CN101916657B - 一种高频高q值的片式多层陶瓷电容器 - Google Patents
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Abstract
一种高频高Q值的片式多层陶瓷电容器，它由瓷浆制备、介质膜片制作、叠印、坯块干燥、层压、切割、排胶、烧成、倒角、封端、烧端、电镀等工序制备而来，所述的叠印内电极和介质层工序中，内电极材料是镍Ni，所述的封端工序中，端电极材料是铜Cu，在瓷浆制备中，所用的瓷料是锆钛锶钙Ca-Sr-Ti-Zr系瓷料，锆钛锶钙Ca-Sr-Ti-Zr系瓷料平均粒颗度是0.3～0.5um的球形体或似球形体；述叠印内电极和介质层时，内电极是采用倒装叠印排列，制作的片式多层陶瓷电容器具有优越的高频高Q电气性能，且可大大的降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种高频高Q值的片式多层陶瓷电容器。
背景技术
片式多层陶瓷电容器MLCC是一种新型电子元器件，大量用于通讯、计算机、家用电器等消费类电子整机的表面贴装中。随着全球表面安装技术的迅速发展，表面安装组件的产量迅速上升，MLCC需求也不断上升。目前国内外生产高Q高频片式多层陶瓷电容器MLCC主要采用两种材料体系来实现：一种采用贵金属Ag/Pd或全Pd材料为内电极，端电极则是全Ag，而全钯材料的烧结温度相当高，烧结温度是1300～1360℃，这样必然导致生产成本过高的问题。另外一种采用金属铜为内电极材料体系，铜电极容易氧化，在生产上比较难控制，产品性能及合格率难以保证，这样必然导致生产成本过高的问题。
发明内容
针对上述技术缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种生产成本低、实现工艺好控制、制作出高频高Q的片式多层陶瓷电容器。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现：一种高频高Q值的片式多层陶瓷电容器，它由瓷浆制备、制作介质膜片、叠印、坯块干燥、层压、切割、排胶、烧成、倒角、封端、端浆烧端、电镀等工序制备而来，所述的叠印内电极和介质层工序中，内电极材料是镍Ni，所述的封端工序中，端电极材料是铜Cu，在瓷浆制备中，所用的瓷料是锆钛锶钙Ca-Sr-Ti-Zr系瓷料，锆钛锶钙Ca-Sr-Ti-Zr系瓷料平均粒颗度是0.3～0.5um的球形体或似球形体；所述叠印内电极时，内电极结构是采用倒装叠印排列；所述烧成工序分二次排胶段、升温段、保温段、降温段、回火段，所述的二次排胶段时间是4±2小时，二次排胶段温度850℃～1000℃；所述的升温段温度在900℃～1290℃时，升温速度控制在7～10℃/min；所述的回火段的回火时间控制在2～2.5小时，回火温度750℃～1100℃。
进一步：在上述高频高Q值的片式多层陶瓷电容器中，所述的瓷浆制备中，粘合剂:瓷粉的重量比是45～50%:1，增塑剂:瓷粉的重量比是5%:1，分散剂:瓷粉的重量比是0.4%:1，消泡剂:瓷粉的重量比是0.2 %:1,其余是溶剂。所述的粘合剂(PVB)、增塑剂(DOP)、分散剂(GTO)、消泡剂(甲基硅油)都是本领域技术人员常用的物质，而且市场上有很多家化工原料公司能生产并销售这些物质。选用的瓷粉符合COG或者NPO特性；生产的MLCC 容量≤10PF在100MHz频率下，测量的Q值大于300。所述叠印内电极和介质层的工序时，选用的内电极浆中，金属镍的重量百分含量控制在40%～56%，无机物主要是锆钛锶钙Ca-Sr-Ti-Zr系物质，其重量添加量控制在2%～15%，所述的无机物也是本领域技术人员常用的物质。所述的烧端温度是750～820℃。所述的电镀工序选择氨基磺酸电镀体系的电镀液。
与现有技术相比，本发明的高频高Q值的片式多层陶瓷电容器是在原有的贱金属镍高频多层陶瓷介质电容器生产的基础上，结合多年MLCC开发以及设计技术，通过瓷粉材料的选择、MLCC结构特殊设计、匹配内电极浆料的选择、端电极浆料匹配性选择、端电极烧结的研究和无铅电镀工艺，即氨基磺酸电镀体系的开发。实现了制作一种高频高Q片式多层陶瓷电容器，从而降低生产成本，提高生产工艺的可操作性。
附图说明
图1是本发明所得产品长轴纵部面示意图，其内电极采用倒装叠印排列，其中1是内电极；
图2是本发明的排胶曲线图；
图3是本发明所得产品长轴横剖面放大示意图。
具体实施方式
本发明的主旨是在原有的贱金属镍高频多层陶瓷介质电容器生产的基础上，结合多年MLCC开发以及设计技术，通过瓷粉材料选择、MLCC结构特殊设计、匹配内电极浆料的选择、端电极浆料匹配性选择、端电极烧结的工艺开发等等。实现了制作一种高频高Q片式多层陶瓷电容器，本发明降低了烧结温度、降低生产成本，提高生产工艺的可操作性。下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述，实施例中所提及的内容并非对本发明的限定，制备方法中浆料制备、叠印、烧成、烧端、电镀等工艺条件的选择可因地制宜而对结果并无实质性影响。
一种高频高Q值的片式多层陶瓷电容器，它由瓷浆制备、制作介质膜片、叠印内电极和介质层、坯块干燥、层压、切割、烧成、倒角、封端、烧端、电镀等工序制备而来，所述的叠印内电极和介质层工序中，内电极材料是镍Ni浆料，所述的封端工序中，端电极材料是铜Cu浆料。
在瓷浆制备中，所用的瓷料是锆钛锶钙Ca-Sr-Ti-Zr系瓷料，锆钛锶钙Ca-Sr-Ti-Zr系瓷料平均粒度是0.3～0.5um的球形体或似球形体；所述的瓷浆制备中，粘合剂:瓷粉的重量比是45～50%:1，增塑剂:瓷粉的重量比是5%:1，分散剂:瓷粉的重量比是0.4%:1，消泡剂:瓷粉的重量比是0.2 %:1,其余是溶剂。所述的瓷浆制备中，选用的瓷粉符合高频COG或者NPO特性；生产的MLCC 容量≤10PF在100MHz频率下，测量的Q值大于300。在本实施方式中具体瓷料的选择如下述瓷料选择例。
所述叠印内电极和介质层时，内电极是采用倒装叠印排列，如图1所示，其中1是内电极。
所述烧成工序分二次排胶段、升温段、保温段、降温段、回火段，所述的二次排胶段时间是4±2小时，二次排胶段温度800℃～1000℃；所述的升温段温度在1000℃～1290℃时，升温速度控制在7～10℃/min；所述的回火段的回火时间控制在2～2.5小时，回火温度750℃～1100℃。在本实施方式中具体烧成工序如下述排胶、烧成工序选择例。所述叠印内电极和介质层的工序时，选用的内电极浆中，金属镍的重量百分含量控制在40%～56%，无机物的重量添加量控制在2%～15%。所述的烧端温度是750～820℃。最终制得的一种高频高Q值的片式多层陶瓷电容器性能好，使用网络分析仪测量的Q值，如下表1所示：
瓷料选择例
瓷粉选择及分散：目前镍电极瓷粉生产的产家比较多，介电常数基本均在28～35范围内，主晶相基本一致，但各个厂家瓷粉生产的多层陶瓷电容器性能有着不同区别，主要表现在Q值大小上，本发明需要的高Q值材料体系见表2：
通过试验对比选择了国产B厂家瓷粉。
瓷粉分散性方案：由于NPO特性瓷粉所采用的原材料比重相对较小，这样就会使得NPO瓷粉具有较大的比表面积，要达到好的分散效果，就必须通过对制作瓷浆的工艺及各种有机组分配比的试验，如表3所示，相关的瓷粉性能测试如表4所示。
通过产品流通的认证，最终确定了方案2的配比工艺。
排胶、烧成工序选择例
烧成工艺技术的开发：用选择好高频特性的瓷粉，通过按一定工艺制备瓷浆、流延膜片、印刷需要的电极图形、叠压、分割得到的电容器生坯芯片，使用如图2的曲线排胶，排胶后烧结成瓷，烧结工艺是整个Ni电极NPO产品制作中最重要的环节，首先是烧结回火时间，其次是烧结升温速率。回火段主要是将陶瓷体在前区失去了氧，而回火段的目的就将失去的氧补回来的过程，这样必须在回火段需要对温度和时间进适当的控制。但回火过程会导致产品内电极收缩，即瓷体二次变化过程。从而使产品内电极收缩，导致内外电极连接不良。选择如表5所示的4种烧结方案：
根据表格内的数据可知，在相同的温度下，回火时间在2小时左右，产品电极外露较好，最终结合产品的生产周期选择了方案2～2.5作为烧成曲线的最佳的回火时间。升温段是烧成曲线最关键、也是最特别重要的环节，该环节的工艺主要根据瓷料和内浆的TMA曲线来实现。内浆在烧成过程中开始收缩温度950℃，瓷料的在烧成过程中开始收缩温度1000℃，因此对烧成曲线在850℃～1290℃的升温速率要求较高，在此主要对升温速率进行了试验，以下是选择如表6的4种升温速率的试验方案：
其中按3℃/min的曲线烧成的芯片电极内部存在严重的微裂纹；当芯片按7℃/min、10℃/min的曲线烧成时，瓷体没有裂纹产生，电极连续平整，见图3。说明升温速率为愈快愈好，产品可以达到很好的电气性能。
Claims (4)
1.一种高频高Q值的片式多层陶瓷电容器，它由瓷浆制备、制作介质膜片、叠印内电极和介质层、坯块干燥、层压、切割、排胶、烧成、倒角、封端、端浆烧端、电镀工序制备而来，所述的叠印内电极和介质层工序中，内电极材料是镍Ni，所述的封端工序中，端电极材料是铜Cu，其特征在于：在瓷浆制备中，所用的瓷料是锆钛锶钙Ca-Sr-Ti-Zr系瓷料，锆钛锶钙Ca-Sr-Ti-Zr系瓷料平均粒颗度是0.3～0.5um的球形体或似球形体；所述叠印内电极和介质层时，内电极结构是采用倒装叠印排列；
所述烧成工序分二次排胶段、升温段、保温段、降温段、回火段，所述的二次排胶段时间是4±2小时，二次排胶段温度850℃～1000℃；所述的升温段温度在900℃～1290℃时，升温速度控制在7～10℃/min；所述的回火段的回火时间控制在2～2.5小时，回火温度750℃～1100℃；
所述的瓷浆制备中，粘合剂:瓷粉的重量比是（45%～50%）:1，增塑剂:瓷粉的重量比是5%:1，分散剂:瓷粉的重量比是0.4%:1，消泡剂:瓷粉的重量比是0.2 %:1,其余是溶剂。
2.根据权利要求1所述的高频高Q值的片式多层陶瓷电容器，其特征在于：所述的瓷浆制备中，选用的瓷粉符合高频COG或者NPO特性；所生产的MLCC 容量≤10PF，在100MHz频率下，测量的Q值大于300。
3.根据权利要求2所述的高频高Q值的片式多层陶瓷电容器，其特征在于：所述叠印内电极和介质层的工序，选用的内电极浆中，金属镍的重量百分含量控制在40%～56%，无机物的重量添加量控制在2%～15%。
4.根据权利要求3所述的高频高Q值的片式多层陶瓷电容器，其特征在于：所述的端浆烧端温度是750～820℃；所述的电镀工序选择氨基磺酸电镀体系的电镀液。
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