附录b多层瓷介电容器内电极和端电极材料选用可靠性问题

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1、多层瓷介电容器内电极和端电极材料选用可靠性问题季海潮2009.12.14内外电极是多层瓷介电容器的重要组成部分。内电极主要是用来贮存电荷，其有效面积的大小和电极层的连续性与材料特性是影响电容的质量。外电极主要是将相互平行的各层内电极并联，并使之与外围线路相连接的作用。片式电容器的外电极就是芯片端头。用来制造内外电极的材料一般都是金属材料。1内电极材料1.1内电极种类片式电容的内电极是通过印刷而成。因此，内电极材料在烧结前是以具有流动性的金属或金属合金的浆料的形式存在，故叫内电极浆料。由于片式多层瓷介电容器采用BaTiO3(钛酸钡)系列陶瓷作介质，此系列陶瓷材料一般都在950℃～1300℃左右烧

2、成；故内电极也一般选用高熔点的贵金属Pt(铂)、Pd(钯)、Au(金)等材料(金屬的熔点详见表1)，要求能够在1400℃左右高温下烧结而不致发生氧化、熔化、挥发、流失等现象。表1几种金属的熔点金属Al(铝)Ag(银)Au(金)Cu(铜)Ag/PdNi(镍)Pd(钯)Pt(铂)熔点(℃)658960106310831220144515491773目前，常用的浆料有Ni(镍)、Ag/Pd(钯银合金)、纯Pd(钯)的浆料，Ag/Pd、纯Pd均为贵重金属材料，价格昂贵。纯Ag(银)的内电极因烧结温度偏低，制造的产品可靠性相对较差，因此现在一般很少使用。针对银的低熔点和高温不稳定性，一般用金属Pd和Ag

3、的合金来提高内电极的熔点和用Pd来抑制Ag的流动性。目前常用的内浆中Pd与Ag的比例有3/7，6/4，7/3（注：式中分子为金属Pd，分母为金属Ag），纯Pd的内电极因价格昂贵也很少使用。其中含Pd愈高，多层瓷介电容器质量愈稳定，长期以来各国航天型号使用的多层瓷介电容器的内浆Pd与Ag的比例一般为3/7。7对于片式多层瓷介电容器而言，其内电极成本占到电容器的30%～80%，从而采用廉价的贱金属作为内电极，是降低独石电容器成本的有效措施，同时满足了当今日益苛刻的环保要求。因此，在日本和其他一些国家，早在60年代开始研制开发以贱金属(镍、铜)为内外电极的电子浆料。目前用Ni作内电极，Cu作外电极的

4、工艺已趋于成熟。这样，高烧且用贱金属可降低成本，使得镍内电极片式电容器目前在世界上具有很强的竞争力，并在工业和民用产品上逐步得到应用。日本已将Ni电极产品投入到大生产中，并已投放市场，并有温度补偿独石电容器是用Cu作内电极的批量生产。1.2镍内电极特点1.2.1镍内电极优点金属镍作为内电极是一种非常理想的贱金属，而具有较好的高温性能，其作为电极的特点：a)Ni原子或原子团的电子迁移速度较Ag和Pd/Ag都小。b)机械强度高。c)电极的浸润性和耐焊接热性能好。d)介质层厚薄。e)价格低廉，俗称贱金属。多层瓷介电容器采用内镍电极，与相同规格(容量、直流工作电压)的钯银内电极相比较，其外形尺寸可以大

5、为缩小，故有了薄介质、高层数、小体积、大容量多层瓷介电容器产品及被广泛应用。1.2.2镍内电极弱点a)镍在高温下易氧化成氧化亚镍，从而不能保证内电极层的质量。因此，它必须在还原气氛中烧成。但与之相反，含钛陶瓷如果在还原气氛中烧结，则Ti4+将被还原成低价的离子而使陶瓷的绝缘下降。因此，要使Ni电极的质量和BaTiO3含钛陶瓷的介电性能同时得到保证的话，对共烧技术(采用N2气氛保护烧结)、设备技术提出了很高的要求，当设备和操作发生不被撑控的或觉察的偏差，导致产品质量或可靠性发生下降，在后续生产和质量控制中很难百分百的被剔除。b)7从生产工艺上看，制作超薄陶瓷层目前主要面临两方面的困难：其一是可靠

6、性，其二是加直流电压后的偏置情况。陶瓷电容器的核心技术是介电层的厚度，薄介质层是实现高容量的主要因素。这就造成了介电层厚度与电容量之间的矛盾、介电层厚度与可靠性的矛盾(介质层厚度直接决定了电容器的击穿电压)，给提高产品的可靠性带来了不确定因素和困难。c)镍电极非常容易氧化。从对鎳内电极的多层瓷介电容器的DPA试验也可发现，经研磨剖折的DPA样品表面中镍层因接触了大气中氧气，其剖析面很快就会氧化变暗色，与钯银内电极不易氧化变色有十分明显的区别。这表明了，对镍电极电容器使用过程中将受到的抗机械强度(如：抗弯曲等)、抗温度骤变应力(特别无铅端头)等应用环境提出更高的要求，否则容易出现失效或发生灾难性

7、质量问题。d)鎳内电极多层瓷介电容器的寿命比钯银内电极多层瓷介电容器短。表现在工作状态下，镍内电极多层瓷介电容器工作时间愈长，其电容量衰减愈大。e)大容量多层瓷介电容器对检测、筛选试验有特殊的注意事项和要求，与一般小容量有很大的差别，如果技术管理不到位，操作上不严格，就会产生可靠性隐患。f)大容量多层瓷介电容器替代钽电容器已在民用产品上实施，镍电极多层瓷介电容器有着強大的优势，但这类产品的温度特性