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MLCC最全最细工艺流程
MLCC(Multi-layers Ceramic 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,是使用最广泛的一种电容器。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块体,再在陶瓷块的两端封上金属层(外电极)而形成的。


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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。

陶瓷介质:主要是绝缘性能优良的氧化物材料如钛酸钡、钛酸锶等,它们是构成电容器的电气特性的基础。


内部电极:内部电极存在于每层陶瓷介质之间,起传导电流作用。


外层电极又分为外部电极、阻挡层和焊接层。外部电极主要为铜金属电极或银金属电极,与内部电极相连接,以便外接电源的输入。阻挡层主要成分为Ni镀层,起到热阻挡作用。焊接层主要为Sn镀层,提供可焊接性。



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、且价格低及稳定性高等优点,适合于信息功能产品轻、薄、短、小的需求,从而被大量使用,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.配料


将陶瓷粉、粘合剂及溶剂和各种添加剂按一定比例经过一定时间的球磨或砂磨,形成均匀、稳定的瓷浆。瓷浆是个比较复杂的系统,一般由瓷粉、溶剂、分散剂、粘合剂、增塑剂、消泡剂等组成。

陶瓷粉作为最主要的材料决定了MLCC的基本特性。粘合剂是高分子树脂,作用是使陶瓷粉之间维持一定的距离并提供强度。溶剂是甲苯和乙醇按照一定比例混合而成。分散剂,是为了避免陶瓷粉表面静电作用易发生的粘连及团聚,保证瓷浆能形成稳定分散的悬浮液的一种表面活性剂。添加剂是用于调节陶瓷粉本身的电特性、满足制品信赖性方面的某些要求、保证烧结能够较好地进行的。


2.流延


将瓷浆通过流延机的浇注口,使其涂布在绕行的有机硅薄膜上,从而形成一层均匀的瓷浆薄层,再通过热风区(将瓷浆中绝大部分溶剂挥发),通过加热干燥方式,形成具有一定厚度、密度且均匀的薄膜(一般膜片的厚度在1um-20um之间)。

成型过程中流延挤出方式分为两种。On roll方式一般适用于厚膜,是缝口模头挤出方式,使后滚轴的中心对上模具的喷口处;Off roll方式一般用于薄膜,是模具喷出口在后滚轴中心线的上方,基材在没有接触后滚轴处被涂覆上浆料,这种方式也称气垫法或张网法。


成型干燥需要调整线速、温度、泵流量,将瓷浆中溶剂大部分挥发,使薄膜收缩、致密化,从而具有一定厚度、膜密度。

3.印刷


通过丝网版将内电极浆料印刷到陶瓷膜片上,烘干后得到清晰、完整的介质膜片。


印刷类型分为四种:1.凸版印刷,在凸出部分蘸内电极浆料之后加压印刷。2.凹版印刷,在整个板上蘸内电极浆料之后只在凹进部分留内电极浆料进行印刷。3.平板印刷,利用水和油的排斥作用,版面蘸内电极浆料进行印刷。4.丝网印刷,通过丝网孔排出内电极浆后印刷。


丝网印刷与滚印/凹版印刷(Gravure printer)相比,设备工装成本低,内浆利用率高浪费少,电极图案渗边少,且丝网设计灵活,因此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,有些厂家则采用印刷机,让陶瓷薄膜通过浆料池,让金属浆料附着到陶瓷薄膜上。


4.叠层


叠层是MLCC制造过程的第四个步骤,它的作用是将印刷好的介质膜片一张一张按一定错位整齐叠合在一起使之形成厚度一致的巴块。印刷后,在叠层时膜片被切割剥离,叠层时底部和顶面还需要加上陶瓷膜保护片,以增加机械强度和提高绝缘性能。该道制程需要管控的是叠层时的温度、压力、时间,以及错位位置的对位管控和环境的洁净度等,所以也需要在无尘室里面完成。
5.层压


将印刷、叠层后的巴块通过均匀温度的静水均压的方式,使巴块中各叠层膜彼此紧密结合,以提高烧结后瓷体的致密性,使其更加紧密结合在一起的过程。该道制程压力、保压时间、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。

层压主要流程:巴块装密封袋→进层压机→加压加温层压→冷却→拆袋
6.切割 
 将层压后的巴块按产品的设计要求,使用片式薄刀片按设计尺寸对巴块进行横向纵向切割,使其成为完全分离的独立芯片(电容器生坯)。
切割原理:刀片对巴块进行下切时,刀座推动刀片向下运动,刀锋接触巴块面部,刀座继续推动锋利的刀锋向下铡压,当刀锋在刀座及惯性的作用下到达切割胶PET基材表面时,刀座迅速向上提升,从而完成一次切割。

切割原理
7.排胶
排胶指的是,在对切割后陶瓷生坯进行热处理,排除粘合剂等有机物。镍电极MLCC的空气排胶温度大概是在250℃左右,具体温度与尺寸规格以及配方有关,氮气排胶的温度可以更高,约400℃-500℃。
排胶主要流程:装钵排片→进排胶炉排胶→出排胶炉

8.烧结


烧结可以使排胶后的芯片成为内电极完好,致密性好,尺寸合格,高机械强度和优良电性能的陶瓷体,可分为两个阶段:致密化阶段与再氧化阶段。
烧结过程是在气氛炉中进行,一般烧结温度在1100℃~1350℃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/氢气。烧结的关键就是炉膛内的温度与其均匀一致性,还有就是应在一个热动态平衡中进行,空气应充分流动,使瓷体的晶相生长均匀与致密。
烧结主要流程:摆放→烧结→出烧结→卸钵

9.倒角


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,除去陶瓷芯片表面毛刺,使芯片表面光洁,同时也使端面内电极充分暴露。管控的重点是转速、时间、温度,检查的重点是外观尺寸、弧度、暴露率等参数。
倒角主要流程:配罐→倒角→清洗→出罐→烘干

倒角前后形态示意图
10.封端

通过封端机,将端浆涂覆在经倒角处理后的芯片外露内部电极的两端上,将同侧内部电极连接起来形成外部电极。
封端主要流程:芯片植入→沾浆→烘干→导出

封端流程示意图
11.烧端


在高温750℃左右,氮气空气,且有时会在加湿条件下,使端电极浆料中的有机黏合剂充分燃烧,玻璃体熔融并浸润铜粉,使端头固化并与瓷体和内电极形成良好的连接。

12.电镀

指对烧端后的产品进行端头处理,其实质上就是电镀过程,即在含有镍和锡金属离子的电解质溶液中,将MLCC的端电极作为阴极,通过一定的低压直流电,分别不断在阴极沉积为一层镍和锡。


镍的作用:提高电容的抗热冲击性能,保护外部电极以及防止外部电极和Sn 形成合金状态。
锡的作用:提高电容的可焊性,使MLCC芯片在表面封装中能更好焊接在PCB板上。

13.测试


针对电容产品的容量、损耗、绝缘、耐压四个方面的性能,对产品进行100%测试和分选,将不良品剔除,同时按不同容量范围分选出来。
主要测试项目:容量、损耗、耐压和绝缘。

14.外观检查


针对电容产品的外观形貌进行检查,将形态不佳的产品剔除。
主要识别项目:外观缺陷、尺寸异常品
15.编带


编带工程是将测试后的MLCC芯片,编入载带,并按固定数量卷成一个胶盘。编带是为了方便SMT制程中大量高速的自动贴装生产,也可以防止运输等过程导致MLCC碰撞破裂等问题。同时,为了防止混料,一般在编带机上,会对每一片MLCC再次进行容量测试。

16.包装


包装是贴识别标签和运输前打包的过程,MLCC制造商编带后的产品标签,一般只带有厂商自己的信息,包装过程则会增加客户信息的标签和条码,以便于客户识别。


包装主要流程:料盘标签贴装—产品装入盒及盒标贴装—盒子装入箱及箱标贴装。后道包装过程,一般采用自动化管理检查,扫描条码后自动和对,避免混料错料。


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本文选自微容科技公众号,MLCC制作流程详解。


微容科技成立于2017年,积极开发并快速量产超微型、高容量、车规、高频等重点高端MLCC系列。




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2021年7月9日(周五)

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时间

议题

演讲单位

09:00-09:25

开场介绍

艾邦智造 江耀贵 创始人

09:25-09:50

浅谈MLCC未来发展趋势

宇阳科技 陈永学 战略总监

9:50-10:15

MLCC高端关键生产装备国产化解决方案

宏华电子 梁国衡 副总工程师

10:15-10:40

茶歇

10:40-11:05

应用于电子陶瓷领域的毕克产品介绍

毕克化学 王玉立 博士

11:05-11:30

浅谈我国无源元器件的机遇与挑战

风华高科 黄昆 LTCC事业部经理/技术总监

11:30-11:55

微波毫米波无源集成关键材料与技术

南方科技大学工学院党委书记/副院长 汪宏 教授

11:55-14:00

午餐

14:00-14:25

封接玻璃作用机理及在电子元器件应用研究进展

华东理工大学 曾惠丹 教授/博导

14:25-14:50

LTCC高频低介电常数陶瓷生料带

上海晶材新材料 汪九山 总经理

14:50-15:15

稀土在先进电子陶瓷电容材料中的研究进展

晶世新材料 程佳吉 教授

15:15-15:40

高性能电容器材料的应用研究

上海硅酸盐研究所 陈学锋 研究员/博士

15:40-16:05

茶歇

16:05-16:30

MLCC产品失效分析和检测手段

深圳纳科科技 段建林 总经理

16:30-16:55

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江苏博迁新材料 江益龙 总经理

16:55-17:20

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17:20-17:45

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中兴 杨航 材料技术质量高级工程师

17:45-20:00

晚宴


赞助及支持企业单位:


中兴                                       

宇阳科技

毕克化学

风华高科

宏华电子

上海晶材新材料

晶世新材料

深圳纳科科技

江苏博迁新材料

东莞盛雄激光

上海硅酸盐研究所

华东理工大学

南方科技大学

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