隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)、移動(dòng)終端、智能穿戴等通訊設(shè)備越來(lái)越小型化和多功能化，為了滿足需求，多層陶瓷電容器(MLCC)也在不斷向小型化、高容量的方向發(fā)展。

圖 MLCC容量計(jì)算公式，來(lái)源 techclass.rohm

從以上公式中可以看出，MLCC的容量正比于陶瓷介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)、內(nèi)電極層數(shù)、內(nèi)電極的疊加面積，反比于介質(zhì)陶瓷的厚度，因此，為了使MLCC大容量化，就需要使每層電介質(zhì)越來(lái)越薄，使介電常數(shù)提高，增加疊層數(shù)。在保證單層薄片大容量化的同時(shí)，提高薄片層數(shù)可以盡可能地提高M(jìn)LCC產(chǎn)品的容量。目前領(lǐng)先的MLCC廠商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)堆疊層數(shù)達(dá)1000層以上，這對(duì)于疊層工藝技術(shù)提出更高的要求。艾邦建有MLCC微信群，誠(chéng)邀MLCC生產(chǎn)企業(yè)、設(shè)備、材料企業(yè)參與。

1.疊層設(shè)備的工作原理

疊層設(shè)備主要完成圖案切割剝離、按工藝要求疊層電極圖案、電容體生料層壓等工序，其工作原理是:

設(shè)備將絲印好電極圖案的薄膜以設(shè)定的恒張力展開(kāi)，以規(guī)定尺寸切割好薄膜電極圖案，利用特定工作臺(tái)真空吸附、剝離薄膜，通過(guò)圖像定位系統(tǒng)掃描定位后搬送到預(yù)定的疊層工作臺(tái)，將薄膜疊壓在定位好的載板上，按產(chǎn)品生產(chǎn)工藝將圖案錯(cuò)位形成兩電極，并以預(yù)壓壓力疊夠所需層數(shù)形成電容體生料，然后由輸送機(jī)構(gòu)把載板連同電容體生料一起送到保護(hù)膜覆蓋工位加好保護(hù)膜，再送到壓實(shí)工位施加大的壓力，保壓一定時(shí)間以使電容體生料組織致密，最后送到收料框收料，完成整個(gè)工作循環(huán)。

圖 MLCC層壓工藝，來(lái)源TDK

疊層工藝對(duì)疊層機(jī)的可疊層數(shù)和疊層精度要求很高，目前高端的疊層機(jī)仍以進(jìn)口為主。

2.MLCC疊層工藝難度

隨著MLCC的小型化、高容化發(fā)展，其疊層的技術(shù)難度很大，主要有以下難點(diǎn)：

1) 在將膜片從PET載帶上剝離時(shí)，疊層設(shè)備對(duì)介質(zhì)膜片的剝離效果是實(shí)現(xiàn)內(nèi)電極精確對(duì)位的一個(gè)重要前提。剝離效果不好一般有兩種情況。一是膜片被撕裂，不能完整地被剝離。二是膜片雖然被完整剝離，但疊層設(shè)備的吸著板對(duì)膜片的吸附不牢，被吸著在吸著板上的膜片輕微起皺，疊層后內(nèi)電極的對(duì)位發(fā)生偏移，即疊層移位現(xiàn)象。較大規(guī)格MLCC使用的介質(zhì)膜片一般比較厚，強(qiáng)度較大，不容易被撕裂，而微型MLCC因受尺寸限制，介質(zhì)膜片較薄，強(qiáng)度較低，剝離時(shí)受力不均勻時(shí)很容易被撕裂。

圖 MLCC印刷、切分、疊層，來(lái)源Micro-tec

2) 介質(zhì)膜片為幾個(gè)μm時(shí)，印刷的內(nèi)電極的厚度與介質(zhì)膜片的厚度接近，介質(zhì)膜片上有內(nèi)電極的區(qū)域和沒(méi)有內(nèi)電極的區(qū)域之間的厚度差的影響不可忽視，“臺(tái)階效應(yīng)”變得顯著。由于微型MLCC的絲網(wǎng)的電極圖案區(qū)域較小，在電極圖案區(qū)域的外圍的空白區(qū)域較大，剝離介質(zhì)膜片時(shí)，空白區(qū)域在“臺(tái)階效應(yīng)”下處于微觀的懸空狀態(tài)，所以吸著板對(duì)膜片邊緣區(qū)域的吸力相對(duì)不足，容易發(fā)生剝離不良。

3) 由于微型MLCC的內(nèi)電極尺寸大幅縮小，而芯片的邊量(即芯片中沒(méi)有印刷內(nèi)電極的空白部分)的尺寸卻不適宜過(guò)多地減小，以保證足夠的切割工藝余量，于是芯片中單個(gè)內(nèi)電極的面積占比顯著減小。由此帶來(lái)的問(wèn)題是，將印刷有內(nèi)電極的介質(zhì)膜片進(jìn)行疊層時(shí)，相鄰膜片之間的接觸面較小，結(jié)合不夠牢固，容易產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，造成移位。

要解決以上問(wèn)題，需要提高疊層設(shè)備的性能，除此之外，還需要改善介質(zhì)膜片的強(qiáng)度、韌性等物理參數(shù)以及優(yōu)化絲網(wǎng)圖案設(shè)計(jì)。

3.疊層對(duì)MLCC容量的影響

疊層是將印刷好內(nèi)電極的陶瓷膜片，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按照一定的錯(cuò)位方式交錯(cuò)的疊壓在一起，形成一個(gè)巴塊。疊層的對(duì)位精度，將直接影響到上下電極的正對(duì)面積，進(jìn)而影響產(chǎn)品的容量。疊層對(duì)MLCC容量的影響主要是體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

對(duì)位精度：疊層設(shè)備對(duì)位精度差，產(chǎn)生移位會(huì)影響上下兩層電極間的正對(duì)面積，正對(duì)面積變小，相應(yīng)的容量變小。

設(shè)計(jì)層數(shù)：通常設(shè)備會(huì)按照設(shè)計(jì)層數(shù)進(jìn)行堆疊，但電腦或者傳感器出現(xiàn)異常，導(dǎo)致計(jì)數(shù)錯(cuò)誤，就會(huì)造成實(shí)際疊層層數(shù)和設(shè)計(jì)層數(shù)的有偏差，影響產(chǎn)品容量；

疊層巴厚：疊層時(shí)的溫度越高，壓力越大，巴塊的巴厚越薄，相應(yīng)的介質(zhì)膜片變薄，容量變大。但是壓力過(guò)大，會(huì)造成整體斜移，嚴(yán)重的介質(zhì)膜片開(kāi)裂，正對(duì)面積變小，容量變小。

介質(zhì)夾膜碎、折角、起皺：在疊層過(guò)程中普遍存在夾膜碎的情況，夾膜會(huì)造成相應(yīng)的介質(zhì)膜片變厚，同時(shí)引起一定程度上的移位，介質(zhì)膜片變厚，有效正對(duì)面積變小，相應(yīng)的容量變小。折角或起皺，會(huì)使相應(yīng)的正對(duì)面積變小，同時(shí)介質(zhì)厚度變大，造成容量變小。

資料來(lái)源：

1.制備工藝對(duì)多層陶瓷電容器容量的影響研究，林顯竣，等.

2.片式多層陶瓷電容器生產(chǎn)用疊層設(shè)備的研究和開(kāi)發(fā)，黃浩，等.

3.01005型MLCC關(guān)鍵制備工藝研究，卓金麗，等.

原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦陶瓷展）：MLCC高容量化關(guān)鍵技術(shù)——疊層工藝