片式多层陶瓷电容器电镀失效分析与控制

2021-04-19黄皓滕斌杨翠刚游健李云仕赵景勋朱万宇

电镀与涂饰 2021年5期

黄皓，滕斌，杨翠刚，游健，李云仕，赵景勋，朱万宇

（成都宏明双新科技股份有限公司，四川成都 610091）

片式多层陶瓷电容器(MLCC)与钽、铝电解电容相比，不仅外形尺寸小、绝缘电阻高、等效电阻低，而且具有优异的噪声吸收、较强的耐脉冲电流性能以及较好的阻抗温度特性与频率特性，自密封性也良好，可以有效地避免内电极受潮和污染，显著提高飞弧电压和击穿电压。MLCC作为基础电子元器件，在信息、军工、移动通信、电子电器、航空、石油勘探等行业得到广泛应用[1]。

MLCC的生产工艺流程十分复杂，包括了流延、印刷内电极、叠层、切块、排胶、烧结成瓷、倒角、涂端、烧结端电极、电镀等工序[2]，只有保证了每道工序的质量，才能生产出合格的产品。笔者所在公司接到该产品电镀工艺的研发任务，要求采用三层端头电极技术，即在 MLCC端头 Cu电极上电镀 Ni层和Au层。由于之前未接触过类似产品，研发过程走了不少弯路，尤其是遇到电镀后脱层和溢镀问题。本文总结了此次研发的经验，供同仁参考。

1 实验

1.1 工艺流程

采用滚镀方式作业，陪镀钢珠(直径0.5 mm)装至滚筒容积的1/3。工艺流程为：化学除油→水洗→弱酸浸蚀→水洗→氨基磺酸盐镀镍→水洗→柠檬酸盐镀金→水洗→烘干(100 ～ 110 °C)。

1.2 材料

待镀原材料为CT41L-0402-104-500型多层瓷介电容器，通过Cu浆封端并烧结，最外层为Cu层。

1.3 设备

采用德国Fischer的XDLM-237型X射线测厚仪测量镀层厚度，测量偏差为±0.2 μm。采用Sinowon的VM-500A型视频显微镜观察电镀后的产品。采用康恒仪器的XCT-0AS型鼓风干燥箱烘干产品。

2 结果与讨论

2.1 除油对脱层的影响

本文所述脱层均指Cu层与陶瓷之间脱层，该Cu层是通过铜浆烧结而成，靠玻璃粉附着在陶瓷上。影响脱层的首要因素其实是烧结质量，其次才是电镀。本文均以烧结合格为前提来讨论。

从表1和图1可知，除油液的配方、温度、时间均对脱层有影响，有无强碱(NaOH)是影响脱层的首要因素，温度和时间为次要因素。含强碱、温度越高、时间越长，脱层就越严重。

表1 不同除油的溶液配方、温度和时间对脱层的影响Table 1 Effects of bath composition, temperature, and time for degreasing on delamination

图1 按表1中方案1(a)、4(b)、6(c)、8(d)除油后的表面状态Figure 1 Surface state after degreasing by following the Scheme No.1 (a), No.4 (b), No.6 (c), and No.8 (d) described in Table 1

从理论上讲，除油液中的OH−对玻璃粉影响最大。NaOH的电离程度远高于Na2CO3和Na3PO4，而温度影响热运动的剧烈程度。实际结果比较符合理论。由于MLCC电镀前的工序均不涉及到使用冲压油、润滑油等油类，脏污只是转移过程中的指印、汗渍等，因此采用不含强碱的中性除油液便可。经验证，除油液配方及工艺条件为：Na2CO320 g/L，Na3PO420 g/L，Na2SiO320 g/L，温度50 °C，时间3 min。

2.2 浸蚀对脱层的影响

浸蚀液对脱层的影响极大。笔者前期按照常规电镀所用的盐酸或硫酸浸蚀液，水洗后镀镍，检查工件时发现几乎100%脱层。开始一直以为是镀镍工艺的原因，后来才发现工件在盐酸或硫酸中浸泡2 ～ 3 s便出现了伪脱层(指目视没有脱层，但Cu层和陶瓷之间结合力很差，如图2所示)，受到轻微外力影响(如与陪镀钢珠摩擦)便脱层。有资料指出，该类产品不能用强酸浸蚀[3]，因为强酸会影响玻璃粉，进而影响结合力。经验证，浸蚀液的配方及工艺条件为：柠檬酸15 g/L，常温，时间2 min。

2.3 镀镍对脱层的影响

镀镍采用常规氨基磺酸镍体系，即：氨基磺酸镍350 ～ 400 g/L，氯化镍10 ～ 15 g/L，硼酸35 ～ 40 g/L，温度50 ～ 55 °C，pH 4.3 ～ 4.8。除陪镀钢珠与产品的体积比例需大于8，且总体积不能超过滚筒的1/3，电流密度控制在0.5 ～ 1.0 A/dm2范围内之外，镀镍的关键还在于通过加入添加剂使镀层具有一定的压应力，令Ni层向Cu层和陶瓷面挤压，以保证结合力。压应力可通过如图3所示的镀层应力分析仪测定。