多层陶瓷电容器质量相关的微观分析研究

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多层陶瓷电容器(Multi-layers Ceramic Capacitor, MLCC)是广泛应用的贴片元件。随着电子产品的不断升级,对MLCC小型化、大容量、高压高频方面提出了更加严格的要求。在此背景下,在生产和使用过程中出现的质量和可靠性等问题日益增多,而MLCC作为现代军事武器装备和航空航天系统中无可替代的片式元件,更好地保证和加强质量和可靠性成为一个亟待解决的问题。本工作采用现代分析技术,围绕生产当中的原材料匹配性,工艺优化试验,质量和可靠性影响因素,以及产品失效等问题进行了系列分析和研究,开展的主要工作及取得的研究成果总结如下。(1)以氯化银形状控制合成材料为研究对象,讨论了电子束照射下氯化银颗粒表面纳米颗粒大量生长的现象及形成机理;并对克服该类材料电镜观察时其表面形貌改变进行了研究,从而在实际分析中得到真实的分析结果。(2)以陶瓷介质、内电极和端电极银浆烧结过程中出现的质量和可靠性问题为研究对象,对烧结工艺中常见的内电极分叉、分层、连续性差、介质/端电极界面分层、端电极孔洞、开裂和电镀渗边等缺陷背后的材料与工艺问题,以及微观形成机理进行分析归纳。对DPI187型端电极浆料进行了烧结温度试验,通过对比不同烧结温度下烧结银端表面的微观结构和组成分布,电镀后同镀层界面的结合情况,找出满足性能要求的最佳烧结工艺。(3)针对端电极电镀渗边问题,对问题样品的锡层和镍层、烧结银端、陶瓷介质进行了微观分析,并结合正常产品进行对比。讨论了端电极电镀渗边的形成机理并提出改进建议。结果表明电镀渗边是由于在端浆烧结过程中,其成分中玻璃相沿瓷体表面由两端向中间扩展延伸,提高了介质表面的导电性,导致电镀工艺中镀层金属在介质表面沉积,形成渗边现象。(4)通过对电镀问题样品的烧结银电极进行微观分析,结果显示是由于端浆烧结后其表面出现明显的Ag2S大晶粒,从而造成电镀时镀层厚度降低、不连续,界面结合变差等问题。结合生产工艺表明,银端表面的S元素来源于烧结过程中炉壁表面的FeS、氧化分解,引起烧结气氛中S含量上升,最终导致在银端表面形成Ag2S。通过清洁烧结炉,银端表面的Ag2S晶粒及产品端电极的镀层质量问题消失。(5)通过对MLCC瓷体表面金属沾污的成分分析并配合产品生产及性能检测流程,确定了污染物的来源及形成原因为产品后期的测试筛选过程中将同批产品集中保存,从而引起产品端头同介质间相互摩擦,造成瓷体表面金属沾污。通过采取相应措施,该问题得到彻底解决。(6)通过采用外观检查、破坏性物理分析(DPA)、电性能检测及微观分析技术对使用过程中的烧毁MLCC进行失效分析,结果表明失效原因为介质的热击穿。由于产品贴装过程中受机械应力作用造成瓷体损伤,进而产生裂纹,微裂纹在使用过程中引起漏电流增大、绝缘电阻下降,介质损耗增加、发热量上升,最终导致瓷体内部形成热击穿。通过上述分析工作,讨论了氯化银材料电镜图片的失真现象,切实解决了MLCC在原材料检测,共烧、端电极烧结、电镀等工艺的对比优化,污染来源确定,产品质量评价,失效原因分析等方面的问题,对提高多层陶瓷电容器质量和可靠性研究、解决失效问题提供了借鉴作用。
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