降低X7R陶瓷电容器烧结温度的研究

论文摘要

多层陶瓷电容器（MLCC）是在表面组装电路中使用的最重要的电子元件之一。其在空气中烧结时，使用的内电极是昂贵的贵金属Pd或Ag／Pd合金。Pd比Ag昂贵很多，为了降低MLCC的生产成本，必须想办法减少内电极中Pd的质量比。而MLCC的烧结温度决定了内电极里Pd的质量比，更低的烧结温度意味着成本的降低。本论文以降低X7R陶瓷电容器的烧结温度为目的，在深入分析BaTiO3陶瓷的改性机理的基础上，进行了研究。本论文研究的主要成果和结论如下：研究了金属Zn掺杂对BT陶瓷的性能影响，发现BT陶瓷可以在980℃时烧熟，这主要是由于金属Zn的软化温度和熔点较低，可以起到助烧的作用。BT陶瓷的介电常数迅速增大，但容温性能变的很差。这可由渗透理论以及定比例法则来解释，当掺杂量低于掺杂阈值时，介电常数会随着掺杂量的增加而增大。研究了CuO掺杂对BT陶瓷的性能影响，BT陶瓷可以在950℃时烧熟，介电常数没有显著变化，并且容温性能没有被严重恶化。CuO起降烧的作用，主要是由于其较低的熔化温度，可以很好的起到液相助烧的作用。通过调整配方中各组分（MnCO3，CBS助烧剂，ZnO）的含量，得到了具有更高介电常数的配方(ε=2878，TCC125℃=-3．4)。本论文采用的方法主要是减少或者去掉配方中的某些组分，提高介电常数，研究了各组分（MnCO3，CBS助烧剂，ZnO）在整个材料中起的作用，得到了更合理的配方：去掉MnCO3，ZnO掺杂量保持不变，次助烧剂改为掺杂0．3wt％的CS（5：5）。通过调整烧结工艺，获得满足工业生产需要的X7R陶瓷材料。在实验中，发现烧结时间对BT陶瓷性能的影响很大，这是由于烧结速率的改变，直接影响了BT陶瓷晶粒的生长。利用这一点，调节介电常数与容温性能两者的关系，从而获得两项性能都可满足的BT陶瓷。最终确定了2小时15分钟到2小时20分钟为最终配方的烧结工艺的第2阶段最佳烧结时间。各项性能满足X7R的工业生产对BT陶瓷各项性能的要求，即：ε≥2700，ρ≥1011Ω·cm，tgδ≤1．0％，△C／C25℃（-55℃-+125℃）≤±15％

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 多层陶瓷电容器（MLCC）的现状与发展
• 1.1.2 X7R陶瓷电容器
• 1.2 降低X7R陶瓷电容器烧结温度的意义和方法
• 1.2.1 降低X7R陶瓷电容器烧结温度的意义
• 1.2.2 降低X7R陶瓷电容器烧结温度的方法
• 1.3 本文的具体研究目标及研究内容
• 1.3.1 本文的研究目标
• 1.3.2 本文的研究内容
• 第二章 理论基础
• 2.1 钛酸钡的细晶高介原理
• 3晶体的铁电畴结构'>2.2 BaTiO₃晶体的铁电畴结构
• 2.3 "壳-芯"结构
• 2.4 纳米掺杂改性机理
• 2.5 金属掺杂改性机理
• 2.5.1 渗透理论简介
• 2.5.2 渗透理论的定义
• 2.5.3 渗透几率与渗透阈值
• 2.5.4 定比例法则
• 第三章 实施方案和技术路线
• 3.1 实施方案
• 3.2 技术路线
• 3.3 实验设备
• 3.4 瓷料的制备.烧结及成瓷的介电性能的测试
• 第四章 实验结果与讨论
• 4.1 掺杂金属Zn的改性研究
• 4.1.1 不同温度下,掺杂金属Zn对瓷料的改性作用
• 4.1.2 不同质量比的金属Zn掺杂对瓷料的改性作用
• 4.1.3 讨论
• 4.2 不同氧化物掺杂对X7R瓷料降烧改性的研究
• 4.2.1 掺杂不同氧化物在1080℃下烧结时的改性研究
• 4.2.2 掺杂不同氧化物1000℃下烧结的改性研究
• 4.3 掺杂CuO对X7R瓷料降烧改性的研究
• 4.3.1 不同质量比的CuO掺杂改性的研究
• 4.3.2 掺杂CuO在不同烧结温度时的性能比较
• 4.3.3 不同烧结工艺改性的研究
• 4.3.4 讨论
• 4.4 提高陶瓷电容器性能的研究
• 3掺杂改性的研究'>4.4.1 不同质量比的MnCO₃掺杂改性的研究
• 4.4.2 不同质量比的ZnO掺杂改性的研究
• 4.4.3 CBS对X7R陶瓷电容器掺杂改性的研究
• 4.4.4 不同CBS对X7R陶瓷电容器的掺杂改性研究
• 4.4.5 讨论
• 4.5 调整烧结工艺的研究
• 4.6 结论
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文主要工作总结
• 5.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文