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多层陶瓷电容制作工艺揭秘

发布时间:2014-05-27 责任编辑:willwoyo

【导读】对于常用的多层陶瓷电容,我们很少接触到它的内部结构和制作工艺。那么多层陶瓷电容的内部构造到底是什么样的?它的制作又有哪些需要注意的问题呢?了解这些 ,有助于我们更加精确的使用多层陶瓷电容。

多层陶瓷电容器的基本结构

电容器用于储存电荷,其最基本结构如图1所示,在2块电极板中间夹着介电体。

电容器的性能指标也取决于能够储存电荷的多少。多层陶瓷电容器为了能够储存更多的电量,通过图1中结构的多重层叠得以实现。
多层陶瓷电容器的基本结构

通过图2可以直观清新的看到多层陶瓷电容器的基本结构[page]

多层陶瓷电容器的制作方法

备好介电体原料后,将其与各种溶剂等混合并粉碎,形成泥状焊料。将其做成薄贴片后,再经过如下说明的8道工序,就可以制成贴片多层陶瓷电容器。
①介电体板的内部电极印刷
对卷状介电体板涂敷金属焊料,以作为内部电极。
近年来,多层陶瓷电容器以Ni内部电极为主。所以,将对介电体板涂敷Ni焊料。
介电体板的内部电极印刷

②层叠介电体板
对介电体板涂敷内部电极焊料后,将其层叠。

③冲压工序
对层叠板施加压力,压合成一体。在此之前的工序为了防止异物的混入,基本都无尘作业。
冲压工序

④切割工序
将层叠的介电体料块切割成1.0mm×0.5mm或1.6mm×0.8mm等规定的尺寸。

⑤焙烧工序
用1000度~1300度左右的温度对切割后的料片进行焙烧。通过焙烧,陶瓷和内部电极将成为一体。
焙烧工序

⑥涂敷外部电极、烧制
在完成烧制的片料两端涂敷金属焊料,以作为外部电极。如果是Ni内部电极,将涂敷Cu焊料,然后用800度左右的温度进行烧结。

⑦电镀工序
完成外部电极的烧制后,还要在其表面镀一层Ni及Sn。一般采用电解电镀方式,镀Ni是为了提高信赖性,镀Sn是为了易于贴装。贴片电容在这道工序基本完成。
电镀工序

⑧测量、包装工序(补充)
确认最后完成的贴片电容器是否具备应有的电气特性,进行料卷包装后,即可出货。

近年来,随着多层陶瓷电容器的小型化、大容量化,各道工序也进行着种种改良,例如介电体的高度薄层化、提高叠层精度等。[page]

片状多层陶瓷电容器的封装方法

随着以片状多层陶瓷电容器为首的电子元器件的快速小型化发展,尺寸也进行了如下变化:
size (EIA) 3216(1206)→2012(0805)→1608(0603)→1005(0402)→0603(0201)→0402(01005)*,对于封装的难度也在不断增加。

* size (EIA)
3216(1206):3.2mm×1.6mm/2012(0805):2.0.mm×1.2mm/1608(0603):1.6mm×0.8mm/
1005(0402):1.0mm×0.5mm/0603(0201):0.6mm×0.3mm/0402(01005):0.4mm×0.2mm

如图7所示,封装工艺中产生的问题主要有元器件位置偏移、翘立,竖立等形式。这种整个元件呈斜立或直立,如石碑状,人们形象地称之为"立碑"现象 ( 也有人称之为"曼哈顿"现象 ) 。
封装过程中的问题     
图7 封装过程中的问题

以下就立碑现象的成因与防止对策要点进行介绍说明。如图8所示,立碑现象的产生是由于在焊锡时,作用于元件左右电极的张力不平衡,一侧翘立并旋转而造成的。
立碑现象的成因
图8 立碑现象的成因

造成张力不平衡的因素有很多,例如:左右的焊盘尺寸、焊锡厚度 、温度、贴装偏移等。如何有效制约上述不平衡因素,是实现完美封装的关键所在。在基板设计、封装工艺("印刷"、"贴装"、"焊接(例:回流焊锡)")过程中需要注意以下内容。

1、基板设计
如图9所示,若片状元件的左右焊盘(印刷电路板上铜箔类零件贴装的地方)的尺寸(面积/形状)不一致,焊接时,将会导致元件左右电极产生的表面张力不平衡,产生立碑现象。按照各元件所推荐的形状、尺寸标准,进行左右对称的设计,这一点非常重要。
左右不对称的焊盘
图9 左右不对称的焊盘

2.印刷
如图10所示,印刷电路板上的焊膏印刷工艺中,若左右的焊锡量不一致,焊接时,将会导致元件两个焊端产生的表面张力不平衡,产生立碑现象。
此外,焊锡较厚时,作用于电极的张力就会变大,此时,尽量减少焊锡量,并使左右焊膏量一致,可以有效的防止立碑现象。

焊膏印刷
图10 焊膏印刷

3. 贴装
一般情况下,使用封装机(Mounter)在印刷电路板上贴装元件时,对于元器件位置有一定偏离的情况,在回流焊过程中,由于熔融焊料表面张力的作用,能够自动校正偏差。
但偏移严重,拉动反而会使元件竖起,产生立碑现象。随着电子元器件不断朝着小型化方向发展,调整好元件的贴片精度是非常重要的。

4. 回流焊锡
加热导致焊锡融化,回流炉温度急剧上升的情况下,由于电路板上封装元件的大小、密度不同,炉内温度不稳定使元件两端存在温差。电极间的焊膏融化程度的不同,产生了电极的张力差,发生立碑现象。如图11所示,通过设置合理的预热段,使炉内热容量稳定,可以缓和炉内温度偏差。建议按照推荐的回流温度曲线进行设置。
回流温度曲线
图11 回流温度曲线



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