Способ изготовления многослойного керамического конденсатора

 

Использование: изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано в производстве многослойных керамических конденсаторов. Сущность изобретения: с целью повышения диэлектрической проницаемости конденсатора при одновременном обеспечении замены электродов из благородных металлов на электроды из керамики и снижения температуры спекания, в известном способе, включающем формирование диэлектрических слоев на основе титаната бария с добавкой оксида бария, электропроводящих оксидных слоев и обжиг, при формировании диэлектрических слоев в керамику дополнительно вводят LiF при следующем содержании компонентов в керамике, мас.%: BaTiO₃ 95,45 - 98,95; LiF 1,00 - 2,00; ВаО 0,05 - 2,55, при этом в качестве оксида для электропроводящих керамических слоев используют оксид кадмия, а обжиг осуществляют при температуре 1020 - 1080°С. 2 табл.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано в производстве многослойных конденсаторов.

Традиционная технология изготовления многослойных керамических конденсаторов включает формирование конденсаторного пакета чередованием слоев керамики, например на основе титаната бария, со слоями электродного материала и обжиг при температуре 1250-1350^оС. Высокая температура обжига не позволяет использовать дешевые окисляемые металлы (Cu, Ni и др.) и вынуждает прибегать к применению дорогостоящих металлов (Pt, Pd, Ag).

В настоящее время в конденсаторостроении большое значение приобретает проблема экономии драгметаллов, используемых в качестве электродов в многослойных керамических конденсаторах. С этой целью предлагаются технологии, позволяющие формировать многослойные конденсаторы с электродами из проводящей керамики.

Известны способы изготовления многослойных керамических конденсаторов с диэлектриком на основе титанатов бария, титанатов стронция и электродами, содержащими BaPbO₃ или Ba(Pb_1-xBi_x)O₃ [1, 2] Однако недостатком указанных технических решений является несовместимость состава керамического проводника с составом керамического диэлектрика. Свинецсодержащий материал электрода вступает в химическое взаимодействие с материалом диэлектрика, в результате чего происходит расслоение и разрушение конденсатора.

Наиболее близким к изобретению техническим решением, взятым в качестве прототипа, является способ изготовления многослойного керамического конденсатора, в котором электроды формируют из керамического материала, соответствующего формуле: La_1-x-y Sr_x Ba_y CoO₃ при x≅ 0,8, y≅ 0,5, 0,1 ≅x + y ≅ 0,8, а диэлектрические слои из титаната бария с добавлением избыточного оксида бария в количестве 5-20 мол. [3] Из указанных материалов по стандартной технологии изготавливают керамическую пленку, собирают многослойный пакет и обжигают при температуре около 1300^оС.

Известное техническое решение позволило отказаться от использования драгметаллов в многослойных керамических конденсаторах.

Однако, как показали эксперименты, применение в качестве диэлектрика титаната бария и конденсаторных материалов на его основе (материал Т-10000 твердый раствор титаната бария станната кальция, материал БЦН твердый раствор титаната бария цирконата бария) с избыточным оксидом бария даже при использовании в качестве электродов благородных металлов приводит к резкому снижению диэлектрической проницаемости (то есть удельной емкости) конденсатора по сравнению с конденсаторами, изготовленными по традиционной технологии (см. табл. 1).

Таким образом, недостатком прототипа является резкое снижение диэлектрической проницаемости конденсатора по сравнению с конденсаторами, полученными по традиционной технологии с использованием благородных металлов в качестве электродов.

Цель изобретения повышение диэлектрической проницаемости конденсатора с керамическим электродом при одновременном обеспечении совместимости керамического проводника с керамическим диэлектриком и отказе тем самым от использования благородных металлов в качестве электродов.

Осуществление заявляемого изобретения позволит повысить диэлектрическую проницаемость до 7500-8500, т. е. до уровня многослойных керамических конденсаторов с электродами из драгметаллов (Ag-Pd).

Для достижения цели в способе изготовления многослойного керамического конденсатора, включающем формирование диэлектрических слоев на основе титаната бария с добавкой оксида бария, электропроводящих оксидных слоев и обжиг, при формировании диэлектрических слоев в керамику дополнительно вводят добавку LiF при следующем соотношении компонентов в керамике, мас. BaTiO₃ 95,45-98,95 LiF 1,00-2,00 BaO 0,05-2,55, в качестве электропроводящих слоев используют оксид кадмия, а обжиг осуществляют при температуре 1020-1080^оС.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ изготовления конденсатора отличается от известного введением нового компонента в состав керамики диэлектрического слоя, использованием оксида кадмия для формирования электропроводящего слоя и изменением температурного режима обжига многослойного конденсаторного пакета.

На сегодняшний день нам неизвестно такое же или идентичное заявляемому техническое решение, что позволяет считать предлагаемый способ отвечающим критерию "новизна".

В предлагаемом способе введение в состав керамики на основе BaTiO₃ добавки LiF в заявляемых пределах обеспечивает совместимость температурных режимов спекания диэлектрической и проводящей керамик и обуславливает снижение температуры спекания до уровня 1050±30^оС.

Выбор оксида кадмия в качестве материала электрода обусловлен необходимостью уменьшения взаимодействия керамики электрода и диэлектрика, в результате которого возникает переходный слой, ухудшающий электрические характеристики конденсатора. Если в прототипе нежелательное взаимодействие устраняется введением специальной добавки ВаО в состав диэлектрика, но при этом кристаллические структуры диэлектрика и проводника одинаковы (перовскит), то в заявляемом решении это взаимодействие подавляется благодаря существенному различию в кристаллических структурах диэлектрика (перовскит) и проводника оксид кадмия (структура NaCl), что и определило выбор оксида кадмия как оптимального материала электрода.

Заявляемое техническое решение обеспечивает повышение диэлектрической проницаемости конденсатора до 7400-8500, в то время как конденсатор с диэлектриком на основе BaTiO₃ с избыточным BaO (прототип) имеет ε 560. При выходе ингредиентов в составе керамики за заявляемые пределы обеспечиваемый изобретением технический результат не достигается: значения диэлектрической проницаемости уменьшаются более, чем на 10% от максимального значения ε (на конденсаторы керамические многослойные предусматривается допустимое отклонение от номинала ±10%).

Таким образом, предлагаемый способ изготовления конденсаторов как совокупность существенных признаков составляет неразрывную причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом и отвечает критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое изобретение осуществляют следующим образом. Из указанных материалов с добавлением органической связки на основе поливинилбутираля приготавливают шликер, из которого отливают керамическую пленку. Из приготовленной пленки собирают многослойный пакет, прессуют и обжигают его при температуре 1050±30^оС.

Как и в способе-прототипе, пара керамический проводник керамический диэлектрик и режим спекания выбираются из условия минимального взаимодействия между ними. Однако, в отличие от прототипа, реализация предлагаемого способа не приводит к ухудшению диэлектрических характеристик конденсатора.

Результаты реализации предлагаемого способа изготовления конденсатора с диэлектриком на основе BaTiO₃ с добавками LiF и ВаO и керамическим электродом на основе оксида кадмия, а также для сравнения с электродом из благородных металлов (Ag-Pd) приведены в табл. 2.

Как следует из данных табл. 2, предлагаемое техническое решение, с одной стороны, позволяет повысить ε по сравнению с прототипом до уровня традиционных конденсаторов, а с другой стороны, снизить себестоимость производства многослойных керамических конденсаторов на 60-70% за счет замены электродов из благородных металлов на электроды из керамики и снижения температуры спекания.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО КЕРАМИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА, включающий формирование керамических диэлектрических слоев на основе титаната бария (BaTiO₃) с добавкой оксида бария (BaO), электропроводящих керамических оксидных слоев и обжиг, отличающийся тем, что при формировании керамических диэлектрических слоев в состав керамики дополнительно вводят фторид лития (LiF) при следующем соотношении компонентов, мас.

Титанат бария (BaTiO₃) 95,45 98,95 Фторид лития (LiF) 1,00 2,00 Оксид бария (BaO) 0,05 2,55 при этом в качестве оксида для электропроводящих керамических слоев используют оксид кадмия, а обжиг осуществляют при 1020 1080^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2