低介電常數(shù)、溫度補償型MLCC材料介電性能研究.pdf

1、Multi-layers Ceramic Capacitor（縮寫為MLCC）片式疊層陶瓷電容器以其優(yōu)良的性能、成熟的制作工藝、相對低的生產(chǎn)成本，逐漸成為電容器市場的主要產(chǎn)品，因而MLCC材料也是近年來的研究熱點。而低介電常數(shù)的微波介電材料，既能滿足MLCC高精度、高頻率的實際應(yīng)用需求，又具有高品質(zhì)因素(Q)、超低的串聯(lián)等效電阻(ESR)，正逐漸被市場所重視。本文應(yīng)風(fēng)華高科一研究課題需求，探索研制能與Ni電極在還原性氣氛中共燒依然具有良

2、好性能的低介電MLCC材料。綜合考慮生產(chǎn)成本與材料性能，選定Mg2SiO4體系陶瓷為研究對象，通過摻雜取代等一系列改性方法，調(diào)試其各項介電性能指標(biāo)，并運用XRD、SEM、阻抗分析、鐵電性能測試以及諧振腔測試方法，探究各項試驗方案對材料介電性能的影響規(guī)律，并最終制得滿足性能需求的介電陶瓷材料。
　　1.選取Mg2SiO4體系陶瓷為研究對象，采用固相法合成，通過制備工藝的改進，例如分散劑的選取、球磨時間的設(shè)定以及配料中Mg/Si化學(xué)計

3、量數(shù)之比的改變，來抑制雜相MgSiO3的產(chǎn)生從而提高材料的介電性能。最終確定以去離子水作分散劑、球磨5h、Mg/Si=2.075時，陶瓷經(jīng)1400 ℃燒結(jié)后具有良好的微波介電性能：εr=7.5，Q×f=85346 GHz，τf=－60ppm/℃。
　　2.通過Zn取代Mg改性的方式，進一步提高陶瓷材料的介電性能，并降低燒結(jié)溫度。以(ZnxMg1-x)2SiO4體系為研究對象，通過不同的取代比例（x=0.2、0.4、0.6、0.8、

4、0.9）對比試驗，最終確定(Zn0.9Mg0.1)2SiO4（x=0.9）為該體系中最佳的成分比例，經(jīng)1350 ℃燒結(jié)3h后獲得致密結(jié)構(gòu)、低頻介電性能：εr=7.3，tanδ≈10-5，τε≈100 ppm/℃（f=1MHz）以及微波介電性能：εr=6.7，Q×f=71,955 GHz,τf=－52ppm/℃。
　　3.為改善(Zn0.9Mg0.1)2SiO4陶瓷的介電常數(shù)溫度特性以便更好地應(yīng)用于實際電路中，本文通過添加Ba取代Z

5、n進行調(diào)節(jié)。添加Ba取代Zn以制備(Zn0.9-xMg0.1Bax)2SiO4（x=0.025、0.05、0.1、0.2）陶瓷，隨著Ba的添加，體系中出現(xiàn)BaZn2Si2O7第二相，經(jīng)過一系列的性能測試，發(fā)現(xiàn)該相具有鐵電性，(Zn0.9-xMg0.1Bax)2SiO4陶瓷在40 ℃左右出現(xiàn)居里溫度點，隨著Ba含量的增加，BaZn2Si2O7成分逐漸增加，使得燒結(jié)溫度降低，提高介電常數(shù)，并能有效的調(diào)節(jié)介電常數(shù)溫度系數(shù)τε。并且，當(dāng)x=0.

6、05時，1230 ℃燒結(jié)可以獲得近零的τε=–10.5 ppm/℃以及較好的致密性和介電性能：ρ=4.14g/cm3εr=9.97，tanδ=8.7×10-4（f=1MHz）。由于該體系中元素價態(tài)穩(wěn)定，在還原性氣氛中燒結(jié)測試后也能獲得較好的性能。制備中出現(xiàn)的新相BaZn2Si2O7具有較大的負τε值，并且價態(tài)穩(wěn)定，有希望應(yīng)用于BME-MLCC陶瓷材料需要補償介電溫度特性情況中。而最終制備的(Zn0.85Mg0.1Ba0.05)2SiO4