摘? 要：本文在配方上選用在高頻下具有較大Q值的MgTiO3材料和具有較大介電常數(shù)的Ba6-3xNd8+2xTi18O54材料的復合體系，通過液相包裹技術(shù)結(jié)合高能球磨工藝，制備具有特定成分分布的y·MgTiO3-（1-y）Ba6-3xNd8+2xTi18O54復合粉體，并通過二步燒結(jié)法制備晶粒具有特殊“殼-芯”結(jié)構(gòu)的陶瓷電容器介質(zhì)層，實現(xiàn)高頻高Q多層陶瓷電容器的批量生產(chǎn)。本項目的實施可使企業(yè)成功實現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品的量產(chǎn)，滿足巨大的軍用市場需求，改變同類產(chǎn)品依賴進口的格局，保證國防安全，不僅具有較強的社會效益，還能帶來較大的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：電容器;復合粉體;高頻高Q;工藝設(shè)計

中圖分類號： TM534.1? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）08-0034-03

Abstract：In this paper，a composite system is selected，which includes MgTiO3 with high Q-value and Ba6-3xNd8+2xTi18O54 with high dielectric constant at high frequencies. The composite system is made into the y·MgTiO3-（1-y）Ba6-3xNd8+2xTi18O54 composite powder with specific composition distribution，which prepared by liquid phase encapsulation technology combined with high energy ball milling process. In addition，the dielectric layer of ceramic capacitor with special “shell-core” structure was prepared by two-step sintering method. The mass production of MLCC with frequency and high Q-value was realized. The implementation of this project will enable enterprises to successfully realize the mass production of related products，meet the huge military market demand，change the pattern of similar products depending on imports，and ensure national defense security. It will not only have strong social benefits，but also bring greater economic benefits.

Keywords：capacitor;composite powder;frequency and high Q-value;process design

0? 引? 言

軍用的電容器大部分是高頻高Q電容器，具有體積小、性能優(yōu)良和穩(wěn)定性高等特點?，F(xiàn)如今，軍用市場對高頻高Q電容器的需求迫在眉睫，其原因主要是高頻高Q電容器的性能可以滿足現(xiàn)代移動通信設(shè)備的使用要求，而通信行業(yè)的迅速發(fā)展和3G、4G網(wǎng)絡(luò)的普及推廣，使得市場對該種高端電容產(chǎn)品的需求量猛增。然而，高頻高Q電容器的市場多被國外企業(yè)所壟斷，我國企業(yè)在該領(lǐng)域占據(jù)的市場份額非常小，主要是因為產(chǎn)品性能達不到國外企業(yè)產(chǎn)品的水平。我國企業(yè)生產(chǎn)的電容器容量較小，在1MHz高頻條件下使用，Q值較低，無法滿足現(xiàn)代移動通信設(shè)備和國防軍用設(shè)備的使用要求。本文主要研究高頻高Q片式電容器陶瓷粉體的配方和器件制備工藝，最終實現(xiàn)高頻高Q多層片式瓷介電容器的制備。

1? 項目內(nèi)容和技術(shù)難點

1.1? 項目內(nèi)容

（1）多層片式瓷介電容器陶瓷介質(zhì)配方研究。選用y·MgTiO3-（1-y）Ba6-3xNd8+2xTi18O54復合材料，調(diào)整y值，可調(diào)控復合材料的介電常數(shù)、Q值和溫度系數(shù);通過改x的取值，可改善Ba6-3xNd8+2xTi18O54材料的介電性能，從而對復合材料的綜合性能進行調(diào)控。除此之外，還可在MgTiO3中添加Co、Ni和Zn等元素，在Ba6-3xNd8+2xTi18O54中添加Sr、Ca和稀土元素，對MgTiO3和Ba6-3xNd8+2xTi18O54各自的性能進行調(diào)整，使復合后的材料綜合性能得到進一步優(yōu)化。

（2）高頻高Q多層片式瓷介電容器陶瓷介質(zhì)層晶粒微結(jié)構(gòu)設(shè)計。設(shè)計陶瓷晶?！皻?芯”結(jié)構(gòu)，如圖1所示。晶粒核心部位為Ba6-3xNd8+2xTi18O54材料，該材料具有較大介電常數(shù)，可提高電容器的電容容量，而Ba6-3xNd8+2xTi18O54晶粒的表面則包裹著MgTiO3材料，MgTiO3將阻隔復合材料的漏電導通路，降低漏導損耗，從而有效提高電容器的Q值和耐壓能力。

（3）具有“殼-芯”結(jié)構(gòu)的高活性復合粉體制備工藝研究。制備具有“殼-芯”包裹結(jié)構(gòu)的復合粉體。研究Ba6-3xNd8+2xTi18O54的水熱法制備工藝，試驗水熱反應(yīng)溫度和時間、反應(yīng)環(huán)境pH等參數(shù)對Ba6-3xNd8+2xTi18O544粉體的形貌和分散性的影響;通過液相包裹技術(shù)、高能球磨和低溫預(yù)燒等工藝，使MgTiO3對Ba6-3xNd8+2xTi18O54粉體進行包裹，研究球磨時間和轉(zhuǎn)速對粉體分散性的調(diào)控作用，試驗預(yù)燒溫度和時間對MgTiO3合成情況的影響，借助XRD、SEM和TEM等微觀分析設(shè)備，研究MgTiO3對Ba6-3xNd8+2xTi18O54粉體的包裹情況，最終制備“殼-芯”結(jié)構(gòu)高活性復合粉體，過程如圖2所示。

（4）片式器件燒結(jié)工藝研究。研究二步燒結(jié)法，實現(xiàn)具有“殼-芯”結(jié)構(gòu)的高密度多層陶瓷電容器的制備。燒結(jié)過程中先對樣品進行快速升溫，溫度達到電容器陶瓷介質(zhì)層成瓷溫度后，進行短暫保溫。這一過程中，器件的密度可達到理論密度的80%以上，介質(zhì)層已基本成瓷。由于該階段的升溫速度非?？欤ㄒ话愠^10℃/min），MgTiO3沒有足夠的時間通過固相傳質(zhì)擴散到晶粒當中與Ba6-3xNd8+2xTi18O54反應(yīng)，因此MgTiO3多停留于晶界。此后迅速降溫（降溫速度一般大于30℃/min）至較低溫度，并長時間保溫，進行二次燒結(jié)。

1.2? 解決的技術(shù)難點

（1）高頻高Q多層片式瓷介電容器用高活性復合陶瓷粉體制備技術(shù)。

（2）具有“殼-芯”結(jié)構(gòu)的多層片式瓷介電容器陶瓷介質(zhì)層燒結(jié)技術(shù)。

2? 工藝流程

高頻高Q多層片式瓷介電容器的制備工藝流程：粉料制備——漿料制備——流延——絲網(wǎng)疊印——層壓——切割——排膠——高溫燒結(jié)——倒角——封端——燒端——表面處理——測試分選——可靠性試驗（軍品）。

具體工藝說明如下：

（1）具有“殼-芯”結(jié)構(gòu)的高活性復合粉料的制備。采用水熱法制備Ba6-3xNd8+2xTi18O54粉體。將四氯化鈦、醋酸鋇、氯化釹和摻雜元素溶液置于高壓釜中，在175-275℃條件下進行高壓水熱反應(yīng)，得到微量元素均勻摻雜的Ba6-3xNd8+2xTi18O54高活性粉體。Ba6-3xNd8+2xTi18O54粉體制備工藝流程圖如圖3所示。

將Ba6-3xNd8+2xTi18O54粉體與Mg（NO3）2、TiCl4溶液混合后，置于球磨機中進行球磨。球磨可使Mg和Ti元素均勻包裹于Ba6-3xNd8+2xTi18O54粉體的表面。將球磨后的粉體烘干后進行預(yù)燒，系統(tǒng)調(diào)節(jié)預(yù)燒工藝，通過調(diào)整預(yù)燒溫度和時間，使Ba6-3xNd8+2xTi18O54表面的MgTiO3得以合成。最終制備由Ba6-3xNd8+2xTi18O54為核芯、由MgTiO3為外殼的“殼-芯”結(jié)構(gòu)高活性復合粉體。

（2）漿料的制備。將制備好的高活性復合粉體與有機溶劑均勻混合，加入適量的分散劑、增塑劑、控流劑、除泡劑和潤濕劑等，高能球磨使?jié){料混合均勻;此后，再加入粘合劑并進行二次球磨，調(diào)整漿料的流變特性，制備高流變特性流延漿料。漿料的制備工藝圖如圖4所示。

（3）流延。針對制備的流延漿料的流變特性，對傳統(tǒng)流延成型工藝進行改進。調(diào)整流延機刮刀與襯底間的距離改變成膜厚度;調(diào)整刮刀位移速度，以控制成膜速度和質(zhì)量;改進厚膜干燥工藝，調(diào)整干燥過程中的升溫程序和保溫時間，防止開裂等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（4）印刷疊層。印刷：通過高精密的版式平面印刷機，在介質(zhì)膜上，印刷上一層大小、厚薄一致的超薄導電內(nèi)電漿料;成為印刷膜片。

疊層：把印刷膜片放于高精密的堆疊機，把已印刷的陶瓷膜逐一有規(guī)律地疊放，保證每層對位極為精確，形成電容器的生坯，成為巴塊。

（5）層壓。把巴塊放入高壓力的熱壓機里，設(shè)定好工藝參數(shù)，使巴塊在重壓下，保證其致密性。

（6）切割。把已經(jīng)致密化的巴塊，通過切割機，按照圖形的分切線，分切成大小一致的長方體。形成電容生片。

（7）排膠。把電容生片放入溫度均勻的烘箱里，按照設(shè)定好的程序，把電容生片中的有機物分解排出。

（8）高溫燒結(jié)。采用先進的二步燒結(jié)法對疊層后的多層片式瓷介電容器坯片進行燒結(jié)，以制備“殼-芯”晶粒結(jié)構(gòu)致密多層片式瓷介電容器。其具體的燒結(jié)工藝為：先讓坯片進行100℃-600℃的緩慢升溫，以排除溶劑和粘合劑，在600℃下進行保溫2h，以排除粘合劑等有機物。待有機物排凈后，對坯片進行快速升溫至較高溫度并進行短時間保溫，使樣品燒結(jié)成瓷，同時防止包裹在Ba6-3xNd8+2xTi18O54表面的MgTiO3向晶粒內(nèi)部擴散。此后迅速降溫至二次燒結(jié)溫度，使電容器在較低溫度下長時間保溫。在該階段，氣孔會收縮直至消失，同時MgTiO3將對Ba6-3xNd8+2xTi18O54進行包裹，使晶粒形成由Ba6-3xNd8+2xTi18O54組成核心和由MgTiO3組成外殼的“殼-芯”結(jié)構(gòu)。

（9）倒角。把電容瓷片和磨介按比例混合，放在倒角機里，進行滾動研磨，保證電容瓷片的菱角光滑，內(nèi)電極充分暴露，有利于封端時，與外電極更好地連接。

（10）封端。通過高精度的封端機，把已經(jīng)倒角的電容瓷片的兩端沾上厚薄均勻、寬窄一致的外導電極漿料，并通過烘干加溫把外導電極漿料進行固化。

（11）燒端。把封端后的電容器，放入高溫燒端爐中，設(shè)定好工藝參數(shù)，外導電極漿料在高溫的條件下，形成包裹產(chǎn)品端頭的銀層，并與內(nèi)導電極形成相熔連接，形成致密的、附著力極強的金屬銀層，其銀層厚度一般在30～70μm左右。

（12）表面處理。把燒端后的電容瓷片，通過電化學反應(yīng)的原理，在外電極上先后覆蓋一層均勻的鎳層和錫層。鎳層的厚度一般為2-4μm，其作為熱阻擋層，以保證產(chǎn)品抗熱沖擊的能力;錫層的厚度一般為4-7μm，其具有良好的焊接性，以保證產(chǎn)品與外電路有良好的接觸。

（13）測試。將表面處理后的電容器經(jīng)過外觀分選，采用全自動電容測試機進行100%電性能測試。測試電性能參數(shù)包括：容量、損耗、絕緣、電壓、Q值，不合格品剔除，合格品繼續(xù)流通。

（14）可靠性試驗（軍品）。根據(jù)客戶提出的產(chǎn)品質(zhì)量等級或技術(shù)協(xié)議要求，依照國軍標GJB 360A-96試驗方法要求完成可靠性試驗。

3? 結(jié)? 論

本文提供了一種高頻高Q片式電容器陶瓷粉體的配方和器件制備工藝，最終實現(xiàn)高頻高Q多層片式瓷介電容器的制備。項目的實施可使企業(yè)成功實現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品的量產(chǎn)，滿足巨大軍用市場需求，改變同類產(chǎn)品依賴進口的格局，保證國防安全，并有望與ATC等公司進行競爭，將產(chǎn)品應(yīng)用于軍用市場，使我國目前在該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀得到一定的改觀。因此，本項目的開發(fā)不僅具有較強的社會效益，還能帶來較大的經(jīng)濟效益。

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作者簡介：高泮嵩（1972.07-），男，漢族，河南人，研究方向：電子元器件研發(fā)、制造、銷售。