CN100576377C - 一种片式铁氧体电感器的端电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种片式铁氧体电感器的端电极及其制备方法，属于片式陶瓷电子元器件技术领域。片式铁氧体电感器的端电极具有二层结构，首先在片式电感器端头表面形成自体电极，通过原子氢的作用，提高片式电感器端头铁氧体表面的电子电导，电阻率小于104Ω·m，使端头表面铁氧体出现半导化甚至金属化，然后以该自体电极作为导电籽层电镀镍，形成一层金属镍层，再在镍层上电镀一层锡或锡-铅合金层，形成镍/锡或锡-铅二层电极结构。优点在于：免去片式铁氧体电感器端电极制备中贵金属浆料的使用，降低生产成本、节省贵金属资源；简化生产工序。
Description
技术领域
本发明属于片式陶瓷电子元器件技术领域，特别涉及一种片式铁氧体电感器的端电极及其制备方法。
背景技术
片式陶瓷电子元器件的端电极制备现在普遍采用三层电极技术，即首先采用涂端机在片式陶瓷元器件坯体两端蘸上贵金属浆料，如银浆等，然后经高温烧结制成底电极，再电镀-层镍层作为阻挡层，最后电镀一层锡或锡-铅合金层作为可焊层，即形成银/镍/锡或锡-铅的三层电极结构[D.A.Benm，C.J.Feltz，R.Haynes，andS.C.Pinault，Statistical Determination of Plating Process Variables for Multilayer CeramicChip Capacitors，Journal of the American Ceramic Society 72(12)，2279-2281(1989)]。端电极制备需要采用高温烧结和电镀两种不同的技术，投资和使用两套不同的设备，工序繁琐，工艺复杂。随着国际有色金属价格持续攀升，贵金属材料成本在总生产成本中所占比例持续升高，对环境和金属资源造成很大的压力。并且随着片式元器件尺寸减小，涂端工序需要采用更高精度的涂端机。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的片式铁氧体电感器端电极及其制备方法，铁氧体材料中铁元素摩尔百分含量为10～40％。本发明免去端头贵金属电极的使用，免去涂端机的使用，采用一条电镀线完成端电极的制备过程。
本发明提供的片式铁氧体电感器的端电极具有二层结构，首先在片式电感器端头表面形的自体电极，即通过原子氢的作用，提高片式电感器端头铁氧体表面的电子电导(电阻率小于104Ω·m)，使端头表面铁氧体出现半导化甚至金属化，然后以该自体电极作为导电籽层电镀镍，形成一层金属镍层(2～20μm)，再在镍层上电镀一层锡或锡-铅合金层(2～20μm)，相应地形成具有镍/锡结构的二层电极或具有镍/锡-铅合金结构的二层电极。
本发明端电极的具体制备方法如下：
首先，将片式铁氧体电感器和分散性导电介质如钢球混合在一起，然后一同置于电解质水溶液中(电解质浓度5克/升～500克/升)，如硫酸钠水溶液等，在水中添加电解质的目的在于提高水溶液的电导率，然后以导电介质为阴极，电解水溶液对电感器进行原子氢处理，在电解水溶液过程中对导电介质和片式电感器进行振动或搅拌具有更好的电导增大效果，阴极电流密度0.1～5安培/平方分米，电解质水溶液温度0～80℃，原子氢在片式电感器内电极的露头上产生，氢迁移到靠近内电极露头的铁氧体表面，通过原子氢的电导改性作用，使得电感器端头铁氧体表面电子电导大幅度增加，出现半导化甚至金属化，电阻率小于104Ω·m。随原子氢处理时间延长，该电导改性区域以内电极露头为中心沿陶瓷表面边际生长，电导改性区域面积增大，形成自体电极。然后将片式电感器和导电介质取出，用去离子水清洗干净，采用振动电镀方法在片式电感器端头电镀镍层，由于该自体电极电子电导大，使得电镀镍过程中金属镍能够直接在该自体电极上得到电子而沉积下来。然后将片式电感器和导电介质取出，用去离子水清洗干净，采用振动电镀或滚镀方法在镍层上电镀锡或锡-铅合金层，制成具有完整结构的端电极。
本发明的优点在于：免去片式铁氧体电感器端电极制备中贵金属浆料的使用，降低生产成本、节省贵金属资源；免去涂端工序，免去贵金属浆料的高温烧结工序，免除高温烧结尾气排放；免去涂端机和高温炉的设备投资，简化生产工序；由于片式铁氧体电感器端头自体电极制备采用电化学原子氢处理，可以采用电镀设备来进行，因此采用一套电镀线就能完成片式元器件端电极的制备。由于自体电极的尺寸与电化学处理时间有明确的对应关系，自体电极的生长进度可以通过时间得到精确控制，因此本发明也适用于小尺寸片式元器件的端电极制备，免去高精度涂端机的使用。
本发明适用于片式铁氧体元器件的端电极制备。
附图说明
图1是现在普遍采用的片式元器件端电极的结构示意图。其中，片式元件1、端头上的贵金属电极2、镍层3、锡或锡-铅层4。
图2是本发明端电极的结构示意图。其中，端头上的自体电极5。
具体实施方式
实施例1
选取100枚烧结好的镍铜锌铁氧体片式多层电感器(MLCI)坯体，尺寸为0402(0.04英寸×0.02英寸)，铁氧体组成为Ni0.3Zn0.5Cu0.2Fe2O4，铁元素摩尔百分含量为28.6％。将片式电感与直径0.5mm的钢球一起置于吊篮中，将吊篮浸入硫酸钠水溶液中，以钛篮为阳极，在振动条件下电解水溶液，对片式电感器进行电化学原子氢电导改性处理，制备片式电感的自体电极。工艺参数如下：
硫酸钠(Na2SO4)水溶液 50克/升
阴极电流密度 2安培/平方分米
温度 室温
处0.5小时后，将吊篮取出，用去离子水清洗干净吊篮、片式电感器和钢球，再将吊篮置于电镀镍镀液中，采用振动电镀的方法镀镍，电镀镍工艺参数如下：
氨基磺酸镍 400克/升
氯化镍 20克/升
硼酸 40克/升
pH 4
温度 50℃
阴极电流密度 2安培/平方分米
接下来，将吊篮取出，用去离子水清洗吊篮、片式电感器和钢球，再将吊篮置于电镀锡镀液中，采用振动电镀的方法镀锡，电镀锡工艺参数如下：
氯化亚锡 60克/升
柠檬酸 30克/升
氟化氢铵 50克/升
聚乙二醇 20克/升
pH 6
温度 室温
阴极电流密度 1安培/平方分米
最后，将片式电感器从吊篮中取出，用去离子水清洗干净后，进行2小时150℃的烘烤，所得端电极结合力、可焊性良好。
实施例2
选取100枚烧结好的平面六角Co2Z铁氧体片式电感坯体，尺寸为0603(0.06英寸×0.03英寸)，铁氧体组成为Ba3Co2Fe24O41，铁元素摩尔百分含量为34.3％。将片式电感与直径1mm的钢球一起置于吊篮中，将吊篮浸入硫酸钠水溶液中，以钛篮为阳极，在振动条件下电解水溶液，对片式电感器进行电化学原子氢电导改性处理，制备片式电感的自体电极。工艺参数如下：
硫酸钠(Na2SO4)水溶液 200克/升
阴极电流密度 0.5安培/平方分米
温度 50℃
处0.5小时后，将吊篮取出，用去离子水清洗干净吊篮、片式电感器和钢球，再将吊篮置于电镀镍镀液中，采用振动电镀的方法镀镍，电镀镍工艺参数如下：
硫酸镍(NiSO4·7H2O) 250克/升
氯化镍(NiCl2·6H2O) 50克/升
硼酸 40克/升
糖精 1克/升
pH 4.3
温度 50℃
阴极电流密度 2安培/平方分米
然后将吊篮取出，用去离子水清洗干净吊篮、片式电感器和钢球，将片式电感器和钢球置于滚镀筒中电镀，采用滚镀方法镀锡，工艺参数同实施例1。最后，将片式电感器从吊篮中取出，用去离子水清洗干净后，进行2小时150℃的烘烤，所得端电极结合力、可焊性良好。
Claims (4)
1、一种片式铁氧体电感器的端电极，铁氧体材料中铁元素摩尔百分含量为10～40％，其特征在于，具有镍/锡或锡-铅二层电极结构，首先在片式电感器端头表面形成自体电极，通过原子氢的作用，使端头表面铁氧体出现半导化甚至金属化，电阻率小于104Ω·m，然后以该自体电极作为导电籽层电镀镍，形成一层金属镍层，再在镍层上电镀一层锡或锡-铅合金层，相应地形成具有镍/锡结构的二层电极或具有镍/锡-铅合金结构的二层电极；
金属镍层的厚度为2～20μm；锡或锡-铅合金层的厚度为2～20μm。
2、一种制备权利要求1所述的片式铁氧体电感器的端电极的方法，其特征在于，制备工艺为：
(1)将片式铁氧体电感器和分散性导电介质钢球混合在一起，然后一同置于电解质水溶液中；
(2)以导电介质为阴极，电解水溶液对电感器进行原子氢处理，阴极电流密度0.1～5安培/平方分米，电解质水溶液温度0～80℃，原子氢在片式电感器内电极的露头上产生，氢迁移到靠近内电极露头的铁氧体表面，通过原子氢的电导改性作用，使得电感器端头铁氧体表面电子电导增加，出现半导化甚至金属化，电阻率小于104Ω·m；随原子氢处理时间延长，该电导改性区域以内电极露头为中心沿陶瓷表面边际生长，电导改性区域面积增大，形成自体电极；
(3)将片式电感器和导电介质取出，用去离子水清洗干净，采用振动电镀方法在片式电感器端头电镀镍层，电镀镍过程中镍离子直接在自体电极上得到电子而沉积下来；然后将片式电感器和导电介质取出，用去离子水清洗干净，采用振动电镀或滚镀方法在镍层上电镀锡或锡-铅合金层，制成具有完整结构的端电极。
3、按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的电解质水溶液为硫酸钠水溶液，电解质水溶液的电解质浓度5克/升～500克/升。
4、按照权利要求2所述的方法，其特征在于，在电解水溶液过程中对导电介质和片式电感器进行振动或搅拌以增大电导改性效果。
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| Hydrogen-Induced Lateral Growth of Nickel CoatingonBa3Co2Fe24O41(Co2Z)-Based Hexaferrite duringtheElectroplating of Multilayer Chip Inductors. Jiang Li Cao.Journal of The Electrochemical Society,Vol.149 No.12. 2002 |
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| PMN基铁电陶瓷电镀镍性能失效及恢复研究. 曹江利等.压电与声光，第23卷第5期. 2001 |
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