TWI237836B - Process of metallization surface treatment for the multilayer ceramic capacitor and structure of the same - Google Patents

Description

1237836 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種積層陶瓷電容器之製作技術，特別是 關於一種積層陶瓷電容器金屬化表面處理之製程及其結構。 本發明採用低成本且簡便之金屬化表面處理技術，即可製作 出高品質、高良率、及高可靠度之積層陶瓷電容器。 【先前技術】 第一圖係習用之傳統積層陶瓷電容器1之結構剖視圖， 其結構包括一堆疊體11及二個位於堆疊體11兩端之外部電 極12。堆疊體11係由五層為陶瓷介電材質之陶瓷層111與四 層為金屬導體之内部電極112交互堆疊而成。外部電極12細 分為三層結構，分別為鄰近堆疊體11之電極層121，用以連 接内部電極112形成並聯之電容器，接著是避免電極層121 受焊錫侵蝕之鎳保護層122，最外側則是與電路板焊接之銲 錫層123。 在積層陶瓷電容器之製程中，形成外部電極12中之電 極層121經常使用金屬銀粉與玻璃粉所調製成的銀導電膏， 沾附於陶瓷堆疊體11之兩個端面113，經140°C〜160°C烘乾 得到適當的強度後，再使用高溫爐於700°C〜800°C之高溫中 燒結並固著形成緊實的導電電極層。 第二圖中顯示了傳統外部電極之製作步驟，其製程首先 是製備金屬銀粉與玻璃粉調製所需之銀導電膏（步驟101)，再 於特殊之沾附機台上將該銀導電膏塗佈形成於積層陶瓷電容 器1之堆疊體11兩端面113(步驟102)。然後，使用烘箱以選 定之操作溫度140°C〜160°C，時間30分鐘之條件下，使銀導 電膏烘乾硬化（步驟103)，以得到適當的強度後，接著再使用 1237836 高溫爐於700°C〜800°C之高溫中使銀導電膏燒結並固著於該 積層陶瓷電容器1之堆疊體11兩端面113(步驟104)，而形成 緊實的導電電極層。最後，再於該堆疊體11之兩端面113以 電鍍技術電鍍形成一鎳保護層122(步驟105)、以及一銲錫層 123(步驟 106)。 【發明内容】 本發明所欲解決之技術問題 前述之傳統製程技術中，由於製作過程中使用特殊的沾 附機台，並且必須使用昂貴的連續式高溫爐，於高溫下緻密 化與固著化，又因沾附形成的導電層，厚度通常達 50um〜100um，因此耗用大量的貴金屬銀膏，故使得採用傳統 製程之製作成本相當很高。 再者，為使導電銀膏中的銀粉可於700°C〜800°C中燒結 緻密，並固著於陶瓷堆疊體之兩個端面，通常會在導電銀膏 中添加5%〜8%玻璃粉(Glass Frit)，幫助燒結與附著強度。然 而在後續之電鍍製程中，常因酸性的電鍍液易腐蝕玻璃材料， 而形成空孔而滲入電極層，或是電鍍液由電極層中未達緻密 的孔洞入侵，導致電極層與陶瓷堆疊體間的附著力劣化，造 成產品良率與信賴性問題。 因此，若可使用少量的金屬材料均勻地形成於陶瓷堆疊 體之二側端，並可於低溫下完全緻密與固著形成導電層，便 可大幅降低製作電極之成本，並提高產品良率與信賴性。本 案創作人因此思及若能使用可低溫完全緻密化的固著成形技 術，將可有效降低此外部電極之成本，並可有效防止電鍍液 侵蝕導電層提高外部電極可靠度。 1237836 緣此，本發明之主要目的係提供一種積層陶瓷電容器之 製程技術，採用本發明之製程可在低溫之條件下使積層陶瓷 電容器之兩端之金屬材料完全緻密與固著形成導電層。 本發明之另一目的係提供一種可有效防止電鍍液侵蝕導 電層以提高外部電極可靠度之積層陶瓷電容器之製程技術， 可大幅提高積層陶瓷電容器之外部電極之產品良率與信賴性 0 本發明之另一目的係提供一種低製作成本之積層陶瓷電 容器之製程技術，本發明使用少量的金屬材料並採用可低溫 完全緻密化的固著成形技術，可有效降低外部電極之成本。 本發明之另一目的係提供一種以金屬化表面處理技術所 製作之積層陶瓷電容器，本發明之外部電極金屬化表面處理 製作技術，係為使用表面批覆技術將導體均勻地塗佈於陶瓷 堆疊體二個端面，再使用低溫熱處理方式，使其固著於端面 上。 本發明之另一目的係提供一種不需使用玻璃材質幫助燒 結與附著之積層陶瓷電容器製程，但仍可在積層陶瓷電容器 之陶瓷堆疊體兩端具有緻密之效果。 本發明解決問題之技術手段 本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係首先 製備出奈米金屬溶液作為批覆材料，再於該陶瓷堆疊體之二 侧端面分別沾附稀薄的奈米金屬溶液，然後將該奈米金屬溶 液予以烘乾，以及將該已烘乾之奈米金屬溶液進行熱處理固 著，以在該陶瓷堆疊體二側端面形成均勻且緻密之金屬化表 面層。最後，再於該陶瓷堆疊體之堆疊體之兩端面以電鍍技 1237836 術電鑛形成外部電極。 本發明較佳實施例中，該奈米金屬溶液係在100°c，5 分鐘之條件下予以烘乾，而在進行奈米金屬溶液之熱處理固 著時，係以40(TC，10分鐘進行熱處理固著。在進行熱處理 固化時，係以爐具加熱固化、微波、雷射、紅外線、感應加 熱方式之一進行熱處理固著。 本發明對照先前技術之功效 經由本發明所採用之技術手段，可使用少量的金屬材料 並採用可低溫完全緻密化的固著成形技術，使積層陶瓷電容 器之兩端之金屬材料完全緻密與固著形成導電層，有效降低 了積層陶兗電容器外部電極之製作成本。再者，本發明製程 可有效防止金屬材料固著於積層陶瓷電容器之兩端後之後續 製程中，因酸性的電鑛液易腐钮金屬材料而形成空孔而滲入 電極層、或是電鍍液由電極層中未達緻密的孔洞入侵，導致 電極層與陶瓷堆疊體間的附著力劣化。故，依據本發明製程 技術所製成之積層陶瓷電容器具有較高的產品良率與信賴 性。 再者，本發明製程中在積層陶瓷電容器之陶瓷堆疊體兩 端所批覆之奈米銀除了具有緻密之效果之外，且在製程中不 需使用玻璃材質幫助燒結與附著，因此並無習用製程容易產 生之玻璃易與酸性電鍍液反應產生侵触導電層之問題，因此 提升外部電極附著於堆疊體之強度。 本發明之其它目的及其功效，將藉由以下之實施例及附 呈圖式作進一步之說明： 1237836 【實施方式】 第三圖係顯示本發明積層陶瓷電容器2之結構剖視圖， 其結構包括一堆疊體21及二個位於堆疊體21兩端之外部電 極22。堆疊體22係由五層為陶瓷介電材質之陶瓷層211與 四層為金屬導體之内部電極212交互堆疊而成。 在該堆疊體22之兩側端面213係形成有一金屬化表面 處理層221。由於習用之導電層使用銀膏沾附之製作方式， 因此形成極厚的導電層（50uni)以上，耗用大量金屬銀粉’而 本發明使用含極細微之奈米銀粒子溶液作為批覆之材料，將 陶瓷堆疊體之二側端面沾附稀薄的奈米銀溶液 (50〜50000ppm)，簡單地以100°C，5分鐘烘乾後，隨即以400 °C，10分鐘進行熱處理固著後，即可在陶瓷堆疊體二側，形 成均勻且非常薄之緻密銀金屬附表，接著進行電鍍操作，分 別在金屬化表面處理層221形成鎳保護層222和在鎳保護層 222表面形成銲錫層223。最後完成之外部電極層22之總厚 約5〜15um 〇 與習用的積層陶瓷電容器外部電極層相較，本發明所製 成之外部電極厚度約為習用技術之1/10，原因在於奈米銀所 形成之金屬批覆層厚度極薄，約0.5〜lum，因此耗用之貴金 屬材料相當少，且因使用燒結活性良好的細微奈米粒子，因 此緻密與熱處理固著皆可於低溫下（400°C)進行，只要使用簡 單爐具設備即可達成，因此在材料費用與製程操作成本均比 習用之銀膏沾附燒附製程要下降許多。 再者，與習用之導電銀膏相較，批覆之奈米銀，因幾乎 可達完全緻密且不使用玻璃材質幫助燒結與附著，因此並無 習用製程容易產生之玻璃易與酸性電鍍液反應產生侵蝕導電 1237836 層之問題’ si此提升外 第四圖中顯示本發明之H著牛於堆疊體之強度。 米銀粒子溶液作為批罗 程步驟，其製程首先是製備奈 粒子溶液沾附於陶瓷材料（步驟201)，再將稀薄的奈米銀 單地以10(TC，5八产二，之二側端面（步驟202)。然後，簡 鐘進行熱處理固“步驟2G3)，隨即以4。。。。，1〇分 面，形成均句且非^後^驟2〇4) ’即可在陶瓷堆疊體二侧端 再於該堆疊體之二面密銀金屬附表(步驟205)。最後， 雇)以及-銲锡層（㈣2〇7)錢技術電鑛形成一鎳保護層（步驟 :=:;部電極附著力_=比== ==部電極附著力1之平均強度可達3.胃，而習 電極附著力U之平均強度約在2.耻本發明 =料電容器之外部電極_強度方面較制產品提昇近 %： 以上之例#明顯不故本發明確具產業利用價值，且 本發明在中請專利前，並未有相同或類似之專利或產品公開 在先，故本發明業已符合於專利之要件。 准以上之貫施例說明，僅為本發明之較佳實施例說明， 凡精於此項技術者當可依據本發明之上述實施例說明而作其 匕種種之改良及變化。然而這些依據本發明實施例所作的種 種改良及變化，當仍屬於本發明之發明精神及以下所界定之 專利範圍内。 【圖式簡單說明】 10 1237836 ==圖係顯示習用積層陶瓷電容器之結構剖視圖 圖中顯示習用製程之流程圖； =三圖係顯示本發明積層陶€電容器之結構剖視圖 四圖中顯示本發明製程之流程圖； 【主要元件符號說明】 1 習用積層陶瓷電容器 11 堆疊體 111 陶瓷層 112 内部電極 113 端面 12 外部電極 121 導電電極層 122 鎳保護層 123 谭接錫層 2 本發明積層陶瓷電容器 21 堆疊體 211 陶瓷介電材質之陶究層 212 内部電極 213 端面 22 外部電極 221 金屬化表面處理層 222 鎳保護層 223 銲錫層 m: 11

Claims (1)

1237836 十、申請專利範圍： 1. 一種積層陶瓷電容器金屬化表面處理之製程，包括下列步 驟： (a) 製備奈米金屬溶液作為批覆材料； (b) 在該陶瓷堆疊體之二側端面分別沾附稀薄的奈米金屬 溶液； (c) 將該奈米金屬溶液予以烘乾； (d) 將該已烘乾之奈米金屬溶液進行熱處理固著，以在該 陶瓷堆疊體二側端面形成均勻且緻密之金屬化表面層； (e) 於該陶瓷堆疊體之堆疊體之兩端面以電鍍技術電鍍形 成外部電極。 2. 如申請專利範圍第1項所述之積層陶瓷電容器之金屬化表 面處理製程，其中步驟（a)中所製備之奈米金屬溶液係選自 於可形成導電之金屬材料之水系或有機溶液。 3. 如申請專利範圍第2項所述之積層陶瓷電容器之金屬化表 面處理製程，其中該奈米金屬溶液係為奈米銀溶液。 4. 如申請專利範圍第1項所述之積層陶瓷電容器之金屬化表 面處理製程，其中步驟（b)中所沾附之稀薄奈米銀溶液係為 50〜50000ppm之奈米銀溶液。 5. 如申請專利範圍第1項所述之積層陶瓷電容器之金屬化表 面處理製程，其中步驟(c)中之奈米金屬溶液係在100°C，5 分鐘之條件下予以烘乾。 12 丄237836 6. 如申請專利範圍第！項所述之積 面處理製程，其中步驟⑷在ϋ②之金屬化表 著時，係以働。C，10分鐘進行熱屬著t液之熱處理固 7. 如申請專利範圍第i項所述之積層陶 之一進行熱處 理固著 二V 雷射、紅外線、感應加熱方式 8·如申請專利範圍第1項所述之積層陶兗電容器之金屬化# 面處理製程，其中步驟(e)中， α 、 ^ , ^ ( ψ於形成该外部電極時，係包 括在該堆疊體之兩端面之金眉 之步驟。 ⑼面之金屬化表面層外，形成-銲錫層 9.„圍第8項所述之積層陶究電容器之金屬化表 ^理衣€ ’其巾在形成該銲錫層於該堆疊體之兩端面之 m ^屬^表面狀前，更包括有形成―錦健層於該 表面層之步驟。 10.一種積層陶瓷電容器金屬化表面處理之結構，包括 -堆疊體’其係由複數層為㈣介電材質之喊層與複數 層為金屬導體之内部電極交互堆疊而成； -金屬化表面層，形成在該堆疊體之兩端面，該金屬化表 面=係以稀薄的奈米金屬溶液沾附後，經烘乾及熱處理 固著，而在該陶瓷堆疊體二侧端面形成該均勻且緻密之 13 1237836 金屬化表面層； 一外部電極，形成在該陶瓷堆疊體之堆疊體之兩端面之金 屬化表面層。 11. 如申請專利範圍第10項所述之積層陶瓷電容器金屬化表 面處理之結構，其中該奈米金屬溶液係選自於可形成導電 之金屬材料之水系或有機溶液。 12. 如申請專利範圍第11項所述之積層陶瓷電容器金屬化表 面處理之結構，其中該奈米金屬溶液係為奈米銀溶液。 13. 如申請專利範圍第10項所述之積層陶瓷電容器金屬化表 面處理之結構，其中該外部電極係包括一形成在該堆疊體 之兩端面之金屬化表面層外之銲錫層。 14. 如申請專利範圍第13項所述之積層陶瓷電容器金屬化表 面處理之結構，其中該銲錫層與該金屬化表面層之間，更 包括有一鎳保護層。