一种多层陶瓷电容器端电极结构及其制备方法

摘要

本发明公开了一种多层陶瓷电容器端电极结构及其制备方法，属于电子元件领域。本发明所述多层陶瓷电容器端电极结构相比于传统多层陶瓷电容器端电极，采用有机层代替常用的锡层，不仅可有效保持多层陶瓷电容器良好的焊接性能，同时可省去制备过程中的镀锡步骤，减少电镀设备及原料、能耗等的投入，显著降低生产成本，也可提高产品的环保性，缩短产品的生产周期110～170min，提高产能；所述产品采用回流焊焊接到电路板上以后，可抑制由多层陶瓷电容器压电效应造成的电路板振动噪声，同时不会从电路板上脱落。本发明还公开了所述多层陶瓷电容器端电极结构的制备方法，该制备方法操作步骤简单，生产成本低且耗时短，可实现工业化大规模生产。

权利要求

1.一种多层陶瓷电容器端电极结构，其特征在于，包括自内而外依次覆盖的第一金属层、第二金属层及有机层；所述第一金属层附着在多层陶瓷电容器陶瓷体两端；所述有机层为聚合物有机膜；

所述有机层的制备原料为有机溶液，所述有机溶液由以下质量百分含量的组分组成：高分子聚合物10.5 20%、苯类有机溶剂79 89%以及稳定剂0.5 1%；所述有机层的厚度为0.1~ ~ ~

0.5μm。

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2.如权利要求1所述多层陶瓷电容器端电极结构，其特征在于，所述高分子聚合物包括聚酰亚胺、聚对二甲苯中的至少一种；所述苯类有机溶剂包括甲苯、二甲苯中的至少一种；

所述稳定剂包括羧酸盐、乳酸盐中的至少一种。

3.如权利要求1所述多层陶瓷电容器端电极结构，其特征在于，所述有机层的制备方法为：将覆盖形成第二金属层的多层陶瓷电容器经清洗干净后置入有机溶液中浸泡，随后依次晾干、烘烤处理，即完成有机层的制备。

4.如权利要求3所述多层陶瓷电容器端电极结构，其特征在于，所述浸泡时的温度为60

90℃，时间为3 5min，浸泡过程中持续搅拌多层陶瓷电容器。

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5.如权利要求3所述多层陶瓷电容器端电极结构，其特征在于，所述烘烤的温度为90~

100℃，时间为0.8 1.2h。

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6.如权利要求1所述多层陶瓷电容器端电极结构，其特征在于，所述第一金属层包括铜层、镍层、银层、钯层、铜镍合金层、银钯合金层中的任一种；所述第一金属层的厚度为15 80~μm。

7.如权利要求1所述多层陶瓷电容器端电极结构，其特征在于，所述第二金属层为镍层；所述第二金属层的厚度为2 5μm。

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8.如权利要求1 7任一项所述多层陶瓷电容器端电极结构的制备方法，其特征在于，包~括以下步骤：

（1）在多层陶瓷电容器的陶瓷体两端涂覆金属浆料并加热烧结，使浆料形成附着在陶瓷体两端的第一金属层；

（2）通过电镀法制备覆盖在步骤（1）形成的第一金属层外表面的第二金属层；

（3）将覆盖形成第二金属层的多层陶瓷电容器经清洗干净后置入有机溶液中浸泡，随后依次晾干、烘烤处理得到覆盖在第二金属层表面的有机层，即得到所述多层陶瓷电容器端电极结构。

9.如权利要求8所述多层陶瓷电容器端电极结构的制备方法，其特征在于，包括以下技术特征（a）和（b）中的至少一种：（a）步骤（1）所述金属浆料为铜浆，所述涂覆的方法包括浸渍或喷涂中的任一种，所述加热烧结的温度为700 900℃，时间为5 15min；

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（b）步骤（2）所述电镀法包括振筛电镀法、滚筛电镀法、离心电镀法中的任一种，所述电镀法所用电流为40 100A，电镀的时间为60 120min。

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说明书

一种多层陶瓷电容器端电极结构及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电子元件领域，具体涉及一种多层陶瓷电容器端电极结构及其制备方法。

背景技术

[0002] 多层陶瓷电容器端电极一般是从内到外依次为覆盖的铜(抑或镍、银、钯、铜镍合金、银钯合金等)、镍、锡三层金属结构。其中，最里面的铜层直接与电容器的内电极连接，是端电极的基材；中间的镍层是焊锡阻挡层，在将电容器焊接时可以阻挡焊锡对铜层的侵蚀；最外面的锡层是直接与焊锡接触的端电极表层，是连接多层陶瓷电容器与线路板的桥梁。
通常最里面的铜层采用涂覆并烧结铜浆的方法形成，中间的镍层和最外面的锡层则采用电镀的方法形成。锡层作为端电极表层，具有熔点低(232℃)、易焊接，耐腐蚀、抗变色、延展性好、导电性优良等优点。

[0003] 然而，所述镀锡过程存在以下缺点：(1)耗时较长(一般为1小时到3小时)，生产效率较低；(2)镀锡过程所产生的污水多，不利于环保；(3)对锡金属、电能和清洁水的耗用极大。

[0004] 另外，采用高介电常数陶瓷材料做介质的多层陶瓷电容器具有压电效应，被安装到电路板上并加载交流电压时，电容器产生振动并通过端电极以及焊料将振动传递到电路板，从而电路板振动并产生噪声。随着多层陶瓷电容器的电容量增加，该振动和噪声会更为强烈。

发明内容

[0005] 基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种多层陶瓷电容器端电极结构，该器件结构无需最外层的锡层也可具备良好的焊接性能，从而避免了常规端电极在制备工艺中镀锡步骤所带来的各种问题。

[0006] 为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

[0007] 一种多层陶瓷电容器端电极结构，包括自内而外依次覆盖的第一金属层、第二金属层及有机层；所述第一金属层附着在多层陶瓷电容器陶瓷体两端；所述有机层为聚合物有机膜。

[0008] 本发明所述多层陶瓷电容器端电极结构相比于传统多层陶瓷电容器端电极，采用有机层代替常用的锡层，不仅可有效保持多层陶瓷电容器良好的焊接性能，也可省去制备过程中的镀锡步骤，减少电镀设备及原料、能耗等的投入，显著降低生产成本，同时可提高产品的环保性，缩短产品的生产周期110～170min，提高产能。并且，将本发明所述多层陶瓷电容器采用回流焊焊接到电路板上以后，焊料的爬升高度较之现有技术适当降低，可抑制由多层陶瓷电容器压电效应造成的电路板振动噪声，同时保证多层陶瓷电容器不会从电路板上脱落。

[0009] 优选地，所述有机层的制备原料为有机溶液，所述有机溶液由以下质量百分含量的组分组成：高分子聚合物10.5～20％、苯类有机溶剂79～89％以及稳定剂0.5～1％。

[0010] 所述高分子聚合物在上述含量下，可以获得厚度均匀并且覆盖率高的有机层，若含量太低，有机层厚度不均匀并且不能充分覆盖第二金属层；而若含量太高，则作为溶质容易从有机溶液中析出，也不利于形成均匀的有机层。

[0011] 所述苯类有机溶剂在上述含量下，有利于提高有机溶剂的溶解度，使有机溶液的均匀性好，若含量太低，溶质容易从有机溶液中析出；而若含量太高，则难以获得厚度均匀并且覆盖率高的有机层。

[0012] 所述稳定剂在上述含量下，有利于防止溶质的析出，保持溶液在常温下的稳定性，若含量太低，溶质容易从有机溶液中析出；而若含量太高，则不利于形成均匀的有机层。

[0013] 更优选地，所述高分子聚合物包括聚酰亚胺、聚对二甲苯中的至少一种；

[0014] 更优选地，所述苯类有机溶剂包括甲苯、二甲苯中的至少一种；

[0015] 更优选地，所述稳定剂包括羧酸盐、乳酸盐中的至少一种。

[0016] 所述优选的高分子聚合物可在120～160℃熔化，因此当多层陶瓷电容器在焊接过程中可有效起到润湿金属层的作用，降低端电极的表面张力，有助于焊锡熔化时与多层陶瓷电容器端电极熔合一体并最终将多层陶瓷电容器牢固焊接在线路板上；同时其制备的有机膜层致密无空隙，可有效防止内部覆盖的金属层的氧化。所述优选的苯类有机溶剂对一般高分子聚合物的溶解度较高，配合稳定剂可有效防止溶质的析出，保障由上述配比的特定组分制备的有机溶液具有常温稳定性。

[0017] 优选地，所述有机层的制备方法为：将覆盖形成第二金属层的多层陶瓷电容器经清洗干净后置入有机溶液中浸泡，随后依次晾干、烘烤处理，即完成有机层的制备。

[0018] 传统常规多层陶瓷电容器端电极制备时，一般是将覆盖镍层金属层的器件浸泡在磺酸链烷醇等有机试剂制备的焊料电镀溶液中，再通过电化学反应在镍层金属层上形成焊料镀层，但所述有机试剂一般只作为电镀络合剂，并不会在镍层表面形成非金属镀层。而本发明所述有机溶液并不含金属元素，具有亲水性，与金属层的表面张力小，因此可直接使用物理浸泡附着的方式进行镀膜，附着在第二金属层上的有机层附着力强。

[0019] 更优选地，所述浸泡时的温度为60～90℃，时间为3～5min，浸泡过程中持续搅拌多层陶瓷电容器。

[0020] 在所述浸泡的温度下，有机溶液可达到相对饱和的状态，有利于浸泡成膜，而若温度过高溶剂挥发较快，难以维持稳定浓度；所述优选的浸泡的时间下通过持续搅拌浸泡过程中的多层陶瓷电容器，可使有机溶液充分浸润第二金属层表面。

[0021] 更优选地，所述烘烤的温度为90～100℃，时间为0.8～1.2h。

[0022] 所述条件下可使残留在器件表面的溶剂完全挥发，有机溶液可有效固化为覆盖在第二金属层上的有机层。

[0023] 优选地，所述第一金属层包括铜层、镍层、银层、钯层、铜镍合金层、银钯合金层中的任一种。

[0024] 优选地，所述第一金属层的厚度为15～80μm。

[0025] 所述厚度下可保证第一金属层对多层陶瓷电容器的陶瓷体良好的覆盖以及结合力，若厚度太薄，不利于第一金属层充分覆盖陶瓷体并且容易脱落；而若厚度太厚，则不利于多层陶瓷电容器的小型化。

[0026] 优选地，所述第二金属层为镍层。

[0027] 优选地，所述第二金属层的厚度为2～5μm。

[0028] 所述厚度下可防止多层陶瓷电容器在焊接时第一金属层的流失，若厚度太薄，不利于第一金属层的保护；而若厚度太厚，则不利于小型化及减少第二金属层的应力。

[0029] 优选地，所述有机层的厚度为0.1～0.5μm。

[0030] 所述厚度下可保证多层陶瓷电容器良好的焊接性能，若厚度太薄，有机层难以充分覆盖第二金属层并且在焊接多层陶瓷电容器时起到的润湿作用不足；而若厚度太厚，则在焊接多层陶瓷电容器时有机层熔化所需时间过长，无法及时发挥润湿作用。

[0031] 本发明的另一目的还在于提供所述多层陶瓷电容器端电极结构的制备方法，包括以下步骤：

[0032] (1)在多层陶瓷电容器的陶瓷体两端涂覆金属浆料并加热烧结，使浆料形成附着在陶瓷体两端的第一金属层；

[0033] (2)通过电镀法制备覆盖在步骤(1)形成的第一金属层外表面的第二金属层；

[0034] (3)将覆盖形成第二金属层的多层陶瓷电容器经清洗干净后置入有机溶液中浸泡，随后依次晾干、烘烤处理得到覆盖在第二金属层表面的有机层，即得到所述多层陶瓷电容器端电极结构。

[0035] 本发明所述多层陶瓷电容器端电极结构的制备方法操作步骤简单，对生产设备要求低，工业化成本低且生产过程耗时短，可实现工业化大规模生产。

[0036] 优选地，步骤(1)所述金属浆料为铜浆，所述涂覆的方法包括浸渍或喷涂中的任一种，所述加热烧结的温度为700～900℃，时间为5～15min。

[0037] 优选地，步骤(2)所述电镀法包括振筛电镀法、滚筛电镀法、离心电镀法中的任一种，所述电镀法所用电流为40～100A，电镀的时间为60～120min。

[0038] 所述参数下通过电镀法可根据实际制备厚度为2～5μm的第二金属层。

[0039] 本发明的有益效果在于，本发明提供了一种多层陶瓷电容器端电极结构，该多层陶瓷电容器端电极结构相比于传统多层陶瓷电容器端电极，采用有机层代替常用的锡层，不仅可有效保持多层陶瓷电容器良好的焊接性能，同时可省去制备过程中的镀锡步骤，减少电镀设备及原料、能耗等的投入，显著降低生产成本，也可提高产品的环保性，缩短产品的生产周期110～170min，提高产能；所述多层陶瓷电容器采用回流焊焊接到电路板上以后，可抑制由多层陶瓷电容器压电效应造成的电路板振动噪声，同时保证不会从电路板上脱落。本发明还提供了所述多层陶瓷电容器端电极结构的制备方法，该制备方法操作步骤简单，对生产设备要求低，工业化成本低且生产过程耗时短，可实现工业化大规模生产。

附图说明

[0040] 图1为现有技术常规多层陶瓷电容器端电极结构的剖面示意图；

[0041] 图2为本发明所述多层陶瓷电容器端电极结构的剖面示意图；

[0042] 图3为实施例1所得多层陶瓷电容器端电极的实物剖面图；

[0043] 图4为对比例1所得多层陶瓷电容器端电极的实物剖面图；

[0044] 图5为实施例1中焊接安装在电路板上的多层陶瓷电容器的实物剖面图；

[0045] 图6为对比例1中焊接安装在电路板上的多层陶瓷电容器的实物剖面图。

具体实施方式

[0046] 为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施、对比例所设计的实验试剂及仪器，除非特别说明，均为常用的普通试剂及仪器。

[0047] 实施例1

[0048] 本发明所述多层陶瓷电容器端电极结构的实施例，该产品包括自内而外依次覆盖的第一金属层、第二金属层及有机层；所述第一金属层附着在多层陶瓷电容器陶瓷体两端；所述有机层为聚合物有机膜；所述产品的结构剖面图如图2所示；所述产品的制备方法，包括以下步骤：

[0049] (1)在多层陶瓷电容器的陶瓷体两端涂覆铜浆并在氮气加热至800℃烧结保温10min，使浆料形成附着在陶瓷体两端的两个铜层(第一金属层)；所述单个铜层的厚度为30μm；

[0050] (2)通过振筛电镀法制备覆盖在步骤(1)形成的第一金属层外表面的4μm厚度第二金属层；所述第二金属层为镍层；所述电镀法所用电流为60A，电镀的时间为80min；

[0051] (3)将覆盖形成第二金属层的多层陶瓷电容器采用去离子水清洗2～3次，每次3～5min以除去多余残留电镀液，同时筛分多层陶瓷电容器及电镀媒介，将多层陶瓷电容器清洗干净后立即置入有机溶液中以防止镍层发生显著氧化，在80℃下浸泡4min后捞起晾干，置于烘箱中95℃烘烤处理1h，得到覆盖在第二金属层表面的0.2μm厚度有机层，即得到所述多层陶瓷电容器端电极结构；所述有机溶液由以下质量百分含量的组分组成：高分子聚合物15.2％、苯类有机溶剂84％以及稳定剂0.8％。

[0052] 所述高分子聚合物为聚酰亚胺；所述苯类有机溶剂为甲苯；所述稳定剂为羧酸钠。

[0053] 传统制备的多层陶瓷电容器端电极结构剖面示意图如图1所示，均是以铜层、镍层及锡层自内而外进行覆盖作为金属层，而本发明所述多层陶瓷电容器端电极结构(图2)采用有机层代替常用的锡层，不仅可有效保持多层陶瓷电容器良好的焊接性能，同时可省去制备过程中的镀锡步骤，减少电镀设备及原料、能耗等的投入，显著降低生产成本，同时可提高产品的环保性，缩短产品的生产周期110～170min，提高产能。

[0054] 为验证本发明所述多层陶瓷电容器端电极结构中有机层在制备过程中各配方及制备参数的优选性，在本实施例产品有机层的制备过程中调整不同高分子聚合物、苯类有机溶剂、稳定剂配比以及步骤(3)所述的浸泡时间及温度，所述调整参数如表1所示，对各不同参数制得产品进行焊接试验。焊接试验是将多层陶瓷电容器浸入275℃熔融焊锡并保持5秒后取出，在实体显微镜下观察端电极，焊料覆盖率＝端电极被覆盖有焊料的面积÷端电极总面积×100％，焊料覆盖率≥95％判为合格，焊料覆盖率＜95％判为不合格。

[0055] 表1

[0056]

[0057] 从表1可知，采用非优选组成的有机溶剂或者制备参数实施制备的多层陶瓷电容器端电极结构产品无法达到合格的焊接覆盖率，甚至在有机层形成过程中可能出现溶质析出风险。

[0058] 对比例1

[0059] 本对比例与实施例1的差别仅在于，本对比例所述多层陶瓷电容器端电极结构中的有机层替换成锡层。

[0060] 将实施例1与对比例1所得产品进行剖片并观察剖面，结果分别如图3和图4所示。对比例1所得的多层陶瓷电容器端电极为可见三层金属结构，最外层为锡层；而实施例1所得的多层陶瓷电容器端电极只呈现两层金属结构，没有锡层，而原本在最外层的有机层因与固定多层陶瓷电容器所用的树脂融为一体而肉眼难以分辨。

[0061] 分别将实施例1和对比例1的多层陶瓷电容器采用回流焊安装在电路板上，然后将安装有多层陶瓷电容器的电路板进行剖片并观察剖面，结果分别如图5和图6所示。对比例1所得产品中，焊料的爬升高度到达了多层陶瓷电容器背向电路板的顶面，虽然多层陶瓷电容器与电路板结合更为牢固，但由多层陶瓷电容器产生压电振动会通过与焊料的接触面大量传递到电路板，从而产生很大的噪音。而实施例1所得产品中，由于用有机层替代了锡层，焊料的爬升高度被适当地降低，只到达多层陶瓷电容器的约2/3高度，因此不仅能保证多层陶瓷电容器与电路板结合牢固，更减少了压电振动的传递，显著抑制电路板的振动噪声。

[0062] 最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。