CN106169370A - 片状多层陶瓷电容及其制造方法 - Google Patents

片状多层陶瓷电容及其制造方法 Download PDF

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杨善明
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Abstract

本发明提供一种片状多层陶瓷电容及其制造方法,具有提高的抗弯曲强度。所述的片状多层陶瓷电容,包括:多个片状内电极,以交错方式叠合;陶瓷介质层,设置在各所述多个片状内电极之间及外侧,并使得所述多个片状内电极的相对的两端部露出;端电极,覆盖在所述的两端部,从而能够电导通所述多个片状内电极;以及高强度瓷介,形成在所述陶瓷介质层上。

Description

片状多层陶瓷电容及其制造方法
技术领域
本发明涉及电子器件技术领域,尤其涉及一种片状多层陶瓷电容及其制造方法。
背景技术
片状多层陶瓷电容(MLCC,Multi-layer Ceramic Capacitors)具有容量大、体积小、电容量稳定、耐高温耐湿性好和易于表面安装等特点,被广泛应用于空调整机的高频滤波、电源退藕和旁路等电路中。如图1所示,所述片状多层陶瓷电容包括内电极1、介质2(例如陶瓷)以及外电极3。其中,外电极3从内到外进一步包括,例如第一到第三外电极31-33。第一外电极31例如为铜层或银层,第二外电极32例如为锡层,以及第三外电极33例如为镍层。
但由于生产过程中的机械应力,经常出现片状多层陶瓷电容失效的情况。分析其原因,主要是由于片状多层陶瓷电容受弯曲应力导致其内部出现裂纹,这类裂纹一般发生在片状多层陶瓷电容两端的电极,沿着45°角向片状多层陶瓷电容内部扩展。出现裂纹的所述片状多层陶瓷电容,测试过程中不完全可控,从而导致设备故障。
具体地,所述片状多层陶瓷电容的陶瓷体是一种脆性材料。当安装有所述片状多层陶瓷电容的PCB板受到弯曲时,所述片状多层陶瓷电容就会受到一定的机械应力冲击。当应力超过片状多层陶瓷电容的强度时,弯曲裂纹就会出现。因此,这种弯曲造成的裂纹只出现在焊接之后。根据MLCC的失效分析可知,电路板的弯曲变形量超过一定值时,一般会在其端电极与陶瓷结合处萌生斜线裂纹,并向MLCC内部扩散,并最终使MLCC失效。图2示出了片状多层陶瓷贴片电容受到机械力后断裂的示意图。如图2所示,所述贴片电容在安装在电路板上后,当受到如图中左侧箭头所示的方向的应力,并且该应力超过所述贴片电容的强度时,则从该贴片电容的端部电极与陶瓷结合的位置产生如图中线条所示的裂纹,进而裂纹扩散, 并最终导致电容失效。
为防止所述裂纹出现,需要提高片状多层陶瓷电容的抗弯曲强度。常规的片状多层陶瓷电容采用陶瓷体介质,质地脆。因而,为片状多层陶瓷电容的电极增加“弹性层”吸收外应力,可降低裂纹的发生几率,从而提高其使用可靠性。然而,这种方案成本较高。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种片状多层陶瓷电容及其制造方法,具有提高的抗弯曲强度。
根据本发明的第一方面,提供一种片状多层陶瓷电容,包括:多个片状内电极,以交错方式叠合;陶瓷介质层,设置在各所述多个片状内电极之间及外侧,并使得所述多个片状内电极的相对的两端部露出;端电极,覆盖在所述的两端部,从而能够电导通所述多个片状内电极;以及高强度瓷介,形成在所述陶瓷介质层上。
进一步地,所述高强度瓷介的抗弯曲应力强度高于所述陶瓷介质层。
进一步地,所述高强度瓷介的抗弯曲应力强度大于250MPa。
进一步地,所述高强度瓷介厚度为0.5mm-2mm。
进一步地,所述高强度瓷介厚度为1mm。
进一步地,所述高强度瓷介形成在所述陶瓷介质层的与片状内电极表面平行的外侧表面上。
进一步地,所述端电极形成为多层结构。
进一步地,所述多层结构从内到外进一步包括,作为第一外电极的铜层或银层,作为第二外电极的锡层,以及作为第三外电极的镍层。
根据本发明的第二方面,提供一种前述的片状多层陶瓷电容的制造方法,包括:制备多个片状内电极、陶瓷介质的膜片以及高强度瓷介的膜片;将多个所述片状内电极以及所述陶瓷介质的膜片以交错方式叠合,并使得所述多个片状内电极的相对的两端部露出;在所述陶瓷介质外侧表面叠合所述高强度瓷介的膜片;以及在所述两端部封上端电极,使得所述多 个片状内电极能够电导通。
进一步地,当所述端电极为多层结构时,利用电镀操作形成所述端电极的多层结构。
根据本发明的方案,通过在陶瓷介质的外侧表面增加高强度的瓷介材料来提高整体产品强度,从而可提高片状多层陶瓷电容的抗弯曲强度,减少过程机械应力导致的暗裂。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1示出了现有技术的片状多层陶瓷电容的结构示意图;
图2示出了所述片状多层陶瓷电容在收到应力而出现裂纹的示意图;
图3示出了利用试验方案获得所述片状多层陶瓷电容应具备的弯曲强度的示意图;
图4为根据本发明一优选实施例的片状多层陶瓷电容的结构示意图;
图5为根据本发明另一优选实施例的片状多层陶瓷电容的结构示意图;
图6为根据本发明一优选实施例的片状多层陶瓷电容的制造方法的流程示意图;
图7为根据本发明一具体实施例的片状多层陶瓷电容的制造方法的流程示意图;
图8(a)、(b))分别示出了根据本发明的方案与现有技术的所述片状多层陶瓷电容的抗弯曲强度对比曲线,以及根据本发明的方案与现有技术的所述片状多层陶瓷电容的温度特性对比曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如上文所述,根据对MLCC的失效分析可知,电路板的弯曲变形量超过一定值时,一般会在其端电极与陶瓷结合处萌生斜线裂纹,向MLCC内部扩散,并最终使MLCC失效。
按照如图3所示的试验方案,获得所述MLCC应具备的弯曲强度。如图3所示,选取试验基板为Al2O3或PCB,以5N的力,0.5mm/s的速度施加,使其弯曲深度为1mm(民用行业一般采用1mm),施加时间为10s±1s。则试验之后外观应无可见损伤,容量的变化应在±10%的范围内。
根据以上试验要求,提出了本发明的方案。如图4所示,为本发明一优选实施例的片状多层陶瓷电容的结构示意图。如图4所示,所述片状多层陶瓷电容包括多个片状内电极4,陶瓷介质层5、端电极6以及形成在陶瓷介质层5上的高强度瓷介7。所述多个片状内电极4以交错方式叠合,并在各所述多个片状内电极之间及外侧设置所述陶瓷介质层5,并使得所述多个片状内电极4的相对的两端部露出。所述端电极6覆盖在所述的两端部,从而能够电导通所述多个片状内电极4。
所述高强度瓷介7的抗弯曲应力强度高于陶瓷介质层,因其附在陶瓷介质层上,利用其较高的抗弯曲应力强度,故称之为高强度陶瓷介质,即高强度瓷介。优选地,高强度瓷介的抗弯曲应力强度大于250MPa。高强度瓷介通常材质成分为锆钛酸钙,强度与COG电容材质相近。不论高强度陶瓷介质采用何种具体材料,只要其抗弯曲应力强度高于所使用的陶瓷介质层的抗弯曲应力强度,就可以起到提高片状多层陶瓷电容的抗弯曲强度的作用,均落入本发明的保护范围。高强度瓷介通常介电常数较低,如果全部陶瓷介质均利用所述所述高强度瓷介来形成则产品成本高且覆盖的容值范围较小,因此,优选地,所述高强度瓷介7形成在所述陶瓷介质5的与 片状内电极4表面平行的外侧表面上。如图4所示,所述高强度瓷介7形成在所述陶瓷介质5的与片状内电极4表面平行的外侧上、下表面上。所述高强度瓷介7的厚度优选为0.5mm-2mm,优选为1mm。
进一步优选地,所述端电极6形成为多层结构。具体地,所述端电极6从内到外进一步包括,例如第一到第三外电极61-63。第一外电极61例如为铜层或银层,第二外电极62例如为锡层,以及第三外电极63例如为镍层,如图5所示。
以下描述所述片状多层陶瓷电容的制造方法。图6示出了根据本发明所述方法的流程图。如图6所示,所述方法包括制备步骤S1、叠合步骤S2以及封端步骤S3。首先,制备步骤S1中,制备多个片状的所述内电极4、陶瓷介质层5的膜片以及所述高强度瓷介7的膜片。之后,叠合步骤S2中,将多个片状所述内电极4以及所述陶瓷介质5的膜片以交错方式叠合,使得所述多个片状内电极4的两端部露出。进一步地,在所述陶瓷介质5的与片状内电极4表面平行的外侧的陶瓷介质5的上、下表面叠合所述高强度瓷介7的膜片,经过,例如一次高温烧结而形成芯片。再之后,封端步骤S3中,在芯片的两端封上金属层,使得多个片状内电极4电导通,从而形成所述端电极6。
进一步地,图7示出了根据本发明的所述制造方法的一具体实施例的流程图。具体地,所述制备步骤中包括,例如通过瓷浆制备、流延以及丝网叠印等步骤制备所述内电极4、陶瓷介质层5以及高强度瓷介7的膜片半成品。之后,在叠合步骤中,将多个片状所述内电极4以及所述陶瓷介质5的膜片以交错方式叠合,并进一步地,在所述陶瓷介质5的与片状内电极4表面平行的外侧的陶瓷介质5的上、下表面叠合所述高强度瓷介7的膜片。并且经过切割、排胶、以及高温烧成而形成芯片。进一步优选地,对形成的芯片进行倒角操作。接下来,在封端步骤中,在芯片的两端封上金属层,使得多个片状内电极4可以电导通,从而形成所述端电极6。并且优选地,包括电镀形成具有多层结构的所述端电极。
根据本发明的上述方案,有效地提高了所述片状多层陶瓷电容的抗弯曲强度。图8(a)、(b)分别示出了根据本发明的方案与现有技术的所述片状多层陶瓷电容的抗弯曲强度对比曲线,以及根据本发明的方案与现有技术的所述片状多层陶瓷电容的温度特性对比曲线。根据图8(a)、(b)可以看出,在不降低温度特性的情况下,本发明的所述片状多层陶瓷电容的抗弯曲强度明显提升,具体地,抗弯曲强度提高50%以上,从而,产品断裂的机率降低50%以上。
以上对本发明的所述片状多层陶瓷电容及其制造方法进行了描述,通过在,例如在陶瓷介质外侧表面设置所述高强度瓷介,增加陶瓷体的材料强度,利用从而提高MLCC的抗弯曲强度,提高其使用可靠性。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种片状多层陶瓷电容,包括:
多个片状内电极,以交错方式叠合;
陶瓷介质层,设置在各所述多个片状内电极之间及外侧,并使得所述多个片状内电极的相对的两端部露出;
端电极,覆盖在所述的两端部,从而能够电导通所述多个片状内电极;以及
高强度瓷介,形成在所述陶瓷介质层上。
2.如权利要求1所述的片状多层陶瓷电容,其中,
所述高强度瓷介的抗弯曲应力强度高于所述陶瓷介质层。
3.如权利要求1或2所述的片状多层陶瓷电容,其中,
所述高强度瓷介的抗弯曲应力强度大于250MPa。
4.如权利要求1-3任一项所述的片状多层陶瓷电容,其中,
所述高强度瓷介厚度为0.5mm-2mm。
5.如权利要求4所述的片状多层陶瓷电容,其中,
所述高强度瓷介厚度为1mm。
6.如权利要求1-5任一项所述的片状多层陶瓷电容,其中,
所述高强度瓷介形成在所述陶瓷介质层的与片状内电极表面平行的外侧表面上。
7.如权利要求1-6任一项所述的片状多层陶瓷电容,其中,
所述端电极形成为多层结构。
8.如权利要求7所述的片状多层陶瓷电容,其中,
所述多层结构从内到外包括,作为第一外电极的铜层或银层,作为第二外电极的锡层,以及作为第三外电极的镍层。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的片状多层陶瓷电容的制造方法,包括:
制备多个片状内电极、陶瓷介质的膜片以及高强度瓷介的膜片;
将多个所述片状内电极以及所述陶瓷介质的膜片以交错方式叠合,并使得所述多个片状内电极的相对的两端部露出;
在所述陶瓷介质外侧表面叠合所述高强度瓷介的膜片;以及
在所述两端部封上端电极,使得所述多个片状内电极能够电导通。
10.如权利要求9所述的制造方法,其中,
当所述端电极为多层结构时,利用电镀操作形成所述端电极的多层结构。
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