多层陶瓷电容器端电极银浆料匹配问题的研究
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E
电子 lec tron ic s
工艺技术 Process Techno
logy 第200390年卷第7月4期
多层陶瓷电容器端电极银浆料匹配问题的研究
庄立波 1 ,包生祥 1 , 汪蓉 2
(1. 电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室 ,四川 成都 610054; 2. 成都宏明电子科大新材料有限公司 ,四川 成都 610058)
试验仪器为日本电子 JSM - 6490LV 型扫描电 子显微镜 ( SEM )和美国 EDAX 公司生产的 GENE2 SIS - 2000 - XM S型 X 射线能谱仪 ( EDS) ,电容器 的容量和损耗使用 HP4278A 电桥测量仪 ,耐压使用 YD2672型测试仪 ,绝缘电阻采用 TH2681A 测试仪 , 产品耐焊接热性能采用锡炉 (焊锡槽 )试验 ,可靠性 实验采用 HALT实验设备 。 1. 2 银浆的的选择
关键词 : MLCC;微观结构 ;银端浆 中图分类号 : TM 53 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 3474 (2009) 04 - 0214 - 04
Research of S ilver Term ina tion Electrode Pa ste for MLCC
ZHUANG L i - bo1 , BAO Sheng - x iang1 , W ANG Rong2 ( 1. Un iversity of Electron ic Sc ience and Technology, Chengdu 610054; 2. Chengdu Hongm ing UESTC New M a ter ia l Co. L td. , Chengdu 610058, Ch ina )
(235 ±5) ℃ (3 ±1) s 合格
合格
合格
耐焊接热
覆盖率 ≥90%覆盖率 ≥90%覆盖率 ≥90%
(265 ±5) ℃ (5 ±1) s 合格
合格
合格
耐压测试 500 V 2只击穿
合格
合格
Leabharlann Baidu
抗弯曲试验 下弯高度 2 mm
△C /C = △C /C = △C /C = - 0. 027 7 - 0. 027 7 - 0. 046 6
本实验银浆为 :美国杜邦公司 DP银浆 ( 1# ) 、日 本某厂家生产的银浆 D I(2# )和美国 FERRO 公司生 产的 TM (3# )三种浆料 。分别对同一型号的 Y5V CC411 - 1111 规格的 MLCC 芯片进行封端 、烧端和 电镀等可行性匹配试验 ,并按照 GJB / T9342 - 1996 《电子设备用固定电容器第十部分分规范 》标准检 测电容器镀后性能 。实验流程 :烧成后倒角的样品 →银封端 →银烧端工艺 →MLCC芯片性能测试 。 2 实验结果分析 2. 1 银浆的物理性能与封端效果
Abstract:A im at the m atching p roblem of a kind of independent research and development of ceram2 ic materials for multilayer ceram ic capacitors devices, the m icrostructure and components are studied w ith SEM and EDS. The silver paste for term ination electrode of MLCC is composed of organic vehicle, glass frit, silver powder and others. The term ination electrodes are form ed after dipp ing, drying and term inal fir2 ing. Results of experim ents indicate that 2# silver paste for electrode of MLCC has high adhesion and low DF, and is well fit for MLCC.
用扫描电镜观测用三种银端浆所封 MLCC芯片 银端头烧结后的微观形貌 ,如图 1所示 。
图 1 三种银浆料烧结表面形貌图 烧端是将烘干后的银端头材料高温烧结致密 化 ,形成底层银电极 。然后进行电镀 ,形成 MLCC三 层电极结构的电镀 ,要使产品在提高耐焊接热和可 焊性的同时 ,保持各项电性能不受损害 ,又要让电镀 过程中镀液的化学成分不对介质本体产生不良影 响 。电镀过程中镀液的弱酸性及带电的恶劣环境会 给 MLCC带来严峻的考验 。电镀中酸性溶液渗透进 入陶瓷体中 ,腐蚀电容器电极或瓷体 ,从而损害元件 性能 。银底层对片式电容器电镀后的质量有很大的 影响 ,它必须把有效的电极区域密封 ,以防止电镀时 镀液中金属离子的渗透 。 1# DP银浆所封芯片端电极烧结效果如图 1 所 示 ,其电极表面有较多的孔洞 ,不平整 ,不致密 ;而基 底银电极不致密 ,孔洞多 ,在后续电镀过程中 ,镀液 中的离子容易进入银电极层中的孔洞 ,并镀覆到孔 洞的内壁 ,而孔洞在电镀后洞口又会被封死 ,致使一 些镀液在洞内无法排出 ,导致电镀后将电镀盐留在 孔洞内 ,甚至会穿透银电极层到瓷体内部和内电极 , 也会影响端电极与瓷体结合强度 。且这些封在孔洞 内的镀液 ,在放置较长时间后或处在温度较高时 ,就 会逐渐向外渗透 ,溢出到镀层表面 ,造成镀层表面的 污染 ,这些渗透出来的盐类和酸类化合物会破坏镀 层 ,使镀层腐蚀氧化 ,造成 MLCC元件性能下降 。所 以只有选择合适匹配的浆料才能形成质量优良和可 镀性好的底层电极 。 从银电极烧结后的芯片质量上看 2#和 3#两种 浆料比 1#好 ,银浆烧结后端电极表面较致密平整 , 推测 1#银浆与该瓷料匹配性一般 。 2. 3 镀后性能对比及分析 对三种端浆样品进行电镀 , pH 值 、温度和电流
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
216
电 子 工 艺 技 术 第 30卷第 4期
摘 要 :针对多层陶瓷电容器一种自主研发的瓷料的银电极匹配问题 ,运用扫描电子显微镜分 析了端电极烧结后的微观结构 ,并用能谱仪对其进行成分分析 ,结合实际的生产实践 ,找出与该瓷 料匹配的银浆料 。端电极用银浆由有机载体 、玻璃料和银粉等组成 。经封端 、烘干和烧端形成 ML2 CC的端电极 。实验结果表明 :用 2 #银浆作端电极的 MLCC具有附着力高 、损耗低等特点 ,完全能 满足该系列 MLCC生产线的使用要求 。
三种 MLCC用银导电浆料的物理性能和封端效 果对比见表 1。
表 1 三种银浆的性能对比
对比项目
DP ( 1# ) D I( 2# ) TM (3# )
实验芯片
CC411 - 1111
烧端温度
θ/ ℃
820
800
760
物理 性能
烘干温度 θ/ ℃
≤260 (10 s)
≤260 (10 s)
≤260 (10 s)
密度等电镀条件相同 ,工艺流程如图 2所示 。 对电镀后的电容器进行电性能测试 ,端电极的
考核包括外观 、可焊性 、端面结合强度 、附着力和耐 焊接热等技术指标 。测试结果 (每组各抽取 20 只 芯片 )见表 2,测试样品按照 GJB4027 - 2000军用标 准规定 :损耗 Tanδ应小于 2. 2 ×10 - 4 ,绝缘电阻 Rj 应大于 106 MΩ ,所测电容量 C (容量 C 为测 500 V 耐压后所测容量 ) 、绝缘电阻 Rj 和损耗 Tanδ为 25 ℃时的值 。
图 2 电镀工艺流程
表 2 镀后可靠性对比实验数据
对比项目
DP ( 1# )
D I( 2# ) TM63 ( 3# )
端头附着力 F /N 34. 20～22. 70 39. 92～51. 26 51. 26～60. 33 (最大 ～最小 ) 24. 90 合格 54. 43合格 40. 30合格
可焊性实验 覆盖率 ≥95%覆盖率 ≥95%覆盖率 ≥95%
w (固含 量 ) /%
76. 7
75. 2
73. 5
封端 效果
135 ℃全程 烘干效果及烘干效果及烘干效果及 15 m in 外观良好 外观良好 外观良好
由表 1可知 ,三种银浆物理性能参数有所差异 , 但所封端的 MLCC芯片烘干效果及外观皆良好 ,银
端头对芯片的附着力完全能够满足工艺过程中不可 避免之摩擦和碰撞需要 ,端头无流挂 、尖头和针孔等 外观缺陷 [ 7 ] 。说明了三种银浆的流平性和触变性 都能满足 MLCC封端生产工艺的使用要求 。 2. 2 烧端结果对比及分析
外进口 [ 2, 3 ] 。从精细陶 瓷粉 料到 制造 出新 型片 式 MLCC元件 ,工艺流程是复杂的 ,需要经过十几道工 序 ,目前已形成了规范化的工业生产 。 20 世纪 80 年代初 ,我国开始引进第一条 MLCC 生产线 ,经过 20多年的发展壮大 ,我国 MLCC产业取得了巨大进 步 ,但与 MLCC强国相比 ,还有一定的差距 ,主要体 现在 MLCC技术方面 。在 MLCC技术中 ,陶瓷介质 材料技术是最核心的技术之一 。因此 ,解决瓷料系 统 、浆料系统及其匹配等问题 ,实现国产化 ,已成为 我国 MLCC产业一项紧迫的任务 [ 4～6 ] 。某国营厂经
配性问题 ,对其银浆的烧结端面进行电子探针能谱 分析 ,通过分析得到如下数据 ,如图 3所示 。
表 3列出了 2#和 3#两种银浆料烧结后的表面 Ag、Si、O 和 A l等元素的含量 ,从表 3中可以看出 2# 的 Ag元素含量比 3#高 , 3#浆料中 Si、A l、Zn和 O 等 元素含量较高 ,这些元素为银浆料中的无机粘结剂 成分 。
2009年 7月 庄立波等 :多层陶瓷电容器端电极银浆料匹配问题的研究
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过自主研发 ,成功开发出一种低 ESR 的射频大功率 多层瓷介电容器瓷料 ,该瓷料的成功研制 ,大大降低 了材料成本支出 ,提升了该厂的市场竞争力 ,本文探 讨了与该国产瓷料匹配的银端浆料问题 。若银电极 浆料选择不当 ,会造成银层不致密 ,出现气泡和针孔 等问题 ,电镀后镀层耐焊接热 、可焊性和附着力下 降 ,老化通不过 ,元件电性能下降 。本论文通过对三 种浆料的对比实验 ,找出适合该瓷料的端电极银浆 料。 1 实验部分 1. 1 测试分析仪器
Key words:MLCC; M icrostructure; Silver term ination paste D ocum en t Code:A Article ID : 1001 - 3474 (2009) 04 - 0214 - 04
多层陶瓷电容器 (MLCC)以其体积小 、成本低 、 单位体积电容量大 、工作温度高 、结构紧凑 、内部电 感低 、绝缘电阻高及漏电流小 、介质损耗低和频率特 性好等多种优点在航空航天电子设备中得到广泛的 应用 。MLCC可适用于各种电路 ,如振荡电路 、定时 或延时电路 、耦合电路 、去耦电路 、滤波电路 、抑制高 频噪声电路和旁路等 ,尤其是高频电路 [ 1 ] 。目前已 成为世界上用量最大和发展最快的一种片式化元 件 ,正处于飞速发展的时期 。随着科技的发展 ,我国 的 MLCC需求量也急剧增长 ,但是约 70%需要从国
基金项目 :国防科工委共性基金资助项目 。 作者简介 :庄立波 (1983 - ) ,男 ,硕士 ,主要从事电子元器件与封装的研究工作 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
E
电子 lec tron ic s
工艺技术 Process Techno
logy 第200390年卷第7月4期
多层陶瓷电容器端电极银浆料匹配问题的研究
庄立波 1 ,包生祥 1 , 汪蓉 2
(1. 电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室 ,四川 成都 610054; 2. 成都宏明电子科大新材料有限公司 ,四川 成都 610058)
试验仪器为日本电子 JSM - 6490LV 型扫描电 子显微镜 ( SEM )和美国 EDAX 公司生产的 GENE2 SIS - 2000 - XM S型 X 射线能谱仪 ( EDS) ,电容器 的容量和损耗使用 HP4278A 电桥测量仪 ,耐压使用 YD2672型测试仪 ,绝缘电阻采用 TH2681A 测试仪 , 产品耐焊接热性能采用锡炉 (焊锡槽 )试验 ,可靠性 实验采用 HALT实验设备 。 1. 2 银浆的的选择
关键词 : MLCC;微观结构 ;银端浆 中图分类号 : TM 53 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 3474 (2009) 04 - 0214 - 04
Research of S ilver Term ina tion Electrode Pa ste for MLCC
ZHUANG L i - bo1 , BAO Sheng - x iang1 , W ANG Rong2 ( 1. Un iversity of Electron ic Sc ience and Technology, Chengdu 610054; 2. Chengdu Hongm ing UESTC New M a ter ia l Co. L td. , Chengdu 610058, Ch ina )
(235 ±5) ℃ (3 ±1) s 合格
合格
合格
耐焊接热
覆盖率 ≥90%覆盖率 ≥90%覆盖率 ≥90%
(265 ±5) ℃ (5 ±1) s 合格
合格
合格
耐压测试 500 V 2只击穿
合格
合格
Leabharlann Baidu
抗弯曲试验 下弯高度 2 mm
△C /C = △C /C = △C /C = - 0. 027 7 - 0. 027 7 - 0. 046 6
本实验银浆为 :美国杜邦公司 DP银浆 ( 1# ) 、日 本某厂家生产的银浆 D I(2# )和美国 FERRO 公司生 产的 TM (3# )三种浆料 。分别对同一型号的 Y5V CC411 - 1111 规格的 MLCC 芯片进行封端 、烧端和 电镀等可行性匹配试验 ,并按照 GJB / T9342 - 1996 《电子设备用固定电容器第十部分分规范 》标准检 测电容器镀后性能 。实验流程 :烧成后倒角的样品 →银封端 →银烧端工艺 →MLCC芯片性能测试 。 2 实验结果分析 2. 1 银浆的物理性能与封端效果
Abstract:A im at the m atching p roblem of a kind of independent research and development of ceram2 ic materials for multilayer ceram ic capacitors devices, the m icrostructure and components are studied w ith SEM and EDS. The silver paste for term ination electrode of MLCC is composed of organic vehicle, glass frit, silver powder and others. The term ination electrodes are form ed after dipp ing, drying and term inal fir2 ing. Results of experim ents indicate that 2# silver paste for electrode of MLCC has high adhesion and low DF, and is well fit for MLCC.
用扫描电镜观测用三种银端浆所封 MLCC芯片 银端头烧结后的微观形貌 ,如图 1所示 。
图 1 三种银浆料烧结表面形貌图 烧端是将烘干后的银端头材料高温烧结致密 化 ,形成底层银电极 。然后进行电镀 ,形成 MLCC三 层电极结构的电镀 ,要使产品在提高耐焊接热和可 焊性的同时 ,保持各项电性能不受损害 ,又要让电镀 过程中镀液的化学成分不对介质本体产生不良影 响 。电镀过程中镀液的弱酸性及带电的恶劣环境会 给 MLCC带来严峻的考验 。电镀中酸性溶液渗透进 入陶瓷体中 ,腐蚀电容器电极或瓷体 ,从而损害元件 性能 。银底层对片式电容器电镀后的质量有很大的 影响 ,它必须把有效的电极区域密封 ,以防止电镀时 镀液中金属离子的渗透 。 1# DP银浆所封芯片端电极烧结效果如图 1 所 示 ,其电极表面有较多的孔洞 ,不平整 ,不致密 ;而基 底银电极不致密 ,孔洞多 ,在后续电镀过程中 ,镀液 中的离子容易进入银电极层中的孔洞 ,并镀覆到孔 洞的内壁 ,而孔洞在电镀后洞口又会被封死 ,致使一 些镀液在洞内无法排出 ,导致电镀后将电镀盐留在 孔洞内 ,甚至会穿透银电极层到瓷体内部和内电极 , 也会影响端电极与瓷体结合强度 。且这些封在孔洞 内的镀液 ,在放置较长时间后或处在温度较高时 ,就 会逐渐向外渗透 ,溢出到镀层表面 ,造成镀层表面的 污染 ,这些渗透出来的盐类和酸类化合物会破坏镀 层 ,使镀层腐蚀氧化 ,造成 MLCC元件性能下降 。所 以只有选择合适匹配的浆料才能形成质量优良和可 镀性好的底层电极 。 从银电极烧结后的芯片质量上看 2#和 3#两种 浆料比 1#好 ,银浆烧结后端电极表面较致密平整 , 推测 1#银浆与该瓷料匹配性一般 。 2. 3 镀后性能对比及分析 对三种端浆样品进行电镀 , pH 值 、温度和电流
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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电 子 工 艺 技 术 第 30卷第 4期
摘 要 :针对多层陶瓷电容器一种自主研发的瓷料的银电极匹配问题 ,运用扫描电子显微镜分 析了端电极烧结后的微观结构 ,并用能谱仪对其进行成分分析 ,结合实际的生产实践 ,找出与该瓷 料匹配的银浆料 。端电极用银浆由有机载体 、玻璃料和银粉等组成 。经封端 、烘干和烧端形成 ML2 CC的端电极 。实验结果表明 :用 2 #银浆作端电极的 MLCC具有附着力高 、损耗低等特点 ,完全能 满足该系列 MLCC生产线的使用要求 。
三种 MLCC用银导电浆料的物理性能和封端效 果对比见表 1。
表 1 三种银浆的性能对比
对比项目
DP ( 1# ) D I( 2# ) TM (3# )
实验芯片
CC411 - 1111
烧端温度
θ/ ℃
820
800
760
物理 性能
烘干温度 θ/ ℃
≤260 (10 s)
≤260 (10 s)
≤260 (10 s)
密度等电镀条件相同 ,工艺流程如图 2所示 。 对电镀后的电容器进行电性能测试 ,端电极的
考核包括外观 、可焊性 、端面结合强度 、附着力和耐 焊接热等技术指标 。测试结果 (每组各抽取 20 只 芯片 )见表 2,测试样品按照 GJB4027 - 2000军用标 准规定 :损耗 Tanδ应小于 2. 2 ×10 - 4 ,绝缘电阻 Rj 应大于 106 MΩ ,所测电容量 C (容量 C 为测 500 V 耐压后所测容量 ) 、绝缘电阻 Rj 和损耗 Tanδ为 25 ℃时的值 。
图 2 电镀工艺流程
表 2 镀后可靠性对比实验数据
对比项目
DP ( 1# )
D I( 2# ) TM63 ( 3# )
端头附着力 F /N 34. 20～22. 70 39. 92～51. 26 51. 26～60. 33 (最大 ～最小 ) 24. 90 合格 54. 43合格 40. 30合格
可焊性实验 覆盖率 ≥95%覆盖率 ≥95%覆盖率 ≥95%
w (固含 量 ) /%
76. 7
75. 2
73. 5
封端 效果
135 ℃全程 烘干效果及烘干效果及烘干效果及 15 m in 外观良好 外观良好 外观良好
由表 1可知 ,三种银浆物理性能参数有所差异 , 但所封端的 MLCC芯片烘干效果及外观皆良好 ,银
端头对芯片的附着力完全能够满足工艺过程中不可 避免之摩擦和碰撞需要 ,端头无流挂 、尖头和针孔等 外观缺陷 [ 7 ] 。说明了三种银浆的流平性和触变性 都能满足 MLCC封端生产工艺的使用要求 。 2. 2 烧端结果对比及分析
外进口 [ 2, 3 ] 。从精细陶 瓷粉 料到 制造 出新 型片 式 MLCC元件 ,工艺流程是复杂的 ,需要经过十几道工 序 ,目前已形成了规范化的工业生产 。 20 世纪 80 年代初 ,我国开始引进第一条 MLCC 生产线 ,经过 20多年的发展壮大 ,我国 MLCC产业取得了巨大进 步 ,但与 MLCC强国相比 ,还有一定的差距 ,主要体 现在 MLCC技术方面 。在 MLCC技术中 ,陶瓷介质 材料技术是最核心的技术之一 。因此 ,解决瓷料系 统 、浆料系统及其匹配等问题 ,实现国产化 ,已成为 我国 MLCC产业一项紧迫的任务 [ 4～6 ] 。某国营厂经
配性问题 ,对其银浆的烧结端面进行电子探针能谱 分析 ,通过分析得到如下数据 ,如图 3所示 。
表 3列出了 2#和 3#两种银浆料烧结后的表面 Ag、Si、O 和 A l等元素的含量 ,从表 3中可以看出 2# 的 Ag元素含量比 3#高 , 3#浆料中 Si、A l、Zn和 O 等 元素含量较高 ,这些元素为银浆料中的无机粘结剂 成分 。
2009年 7月 庄立波等 :多层陶瓷电容器端电极银浆料匹配问题的研究
215
过自主研发 ,成功开发出一种低 ESR 的射频大功率 多层瓷介电容器瓷料 ,该瓷料的成功研制 ,大大降低 了材料成本支出 ,提升了该厂的市场竞争力 ,本文探 讨了与该国产瓷料匹配的银端浆料问题 。若银电极 浆料选择不当 ,会造成银层不致密 ,出现气泡和针孔 等问题 ,电镀后镀层耐焊接热 、可焊性和附着力下 降 ,老化通不过 ,元件电性能下降 。本论文通过对三 种浆料的对比实验 ,找出适合该瓷料的端电极银浆 料。 1 实验部分 1. 1 测试分析仪器
Key words:MLCC; M icrostructure; Silver term ination paste D ocum en t Code:A Article ID : 1001 - 3474 (2009) 04 - 0214 - 04
多层陶瓷电容器 (MLCC)以其体积小 、成本低 、 单位体积电容量大 、工作温度高 、结构紧凑 、内部电 感低 、绝缘电阻高及漏电流小 、介质损耗低和频率特 性好等多种优点在航空航天电子设备中得到广泛的 应用 。MLCC可适用于各种电路 ,如振荡电路 、定时 或延时电路 、耦合电路 、去耦电路 、滤波电路 、抑制高 频噪声电路和旁路等 ,尤其是高频电路 [ 1 ] 。目前已 成为世界上用量最大和发展最快的一种片式化元 件 ,正处于飞速发展的时期 。随着科技的发展 ,我国 的 MLCC需求量也急剧增长 ,但是约 70%需要从国
基金项目 :国防科工委共性基金资助项目 。 作者简介 :庄立波 (1983 - ) ,男 ,硕士 ,主要从事电子元器件与封装的研究工作 。
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