北京工业大学侯育冬教授团队：超宽温介电稳定性的MLCC新进展

中国粉体网讯  多层陶瓷电容器（MLCC）是电子线路中不可或缺的基础无源电子元器件，被誉为“电子工业大米”。随着移动通信、人工智能、物联网等先进技术的快速发展，相关电子设备的功能集成模块对MLCC的需求量逐年增加。目前，产量最大的MLCC型号是EIA-X7R，其电容温度系数可以在-55℃至125℃之间保持小于15%。尽管此类MLCC能够满足大多数温度场景应用需求，但对于新兴的航空航天和新能源汽车等应用仍然面临极大的挑战。在这些高科技领域中，需要MLCC在极宽的温度范围内稳定工作以应对极端恶劣的工作环境。现有商业II类MLCC主体瓷料主要依赖于钛酸钡（BT）铁电陶瓷，虽然其介电常数很高，但固有的低居里温度（TC~120℃）使得这种材料即使通过复合掺杂与“芯壳”结构设计也难以将工作温度上限延伸至300℃。因此，寻找新的高介超宽温电容器瓷料并进行工业MLCC制造验证至关重要。

北京工业大学侯育冬教授团队与北京元六鸿远电子科技股份有限公司合作，通过精细的组分设计，在0.69(0.8Na_0.5Bi_0.5TiO₃-0.2K_0.5Bi_0.5TiO₃)-0.31NaTaO₃(NBT-KBT-0.31NT)体系中构建出P4bm + Pbnm + R3c类型的极性纳米微区（PNRs）组合。研究发现，相对于P4bm + R3c与P4bm + Pbnm组合类型，新的三元PNRs组合类型有利于在超宽温区内平衡高介电常数与温度稳定性的关系，进而获得综合介电品质优良的介电陶瓷。进一步，采用工业流延、丝网印刷与共烧技术制作出标准尺寸1812型的NBT-KBT-0.31NT MLCC。研究团队通过优化层压压力与共烧温度，实现介电层与铂内电极间紧密的异质界面结合，构建的 MLCC在-61℃-306℃超宽温范围内获得稳定的高介电常数（εr =907±15%）与低介电损耗（tanδ≤ 0.025），同时兼具优异的高温绝缘特性。

该工作表明调制弛豫铁电体PNRs组合类型是设计超宽温MLCC的有效策略。相关成果以“Boosting ultra-wide temperature dielectric stability of multilayer ceramic capacitor through tailoring the combination types of polar nanoregions”为题发表于中科院一区期刊《Journal of Materiomics》，通讯作者为侯育冬教授，硕士研究生刘嘉成和博士研究生席凯彪为论文的共同一作，北京工业大学为第一通讯单位，合作单位为北京元六鸿远电子科技股份有限公司。

上述工作得到了国家自然科学基金和北京市自然科学基金等项目的资助。

图1. 超宽温MLCCs设计策略示意图： PNRs组合类型调制与器件异质界面结构优化

图2. (a) NBT-KBT-0.31NT粉体的粒径分布；(b) NBT-KBT-0.31NT流延膜的光学照片；(c) 不同层压压力NBT-KBT-0.31NT MLCC的超声无损探测扫描图像；(d) MLCC尺寸测量光学照片；(e) MLCC横截面扫描照片；（f-k）Na、K、Bi、Ti、Ta和Pt元素分布；(l) MLCC横截面Pt元素线扫分析

（中国粉体网编辑整理/空青）

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