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DE19945014C1 - Reduction-stable X7R ceramic composition used for multi-layered capacitors with nickel inner electrodes is based on a core component made of barium titanate and different shell components - Google Patents

Reduction-stable X7R ceramic composition used for multi-layered capacitors with nickel inner electrodes is based on a core component made of barium titanate and different shell components

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Publication number
DE19945014C1
DE19945014C1 DE1999145014 DE19945014A DE19945014C1 DE 19945014 C1 DE19945014 C1 DE 19945014C1 DE 1999145014 DE1999145014 DE 1999145014 DE 19945014 A DE19945014 A DE 19945014A DE 19945014 C1 DE19945014 C1 DE 19945014C1
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DE
Germany
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reduction
stable
mgo
batio
ceramic
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Expired - Lifetime
Application number
DE1999145014
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German (de)
Inventor
Marion Ottlinger
Adalbert Feltz
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TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
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Filing date
Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of DE19945014C1 publication Critical patent/DE19945014C1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/018Dielectrics
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    • H01G4/1209Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material
    • H01G4/1218Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on titanium oxides or titanates
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
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Abstract

Reduction-stable X7R ceramic composition is based on a core component made of barium titanate (BaTiO3) and different shell components. Reduction-stable X7R ceramic composition based on a core component made of BaTiO3 and different shell components has the following composition: ((BaTiO3)0.98(BaCo3)x(SrCo3)0.005(SEO1.5)y(MgO, NiO)0.005(MnO)0.003)0.98 (BaZrO3, SrZrO3, NdTiO3.5)0.02 + 0.5 wt.% ((MgO)0.506(B2O3)0.233(SiO2)0.261) SE = ytterbium, europium, yttrium, holmium, samarium, dysprosium or neodymium; x = 0-0.04; and y = 0.005-0.02.

Description

Die Erfindung betrifft reduktionsstabile X7R-Keramikmassen hoher Dielektrizitätskonstante nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.The invention relates to reduction-stable X7R ceramic materials high dielectric constant according to the generic term of Pa claim 1.

Derartige X7R-Keramikmassen werden vorzugsweise bei Viel­ schichtkondensatoren mit Nickel-Innenelektroden eingesetzt und sind für Anwendungen in der Elektronik und Elektrotechnik geeignet. Mit der Verwendung von Nickel anstelle des teuren Palladiums als Material für die Innenelektroden ist ein Ko­ stenvorteil verbunden.Such X7R ceramic materials are preferred at Viel layer capacitors with nickel internal electrodes are used and are for applications in electronics and electrical engineering suitable. With the use of nickel instead of the expensive one Palladium as a material for the internal electrodes is a knockout most advantage connected.

Stoffliche Basis von X7R-Kondensatorkeramiken bildet im all­ gemeinen das ferroelektrische Bariumtitanat. Zwecks Verminde­ rung der im Bereich der ferroelektrischen Curietemperatur stark ausgeprägten Temperaturabhängigkeit der Dielektrizi­ tätskonstante werden die BaTiO3-Pulverpartikel als Kernbe­ standteil "Core" durch den Zusatz von bestimmten Additiven in der Weise modifiziert, daß zumindest partiell um jedes Korn eine Hülle, "Shell", entsteht und so ein inhomogenes Keramik­ gefüge zustande kommt. Als X7R-Keramik werden Massen bezeich­ net, die einen Temperaturkoeffizienten der Kapazität von ±15% im Temperaturbereich von -55°C bis +125°C besitzen.X7R capacitor ceramics are generally based on ferroelectric barium titanate. In order to reduce the temperature dependence of the dielectric constant, which is very pronounced in the area of the ferroelectric Curie temperature, the BaTiO 3 powder particles as the core component “core” are modified by the addition of certain additives in such a way that a shell, “shell”, is at least partially around each grain. , arises and an inhomogeneous ceramic structure is created. X7R ceramics are materials that have a temperature coefficient of capacity of ± 15% in the temperature range from -55 ° C to + 125 ° C.

Es sind bereits technische Lösungen bekannt geworden, die die Gemeinsamsinterung einer X7R-Keramikmasse mit Ni-Innenelek­ troden unter reduzierenden Bedingungen bei 1300 bis 1350°C gestatten. Um die Oxidation des Nickels in der Aufheizphase und während der Sinterung zu unterbinden, muß ein Sauerstoff­ partialdruck bis herab zu 10-8 Pa, mindenstens jedoch von 10-2 Pa angewendet werden. Unter derartigen Bedingungen wird BaTiO3 bereits partiell reduziert, was zwangsläufig zur Her­ absetzung des Isolationswiderstandes und damit zu einer unzu­ lässigen Erhöhung der dielektrischen Verluste führt. Daher weisen die für Ni-Innenelektroden geeigneten X7R-Kondensator­ keramiken zur Heraufsetzung der Stabilität gegenüber Reduk­ tion zum Beispiel einen über die Zusammensetzung BaTiO3 im "Core" hinausgehenden Überschuß an BaO im "Shell"-Bereich auf, der die weiteren Zusätze, die als Akzeptoren wirken, bindet und mit der BaTiO3-Unterlage verbindet, so daß die Bildung von beweglichen Ladungsträgern, die den Isolationswi­ derstand herabsetzen, selbst unter den angegebenen reduzie­ renden Bedingungen unterbunden wird.Technical solutions have already become known which allow the joint sintering of an X7R ceramic mass with Ni inner electrodes under reducing conditions at 1300 to 1350 ° C. In order to prevent the oxidation of the nickel in the heating phase and during the sintering, an oxygen partial pressure down to 10 -8 Pa, but at least 10 -2 Pa must be used. Under such conditions, BaTiO 3 is already partially reduced, which inevitably leads to a reduction in the insulation resistance and thus to an inadmissible increase in the dielectric losses. Therefore, the X7R capacitor ceramics suitable for Ni internal electrodes to increase the stability with respect to reduction, for example, an excess of the composition BaTiO 3 in the "core", an excess of BaO in the "shell" area, which contains the other additives as Acceptors act, bind and bind with the BaTiO 3 base, so that the formation of movable charge carriers, which reduce the resistance to insulation, is prevented even under the specified reducing conditions.

Von Sakabe [Ceramic Bulletin, 66 (1987) 1338] wurde beschrie­ ben, daß Nickel dann vorteilhafterweise anstelle von Palla­ dium in Vielschichtkondensatoren eingesetzt werden kann, wenn die Stabilität der Keramik gegenüber Reduktion in einer Atmo­ sphäre pO2 < 10-5 Pa durch den Einbau von Ca2+- oder Mg2+-Ak­ zeptoren auf Ti4+-Plätzen in der Kristallstruktur von BaTiO3 herbeigeführt wird, indem man der Keramikmasse einen Über­ schuß von BaCO3 mit der Shell-Komponente zuführt, die außer­ dem CaCO3 und/oder MgO sowie weitere Zusätze enthält. Nach der Druckschrift DE 42 20 681 C2 enthält die Shell-Komponente außer MgO auch MnO sowie vor allem ein Oxid der Seltenen Erd­ metalle SE2O3 (SE = Dy, Ho, Er oder Tb) und wahlweise auch bis zu 2,5 Gew.-% einer Glasfritte, z. B. bestehend aus einem BaO-SrO-Li2O-SiO2-Glas.Sakabe [Ceramic Bulletin, 66 (1987) 1338] has described that nickel can advantageously be used instead of palladium in multilayer capacitors if the stability of the ceramic against reduction in an atmosphere p O2 <10 -5 Pa by Incorporation of Ca 2+ or Mg 2+ acceptors on Ti 4+ sites in the crystal structure of BaTiO 3 is brought about by adding an excess of BaCO 3 with the shell component to the ceramic mass, which in addition to the CaCO 3 and / or MgO and other additives. According to the publication DE 42 20 681 C2, the shell component contains not only MgO but also MnO and, above all, an oxide of the rare earth metals SE 2 O 3 (SE = Dy, Ho, Er or Tb) and optionally also up to 2.5% by weight .-% of a glass frit, e.g. B. consists of a BaO-SrO-Li 2 O-SiO 2 glass.

In der Druckschrift EP 0 605 904 A2 wird eine Keramikmasse auf der Basis von BaTiO3 beschrieben, die zusätzlich Kobalt enthält. Dieser Keramikmasse ist ein Glassystem unter Betei­ ligung von Lithium zugesetzt.In the publication EP 0 605 904 A2, a ceramic composition based on BaTiO 3 is described, which additionally contains cobalt. A glass system with the participation of lithium is added to this ceramic mass.

In der Druckschrift US 5 397 753 A1 wird außerdem die Zugabe von bis zu 3 mol% BaZrO3 zur Shell-Komponente vorgeschlagen, um stabile X7R-Vielschichtkondensatoren mit Ni-Innenelektro­ den herstellen zu können. Angaben über den für die Beurtei­ lung der Funktionssicherheit wesentlichen Lebensdauertest HALT (Highly Accelerated Life Test) werden von Y. Sakabe, Y. Hamayi und T. Nishiyama [Ferroelectrics, 133 (1992) 133] für derartige Vielschichtkondensatoren mitgeteilt.The publication US Pat. No. 5,397,753 A1 also proposes the addition of up to 3 mol% of BaZrO 3 to the shell component in order to be able to produce stable X7R multilayer capacitors with Ni internal electrodes. Information on the essential accelerated life test HALT (Highly Accelerated Life Test) is provided by Y. Sakabe, Y. Hamayi and T. Nishiyama [Ferroelectrics, 133 (1992) 133] for such multilayer capacitors.

Ebenfalls auf BaTiO3 im "Core" und einer komplexen Zusammen­ setzung im "Shell"-Bereich basiert die in der Druckschrift EP 0 504 756 A1 begründete Vorgehensweise. Hier werden neben Ba­ CO3 1 bis 3 mol% MgO, ZnO, TiO2 und SE2O3 (SE = Ho, Er, Yb, Dy oder Y) dem BaTiO3-Pulver zugemischt und durch Kalzination bei 1000°C der einhüllende "Shell"-Bereich in einem ersten Schritt ausgebildet. Erst nach dem Zumischen von CaZrO3 bzw. BaZrO3 und der Fritte eines Silicat- bzw. Borosilicatglases erfolgt die endgültige Formierung der "Shell"-Struktur im Prozeß der Sinterverdichtung der Vielschichtkondensatoren. Neben seiner Akzeptorfunktion wirkt MgO in dem an BaTiO3 un­ mittelbar angrenzenden unteren "Shell"-Bereich hemmend auf das Eindiffundieren der SE3+-Kationen, die das unkontrollierte Kornwachstum fördern [H. Kishi, Y. Okino, M. Honda, Y. Iguchi, M. Imaeda, Y. Takahashi, H. Ohsato, T. Okuda: Jpn. J. Appl. Phys. 36 (1997) 5954]. Im HALT-Test (0,1 µF Kondensato­ ren 0805 mit 12 µm dielektrischer Dicke bei 350 V und 165°C) wurde bei 50% der Teile einer typischen Charge eine Lebens­ dauer von 1500 Minuten festgestellt [H. Kishi, N. Yamaoka, Science of Ceramic Interfaces II, J. Novotny (Editor) 1994 Elsevier, Seiten 613 bis 616].The procedure based on the publication EP 0 504 756 A1 is also based on BaTiO 3 in the "core" and a complex composition in the "shell" area. Here, in addition to Ba CO 3, 1 to 3 mol% of MgO, ZnO, TiO 2 and SE 2 O 3 (SE = Ho, Er, Yb, Dy or Y) are mixed with the BaTiO 3 powder and the enveloping one by calcination at 1000 ° C "Shell" area trained in a first step. Only after the admixture of CaZrO 3 or BaZrO 3 and the frit of a silicate or borosilicate glass is the "shell" structure finally formed in the process of sintering the multilayer capacitors. In addition to its acceptor function, MgO has an inhibiting effect on the diffusion of the SE 3 + cations in the lower "Shell" area directly adjacent to BaTiO 3 , which promote the uncontrolled grain growth [H. Kishi, Y. Okino, M. Honda, Y. Iguchi, M. Imaeda, Y. Takahashi, H. Ohsato, T. Okuda: Jpn. J. Appl. Phys. 36 (1997) 5954]. In the HALT test (0.1 µF capacitor 0805 with 12 µm dielectric thickness at 350 V and 165 ° C), a lifespan of 1500 minutes was found in 50% of the parts of a typical batch [H. Kishi, N. Yamaoka, Science of Ceramic Interfaces II, J. Novotny (Editor) 1994 Elsevier, pages 613 to 616].

Eine prozeßtechnisch vereinfachte Vorgehensweise wird in den Druckschriften US 5 403 797 A1 und 5 335 139 A1 sowie EP 0 615 262 A3 angegeben. BaTiO3-Pulver einer bestimmten Dispersität wird mit variablen Anteilen der "Shell"-Komponen­ ten [(MgCO3)4Mg(OH)2(H2O)5], MnCO3, V2O5 und Y2O3 sowie mit ca. 5 Gew.% einer Mischung aus BaCO3, CaCO3 und SiO2 bzw. einer (Ba1-xCax)SiO3-Glasfritte BCG (mit z. B. x = 0,5) versetzt und unmittelbar, das heißt ohne den Zwischenschritt einer Kalzi­ nation mit anschließender Mahlung, zu einem Schlicker aufbe­ reitet, aus dem Folien für Vielschichtkondensatoren gezogen werden. Der an derartigen Vielschichtkondensatoren mit Ni-In­ nenelektroden vorgenommene Zuverlässigkeitstest HALT (bei 180°C unter einer Spannung von 10 V/µm) ergab für die Zeit bis zum Unterschreiten des Isolationswiderstandes RIS < 2 . 105 Ω Werte von bis zu 2000 Minuten. A process-technically simplified procedure is given in the documents US 5 403 797 A1 and 5 335 139 A1 and EP 0 615 262 A3. BaTiO 3 powder of a certain dispersity is mixed with variable proportions of the "Shell" components [(MgCO 3 ) 4 Mg (OH) 2 (H 2 O) 5 ], MnCO 3 , V 2 O 5 and Y 2 O 3 5% by weight of a mixture of BaCO 3 , CaCO 3 and SiO 2 or a (Ba 1-x Ca x ) SiO 3 glass frit BCG (with, for example, x = 0.5) were added and immediately, that is, without the intermediate step of a calcination with subsequent grinding, processed into a slip from which foils for multilayer capacitors are drawn. The HALT reliability test carried out on such multilayer capacitors with Ni-In internal electrodes (at 180 ° C. under a voltage of 10 V / μm) gave R IS <2 for the time until the insulation resistance fell below. 10 5 Ω values of up to 2000 minutes.

Aus der Druckschrift EP 0 814 486 A1 ist ein Massekonzept be­ kannt, das den BaO-Überschuß vermeidet. Zum Aufbau der ein­ hüllenden "Shell"-Struktur gelangen neben etwa 1 mol% SE2O3 (SE = Tb, Dy, Ho, Er oder Yb) bis zu 4 mol% einer Mischung von Manganoxid und Nickeloxid sowie bis zu 5 mol% MgO und ein Zusatz von mehreren Molprozent SiO2 zur Anwendung. Die Beur­ teilung der Zuverlässigkeit im HALT-Test bei 150°C und 100 V führt bei der Ermittlung der Zeitdauer, bis der Fall RIS < 106 Ω eingetreten ist, unter diesen milden Bedingungen zu ver­ gleichsweise hohen Werten. Eine Möglichkeit des Vergleichs mit den weiter oben angegebenen Zuverlässigkeitsdaten, die unter härteren Bedingungen erhalten wurden, ist praktisch nicht möglich, da die Mechanismen der Widerstandsdegradation temperatur- und spannungsabhängig sein können.From the document EP 0 814 486 A1 a mass concept is known which avoids the BaO excess. In addition to about 1 mol% of SE 2 O 3 (SE = Tb, Dy, Ho, Er or Yb), up to 4 mol% of a mixture of manganese oxide and nickel oxide and up to 5 mol% are used to build up the enveloping “shell” structure MgO and an addition of several mole percent SiO 2 for use. The assessment of the reliability in the HALT test at 150 ° C and 100 V leads to comparatively high values under these mild conditions when determining the length of time until the case R IS <10 6 Ω has occurred. A possibility of comparison with the reliability data given above, which were obtained under tougher conditions, is practically not possible, since the mechanisms of resistance degradation can be temperature and voltage dependent.

In der Druckschrift EP 0 821 377 A2 wird eine Serie verschie­ dener Silicat- und Borosilicatgläser als Bestandteil der "Shell"-Bereiche aufgeführt und in diesem Zusammenhang auf die Bedeutung Manganoxid enthaltender Phasen und/oder von Si­ licatphasen in der Nähe der Ni-Innenelektroden verwiesen, da diese der Erhöhung der Alterungsstabilität und Zuverlässig­ keit von Vielschichtkondensatoren mit Ni-Innenelektroden för­ derlich sind.A series is disclosed in EP 0 821 377 A2 whose silicate and borosilicate glasses are part of the "Shell" areas listed and related in this regard the meaning of phases containing manganese oxide and / or of Si licate phases in the vicinity of the Ni internal electrodes, since this of increasing aging stability and reliable multi-layer capacitors with Ni internal electrodes are such.

Davon ausgehend sind in der älteren, nicht vorveröffentlich­ ten Druckschrift DE 199 18 091 A1 reduktionsstabile X7R-Konden­ satormassen beschrieben worden, die bei der Sinterverdichtung in Vielschichtkondensatoren mit Ni-Innenelektroden ein inhomogenes Gefüge ergeben, das eine hohe Zuverlässigkeit im HALT-Test aufweist.Based on this, the older ones are not pre-published ten publication DE 199 18 091 A1 reduction-stable X7R condensers masses have been described in the sinter densification in multilayer capacitors with Ni internal electrodes result in inhomogeneous structure, which a high reliability in HALT test.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete X7R- Kondensator-Keramikmasse anzugeben, die bei Vielschichtkon­ densatoren mit Ni-Innenelektroden zu einer vergleichsweise hohen Dielektrizitätskonstante bei zugleich hoher Zuverläs­ sigkeit führt. The invention has for its object to provide a suitable X7R To specify capacitor ceramic mass, which with multilayer con capacitors with Ni internal electrodes to a comparatively high dielectric constant with high reliability liquid leads.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer reduktionsstabi­ len X7R-Keramikmasse gelöst, die die Merkmale des Patentan­ spruchs 1 besitzt.This object is achieved with a reduction stabilizer len X7R ceramic mass solved that the characteristics of the patent claim 1 owns.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an­ geführt.Advantageous further developments are in the dependent claims guided.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der für X7R-Kon­ densatorkeramiken typische Phasenaufbau im Shellbereich mit den Zusätzen BaCO3, SrCO3, einem Oxid der Seltenen Erden SE2O3, MnO und basischem Magnesiumcarbonat bzw. NiO unter Zu­ gabe weiterer Additive wie BaZrO3, SrZrO3 oder Nd2Ti2O7 und einer Borosilikat-Glasfritte gleichfalls realisiert werden kann. Als Oxidkomponente der seltenen Erden erweisen sich Yb2O3, Y2O3, Dy2O3 bzw. Ho2O3 und ebenso das im Stand der Tech­ nik bisher kaum in Betracht gezogene Eu2O3 als geeignet.The advantage of the invention is that the phase build-up typical for X7R capacitor ceramics in the shell area with the additives BaCO 3 , SrCO 3 , an oxide of the rare earths SE 2 O 3 , MnO and basic magnesium carbonate or NiO with the addition of further additives such as BaZrO 3 , SrZrO 3 or Nd 2 Ti 2 O 7 and a borosilicate glass frit can also be realized. As oxide component of the rare earth sector, Yb 2 O 3, Y 2 O 3, Dy 2 O 3 or Ho 2 O 3 and prove as the technology in the prior Tech have hardly contemplated Eu 2 O 3 as appropriate.

Die erhöhte Stabilität gegenüber Reduktion bei der Gemeinsam­ sinterung mit Ni-Innenelektroden wird dabei durch den BaO- Überschuß und die zumindest partielle Wirkung der anderen Ad­ ditive als Akzeptoren herbeigeführt. Die Sinterverdichtung wird dadurch erreicht, daß man BaTiO3 als Core-Komponente mit einem Teil der Shell-Komponenten, nämlich MgCO3 bzw. NiO, SrCO3, BaCO3, MnCO3 sowie einem Oxid der seltenen Erden in ei­ nem Kalzinationsschritt 1 h bei 980°C zu einem inhomogenen Gefüge verbindet, anschließend eine Feinmahlung vornimmt und dem Schlicker vor der Folienziehung die einer separaten Mah­ lung unterzogenen Additive Nd2Ti2O7, SrZrO3 bzw. BaZrO3 zusam­ men mit der Glasfritte hinzufügt.The increased stability against reduction in the sintering together with Ni internal electrodes is brought about by the BaO excess and the at least partial effect of the other additives as acceptors. The sinter densification is achieved by adding BaTiO 3 as the core component with part of the shell components, namely MgCO 3 or NiO, SrCO 3 , BaCO 3 , MnCO 3 and an oxide of rare earths in a calcination step for 1 h 980 ° C to form an inhomogeneous structure, then carry out a fine grinding and add the additives Nd 2 Ti 2 O 7 , SrZrO 3 or BaZrO 3, which are subjected to separate grinding, to the slip before the film is drawn together with the glass frit.

Die thermische Fixierung der Shell-Bestandteile in einem Kal­ zinationsschritt bei anschließender geeigneter Mahlung und Dispergierung vermeidet Schwierigkeiten, die sich aus der in den Druckschriften US 5 403 797 A1, US 5 335 139 A1 sowie EP 0 615 262 A2 beschriebenen Vorgehensweise ergeben, wo auf die Kalzination verzichtet wird.The thermal fixation of the shell components in a cal zination step with subsequent suitable grinding and Dispersion avoids difficulties arising from the in the publications US 5 403 797 A1, US 5 335 139 A1 and Procedure described in EP 0 615 262 A2 reveals where on the calcination is dispensed with.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert.The invention is described below with reference to exemplary embodiments play explained in more detail.

AusführungsbeispieleEmbodiments

Als Core-Komponente C sind Bariumtitanatpulver geeignet, be­ zeichnet als C1, die durch Umsetzung einer äquimolaren Mi­ schung aus BaCO3 und TiO2 bei 1140°C und 4 h Haltezeit her­ gestellt werden. Bei geeigneter Morphologie der BaCO3- und TiO2-Rohstoffe wird dabei ein BaTiO3-Pulver mit der mittleren Korngröße von 1,5 µm erhalten. In gleicher Weise sind BaTiO3- Pulver, bezeichnet als C2, geeignet, die im Ergebnis einer thermischen Zersetzung von BaTiO(C2O4)2 . 4H2O entstehen. Diese weisen typischerweise eine mittlere Korngröße von ca. 0,8 µm auf.As the core component C, barium titanate powders are suitable, referred to as C1, which are produced by reacting an equimolar mixture of BaCO 3 and TiO 2 at 1140 ° C. and a holding time of 4 hours. With a suitable morphology of the BaCO 3 and TiO 2 raw materials, a BaTiO 3 powder with an average grain size of 1.5 µm is obtained. In the same way, BaTiO 3 powders, referred to as C2, are suitable which, as a result of thermal decomposition of BaTiO (C 2 O 4 ) 2 . 4H 2 O arise. These typically have an average grain size of approx. 0.8 µm.

Als Shell-Komponente S sind kombinierte Zusätze vorteilhaft, die neben BaCO3, SrCO3, einem Oxid der seltenen Erden SE2O3 und wahlweise Manganoxid außerdem NiO oder MgO enthalten und mit dem BaTiO3 im Core-Bereich durch Kalzination bei 980°C (Haltezeit 1 h) chemisch verbunden werden. Anschließend wird das Reaktionsprodukt einem Mahlprozeß unterworfen, wobei eine mittlere Korngröße von 0,7 µm anzustreben ist.Combined additives which, in addition to BaCO 3 , SrCO 3 , an oxide of the rare earths SE 2 O 3 and optionally manganese oxide, also contain NiO or MgO and with the BaTiO 3 in the core area by calcination at 980 ° C. are advantageous as shell component S. (Holding time 1 h) chemically. The reaction product is then subjected to a grinding process, an average grain size of 0.7 μm being aimed for.

Zur Vervollständigung der Shell-Struktur S im anschließenden Sinterprozeß werden dem Mahlprodukt als weitere Additive BaZrO3 oder wahlweise SrZrO3 bzw. Nd2Ti2O7 sowie eine Glas­ fritte, bestehend aus einem Glas des Systems MgO-SiO2-B2O3 in feindisperser Form (mittlere Korngröße ca. 1 µm) hinzuge­ fügt. Nach intensiver Mischung wird die Keramikmasse entweder zu einem Granulat zwecks Preßformgebung zu scheibchenförmigen Proben verarbeitet, die nach der Sinterung die Messung der dielektrischen Eigenschaften gestatten, oder es wird unter Zusatz von Dispergator und Binder ein Schlicker bereitet, der eine Folienziehung mit anschließendem Aufbau von Vielschicht­ kondensatoren mit Ni-Innenelektroden ermöglicht. To complete the shell structure S in the subsequent sintering process, the ground product is further additives BaZrO 3 or optionally SrZrO 3 or Nd 2 Ti 2 O 7 and a glass frit consisting of a glass of the MgO-SiO 2 -B 2 O 3 system in finely dispersed form (average grain size approx. 1 µm). After intensive mixing, the ceramic mass is either processed into a granulate for the purpose of compression molding into disk-shaped samples, which allow the dielectric properties to be measured after sintering, or a slip is prepared with the addition of dispersant and binder, which is used to draw a film with subsequent build-up of multilayer capacitors with Ni internal electrodes.

Auf diesem Wege werden Scheibchenproben und Vielschichtkon­ densatoren mit Nickel-Innenelektroden in einer Zusammenset­ zung der allgemeinen Formel:
In this way, slice samples and multilayer capacitors with nickel internal electrodes are assembled in a composition of the general formula:

[(BaTiO3)0,98(BaCO3)x(SrCO3)0,005(SEO1,5)y(MgO, NiO)0,005 (MnO)0,003]0,98 [BaZrO3, SrZrO3, NdTiO3,5]0,02 + 0,5 Gew.% [(MgO)0,506(B2O3)0,233(SiO2)0,261]
[(BaTiO 3 ) 0.98 (BaCO 3 ) x (SrCO 3 ) 0.005 (SEO 1.5 ) y (MgO, NiO) 0.005 (MnO) 0.003 ] 0.98 [BaZrO 3 , SrZrO 3 , NdTiO 3.5 ] 0.02 + 0.5% by weight [(MgO) 0.506 (B 2 O 3 ) 0.233 (SiO 2 ) 0.261 ]

erhalten. Die Zahlenangaben sind Molenbruchanteile. Die Glas­ fritte wurde ausschließlich zu 0,5 Masseprozent zugesetzt.receive. The figures are fractions of moles. The glass frit was only added to 0.5 percent by mass.

Entbinderung und Sinterung der Scheibchen-Proben erfolgte bei 1350 ± 50°C an Luft, zur Feststellung der Stabilität der Ke­ ramik gegenüber Reduktion probeweise auch unter Stickstoff (pO2 ≈ 10-3 Pa). Zur Kontaktierung wurde Ag-Paste verwendet, Einbrennen erfolgte bei 800°C (1 h).Debinding and sintering of the slice samples was carried out at 1350 ± 50 ° C in air, to determine the stability of the ceramic against reduction on a trial basis even under nitrogen (p O2 ≈ 10 -3 Pa). Ag paste was used for contacting, baking was carried out at 800 ° C. (1 h).

In Tabelle 1 sind Angaben zu Varianten der Herstellung der X7R-Keramikmasse angegeben. Die Sinteratmosphäre war Luft bei Nr. 2 N2. Der Additivzusatz betrug 0,02 Mol und es ist Ba/Tiinsgesamt angeführt.Table 1 gives information on variants of the production of the X7R ceramic mass. The sintering atmosphere was air at No. 2 N 2 . The additive was 0.02 mol and Ba / Ti is listed overall .

Die Beispiele mit den Nummern 1, 2, 12, 13 und 15 laut Tabel­ le 1 sind keine erfindungsgemäßen Beispiele sondern lediglich Vergleichsbeispiele. The examples with the numbers 1, 2, 12, 13 and 15 according to Tabel le 1 are not examples according to the invention but only Comparative examples.  

Tabelle 1 Table 1

In Tabelle 2 sind die Meßwerte der dielektrischen Eigenschaf­ ten von Scheibchenproben nach der Sinterung bei 1350°C/3 h und Kontaktierung durch Einbrennen von Ag-Elektroden an Luft zusammengestellt. Die Dielektrizitätskonstante εeff und der Verlustfaktor tanδ wurden bei 25°C und 1 kHz Meßfrequenz gemessen. Der TKC-Verlauf basiert auf einem ε bei 25°C als Bezugsgröße. Probendurchmesser ca. 13 mm, Probendicke ca. 1 mm Table 2 shows the measured values of the dielectric properties of disk samples after sintering at 1350 ° C./3 h and contacting by baking Ag electrodes in air. The dielectric constant ε eff and the loss factor tanδ were measured at 25 ° C and 1 kHz measuring frequency. The TKC curve is based on an ε at 25 ° C as a reference. Sample diameter approx. 13 mm, sample thickness approx. 1 mm

Tabelle 2 Table 2

Reproduzierbarkeit und Stabilität der Keramik bei der Sinte­ rung unter stark vermindertem Sauerstoffpartialdruck werden durch die Proben 1(Luft) und 2(N2) belegt. Man erkennt, daß die Eigenschaftskriterien für eine X7R-Keramik erfüllt sind.Reproducibility and stability of the ceramic during sintering under greatly reduced partial pressure of oxygen are demonstrated by samples 1 (air) and 2 (N 2 ). It can be seen that the property criteria for an X7R ceramic are met.

Durch den zusätzlichen Einbau von MnO in die Shell-Zusammen­ setzung von 1 im Versatz 3 nimmt der Verlustfaktor tanδ si­ gnifikant ab. Die Temperaturabhängigkeit der Kapazität im Be­ reich von -55°C bis 125°C ist im Vergleich zu 1 vorteilhaft vermindert. Es wird durch den MnO-Zusatz eine Verbesserung der Sinterdichte erreicht. Bei der Sintertemperatur von 1350°C entstandene Sauerstoffleerstellen werden beim Abkühlen bzw. Tempern in einer Atmosphäre mit definiertem Sauerstoff­ partialdruck aufgefüllt, was eine Verbesserung der dielektri­ schen Eigenschaften der Keramik zur Folge hat. Through the additional installation of MnO in the shell assembly If 1 is set in offset 3, the loss factor tanδ si significant. The temperature dependence of the capacity in the loading range from -55 ° C to 125 ° C is advantageous compared to 1 reduced. The addition of MnO is an improvement the sintered density is reached. At the sintering temperature of 1350 ° C The resulting oxygen vacancies will cool down or tempering in an atmosphere with defined oxygen partial pressure replenished, which improves the dielectri properties of ceramics.  

Ersetzt man bei sonst gleicher Zusammensetzung Yb2O3 der Kera­ mikprobe 3 durch Y2O3 (4) bzw. Ho2O3 (5), so ergeben sich gleichfalls dielektrische Eigenschaften, die den für eine X7R-Kondensatorkeramik festgelegten Kriterien entsprechen. Der Einsatz von BaTiO3 C2 (d50 ≈ 0,8 µm) in 6 zeigt, daß bei Anwendung dieser feindispersen Core-Komponente die Homogeni­ sierung in der Keramik zu weit voranschreitet und damit zu einer Überschreitung des TKC-Toleranzbereiches führt.If Yb 2 O 3 of ceramic sample 3 is replaced by Y 2 O 3 (4) or Ho 2 O 3 (5) while the composition is otherwise the same, dielectric properties also result which correspond to the criteria defined for an X7R capacitor ceramic. The use of BaTiO 3 C2 (d 50 ≈ 0.8 µm) in FIG. 6 shows that when this finely dispersed core component is used, the homogenization in the ceramic proceeds too far and thus leads to the TKC tolerance range being exceeded.

Wendet man bei sonst gleicher Zusammensetzung anstelle von Yb2O3, Y2O3 bzw. Ho2O3 die seltenen Erden Nd2O3 (7), Sm2O3 (8) bzw. Eu2O3 (9) an, so ergeben sich zum Teil starke Abweichun­ gen von den für X7R-Kondensatormassen geforderten TKC-Krite­ rien. Eine schrittweise Verringerung des Gehalts von Eu2O3 bei 10 und 11 führt beim Versatz 11 wieder zu einem TKC-Ver­ lauf, der die X7R-Kriterien in der geforderten Toleranz von ±15% erfüllt. Damit wird die Herstellung einer redoxstabilen Keramikmasse mit Eu2O3, die die für X7R spezifizierten elek­ trischen Parameter erfüllt, belegt.If otherwise the same composition is used instead of Yb 2 O 3 , Y 2 O 3 or Ho 2 O 3, the rare earths Nd 2 O 3 (7), Sm 2 O 3 (8) or Eu 2 O 3 (9) , there are sometimes large deviations from the TKC criteria required for X7R capacitor masses. A gradual reduction in the content of Eu 2 O 3 at 10 and 11 again leads to a TKC course at offset 11, which fulfills the X7R criteria within the required tolerance of ± 15%. This proves the production of a redox-stable ceramic mass with Eu 2 O 3 , which fulfills the electrical parameters specified for X7R.

Der Versatz 12 zeigt, daß die Eigenschaftswerte auch den Er­ fordernissen entsprechen, wenn der zur Gewährleistung der Re­ doxstabilität notwendige Akzeptorzusatz MgO durch NiO ausge­ tauscht ist.The offset 12 shows that the property values also the Er meet requirements if the to guarantee Re DOX stability required acceptor addition MgO by NiO is exchanged.

Die Proben 13, 14 und 15 belegen, daß das bei den übrigen Proben angewandte Additiv BaZrO3 auch durch Nd2Ti2O7 bzw. SrZrO3 ersetzt werden kann, wobei nur im letzteren Fall die TKC-Kriterien erfüllt werden.Samples 13, 14 and 15 show that the additive BaZrO 3 used in the other samples can also be replaced by Nd 2 Ti 2 O 7 or SrZrO 3 , the TKC criteria only being met in the latter case.

Die Erhöhung des Ba/Ti-Verhältnisses von 1,01 auf 1,04 bei 14 ist mit einer starken Verminderung der Sinterfähigkeit ver­ bunden, was zu einer Erniedrigung des RIS-Wertes und einer Erhöhung des Verlustfaktors Anlaß gibt. Bei Versatz 14 wurden daher außer der Zugabe von 0,5 m% Glasfritte additiv 0,4 mol% H3BO3 und 0,6 mol% SiO2 zugegeben und auf diesem Wege Sinter­ verdichtung erreicht. The increase in the Ba / Ti ratio from 1.01 to 1.04 at 14 is associated with a strong reduction in the sinterability, which gives rise to a decrease in the R IS value and an increase in the loss factor. At batch 14, 0.4 mol% of H 3 BO 3 and 0.6 mol% of SiO 2 were therefore added in addition to the addition of 0.5 m% of glass frit, and sinter compaction was achieved in this way.

Die Eignung der hergestellten Keramikmassen für die Anwendung in Vielschichtkondensatoren mit Ni-Innenelektroden wird an­ hand einer Auswahl der in Tabellen 1 und 2 aufgeführten An­ sätze belegt.The suitability of the ceramic masses produced for the application in multilayer capacitors with Ni internal electrodes a selection of the types listed in Tables 1 and 2 sentences occupied.

Der für die Ziehung der Keramikfolien benötigte Schlicker wird aus der auf eine bestimmte Dispersität gemahlenen Pul­ vermischung unter Verwendung von Wasser mit Hilfe eines Dis­ pergators hergestellt. Es wird ein Feststoffgehalt von 65 m-% angestrebt und die Viskosität unter Zusatz eines Acrylatbin­ ders auf Werte von 20 bis 30 Ma s eingestellt. Nach dem Be­ drucken der Folien mit einer kommerziell erhältlichen Ni-Pa­ ste eines Metallgehalts von 60 m%, Stapeln, Laminieren und Cutten werden die Einzelteile durch stufenweises Erhitzen bis auf 500°C in einer Stickstoff-Atmosphäre dem Prozeß der Ent­ binderung unterzogen, wobei zunächst ein Restkohlenstoffge­ halt von ca. 0,5% in der Keramik verbleibt. Die Eliminierung des Restkohlenstoffes und die anschließende Sinterverdichtung der entbinderten Bauteile gelingt, indem man auf 1300 bis 1360°C in einer Stickstoffatmosphäre unter Zuführung einer CO2/H2-Prozeßgas-Mischung erhitzt, die je nach Zusammenset­ zung den gewünschten Sauerstoffpartialdruck zwischen 10-3 bis 10-8 Pa variabel einzustellen gestattet. Zwecks Ausheilung von Defekten infolge beginnender reduktiver Degradation der Keramik während des Sinterns wird in der Abheizphase eine Temperung bei einem Sauerstoffpartialdruck von bis zu 1 Pa vorgenommen. Die Terminierung der auf einem solchen Wege er­ haltenen Vielschichtkondensatoren mit Ni-Innenelektroden er­ folgt mit Cu-Paste nach einem standardmäßigen Verfahren durch kurzzeitiges Erhitzen bis zu 935°C (Einbrennen), wobei auch hier eine Reduktion der Keramik durch in der Terminierungspa­ ste enthaltene organische Bestandteile vermieden werden muß, was z. B. dadurch gelingt, daß der Stickstoffatmosphäre eine Wasserstoff-Wasserdampfmischung zugeführt wird. The slip required for drawing the ceramic foils is produced from the powder mixture ground to a certain dispersity using water with the aid of a dispergator. A solids content of 65 m% is aimed for and the viscosity is adjusted to values of 20 to 30 Ma s with the addition of an acrylate binder. After printing the foils with a commercially available Ni-Pa ste of a metal content of 60 m%, stacking, laminating and cutting, the individual parts are subjected to the process of debinding by gradual heating up to 500 ° C. in a nitrogen atmosphere, whereby initially a residual carbon content of approx. 0.5% remains in the ceramic. The elimination of the residual carbon and the subsequent sintering of the debindered components is accomplished by heating to 1300 to 1360 ° C. in a nitrogen atmosphere with the addition of a CO 2 / H 2 process gas mixture which, depending on the composition, has the desired oxygen partial pressure between 10 -3 adjustable up to 10 -8 Pa. In order to heal defects due to the beginning of reductive degradation of the ceramic during sintering, tempering is carried out in the heating phase at an oxygen partial pressure of up to 1 Pa. The termination of the multilayer capacitors with Ni internal electrodes obtained in this way is carried out with Cu paste according to a standard method by briefly heating up to 935 ° C (baking), with a reduction of the ceramic due to organic contained in the termination paste Components must be avoided, what z. B. succeeds in that a hydrogen-water vapor mixture is supplied to the nitrogen atmosphere.

Das in Fig. 1 gezeigte Temperatur-Zeit-Diagramm 1 gibt die Prozeßführung zur Sinterung von Kondensatoren der Massezusam­ mensetzung Probe Nr. 3 in verschiedenen Varianten A bis F wieder.The temperature-time diagram 1 shown in Fig. 1 shows the process control for sintering capacitors of the mass composition sample No. 3 in various variants A to F.

In der Stufe I wird dem N2-Strom bereits Wasserdampf und in II noch zusätzlich H2 zudosiert, um den Restkohlenstoff bei 800°C vollständig zu eliminieren und eine Oxidation der In­ nenelektroden zu vermeiden. Anschließend wird mit Ausnahme der Variante A bereits während des Aufheizens in Rampe III eine dem angegebenen Sauerstoffpartialdruck entsprechende H2/CO2-Prozeßgasmischung zudosiert. Sinterung erfolgt bei 1300°C bzw. 1360°C im Abschnitt IV beim aufgeführten Sauer­ stoffpartialdruck. In Stufe V wird schließlich der pO2-Wert unverändert beibehalten bzw. auf einen bestimmten Wert her­ aufgesetzt. Der eingestellte Partialdruck ist mit dem in Rampe III angegebenen identisch.In stage I water vapor is already added to the N 2 stream and H 2 is additionally added in II in order to completely eliminate the residual carbon at 800 ° C. and to avoid oxidation of the internal electrodes. With the exception of variant A, an H 2 / CO 2 process gas mixture corresponding to the indicated oxygen partial pressure is then metered in during ramp III. Sintering takes place at 1300 ° C or 1360 ° C in section IV at the listed oxygen partial pressure. In stage V, the p O2 value is ultimately retained unchanged or set to a specific value. The set partial pressure is identical to that specified in ramp III.

Die thermische Nachbehandlung (Stufe VI) gelangt in der ange­ gebenen Weise zur Anwendung. Um den Einfluß einer oxidativen Nachbehandlung auf das dielektrische Eigenschaftsverhalten zu erfassen, sind parallel dazu auch Kondensatoren ohne thermi­ sche Nachbehandlung (ohne Stufe VI) hergestellt worden.The thermal post-treatment (stage VI) arrives in the given way of application. To the influence of an oxidative Aftertreatment to the dielectric property behavior parallel capacitors without thermi after-treatment (without stage VI).

In den Tabellen 3 und 4 sind die elektrischen Parameter von Vielschichtkondensatoren nach Massezusammensetzung Probe Nr. 3 und Bauform 0805/50 V/100 nF aufgeführt, wie sie nach den verschiedenen Varianten der Atmosphärenführung während des Sinterns bei 1360°C erhalten wurden. Die Kondensatoren ent­ halten 50 bedruckte Schichten. Bedingt durch die manuell aus­ geführte Metallisierung weisen die Kapazitätswerte verständ­ licherweise eine bestimmte Streuung auf. Die gesinterte die­ lektrische Schichtdicke beträgt 15 µm. Die effektive Dielek­ trizitätskonstante εeff kann aus der Kapazität mit Hilfe der Formel C = (n - 1)ε0εeffA/d berechnet werden. Die Kapazitätswerte sind bei 1 kHz und zwecks Feststellung des Temperaturkoeffizi­ enten TKC im Temperaturbereich von -55°C bis 125°C gemessen worden. Der Isolationswiderstand wurde bei einer angelegten Spannung von 50 V ermittelt. Bei den dargestellten Eigen­ schaftswerten wird τ als Produkt aus Kapazität und Isolati­ onswiderstand angegeben.Tables 3 and 4 list the electrical parameters of multilayer capacitors according to mass composition sample No. 3 and type 0805/50 V / 100 nF, as they were obtained after the various variants of the atmosphere control during sintering at 1360 ° C. The capacitors contain 50 printed layers. Due to the manually performed metallization, the capacitance values understandably show a certain spread. The sintered dielectric layer thickness is 15 µm. The effective dielectric constant ε eff can be calculated from the capacitance using the formula C = (n - 1) ε 0 ε eff A / d. The capacitance values were measured at 1 kHz and to determine the temperature coefficient TKC in the temperature range from -55 ° C to 125 ° C. The insulation resistance was determined with an applied voltage of 50 V. In the property values shown, τ is given as the product of capacitance and insulation resistance.

Tabelle 3 Table 3

Tabelle 4 Table 4

In Tabelle 5 sind die zugehörigen Zuverlässigkeits-Meßdaten zusammengestellt. Der "Highly Accelerated Life Time"-Test HALT trifft eine Aussage über die Zuverlässigkeit der Konden­ satoren und wird ausgeführt, indem man die Bauteile z. B. bei 140 oder 200°C mit einer Spannung zwischen 140 bis 200 V, in der Regel mit der vierfachen Nennspannung, beaufschlagt und die Zeitdauer ermittelt, bis zu der bei 70% (Spalte a; RIS,50% < 0,7RIS;Anfang) bzw. 50% (Spalte b; RIS,50% < 0,5RIS;Anfang) der Bau­ teile einer Charge der Isolationswiderstand auf 0,7 oder 0,5 des Anfangswertes abnimmt bzw. auch einfach feststellt, bis zu welcher Zeit der Isolationswiderstand der Bauteile < 1 MΩ (Spalte c; RIS,50% < 106 Ω) bestehen bleibt.The associated reliability measurement data are compiled in Table 5. The "Highly Accelerated Life Time" test HALT makes a statement about the reliability of the capacitors and is carried out by the components z. B. at 140 or 200 ° C with a voltage between 140 to 200 V, usually with four times the nominal voltage, and the duration is determined up to that at 70% (column a; R IS, 50% <0.7R IS; beginning ) or 50% (column b; R IS, 50% <0.5R IS; beginning ) of the components of a batch the insulation resistance decreases to 0.7 or 0.5 of the initial value or simply determines until at what time the insulation resistance of the components <1 MΩ (column c; R IS, 50% <10 6 Ω) remains.

Tabelle 5 Table 5

Man erkennt, daß die X7R-Kriterien bei den nach Sinterregime A hergestellten Kondensatoren nahezu erfüllt werden, und sich die Anwendung der oxidativen Temperstufe VI vorteilhaft aus­ wirkt.It can be seen that the X7R criteria for the after sintering regime A manufactured capacitors are almost met, and themselves the use of the oxidative tempering stage VI advantageous works.

Die Ergebnisse zeigen, daß die Mitführung des Prozeßgases ab 800°C (Ende der Nachentkohlung) für die Verbesserung der Zu­ verlässigkeit vorteilhaft ist, weil auf diese Weise eine par­ tielle Nickeloxidation vermieden und die Bildung von Sauer­ stoffleerstellen in Folge der Auflösung von NiO in BaTiO3 un­ terbunden wird. Die experimentellen Befunde zeigen, daß bei 1360°C/2 h, gleicher Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit und mit abnehmendem Sauerstoffpartialdruck eine Zunahme der Die­ lektrizitätskonstante und des Verlustfaktors erreicht wird. Gleichzeitig nimmt die Abhängigkeit der Kapazität von der Temperatur, der TKC-Wert, zu. Sauerstoffpartialdrücke unter­ halb von 10-8 Pa (1360°C) sind bei der Herstellung von Kon­ densatoren der Probe Nr. 3 zu vermeiden. The results show that the entrainment of the process gas from 800 ° C (end of decarburization) is advantageous for improving the reliability because in this way a partial nickel oxidation is avoided and the formation of oxygen vacancies as a result of the dissolution of NiO in BaTiO 3 is prevented. The experimental results show that at 1360 ° C / 2 h, the same heating and cooling rate and with decreasing oxygen partial pressure, an increase in the dielectric constant and the loss factor is achieved. At the same time, the dependence of the capacitance on the temperature, the TKC value, increases. Partial oxygen pressures below 10 -8 Pa (1360 ° C) should be avoided when manufacturing condensers of sample No. 3.

Aus den Scheibchenversuchen der Tabellen 1 und 2 folgend, wurden, basierend auf den Ergebnissen des Ansatzes Nr. 3, weitere Vielschichtkondensatoren der Bauform 0805 herge­ stellt, deren Zusammensetzung gemäß Probennr. in Tabelle 1 in Klammern angeführt sind.From the disk experiments in Tables 1 and 2, based on the results of approach # 3, further multilayer capacitors of the 0805 design provides, whose composition according to sample no. in Table 1 in Brackets are listed.

Deren Herstellungsbedingungen (Prozeßführung P, Sintertempe­ ratur ST in °C und Haltezeit H in h) und elektrische Parame­ ter sind in den Tabellen 6, 7, sowie die Angaben zur Zuver­ lässigkeit nach HALT-Messungen in Tabelle 8 angegeben.Their manufacturing conditions (process control P, sintering temperature temperature ST in ° C and holding time H in h) and electrical parameters ter are in Tables 6, 7, and the information on the ver Reliability after HALT measurements in Table 8.

Die Prozeßführung entspricht hier gleichfalls dem in Fig. 1 dargestellten Temperatur-Zeit-Diagramm. Auf Grund der positi­ ven Befunde bei der Anwendung der thermischen Nachbehandlung in einer Atmosphäre mit erhöhtem Sauerstoffpartialdruck wurde die Stufe VI durchgängig angewendet.The process control also corresponds to the temperature-time diagram shown in FIG. 1. On the basis of the positive findings when using the thermal aftertreatment in an atmosphere with increased oxygen partial pressure, stage VI was applied consistently.

Die hier beschriebenen Kondensatoren enthalten je 20 be­ druckte SchichtenThe capacitors described here each contain 20 be printed layers

Tabelle 6 Table 6

Tabelle 7 Table 7

Tabelle 8Table 8

Angegeben sind Probennr. mit Massezusammensetzung gem. Ta­ belle 1, Prozeßführung P, Sintertemperatur ST(°C)/Haltezeit H(h), dielektrische Dicke d in µm, HALT-Bedingungen B (°C/V) nd HALT-Messungen a, b, c gem. Tabelle 5.Sample no. with mass composition acc. Ta belle 1, process control P, sintering temperature ST (° C) / holding time H (h), dielectric thickness d in µm, HALT conditions B (° C / V) nd HALT measurements a, b, c acc. Table 5.

Man erkennt, daß die X7R-Kriterien in Verbindung mit einem günstigen Wert für die Zuverlässigkeit bei Kondensatoren der Massezusammensetzung 6 erreicht werden. Bei diesem Versuch wurde nach dem Umsatz des feinkörnigen BaTiO3 (C2) mit BaCO3, SrCO3, MgCO3, MnO und Ho2O3 bei 980°C (1 h) eine Stufe der Feinmahlung (d50 = 0,7 µm) angewendet und die separat herge­ stellten und ebenfalls gemahlenen Additive BaZrO3 und Magne­ siumborosilicatglas bei der Schlickerbereitung zugemischt.It can be seen that the X7R criteria are achieved in conjunction with a favorable value for the reliability in the case of capacitors of the ground composition 6. In this experiment, after the conversion of the fine-grain BaTiO 3 (C2) with BaCO 3 , SrCO 3 , MgCO 3 , MnO and Ho 2 O 3 at 980 ° C (1 h), a stage of fine grinding (d 50 = 0.7 µm) ) applied and the separately manufactured and also ground additives BaZrO 3 and magnesium borosilicate glass were added during the preparation of the slurry.

Im Vergleich zu den Vielschichtkondensatoren der Massezusam­ mensetzung 5, die unter den gleichen Bedingungen prozessiert wurden, ist bei Massezusammensetzung 6 die Dielektrizitäts­ konstante εeff signifikant erhöht, und der τ-Wert liegt weit über dem in der X7R-Charakteristik geforderten Wert von 1000 Sekunden. Im Zuverlässigkeitstest sind 5 und 6 vergleichbar.Compared to the multilayer capacitors of mass composition 5, which were processed under the same conditions, the dielectric constant ε eff is significantly increased in mass composition 6, and the τ value is far above the value of 1000 seconds required in the X7R characteristic. 5 and 6 are comparable in the reliability test.

Durch die Substitution von Ho2O3 (0,02 mol) in den Viel­ schichtbauteilen 5 und 6 durch Eu2O3 (0,005 mol) im Shell-Be­ reich von Bauteilen gem. Massezusammensetzung 11 werden die elektrischen Parameter der X7R-Kriterien gleichfalls erfüllt. Die Werte für die Zuverlässigkeit der Kondensatoren fallen durchweg wesentlich niedriger aus.By substituting Ho 2 O 3 (0.02 mol) in multilayer components 5 and 6 with Eu 2 O 3 (0.005 mol) in the shell area of components acc. Mass composition 11, the electrical parameters of the X7R criteria are also met. The values for the reliability of the capacitors are consistently much lower.

Die Substitution von BaZrO3 durch SrZrO3 in den Kondensatoren mit Massezusammensetzung 13 bzw. 14 bewirkt eine besonders geringe Temperaturabhängigkeit der Kapazität im Bereich von -55°C bis +125°C. Die Keramikmassen würden den Anforderungen von X7F-Kondensatoren gleichfalls genügen. Die Zuverlässig­ keitswerte im HALT-Test sind allerdings unzureichend.The substitution of BaZrO 3 by SrZrO 3 in the capacitors with mass composition 13 or 14 results in a particularly low temperature dependence of the capacitance in the range from -55 ° C to + 125 ° C. The ceramic materials would also meet the requirements of X7F capacitors. However, the reliability values in the HALT test are inadequate.

Claims (7)

1. Reduktionsstabile X7R-Keramikmasse hoher Dielektrizitäts­ konstante, insbesondere für Vielschichtkondensatoren mit Nickel-Innenelektroden, aufgebaut nach dem Core-Shell-Konzept auf der Basis von BaTiO3 als Core-Komponente und verschiede­ nen Shell-Komponenten, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung entsprechend der allgemeinen For­ mel
[(BaTiO3)0,98(BaCO3)x(SrCO3)0,005(SEO1,5)y(MgO, NiO)0,005(MnO)0,003]0,98 [BaZrO3, SrZrO3, NdTiO3,5]0,02 + 0,5 Gew.% [(MgO)0,506(B2O3)0,233(SiO2)0,261]
mit SE = Yb, Eu, Y, Ho, Sm, Dy oder Nd und 0 ≦ x ≦ 0,04 und 0,005 ≦ y ≦ 0,02.
1. Reduction-stable X7R ceramic mass of high dielectric constant, in particular for multilayer capacitors with nickel internal electrodes, built according to the core-shell concept based on BaTiO 3 as core component and various shell components, characterized by a composition corresponding to the general For mel
[(BaTiO 3 ) 0.98 (BaCO 3 ) x (SrCO 3 ) 0.005 (SEO 1.5 ) y (MgO, NiO) 0.005 (MnO) 0.003 ] 0.98 [BaZrO 3 , SrZrO 3 , NdTiO 3.5 ] 0.02 + 0.5% by weight [(MgO) 0.506 (B 2 O 3 ) 0.233 (SiO 2 ) 0.261 ]
with SE = Yb, Eu, Y, Ho, Sm, Dy or Nd and 0 ≦ x ≦ 0.04 and 0.005 ≦ y ≦ 0.02.
2. Reduktionsstabile Keramikmasse nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch den Einsatz von BaTiO3-Pulver einer erhöhten mittleren Dispersität als Core-Komponente.2. Reduction-stable ceramic mass according to claim 1, characterized by the use of BaTiO 3 powder of an increased average dispersity as the core component. 3. Reduktionsstabile Keramikmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die X7R-Keramik einen phasenheterogenen Aufbau aufweist, indem sich um das Bariumtitanat im Core- ein Shell-Bereich aufbaut, dessen Zusammensetzung durch die Bindung von SrCO3 mit MgO und einer Oxidkomponente der seltenen Erden SE2O3 mit SE = Yb, Eu, Y, Ho, Sm, Dy oder Nd unter Beteiligung von Man­ ganoxid am BaTiO3 zustande kommt, und der außerdem durch BaZrO3 sowie durch Zusatz einer Magnesium-Borosilicat-Glas­ fritte modifiziert ist.3. Reduction-stable ceramic mass according to claim 1 or 2, characterized in that the X7R ceramic has a phase-heterogeneous structure by building around the barium titanate in the core a shell area, the composition of which by binding SrCO 3 with MgO and an oxide component the rare earths SE 2 O 3 with SE = Yb, Eu, Y, Ho, Sm, Dy or Nd come about with the participation of manganese oxide in BaTiO 3 , and which is also fritted by BaZrO 3 and by adding a magnesium borosilicate glass frit is modified. 4. Reduktionsstabile Keramikmasse einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der phasenheterogene Aufbau der X7R-Keramikmasse im Shell-Bereich dadurch zustande kommt, daß MgO durch NiO er­ setzt ist.4. reduction-stable ceramic mass one of claims 1 to 3, characterized,  that the phase heterogeneous structure of the X7R ceramic mass in Shell area comes about that MgO by NiO er sets is. 5. Reduktionsstabile Keramikmasse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der phasenheterogene Aufbau der X7R-Keramikmasse im Shell-Bereich dadurch zustande kommt, daß BaZrO3 durch SrZrO3 ersetzt ist. 5. Reduction-stable ceramic composition according to claim 3 or 4, characterized in that the phase-heterogeneous structure of the X7R ceramic composition in the shell area is achieved in that BaZrO 3 is replaced by SrZrO 3 . 6. Reduktionsstabile Keramikmasse einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Zusatz von 0,5 Gew.-% eines Glaspulvers des Systems MgO-B2O3-SiO2 mit einer Korngröße zwischen 0,8 und 1,2 µm als Sinterhilfsmittel.6. Reduction-stable ceramic mass one of claims 1 to 5, characterized by the addition of 0.5 wt .-% of a glass powder of the system MgO-B 2 O 3 -SiO 2 with a grain size between 0.8 and 1.2 µm as a sintering aid . 7. Verwendung einer reduktionsstabilen Keramikmasse nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 6 für X7R-Kondensatoren mit Ni-In­ nenelektroden.7. Use of a reduction-stable ceramic mass according to egg nem of claims 1 to 6 for X7R capacitors with Ni-In internal electrodes.
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