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K0.45Na0.49Li0.06NbO3-BiAlO3有望应用于小尺寸的贴片电容器

已有 2711 次阅读 2017-2-3 16:58 |个人分类:成果分享|系统分类:论文交流

K0.45Na0.49Li0.06NbO3-BiAlO3有望应用于小尺寸的贴片陶瓷电容器

MLCC是片式多层陶瓷电容器英文缩写.(Multi-layer ceramic capacitors) 。目前在便携产品中广泛应用的片式多层陶瓷电容器(MLCC)材料根据温度特性,主要可分为两大类:BME化的C0G产品和LOW ESR选材的X7R(X5R)产品。C0G类MLCC的容量多在1000pF以下,该类电容器低功耗涉及的主要性能指标是损耗角正切值tanδ(DF)。传统的贵金属电极(NME)的C0G产品DF值范围是(2.0~8.0)×10-4,而技术创新型贱金属电极(BME)的C0G产品DF值范围为(1.0~2.5)×10-4,约是前者的(31~50)%。该类产品在载有T/R模块电路的GSM、CDMA、无绳电话、蓝牙、GPS系统中低功耗特性较为显著。 X7R(X5R)类MLCC的容量主要集中在1000pF以上,该类电容器低功耗主要涉及的性能指标是等效串联电阻(ESR)。X7R常用于容量为3300pF~0.33uF的电容,这类电容适用于滤波,耦合等场合,电介质常数比较大,当温度从0°C变化为70°C时,电容容量的变化为±15%;Y5P与Y5V常用于容量为150pF~2nF的电容,温度范围比较宽,随着温度变化,电容容量变化范围为±10%或者+22%/-82%。对于其他的编码与温度特性的关系,大家可以参考表4-1。例如,X5R的意思就是该电容的正常工作温度为-55°C~+85°C,对应的电容容量变化为±15%。

多层陶瓷电容器(MLCC)是目前用量最大的片式元件之一。MLCC主要用于各类军用、民用电子整机中的振荡、耦合、滤波旁路电路中,应用领域已经拓展到自动仪表、计算机、手机、数字家电、汽车电器等行业。MLCC 在国际电子制造业中的地位越来越重要。全球 MLCC 的总产能由 2002 年的 8979 亿只增至 2011 年超过 20,000 亿只。尤其是随着消费类电子产品、通讯、电脑、网络、汽车、工业和国防终端客户的需求日益增多,全球市场接近上百亿美元,并以每年 10-15%速度增长。

小型化、大容量、贱金属化、高频化、集成复合化是 MLCC的主流发展技术,其中贱金属化是近年来发展最快的 MLCC 技术,采用贱金属内电极是降低 MLCC 成本的最有效途径,而实现贱金属化的关键是发展高性能抗还原 BaTiO3 瓷料,日本的一些企业较早就已经开发出此项技术,并一直保持领先,目前其大容量 MLCC 几乎全部实现了贱金属化。当前处于国际领先地位的日本企业生产的 MLCC 单层厚度已近 1 微米,预计 2015 年进一步减小到 0.5μm。而日本 Murata 公司研发线产品已达到 0.5 微米, 随大容量薄层器件 MLCC 的单层厚度逐渐减小,陶瓷介质及电极材料的晶粒尺寸也要从目前 200~300nm 减小到 100nm 以下,其材料制备和器件加工技术变得更加复杂。介质材料的微细化是介质薄层化的基础。在减薄介质层厚度的同时,为保证元器件的可靠性,介质层中的陶瓷材料的晶粒尺寸也必须相应减小,未来的发展趋势是制备出晶粒尺寸小于 100nm 的陶瓷作为 MLCC 的介质层材料。

本课题组开发的K0.45Na0.49Li0.06NbO3-BiAlO3陶瓷是一类无铅压电陶瓷体系,相比较钛酸钡体系,其烧结温度1000摄氏度。可以和银进行共烧。另外,随着BiAlO3的增加,晶粒尺寸迅速降到1微米左右,而且随烧结温度和保温时间基本不再变化,可以应用于小尺寸的MLCC工艺的贴片电容器。

该体系的介电温度稳定性非常好,从-50摄氏度到300度,其介电常数变化率不高于+-15%,有望应用有X7R、X9R介质材料。材料的介电损耗在0.05以内。



SEM photographs of the surface of the (1-x)KNLN-xBA ceramics,

(a) x = 0.00, (b) x = 0.02, (c) x = 0.05, (d) x = 0.08 and (e) x = 0.10.



Temperature dependence of dielectric permittivity of the (1-x)KNLN-xBA ceramics,

(a) x = 0.00, (b) x = 0.02, (c) x = 0.05, (d) x = 0.08, (e) x = 0.10





相关结果见

Xiaojun Sun, Jianming Deng, Laijun Liu*, Saisai Liu, Danpin Shi, Liang Fang, Brahim Elouadi, Dielectric properties of BiAlO3-modified (Na, K, Li)NbO3 lead-free ceramics, Materials Research Bulletin 2016(73): 437-445.



该研究获得了国家自然科学基金[11264010]和广西自然科学基金[GA139008]的资助。



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