CN112768238B - 一种mlcc电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MLCC电容器，包括多层复合陶瓷体以及形成于多层复合陶瓷体两侧端面上的端电极；所述多层复合陶瓷体是将铜箔复合层、铝箔复合层依次间隔叠放在一起后，经轧制后得到的；铜箔复合层包括铜箔以及涂布于铜箔表面的复合涂层，铝箔复合层包括铝箔以及涂布于铝箔表面的复合涂层；其中，复合涂层是由塑料粒子与陶瓷颗粒形成的浆料涂布在铜箔/铝箔上经烘干固化后得到的；所述轧制的温度处于塑料粒子的软化温度与熔点之间。本发明的MLCC电容器，使用了铜箔、铝箔、塑料和陶瓷颗粒形成复合材料制作，不仅简化了工序，节省了能源，而且避免了传统工艺中一直存在的镍粉和钛酸钡粉烧结不当，产生的短路和断路等质量问题。
Description
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，具体涉及一种MLCC电容器。
背景技术
在电子信息产业迅猛发展的今天，各种电子信息产品，如笔记本电脑、手机、液晶电视机、和摄影机等给人们生活带来了极大的便利，电器产品体积较以前越来越小，且功能越来越完备。这一切都归功于作为电器产品核心的半导体元器件和众多的被动贴片元件越来越小型化、高精度和低功耗化，使得家用电器类等信息产品小型化成为可能。这对整机中主要的被动贴片元件之一——金属片式多层陶瓷电容器(MLCC电容器)提出了更高要求。
通常制作MLCC电容器，是将镍内电极印刷在陶瓷薄片上，再将印有内电极的钛酸钡陶瓷薄片根据需要相互叠加到一定层数，在高温下烧结成一体，然后在两端涂覆铜浆，通过烧端形成两端电极，最后在铜上电镀镍层和锡层，而制得MLCC电容器，MLCC电容器示意图如图1所示。其中高电容产品由于多层数，一般达到100层以上，有些甚至400～500层，所以要求每层厚度很薄，这就要求介质厚度为1～3μm，印刷层厚度在0.5～1μm，由于层数较高，内电极层与层之间正对面积要求越大越好，烧结后的MLCC电容器如图2所示。
传统的MLCC电容器的内部电极最早是由含贵金属钯的银浆制成，价格非常昂贵，于是许多生产厂家设法降低降低成本。目前的生产方法是采用超细镍粉制备镍浆，代替银钯浆作为内电极材料。目前，制备镍粉的方法主要有：液相还原法、喷雾热解法、等离子法、气相法、固相分解法等。镍粉的粒径大小和分布决定着电极层的厚薄，均匀的球形镍粉能够形成光滑的内电极层，镍粉应该具备以下性能：球形、均匀、粒度均匀适中、高纯度、高结晶度。但是，目前的镍粉和镍浆料还存在以下问题：
(1)由于MLCC镍内电极金属粉体通常为亚微米级至纳米级，表面活性高，易氧化，影响其导电性和可焊性，需要内电极镍粉有较高的抗氧化性能。
(2)在镍内电极层与钛酸钡陶瓷介电层共烧结时，由于陶瓷介质和镍内电极层收缩特性不一样，需要解决镍内电极层与陶瓷介电层之间的烧结匹配性问题。
(3)超细镍粉的团聚问题需要得到解决。若镍粉分散性不好，当MLCC 层叠体进行压合和切割操作时，镍粉团聚处因受力过大而穿过介质层，使电极层和介质层混为一体，导致无叠层缺陷的产生，使内电极间形成短路，严重影响MLCC可靠性。
此外，MLCC在使用过程中易出现焊接后瓷体裂纹、容量超差和绝缘下降等质量问题，影响MLCC开裂的因素主要有两种：(1)内因：主要涉及MLCC 的材料、内部缺陷和产品尺寸。同时，多项研究表明产品的尺寸越大，产品在焊接和安装过程中越容易产生开裂。(2)外因：主要包括在焊接和焊接后的操作过程中出现的热应力和力学应力。剖面分析为判定MLCC在平板电源中失效的主要分析手段。失效的大部分样品经过分析显示端电极呈现约45°裂纹(图 3)，为弯曲失效的典型特征——受力最大的部位呈现45°裂纹(图4)。因此，MLCC的失效模式主要以弯曲开裂为主。
目前，MLCC电容器正在向体积小、性能高、介质损耗低、产量大、价格低等方向发展，因此，提供一种低成本，工艺简便，环境友好的MLCC电容器材料，已经成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种MLCC电容器，该MLCC电容器使用了铜箔、铝箔、塑料和陶瓷颗粒形成复合材料制作，不仅简化了工序，节省了能源，而且避免了传统工艺中一直存在的镍粉和钛酸钡粉烧结不当，产生的短路和断路等质量问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供了一种MLCC电容器，所述MLCC电容器包括多层复合陶瓷体以及形成于所述多层复合陶瓷体两侧端面上的端电极；所述多层复合陶瓷体是将铜箔复合层、铝箔复合层依次间隔叠放在一起后，经轧制后得到的；所述铜箔复合层包括铜箔以及涂布于所述铜箔表面的复合涂层，所述铝箔复合层包括铝箔以及涂布于所述铝箔表面的复合涂层；
其中，所述复合涂层是由塑料粒子与陶瓷颗粒形成的浆料涂布在铜箔/铝箔上经烘干固化后得到的；所述轧制的温度处于所述塑料粒子的软化温度与熔点之间。
进一步地，所述塑料粒子为热塑性树脂，包括但不限于聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)中的一种或多种。
进一步地，所述陶瓷颗粒包括但不限于钛酸钡、氧化铝、氧化锆、氮化铝、氮化硼、氮化硅中的一种或几种。
进一步地，所述陶瓷颗粒的粒径为0.2-5μm。
进一步地，所述浆料是将所述塑料粒子溶于有机溶剂中，再与所述陶瓷颗粒混合、搅拌后得到的，所述有机溶剂包括但不限于甲苯、二甲苯、氯仿、N- 甲基吡咯烷酮、DMF、丙酮、乙酸乙酯中的一种或多种。
进一步地，所述浆料中，陶瓷颗粒的质量比为20-70％。
进一步地，所述铜箔和铝箔分别为纯铜箔和纯铝箔，厚度为6-20μm；所述复合涂层的厚度为5-50μm。
进一步地，所述多层复合陶瓷体中，铜箔复合层和铝箔复合层的叠放层数 10-1000层。
进一步地，所述多层复合陶瓷体的厚度为0.05-100mm。
进一步地，所述端电极是将所述多层复合陶瓷体两侧端面的铜箔/铝箔溶去后，剩下的铝箔/铜箔通过焊锡连接在一起后得到的。
进一步地，将剩下的铜箔/铝箔先与铜极/铝极连接，再通过焊锡的方式与外电极连接在一起。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明在电容器材料中，创造性地使用了铜箔、铝箔、塑料和陶瓷颗粒形成复合材料，使陶瓷和塑料粒子制成的浆料涂布在铜箔和铝箔上；
(2)本发明通过将铜箔和铝箔每一片都互相间隔，依次逐层叠放在一起并加热轧制，显著地提高了塑料、陶瓷和金属铜箔、铝箔的结合强度；
(3)相对于传统MLCC电容器，本发明省略了镍粉的制备工艺和高温烧结工艺，不仅简化了工序，节省了能源，而且避免了传统工艺中一直存在的镍粉和钛酸钡粉烧结不当，产生的短路和断路等质量问题；
(5)本发明中绝缘层中采用了热塑性树脂材料，增加了电容器制备后的韧性，避免了在焊接电极时因为热应力产生的开裂现象。
附图说明
图1是现有的MLCC电容器的结构示意图；
图2是烧结后的MLCC电容器；
图3是MLCC电容器的弯曲开裂剖面；
图4是MLCC电容器的弯曲开裂示意图；
图5是本发明的MLCC电容器的结构示意图；
图中标号说明：1、铜箔；2、铝箔；3、铜极；4、铝极；5、焊锡。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
1.将聚碳酸酯塑料粒子溶解于N-甲基吡咯烷酮溶剂中，加入40wt％的钛酸钡陶瓷颗粒，陶瓷颗粒直径1μm，搅拌成均匀的浆料，调整到适当粘度后放入涂布机。涂布机上装有8μm厚的铜箔卷料，随着涂布机的转动，将陶瓷颗粒和塑料粒子制成的浆料涂布在铜箔上，涂布厚度6μm，涂布好浆料的铜箔在 2m/mim速度下通过烘干机，保持烘干机温度为150℃，浆料烘干后塑料固化粘结陶瓷粉涂覆在铜箔表面并粘合在一起，将表面涂覆塑料和陶瓷粉的铜箔收卷。接着，同样的工艺制备表面涂覆塑料粒子和陶瓷颗粒的铝箔并收卷，铝箔厚度8μm。烘干机配备抽风设备和有机溶剂吸收设备，浆料烘干时挥发的溶剂被吸收后可重复利用，避免空气污染。
2.将涂覆后的铜箔和铝箔按照需要分割裁切成片材，将分割后已涂覆铜箔和铝箔每一片都互相间隔，依次逐层叠放在一起，叠放层数为50层，并加热到塑料的软化点，然后将依次叠放的铜箔和铝箔送入往复式轧机，在往复式轧机两端有加热保温腔体，控制轧制温度为200-220℃范围内，逐渐降低上下轧辊之间的间隙，将多层涂覆好的铜箔和铝箔料轧制成0.1mm厚的片材。
3.将多层片材按照不同电容器的要求分切，分切后选取两端面作为与外电极焊接的焊点。焊接之前一个端面放入稀盐酸中，稀盐酸浓度为5％，将断面附近的铝箔溶解，留下铜箔；另一个端面放入浓硝酸中，浓硝酸浓度为70％，将端面附近的铜箔溶解，铝在浓硝酸中钝化，因此铝箔被留下，然后用砂纸打磨端面去掉铝钝化层。两个端面分别与外电极用锡焊接，焊接电极后可以使铜箔相互连通为一体，铝箔相互连接为一体，制成多层电容器。
实施例2
1.将聚乙烯塑料粒子溶解于丙酮溶剂中，加入50wt％的氧化铝陶瓷颗粒，陶瓷颗粒直径2μm，搅拌成均匀的浆料，调整到适当粘度后放入涂布机。涂布机上装有10μm厚的铜箔卷料，随着涂布机的转动，将陶瓷和塑料粒子制成的浆料涂布在铜箔上，涂布厚度8μm，涂布好浆料的铜箔在5m/mim速度下通过烘干机，保持烘干机温度为180℃，浆料烘干后塑料固化粘结陶瓷粉涂覆在铜箔表面并粘合在一起，将表面涂覆塑料和陶瓷粉的铜箔收卷。采用同样的工艺制备表面涂覆塑料和陶瓷粉的铝箔并收卷，铝箔厚度10μm。烘干机配备抽风设备和有机溶剂吸收设备，浆料烘干时挥发的溶剂被吸收后可重复利用，避免空气污染。
2.将涂覆后的铜箔和铝箔按照需要分割裁切成片材，将分割后已涂覆铜箔和铝箔每一片都互相间隔，依次逐层叠放在一起，叠放层数为80层，并加热到塑料的软化点。然后将依次叠放的铜箔和铝箔送入往复式轧机，在往复式轧机两端有加热保温腔体，控制轧制温度为220-240℃范围内，逐渐降低上下轧辊之间的间隙，将多层涂覆好的铜箔和铝箔料轧制成0.2mm厚的片材。
3.将多层片材按照不同电容器的要求分切，分切后选取两端面作为与外电极焊接的焊点。焊接之前一个端面放入稀盐酸中，稀盐酸浓度为10％，将断面附近的铝箔溶解，留下铜箔，另一个端面放入浓硝酸中，浓硝酸浓度为80％，将端面附近的铜箔溶解，铝在浓硝酸中钝化，因此铝箔被留下，然后用砂纸打磨端面去掉铝钝化层。两个端面分别与外电极用锡焊接，焊接电极后可以使铜箔相互连通为一体，铝箔相互连接为一体，制成多层电容器。
实施例3
将聚氯乙烯塑料粒子溶解于DMF(N，N-二甲基乙酰胺)溶剂中，加入60wt％的氮化硅陶瓷颗粒，陶瓷颗粒直径3μm，搅拌成均匀的浆料，调整到适当粘度后放入涂布机。涂布机上装有12μm厚的铜箔卷料，随着涂布机的转动，将陶瓷和塑料粒子制成的浆料涂布在铜箔上，涂布厚度10μm，涂布好浆料的铜箔在 8m/mim速度下通过烘干机，保持烘干机温度为200℃，浆料烘干后塑料固化粘结陶瓷粉涂覆在铜箔表面并粘合在一起，将表面涂覆塑料和陶瓷粉的铜箔收卷。采用同样的工艺制备表面涂覆塑料和陶瓷粉的铝箔并收卷，铝箔厚度12μm。烘干机配备抽风设备和有机溶剂吸收设备，浆料烘干时挥发的溶剂被吸收后可重复利用，避免空气污染。
2.将涂覆后的铜箔和铝箔按照需要分割裁切成片材，将分割后已涂覆铜箔和铝箔每一片都互相间隔，依次逐层叠放在一起，叠放层数为100层，并加热到塑料的软化点，然后将依次叠放的铜箔和铝箔送入往复式轧机，在往复式轧机两端有加热保温腔体，控制轧制温度为240-260℃范围内，逐渐降低上下轧辊之间的间隙，将多层涂覆好的铜箔和铝箔料轧制成0.3mm厚的片材。
3.将多层片材按照不同电容器的要求分切，分切后选取两端面作为与外电极焊接的焊点。焊接之前一个端面放入稀盐酸中，稀盐酸浓度为15％，将断面附近的铝箔溶解，留下铜箔，另一个端面放入浓硝酸中，浓硝酸浓度为90％，将端面附近的铜箔溶解，铝在浓硝酸中钝化，因此铝箔被留下，然后用砂纸打磨端面去掉铝钝化层。两个端面分别与外电极用锡焊接，焊接电极后可以使铜箔相互连通为一体，铝箔相互连接为一体，制成多层电容器。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种MLCC电容器，其特征在于，所述MLCC电容器包括多层复合陶瓷体以及形成于所述多层复合陶瓷体两侧端面上的端电极；所述多层复合陶瓷体是将铜箔复合层、铝箔复合层依次间隔叠放在一起后，经轧制后得到的；所述铜箔复合层包括铜箔以及涂布于所述铜箔表面的复合涂层，所述铝箔复合层包括铝箔以及涂布于所述铝箔表面的复合涂层；
其中，所述复合涂层是由塑料粒子与陶瓷颗粒形成的浆料涂布在铜箔/铝箔上经烘干固化后得到的；所述轧制的温度处于所述塑料粒子的软化温度与熔点之间；所述铜箔和铝箔分别为纯铜箔和纯铝箔，厚度为6-20μm。
2.根据权利要求1所述的一种MLCC电容器，其特征在于，所述塑料粒子包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种MLCC电容器，其特征在于，所述陶瓷颗粒包括钛酸钡、氧化铝、氧化锆、氮化铝、氮化硼、氮化硅中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的一种MLCC电容器，其特征在于，所述陶瓷颗粒的粒径为0.2-5μm。
5.根据权利要求1所述的一种MLCC电容器，其特征在于，所述浆料是将所述塑料粒子溶于有机溶剂中，再与所述陶瓷颗粒混合、搅拌后得到的，所述有机溶剂包括甲苯、二甲苯、氯仿、N-甲基吡咯烷酮、DMF、丙酮、乙酸乙酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种MLCC电容器，其特征在于，所述浆料中，陶瓷颗粒的质量比为20-70％。
7.根据权利要求1所述的一种MLCC电容器，其特征在于，所述复合涂层的厚度为5-50μm。
8.根据权利要求1所述的一种MLCC电容器，其特征在于，所述多层复合陶瓷体中，铜箔复合层和铝箔复合层的叠放层数10-1000层。
9.根据权利要求1所述的一种MLCC电容器，其特征在于，所述多层复合陶瓷体的厚度为0.05-100mm。
10.根据权利要求1所述的一种MLCC电容器，其特征在于，所述端电极是将所述多层复合陶瓷体两侧端面的铜箔/铝箔溶去后，剩下的铝箔/铜箔通过焊锡连接在一起后得到的。
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