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MLCC的制造过程

来源: | 作者:安徽富耐斯机电科技有限公司 | 发布时间: 2022-12-19 | 556 次浏览 | 分享到:


MLCC(Multi-layerCeramic Capacitor),即多层陶瓷电容器,也称为片式电容器、积层电容、叠层电容等,属于陶瓷电容器的一种。MLCC是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以交错的方式叠合起来,经过高温烧结形成陶瓷电子元器件,再在电子元器件的两端封上金属层(外电极)形成的。

MLCC的结构主要包括三大部分:陶瓷介质,金属内电极,金属外电极。从结构上看,MLCC是多层叠合结构,简单地说它是由多个简单电容器的并联体。

虽然MLCC看起来不起眼,相对其他元器件,价格也不贵, 但MLCC具有体积小、电容量大、高频使用时损失率低、适合大量生产、价格低廉及稳定性高等特性,适合信息产品轻、薄、短、小的需求,被大量使用,是现代电子产品不可或缺的元件。那MLCC是如何被制造出来的呢?

1、原材料。也就是制造MLCC所需要各种原材料,主要包括陶瓷粉、各种电极浆料、各种粘合剂、溶剂等。陶瓷粉需要重点管控其颗粒大小、均匀性以及含水率等。颗粒太大或者不均匀,烧结后容易出现内部缺陷,降低机械强度。而各种浆料需要注意其纯度,还需要特别注意保存条件,一般在冷库中保存,以避免保存过程氧化等变质情况发生。

2、配料,也叫配浆。也就是将陶瓷粉、粘合剂、溶剂等原材料按照一定的比例混合,并利用滚筒把它们球磨混合均匀,形成陶瓷浆料。配料是各MLCC厂家的商业机密。该步骤管控的重点是原材料配比、速度和时间。检测的重点是粘度、比重、密度等。

3、流延,也叫成型。是将混合均匀的陶瓷浆料,在一定的条件下利用成型机或者流延机将其涂布在PET膜上,形成一层均匀的浆料薄层,再通过热风区,使绝大部分溶剂挥发掉,再经过干燥后形成极薄的陶瓷薄膜,膜片厚度一般在10um~30um之间。陶瓷薄膜是MLCC的介质,也是内电极附着的基体。该道制程管控的重点是成型机的各个参数(温度、湿度、速度等)。检测的重点是陶瓷薄膜的厚度、均匀度、密度等。而且该道制程需要管控环境的洁净度,需要在无尘室里面完成,一般要求10,000及以上等级。

4、印刷。也就是在陶瓷薄膜上印上MLCC的内电极,内电极一般材质为铜。大多数厂家印刷方式类似SMT刷锡膏或者红胶工艺,通过丝网印版将内电极浆料印刷到陶瓷膜片上,有些厂家,比如三星,则采用印刷机,让陶瓷薄膜通过铜浆池,让铜浆附着到陶瓷薄膜上。该道制程重点管控的是丝网印版的洁净度、印刷速度、环境温度等,所以该过程也需要在无尘室里面完成。印刷膜则重点管控电极的厚度,一致性、完整性、偏移量等。

5、叠层,也叫积层或堆叠。也就是把上一制程印刷有内电极的陶瓷膜片按设计的层数、错位要求等,叠压在一起,使之形成MLCC的巴块(Bar)。叠层时,底部和顶面还需要加上陶瓷保护片,以增加机械强度和提高绝缘性能。有些厂家(比如潮州三环)的一些特殊产品还会增加特殊保护层,以进一步增加其机械强度。该道制程需要管控的是叠层时的压力、时间,以及错位位置的对位管控,以及环境的洁净度等,所以也需要在无尘室里面完成。除了检测巴块的厚度、外观,一般需要切片抽测内部叠层精度等以保证品质。

6、层压,也叫压合或压着。就是将叠层好的MLCC巴块通过高压,使其更加紧密结合在一起的过程。具体是用层压袋将巴块装好,抽真空包封后,用等静压方式加压使巴块中的层与层之间结合更加紧密,严实。该道制程压力、压力时间、温度是关键品质因数(CTQ),需要重点管控外,压力的均匀性非常重要,因此最好的方式是放在水中进行压着。一般需要切片抽测确认压着的均匀性、结合度等以保证品质。

7、切割,也叫切断。是将压着好的巴块切割成独立的电容器生坯的过程。一般采用自动切断机进行切割,重点需要管控切割速度,环境温度、刀具的定位、行程、磨损等,以保证切割后侧生坯表面整齐,光滑,内电极居中。重点检查外观、切片检查电极局中性、留边量等。

8、排胶,也叫去胶或发泡。是将电容器生坯放置在承烧板上,按一定的温度曲线(最高温度一般在400度℃左右),经高温烘烤,去除生坯中的粘合剂、PET膜等有机物质。以避免烧成时有机物质的快速挥发造成产品分层与开裂,以保证烧出具有所需形状的完好的瓷件,同时可以消除粘合剂在烧成时的还原作用。重点管控的是温度变化曲线、时间等。

9、烧结,也叫烧成。排胶完成的生坯还需要高温烧结后,才能保证其具有高机械强度和优良的电气性能。烧结过程是在气氛炉中进行,一般烧结温度在1140℃~1340℃之间。由于是高温烧结,为了防止氧化等,烧结炉里面需要填充氮气,类似产线焊锡炉填充氮气一样。有些厂家为了保证烧结品质,在高温烧结前,还有进行1~2次的假烧,也就是利用相对低的温度进行预烧,排除掉生坯里面的水分等。管控的重点是炉温、时间、氮气浓度和流量等。检验的重要项目是外观及切片确认内部烧成情况。

10、倒角,也叫研磨。经过烧结成瓷的电容器本体棱角分明,不利于与外部电极的连接,所以需要进行研磨倒角处理。倒角工序是将电容与水和磨介装在倒角罐里,通过球磨、行星磨等方式运动,使之形成光洁的表面,以保证产品的内电极充分暴露,保证内外电极的可连接性。除了在烧结后再倒角,目前像三星等厂家采用烧结前倒角,因为还没有烧结,陶瓷体较软,倒角相对容易,时间等相对短,有利控制品质和成本,但需要注意烧结后的变形可能。管控的重点是转速、时间、温度。检查的重点是外观尺寸。

11、端接,也叫外电,也就是上外部电极。经过烧结的电容器每一层还是独立的,需要添加外部电极,使同一端的电极相互连接起来。其主要过程是将端浆涂覆在经倒角处理的电容体外露的内部电极两端上,从而将同侧内部电极连接起来,形成外部电极。端浆一般是银浆或者铜浆,虽然银浆阻抗特性比较好,但由于价格差异,能用铜浆的一般不会用银浆,目前一般是小尺寸(比如0201以下)的才会使用银浆。管控的重点是厚度、温度、时间等参数。

12、烧端,也就是电极烧成,一般和上一道工序一起连续完成。在上一道工序,涂覆的外电极浆需要经过低温烧结才能和内部电极完美连接,并使端头与瓷体具有一定的结合强度。由于有一定的温度,且铜比较容易氧化,故同样需要采用氮气填充烧结炉。管控的重点是温度、时间、氮气流速等。主要检查外观及切片检查厚度和内外电极的结合等烧成情况。理论上经过烧端,电容器已经成型了,所以还需要进行容量、损耗等进行量测,只有各个参数符合设计规格才会进入下一道工序。

13、电镀,也叫镀金或端头处理。MLCC的外电极为银或者铜,它们很容易氧化且和焊锡的结合不是很好,故需要在电极外面镀上其他的金属层,一般是先镀一层镍,然后再镀一层锡。电镀处理过程是一种电沉积过程,它是指电解液中的金属离子(或合金离子)在直流电作用下,在阴极表面还原成金属(或合金)的过程。镀金前、后、以及两次电镀间均需要进行水洗以去除表面杂质,避免影响电镀品质。管控的重点是镀金液的浓度、温度、PH值等,需要作为CTQ进行管控。检验的重点是外观以及切片确认镀层厚度,可焊性、耐焊性等。

14、量测挑选。包括正常的电性能测试、外观检查,可靠性抽测等,把不良品剔除,检验产品信赖性的过程。其中外观和电性能为100%检验,电性能包括容量、损耗、绝缘电阻、耐压、HVS等。

15、编带。经过测试分选OK的MLCC,需要进行编带以适应SMT制程大量自动贴装生产,也可以防止运输等过程导致MLCC碰撞破裂等问题。该工序管控的重点是编带机的温度和速度,最好还需要同时进行测量外观和容值,避免混料等。检测的重点是剥离强度、空穴等。

MLCC就是这么被制造出来的,最后根据订单再包装出货。但各个厂家有自己的设计和工艺技术,故过程会有一些区别。比如三星是先倒角再烧结,但基本上就包括这些过程了。


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