高介 X7R 介质瓷料的介电性能研究

高介X7R介质瓷料的介电性能研究 报告人：张宁导师：李玲霞教授

主要内容： 研究背景及意义研究目标主要理论依据结论主要研究内容 1 3 4 5 2

（一）研究背景及意义 Terminal Electrodes Inner Electrodes Dielectric Materials 多层陶瓷电容器MLCC（Multi-layer Ceramic Capacitor）是应用于电子产品中的主要片式元器件，在电路中起到滤波、耦合、旁路及信号调谐等作用。 BaTiO3基陶瓷材料是目前制备MLCC应用最广泛的介质材料。 MLCC

高频高压化低成本化小型化大容量化集成化（二）研究目标保证MLCC尺寸小的同时，提高电容量，需要提高介质材料介电常数降低电极成本要求介质材料具有低烧结温度提高 ≤ MLCC MLCC发展趋势

高温烧结X7R体系 介电常数： ε≥4500 容量变化率： ΔC/C20℃≤±15% 介电损耗值： tg δ≤1.5% 绝缘电阻率： ρv≥1011Ω·cm 工作温度范围： -55℃～125℃ 烧结温度：>1200 ℃ 目标性能：中温烧结X8R体系中温烧结X7R体系介电常数： ε≥3800 容量变化率： ΔC/C20℃≤±15% 介电损耗值： tgδ≤1.5% 绝缘电阻率： ρv≥1011Ω·cm 工作温度范围： -55℃～125℃ 烧结温度：≤1150 ℃

（三）主要理论依据 “芯－壳”结构添加剂在BaTiO3中非均匀性掺杂形成“芯－壳”结构，晶粒的外壳层是经过离子取代的BaTiO3，晶粒中心是纯BaTiO3。晶粒壳决定陶瓷低温介电常数的大小，晶粒芯决定高温区介电常数。因此，具有“芯－壳”结构的BaTiO3陶瓷具有平坦的介电常数温度曲线，是不同体积分数的晶粒壳和晶粒芯的特性叠加的结果。

（1） 中温烧结X7R体系研究（2）（四）主要研究内容高温烧结X7R体系研究

1）高温烧结X7R 烧结温度1300℃ Gd2O3 Nd2O3 获得的最佳介电性能为： ε=4525， tgδ=0.9%， ΔC/C20℃≤±15%（-55～125℃）， ρv=9.6×1012Ω•cm。综合图4 Gd2O3掺杂的BaTiO3陶瓷的介温曲线图3 Nd2O3掺杂的BaTiO3陶瓷的介温曲线 Nd2O3可以有效地改善BaTiO3陶瓷的温度稳定性。 Gd2O3可以有效地提高BaTiO3陶瓷的室温介电常数。图6 Gd-Nd复合掺杂的BaTiO3陶瓷的容量变化率曲线图5 Gd-Nd复合掺杂的BaTiO3陶瓷的介温曲线

2）中温烧结X7R 烧结温度1150℃ 实验中选取如下五种玻璃体系： BaO–B2O3–SiO2（BBS）， LiO–B2O3–SiO2（LBS），MgO–B2O3–SiO2（MBS），ZnO–B2O3–SiO2(ZBS)， Bi2O3–B2O3–SiO2–ZnO（BBSZ）图7不同玻璃掺杂BaTiO3基陶瓷的介温曲线获得的最佳介电性能为： ε=3823， tgδ=0.6%， ΔC/C20℃≤±10%（-55～125℃）， ρv=23.0×1012Ω•cm。 BBS玻璃起到降温作用的同时，陶瓷能够获得较高的介电常数，性能最佳图9 不同保温时间的BBS添加BaTiO3基陶瓷的介温曲线图 10 BBS添加的BaTiO3基陶瓷容量变化率曲线图8 BBS玻璃添加的BaTiO3基陶瓷的介温曲线

（五）结论 通过先驱体、稀土氧化物（Nd2O3、Gd2O3、Nd-Gd 复合物）的掺杂改性，获得满足X7R性能要求的介质材料，其最佳介电性能为：ε=4525，tgδ=0.9%，ΔC/C20℃≤±15%（-55～125℃），ρv=9.6×1012Ω•cm。 1 在高介电常数体系的基础上，通过添加BBS玻璃获得了中温（1150℃）烧结的X7R性能的介质材料，其最佳介电性能为：ε=3823，tgδ=0.6%，ΔC/C20℃≤±10%（-55～125℃）,ρv=23.0×1012Ω•cm。 2

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