环境中（2）与低温烧结相比,中温烧制条件下电容器中内电极的导电性及贵金属膜与玻璃陶瓷间的结合力均具有优势,由此综合选择出电容器最佳的内电极制备工艺。为了进一步降低成本,研究了不同溅射时间下获得不同厚度金膜内电极对电容器性能的影响,证明即使在6min这样短的溅射时间内,金膜内电极也能从微观结构上与玻璃陶瓷界面接触致密,并达到有效阻止银扩散的作用。（3）对于高温烧制工艺（≥800℃）的研究则发现样品的界面形貌及电性能均无改善,且与中温烧制工艺相比均出现恶化现象。因而这种新颖的电极设计并不适用于高温烧制。为探讨空气中烧结时在Na2O-PbO-Nb2O5-SiO2玻璃陶瓷中银离子扩散的现象,将玻璃陶瓷与银浆电极形成的界面在600℃烧制,界面附近的面扫描结果表明Ag不仅向其中的玻璃相扩散,而且还扩散进入铌酸铅相。继续将玻璃陶瓷与银浆电极形成的界面烧结至800℃C,界面处晶粒出现异常长大现象,由EDS分析进一步证实了银扩散进入了铌酸铅相。银向玻璃陶瓷中的扩散导致了玻璃陶瓷中的载流子浓度的增加,使得绝缘阻值下降,漏电流增加,对电容器的可靠性是十分不利的。