Ossidi di terre rare nei MLCC

Come componente cruciale degli MLCC, i materiali dielettrici ceramici giocano un ruolo decisivo nel determinare le prestazioni degli MLCC. Con il rapido sviluppo degli MLCC verso la miniaturizzazione, l'alta capacità e la stratificazione sottile, sono stati posti requisiti tecnici più elevati sulle polveri dielettriche ceramiche con alta resistenza alla tensione, alta costante dielettrica e alta affidabilità. Gli ossidi di terre rare sono ampiamente utilizzati nella ceramica, tra cui ossido di cerio, ossido di lantanio, ossido di neodimio, ossido di disprosio, ossido di samario, ossido di olmio, ossido di erbio, ecc. Il drogaggio delle ceramiche con piccole o tracce di terre rare può alterare significativamente la microstruttura, la composizione di fase, la densità, le proprietà meccaniche, le proprietà fisico-chimiche e il comportamento di sinterizzazione dei materiali ceramici. Pertanto, la modifica attraverso il drogaggio con ossidi di terre rare è uno dei percorsi per ottenere polveri dielettriche ceramiche di fascia alta per gli MLCC.

Come importanti componenti di drogaggio nelle polveri dielettriche per MLCC, gli ossidi di terre rare possono migliorare efficacemente l'affidabilità degli MLCC e sono materie prime indispensabili nello sviluppo di polveri ceramiche di fascia alta per gli MLCC. Le polveri ceramiche per MLCC sono principalmente classificate in tre categorie (Y5V, X7R e COG). Tra queste, i materiali X7R sono la specifica con la competizione globale più intensa e sono anche una delle varietà con la più alta domanda e utilizzo sul mercato nelle apparecchiature elettroniche. Il loro principio di fabbricazione si basa sulla modifica del titanato di bario (BaTiO₃) ceramico su scala nanometrica.

Il titanato di bario è una delle principali materie prime per la produzione di MLCC. Presenta eccellenti proprietà piezoelettriche, ferroelettriche e dielettriche. Tuttavia, il titanato di bario puro ha un grande coefficiente di temperatura della capacità, un'alta temperatura di sinterizzazione e una perdita dielettrica relativamente alta, il che lo rende inadatto per l'uso diretto nella produzione di condensatori ceramici.

La ricerca mostra che le proprietà dielettriche del titanato di bario sono strettamente correlate alla sua struttura cristallina. Impiegando metodi di drogaggio, la struttura cristallina del titanato di bario può essere controllata, migliorando così le sue proprietà dielettriche. Ciò è principalmente dovuto al fatto che il titanato di bario a grana fine drogato forma una struttura core-shell, che gioca un ruolo significativo nel migliorare le caratteristiche di temperatura della capacità.

Il drogaggio di elementi delle terre rare nella struttura del titanato di bario è uno dei metodi utilizzati per migliorare il comportamento di sinterizzazione e l'affidabilità degli MLCC. La ricerca sul drogaggio con ioni di terre rare nel titanato di bario risale ai primi anni '60. L'aggiunta di ossidi di terre rare riduce la mobilità dell'ossigeno, il che può migliorare la stabilità della temperatura dielettrica e la resistenza elettrica delle ceramiche dielettriche, migliorando così le prestazioni e l'affidabilità del prodotto. Gli ossidi di terre rare comunemente aggiunti includono ossido di ittrio (Y₂O₃), ossido di disprosio (Dy₂O₃) e ossido di olmio (Ho₂O₃), tra gli altri.

Il raggio ionico degli ioni delle terre rare ha un impatto cruciale sulla posizione del picco di Curie nelle ceramiche a base di titanato di bario. Il drogaggio con elementi delle terre rare di diversi raggi altera i parametri reticolari dei cristalli con una struttura core-shell, cambiando così lo stress interno all'interno dei cristalli. Il drogaggio con ioni di terre rare a raggio maggiore induce una fase pseudo-cubica nel cristallo e genera stress residuo al suo interno. Al contrario, l'introduzione di ioni di terre rare a raggio minore produce meno stress interno e inibisce le transizioni di fase nella struttura core-shell. Anche gli additivi utilizzati in piccole quantità, le caratteristiche degli ossidi di terre rare (come la dimensione o la forma delle particelle) possono influenzare significativamente le prestazioni complessive o la qualità del prodotto. Gli MLCC ad alte prestazioni continuano a svilupparsi verso la miniaturizzazione, l'alto numero di strati, l'alta capacità, l'alta affidabilità e il basso costo. I prodotti MLCC più avanzati al mondo sono entrati nella nanoscala. Come importanti elementi di drogaggio, gli ossidi di terre rare dovrebbero possedere dimensioni delle particelle nanometriche e una buona dispersibilità della polvere.