Recherche de formulations diélectriques compatibles avec un cofrittage argent

Research of dielectric formulations compatible with silver co-sintering

• Auteur / Autrice : Ahcène Chaouchi
• Direction : Sylvain Marinel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses, matériaux et composants
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Caen en cotutelle avec Université Mouloud Mammeri (Tizi-Ouzou, Algérie)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Mouloud Mammeri. Faculté des sciences exactes (Tizi-Ouzou, Algérie)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diélectriques

Frittage (métallurgie)

Composants électroniques

Condensateurs céramiques

Résumé

Cette étude est consacrée à l’abaissement des températures de frittage et à l’amélioration des propriétés diélectriques des matériaux ZnTiO3 (ZT), Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 (BZN) et Ba(Zn1/3Ta2/3)O3 (BZT), afin de les rendre compatible avec un co-frittage argent. Des agents de frittage notamment sous forme de phases vitreuses ont été ajoutés. La plupart de ces agents permettent d’abaisser la température de frittage et favorisent la cristallisation de ZnTiO3 dans sa structure hexagonale. Le système ZnTiO3+ZnO-B2O3+0. 15TiO2 (ZT-ZB-0,15T) fritté à 900°C révèle des propriétés intéressantes à 1 MHz : epsilon r = 23, tau epsilon égale à zéro, Tan delta < 10-3 et une bonne résistance d’isolement rhô i > 10 exposant 14 omega. Cm. La combinaison 60%ZnO-13%SiO2 -27%B2O3 (ZSB) et des sels de lithium permet aussi de réduire la température de frittage de BZN et de BZT sans dégrader les propriétés diélectriques. Les formulations Ba(Zn1/3Nb2/3)O3+2%ZSB+1%LiF (BZN-2Z1LF) et Ba(Zn1/3Nb2/3)O3-2%ZSB +1%Li2CO3 (BZN-2Z1LC) frittées à 900°C révèlent des densités supérieures à 95% de la densité théorique et des propriétés diélectriques intéressantes epsilon r = 39 et tau epsilon = 45 ppm/°C pour BZN-2Z1LF et epsilon r = 37, tau epsilon = 50 ppm/°C pour BZN-2Z1LC, les pertes diélectriques restant faibles (tan delta < 10-3) et rhô i > 10 exposant 13 omega. Cm. La formulation Ba(Zn1/3Ta2/3)O3 +5%ZSB+1%LiF (BZT-5Z1LF) se densifie à 900°C et présente elle aussi des bonnes propriétés diélectriques : epsilon r = 32, tau epsilon = -10 ppm/°C, tan delta < 10-3 et rhô i > 10 exposant 12 omega. Cm. Le co-frittage de ces compositions avec de l’argent a été réalisé avec succès. En outre, ces compositions font états de propriétés attractives pour la fabrication des structures L. T. C. C.

The purpose of our work is to lower the sintering temperature of ZnTiO3 (ZT), Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 (BZN) and Ba(Zn1/3Ta2/3)O3 (BZT) below the silver melting point (around 900°C) in a view of a silver co-sintering. The technological way employed is the glass phase with lithium salt additions. Most of the glass phase’s addition allows both to lower the sintering temperature and to favour the formation of the hexagonal ZnTiO3 phase. The ZnTiO3+ZnO-B2O3+0. 15TiO2 (ZT-ZB-0. 15T) composition sintered at 900 ◦C exhibits attractive dielectrics properties at 1 MHz : epsilon r = 23, tan delta < 10−3 and a temperature coefficient of the dielectric constant near zero (tau epsilon = 0 ppm/◦C) and a good resistivity rhô i > 10 exposant 14 omega. Cm. The phase combination 60%ZnO-13%SiO2 -27%B2O3 (ZSB) and lithium salts addition allows to reduce the sintering temperature of BZN and BZT compositions, without degraded the dielectrics properties. The formulations Ba(Zn1/3Nb2/3)O3+2%ZSB+1%LiF (BZN-2Z1LF) et Ba(Zn1/3Nb2/3)O3-2%ZSB +1%Li2CO3 (BZN-2Z1LC) sintered at 900°C has a density higher than 95% of the theoretical one and attractive dielectrics properties: epsilon r = 39, tau epsilon = 45ppm/°C and epsilon r = 37, tau epsilon = 50ppm/°C, respectively, dielectric losses lower than 10-3 and rhô i > 10 exposant 13 omega. Cm. The formulation Ba(Zn1/3Ta2/3)O3+5%ZSB+1%LiF (BZT-5Z1LF) sintered at 900°C shows good dielectrics properties : epsilon r = 32, tau epsilon = -10ppm/°C, tan delta < 10-3 et rhô i > 10 exposant 12 omega. Cm. Prototypes of co-fired ceramics with silver have been also designed from these compositions and exhibit attractive dielectric properties. These compositions are suitable for Low temperature Co-fired Ceramics applications (L. T. C. C).