南京白癜风 http://pf.39.net/xwdt/191016/7540336.html前言
随着5G时代的到来和智能手机的普及，电子设备不断向小型化、高频化和多功能化发展，对具有优异的X7R特性尤其是高可靠性的多层陶瓷电容器（MLCC）的需求急速增长。电子产品的功能越来越强大，而体积却变得越来越小，为了满足这种需求，MLCC不断向小型化和高容量化发展。
可知，要在有限的元件体积下提高电容量，必然要减小介质厚度并且增加内电极的叠层数量。另一方面，MLCC的耐电压值与其介质厚度大致成正比关系，但当介质持续薄至一定程度时，耐电压程度会加速恶化从而偏离正比关系。再加上MLCC往往应用在温度较高的场合，高温也使陶瓷的绝缘能力下降，于是小尺寸高容量MLCC在高温高压条件下进行寿命试验时很容易被击穿失效。
要让小尺寸高容量产品具有良好的寿命可靠性，除了依赖于MLCC各关键原材料（如陶瓷粉和内电极浆料等）的技术发展水平外，还对MLCC的制程工艺也提出了更严苛的要求，比如需重点突破薄介质膜片的分散和流延成型、超薄内电极丝印叠层和快速升温烧结工艺等关键工艺技术。本文从制程工艺方面，对如何改善薄介质（介质生膜厚度＜3μm）MLCC的寿命特性进行深入探讨。
实验内容
实验材料：国产X7R特性瓷粉，进口镍内电极浆料，进口铜端电极浆料；
实验流程：瓷浆制备→流延→丝印→叠层→层压→切割→排胶→烧成→倒角→封端→烧端→沉积→测试→寿命检验。最后制备得到规格标称容量1.0μF额定电压10V的X7R特性MLCC。
结果分析
1、膜片分散工艺对小尺寸高容量MLCC寿命特性的影响
膜片分散质量是MLCC具备良好电性能和可靠性的关键，本次调整工艺后可以得到粒度分布均匀和稳定的陶瓷浆料，分散过程中可避免因陶瓷粉体过度分散、粉体过细和BaTiO3的壳心结构受到破坏而导致的MLCC可靠性能不良等。采用球磨的分散方式，氧化锆球作为分散磨介，对比了不同研磨方式对瓷浆、膜片的质量以及产品的耐电压和寿命特性的影响。结果见表1、表2、表3、图1和图2。
由表1可见，方案1采用直径0.3mm的磨球的瓷浆粒度较大并且分布范围太宽，比表面积较小，尽管方案1的球磨时间达到min，仍然不能达到满意的分散效果，说明磨球的直径偏大，不适合用于分散较细的瓷粉；方案2采用直径0.1mm的磨球，球磨时间缩短至80min，但瓷浆粒度和比表面积均得到显著改善。随着磨球比的增大，粉体和球磨介质的接触面积增大，更易于打碎颗粒间的团聚体，粒度变细。
由表2和图1可见，方案1的膜片光泽度和密度都偏低，瓷浆分散不良，流延出来的膜片不够致密，有颗粒团聚和孔洞，膜片平整度较差。而方案2的膜片光泽度和密度比方案1的要高，膜片均匀致密，平整度高。
对2个分散方案制得的产品中，各抽取20粒测试耐电压，各抽取80粒做h寿命试验。耐电压是电介质不被损坏的前提下所能耐受的最大直流电压，它在一定程度上反映了介质的绝缘能力，并可作为产品寿命特性的参考指标。寿命试验是在产品的上限使用温度(℃)和2.5倍额定电压条件下进行。
由表3和图2的结果可见，方案1的产品耐电压较低且分散，h寿命试验有13粒击穿不良，这很大程度上是由膜片的平整度不足引起。方案2的产品因膜片质量良好尤其是平整度高，耐电压值均达到其额定电压的8倍以上并且分布较为集中，h寿命试验合格。
综上结果可知，采用直径为0.1mm的磨球，分散时间设定为80min，膜片质量更好，产品寿命特性合格。
2、快速升温烧结对小尺寸高容量MLCC寿命性能的影响
快速升温烧结主要应用于MLCC薄介质高容量产品上。瓷介质和内电极的收缩率差异是内应力的主要来源之一。对于薄介质高容量的MLCC，这种收缩率差异很容易导致内电极层与陶瓷介质层之间产生结团和孔洞。快速升温烧结在很大程度上可以实现内电极浆料和瓷料的同时烧结，改善了内电极的连续性，减少了电极浆料结团和孔洞现象的产生，使得烧结后内电极更加平整。以最大程度地缓释烧结过程中产品的内应力，以达到减少内部缺陷、提高产品可靠性的目的。正常升温速率和快速升温烧结产品的内电极连续性、耐电压和寿命特性的对比分析如图3和图4所示。
正常烧结在升温区以3℃/min的升温速率上升，烧结后的产品电极浆料结团明显，有机物融入烧结过程中很容易造成孔洞，残余碳的融入会影响成品的可靠性。快速升温烧结在升温区以25℃/min的升温速率快速升温，以达到内电极浆料和瓷料同时烧结，很大程度上改善了内电极的连续性，减少了电极浆料结团现象的产生，烧结后内电极更加平整，产品的连续性更好，见表4和图5。以SEM分析成品，可以观察到气孔率低，可靠性好。
当升温速率是3℃/min时，过慢的升温速率无法让薄介质产品的电极浆料和瓷料达到同时烧结，加大了陶瓷介质和内电极的收缩失配程度，造成内部结团及孔洞，从而使产品的耐电压下降并且寿命试验发生击穿不良。只有使用25℃/min的升温速率，才能使陶瓷介质和内电极收缩更为一致，显著减小烧结内应力，使产品内部均匀致密，保证产品良好的绝缘能力和寿命特性。
结论
1）采用直径为0.1mm的磨球，分散时间设定为80min，膜片质量好，产品寿命特性合格。
2）烧结产品时，升温速率设置在25℃/min的快速升温，可以有效减小陶瓷介质和内电极的收缩失配应力，防止电极浆料结团和孔洞的发生，显著提高产品寿命特性。
3）通过以上两点的工艺优化，小尺寸高容量MLCC产品的寿命特性得到显著改善，可以满足电子设备对高性能高可靠性MLCC的应用要求。
文章来源：小尺寸高容量MLCC寿命性能改善邓丽云，薛赵茹电子工艺技术第40卷第3期
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