陶瓷电容的结构、工艺、失效模式

只看该作者 · 2019-7-30 16:19

1    结构

   MLCC呈长方体结构，由两边端子电极和内部电极组成。

1.1  端子电极结构

  底层铜Cu或Ag/AgPd镀层用于连接， AgPd含量高可以防硫化；

   中层镍（Ni）镀层，以阻挡Ag/AgPd和外层Sn发生反应)；

   外层锡（或SnPb）镀层构成的，主要利于焊接。

1.2  内电极结构

   内电极由极薄的陶瓷介质膜片和印刷在陶瓷片上面的电极材料以错位方式层叠而成，一层连接一边端电极，下层连接另一边端电极，交替层叠。层数越多，层面积越大电容存储总电荷越多，容值越大。电极材料多为镍。

   陶瓷介质膜片成分：锆酸锶、钛酸钡，钛酸锶钡等，统称陶瓷粉。陶瓷中添加钛酸盐可使介电常数成倍增长。

   锆酸锶SrZrO3掺杂改性主要制造NPO（COG）类MLCC。

   钛酸钡BaTiO3掺杂改性，是X7R、X5R类MLCC。

   钛酸锶钡BaSrTiO3掺杂改性

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2 工艺
2.1 工艺流程图

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2.2 村田MLCC的制作工艺

①介电体板的内部电极印刷: 对卷状介电体板涂敷金属焊料，以作为内部电极。近年来，多层陶瓷电容器以Ni内部电极为主。所以，将对介电体板涂敷Ni焊料。

②层叠介电体板: 对介电体板涂敷内部电极焊料后，将其层叠。

③冲压工序: 对层叠板施加压力，压合成一体。在此之前的工序为了防止异物的混入，基本都无尘作业。

④切割工序：④切割工序将层叠的介电体料块切割成1.0mm×0.5mm或1.6mm×0.8mm等规定的尺寸。

⑤焙烧工序：用1000度～1300度左右的温度对切割后的料片进行焙烧。通过焙烧，陶瓷和内部电极将成为一体。

⑥涂敷外部电极、烧制：在完成烧制的片料两端涂敷金属焊料，以作为外部电极。如果是Ni内部电极，将涂敷Cu焊料，然后用800度左右的温度进行烧结。

⑦电镀工序: 完成外部电极的烧制后，还要在其表面镀一层Ni及Sn。一般采用电解电镀方式，镀Ni是为了提高信赖性，镀Sn是为了易于贴装。贴片电容在这道工序基本完成。

⑧测量、包装工序（补充）: 确认最后完成的贴片电容器是否具备应有的电气特性，进行料卷包装后，即可出货。

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2.3  补充资料

   MLCC 生产过程中，首先需调浆，即将陶瓷粉和粘合剂、溶剂等按一定比例经过球磨，形成陶瓷浆料。之后将陶瓷浆料通过流延机的浇注口，将其涂布在绕行的 PET 膜（Film）上，形成一层均匀的浆料薄层，再通过高温、干燥、定型、剥离，脱膜成型得到陶瓷膜片，一般厚度在 10-30μm。然后在介质薄膜上进行内部电极印刷，并将印有内电极的陶瓷介质膜片堆叠热压形成多电容器并联，切割、去粘结剂后高温烧结成一个不可分割的整体电子元器件，然后在电子元器件的端部沾涂外电极，使之与内电极形成良好的电气连接，形成 MLCC 的两极。

      值得注意的是转移胶带的材料要求较高，不能与陶瓷浆料成分之间产生化学反应，需要匹配陶瓷浆料的表面张力，确保陶瓷涂层厚度均匀；此外其平整度要求凸点需控制在 0.2μm 以内。该胶带原料为 PET 原膜，国内目前主要从日本进口，原膜约占成本 60%，未来随产品越来越薄，预计成本降低，更多被工艺成本取代。多层介质薄膜叠层印刷技术难度高。为了迎合电子发展需求在小尺寸基础上制造更高电容值的 MLCC，多层介质薄膜叠层印刷技术应运而生。日本公司工艺已能实现在 2μm 的薄膜介质上叠 1000 层，生产出单层介质厚度为1μm 的 100μFMLCC，它具有较片式钽电容器更低的 ESR 值和更宽的工作温度范围(-55℃-125℃)。国内风华高科 MLCC 制作水平最高，能够完成流延成3μm 厚的薄膜介质，烧结成瓷后 2μm 厚介质的 MLCC。但与国外先进的叠层印刷技术相比国内技术还有一定差距，设备自动换程度和精度也有待提高。

   陶瓷粉料&金属电极共烧技术壁垒高。MLCC 由多层陶瓷介质印刷内电极浆料，叠合共烧而成，为解决不同收缩率的陶瓷介质和内电极金属如何在高温烧成后不会分层、开裂，即陶瓷粉料和金属电极共烧问题。低温陶瓷共烧技术就是解决这一难题的关键技术，掌握好该技术可以生产出更薄介质（2μm 以下)、更高层数(1000 层以上)的 MLCC。当前日本公司不仅有各式氮气氛窑炉(钟罩炉和隧道炉)，在设备自动化、精度方面有明显的优势，在低温陶瓷共烧技术方面也领先于其他各国。