電極材料的基本知識

電極材料的基本知識

內外電極是電容器的重要組成部分。內電極主要是用來貯存電荷，其有效面積的大小和電極層的連續(xù)性是影響電容質量的兩大因素。外電極主要是將相互平行的各層內電極并聯(lián)，并使之與外圍線路相連接的作用。片容的外電極就是芯片端頭。
用來制造內外電極的材料一般都是金屬材料。

一、內電極材料
大家知道，片式電容的內電極是通過印刷而成。因此，內電極材料在燒結前是以具有流動性的金屬或金屬合金的漿料的形式存在，故叫內電極漿料，簡稱內漿。由于片式多層瓷介電容器采用BaTiO3系列陶瓷作介質，此系列陶瓷材料一般都在950℃～1300℃左右燒成；故內電極也一般選用高熔點的貴金屬Pt、Pd、Au等材料，要求能夠大1400℃左右高溫下燒結而不致發(fā)生氧化、熔化、揮發(fā)、流失等現(xiàn)象。
幾種金屬的熔點

目前，世界上常用的漿料有Ni，Ag/Pd、純Pd的漿料，Ag/Pd、純Pd均為貴重金屬材料，價格昂貴。純Ag的內電極因燒結溫度偏低，制造的產品可靠性相對較差。因此，現(xiàn)在一般很少使用。針對銀的低熔點和高溫不穩(wěn)定性，一般用金屬Pd和Ag的合金來提高內電極的熔點和用Pd來抑制Ag的流動性。目前常用的內漿中Pd與Ag的比例有3/7，6/4，7/3（分子為金屬Pd，分母為金屬Ag），而純Pd的內電極因價格昂貴也很少使用。
對于片式電容而言，其內電極成本占到電容器的30%～80%，從而采用廉價的金屬作為內電極，是降低獨石電容器成本的有效措施。因此，在日本和其他一些國家，早在60 年代開始研制開發(fā)以賤金屬為內外電極的電子漿料。目前用Ni作內電極，Cu作外電極的工藝已十分成熟。這樣，高燒高可靠且用賤金屬可降低成本，使得他們的片式電容目前在世界上具有很強的競爭力。日本已有太陽誘電、村田制作所、TDK三家公司已將Ni電極產品投入到大生產中，并已投放市場。村田GRM600 系列溫度補償獨石電容器是用Cu作內電極，月生產量為1億支。
金屬鎳作為內電極是一種非常理想的賤金屬，而且具有較好的高溫性能，其作為電極的特點：(1) Ni原子或原子團的電子遷移速度較Ag和Pd-Ag都小。(2) 機械強度高。(3)電極的浸潤性和耐焊接熱性能好。但它在高溫下易氧化成綠色的氧化亞鎳，從而不能保證內電極層的質量。因此，它必須在還原氣氛中燒成。然而，恰恰相反，含鈦陶瓷如果在還原氣氛中燒結，則Ti4+將被還原成低價的離子而使陶瓷的絕緣下降。因此，要使Ni電極的質量和BaTiO3含鈦陶瓷的介電性能同時得到保證的話，一般采用保護性氣氛狀態(tài)燒結。

二、端電極材料
端電極起到連接瓷體多層內電極與外圍線路的作用，其對片容最大的影響主要表現(xiàn)在芯片的可焊與耐焊性能方面。我們目前有兩種基本形式：
(1)純銀端電極。因為銀與錫的熔點相差比較大，困此，此端電極一般只適于手工烙鐵焊。此焊接方式的優(yōu)點在于焊接時，只有芯片的兩端承受烙鐵的高溫熱沖擊，而瓷體受熱沖擊相對較小，因此，電容器受熱沖擊的影響較小，但效率較低，端電極附著力差。
(2)三層電極，常用的有Ag-Ni-Sn、Ag-Ni-Au、Cu-Ni-Sn（BME）共三層。第一層銀層是通過封端工序備上去的；第二層鎳層和第三層錫層（或金）是通過電鍍工藝鍍上去的。因為此端電極最外層為錫層，因此，適合所有的焊接。三層電極的作用：
Ag: 與內電極良好接觸，其直接影響芯片的可靠性，厚度一般在50um。
Ni: 熱阻礙層,其厚度對芯片耐焊接熱有直接的影響, 厚度2～4um。
Sn: 與外圍線路有良好接觸。直接影響芯片可焊性能, 厚度4～7um。
此焊接方式的優(yōu)點是適合大規(guī)模自動化生產，即SMD貼片系統(tǒng)。
另外，片式電容在線路板上焊接時，焊膏的選擇也是很重要的。目前最常用的焊膏是Sn62。現(xiàn)將國內外其他幾種焊料列舉如下：