MLCC工艺简介 - 图文(3)

2019-07-13 19:19

较高,且掩膜越厚,图案孔的深度越深,能容纳的浆料(穿过丝网留存)就多,浆料沉淀层就厚。但是,掩膜厚度对膜厚的增加是有限的,当掩膜厚度超过某一上限尺寸后,浆料沉积层的厚度不再受掩膜厚度的影响,膜厚也不再增加。掩膜厚度的上限尺寸与印刷条件、丝网参数以及浆料的流变性有关。 1.2.5 印刷次数

丝网在经过多次印刷使用后,其印刷质量会发生改变;主要是图案清晰度与厚度。印刷次数太多之后(极限情况是达到寿命),会出现膜层变厚,图案有肥大、真空、毛刺等现象。 1.3 印刷工序操作过程控制 1.3.1 外观控制

操作人员在印刷过程中要时刻注意印刷图形的外观质量情况,确保图形完整、清晰、平直,同时防止产生不良的外观缺陷而影响质量。外观不良的产生原因主要有:印刷条件不适、内浆粘度(比重、温度)异常、刮刀磨损安装不当、丝网清洗不干净有污染、加浆量异常、丝网质量差乳胶易脱落、异物混入。

若过程中出现针孔时一般检查网底部是否干洁、网孔是否堵塞、刮头压力是否过小,有则及时进行清洁及调整,同时检查刮胶是否磨损。若过程中出现毛刺时请检查刮胶是否磨损、刮胶是否松动、同时检查设置参数(刮头压力、刮头及铺浆板高度、网高)是否适合,是否是过程处理问题时擦洗丝网未干而造成。

1.3.2 厚度控制

印刷厚度过厚产品易分层、开裂;印刷厚度过薄,则使电极不连续、损耗高、寿命试验差。印刷厚度(重量)波动会影响容量波动、产品尺寸异常。一般来说,厚度达到精确控制之后,印重也是会符合要求的。因此印刷过程要控制好印刷厚度,确保印刷厚度一致,印刷重量稳定,防止出现印刷厚度(重量)偏厚(重)时造成产品易分层,印刷厚度(重量)偏薄(偏轻)时造成电极不连续DF偏高现象。

厚度产生异常的原因一般包括:印刷条件不适、室内温湿度异常、内浆粘度、比重异常、丝网张力变化大、刮胶磨损、刮胶安奘不平整、每次加浆量多与小偏差大。若在过程中发现印刷厚度偏厚(重)请检查是否刮胶磨损压力是否过小、刮头限位是否过低、网台上升下降速度是否过慢、网高是否过低。若在过程中发现印刷厚度偏薄(偏轻)时请检查压力是否过大、刮头限位是否过高、网台升降速度是否过快、网高是否过高。印刷过程若发现环境温湿度超标时要停止印刷,否则会导致印刷厚度及重量发生变化。

1.4 印刷的产能分析

自动化丝网印刷受印刷速度不能过高(即周期较长),过程监控方面较多等原因,是各工序中容易成为“瓶颈”的环节之一。因此,准确的产能分析对于合理安排生产计划,加快产品设计周期,提高流通率等方面都有重要意义。

目前我公司有丝网印刷机四台,为两班倒24小时工作制度。生产厂与技术部对印刷工序的产能进行了分析,现摘录其分析结果如下:

有效机印刷月机台产工作产量台品容量段工作天产量能时间规格 (KK/数种 (PF) 数(天) (KK/(pcs/h) (h/日) 量 月) 天) 101~563K 41.25 1237.6 0603 683~224K 16.82 504.7 X7R 950 101~822K 144.47 4334.2 0402 103~223K 79.02 0.0 200~181J 101.66 3049.8 0603 4 NME 850 92 30 1372.4 221~102J 45.75 0402 \\ 256.11 7683.2 0603 223~474Z 24.90 747.1 0402 223~474Z 50.69 1520.8 Y5V 750 高容量105Z 8.47 254.0 (0603) 2. 叠层工序 所有的电容器产品,如果想做到高容量,都要走并联以增大有效面积的思路。叠层工序的目的就是按照设定的有效面积值,把一定层数的印刷好的电极膜片按照合适的错位数叠置,再配以未印刷电极的起保护介质层防止漏电作用的保护盖,经过初步压制成为Bar块。 2.1 关于错位数

简单来说,错位数就是两个极片(两层介质)错开的距离数。因为MLCC采用独石结构,因此端电极只能采取在两端引出的方法,即介质层上的内电极通过交替错位的方式达到奇数层在左端引出、偶数层在右端引出的目的。图6所示为错位数的一个简单示意图,该电容单元的有效面积为中间全部相对部分的面积。错位数的数值很重要,在产品设计中是重要参数之一。

图6 错位数示意

2.2 不同丝网的错位数设置原理

不同规格的产品要求不同的有效面积。我公司目前正在使用的丝网主要包括:L型、S型、H型、T型等,现已成品电容的内部剖面电极图形为例说明错位数的设置原理。

L型丝网:

S型丝网:

H型丝网:

计算总容量时的有效面积为:S/n,其中n为每层的串联数。 T型丝网:

计算总容量时的有效面积为:S/n,其中n为每层的串联数。

上述各丝网在不同规格mlcc的生产中,错位数是不同的,可以根据先行巴的结果对设定的错位数进行略微的修正。修正的原则与产品的设计要求有关。 2.3 mlcc产品设计的理论思路

理论上,对于一个新的瓷粉或者新批号的瓷粉,是可以通过理论计算来达到满足最终产品性能要求的。其使用的主要公式为:

C=kεS/d,其中ε为瓷粉介电常数,S为有效电极面积,d为介质层厚度。

首先,要根据产品要求的工作电压定出相应的介质层厚度。因为介质层厚度越高耐压值越高,所以该步工作的目的是定出满足要求的最低介质层厚度。在不考虑串联分压的前提下,一般有:

V击穿=KV测量=3kV工作

其中,k为安全系数,不同的工作电压有不同要求的安全系数,一般为3~5。

设烧成后的陶瓷介质层厚度为d,流延膜片厚度为d0,该种陶瓷的烧结收缩率为x%,那么有:

V击穿=E击穿*d=E击穿*d0*(1-x%)

故流延膜片的理论厚度:d0=3kV工作/[E击穿*(1-x%)]

然后,在知道流延膜片厚度d0的情况下,通过C=kεS/d计算求得需要的总面积。 最后,根据不同规格使用的丝网类型以及要求的总面积设计介质层数以及错位数。

上述思路只是理论计算的过程,在实际操作中因为数据重复性以及工艺误差等原因很难得到确定的数值以进行参考;一般都采用“理论+过往设计”相对比的方法进行产品设计。 2.4 叠层工序参数解释 ⑴预压力

Max值为10000Kgf,Min值为1500Kgf;只是压强值,对薄带的压力与薄带的有效面积有关。 ⑵预压时间(叠压时间)

Max值为320Sec,Min值为0.01Sec;在叠压时,如果没有问题,低压短时间是最有效的。 ⑶承载板预热时间

Max值为320Sec,Min值为1Sec;承载板预热的作用:因为吸着板本身有一定的温度,预热可以增加下保护盖的温度,从而可以减小第一层介质与下保护盖的温差。所以,预热对减少第一层移位有一定的作用。

⑷主压台压力

Max值为400000Kgf,Min值为3000Kgf。 ⑸主压时间

Max值为320Sec,Min值为1Ssec。 ⑹主压开始压力(10000Kgf) ⑺主压上升时间

Max值为320Sec,Min值为1Ssec;采用这种主压方式,可以增加稳定性,主压效果也较好。 ⑻搬送台的吹风时间

在叠压过程中有一个吹风动作,把介质膜片往下吹。吹风量、吹风时间根据薄带特性来设定,一般在5-10Kpa、0.4-0.8Sec。 ⑼剥离速度

剥离台往左移动速度,100%额定速度为533mm/Sec。 ⑽搬送台向上动作延迟时间

作用:可以增强介质薄带的稳定性,减小静电对介质膜片的影响。 ⑾无印刷运转给送薄带量

给送薄带量的范围:140-190mm。一般情况下,给送薄带量根据薄带的剥离性、厚度来设定,一般为170mm。薄带的剥离性与陶瓷薄带跟PET膜的结合率有关。 ⑿无印刷运转剥离台移动量

剥离台移动量的范围:140-175mm。

⒀剥离开始时间(即吸着板下降后的吸附时间) 范围:0.01-9.99Sec。

⒁膜带张力:范围:2-10Kgf。 ⒂搬送台发热器 ⒃预压台发热器 ⒄主压台上部发热器 ⒅主压台下发热器 2.5 叠层机的工作原理

叠层机有四种工作状态:a、有印刷自动叠片 b、自动单位叠片 c、无印刷自动叠片 d、手动操作。叠层机采用PLC(可编程控制器)自动化控制,每个动作都由PLC自动控制。叠层机只能工作于一种状态,从一种状态切换到另一种状态,必须先停机,才可以进入。 (1)有印刷自动叠片运转

x轴方向最大错位量为9.999mm,y轴方向最大错位量为0.3mm。叠层机的计数方式:预压台上升一次就给PLC内部计数器送一个脉冲,计数器自动加一。

①x轴、y轴、θ轴的伺服马达的转动量由Mark点的大小尺寸、位置尺寸、计数器的状态、错位数决定。Mark点大小尺寸范围:1300±10um,对应尺寸不能超过20um。

②s大滚轴伺服马达的转动量由前后介质膜片两条停止线之间的距离决定(即印刷机膜带步进距离)。

③P轴(剥离台)伺服马达的转动量由有印刷运转剥离台的移动量决定。叠介质膜片时,x轴、y轴、θ轴的伺服马达的转动量都为不定值,因此,影响叠层精度较多。 (2)无印刷自动叠片运转

x轴伺服马达的转动量为定值,搬送装置从预压台到剥离台的距离为360000PLS;y轴的伺服马达的转动量为定值17000PLS;θ轴的伺服马达的转动量为定值9262PLS;s大滚轴伺服马达的转动量由无印刷运转给送薄带量决定;P轴(剥离台)伺服马达的转动量由无印刷运转剥离台的移动量决定。 2.6 叠层工序过程异常处理

叠层工序的主要异常情况是起泡与移位。轻微的起泡可以通过加大主压压力和增加主压时间的办法来尝试改善;移位的情形较多,一般来说包括七种:第一层移位、整巴移位、局部移位、无规律的短轴移位、一个角移位、以一定角度规则性偏移以及Y轴方向的移动。这里主要针对第一层移位与整巴移位为例进行原因分析并提出处理办法。 (1)第一层移位

第一层以为是指第一层介质膜片与其他层之间出现异常移位。产生的原因主要有可能为以下方面:

(a)剥离台与吸着板间隙设置不当:薄带厚度较薄时,如果间隙很大,会影响吸着板的吸附效果。薄带厚度较厚时,如果间隙小于陶瓷薄带加上PET膜的厚度,在剥离过程中,陶瓷薄带容易被压得变形、被拉伸,从而造成移位。

(b)裁切介质膜片的平刀伸出量设置不当:应该在操作开始前进行伸出量以及平行度的确认。 (c)平刀速度与搬送速度设置不当:可通过调节各自的节流气阀来达到控制速度平衡的目的。 (2)整巴移位

整巴移位是指叠层的介质膜片集体向某一角度方向偏移,情形与多层介质受到剪切应力时发生的现象一致。造成整巴移位的原因有可能是: (a)承载板本身不平,存在倾斜角度;

(b)贴在承载板上的胶片稳定性不够,贴附不牢;

(c)搬送装置与上方轨道的间隙设置不当,一般间隙值在40~60微米之间,四个角的间隙偏差要在10微米以内;

(d)预压过程中没有整平,未达到预压效果;

层压切割工序

层压工序是将印刷叠层后的巴块经过等静压制,使巴块中各叠层膜彼此紧密结合,提高致密度,保证巴块具有合适的强度与塑性以利于切割与烧结工序的进行。切割工序是按照既定的层叠设计,以一定的错位切割方式,将巴块分切成一个个电容器的坯体。 1. 层压工序

广义来说,施加一定压力,力图使巴块致密化、膜片结合紧密化的工艺操作,就称为层压。所以,在叠层工序中,印刷了电极的膜片按照一定的叠层方式被叠置后,经过预压制(主压力一般30000kgf)的过程也是层压。把层压工序单独列出来的“层压”是专指经过等静压制工艺而言的。层压工艺的结果直接影响切割的效果,切割一旦出现异常首先就要考虑在层压上做改善。 1.1 等静压技术的发展历史与基本概念

20世纪初期,为满足电灯丝生产的需要,难熔金属钨和钼的材料生产有了迅速的发展。当时采用传统的机械模压成型工艺,虽然也能将塑性差的钨粉和钼粉压制成小型的坯条,但是遇到了一些难以克服的问题,如裂纹、分层、性能分布不均和压坯强度过低等。马登(H.D. Madden)最早利用等静压技术解决了这些问题,并于1913年获得了用冷等静压方法成型钨、钼坯条的专利权,将等静压技术的应用带入了一个新的时代。美国宾夕法尼亚州的西屋灯泡公司在采用了这项技术后,因制作的钨钼坯条密度均匀,无分层,并具有足以经受后道工艺处理的强度,从而使成品率大大提高。

因此,等静压作为粉末冶金领域的一种重要技术,已有80多年的历史。等静压技术的出现为克服传统的粉末冶金方法存在的压力不均和由此引起的产品性能不均等问题开辟了新的途径。在现代工业生产中,等静压技术主要用于粉料的成型和固结。近几十年来,随着科学技术的进步,特别是热等静压技术的发展,等静压技术不再只是粉末冶金的专用技术,它的应用已经扩大到原子能工业、陶瓷工业、铸造工业、工具制造、塑料和石墨等生产部门。

在粉末冶金技术领域内,“等静压”(isostatic pressing,isostatic compaction)一词的实际意义是指在各个方向上对表面密闭的物料同时施加相等的压力的状态。根据帕斯卡原理,在一个封闭的容器内,作用在静态液体或气体上舱外力所产生的静压力,将均匀地在各个方向上传递,在其所作用的表面上所受到的压力与表面的面积成正比。其中,静态液体或气体均属于普通的流体。在等静压技术中,作为传递压力的介质,必须与待压工件的外轮廓有一个互不渗漏的分界面。只有在这个分界面存在的条件下,采用等静压技术才能达到成型与固结密实的目的。由此可见,流体介质各向同时均等传递压力是等静压技术的基础,而确立被压物抖与压力介质之间互不渗漏的分界面是等静压技术的关键。

将密封于塑性包套中的被压物料或已具备密闭外壳的固体工件置于充满流体压力介质的高压缸中,利用高压设备对缸中的压力介质施加一定的压力,通过压力介质将压力各向均等地传递到塑性包套或工件的界面上(界面上所受压力的大小与其面积成正比),使被压物料或工件在等静压力的作用下发生一定的体积变形,从而实现等静压制。如果被压制的物料为粉末状物质,当压力均等地作用于塑性包套的表面时,包套内的粉末将均匀地被压缩并致密化,而其外形小于和相似于塑性包套的型腔。图1为等静压制的基本概念示意图。


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