摘要：隨著5G、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷地發(fā)展，新一輪的科技浪潮已經(jīng)來臨，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備將迎來巨大的新增需求，但同時(shí)也對(duì)電子元件的耐高溫性、抗震性、柔韌性等性能提出了更高的要求。MLCC是下游電子元件中應(yīng)用最為廣泛的被動(dòng)元件之一，柔性端電極MLCC的研發(fā)及應(yīng)用擁有著巨大的商用價(jià)值。

我國(guó)MLCC行業(yè)目前處在寡頭壟斷階段，廣東風(fēng)華高新科技股份有限公司作為國(guó)內(nèi)MLCC行業(yè)的龍頭制造商之一，為了獲得高抗彎曲性、高抗拉性、高可靠性的多層片式陶瓷電容器MLCC，在2018年的時(shí)候采用銀、環(huán)氧樹脂、聚乙烯醇縮丁醛樹脂以及無水乙醇等原材料制備出柔性端電極漿料，并結(jié)合特定的固化工藝和表面處理技術(shù)制作出了柔性端電極MLCC，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的技術(shù)空白。

傳統(tǒng)的貼片式MLCC可靠性差

如圖1所示，多層片式陶瓷電容器的兩端電極通過錫焊技術(shù)焊接在印刷線路板PCB上，從而形成一個(gè)整體。當(dāng)PCB板所處工作環(huán)境比較惡劣時(shí)，容易發(fā)生變形，比如應(yīng)用在汽車、工業(yè)設(shè)備上時(shí)，PCB板容易因外部環(huán)境的改變而發(fā)生彎曲和震蕩，或者在極高、極冷的環(huán)境下產(chǎn)生比較大的熱脹冷縮，這樣的話應(yīng)力就會(huì)從PCB板傳導(dǎo)到貼片式陶瓷電容器的兩端，從而造成MLCC中絕緣介質(zhì)陶瓷片的斷裂，引發(fā)整個(gè)電路的癱瘓，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)熔毀。

圖1 多層片式陶瓷電容器固定于PCB板

（資料來源：公開資料整理）

以往的貼片式陶瓷電容器，無論是中間的絕緣介質(zhì)陶瓷片還是貼片兩端均不具有柔韌性，抗震性與抗拉性較差，不能適應(yīng)復(fù)雜多變的工作環(huán)境，所以在2018年的時(shí)候風(fēng)華研發(fā)出了一種柔性端電極MLCC，經(jīng)過改良后的柔性端貼片電容器的下彎強(qiáng)度由原來的＞1mm以上提升到＞3mm以上；可承受3000次以上的冷熱沖擊試驗(yàn)，柔性端電極的出現(xiàn)大幅度提升了電容器自身的抗彎曲能力。

新型柔性端電極MLCC誕生

2018年，風(fēng)華研制出了柔性端電極MLCC，改變了傳統(tǒng)貼片式MLCC兩端電極的無彈性，使得MLCC兩端電極變的具有柔韌性，這樣就相當(dāng)于在多層片式陶瓷電容器兩端安裝上了“彈簧”，電容器整體的抗震性和抗拉性大大提高。

柔性端電極MLCC的制作工藝難點(diǎn)在于尋找到一種既能夠?qū)щ姡志哂腥犴g性的材料作為多層片式陶瓷電容器的柔性電極，并且能夠很好的涂覆在已封端的銅層上。而導(dǎo)電環(huán)氧樹脂具有導(dǎo)電性以及柔韌性，完全滿足上述條件。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)電環(huán)氧樹脂漿料即固化后樹脂層的最優(yōu)組分確定如下：50%~70%的銀（質(zhì)量占比，下同）、10%~30%的環(huán)氧樹脂、10%~20%的聚乙烯醇縮丁醛樹脂以及5%~10%的無水乙醇。

圖2 柔性端電極MLCC整體構(gòu)造

（資料來源：公開資料整理）

制作工藝難點(diǎn)：柔性端的固化和表面處理

柔性端電極MLCC整體制作工藝流程如下：

封端銅/銀端漿→燒端銅/銀端漿→封端涂覆柔性電極漿料→固化柔性端電極漿料→對(duì)樹脂層表面處理→鍍鎳→鍍錫→測(cè)試。

綜觀整個(gè)柔性端電極MLCC的制作流程，技術(shù)難點(diǎn)主要集中在兩個(gè)方面：首先是柔性端的固化，將已經(jīng)確定適合成分的導(dǎo)電環(huán)氧樹脂漿料完整固化在封端銅層上面；其次是固化后樹脂層的表面處理，防止鍍鎳層、錫層時(shí)電解液滲透樹脂層，造成電容器的損壞。

表1 不同固化溫度以及時(shí)間柔性MLCC的電性能測(cè)試結(jié)果

                （資料來源：廣東風(fēng)華高新科技股份有限公司）

由于已封端的銅層極易被氧化，導(dǎo)電性會(huì)變差，所以在涂抹導(dǎo)電環(huán)氧樹脂漿料的時(shí)候需要完全包裹住封端銅層，之后通過烘干技術(shù)將電極漿料牢牢固化在封端銅層上面。在電極漿料固化過程中，溫度過低會(huì)導(dǎo)致固化后形成的柔性樹脂層疏松，甚至還有電解液的存在，這樣會(huì)嚴(yán)重影響電容器的電性能。所以為了尋找電極漿液固化的適合溫度，在不同烘烤溫度以及時(shí)間下對(duì)制作出的柔性電極進(jìn)行電性能測(cè)試。

結(jié)果如表1所示，固化溫度在250度以下時(shí)，不論固化時(shí)間多少，固化后形成的柔性樹脂層的電性能測(cè)試均未出現(xiàn)100%合格的現(xiàn)象；固化溫度在250度時(shí)，烘烤時(shí)間≥30分鐘才會(huì)100%合格；固化溫度在250度以上時(shí)，均未出現(xiàn)異常現(xiàn)象。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果也能看出，固化溫度越高，固化時(shí)間越長(zhǎng)，固化后形成柔性樹脂層的合格率越高。

表2 各樣品在不同PCB板的彎曲高度下的測(cè)試結(jié)果

                         （資料來源：廣東風(fēng)華高新科技股份有限公司）

導(dǎo)電環(huán)氧樹脂漿料固化后形成樹脂層的主要特性就是抗壓性和抗拉性，將在不同固化溫度以及固化時(shí)間下得到的樣品固定在PCB板上，然后對(duì)PCB板施加恒力使其彎曲不同程度，以用戶要求范圍內(nèi)的容量變化率為范圍，得到表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：固化溫度在210度時(shí)，PCB板稍微發(fā)生彎折，電容器的容量變化就會(huì)超出用戶的適用范圍，隨著固化溫度的逐漸提高以及固化時(shí)間的逐漸拉長(zhǎng)，電容器能承受PCB板更大的彎折程度，當(dāng)烘烤溫度在290度，烘烤時(shí)間在50分鐘時(shí)，電容器樣本能夠承受PCB板3mm以上的彎折。

表3 各樣品經(jīng)過表面處理之后的電性能及可靠性結(jié)果

                            （資料來源：廣東風(fēng)華高新科技股份有限公司）

烘干固化后含有樹脂層的芯片需要再電鍍上鎳和錫，從而構(gòu)成具有承受形變應(yīng)力的柔性端頭，為了防止電鍍液滲透進(jìn)樹脂層，需要對(duì)樹脂層進(jìn)行表面處理，常用的技術(shù)手段包括抽真空以及填充兩種，目的都是為了使得樹脂層的質(zhì)地更加緊密，防止電鍍液的滲透。通過表3的對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果可以看出，經(jīng)過抽真空及填充處理之后的樹脂層，不會(huì)有電鍍液的滲透，從而能夠適應(yīng)PCB板更大程度的彎折，并且在焊接的時(shí)候爆端頭的概率大大下降。

結(jié)語

近兩年村田、TDK、三星電機(jī)等國(guó)際一線MLCC制造商相繼宣布，將戰(zhàn)略重心移向能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的、可靠性更強(qiáng)的柔性MLCC的研發(fā)，我們也應(yīng)該順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，積極參與進(jìn)來，早一步將柔性MLCC的制造技術(shù)及制造工藝推向成熟 ，就能早一步搶占國(guó)際市場(chǎng)份額。