功能陶(tao)瓷(ci)材(cai)料簡(jian)介

  功能陶(tao)瓷(ci)是(shi)以(yi)電、磁、聲(sheng)、光、熱和(he)力學等(deng)信息的轉換(huan)、耦合(he)、存(cun)儲和檢(jian)測(ce)為(wei)主要特(te)征的(de)介質(zhi)材(cai)料，主要包(bao)括鐵電(dian)、壓(ya)電、介電(dian)、熱釋(shi)電(dian)和磁性(xing)等(deng)功能各異(yi)的陶(tao)瓷(ci)材(cai)料。它是(shi)電(dian)子(zi)信息、集(ji)成電路(lu)、移動通信和(he)能源開發等(deng)現代高新(xin)技(ji)術(shu)領域(yu)的重要基(ji)礎材(cai)料。功能陶(tao)瓷(ci)及(ji)其電(dian)子(zi)元器件(jian)對信息產業(ye)的(de)發展(zhan)和綜合國(guo)力的(de)增強具(ju)有重要的(de)戰(zhan)略意(yi)義(yi)。

     電子(zi)信息技術(shu)的(de)集(ji)成化(hua)和(he)微(wei)型(xing)化(hua)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)，推動電子(zi)技(ji)術(shu)產(chan)品(pin)日益向(xiang)微(wei)型(xing)、輕(qing)量(liang)、薄型(xing)、多功能和高(gao)可靠(kao)的方向(xiang)發(fa)展(zhan)。功能陶(tao)瓷(ci)元器件(jian)多層(ceng)化(hua)、片(pian)式(shi)化(hua)、集(ji)成化(hua)、模(mo)塊(kuai)化(hua)和(he)多功能化(hua)以(yi)及(ji)高(gao)低成本(ben)是(shi)其發(fa)展(zhan)的總(zong)趨(qu)勢(shi)。鐵電(dian)壓(ya)電陶(tao)瓷(ci)是(shi)功能陶(tao)瓷(ci)領域(yu)的主流材(cai)料，應用(yong)十(shi)分(fen)廣(guang)泛(fan)。本(ben)文著(zhe)重介紹(shao)我(wo)們課題組在(zai)鐵電壓(ya)電陶(tao)瓷(ci)及(ji)其片(pian)式(shi)元器件(jian)應用(yong)研(yan)究(jiu)的部(bu)分(fen)新(xin)進(jin)展(zhan)。

鐵電陶(tao)瓷(ci)及(ji)其高(gao)片(pian)式(shi)元器件(jian)

多層(ceng)片(pian)式(shi)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)器（MLCC）是(shi)壹(yi)種(zhong)量(liang)大面(mian)廣(guang)的重要電(dian)子(zi)元器件(jian)，世界市(shi)場年銷(xiao)售(shou)數(shu)千(qian)億只，廣(guang)泛(fan)用(yong)於電(dian)子(zi)信息產品(pin)的(de)各種表(biao)面(mian)貼(tie)裝(zhuang)電路中。大容(rong)量(liang)、高可靠(kao)、薄層(ceng)化(hua)、低(di)成本(ben)等(deng)是(shi)MLCC發展(zhan)的主要方向(xiang)。MLCC是(shi)陶(tao)瓷(ci)介質(zhi)材(cai)料、相(xiang)關輔(fu)助(zhu)材(cai)料以(yi)及(ji)精細(xi)制(zhi)備工藝(yi)相(xiang)結(jie)合(he)的(de)高(gao)技(ji)術產品。陶(tao)瓷(ci)介質(zhi)材(cai)料是(shi)影(ying)響MLCC諸多的(de)關(guan)鍵因素(su)。鈦酸鋇(bei)鐵電(dian)陶(tao)瓷(ci)是(shi)MLCC技術中采(cai)用(yong)的主流材(cai)料。它在居裏點附近雖然(ran)有較高(gao)的介電(dian)常(chang)數(shu)，但(dan)其溫度(du)變化(hua)率(lv)也較大(da)。溫度(du)穩(wen)定(ding)型(xing)X7RMLCC是(shi)壹(yi)種(zhong)有(you)廣(guang)泛(fan)而重要用(yong)途的(de)片(pian)式(shi)元件(jian)。如何(he)保(bao)證高介電(dian)常(chang)數(shu)與低(di)容(rong)溫變化(hua)率(lv)兼優(you)是(shi)壹(yi)個(ge)技(ji)術(shu)難(nan)題。研(yan)究(jiu)結(jie)果表(biao)明(ming)，采(cai)用(yong)Nb205和Co304等(deng)復(fu)合(he)摻(chan)雜，控制(zhi)燒(shao)結(jie)過(guo)程(cheng)以(yi)形成化(hua)學成分(fen)不(bu)均(jun)勻(yun)的(de)“芯(xin)（鐵電(dian)相(xiang)）壹(yi)殼(ke)（順(shun)電相(xiang)）”結(jie)構，所(suo)制(zhi)備的鈦酸鋇(bei)基X7R502MLCC材(cai)料的室(shi)溫介電(dian)常(chang)數(shu)可達(da)5000左右，室(shi)溫介電(dian)損(sun)耗<1%，電阻(zu)率(lv)為(wei)1013Qycm，擊(ji)穿場強5kV/mm，容(rong)溫變化(hua)率(lv)≤士(shi)10%。它為(wei)制(zhi)備高可靠(kao)大容(rong)量(liang)X7RMLCC提供了關鍵新(xin)材(cai)料。

發展(zhan)新壹(yi)代超薄(bo)型(xing)大(da)容(rong)量(liang)jian金屬內電(dian)極(ji)MLCC對陶(tao)瓷(ci)材(cai)料和制(zhi)備工藝(yi)提出(chu)了許多科(ke)學和(he)技(ji)術問(wen)題。

MLCC的層厚由(you)原來的幾十(shi)微米(mi)降(jiang)到(dao)幾微(wei)米，甚至1~3um。這(zhe)對陶(tao)瓷(ci)介質(zhi)材(cai)料的晶(jing)粒(li)尺寸(cun)及(ji)微(wei)觀結(jie)構的控制(zhi)提出(chu)高要求(qiu)，即需要制(zhi)備亞微米/納(na)米晶(jing)鈦酸鋇(bei)陶(tao)瓷(ci)。

采(cai)用(yong)Nijian金屬內電(dian)極(ji)(Base Metal Electrode,BME)制(zhi)備MLCC，必須(xu)研(yan)制(zhi)抗還原鈦酸鋇(bei)陶(tao)瓷(ci)介質(zhi)材(cai)料。由於Ni/NiO的平衡氧(yang)分(fen)壓(ya)很(hen)低，Ni電極(ji)在氧(yang)化(hua)氣(qi)氛中燒結(jie)極(ji)易氧化(hua)而(er)失(shi)去(qu)電極(ji)作用(yong)。解決(jue)鈦酸鋇(bei)陶(tao)瓷(ci)在(zai)低(di)氧(yang)分(fen)壓(ya)氣(qi)氛燒結(jie)而(er)不(bu)被(bei)還原的缺陷(xian)化(hua)學原理為(wei)BMEMLCC的實用(yong)化(hua)和(he)產(chan)業(ye)化(hua)提供了理論與技(ji)術指(zhi)導(dao)。近年(nian)來，BMEMLCC的產業化(hua)規(gui)模(mo)及(ji)其在(zai)片(pian)式(shi)多層(ceng)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)器的(de)*不(bu)斷增大，應(ying)用(yong)於高duan產品的材(cai)料和技術仍(reng)是(shi)當前BMEMLCC的研(yan)究(jiu)熱點和難(nan)點。采(cai)用(yong)高鈦酸鋇(bei)粉(fen)體和受主、施主以(yi)及(ji)稀土(tu)摻雜，通過(guo)*的(de)兩(liang)段(duan)法(fa)燒結(jie)工(gong)藝(yi)，制(zhi)備了高亞微米晶(jing)鈦酸鋇(bei)X7R（302)抗還原瓷料(liao)。陶(tao)瓷(ci)晶(jing)粒(li)100~400nm，室(shi)溫介電(dian)常(chang)數(shu)2000~3600，擊(ji)穿場強10kV/mm，絕緣電(dian)阻(zu)率(lv)為(wei)10¹²Qycm，容(rong)溫變化(hua)率(lv)≤士(shi)12%，室(shi)溫介電(dian)損(sun)耗<0.8%。所(suo)研(yan)制(zhi)的(de)X7R302亞微米晶(jing)（300nm）jian金屬MLCC具有細(xi)晶(jing)、高介電(dian)常(chang)數(shu)和(he)高的(de)耐(nai)壓特(te)性，為(wei)新(xin)壹(yi)代高BMEMLCC薄層化(hua)、微(wei)型(xing)化(hua)提供了關鍵材(cai)料與技(ji)術。