【Abstract】 The low yield of MLCC”s Capacitance is a ubiquitous question. Microstructure , metal layer and dielectric layer , work2ing produre factor has been researched. It is discussed that the major cause which lead to capacitance decentralization. Put forward control2ling factor in working procedure , offer the gist by which MLCC procedure controll , improve the yield of MLCC’s Capacitance.
【Key words】 MLCC”s ; microstructure ; yield
1 前 言
多层片式陶瓷电容器(MLCC) 以其体积小、比容大、工作温度高、结构紧凑、频率特性好和高可靠性等特点在多种设备中得到广泛的应用,它是现代电子技术,尤其是表面组装技术不可缺少的元件之一,也是国内外发展最为迅速的电容器品种之一。
目前,国内的MLCC 的产量逐年增加,各种生产技术也得到了长足的发展,但国内厂家一直存在容量命中率较低的问题。目前国内电容器容量命中率仅为80 % ,另外的20 %只能作为废品处理,特别对于大容量和规格小的电容器容量更分散,而且这20 %的废品除容量不能达到要求外,其余的各项电性能均能符合要求。为了从根本上解决容量分散问题,除了不断探索MLCC 新材料体系外,从微观结构分析入手,改进制备工艺以及加强工艺控制也是一个重要的途径。本文从微观结构、制备工艺方面着手对多层片式陶瓷电容器容量命中率进行了分析研究,以期寻找影响容量分散的根源。
2 实验过程
2.1 浆料配制
介质、粘合剂、溶剂、润湿剂、增塑剂、分散剂按一定的比例配料,采用直径50mm圆柱状ZrO2 磨料球磨16h。
2.2 流延和丝印
流延和丝印有关内容见表1。
2.3 切片、干燥、层压、切割、装钵和排胶、烧成、封端、电镀、清洗均按大生产工艺执行,排胶温度320 ℃,时间分别为46h、73h ,烧成温度为1300 ℃,端烧750 ℃。
2.4 性能测试与分析
采用HP24278A CAPAACITANCE METER 对端烧后的样品进行了测试,测试条件为交流电压1VRMS ,频率1KHZ,随机从不同容量偏差的抽取试样,经水磨、抛光处理后,用显微镜观察其内部微观结构,并用SSM- 350 型扩展电阻仪测量电容器的电介质层厚度和电极层厚度,由计算机分析处理得到相应的厚度。
3 结果及分析
3.1 内部缺陷对容量的影响
为了考察内部缺陷对多层陶瓷电容器的影响,采用放大倍数200 显微镜对其内部的显微结构进行了分析。在显微镜下容量正偏差较大(ΔC/ C > 10 %) 和标准的电容器(ΔC/ C ≤±1 %) 的内部微结构特征:电极连续、介质层致密均匀,没有分层、孔洞、裂纹等缺陷;而负偏差较大( - ΔC/ C > 10 %) 的电容器均有不同程度的分层和电极不连续。图1 为负偏差大的电容器内部微观结构。
图1 (A) 、(B) 存在电极不连续现象,图(C) 、(D) 存在分层。电极不连续主要是由于印刷漏印和印刷层厚度不均造成的,电极层厚度不均在烧成时出现电极层断裂。电极层不连续相当于电极有效面积减少,在电性能上表现为容量偏小。在实际应用中,引起电极不连续因素很多:浆料的粘度、丝网掩模网版的厚度、张力,刮板的硬度、压力、角度、速度等等均对电极印刷有微妙的影响,同时印刷过程的中断、图1 容量偏小截面显微结构(放大倍数:200 倍)Fig. 1 The section microstructure of the smaller capacity( ×200)再度印刷也可导致电极不连续。从图C、D 可看出该分层属于生坯分层[1 ] 。生坯分层是介质与干燥电极在生坯状态下发生分离。无忧论文网 www.51lunwen.org引起生坯分层的主要原因是电极层印刷后干燥周期较长,瓷膜在迭压时因缺乏粘附性;迭压后的膜块在干燥或热压工序中,若温度偏高或加热时间过长会使电极层与瓷膜间粘附性变差而导致分层。分层相当增加了空气介质,相对减少了陶瓷材料的介质,从而导致电容量偏低。在本实验中,通过精确控制各工艺参数以及选用恰当的粘度浆料来改善印刷的质量,调节干燥周期和改变热压温度、时间有效解决了生坯分层,提高了电容器容量和容量命中率。此外,烧结制度也是引起缺陷的一个不可忽视的因素,这已被Chazono 等人[2 ]证实。
3.2 介质层厚度对容量的影响
M- 350 型扩展电阻仪测电极厚度和介质厚度数据结果如图2 和3 所示。其中纵坐标为物质的扩展电阻(单位:Rm. ) ,横坐标为探针位移量(单位:μm) 。
从图2 和图3 可看出,合格样品的介质层厚度较均匀,电阻率大,容量偏大的介质层厚度不均,电阻率小于合格样品。计算机分析结果:合格样品的电极层厚度为5μm ,容量偏大的电极层厚度为4～6μm ,由电极层厚度对MLC 电性能的影响可知电极层厚度引起容量偏大的值较小[3 ] 。容量偏差大的样品介质厚度仅为17μm ,而合格样品的介质层厚度达20μm。以合格电容器为标准,则容量偏差大的电容器的介质层厚度误差为15 %[4 ] ,由电容器容量计算公式:C = 010885ε·S ·N/ D
可算出,容量偏差为1716 %。本实验容量偏大的电容器容量偏差测定值为151033 % ,在微观结构分析中,可观察到其结构致密、无明显的缺陷产生。同时,在同等的烧结温度,介质层厚度越薄烧结程度越高,增大其介电常数,这也将导致容量偏大。此外,ΔC/ C 的测试与测试温度有关,随着介
质厚度的增大,在高温区,ΔC/ C 的值减小,在低温区,ΔC/ C值增大,本实验的测试温度为常温,即为低温区,介质厚度薄的ΔC/ C 比正常介质厚度的ΔC/ C 变化小[5 ,6 ] 。我们通过调整载体线速、料浆流速、刮刀口间隙,精确控制膜片的厚度,容量偏差和容量命中率得到较大改善。
3.3 排胶对容量的影响
随机抽取电容器100 只,其中50 只用46 小时的排胶时间(样品1) 在箱式炉进行排胶,另外50 只用73 小时的排胶时间(样品2) 在箱式炉进行排胶。样品1 和样品2 最高排胶温度(320 ℃) 相同,改变升温速度和保温时间,测的样品的容量分散图如图4 和图5 所示。
由图4 和图5 可见,样品1 电容器容量较分散,容量分布在[ - 3 % ,6 %] ,峰值在5 %上,容量分布无规律;样品2电容器容量相对比较集中,容量以2 %为峰值,分布在[ -1 % ,5 %] ,容量左右分布对称性比较好。耐压测试表明,样品1 平均击穿电压比样品2 大,且绝缘电阻等电性能也优于样品2。由此可见,适当降低升温速率和延长保温时间可提高电容器的容量命中率。
适当长的保温时间和缓慢的升温速率可保证电极浆料和瓷膜中的各种高分子有机物质缓慢并充分地排尽,可避免高分子有机物在烧结时,急剧分解,造成裂纹、气泡和分层的形成[7 ] 。
4 结 论
1. 电极漏印、生坯分层是导致电容量偏低的主要原因。通过提高印刷质量、采用高质量的丝网和控制热压工艺参数可提高电容器的容量命中率。
2. 介质层厚度偏薄是电容量偏大的主要原因。通过调整载体线速、料浆流速、刮刀口间隙,精确控制膜片的厚度,利于减少容量分散。
3. 通过延长排胶时间、控制升温速率,可充分排尽粘合剂,减少后道工序的缺陷的产生。
参考文献
[1 ] 陈涛,陈嘉宝. [J ] . 电子元件,1994 ,6 (2) :26～29.
[2 ] Chazono , Hirokazu. www.51lunwen.org[J ] . Key Engineering Material , 2000 ,181 :11～14.
[3 ] 丁美芬. [
