MLCC制作過(guò)程中分層開(kāi)裂原因分析

侯玉森

（天津三星電機(jī)有限公司 天津 300210）

1 引言

MLCC具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，在各類電子設(shè)備中均有使用。因此，一旦其存在質(zhì)量缺陷，就會(huì)對(duì)其可靠性產(chǎn)生影響，不利于電子設(shè)備的正常使用。在MLCC的制作過(guò)程中，最常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷有分層開(kāi)裂等等。所以，我們要著重分析產(chǎn)生分層開(kāi)裂的原因，同時(shí)在制作過(guò)程中采取控制措施，避免MLCC出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，提高其可靠性，保證電子設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 MLCC制作過(guò)程中分層開(kāi)裂的影響因素

2.1 內(nèi)漿與瓷粉的匹配性

在MLCC制作中，最基本的生產(chǎn)原則就是采用與瓷粉匹配更好的內(nèi)漿，這個(gè)條件是確保MLCC不分層開(kāi)裂的重要因素。在本次試驗(yàn)中，選取NPO瓷粉以及三種不同的內(nèi)漿進(jìn)行匹配，其他制作條件全部一致，比如工藝、設(shè)備、環(huán)境等等，在此條件下進(jìn)行樣品的試制，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同內(nèi)漿下的分層開(kāi)裂情況

圖1 未發(fā)現(xiàn)電極分層開(kāi)裂

圖2 分層開(kāi)裂

從表1中我么發(fā)現(xiàn)，瓷粉相同的情況下，使用三種內(nèi)漿匹配出現(xiàn)分層開(kāi)裂的情況有很大的差異。這也就是說(shuō)，內(nèi)漿與瓷粉的匹配度對(duì)于MLCC制作過(guò)程中的分層開(kāi)裂程度具有直接影響。

2.2 排膠效果

選取NPO材料、MLCC芯片，選擇幾種不同的工藝進(jìn)行排膠，排膠后芯片的質(zhì)量減少率，排膠時(shí)間、分層開(kāi)裂情況見(jiàn)表2。

表2 不同排膠工藝下的分層開(kāi)裂情況

圖3 電極內(nèi)部分層

圖4 未發(fā)現(xiàn)電極內(nèi)部分層

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)以及燒結(jié)倒角后分層開(kāi)裂情況我們可以看出，排膠后的質(zhì)量減少率低，使用排膠效果差的芯片出現(xiàn)開(kāi)裂分層的概率明顯偏大；排膠后的質(zhì)量減少率高，使用排膠效果好的芯片出現(xiàn)開(kāi)裂分層的概率要小一些。

3 MLCC制作過(guò)程中分層開(kāi)裂的控制措施

3.1 陶瓷電介質(zhì)材料的選擇

進(jìn)行陶瓷電容器電介質(zhì)選擇的時(shí)候，比較常選的是鐵電，反鐵電和線性電介質(zhì)。鐵電材料，剩余極化存在較多，造成其存儲(chǔ)能量利用率低，同時(shí)，鐵電材料存在極化疲勞現(xiàn)象，導(dǎo)致鐵電材料的可循環(huán)次數(shù)大大減少，壽命較低，擊穿場(chǎng)強(qiáng)也較低。反鐵電材料，由于存在鐵電相變，造成充放電循環(huán)中引起器件震動(dòng)，造成其使用壽命降低。線性電介質(zhì)的極化方式主要為離子位移極化和電子云畸變極化，如果介質(zhì)完整無(wú)缺陷，那么其沒(méi)有極化疲勞的現(xiàn)象，并且介電損耗較低，擊穿場(chǎng)強(qiáng)明顯大于前兩種介質(zhì)。通過(guò)分析極化特性曲線，線性電介質(zhì)材料的能量轉(zhuǎn)換效率接近于1，與其他兩種介質(zhì)相比，能源損耗明顯偏低。

3.2 提高晶粒的均勻性和陶瓷的致密度

在燒結(jié)過(guò)程中，燒結(jié)因素的選擇，與氣孔和晶粒的生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)都有極其緊密的關(guān)聯(lián)，對(duì)材料最終性質(zhì)的形成造成很大的影響。目前，在燒結(jié)試驗(yàn)中，把晶粒和氣孔當(dāng)作同一對(duì)象，晶粒和氣孔之間存在相互作用，這種相互作用對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)影響比較大，主要是影響陶瓷致密化的過(guò)程。

氣孔，實(shí)際上就是由空氣組成的，因而相對(duì)介電常數(shù)極低（m），氣孔的出現(xiàn)使得晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有一定的不連續(xù)性，影響材料的介電性能，導(dǎo)致其擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降。

初始陶瓷粉末的粒徑和晶粒的生長(zhǎng)過(guò)程影響著晶粒的大小和均勻性，在燒結(jié)過(guò)程中由于各種因素的影響導(dǎo)致晶粒處于非正常長(zhǎng)大狀態(tài)，微觀上講，就是出現(xiàn)局部晶粒粗大，其他晶粒細(xì)小的現(xiàn)象，使得材料性能逐漸惡化，介質(zhì)損耗也隨之增加。

為了控制晶粒的生長(zhǎng)，可以采取控制氣孔與晶粒之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的方法，適當(dāng)提高氣孔的運(yùn)動(dòng)速度，當(dāng)其接近晶界運(yùn)動(dòng)速度的時(shí)候，就會(huì)對(duì)晶粒的生長(zhǎng)具有控制作用。站在宏觀角度來(lái)看，根據(jù)燒結(jié)曲線能夠?qū)烧叩倪\(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制，比如常見(jiàn)的二步燒結(jié)法。除了這種辦法，添加液相燒結(jié)助劑也可以控制兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，達(dá)到控制晶粒生長(zhǎng)的目的。

3.3 提高介電常數(shù)和擊穿場(chǎng)強(qiáng)

關(guān)于介電常數(shù)，隨著其它元素的增加，則會(huì)造成電介質(zhì)微觀極化機(jī)制的變化。如果晶格存在一定的缺陷，則采取一定的措施進(jìn)行彌補(bǔ)，能夠在一定程度上降低電介質(zhì)損耗，提高絕緣性能。當(dāng)晶格完好無(wú)缺陷的時(shí)候，為了達(dá)到提高絕緣特性的目的，也會(huì)采取人為制造缺陷偶極子的方式來(lái)，增加介質(zhì)的空間電荷極化，以此達(dá)到提高介電常數(shù)的目的。

通過(guò)摻入無(wú)機(jī)玻璃可以有效提高擊穿場(chǎng)強(qiáng)，在燒制階段，玻璃是處于液相狀態(tài)，可以一定程度上阻礙陶瓷晶粒的長(zhǎng)大，同時(shí)能夠改變晶粒的外形，并細(xì)化晶粒大小，此外，之前的孔隙被玻璃相填滿，造成陶瓷致密度的提高，以此提高樣品的擊穿場(chǎng)強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在MLCC制作過(guò)程中，造成分層開(kāi)裂的主要原因有兩個(gè)：第一，內(nèi)漿與瓷粉的匹配性不佳；第二，排膠不良。為了保證MLCC的制作質(zhì)量，提高其可靠性，本文從陶瓷電介質(zhì)材料的選擇、提高晶粒的均勻性和陶瓷的致密度、提高介電常數(shù)和擊穿場(chǎng)強(qiáng)三個(gè)方面進(jìn)行了分析。

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