CN1236962A - 多层陶瓷电容器 - Google Patents
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Abstract
一种多层陶瓷电容器具有相互交叉叠层的若干介电层和内电极,在每个介电层中,整个纵向厚度上由介电层构成和单独存在于一个介电层中的陶瓷颗粒的比值达到20%或更高。即使介电层变得5μm或更薄,多层陶瓷电容器也可以防止CR乘积的降低到低于期望值的数值。这可以满足多层陶瓷电容器的以下需求:在内电极上叠层的介电层的数目增加而介电层的厚度做得更薄,以便满足使电路的体积更小而密度更高的要求。
Description
本申请要求1998年五月一日提交的日本专利申请第H10-121,997的优先权，该在前申请仅作为本申请的参考文献而引。
本发明涉及具有大量的介电层和内电极的叠层的多层陶瓷电容器，其每个介电层设为薄片，因而体积小而电容大。
多层陶瓷电容器由一个片状元件组件和在该元件组件的两个端部形成的一对外电极组成。该元件组件又由许多叠层组成，在所述的叠层中许多介电层和内电极相互交叉层叠。内电极的构形是这样：设置邻近电极使其相互面对其之间的介电层并使它们逐一与外电极电连接。
元件组件可以这样生产：通过相互交替地层叠陶瓷生薄片和导电图形以形成片状层叠组件，并在大气中以接近1,200℃至1,300℃范围的高温燃烧片状层叠组件。
用于传统层叠陶瓷电容器的陶瓷生薄片由具有高介电常数的，例如BaTiO3类型等的陶瓷颗粒和作为主要组分的有机粘合剂构成。另一方面，导电图形可以由包含作为主要组分的，例如钯或类似物的粉末的导电胶构成。
像用于导电胶主要组分的钯或类似物这样的组分是价格昂贵的贵金属。因此，传统的多层陶瓷电容器生产成本很高。最近，贱金属，比如镍或类似物已经被用作导电胶的主要组分，以便降低陶瓷电容器的生产成本。
然而，作为用于生产片状层叠组件的导电胶的主要组分的贱金属，比如镍等等的使用具有以下缺点：当这种贱金属以传统方式在大气中以高温烧结时，会使该贱金属遭受氧化作用，其结果是内电极的导电性能可能降低。另一方面，当片状层叠组件在非氧化气氛中以高温烧结以便像镍或类似物这样的贱金属不遭受氧化作用时，会使介电层还原从而降低绝缘阻值，其结果是不能得到电特性的期望值。
因此，当贱金属，比如镍或类似物用作内电极的材料时，通过使用高度耐还原的材料作为介电层来实现电特性的期望值。在这种情况中，首先在还原气氛中执行燃烧，然后在含有少量氧的气氛中以低于燃烧温度的温度，即近似600℃至900℃的温度进行热处理，以再氧化介电层和恢复介电层的绝缘电阻，同时防止内电极遭受氧化。
最近，制作体积小电容大的多层陶瓷电容器的需求正在增加，以便满足具有体积较小密度较高的电路的需要。因此，人们已经试图进一步增加若干层叠介电层并使其变薄，以便满足制作体积小电容大的多层陶瓷电容器的需求。
然而，需要说明的是：多层介电层数量的进一步增加和使其变薄可以提高所得到的多层陶瓷电容器的电容，但是也使这种多层陶瓷电容器的绝缘电阻降低。绝缘电阻降低的原因是因为绝缘电阻R可以由R=(ρ×d)/S表示，其中R是电阻，ρ是电阻率，S是电极面积，d是介电层的厚度。
此外，CR乘积可以作为电容器的特征的一个单位(item)计算。CR乘积是电容C乘绝缘电阻R获得的乘积。因此，当电容C可以表示为C=εo×εr×S/d时，其中εo是真空中的介电常数；εr是单位介电常数，CR乘积能表示成C×R=ρ×εo×εr。结果，发现CR乘积给出不依赖介电层的厚度和介电层数量的数值。
然而，应该说明的是：一般来说，CR乘积显示了当介电层的厚度低于5μm时该乘积可以降低的趋势。出现的这种情况可以认为是因为当介电层变得较薄时使绝缘电阻背离欧姆定律。换句话说，陶瓷电容器可以造成当陶瓷电容器变得较薄时CR乘积可能降低的问题。
因此，本发明的目的是提供一种体积小、电容大并能产生RC乘积的期望值的多层陶瓷电容器，即使介电层做得较薄。
为了实现上述目的，本发明本发明提供了一种具有相互交叉叠层的若干介电层和内电极的多层电容器，其中存在于一个介电层中的单陶瓷颗粒的比值达到20％或更高。
本发明的其它目的、特点和优点将在参照附图对本申请说明的过程中得到理解。
图1是显示本发明的实施例的多层陶瓷电容器的燃烧模式的实例的图形；
图2是显示本发明实施例的多层陶瓷电容器的介电层部分中陶瓷颗粒的序列的示意图。
本发明的多层陶瓷电容器包括：大量的介电层和内电极的叠层，介电层和内电极被交替层叠，每个介电层设置得很薄，因而该电容器体积小而电容大。
在本发明的多层陶瓷电容器中，每个介电层的构形为：单陶瓷颗粒以20％或更大的比例存在于一个介电层中。
介电层可以用例如BaTiO3类型的材料制造，不过也可以使用非BaTiO3类型的其它材料。
此外，每个介电层最好具有5μm或更薄范围的层厚度，虽然它也可以具有比5μm厚的层厚度。此外，陶瓷颗粒最好具有3.5μm或更大的平均颗粒尺寸，尽管陶瓷的颗粒尺寸依赖于介电层的厚度。如果介电层的厚度高于5μm，则所得到的多层陶瓷电容器的CR乘积可能明显地降低。
内电极可以通过燃烧含有作为主要组分的镍粉末的导电胶来制作，不过也可以用含有作为主要组分的非镍的贱金属的导电胶制作。
在涉及本说明时，存在于一个介电层中的单陶瓷颗粒的比例可以，例如，通过沿垂直于内电极的纵向平面切割多层陶瓷电容器并测量存在于该切割部分中所呈现的介电层中陶瓷的颗粒尺寸来确定。然后计算陶瓷的颗粒尺寸。此外，在多层陶瓷电容器的整个截面积上，在垂直于内电极的纵向方向上以每一根为平均颗粒尺寸的间隔画出预定数量的线条。此外，计算其每个交叉存在于一个介电层中的单陶瓷颗粒的线条的数量，在介电层的整个纵向区域陶瓷颗粒单独地位于线条正在交叉的位置上。此后，这种单独存在于垂直于这些内电极的方向的一个介电层中的单陶瓷颗粒的百分比，通过用纵向画出和垂直于内电极的所有预定线条的数量除经过这种单陶瓷颗粒的线条，然后再用100乘所得到的商来计算。
下面参照附图以实例方式更详细地说明本发明。
陶瓷生薄片以传统方式制备，并在所得到的陶瓷生薄片上印刷导电图形。制备的若干陶瓷生薄片相互层叠并压制成叠层薄片。所得到的叠层薄片切割成片状部分，以便每个含有导电图形。
在这一实施例中，从BaTiO3型的陶瓷粉末中制备陶瓷生薄片。导电图形通过使用含有作为主要组分的镍的导电胶来构成。此外，制备陶瓷生薄片以便在燃烧后为5μm厚。
如图1所示，片状叠层部件在空气中通过把炉温提高到600℃进行加热以烧尽粘合剂，接着把炉中的气氛换成由含有2.0％体积的H2的氮气组成的非氧化气氛并把温度提升到1,200℃至1,300℃度。在相同的温度下对它们烧结1至5小时，再把炉温降低到600℃度。然后，炉中的非氧化气氛变成含有200ppm氧的氮气气氛，并以600℃对它们进行一小时的加热以再氧化介电层。此后，使炉温冷却到室温。颗粒尺寸通过改变燃烧温度和滞留时间来改变。
在燃烧后磨光所得到的层叠元件，接着以1,150℃至1,200℃的温度对它们进行加热，使它们遭受热蚀刻。被磨光表面的SEM图象以2,000倍放大率来获得。另一方面，通过测量每个颗粒的直径确定200个颗粒的颗粒尺寸，所述的每个颗粒的直径以平行于内电极的方向伸展。然后，计算200个颗粒的平均颗粒尺寸。其结果在下表中示出。
另一方面，在垂直于内电极的方向上每隔等于上述显微镜图象上计算的平均颗粒尺寸的间隔纵向地画出100个线条。然后，根据显微镜图象算出在线条整个长度上只交叉存在于一个介电层中的一个单颗粒的线条的数量。再用最初画出的100条线条除交叉这种单颗粒的线条，并用百分数表示存在于一层中的单颗粒的比率。具体地说，这里所涉及的“存在于一层中的单颗粒”是指其每个单独存在于置于内电极10和10之间的一个介电层12中的单颗粒A和B，如图2中的颗粒“A”和“B”所示。
然后燃烧如此处理的芯片以烧结它，并通过烘焙使所得到的层叠构件在其两端设有外电极，从而形成多层陶瓷电容器。然后把多层陶瓷电容器置入20℃的箱内用LRC仪表测量其电容。该测量在1kHz和1Vrms的条件下执行。测量电容之后，通过对多层陶瓷电容器施加一分钟的50伏特直流电压来测量绝缘阻值。容量和绝缘阻值相乘就得到用μF.MΩ表示的CR乘积。上述结果在下表中示出。
表
| 抽样数 | 陶瓷颗粒的平均颗粒尺寸(μm) | 存在于一层中的单颗粒的比率(％) | CR乘积(μF.MΩ) |
| 1 | 1.2 | 0 | 3,000 |
| 2 | 2.0 | 0 | 3,200 |
| 3 | 2.9 | 3 | 6,000 |
| 4 | 3.2 | 10 | 8,500 |
| 5 | 3.5 | 20 | 15,000 |
| 6 | 3.5 | 35 | 15,500 |
| 7 | 3.5 | 45 | 16,800 |
| 8 | 4.0 | 53 | 18,700 |
| 9 | 4.2 | 60 | 20,000 |
| 10 | 5.0 | 100 | 17,000 |
从上表中可以发现当存在于一层中的单颗粒的比率达到20％或更高时可以获得15,000μF.MΩ或更高的CR乘积。
对于本发明的多层陶瓷电容器，可以在燃烧阶段抑制还原特性，这是因为在其上形成介电层的陶瓷颗粒的表面区域变得很小。此外，在再氧化阶段，多层陶瓷电容器的厚度变薄可以进一步使它在氧扩散到内电极与陶瓷颗粒之间的界面之后，可能容易地在颗粒边界扩散氧。因此，可以认为保持了欧姆电阻特征。换句话说，使多层陶瓷电容器的厚度做得较薄可以更有效地实现这些特点。
由于有了这些特点，本发明可以实现以下效果：即使介电层很薄-从而使电容器体积很小，多层陶瓷电容器也可以具有大的电容容量，而不会使CR乘积甚至在CR乘积在通常情况下造成降低的范围内降低。
Claims (4)
1．一种具有相互交叉叠层的若干介电层和内电极的多层陶瓷电容器，其中存在于一个介电层中的单陶瓷颗粒的比值达到20％或更高，所述的单陶瓷颗粒是在整个纵向长度上每一个单独位于一个介电层中的陶瓷颗粒。
2．根据权利要求1所述的多层陶瓷电容器，其中：
所述的介电层是5μm或更薄厚度的介电层，和
所述的陶瓷颗粒形成具有3.5μm或更大的平均颗粒尺寸的所述介电层。
3．根据权利要求1或2所述的多层陶瓷电容器，其中所述的内电极用含有作为主要组分的镍粉末的导电胶形成。
4．根据权利要求1或2所述的多层陶瓷电容器，其中所述的介电层包括BaTiO3型的陶瓷颗粒。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20040811 |