一種單層電容器及其製備方法

2023-12-11 01:00:32 2

專利名稱：一種單層電容器及其製備方法
技術領域：
本發明涉及片式電子元器件，特別是一種單層電容器及其製備方法。
背景技術：
為適應電子元件微型化、集成化以及高頻化發展趨勢，單層電容器(SLC)受到 人們越來越多的青睞。單層電容器的結構包括單層陶瓷介質層和分別位於陶瓷介質層相 對的兩個表面的上電極層和下電極層。這種結構使單層電容器與片式多層結構的MLCC 相比，由於工作時電流流過前者的路徑遠小於後者，所以在射頻、微波下具有遠小於 MLCC的等效串聯電阻和等效串聯電感，從而具有更高的自諧振頻率和品質因數。但是，單層陶瓷電容器厚度薄，採用現有的燒結工藝容易發生變形問題，影響 成品平整度和性能；現有的加工電極層工藝一般是厚膜印刷電路方式，加工得到的電 極層難以實現超薄的厚度，不利於實現單層陶瓷電容器的微型化，而且電極材料耗用較 大；採用一般的機械切割方式極易使晶片碎裂，成品率低。

發明內容
為解決上述問題，本發明的目的在於提供一種單層電容器及其製備方法，所制 得的單層電容器性能優良，成品率高。本發明的目的是這樣實現的一種單層電容器的製備方法，包括瓷漿製備、制 備陶瓷生片、燒結、清洗、在陶瓷介質主體的上下表面分別附著電極層、切割，其特徵 在於所述的燒結時，陶瓷生片放置於下氧化鋯板，上氧化鋯板通過墊片支撐覆蓋於下 氧化鋯板上方；所述的電極層通過真空濺射形成；所述的切割採用雷射切割。所述的墊片是採用與陶瓷生片相同材料的瓷粉膜片疊壓，厚度厚於陶瓷生片， 並避免與陶瓷生片接觸。所述的燒結曲線由升溫排膠段、快速升溫段、高溫段、保溫段、降溫段組成， 其中室溫-400°C為升溫排膠段，升溫速率控制在0.8-1.5°C/min; 400°C-1000°C為快 速升溫段，升溫速率控制在3.5-5°C/min; 1000°C -最高燒溫為高溫段，升溫速率控制 在2-3°C/min;溫度達到最高燒溫時進入保溫段，最高燒溫為1250_1320°C，保溫時間為 2-3小時；降溫段的降溫速率控制在4-5 °C /min。所述的真空濺射工藝在陶瓷介質主體的上、下表面分別附著單層或多層金屬電 極層。所述的真空濺射時，真空度控制在5X10_3X10_3Pa，陶瓷片溫度控制在常 溫-60°C，靶材濺射電流控制在1A-5A。所述雷射切割的切割速率為100mm/s-200mm/s，功率為5W-12W，重複切割次 數為1-4次。所述的陶瓷生片通過流延介質膜片、介質膜片疊壓、層壓、巴塊切割製得。所 述介質膜片厚度為0.02-0.05mm，所述介質膜片疊壓膜時每張膜片直角轉置疊加。
由上述製備方法製得的單層電容器。本發明製得的單層陶瓷電容器長寬尺寸為0.25-2.54mm，厚度僅為0.1_0.5mm， 尺寸超小，並具有超低的串聯等效電阻和串聯等效電感，在射頻微波下高Q值，應用頻 率可達數GHz到數十GHz，故本發明產品可應用於混合微波集成電路和單片微波集成電 路等；通過採用獨創式的燒結裝缽方法，可有效解決陶瓷片燒結變形的問題，保證成品 平整度和性能；通過採用真空濺射工藝加工電極層，各電極層間均保證良好的接觸，使 產品具有超低的ESR值，能顯著提高微波電路的有效增益，降低插入損耗，同時以這種 工藝得到的電極層極薄，給產品厚度帶來的增加幾乎可忽略，滿足單層陶瓷電容器的微 型化要求，並節約電極材料；單片陶瓷電容器燒成後瓷體脆性大，且厚度超薄，通過採 用雷射切割方式分割晶片，可根據所需要的外圍尺寸設定切割步距，精度高，且晶片不 易碎裂，有效解決一般機械切割方式易損傷晶片的問題，採用本發明的製備方法，製得 的產品能夠符合設計要求，成品合格率大大提高。


圖1是本發明單片電容器的結構示意圖；圖2是本發明單片電容器陶瓷主體燒結裝缽方法示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖進一步描述本發明，但本發明並不限於所述特定例子。如圖1所示，本發明的單片電容器結構主要包括陶瓷介質主體1，其材料是I 類或II類陶瓷介質；電極層2，設於所述陶瓷介質主體1的一個表面上；電極層3，設於 所述陶瓷介質主體1的與電極層2相對的表面上，從而形成一個具有一個陶瓷層和兩個電 極層的單片結構。陶瓷介質主體1和電極層2、電極層3均為方形。電極層2和電極層 3分別完全覆蓋附著在陶瓷介質主體1的上下表面，邊緣處不留邊。本發明的單片電容器 主要應用於微波集成電路(MIC)中，起隔直、旁路、阻抗匹配、調諧等作用。上述單片電容器的製作方法，主要由瓷漿製備、流延介質膜片、介質膜片疊 壓、層壓、巴塊切割、燒結、清洗、真空濺射、雷射切割、清洗等工序組成，瓷漿製備採用陶瓷罐作球磨分散設備，在球磨罐中按配方比例加入瓷粉、增塑 劑、分散劑、消泡劑、甲苯和乙醇，在60-85rpm的轉速下球磨3-5小時；再向罐內加入 粘合劑球磨8-10小時製得瓷漿。流延採用鋼帶流延機把上述瓷漿流延成厚度均勻且符合設計要求的、緻密無缺 陷的介質膜片。傳統的制膜方法為軋膜工藝，該工藝方法得到的膜片存在以下缺陷膜 片成型方法導致的膜片各向異性；膜片整體厚度方向存在微裂縫及微孔，給最終產品帶 來失效隱患。為克服軋膜工藝的不足，本發明採用流延法製備陶瓷介質膜片，製得膜片 厚度為0.02-0.05mm，使膜片疊加成為可能。採用流延法得到的膜片均勻性好，緻密度 尚ο介質膜片疊壓是手工堆疊介質膜片使其總厚度等於設計厚度後，再用油壓機將 膜片壓實，使膜片相互粘接成為一個巴塊。油壓時壓力為8-15Mpa，溫度50°C-7(TC， 時間為l-3min。疊膜時將每張膜片直角轉置疊加，可相互抵消它們的各向異性，保證生坯整體的各向同性。膜片疊加後即使單張膜片局部存在微孔，其餘幾層膜片也可將之彌 補，不會形成整體厚度方向的微孔，提高產品可靠性。層壓工藝是將陶瓷介質巴塊裝袋抽真空，用等靜水壓方式把介質膜片壓緊密， 防止切割後膜片分層，保證陶瓷介質燒結後的緻密性。壓力為20Mpa-60Mpa，溫度是 60-80°C,保壓時間是 10-20min。巴塊切割是用直刀式切割機將層壓好的陶瓷介質巴塊切割成一定尺寸的方形陶 瓷生片。燒結採用方形的氧化鋯板承載切割好的陶瓷生片，進入空氣隧道燒結爐中燒結 成瓷。採用獨創式的特殊裝缽方法，其側面示意圖如圖2所示。下氧化鋯板4用來承載 陶瓷生片5及墊片6。墊片6是採用與陶瓷生片5相同材料的瓷粉膜片疊壓，厚度比陶 瓷生片5稍厚，按上述的巴塊切割方法按5mmX5mm切成，起到支撐上氧化鋯板7的作 用，避免上氧化鋯板7直接壓在陶瓷生片5上面。每缽一般使用墊片6數量為4片，分別 放置在下氧化鋯板4的四個角附近。陶瓷生片5則放置在下氧化鋯板4的中間位置，與任 一墊片6都不能接觸以免燒結時發生粘片。上氧化鋯板7與下氧化鋯板4正對放置，在 上方起蓋板作用，可防止產品燒結時變形。燒結曲線由升溫排膠段、快速升溫段、高溫 段、保溫段、降溫段組成，室溫-400°C為升溫排膠段，升溫速率控制在0.8-1.5°C/min， 使陶瓷生片中的有機粘合劑充分分解排出，避免其在高溫時劇烈反應影響產品外觀及性 能。400°C-1000°C為快速升溫段，升溫速率控制在3.5-5°C/min。1000°C-最高燒溫為 高溫段，升溫速率控制在2-3°C/min，防止瓷片收縮過快發生變形。溫度達到最高燒溫 時進入保溫段，最高燒溫為1250-1320°C，保溫時間為2-3小時，保證瓷體緻密性好、晶 粒細密、機械強度高、電性能好。降溫段的降溫速率控制在4-5°C/min。採用真空濺射工藝在陶瓷片的上下兩個表面分別附著所需要的單層或多層金 屬，從而形成電極層2、3。濺射時真空度控制在5X10_3X10_3Pa，陶瓷片溫度控制在常 溫-60°C，靶材濺射電流控制在1A-5A。採用真空濺射工藝加工電極層，將金屬原子在 高能電場下直接附著於陶瓷介質表面或內層金屬電極表面(沒有中間過渡層)，所以電極 層與陶瓷介質及各電極層間均保證良好的接觸，使產品具有超低的ESR值。採用雷射切割機對加工好電極層的瓷片按成品尺寸要求進行最終的分割。切 割速率過大，功率過大，晶片易發生碎裂；另一方面，增加切割重複次數來形成「分段 式」切割，可有效減小切割時的應力，使晶片不易損傷。所以控制切割速率為IOOmm/ s-200mm/s,功率為5W_12W，可重複切割次數為1_4次。本發明採用雷射切割方式分 割晶片的合格率可達到90%，比採用一般機械切割方式分割晶片的合格率(約50% )大 大提高。由上述方法可製得單層陶瓷電容器，長寬尺寸為0.25-2.54mm，厚度僅為 0.1-0.5mm,而且即使尺寸超小，但仍能達到高產品合格率。實施例在球磨罐中按配方比例加入瓷粉、增塑劑、分散劑、消泡劑、甲苯和乙醇，在 60-85rpm的轉速下球磨4小時，再向罐內加入粘合劑球磨8小時製得瓷漿。將製得的瓷 漿用鋼帶流延機流延成30um的介質薄膜。按設計總厚堆疊膜片，油壓10Mpa/60°C/2min 得到巴塊。將巴塊裝袋抽真空，層壓40Mpa/68°C/10min後用直刀式切割機將層壓好的陶瓷介質巴塊切割成50mm X 50mm的方形陶瓷生片。按上述的方法將方形陶瓷生片裝缽 後如空氣隧道爐燒結，燒結曲線如表1所示。表1:燒結曲線
權利要求
1.一種單層電容器的製備方法，包括瓷漿製備、製備陶瓷生片、燒結、清洗、在陶 瓷介質主體的上下表面分別附著電極層、切割，其特徵在於所述的燒結時，陶瓷生片 放置於下氧化鋯板，上氧化鋯板通過墊片支撐覆蓋於下氧化鋯板上方；所述的電極層通 過真空濺射形成；所述的切割採用雷射切割。
2.根據權利要求1所述的一種單層電容器的製備方法，其特徵在於所述的墊片 是採用與陶瓷生片相同材料的瓷粉膜片疊壓，厚度厚於陶瓷生片，並避免與陶瓷生片接 觸。
3.根據權利要求1所述的一種單層電容器的製備方法，其特徵在於所述的燒結曲 線由升溫排膠段、快速升溫段、高溫段、保溫段、降溫段組成，其中室溫-400°C為升 溫排膠段，升溫速率控制在0.8-1.5°C/min; 400°C-1000°C為快速升溫段，升溫速率控制 在3.5-5°C /min ； 1000°C -最高燒溫為高溫段，升溫速率控制在2_3°C /min ；溫度達到最 高燒溫時進入保溫段，最高燒溫為1250-1320°C，保溫時間為2-3小時；降溫段的降溫速 率控制在4-5°C /min。
4.根據權利要求1所述的一種單層電容器的製備方法，其特徵在於所述的真空濺 射工藝在陶瓷介質主體的上、下表面分別附著單層或多層金屬電極層。
5.根據權利要求1所述的一種單層電容器的製備方法，其特徵在於所述的真空濺 射時，真空度控制在5X10_3X10_3Pa，陶瓷片溫度控制在常溫-60°C，靶材濺射電流控制 在 1A-5A。
6.根據權利要求1所述的一種單層電容器的製備方法，其特徵在於所述的雷射切 割的切割速率為100mm/s-200mm/s，功率為5W_12W，重複切割次數為1_4次。
7.根據權利要求1所述的一種單層電容器的製備方法，其特徵在於所述的陶瓷生 片通過流延介質膜片、介質膜片疊壓、層壓、巴塊切割製得。
8.根據權利要求7所述的一種單層電容器的製備方法，其特徵在於所述介質膜片 厚度為0.02-0.05mm，所述介質膜片疊壓膜時每張膜片直角轉置疊加。
9.由權利要求1-8任一權利要求所述製備方法製得的單層電容器。
10.根據權利要求9所述的單層電容器，其特徵在於所述電容器的厚度為 0.1—0.5mm。
全文摘要
本發明公開了一種單層電容器及其製備方法，包括瓷漿製備、製備陶瓷生片、燒結、清洗、在陶瓷介質主體的上下表面分別附著電極層、切割，其中燒結時，陶瓷生片放置於下氧化鋯板，上氧化鋯板通過墊片支撐覆蓋於下氧化鋯板上方；電極層通過真空濺射形成；切割採用雷射切割。由該製備方法製得的單層電容器，能夠符合設計要求，成品合格率大大提高，其長寬尺寸為0.25-2.54mm，厚度僅為0.1-0.5mm，尺寸超小，並具有超低的串聯等效電阻和串聯等效電感，在射頻微波下高Q值，應用頻率可達數GHz到數十GHz，故本發明產品可應用於混合微波集成電路和單片微波集成電路等。
文檔編號H01G4/005GK102013320SQ20101051531
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月22日 優先權日2010年10月22日
發明者唐浩, 宋子峰, 祝忠勇, 陸亨, 馬學靜 申請人:廣東風華高新科技股份有限公司