專利名稱：大功率、微波片式多層瓷介電容器的制備方法
技術領域：
本發明涉及電子設備用固定電容器的制備方法，尤其是一種大功率、微波片式多層瓷介電容器的制備方法。
背景技術：
新型片式電子元件是國家科技部“十 二五”新技術研究發展規化項目，大功率、微波片式多層瓷介電容器至今仍屬國內空白。大功率、微波片式多層瓷介電容器是用于微波頻段的電子整機中的重要電子元件之一，隨著現代通信技術、衛星廣播技術及軍用電子設備的進步而高速發展起來的新型電子元件，對現代武器裝備中的通訊、導航、雷達、電子對抗等電子設備的小型化、集成化和高可靠性的進步起著至關重要的作用。研發和生產高水平的大功率、微波片式多層瓷介電容器，要解決的關鍵的技術問題就是開發高性能的低溫燒成微波瓷料，其中包括瓷料的組成及其相關制備工藝技術等。同時，改進現有片式多層瓷介電容器制備方法，使內電極表面平滑也是研制大功率、微波片式多層瓷介電容器的關鍵技術。大功率電容器傳統上都使用有機薄膜、單層瓷片和云母電容器。大功率的片式多層瓷介電容器國外最近幾年才面市，預計市場用量約占片式多層瓷介電容器總量的0. 1%左右，市場容量十分可觀，應用前景非常廣闊。到目前為止，國內巨大的大功率、微波片式多層瓷介電容器市場幾乎被國外產品所壟斷，尤其是高檔多層瓷介電容器全部是國外進口或合資企業產品，國內幾乎沒有自主知識產權的相關產品。國內現有片式多層瓷介電容器是采用流延法把瓷漿料制備成厚度為20 40i!m的瓷膜，先將3 8張薄瓷膜熱壓成一張厚膜做為電容器一面瓷附片，然后將附片熱壓在承料鋁制基座上，將基座放入印刷機定位槽中，采用按設計要求圖形的絲網，將鈀銀內電極漿料印刷在瓷介質附片上，經過隧道式烘箱烘干電極漿料后，形成若干個電容器的一個內電極層圖形，在帶有內電極的瓷附片上疊蓋一層瓷膜，熱壓后，再次將基座放入印刷機定位槽中，加上按設計要求的錯位條后再次印鈀銀內電極漿料，經過隧道式烘箱烘干后，移位后的內電極漿料形成電容器的另一個內電極層圖形，反復上述過程一直達到要求的瓷介質層數，最后熱壓電容器的另一面瓷介附片，從承料鋁基座上取下印、疊塊，經高溫、高壓的熱壓后，按設計切割成若干單個電容器，經排粘、燒結、磨端頭、端頭備鈀銀電極、燒銀、電鍍鎳-錫等工序后，完成了片式多層瓷介電容器的制造。其特點是生產效率高，電容器體積小，屬表面組裝元件，可大大降低整機體積。I類片式多層瓷介電容器介質損耗小，絕緣電阻高，適用于高頻電子電路中；2類片式多層瓷介電容器電容量大，絕緣電阻高，適用于低頻電子電路中。現有片式多層瓷介電容器的瓷膜經多次印內電極、疊蓋瓷膜完成后，必須經過高溫、高壓把多層瓷膜和內電極壓制成一塊沒有分層的生胚膜塊，這就造成瓷膜和鈀銀電極有一相互混合層，燒結后此混合層造成內電極和瓷介質之間有一電子電流不良導體層，即電極損耗層，同時造成內電極表面不平滑(如附圖2所示)。雖然電極損耗對電容器的位移電流損耗影響不大，但在高壓、脈充和高頻下，電極損耗將造成電容器的有功功率損耗和高頻插損變大(測量電容器的高頻插損可反映出來，相同測量條件下，1265MHz時，現行工藝的插損為-2. 12dB,本發明工藝為-0. 3dB)，瞬間大電流和高頻趨膚電流造成的電極功率損耗將使現有片式多層瓷介電容器在高壓、脈沖大電流和微波大功率電路中被電流擊穿燒毀。因此，現有流延法工藝制備的片式多層瓷介電容器不能作為大功率電容器用于高壓脈沖電路，以及用現有工藝和一般瓷料制成的片式多層瓷介電容器也不能作為微波功率電容器用于微波功率電路。

發明內容
本發明的目的是解決現有流延法制備的片式多層瓷介電容器不能作為大功率電容器用于高壓脈沖電路和用一般瓷料制備的片式多層瓷介電容器不能做為微波功率電容器用于微波電路。其原因是現有片式多層瓷介電容器在高壓脈沖大電流、微波大功率電路中要被燒毀。提供一種瓷介質膜和內電極沒有混合層(如附圖I所示)，高壓脈沖和高頻下 電容器內電極損耗小、插損小的大功率、微波片式多層瓷介電容器的制備方法。本發明在探索多層瓷介電容器的介電、導電等理論的基礎上，通過消除現有多層瓷介電容器多層結構中內電極和介質的混合層缺陷，解決了此缺陷造成的電極電流損耗和高頻插損變大致使電容器燒毀的問題；同時研發出燒結溫度低于980°C的低燒瓷料，使多層瓷介電容器的內電極導電率更高，電極電流損耗更小。本發明主要研究內容包括I類、2類低燒瓷料配方；用于印刷的瓷介質、電極漿料的配方；瓷介質的無痕印刷技術；相關MLCC關鍵技術；瓷介質與電極共燒匹配技術等。本發明的片式多層瓷介電容器的所有瓷介質層和內電極均采用厚膜印刷技術制備，介質層印刷采用獨創的無痕印刷法。本發明沒有現MLCC技術中瓷介質流延、生胚熱壓兩道工序，依靠漿料的粘結性把多次印刷的膜層粘結在一起，使電容器多層結構中沒有內電極和介質的混合層缺陷。后工序與國內、外先進的MLCC制備技術相同。本發明關鍵的印刷工藝用的各類工裝、夾具自行研制。所有瓷料、電極漿料均自行研發，所有原材料國產化。其產品性能達到國外同類大功率、微波片式多層瓷介電容器水平。產品滿足GB/T2693 - 2001 (idt IEC 60384 — 1:1999)標準。本發明的目的通過下述技術方案來實現
大功率、微波片式多層瓷介電容器的制備方法包括
a、將承料鋁板放在漿料印刷機的基座上，通過無痕制膜法在承料鋁板上印刷一層瓷介質漿料膜，然后將承料鋁板取下，經過隧道式烘箱烘干后，形成一層瓷介質薄膜；
b、重復步驟a3 8次后形成電容器的一面附片，在介質漿料的印刷機上，每印一次介質漿料后，印刷機的基座都要按設計要求下降10 y m 150 y m范圍內的某一固定值，重復a過程的次數要根據電容器附片要求的厚度確定，允許瓷介質漿料膜的厚度厚些，次數可相應的少些；
C、通過電極印刷機，采用絲網印刷法在步驟b中所得到的附片上印刷電極漿料圖形，經過隧道式烘箱烘干后形成若干個電容器的一個內電極膜層；步驟c中，內電極圖形是在另一臺印刷機上進行，在附片上可用絲網印制內電極漿料圖形，內電極圖形也可采用5 7 U m的紫銅箔通過光刻制版工藝制版，形成無痕內電極膜圖形。
d、調整漿料印刷機基座下降高度，重復步驟a在已印有內電極膜層的瓷介質薄膜上再印刷一層介質漿料膜；步驟a中在已帶有內電極層上的瓷介質薄膜上形成的一層瓷介質瓷膜的厚度要根據設計電容器介質的耐壓厚度而定，高壓產品需要形成2 3層膜后才印內電極漿料；
e、在印刷工裝的電容器內電極引出方向放上錯位條，重復步驟c述印刷電容器的另一個內電極膜層；
f、調整漿料印刷機基座下降高度，再次重復一次步驟a后，移去錯位條，然后重復步驟 c ；
g、重復步驟d-f ，使達到電容量要求的介質層數；
h、再次重復步驟a3 8次后形成電容器的另一面附片，然后進行烘干，烘干后將全部印刷好的整片從承料鋁板取下；
i、將印刷好的整片切割成若干單個電容器生胚；按排除生胚中粘合劑溫度和時間要求設置排粘爐的排粘曲線，把放有電容器生胚的承燒瓷板放入排粘爐排
粘；按介質漿料的成瓷溫度要求設置好隧道式燒結爐的燒結曲線，把放有電容器生胚的承燒瓷板放入隧道爐內燒結，再把燒結后的電容器芯片倒入裝有金鋼沙和水的陶瓷罐內滾磨端頭；待滾磨好端頭的電容器芯片烘干后，用專用片式電容器備端電極工裝把電容器芯片有內電極的兩個端頭備上電極漿料后烘干，按端電極要求的溫度燒結；最后把電容器的端電極電鍍鎳、錫層后。整個多層陶瓷電容器制造過程完成。無痕印刷法包括以下步驟在印刷介質漿料時，聚酯薄膜粘貼在介質漿料印刷機上下活動的框架上，按設計要求在聚酯薄膜的中央部位刻出一個的無聚酯薄膜的空心方框，然后將介質漿料均勻涂抹在聚酯薄膜上，用下部平直的不銹鋼板做成的刮刀把漿料刮過無聚酯薄膜的方框，形成一層無絲網痕跡的瓷介質漿料膜，該漿料層經過烘焙后就成為一層平滑的瓷介質薄膜；印內電極膜層時，銅箔粘貼在電極印刷機上下活動的框架上，按設計要求刻出若干個無銅箔的空心方框，電極漿料均勻涂抹在銅箔上，用下部平直的聚碳酸酯塑料做成的刮刀把漿料刮過無銅箔的方框，形成一層無絲網痕跡的電極漿料層，該漿料層經過烘箱烘干后就成為一層平滑的內電極膜層。介質漿料層的厚度是通過千分尺調節印刷機基座高度確定的，基準的高度為承料鋁板放入印刷機基座后，調節介質印刷機基座使承料鋁板表面與刮刀的刮面平行，調節千分尺使印刷機基座下調的厚度，瓷介質薄膜的厚度范圍為10iim 150iim。步驟a中所述的隧道式烘箱中的介質漿料的烘干溫度為100 130°C、時間5 10分鐘；步驟c中隧道式烘箱中電極烘焙溫度為80 100°C、時間5 10分鐘。介質漿料或電極漿料均為通過三輥軋機研磨兩次后，再在攪拌機上攪拌15分鐘處理。步驟e中，錯位條為金屬條，厚度為錯位尺寸，錯位尺寸為產品長度或留邊量加切割量的尺寸。聚酯薄膜的厚度為30 ii m 75 ii m ;銅箔的厚度為5
U m 7 u m。本發明用瓷介質漿料通過無痕印刷法形成一層瓷介質漿料膜，然后經過隧道式烘箱烘干后形成瓷膜，在瓷膜上印制內電極漿料圖形，經過隧道式烘箱烘干后形成內電極膜層，再用瓷介質漿料通過無痕印刷法在帶有內電極的瓷膜上形成一層瓷介質漿料膜，然后經過隧道烘箱烘干后形成瓷膜，利用漿料的粘結性把多次印刷的瓷膜層和電極層粘結成為一個整體，省去了現有多層瓷介電容器制造工序中的流延制瓷膜工序和高溫、高壓熱壓工序，消除了經過高溫、高壓熱壓時所造成瓷膜和鈀銀電極之間的相互混合層。燒結后，電容器剖視的介質層和內電極層經緯分明，內電極平滑(如附圖I所示)，解決了現有片式多層瓷介電容器在高壓、大電流、微波電路中要燒毀的難題。使片式多層瓷介電容器能作為大功率電容器用于高壓脈沖電路和用一般瓷料做成的片式多層瓷介電容器也能作為微波功率電容器用于微波電路。較大的增加了現有高壓、大功率瓷介電容器的電容量值。本發明的有益效果是
本發明制備的片式多層瓷介電容器具有較小的電極損耗，其功率損耗和高頻插損較現有片式多層瓷介電容器小得多，特別適合用于工作電壓高于3000V的 脈沖電子電路和工作頻率上千兆的微波功率電路中。本發明產品可替代國外先進的大功率和微波片式多層瓷介電容器，還可制造特殊要求電容器。如工作溫度達200°C的高溫電容器；耐壓達I萬伏的小型高壓脈沖電容器。本發明產品生產效率與現有MLCC —樣高。本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。


本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中
附圖I中是本專利多層瓷介電容器的結構示意圖1是電容器表面，2是介質層，3是內電極層，4是銀電極層，5是鎳層，6是錫層。附圖2中是現有多層瓷介電容器的結構示意圖1是電容器表面，2是介質層，3是內電極層，4是介質和內電極混合層，5是銀電極層，6是鎳層，7是錫層。
具體實施例方式下面結合具體實施例和附圖對發明作進一步的說明。本發明并不局限于具體實施方式
。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。實施例I
如圖I所示，由多層瓷介質層、內電極層和三層端電極組成。瓷介質兩面的鈀銀漿電極層為同一圖形錯位印制，因此在其兩端部只有一面具有鈀銀層，各鈀銀內電極層分別與端部的端電極接觸電連接(本說明書中的電連接是指兩個部件之間具有電氣上的連接，可以是接觸連接，可以是通過導線連接，還可以是通過其它部件進行導電連接)。從圖I可以看出，層疊后的片式多層瓷介電容器具有六個表面，其中兩端的表面露出鈀銀層處備有銀電極層4，銀電極層4上再電鍍有鎳層5和錫層6，銀電極層4、鎳層5和錫層6構成端電極。
實施例2
制備工作電壓500V，電容量150pF的微波多層瓷介電容器
a.把承料鋁板上放在介質漿料印刷機的基座上，通過無痕印刷法(空心無聚酯薄膜的尺寸為85 X 85mm)在承料鋁板上印刷一層大小為85 X 85mm，厚度為100 u m的鈮鉍鋅瓷介質漿料膜，將承料鋁板取下，經過隧道式烘箱120°C，時間7分鐘烘干；b.降低放承料鋁板的機基座IOOy m，反復上述過程3次后在承料鋁板上形成了電容器的一個附片；c.將承料鋁板放入另一臺印電極的印刷機基座上，在附片表面印刷產品外形尺寸2.8X2. 8mm，共506只電容器的電極漿料圖形，將承料鋁板取下，經過隧道式烘箱80°C，時間7分鐘烘干后形成若干電容器的一個電極膜層；d.降低漿料印刷機機基座IOOy m，用a述方法在有電極層的瓷介質上形成一層100 介質漿料膜，烘干后；e.在電極印刷機工裝的電容器內電極引出方向放上尺寸為3. 36mm的錯位條，用c述方法印制電容器的另一個電極膜層；f.再次降低漿料印刷機機基座100 u m,重復一次d過程后，移去錯位條，重復c過程；g.反復c_f過程8次后停止印電極；h.反復b過程3次后形成電容器另一個附片后，把印好的瓷片從承料鋁 板上取下。經過與傳統的MLCC制備方法一樣的排粘、切割、燒結、滾磨端頭、備端電極、電鍍鎳-錫等后面的工序后，就獲得506只工作電壓500V，電容量150pF，外形2. 8 X 2. 8 X I. 8_的微波片式多層瓷介電容器。實施例3
制備工作電壓1500V，電容量0. 15 ii F的大功率多層瓷介電容器a.把承料鋁板上放在介質漿料印刷機的基座上，通過無痕印刷法(空心無聚酯薄膜的尺寸為80 X 80mm)在承料鋁板上印刷一層大小為80 X 80mm，厚度為100 u m的鈦酸鋇瓷介質漿料膜，將承料鋁板取下，經過隧道式烘箱130°C，時間8分鐘烘干；b.降低放承料鋁板的機基座IOOy m，反復上述過程3次后在承料鋁板上形成了電容器的一個附片；c.將承料鋁板放入另一臺印電極的印刷機基座上，在附片表面印刷24只電容器的電極漿料圖形，將承料鋁板取下，經過隧道式烘箱80°C，時間8分鐘烘干后形成若干電容器的一個電極膜層；d.降低衆料印刷機機基座75 ii m,用a述方法在有電極層的瓷介質上形成一層75 y m介質衆料膜，烘干后，再印一層75 介質漿料膜；e.在電極印刷機工裝的電容器內電極引出方向放上尺寸為3. 8mm的錯位條，用c述方法印制電容器的另一個電極膜層；f.再次降低漿料印刷機機基座75 u m，重復一次d過程后，移去錯位條，重復c過程；g.反復c_f過程22次后停止印電極；h.反復b過程3次后形成電容器另一個附片后，把印好的瓷片從承料鋁板上取下。經過與傳統的MLCC制備方法一樣的排粘、切割、燒結、滾磨端頭、備端電極、電鍍鎳-錫等后面的工序后，就獲得24只工作電壓1500V，電容量0. 15 u F，外形13. 5 X 10 X 6mm的大功率片式多層瓷介電容器。實施例4
以本發明的方法制備的用2類瓷電容器的性能如下表。根據本發明制造的本公司型號為CTG型大功率片式瓷介電容器外形尺寸、
電容量、電壓見表I:
表I
權利要求
1.大功率、微波片式多層瓷介電容器的制備方法，其特征在于， a、將承料鋁板放在漿料印刷機的基座上，通過無痕制膜法在承料鋁板上印刷ー層瓷介質漿料膜，然后將承料鋁板取下，經過隧道式烘箱烘干后，形成ー層瓷介質薄膜； b、重復步驟a3 8次后形成電容器的一面附片； C、通過電極印刷機，采用絲網印刷法在步驟b中所得到的附片上印刷電極漿料圖形，經過隧道式烘箱烘干后形成若干個電容器的一個內電極膜層； d、調整漿料印刷機基座下降高度，重復步驟a在已印有內電極膜層的瓷介質薄膜上再印刷一層介質衆料膜； e、在印刷エ裝的電容器內電極引出方向放上錯位條，重復步驟c印刷電容器的另ー個內電極膜層； f、調整漿料印刷機基座下降高度，再次重復一次步驟a后，移去錯位條，然后重復步驟c ； g、重復步驟d-f，使達到電容量要求的介質層數； h、再次重復步驟a3 8次后形成電容器的另一面附片，然后進行烘干，烘干后將全部印刷好的整片從承料鋁板取下； i、將印刷好的整片切割成若干單個電容器生胚；按排除生胚中粘合劑的溫度和時間要求設置排粘爐的排粘曲線，把放有電容器生胚的承燒瓷板放入排粘爐排粘；按介質漿料的成瓷溫度要求設置好隧道式燒結爐的燒結曲線，把放有電容器生胚的承燒瓷板放入隧道爐內燒結；再把燒結后的電容器芯片倒入裝有金鋼沙和水的陶瓷罐內滾磨端頭；待滾磨好端頭的電容器芯片烘干后，用專用片式電容器備端電極エ裝把電容器芯片有內電極的兩個端頭備上電極漿料后烘干，按端電極要求的溫度燒結；最后把電容器的端電極電鍍鎳、錫層后 整個片式多層瓷介電容器制造過程完成。
2.根據權利要求I所述的大功率、微波片式多層瓷介電容器的制備方法，其特征在于所述的無痕印刷法包括以下步驟在印刷瓷介質漿料時，聚酯薄膜粘貼在瓷介質漿料印刷機上下活動的框架上，按設計要求在聚酯薄膜的中央部位刻出ー個的無聚酯薄膜的空心方框，然后將瓷介質漿料均勻涂抹在聚酯薄膜上，用下部平直的不銹鋼板做成的刮刀把漿料刮過無聚酯薄膜的方框，形成一層無絲網痕跡的瓷介質漿料膜，該漿料層經過烘焙后就成為ー層平滑的瓷介質薄膜；印內電極膜層時，銅箔粘貼在電極印刷機上下活動的框架上，按設計要求光刻出若干個無銅箔的空心方框，電極漿料均勻涂抹在銅箔上，用下部平直的聚碳酸酯塑料做成的刮刀把漿料刮過無銅箔的方框，形成一層無絲網痕跡的電極漿料層，該漿料層經過烘箱烘干后就成為ー層平滑的內電極膜層。
3.根據權利要求2所述的大功率、微波片式多層瓷介電容器的制備方法，其特征在于聚酯薄膜的厚度為30 μ m 75 μ m ;銅箔的厚度為5 μ m 7 μ m。
4.根據權利要求I所述的大功率、微波片式多層瓷介電容器的制備方法，其特征在于瓷介質漿料層的厚度是通過千分尺調節印刷機基座高度確定的，基準的高度為承料鋁板放入印刷機基座后，調節介質印刷機基座使承料鋁板表面與刮刀的刮面平行，調節千分尺使印刷機基座下調的尺寸為印刷漿料的厚度，瓷介質薄膜的厚度范圍為IOym 150μπι，內電極的厚度范圍為5 μ m 7 μ m。
5.根據權利要求I所述的大功率、微波片式多層瓷介電容器的制備方法，其特征在于步驟a中所述的隧道式烘箱中的介質漿料的烘干溫度為100 160°C、時間5 10分鐘；步驟c中隧道式烘箱中電極烘焙溫度為80 130°C、時間5 10分鐘。
6.根據權利要求2所述的大功率、微波片式多層瓷介電容器的制備方法，其特征在于所述的瓷介質漿料或電極漿料均為通過三輥軋機研磨兩次后，再在攪拌機上攪拌15分鐘使衆料混合均勻。
7.根據權利要求I所述的大功率、微波片式多層瓷介電容器的制備方法，其特征在于所述步驟e中，錯位條為金屬條，厚度為錯位尺寸，錯位尺寸為產品長度或耐壓留邊量加切割量的尺寸。
全文摘要
本發明為大功率、微波片式多層瓷介電容器的制備方法，本方法包括用無痕印刷法多次印刷形成電容器的一面附片；在附片上印刷設計好的內電極漿料圖形，烘干后形成若干個電容器的一個內電極膜層；用無痕印刷法在有內電極層的瓷介質層上再印刷一層瓷介質漿料膜后烘干；在電容器內電極引出方向放上設計好的錯位條，用上述過程印刷電容器的另一個內電極膜層后烘干；重復上述過程形成電容器另一面附片，排粘、切割、燒結、滾磨端頭、備端電極、端電極電鍍鎳、錫等。目的是解決現有片式多層瓷介電容器存在的內電極損耗造成的功率損耗和高頻插損較大，在高壓脈沖和微波大功率電路中易被電流擊穿燒毀的難題。
文檔編號H01G4/12GK102683023SQ201210163238
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者蔣楠, 蔣永昭, 薛愛倫 申請人:成都實時技術實業有限公司