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：

研究目标主要理论依据

主要研究内容结论

研究背景及意义1

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Inner ElectrodesTerminal Electrodes

Dielectric Materials

（一）研究背景及意义

MLCC

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

大容量化

低成本化

集成化

小型化

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提高

降低电极成本要求介质材料具有低烧结温度

（二）研究目标

≤

MLCC发展趋势

中温烧结 X7R体系中温烧结 X8R体系

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 ℃

介电常数： ε≥3800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：≤ 1150 ℃

目标性能：

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。

“ 芯－壳”结构

（三）主要理论依据

（四）主要研究内容

（ 1） 高温烧结 X7R体系研究

（ 2） 中温烧结 X7R体系研究

1）高温烧结X7R

烧结温度 1300℃

图 4 Gd2O3 掺杂的 BaTiO3 陶瓷的介温曲线

Gd2O3

图 3 Nd2O3 掺杂的 BaTiO3 陶瓷的介温曲线

Nd2O3

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

综合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。

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 8 BBS 玻璃添加的 BaTiO3 基陶瓷的介温曲线图 9 不同保温时间的 BBS 添加 BaTiO3 基陶瓷的介温曲线

2）中温烧结X7R

烧结温度 1150℃

图 10 BBS 添加的 BaTiO3 基陶瓷容量变化率曲线

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

（五）结论

2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 。

1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 。

谢谢大家！