MLCC(Multi-layerCeramic Capacitor),即多層陶瓷電容器,也稱為片式電容器、積層電容、疊層電容等,屬于陶瓷電容器的一種。MLCC是由印好電極(內電極)的陶瓷介質膜片以交錯的方式疊合起來,經過高溫燒結形成陶瓷電子元器件,再在電子元器件的兩端封上金屬層(外電極)形成的。
MLCC的結構主要包括三大部分:陶瓷介質,金屬內電極,金屬外電極。從結構上看,MLCC是多層疊合結構,簡單地說它是由多個簡單電容器的并聯(lián)體。
雖然MLCC看起來不起眼,相對其他元器件,價格也不貴, 但MLCC具有體積小、電容量大、高頻使用時損失率低、適合大量生產、價格低廉及穩(wěn)定性高等特性,適合信息產品輕、薄、短、小的需求,被大量使用,是現(xiàn)代電子產品不可或缺的元件。那MLCC是如何被制造出來的呢?
1、原材料。也就是制造MLCC所需要各種原材料,主要包括陶瓷粉、各種電極漿料、各種粘合劑、溶劑等。陶瓷粉需要重點管控其顆粒大小、均勻性以及含水率等。顆粒太大或者不均勻,燒結后容易出現(xiàn)內部缺陷,降低機械強度。而各種漿料需要注意其純度,還需要特別注意保存條件,一般在冷庫中保存,以避免保存過程氧化等變質情況發(fā)生。
2、配料,也叫配漿。也就是將陶瓷粉、粘合劑、溶劑等原材料按照一定的比例混合,并利用滾筒把它們球磨混合均勻,形成陶瓷漿料。配料是各MLCC廠家的商業(yè)機密。該步驟管控的重點是原材料配比、速度和時間。檢測的重點是粘度、比重、密度等。
3、流延,也叫成型。是將混合均勻的陶瓷漿料,在一定的條件下利用成型機或者流延機將其涂布在PET膜上,形成一層均勻的漿料薄層,再通過熱風區(qū),使絕大部分溶劑揮發(fā)掉,再經過干燥后形成極薄的陶瓷薄膜,膜片厚度一般在10um~30um之間。陶瓷薄膜是MLCC的介質,也是內電極附著的基體。該道制程管控的重點是成型機的各個參數(溫度、濕度、速度等)。檢測的重點是陶瓷薄膜的厚度、均勻度、密度等。而且該道制程需要管控環(huán)境的潔凈度,需要在無塵室里面完成,一般要求10,000及以上等級。
4、印刷。也就是在陶瓷薄膜上印上MLCC的內電極,內電極一般材質為銅。大多數廠家印刷方式類似SMT刷錫膏或者紅膠工藝,通過絲網印版將內電極漿料印刷到陶瓷膜片上,有些廠家,比如三星,則采用印刷機,讓陶瓷薄膜通過銅漿池,讓銅漿附著到陶瓷薄膜上。該道制程重點管控的是絲網印版的潔凈度、印刷速度、環(huán)境溫度等,所以該過程也需要在無塵室里面完成。印刷膜則重點管控電極的厚度,一致性、完整性、偏移量等。
5、疊層,也叫積層或堆疊。也就是把上一制程印刷有內電極的陶瓷膜片按設計的層數、錯位要求等,疊壓在一起,使之形成MLCC的巴塊(Bar)。疊層時,底部和頂面還需要加上陶瓷保護片,以增加機械強度和提高絕緣性能。有些廠家(比如潮州三環(huán))的一些特殊產品還會增加特殊保護層,以進一步增加其機械強度。該道制程需要管控的是疊層時的壓力、時間,以及錯位位置的對位管控,以及環(huán)境的潔凈度等,所以也需要在無塵室里面完成。除了檢測巴塊的厚度、外觀,一般需要切片抽測內部疊層精度等以保證品質。
6、層壓,也叫壓合或壓著。就是將疊層好的MLCC巴塊通過高壓,使其更加緊密結合在一起的過程。具體是用層壓袋將巴塊裝好,抽真空包封后,用等靜壓方式加壓使巴塊中的層與層之間結合更加緊密,嚴實。該道制程壓力、壓力時間、溫度是關鍵品質因數(CTQ),需要重點管控外,壓力的均勻性非常重要,因此最好的方式是放在水中進行壓著。一般需要切片抽測確認壓著的均勻性、結合度等以保證品質。
7、切割,也叫切斷。是將壓著好的巴塊切割成獨立的電容器生坯的過程。一般采用自動切斷機進行切割,重點需要管控切割速度,環(huán)境溫度、刀具的定位、行程、磨損等,以保證切割后側生坯表面整齊,光滑,內電極居中。重點檢查外觀、切片檢查電極局中性、留邊量等。
8、排膠,也叫去膠或發(fā)泡。是將電容器生坯放置在承燒板上,按一定的溫度曲線(最高溫度一般在400度℃左右),經高溫烘烤,去除生坯中的粘合劑、PET膜等有機物質。以避免燒成時有機物質的快速揮發(fā)造成產品分層與開裂,以保證燒出具有所需形狀的完好的瓷件,同時可以消除粘合劑在燒成時的還原作用。重點管控的是溫度變化曲線、時間等。
9、燒結,也叫燒成。排膠完成的生坯還需要高溫燒結后,才能保證其具有高機械強度和優(yōu)良的電氣性能。燒結過程是在氣氛爐中進行,一般燒結溫度在1140℃~1340℃之間。由于是高溫燒結,為了防止氧化等,燒結爐里面需要填充氮氣,類似產線焊錫爐填充氮氣一樣。有些廠家為了保證燒結品質,在高溫燒結前,還有進行1~2次的假燒,也就是利用相對低的溫度進行預燒,排除掉生坯里面的水分等。管控的重點是爐溫、時間、氮氣濃度和流量等。檢驗的重要項目是外觀及切片確認內部燒成情況。
10、倒角,也叫研磨。經過燒結成瓷的電容器本體棱角分明,不利于與外部電極的連接,所以需要進行研磨倒角處理。倒角工序是將電容與水和磨介裝在倒角罐里,通過球磨、行星磨等方式運動,使之形成光潔的表面,以保證產品的內電極充分暴露,保證內外電極的可連接性。除了在燒結后再倒角,目前像三星等廠家采用燒結前倒角,因為還沒有燒結,陶瓷體較軟,倒角相對容易,時間等相對短,有利控制品質和成本,但需要注意燒結后的變形可能。管控的重點是轉速、時間、溫度。檢查的重點是外觀尺寸。
11、端接,也叫外電,也就是上外部電極。經過燒結的電容器每一層還是獨立的,需要添加外部電極,使同一端的電極相互連接起來。其主要過程是將端漿涂覆在經倒角處理的電容體外露的內部電極兩端上,從而將同側內部電極連接起來,形成外部電極。端漿一般是銀漿或者銅漿,雖然銀漿阻抗特性比較好,但由于價格差異,能用銅漿的一般不會用銀漿,目前一般是小尺寸(比如0201以下)的才會使用銀漿。管控的重點是厚度、溫度、時間等參數。
12、燒端,也就是電極燒成,一般和上一道工序一起連續(xù)完成。在上一道工序,涂覆的外電極漿需要經過低溫燒結才能和內部電極完美連接,并使端頭與瓷體具有一定的結合強度。由于有一定的溫度,且銅比較容易氧化,故同樣需要采用氮氣填充燒結爐。管控的重點是溫度、時間、氮氣流速等。主要檢查外觀及切片檢查厚度和內外電極的結合等燒成情況。理論上經過燒端,電容器已經成型了,所以還需要進行容量、損耗等進行量測,只有各個參數符合設計規(guī)格才會進入下一道工序。
13、電鍍,也叫鍍金或端頭處理。MLCC的外電極為銀或者銅,它們很容易氧化且和焊錫的結合不是很好,故需要在電極外面鍍上其他的金屬層,一般是先鍍一層鎳,然后再鍍一層錫。電鍍處理過程是一種電沉積過程,它是指電解液中的金屬離子(或合金離子)在直流電作用下,在陰極表面還原成金屬(或合金)的過程。鍍金前、后、以及兩次電鍍間均需要進行水洗以去除表面雜質,避免影響電鍍品質。管控的重點是鍍金液的濃度、溫度、PH值等,需要作為CTQ進行管控。檢驗的重點是外觀以及切片確認鍍層厚度,可焊性、耐焊性等。
14、量測挑選。包括正常的電性能測試、外觀檢查,可靠性抽測等,把不良品剔除,檢驗產品信賴性的過程。其中外觀和電性能為100%檢驗,電性能包括容量、損耗、絕緣電阻、耐壓、HVS等。
15、編帶。經過測試分選OK的MLCC,需要進行編帶以適應SMT制程大量自動貼裝生產,也可以防止運輸等過程導致MLCC碰撞破裂等問題。該工序管控的重點是編帶機的溫度和速度,最好還需要同時進行測量外觀和容值,避免混料等。檢測的重點是剝離強度、空穴等。
MLCC就是這么被制造出來的,最后根據訂單再包裝出貨。但各個廠家有自己的設計和工藝技術,故過程會有一些區(qū)別。比如三星是先倒角再燒結,但基本上就包括這些過程了。
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