CN116759236A - 一种多层陶瓷电容器的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于陶瓷电容器技术领域，特别涉及一种多层陶瓷电容器的制备方法和应用。一种多层陶瓷电容器的制备方法，包括以下步骤：制备陶瓷薄膜，在陶瓷薄膜上印刷电极浆料，干燥，得到印刷片；将印刷片叠层得到层叠印刷片，层叠印刷片经压合、切割，得到层叠体；将层叠体排胶、烧结、印刷外电极、烧端，制得多层陶瓷电容器。其中，步骤(2)中，切割的过程包括先将层叠印刷片切割为若干个区块，每个区块的长度为nx，宽度为ny；再将每个区块切割为长度为x，宽度为y的层叠体。其中，x、y表示层叠体的长度为x，宽度为y。本发明的制备方法可改善巴块变形、粘连，开裂的问题，使切割面较光滑，进而提高MLCC产品的可靠性及外观合格率。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷电容器技术领域，特别涉及一种多层陶瓷电容器的制备方法和应用。
背景技术
多层陶瓷电容器(MLCC)因具有屏蔽直流信号、旁路、频率共振等功能而逐渐被广泛应用于电子产品和通信领域。随着电子产品小型化、轻量化的要求，以及随着电子产品数字化和移动通信市场的扩大，MLCC需求量也随之不断增加。
MLCC的制造主要包括成型、烧成和封端三个过程，其中，成型过程主要是将陶瓷浆料流延成陶瓷生片，再通过丝网印刷等手段印刷内电极图案，然后将带有内电极图案的生片叠层和静水压合后切割成相应规格的层叠体生坯。
现有的切割方法是将陶瓷生片固定在发泡胶上，通过工作台使其沿X轴和Y轴方向移动，每次移动一定的切割宽度，刀片上下移动，依次将陶瓷生片切割成一定尺寸的层叠体生坯。然而，现有的切割方法容易出现巴块变形、粘连、切割面粗糙等问题，进一步导致MLCC产品出现外观不合格、可靠性下降等。
因此，亟需提供一种多层陶瓷电容器的制备方法，该制备方法可改善巴块变形、粘连，解决因切割刀的摩擦造成的开裂问题，使切割面光滑，进而提高MLCC产品的可靠性及外观合格率。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。本发明提供一种多层陶瓷电容器的制备方法，该制备方法可改善巴块变形、粘连，解决因切割刀的摩擦造成的开裂问题，使切割面较光滑，进而提高MLCC产品的可靠性及外观合格率。
本发明的发明构思：本发明从力学的角度出发，重新设计切割顺序，改变材料受力，先根据所述层叠体的目标尺寸，将所述层叠印刷片切割为若干个区块，每个区块的长度为nx，宽度为ny，其中，x、y表示层叠体的长度为x，宽度为y；n表示所述区块的尺寸相对于所述层叠体的尺寸的倍数；然后将每个区块按尺寸依次切割成所述的层叠体。本发明采用分区的切割方法可使得切割时，所述层叠印刷片和切割所用的切割刀的受力更加均匀，从而可改善巴块变形、粘连，解决因切割刀的摩擦造成的开裂问题，使切割面较光滑，进而提高MLCC产品的可靠性及外观合格率。
因此，本发明的第一方面提供一种多层陶瓷电容器的制备方法。
具体的，一种多层陶瓷电容器的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备陶瓷薄膜，在所述陶瓷薄膜上印刷电极浆料，干燥，得到印刷片；
(2)步骤(1)所得的所述印刷片叠层得到层叠印刷片，所述层叠印刷片经压合、切割，得到层叠体；
(3)步骤(2)所得的所述层叠体经排胶、烧结、印刷外电极、烧端，制得所述多层陶瓷电容器；
步骤(2)中，所述切割，包括以下步骤：
S1：将所述层叠印刷片切割为若干个区块，每个区块的长度为nx，宽度为ny；
S2：依次将每个区块切割为长度为x，宽度为y层叠体；
其中，n表示所述区块的尺寸相对于所述层叠体的尺寸的倍数。
具体的，切割面的外观不良与层叠印刷片的材料力学特性及切割刀的挤压情况有关。当层叠印刷片在被切割的过程中，主要为韧性断裂，或切割时切割刀对层叠印刷片断面的挤压力过大时，容易导致切割面外观不良；反之，如果层叠印刷片在被切割的过程中，主要为脆性断裂，或切割时切割刀所受的挤压力较小，则切割面会较为光滑，产品的外观合格率也会相对较高。
在现有的切割方法中，进行切割时是不分区的，直接对层叠印刷片进行切割，现有技术中切割方法的示意图如图1所示。图1中，1号区域与发泡胶的作用面积远小于2号区域与发泡胶的作用面积，当受到切割刀施加的挤压力时，1号区域在挤压力的作用下发生一定的位移，使其切割面与切割刀之间的摩擦力F1减小；2号区域较大，其与发泡胶的接触面积较大，切割时受到的切割刀的挤压力不足以抵抗发泡胶的阻力，2号切割面的位移较小，其与切割刀之间的摩擦力F2大于1号切割面与切割刀之间的摩擦力F1，故2号区域切割面更易出现粗糙、开裂和变形的问题。本发明的切割方法示意图，如图2所示，由图2可知，由于分区切割后减小了2号区域的尺寸，进而减小了2号区域与发泡胶的作用面积，使得1号区域、2号区域与发泡胶作用面积的差值减小，2号区域在切割刀施加的挤压力的作用下会有一定程度的位移，减小了2号切割面与切割刀之间的摩擦力F2’，使得2号切割面与切割刀之间的摩擦力F2’和1号切割面与切割刀之间的摩擦力F1’的差值变小，进而可改善切割面粗糙、开裂及挤压变形的问题。
优选的，步骤(1)中，所述陶瓷薄膜的制备方法，包括以下步骤：将陶瓷粉、增塑剂、粘合剂、有机溶剂混合，得到介质浆料，将介质浆料流延、干燥，制得陶瓷薄膜。
具体的，所述增塑剂、粘合剂、有机溶剂均采用陶瓷电容器领域常规的试剂。
优选的，所述n＝n0±a(m-m0)，其中，m0为所述层叠印刷片的工艺允许的最小强度值，n0为强度为m0时对应的区块尺寸倍数，m为所述层叠印刷片的强度值，a为强度系数。
具体的，最小强度值需根据切割所用切割机的型号、切割刀具型号、电容器产品规格等进行相应的调整。
具体的，在步骤(2)的切割方法中，n值的大小决定了切割刀切入时切割刀的两侧与层叠印刷片材料之间摩擦力差值的大小，层叠印刷片的强度越高，越不容易发生韧性断裂，进而不易因切割刀与所切割的层叠印刷片之间的摩擦力而导致切割面粗糙。因此，n值的选择与层叠印刷片的强度相关，在工艺允许的材料强度范围内，层叠印刷片的强度越强，所述区块可选择的的n值范围越大。通过上述关系式，在生产过程中可以快速确定切割的工艺参数。
优选的，所述n0的取值为5或6。
优选的，所述a的取值为2-3。
具体的，所述n0的取值和所述a的取值为经过实验总结所得出的经验值。
优选的，n为整数；当n的范围值的端点值为小数时，按照最大值向下取整数，最小值向上取整数的原则选取n值。
具体的，如果n值的选择小于上述范围，则分区尺寸过小，在切割步骤S1中，切割刀切入时切割刀的两侧与层叠印刷片材料之间的摩擦力差值较大，同样存在切割面外观不良问题，分区效果不明显；如果n值的选择大于上述范围，则在切割步骤S2时，切割刀切入时切割刀的两侧与层叠印刷片材料之间摩擦力差值较大，同样会导致切割面外观不良问题。
优选的，步骤(2)中，所述切割时，先沿垂直于所述层叠印刷片长度的方向进行切割，再沿垂直于所述层叠印刷片宽度的方向进行切割。
具体的，所述切割时，先沿垂直于所述层叠印刷片长度的方向进行切割，即沿W-T切面进行切割，再沿垂直于所述层叠印刷片宽度的方向进行切割，即沿L-T切面进行切割，能够改善粘连的问题，所述切割方位示意图如图3所示。因为所述层叠印刷片需固定在发泡胶上进行切割，刚开始切割时，发泡胶的作用面积较大，刚开始切割并收刀后，发泡胶恢复形变会使两个分开切割面重新接触；沿W-T切面切割时，切割刀会切割到镍电极和陶瓷介质，而沿L-T切面切割时，刀片只切到陶瓷介质；相比于有镍电极和陶瓷介质的W-T切面，只有陶瓷介质的L-T切面接触后更容易粘连。而当按照本发明的切割方法先切割W-T切面后，发泡胶作用面积减小，此时再切割L-T切面，收刀时使两个切面重新接触的力随之变小，因此可以改善粘连问题。
优选的，步骤(2)中，所述压合为静水压合，所述静水压合后，需将所述层叠印刷片固定在切割台上进行切割。
进一步优选的，采用发泡胶将所述层叠印刷片固定在切割台上进行切割。
优选的，步骤(2)中，所述层叠印刷片在切割前需要进行预热，所述预热的温度为60-90℃，所述预热的时间为55-200s。
进一步优选的，所述预热的温度为65-85℃，所述预热的时间为60-180s。
具体的，所述预热的温度和预热的时间需控制在一定范围内，才能够进一步保证切割的质量，在上述预热温度与时间下，层叠印刷片的硬度下降，易于切割，同时又不至于使层叠印刷片的韧性增强，切割面刚度过小，导致切割面粗糙及开裂。
优选的，步骤(2)中，所述切割时所用的切割刀的厚度为0.08-0.5mm。
进一步优选的，步骤(2)中，所述切割时所用的切割刀的厚度为0.1-0.5mm。
具体的，切割时切割刀的刀厚应控制在合理的范围内，才能够进一步保证切割的质量。切割刀的厚度越小，造成材料的挤压位移越小，然而切割刀厚度过小时不能保证刀的强度和寿命，因此，切割刀的厚度应控制在合理的范围内。
本发明的第二方面提供一种本发明第一方面所述的多层陶瓷电容器的制备方法在电子产品、通信领域中的应用。
相对于现有技术，本发明提供的技术方案的有益效果如下：
(1)本发明从力学的角度出发，将层叠印刷片分为若干个区块进行切割，然后依次将每个区块切割为所需的层叠体；采用分区的方法进行切割时，层叠印刷片和切割所用的切割刀的受力更加均匀，从而可改善巴块变形、粘连，解决因切割刀的摩擦造成的开裂问题，使切割面较光滑，进而提高MLCC产品的可靠性及外观合格率。
(2)本发明采用先沿垂直于层叠印刷片长度的方向进行切割，再沿垂直于层叠印刷片宽度的方向进行切割，可有效改善粘连的问题；同时，本发明的切割刀的厚度需限定在合理的范围内，可保证切割质量，提高MLCC产品的外观质量。
(3)本发明在切割前进行预热，可使层叠印刷片的硬度下降，易于切割，改善切割面的粗糙及开裂。
附图说明
图1为现有技术中切割方法示意图；
图2为本发明中切割方法示意图；
图3为本发明的层叠印刷片在进行切割时的切割方位示意图。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1-14、对比例1-10中的x、y的取值均为：x＝2.00mm，y＝1.25mm。
实施例1
一种多层陶瓷电容器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将钛酸钡粉末、增塑剂(邻苯二甲酸二辛脂)、粘合剂(聚乙烯醇缩丁醛)、甲苯、乙醇混合，得到介质浆料，将介质浆料流延并干燥后形成陶瓷薄膜，并在陶瓷薄膜上印刷由镍粉、乙基纤维素和甲苯、乙醇混合溶剂组成的电极浆料，干燥后得到印刷片。
(2)将步骤(1)所得的印刷片叠层后得到层叠印刷片，层叠印刷片经静水压合后采用发泡胶将其固定在切割台上，预热120s，将层叠印刷片预热至75℃；然后采用厚度为0.2mm的切割刀对层叠印刷片进行切割；
其中，层叠印刷片的切割，包括以下步骤：
S1：层叠印刷片的工艺允许的最小强度值m0为2.37N，分区n0选择5或6，a的值为2-3，本实施例选择的层叠印刷片的强度m为2.85N，根据公式n0±a(m-m0)，代入相关数据可确定n的取值范围为4、5、6、7，本实施例选取n值为5，即层叠印刷片需切割成长度5x，宽度为5y的区块，然后根据图3所示的切割方向，先切割层叠印刷片的W-T切面，再切割L-T切面，将层叠印刷片切割成长度为5x，宽度为5y的区块；
S2：将长度为5x，宽度为5y的区块切割为长度为x，宽度为y的层叠体。
实施例2-8与实施例1的区别在于层叠印刷片的强度或区块的长度和宽度不同。
实施例2
实施例2与实施例1的区别仅在于，根据实施例1确定的n的取值范围，本实施例取n＝4，其他同实施例1，将层叠印刷片切割成长度为4x，宽度为4y的区块，然后将长度为4x，宽度为4y的区块切割为长度为x，宽度为y的层叠体。
实施例3
实施例3与实施例1的区别仅在于，根据实施例1确定的n的取值范围，本实施例取n＝7，其他同实施例1，将层叠印刷片切割成长度为7x，宽度为7y的区块，然后将长度为7x，宽度为7y的区块切割为长度为x，宽度为y的层叠体。
实施例4
实施例4与实施例1的区别仅在于，实施例4的层叠印刷片的强度为2.37N，根据公式n0±a(m-m0)，层叠印刷片的工艺允许的最小强度值m0也为2.37N，m-m0为0，则n值为5或6，本实施例取n＝5，其他同实施例1。将层叠印刷片切割成长度为5x，宽度为5y的区块，然后将长度为5x，宽度为5y的区块切割为长度为x，宽度为y的层叠体。
实施例5
实施例5与实施例4的区别仅在于，实施例5根据实施例4确定的n的取值范围，取n＝6，其他同实施例4。将层叠印刷片切割成长度为6x，宽度为6y的区块，然后将长度为6x，宽度为6y的区块切割为长度为x，宽度为y的层叠体。
实施例6
实施例6与实施例1的区别仅在于，实施例6的层叠印刷片的强度为3.48N，根据公式n0±a(m-m0)，层叠印刷片的工艺允许最小强度m0为2.37N，n0取5或6，a的值为2-3，计算得到n可选择的的取值范围为2-9，本实施例取n＝9，其他同实施例1。将层叠印刷片切割成长度为9x，宽度为9y的区块，然后将长度为9x，宽度为9y的区块切割为长度为x，宽度为y的层叠体。
实施例7
实施例7与实施例6的区别仅在于，根据实施例6确定的n的取值范围，本实施例取n＝4，其他同实施例6。将层叠印刷片切割成长度为6x，宽度为6y的区块，然后将长度为6x，宽度为6y的区块切割为长度为x，宽度为y的层叠体。
实施例8
实施例8与实施例6的区别仅在于，根据实施例6确定的n的取值范围，本实施例取n＝2，其他同实施例6。将层叠印刷片切割成长度为2x，宽度为2y的区块，然后将长度为2x，宽度为2y的区块切割为长度为x，宽度为y的层叠体。
实施例9-11与实施例1的区别在于预热的温度、时间不同。
实施例9
实施例9与实施例1的区别仅在于，实施例9预热的时间为60s，将层叠印刷片预热至65℃，其他同实施例1。
实施例10
实施例10与实施例1的区别仅在于，实施例10预热的时间为120s，将层叠印刷片预热至80℃，其他同实施例1。
实施例11
实施例10与实施例1的区别仅在于，实施例11预热的时间为180s，将层叠印刷片预热至85℃，其他同实施例1。
实施例12-14与实施例1的区别仅在于切割刀的厚度不同。
实施例12
实施例12与实施例1的区别仅在于，实施例12切割时采用的切割刀的厚度为0.1mm，其他同实施例1。
实施例13
实施例13与实施例1的区别仅在于，实施例13切割时采用的切割刀的厚度为0.3mm，其他同实施例1。
实施例14
实施例14与实施例1的区别仅在于，实施例14切割时采用的切割刀的厚度为0.4mm，其他同实施例1。
对比例1-3与实施例1的区别仅在于层叠印刷片的强度或区块的长度和宽度不同
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1的层叠印刷片的强度也为2.85N，但对比例1不分区，直接切割为长度为x，宽度为y的层叠体，其他同实施例1。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2的层叠印刷片的强度也为2.85N，根据实施例1所确定的n的取值范围n＝4、5、6、7，但对比例2取n＝2，其他同实施例1。将对比例2的层叠印刷片切割成长度为2x，宽度为2y的区块，然后将长度为2x，宽度为2y的区块切割为长度为x，宽度为y的层叠体。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3的层叠印刷片的强度也为2.85N，根据实施例1所确定的n的取值范围n＝4、5、6、7，但对比例2取n＝9，其他同实施例1。将对比例3的层叠印刷片切割成长度为9x，宽度为9y的区块，然后将长度为9x，宽度为9y的区块切割为长度为x，宽度为y的层叠体。
对比例4
对比例4与实施例6的区别在于，对比例4的层叠印刷片的强度也为3.48N，但对比例4不分区，直接将层叠切割片切割成长度x，宽度为y的层叠体，其他同实施例6。
对比例5
对比例5与实施例6的区别在于，对比例5的层叠印刷片的强度也为3.48N，根据实施例6所确定的n的取值范围n＝2-9，n为整数，对比例5取n＝11，其他同实施例6。将对比例5的层叠印刷片切割成长度为11x，宽度为11y的区块，然后将长度为11x，宽度为11y的区块切割为长度为x，宽度为y的层叠体。
对比例6
对比例6与实施例1的区别仅在于，首先切割层叠印刷片的L-T面，再切割W-T面，其他同实施例1。
对比例7
对比例7与实施例1的区别仅在于，对比例7预热的时间为50s，将层叠印刷片预热至55℃，其他同实施例1。
对比例8
对比例8与实施例1的区别仅在于，对比例8预热的时间为预热210s，将层叠印刷片预热至95℃，其他同实施例1。
对比例9
对比例9与实施例1的区别仅在于，对比例9切割时采用的切割刀的厚度为0.05mm，其他同实施例1。
对比例10
对比例10与实施例1的区别仅在于，对比例10切割时采用的切割刀的厚度为0.6mm，其他同实施例1。
外观不良统计
统计方法：实施例1-14、对比例1-10各得到5000个层叠体，对实施例1-14、对比例1-10切割后的层叠体使用光学显微镜200倍和500倍进行观察，疑似异常的层叠体需通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)再次观察；统计切割面开裂、粘连、水波纹状褶皱的外观不良产品的占比。
外观不良的产品占比低于5％视为合格。当肉眼观察到出现开裂、粘连、水波纹状褶皱时，属于外观不良的产品，无需进行光学显微镜或FE-SEM进行观察，不讨论后续性能影响。
实施例1-14、对比例1-10的层叠体的外观检测结果如表1所示。
表1：实施例1-14、对比例1-10层叠体的外观检测结果
由表1可以看出，实施例1-8，当分区的n值在本发明规定范围内时，产品的外观不良比例低于5％，在要求的范围内；实施例9-11，当切割前的预热温度和预热时间在本发明规定范围内时，产品的外观不良比例在5％范围内，满足要求，属于合格品；实施例12-14，当切割时切割刀的厚度在本发明规定范围内时，产品的外观不良比例能够在5％的范围内。
由对比例1-5可知，如果不采用本发明的分区切割的方法，产品的外观不良比例较高，不能满足对产品外观不良比例低于5％的要求；如果采用了本发明的分区切割的方法，但没有按照层叠印刷片的强度合理设计分区尺寸，则产品的外观不良比例虽略有降低，但仍不能够达到合格要求。具体地，如果n值太小，分区尺寸过小，在切割时的步骤S1中，由于切割刀切入时两侧摩擦力差值仍然较大，分区效果不明显；如果n值太大，分区后尺寸仍较大，在切割时的步骤S2中，切割刀切入时两侧摩擦力差值较大，同样会导致分区效果不明显。
由对比例6可知，如果不按照本发明的切割顺序，会导致粘连严重的问题，还会导致产品的外观不良比例较高，不能满足要求。
由对比例7-8可知，当预热的温度低于本发明要求的范围时，层叠印刷片硬度较大，长期切割会导致刀具受损的情况，而预热温度过高时，层叠印刷片中的增塑剂和粘合剂流动性增强导致切割粘连，影响产品外观，使产品外观不良率较高，不能满足要求。
由对比例9-10可知，当切割刀厚度小于本发明要求的范围时，会导致刀片强度不够，在长期切割过程中刀具受损；但切割刀厚度大于本发明要求的范围时，会导致切割的质量不好，产品外观不良率偏高。
所以，在制备多层陶瓷电容器时，采用分区切割的方式可以提高产品的外观良率，另外，切割时，分区的尺寸，预热温度和预热时间、切割刀的厚度需控制在一定范围内，才能使得切割后层叠体的外观良率满足要求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种多层陶瓷电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备陶瓷薄膜，在所述陶瓷薄膜上印刷电极浆料，干燥，得到印刷片；
(2)步骤(1)所得的所述印刷片叠层得到层叠印刷片，所述层叠印刷片经压合、切割，得到层叠体；
(3)步骤(2)所得的所述层叠体经排胶、烧结、印刷外电极、烧端，制得所述多层陶瓷电容器；
步骤(2)中，所述切割，包括以下步骤：
S1：将所述层叠印刷片切割为若干个区块，每个区块的长度为nx，宽度为ny；
S2：依次将每个区块切割为长度为x，宽度为y的层叠体；
其中，n表示所述区块的尺寸相对于所述层叠体的尺寸的倍数。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述n＝n0±a(m-m0)，其中，m0为所述层叠印刷片的工艺允许的最小强度值，n0为强度为m0时对应的区块尺寸倍数，m为所述层叠印刷片的强度值，a为强度系数。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述n0的取值为5或6。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述a的取值为2-3。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述切割时，先沿垂直于所述层叠印刷片长度的方向进行切割，再沿垂直于所述层叠印刷片宽度的方向进行切割。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述压合为静水压合，所述静水压合后，需将所述层叠印刷片固定在切割台上进行切割。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述层叠印刷片在切割前需要进行预热，所述预热的温度为60-90℃，所述预热的时间为55-200s。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述预热的温度为65-85℃，所述预热的时间为60-180s。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述切割所用的切割刀的厚度为0.08-0.5mm。
10.权利要求1-9任一项所述的多层陶瓷电容器的制备方法在电子产品、通信领域中的应用。
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