專利名稱:一種單層電容器及其制備方法
技術領域:
本發(fā)明涉及片式電子元器件,特別是一種單層電容器及其制備方法。
背景技術:
為適應電子元件微型化、集成化以及高頻化發(fā)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(jié)構(gòu)包括單層陶瓷介質(zhì)層和分別位于陶瓷介質(zhì)層相 對的兩個表面的上電極層和下電極層。這種結(jié)構(gòu)使單層電容器與片式多層結(jié)構(gòu)的MLCC 相比,由于工作時電流流過前者的路徑遠小于后者,所以在射頻、微波下具有遠小于 MLCC的等效串聯(lián)電阻和等效串聯(lián)電感,從而具有更高的自諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)。但是,單層陶瓷電容器厚度薄,采用現(xiàn)有的燒結(jié)工藝容易發(fā)生變形問題,影響 成品平整度和性能;現(xiàn)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(xiàn)超薄的厚度,不利于實現(xiàn)單層陶瓷電容器的微型化,而且電極材料耗用較 大;采用一般的機械切割方式極易使芯片碎裂,成品率低。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題,本發(fā)明的目的在于提供一種單層電容器及其制備方法,所制 得的單層電容器性能優(yōu)良,成品率高。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種單層電容器的制備方法,包括瓷漿制備、制 備陶瓷生片、燒結(jié)、清洗、在陶瓷介質(zhì)主體的上下表面分別附著電極層、切割,其特征 在于所述的燒結(jié)時,陶瓷生片放置于下氧化鋯板,上氧化鋯板通過墊片支撐覆蓋于下 氧化鋯板上方;所述的電極層通過真空濺射形成;所述的切割采用激光切割。所述的墊片是采用與陶瓷生片相同材料的瓷粉膜片疊壓,厚度厚于陶瓷生片, 并避免與陶瓷生片接觸。所述的燒結(jié)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(zhì)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。所述激光切割的切割速率為100mm/s-200mm/s,功率為5W-12W,重復切割次 數(shù)為1-4次。所述的陶瓷生片通過流延介質(zhì)膜片、介質(zhì)膜片疊壓、層壓、巴塊切割制得。所 述介質(zhì)膜片厚度為0.02-0.05mm,所述介質(zhì)膜片疊壓膜時每張膜片直角轉(zhuǎn)置疊加。
由上述制備方法制得的單層電容器。本發(fā)明制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,并具有超低的串聯(lián)等效電阻和串聯(lián)等效電感,在射頻微波下高Q值,應用頻 率可達數(shù)GHz到數(shù)十GHz,故本發(fā)明產(chǎn)品可應用于混合微波集成電路和單片微波集成電 路等;通過采用獨創(chuàng)式的燒結(jié)裝缽方法,可有效解決陶瓷片燒結(jié)變形的問題,保證成品 平整度和性能;通過采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(chǎn)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(chǎn)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,并節(jié)約電極材料;單片陶瓷電容器燒成后瓷體脆性大,且厚度超薄,通過采 用激光切割方式分割芯片,可根據(jù)所需要的外圍尺寸設定切割步距,精度高,且芯片不 易碎裂,有效解決一般機械切割方式易損傷芯片的問題,采用本發(fā)明的制備方法,制得 的產(chǎn)品能夠符合設計要求,成品合格率大大提高。
圖1是本發(fā)明單片電容器的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本發(fā)明單片電容器陶瓷主體燒結(jié)裝缽方法示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明,但本發(fā)明并不限于所述特定例子。如圖1所示,本發(fā)明的單片電容器結(jié)構(gòu)主要包括陶瓷介質(zhì)主體1,其材料是I 類或II類陶瓷介質(zhì);電極層2,設于所述陶瓷介質(zhì)主體1的一個表面上;電極層3,設于 所述陶瓷介質(zhì)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(jié)構(gòu)。陶瓷介質(zhì)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(zhì)主體1的上下表面,邊緣處不留邊。本發(fā)明的單片電容器 主要應用于微波集成電路(MIC)中,起隔直、旁路、阻抗匹配、調(diào)諧等作用。上述單片電容器的制作方法,主要由瓷漿制備、流延介質(zhì)膜片、介質(zhì)膜片疊 壓、層壓、巴塊切割、燒結(jié)、清洗、真空濺射、激光切割、清洗等工序組成,瓷漿制備采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(zhuǎn)速下球磨3-5小時;再向罐內(nèi)加入 粘合劑球磨8-10小時制得瓷漿。流延采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、致密無缺 陷的介質(zhì)膜片。傳統(tǒng)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(chǎn)品帶 來失效隱患。為克服軋膜工藝的不足,本發(fā)明采用流延法制備陶瓷介質(zhì)膜片,制得膜片 厚度為0.02-0.05mm,使膜片疊加成為可能。采用流延法得到的膜片均勻性好,致密度 尚ο介質(zhì)膜片疊壓是手工堆疊介質(zhì)膜片使其總厚度等于設計厚度后,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(zhuǎn)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。膜片疊加后即使單張膜片局部存在微孔,其余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(chǎn)品可靠性。層壓工藝是將陶瓷介質(zhì)巴塊裝袋抽真空,用等靜水壓方式把介質(zhì)膜片壓緊密, 防止切割后膜片分層,保證陶瓷介質(zhì)燒結(jié)后的致密性。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(zhì)巴塊切割成一定尺寸的方形陶 瓷生片。燒結(jié)采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(jié)爐中燒結(jié) 成瓷。采用獨創(chuàng)式的特殊裝缽方法,其側(cè)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是采用與陶瓷生片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(shù)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(jié)時發(fā)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(chǎn)品燒結(jié)時變形。燒結(jié)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(chǎn)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(fā)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,保證瓷體致密性好、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。采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。采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于陶瓷介質(zhì)表面或內(nèi)層金屬電極表面(沒有中間過渡層),所以電極 層與陶瓷介質(zhì)及各電極層間均保證良好的接觸,使產(chǎn)品具有超低的ESR值。采用激光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,芯片易發(fā)生碎裂;另一方面,增加切割重復次數(shù)來形成“分段 式”切割,可有效減小切割時的應力,使芯片不易損傷。所以控制切割速率為IOOmm/ s-200mm/s,功率為5W_12W,可重復切割次數(shù)為1_4次。本發(fā)明采用激光切割方式分 割芯片的合格率可達到90%,比采用一般機械切割方式分割芯片的合格率(約50% )大 大提高。由上述方法可制得單層陶瓷電容器,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(chǎn)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(zhuǎn)速下球磨4小時,再向罐內(nèi)加入粘合劑球磨8小時制得瓷漿。將制得的瓷 漿用鋼帶流延機流延成30um的介質(zhì)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后用直刀式切割機將層壓好的陶瓷介質(zhì)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 后如空氣隧道爐燒結(jié),燒結(jié)曲線如表1所示。表1:燒結(jié)曲線
權利要求
1.一種單層電容器的制備方法,包括瓷漿制備、制備陶瓷生片、燒結(jié)、清洗、在陶 瓷介質(zhì)主體的上下表面分別附著電極層、切割,其特征在于所述的燒結(jié)時,陶瓷生片 放置于下氧化鋯板,上氧化鋯板通過墊片支撐覆蓋于下氧化鋯板上方;所述的電極層通 過真空濺射形成;所述的切割采用激光切割。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種單層電容器的制備方法,其特征在于所述的墊片 是采用與陶瓷生片相同材料的瓷粉膜片疊壓,厚度厚于陶瓷生片,并避免與陶瓷生片接 觸。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種單層電容器的制備方法,其特征在于所述的燒結(jié)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(jù)權利要求1所述的一種單層電容器的制備方法,其特征在于所述的真空濺 射工藝在陶瓷介質(zhì)主體的上、下表面分別附著單層或多層金屬電極層。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種單層電容器的制備方法,其特征在于所述的真空濺 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(jù)權利要求1所述的一種單層電容器的制備方法,其特征在于所述的激光切 割的切割速率為100mm/s-200mm/s,功率為5W_12W,重復切割次數(shù)為1_4次。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種單層電容器的制備方法,其特征在于所述的陶瓷生 片通過流延介質(zhì)膜片、介質(zhì)膜片疊壓、層壓、巴塊切割制得。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種單層電容器的制備方法,其特征在于所述介質(zhì)膜片 厚度為0.02-0.05mm,所述介質(zhì)膜片疊壓膜時每張膜片直角轉(zhuǎn)置疊加。
9.由權利要求1-8任一權利要求所述制備方法制得的單層電容器。
10.根據(jù)權利要求9所述的單層電容器,其特征在于所述電容器的厚度為 0.1—0.5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單層電容器及其制備方法,包括瓷漿制備、制備陶瓷生片、燒結(jié)、清洗、在陶瓷介質(zhì)主體的上下表面分別附著電極層、切割,其中燒結(jié)時,陶瓷生片放置于下氧化鋯板,上氧化鋯板通過墊片支撐覆蓋于下氧化鋯板上方;電極層通過真空濺射形成;切割采用激光切割。由該制備方法制得的單層電容器,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,并具有超低的串聯(lián)等效電阻和串聯(lián)等效電感,在射頻微波下高Q值,應用頻率可達數(shù)GHz到數(shù)十GHz,故本發(fā)明產(chǎn)品可應用于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(yōu)先權日2010年10月22日
發(fā)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