專利名稱：：陶瓷粉體組合物、陶瓷材料及其所制成的多層陶瓷電容器的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種陶瓷粉體組合物、陶瓷材料及其所制成的多層陶瓷電容器，且特別涉及一種可符合X8R溫度范圍的陶瓷粉體組合物、陶瓷材料及其所制成的多層陶瓷電容器。
背景技術：
：近年來，由于電子元件的發展趨勢朝向小型化、芯片化、多功能化及高容量化，各種整合型技術開始受到重視，電容器亦不例外，除了元件薄小化與多層化的設計已是不可避免的趨勢外，高電容值及微小管芯結構的介電材料設計要求也日益嚴謹，因此陶瓷電容器的發展亦朝向在最小體積發揮最大功能的方向進行開發。商用陶瓷電容器的應用以ClassII為主，可略分為Y5V、X5R、X7R等規格，其中以X7R規格較為嚴謹，X7R基本上所要求的規格是指在溫度范圍于-55。C125。C間(以25。C為基準)，其相對容值變化量小于15%。目前，可符合X7R規格的材料，其中之一為鈦酸鋇(BaTi03)系統，是以鈦酸鋇為主體配方，并額外添加一些微量的修飾劑，如Ta205、Nb205、Nd205、CoO、NiO、Ce02與MnC03等，以修飾其燒結體的介電特性。然而，符合X7R規格的陶瓷電容器，僅適用于溫度范圍介于-55°C125。C之間的環境，如果在作業環境系統高于125。C的狀態下，如石油探勘、汽車或航空的電子設備應用等，對X7R規格的陶瓷電容器于高溫環境下使用有一定的憂慮，而具有相對的使用限制。
發明內容有鑒于此，本發明所欲解決的問題在于克服X7R使用限制上的問題，而提供一種可符合X8R溫度范圍(即溫度范圍于-55。C15CTC間其相對容值變化率小于15%)的陶瓷粉體組合物、陶瓷材料及其所制成的多層陶瓷電容器。3為解決上述問題，本發明所提出的技術手段在于，本發明提供一種介電質陶瓷粉體組成物，包括主成份以及玻璃質成份，主成份由100BaTiO3+aAO+卩MnO+YB205+SRe203組成，其中a、卩、y與5為莫耳比例常數，0.8^aP〇0.4，0.06^y^0.6,0.3^5〇5,且元素A選自鎂(Mg)、4丐(Ca)、鍶(Sr)及鋇(Ba)所組成的群組，元素B選自釩(V)、鈮(Nb)及鉭(Ta)所組成的群組，元素Re選自釔(Y)、絲(Tb)、鎮(Dy)、魚(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、及鐿(Yb)所組成的群組，玻璃質成份，由氧化物Si02-TiOrXO所組成，該化學式亦可表示為X(SiLeTie)03,其中0〇6^0.4，且X選自鋇(Ba)、4丐(Ca)、鍶(Sr)鎂(Mg)、鋅(Zn)及錳(Mn)所組成的群組，且該玻璃質成份與該BaTi03的摩爾比例常數值介于00.02之間。上述發明實施例中，陶瓷粉體組合物還包含摻雜物氧化鋯(Zr02)，此摻雜物氧化鋯的添加量與該BaTi03的摩爾比例常數值介于00.025之間。本發明另外提供一種陶瓷材料，是由上述的陶瓷粉體組合物所燒結而成，其燒結溫度為11501250°C。本發明另外提供一種多層陶瓷電容器，包含:陶瓷介電質，是由上述的陶瓷粉體組燒結而成；多個內部電極，大體上平行延伸于該陶瓷介電質內；以及至少一外部電極，曝露于該陶瓷介電質外，并電性連接這些內部電極。上述發明實施例中，多層陶瓷電容器的容值變化量符合X8R溫度范圍，亦即在溫度范圍于-55。C15(TC之間，其相對容值變化量小于15%。運用本發明所獲得的功效在于，本發明透過鈦酸鋇系統的主成份與玻璃質成份之間的相互搭配，提供一種可符合X8R溫度范圍的陶瓷粉體組合物、陶瓷材料及其所制成的多層陶瓷電容器，其可克服X7R陶瓷電容器在高溫時使用限制上的問題。此外，因添加玻璃質成份至鈦酸鋇系統中，可降低制作過程中的燒結溫度，減低因材料不同而產生應力現象，而提升工藝穩定性。圖1為多層陶瓷基板結構的結構剖面圖；以及圖2為添加1.25%的XST于1250。C燒結時，多層陶瓷電容器的容值變化率與溫度的關系圖。附圖標記說明1多層陶瓷電容器4110電容陶資體111內部電核^112介電陶乾層120外部電極具體實施例方式以下將參照相關圖示，說明依本發明優選實施例的陶瓷粉體組合物，為使便于理解，下述實施例中的相同元件以相同的符號標示來說明。本發明的陶瓷粉體組合物是以特定比率含有鈦酸鋇系統的主成份與玻璃質成^分作為主成分。鈥酸鋇系統的主成葉分，是由BaTi03、AO、MnO、B205、1^203組成，元素A選自鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)及鋇(Ba)所組成的群組，元素B選自釩(V)、鈮(Nb)及鉭(Ta)所組成的群組，元素Re選自釔(Y)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、及鐿(Yb)所組成的群組。玻璃質成份，是由氧化物Si02-Ti〇2-XO所組成(簡稱XST)，X選自鋇(Ba)、鈣(Ca)、鍶(Sr)《美(Mg)、鋅(Zn)及錳(Mn)所組成的群組，為獲得可符合X8R溫度范圍的陶瓷粉體組合物，鈦酸鋇系統的主成份所包含的AO、MnO、B205、Re203,其中AO與該BaTi03的摩爾比例常數值介于0.0080.025之間，MnO與該BaTi03的摩爾比例常數值介于00.004之間，B205與該BaTi03的摩爾比例常數值介于0.0006~0.006之間，且Re203與該BaTi03的摩爾比例常數值介于0.0030.05之間。玻璃質成份XST，其化學式亦可表示為X(S"Tie)03,其中6^0.4，其中玻璃質成份與該BaTi03的摩爾比例常數值介于00.02之間。此外，陶瓷粉體組合物還包含摻雜物氧化鋯(Zr02)，此摻雜物氧化鋯的添加量與該BaTi03的摩爾比例常數值介于00.02之間。本發明的陶瓷粉體組合物主要可應用于多層陶瓷電容元件。請參考圖1，為本發明的陶瓷粉體組合物應用于多層陶瓷電容器，其多層陶瓷電容器的結構剖面圖。圖中多層陶乾電容器l，包含電容陶瓷體110以及外部電極120，電容陶瓷體110包含數層介電陶瓷層12以及沿著介電陶瓷層的表面形成的數層內部電極lll,外部電極120形成于電容陶瓷體110外，并與部分的內部電極111電性連接。在此應用中，陶瓷材料所構成的上述的介電陶瓷層112,是由本發明的陶瓷粉體組合物所燒結而成，燒結溫度為11501250°C。將本發明的陶瓷粉體組合物燒結而成上述的介電陶瓷層112，其構成的多層陶瓷電容器的容值變化量符合X8R溫度范圍，亦即在溫度范圍于-55。C150。C之間，其相對容值變化量小于15%。以下舉出實驗例l至實驗例8來說明本發明，但是本發明并不僅限于以下的實驗例。實驗例1使用如表l的添加比例，觀察添加不同比例的玻璃質添加量的結果。將各組成物混合均勻形成漿料后，在燒結后量測燒結體的密度，將其與其理論密度比較，結果列于表2。隨著玻璃質添加量的增加，G^0.47時，其密度^5.74g/cm3，以BaTi03的密度計算的基礎(致密度二實際密度/BaTi03的理論密度6.02g/cm3)，致密度可^96%。當^^1.25,在致密度曲線中可以發現，其密度^5.85g/cm3，以BaTi03的密度計算的基礎(致密度=實際密度/BaTi03的理論密度6.02g/cm3)，致密度可^97%，并符合X8R規格。表l:改變XST添加量的組成配方表A系列BTMgOY203MnOV205XSTZr02A/BA3100.001.560.310.310.060.631.091.006A4100.001.560.310.310.061.251.091.006A5100.001.560.310.310.061.881.09l駕表2:在1250。C燒結下，不同XST添加量的特性A系列燒結溫度比介電系數Tanloss%AC/C25.CAC/C^cAC/C25.C@-55°C@125°C@150°CX8R密度g/cmA3125018310,6-0,6-5.43-13.6O5.8A4125019210.7-6.92.6-9.3O5.9A5125016571.4-11.68.95.7O5.9實馬全例2使用如表3的添加比例，觀察改變MgO與XST添加量的結果。如上述步驟，將各組成物混合均勻形成漿料后，在燒結后量測燒結體的介電性質，結果列于表4。表3:改變MgO與XST添加量的組成配方表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表4:在1250。C燒結下，改變MgO與XST添加量的各項介電性質<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實驗例3使用如表5的添加比例，觀察添加不同比例的MnO的結果。如上述步驟，將各組成物混合均勻形成漿料后，在燒結后量測燒結體的介電性質，結果列于表6。表5:改變MnO添加量的組成配方表BTMgOY203MnOV205XSTZr02A/BCl100.001.560.310.310.130.631.091.006C2100.001.560.630.310.130.631.091.006C4100.001.560.630.000.130.631.091.006C5100.001.560.310.310.130.631.091.003C6100.001.560.630.310.130.631.09l扁表6:在1250。C燒結下，改變MnO與XST添加量的介電性質比介電系燒結溫度數iTanloss%△C/C25'cAC/C25.CAC/C^c@-55°C@125°C@150°CX8RCl125018780.6-1211.1-3.20C2125020340.7-13.510.1-6.30C4125022910.7-14.63.3-14.80C5125019500.6-10.511.3-4.10C6125020820.7-14.49.7-6.80實—驗例4使用如表7的添加比例，觀察添加不同比例的V20s添加量的結果。如上述步驟，將各組成物混合均勻形成漿料后，在燒結后量測燒結體的介電性質，結果列于表8。表7:改變V205添加量的組成配方表BTMgOY203MnOv2o5XSTZr02A/BDl100.001.560.310.310.060.631.091.006D2100.001.560.310.310.130.631.091.006D3100.001.560.310,310.190.631.09l馬D4100.001.560.310.310.130.631.091.009D5100.001.560.310.310.190.631.09l扁D6100.001.560.310.310.130.631.091.003D7100.001.560.310.310.190.631.091.003表8:在1250。C燒結下，改變V205添加量的各項介電性質燒結溫度比介電系數Tanloss%△C/C25cAC/C25x:AC/C25r@-55°C@125°C@150°CX8RDl125018310.6-12.210.7-3.20D2125018786-1212.1-3.10D3125018680.5-13.811.3-4.50D4125017470.5-9.113.10.9D5125015960.5-6.514.8-2.10D6125020580.5-14.210-6.10D7125020280.7-14.710-6.10實驗例5使用如表9的添加比例，觀察添加不同比例的Y203添加量的結果。如上述步驟，將各組成物混合均勻行成漿料后，在燒結后量測燒結體的介電性質，結果列于表IO。表9:改變Y203添加量的組成配方表_BTMgOY203MnOV205XSTZr02A/BEl100.001.561.250.000.130.631.091.006E2100.001.561,880.000.130.631.091.006E3100.001.562.500.000.130.631.091.006表10:在1250。C燒結下，改變丫203添加量的各項介電性質比介電系TanlossAC/C25.CAC/C2ycAC/C2Vc燒結溫度X8R數%@-55。C@125°C@150°CEl125023320.5-13.92.6-15.2OE2125022910.6-130.3-15.20E3125022480.6-12.62.5-15.3O實一瞼例6使用如表ll的添加比例，觀察添加不同比例的Zr02添加量的結果。如上述步驟，將各組成物混合均勻形成漿料后，在燒結后量測燒結體的介電性質，結果列于表12。表11:改變Zr02添加量的組成配方表BTBTMgOY203MnOV205XSTZr02A/BFl100.001.563.130.000,130.551.09〗.0045F5100.001.563.130.000.130.552.031.0045F6100.001.560.310.310.130,631.091.0045表12:在1250。C燒結下，改變Zr02添加量的各項介電性質F燒結溫度系列比介電系數Tanloss%AC/C25C@-55。CAC/C25CAC/C25C@125°C@150°CX8RFl125022260.6-13.30.6-18XF5125020310.6-9.60.2-17.7XF6125020280.7-11.19.1-8實驗例7此外，針對上述的A4與A5組，分別在三種不同的燒結溫度(1150。C、1200°C、1250°C)條件下進行燒結，實驗結果發現燒結溫度可以有效的降低到115(TC，其仍符合X8R規格。表13:不同燒結溫度下，以及不同XST添加量的各項介電性質與密度表燒結溫度比介電系數Tanloss%AC/C25.CAC/C25.CAC/C25.C@-55°C@125°C@150。CX8R密度g/cm3A311508000.73.8-7.6-12.05O4.5120015100.63.2-9,2-14.55O5.4125018310.6-0.6-5.43-13.6O5.8A4113017860.8-7.79-6.5O5.5115018400.8-66.5-8.8O5.8120018050.7-6.34,4-9.3O5.9125019210.7-6.92.6-9.3O5.9實驗例8利用A4組成制作成多層陶瓷電容器，添加1.25%的XST于1250。C燒結，多層陶瓷電容器容值變化率與溫度的關系圖，如圖2所示，其多層陶瓷電容器亦符合X8R規格。10由實驗結果可知，本發明通過鈦酸鋇系統的主成份與玻璃質成份之間的相互搭配，如此可提供一種可符合X8R溫度范圍的陶瓷粉體組合物、陶資材料及其所制成的多層陶瓷電容器，除了可克月良X7R陶瓷電容器在高溫時使用限制上的問題，亦因添加玻璃質成份至鈦酸鋇系統中，可降低工藝過程中的燒結溫度，減低因材料不同而產生應力現象，具有提升工藝穩定性的功效。施方式或實施例而已，并非用來限定本發明專利實施的范圍。即凡與本發明權利要求字面相符，或依本發明權利要求所做的等同變化與修飾，皆為本發明的權利要求所涵蓋。權利要求1.一種介電質陶瓷粉體組成物，包括主成份，由100BaTiO3+αAO+βMnO+γB2O5+δRe2O3組成，其中α、β、γ與δ為莫耳比例常數，0.8≤α≤2.5，0.001≤β≤0.4，0.06≤γ≤0.6，0.3≤δ≤5，且元素A選自鎂、鈣、鍶及鋇所組成的群組，元素B選自釩、鈮及鉭所組成的群組，元素Re選自釔、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、及鐿所組成的群組；以及玻璃質成份，由氧化物SiO2-TiO2-XO所組成，其中X選自鋇、鈣、鍶(Sr)鎂、鋅及錳所組成的群組，且該玻璃質成份與該BaTiO3的摩爾比例常數值介于0.001～0.02之間。2.如權利要求1所述的陶瓷粉體組合物，其中該玻璃質成份亦可表示為X(SiM,T")03,其OS6^0.4。3.如權利要求1所述的陶瓷粉體組合物，還包含摻雜物氧化鋯。4.如權利要求3所述的陶資粉體組合物，其中該摻雜物氧化鋯的添加量與該BaTi03的摩爾比例常數值介于0.00卜0.02之間。5.—種陶瓷材料，由權利要求1所述的陶瓷粉體組合物所燒結而成。6.如權利要求5所述的陶瓷材料，其中該陶瓷材料的燒結溫度為u50125(TC。7.—種多層陶資電容器，包含陶瓷介電質，由權利要求1所述的陶瓷粉體組合物燒結而成；多個內部電極，大體上平行延伸于該陶瓷介電質內；以及至少一外部電極，曝露于該陶瓷介電質外，并電性連接這些內部電極。8.如權利要求7所述的多層陶瓷電容器，其中該多層陶瓷電容器的容值變化量符合x8r溫度范圍，亦即在溫度范圍于-55。C150。C之間，相對容值變化量小于15%。全文摘要本發明揭示一種陶瓷粉體組合物、陶瓷材料及其所制成的多層陶瓷電容器。該陶瓷粉體組合物包括含有鈦酸鋇(BaTiO<sub>3</sub>)的主成份以及玻璃質成份，含有BaTiO<sub>3</sub>的主成份還包含其他金屬氧化物包括AO、MnO、B<sub>2</sub>O<sub>5</sub>以及Re<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，元素A選自鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)及鋇(Ba)所組成的群組，元素B選自釩(V)、鈮(Nb)及鉭(Ta)所組成的群組，元素Re選自釔(Y)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、及鐿(Yb)所組成的群組，玻璃質成份由氧化物SiO<sub>2</sub>-TiO<sub>2</sub>-XO所組成，其中X選自鋇(Ba)、鈣(Ca)、鍶(Sr)鎂(Mg)、鋅(Zn)及錳(Mn)所組成的群組。文檔編號C04B35/468GK101654360SQ20081013100公開日2010年2月24日申請日期2008年8月19日優先權日2008年8月19日發明者方滄澤,簡廷安,蕭朝光,鐘瀚揚申請人:達方電子股份有限公司