MLCC制作过程中分层开裂原因分析

2018-06-12侯玉森

信息记录材料 2018年7期

侯玉森

（天津三星电机有限公司天津 300210）

1 引言

MLCC具有多项优势，在各类电子设备中均有使用。因此，一旦其存在质量缺陷，就会对其可靠性产生影响，不利于电子设备的正常使用。在MLCC的制作过程中，最常见的质量缺陷有分层开裂等等。所以，我们要着重分析产生分层开裂的原因，同时在制作过程中采取控制措施，避免MLCC出现质量缺陷，提高其可靠性，保证电子设备的正常运转。

2 MLCC制作过程中分层开裂的影响因素

2.1 内浆与瓷粉的匹配性

在MLCC制作中，最基本的生产原则就是采用与瓷粉匹配更好的内浆，这个条件是确保MLCC不分层开裂的重要因素。在本次试验中，选取NPO瓷粉以及三种不同的内浆进行匹配，其他制作条件全部一致，比如工艺、设备、环境等等，在此条件下进行样品的试制，具体结果见表1。

表1 不同内浆下的分层开裂情况

图1 未发现电极分层开裂

图2 分层开裂

从表1中我么发现，瓷粉相同的情况下，使用三种内浆匹配出现分层开裂的情况有很大的差异。这也就是说，内浆与瓷粉的匹配度对于MLCC制作过程中的分层开裂程度具有直接影响。

2.2 排胶效果

选取NPO材料、MLCC芯片，选择几种不同的工艺进行排胶，排胶后芯片的质量减少率，排胶时间、分层开裂情况见表2。

表2 不同排胶工艺下的分层开裂情况

图3 电极内部分层

图4 未发现电极内部分层

根据表2的数据以及烧结倒角后分层开裂情况我们可以看出，排胶后的质量减少率低，使用排胶效果差的芯片出现开裂分层的概率明显偏大；排胶后的质量减少率高，使用排胶效果好的芯片出现开裂分层的概率要小一些。

3 MLCC制作过程中分层开裂的控制措施

3.1 陶瓷电介质材料的选择

进行陶瓷电容器电介质选择的时候，比较常选的是铁电，反铁电和线性电介质。铁电材料，剩余极化存在较多，造成其存储能量利用率低，同时，铁电材料存在极化疲劳现象，导致铁电材料的可循环次数大大减少，寿命较低，击穿场强也较低。反铁电材料，由于存在铁电相变，造成充放电循环中引起器件震动，造成其使用寿命降低。线性电介质的极化方式主要为离子位移极化和电子云畸变极化，如果介质完整无缺陷，那么其没有极化疲劳的现象，并且介电损耗较低，击穿场强明显大于前两种介质。通过分析极化特性曲线，线性电介质材料的能量转换效率接近于1，与其他两种介质相比，能源损耗明显偏低。

3.2 提高晶粒的均匀性和陶瓷的致密度

在烧结过程中，烧结因素的选择，与气孔和晶粒的生长、运动都有极其紧密的关联，对材料最终性质的形成造成很大的影响。目前，在烧结试验中，把晶粒和气孔当作同一对象，晶粒和气孔之间存在相互作用，这种相互作用对材料的微观结构影响比较大，主要是影响陶瓷致密化的过程。

气孔，实际上就是由空气组成的，因而相对介电常数极低（m），气孔的出现使得晶体内部结构具有一定的不连续性，影响材料的介电性能，导致其击穿场强下降。

初始陶瓷粉末的粒径和晶粒的生长过程影响着晶粒的大小和均匀性，在烧结过程中由于各种因素的影响导致晶粒处于非正常长大状态，微观上讲，就是出现局部晶粒粗大，其他晶粒细小的现象，使得材料性能逐渐恶化，介质损耗也随之增加。

为了控制晶粒的生长，可以采取控制气孔与晶粒之间的相对运动速度的方法，适当提高气孔的运动速度，当其接近晶界运动速度的时候，就会对晶粒的生长具有控制作用。站在宏观角度来看，根据烧结曲线能够对两者的运动速度进行控制，比如常见的二步烧结法。除了这种办法，添加液相烧结助剂也可以控制两者的相对运动速度，达到控制晶粒生长的目的。

3.3 提高介电常数和击穿场强

关于介电常数，随着其它元素的增加，则会造成电介质微观极化机制的变化。如果晶格存在一定的缺陷，则采取一定的措施进行弥补，能够在一定程度上降低电介质损耗，提高绝缘性能。当晶格完好无缺陷的时候，为了达到提高绝缘特性的目的，也会采取人为制造缺陷偶极子的方式来，增加介质的空间电荷极化，以此达到提高介电常数的目的。

通过掺入无机玻璃可以有效提高击穿场强，在烧制阶段，玻璃是处于液相状态，可以一定程度上阻碍陶瓷晶粒的长大，同时能够改变晶粒的外形，并细化晶粒大小，此外，之前的孔隙被玻璃相填满，造成陶瓷致密度的提高，以此提高样品的击穿场强。