صفحات گرم شده چه نقشی در لمینیت خازن های سرامیکی چندلایه (MLCC) دارند؟

خازن های سرامیکی ریز و به ظاهر غیرقابل تخریب در هر برد مدار از صدها لایه متناوب سرامیکی و فلزی ساخته شده اند که نازک تر از موی انسان است. این لایه‌ها در یک پرس لمینیت دقیق فشرده و به هم متصل می‌شوند، جایی که صفحات گرمایش نگهبانان بی‌صدا و فوق‌العاده مسطح کمال هستند. در تولید با حجم بالا خازن های سرامیکی چند لایه (MLCC)،لمینیت MLCC صفحه گرمفرآیند مرحله مهمی است که یک پشته شکننده از نوار سرامیکی و جوهر الکترود نیکل را به یک بلوک متراکم و یکپارچه تبدیل می‌کند که قادر به تحمل میلیاردها چرخه شارژ-تخلیه است.

فرآیند لمینیت MLCC: ساختن یک ساختار لایه ای

یک MLCC از لایه های متناوب مواد سرامیکی دی الکتریک و الکترودهای داخلی نیکل (یا مس) ساخته شده است. توالی ساخت با ریخته‌گری یک نوار سرامیکی نازک «سبز»{1}}مخلوطی از پودر سرامیکی خوب (معمولاً تیتانات باریم، BaTiO3)، چسب‌های آلی و نرم‌کننده‌ها- روی یک فیلم حامل آغاز می‌شود. الگوهای الکترود با استفاده از یک خمیر رسانا مبتنی بر نیکل بر روی نوار چاپ می شوند.

چند ورق نوار چاپی (اغلب 200 تا 1000 لایه) روی هم چیده شده و با دقت در سطح میکرون تراز می شوند. این پشته بلند و ظریف که هنوز نرم و انعطاف پذیر است، سپس به دستگاه پرس لمینیت منتقل می شود. پرس حرارت و فشار یکنواخت را اعمال می کند تا لایه ها را به یک بلوک جامد تبدیل کند. پس از لمینیت، بلوک به تراشه‌های خازن جداگانه خرد می‌شود، که سپس در دماهای بالا (بیش از 1200 درجه) زینتر می‌شوند تا مواد آلی بسوزانند و سرامیک متراکم شود. الکترودهای نیکل دست نخورده باقی می مانند و یک شبکه خازنی را تشکیل می دهند.

نقش صفحات گرم شده: گرما، فشار و صافی

پرس لمینیت از دو صفحه بزرگ و با دقت آسیاب شده-یکی در بالا و دیگری پایین- برای اعمال دما و نیرو بر روی نوار سبز روی هم استفاده می‌کند. صفحات معمولاً از فولاد ابزار (مانند AISI H13 یا D2) یا برای دقت بسیار بالا از کاربید تنگستن ساخته می شوند. عملکرد آنها سه گانه است:

توزیع یکنواخت حرارت- صفحات تا دمای دقیق، معمولاً در محدوده 60-100 درجه (اغلب 70-85 درجه برای فرمولاسیون استاندارد MLCC) گرم می شوند. گرما سیستم بایندر آلی را در نوار سرامیکی نرم می کند، مواد را انعطاف پذیر می کند و اجازه می دهد که لایه ها بدون ترک خوردگی بچسبند.

فشار بالا و یکنواخت- پرس نیروی کلی صدها تن را اعمال می کند (به عنوان مثال، 100 تا 500 تن، بسته به اندازه پشته). این فشار از طریق صفحات به پشته سرامیکی منتقل می شود و هوای به دام افتاده را از بین می برد و باعث ایجاد تماس صمیمی بین لایه های مجاور می شود.

سطح مرجع فوق العاده مسطح- صفحات باید صافی بین 5 تا 10 میکرون در کل سطح کار خود حفظ کنند (مثلاً 300 میلی متر × 300 میلی متر یا بزرگتر). هرگونه انحراف-حتی چند میکرون{8}}باعث تغییرات فشار موضعی می‌شود که تراز الکترودها را مختل می‌کند یا ضخامت غیریکنواختی ایجاد می‌کند.

در کارخانه MLCC، صفحه یک سندان داغ و مسطح است که یک کیک لایه‌ای میکروسکوپی را به یک بلوک متراکم و بدون نقص تبدیل می‌کند. ترکیبی از حرارت دقیق کنترل شده و فشار کاملاً توزیع شده تضمین می کند که لایه های الکترود نیکل موازی باقی می مانند، ضخامت دی الکتریک بین آنها ثابت است و هیچ لایه لایه شدنی رخ نمی دهد.

عواقب عملکرد ضعیف پلاتن

اگر صفحات گرم شده استانداردهای لازم را برآورده نکنند، چندین نقص ایجاد می شود:

لایه لایه شدن- فشار ناکافی یا ناهموار از چسبیدن لایه ها جلوگیری می کند. پس از پخت، تراشه در امتداد سطوح داخلی از هم جدا می شود. این با میکروسکوپ صوتی یا آزمایش الکتریکی تشخیص داده می شود.

تاب برداشتن– تغییرات دما (مثلاً یک نقطه داغ +3 درجه ) باعث جریان افتراقی بایندر می شود. پشته خم می شود یا پیچ می خورد که منجر به ناهمترازی الکترودها و تغییر ظرفیت خازنی می شود.

ترک ها- چرخه حرارتی سریع ناشی از کنترل ضعیف یا نقص سطح باعث ایجاد شکستگی استرس در پشته سبز می شود.

اعوجاج الکترود- صفحات غیر مسطح، الگوهای خمیر نیکل را به طور ناهموار له می کنند، که منجر به اتصال کوتاه یا مدار باز می شود.

همه این عیوب مستقیماً بر قابلیت اطمینان و عملکرد خازن تأثیر می گذارد و کیفیت صفحه را در اولویت قرار می دهد.

سیستم های گرمایش و سرمایش برای صفحات گرمایشی

برای دستیابی به یکنواختی حرارتی مورد نیاز، صفحات گرم شده در پرس های لمینیت MLCC مجهز به سیستم های پیشرفته کنترل دما هستند:

روش های گرمایش- بخاری های کارتریجی تعبیه شده در کانال های حفر شده نزدیک سطح صفحه برای پرس های کوچکتر رایج هستند. برای صفحات بزرگتر، گردش روغن داغ از طریق گذرگاه های داخلی گرمایش یکنواخت تر و توزیع گرما بهتر را فراهم می کند.

مدارهای خنک کننده- کانال های خنک کننده آب یکپارچه نیز در صفحه ماشینکاری می شوند. پس از چرخه لمینیت (معمولاً 10 تا 30 دقیقه)، آب سرد به گردش در می آید تا به سرعت صفحه و بلوک چند لایه خنک شود. خنک شدن سریع بایندر را سفت می کند، شکل آن را قفل می کند و از برگشت فنری جلوگیری می کند.

سنسورهای دما- چندین ترموکوپل یا RTD در موقعیت های مختلف در سراسر صفحه تعبیه شده اند تا به یک کنترل کننده PID برگردند. کنترل منطقه (3-6 منطقه مستقل) کل سطح را در 1± درجه از نقطه تنظیم نگه می دارد.

صفحات به گونه ای طراحی شده اند که در برابر چرخه های حرارتی مکرر (گرمایش از محیط تا 100 درجه و برگشت) بدون تاب برداشتن یا ایجاد ترک های سطحی مقاومت کنند. صفحات فولادی ابزار اغلب نیترید می شوند یا با یک لایه مقاوم در برابر سایش (مثلاً TiN یا CrN) پوشانده می شوند تا در برابر سایش خمیر الکترود نیکل مقاومت کنند، که می تواند در حین بارگذاری کمی ساینده باشد.

نکته دقیق: نیاز به محیطی کاملاً عاری از ذرات

یک ذره گرد و غبار-به کوچکی 10 میکرومتر-روی سطح صفحه می‌تواند کل ورق MLCC را خراب کند. در طول لمینیت، ذره سخت به نوار سبز نرم فشار داده می شود و یک نقطه فشار بالا ایجاد می کند. این نقطه باعث می شود که لایه های سرامیکی و نیکل به طرفین بیرون بیایند و به طور بالقوه یک پل رسانا (اتصال کوتاه) بین الکترودهای مجاور پس از تف جوشی ایجاد کنند. در یک MLCC تمام شده، چنین نقصی یک خرابی پنهان است که ممکن است فقط در چرخه ولتاژ یا دمای بالا ظاهر شود. بنابراین لمینت MLCC در محیط های اتاق تمیز (ISO Class 5 یا بهتر) انجام می شود. صفحات قبل از هر بار اجرا با پارچه های بدون پرز و الکل پاک می شوند و بارگیری و تخلیه به صورت خودکار انجام می شود تا ریزش ذرات انسانی به حداقل برسد.

مواد پلیت و پرداخت سطح

انتخاب ماده ورقه ای مستقیماً بر حفظ صافی در هزاران دوره تأثیر می گذارد:

فولاد ابزار سخت شده (به عنوان مثال، H13، 58-60 HRC)- رایج ترین رسانایی حرارتی خوبی (~25 W/m·K) و قابلیت ماشین کاری را ارائه می دهد. سطح با دقت آسیاب می شود و به صورت آینه ای پرداخت می شود (Ra کمتر یا مساوی 0.2 میکرومتر). یک پوشش نازک PVD (TiN یا CrN) ممکن است برای مقاومت در برابر سایش و بهبود رها شدن پشته سرامیکی اضافه شود.

کاربید تنگستن- برای کاربردهای با دقت فوق العاده بالا که در آن صافی باید در طول سالیان متمادی حفظ شود، استفاده می شود. بسیار سخت است (70-75 HRC) و در برابر اعوجاج حرارتی مقاومت می کند، اما ماشینکاری آن گران و دشوار است.

اینوار (آلیاژ آهن نیکل)- گاهی اوقات به دلیل ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین آن (≈1.2 ppm / درجه) استفاده می شود که تغییرات ابعادی را در طول گرمایش به حداقل می رساند. با این حال، Invar نرم تر و مستعد ساییدگی است.

سطح کار نه تنها برای صافی، بلکه برای جلوگیری از چسبیدن نوار سبز تا یک سطح ریز پرداخت می شود. یک صفحه صاف اجازه می دهد تا بلوک چند لایه به راحتی و بدون پارگی آزاد شود.

پارامترهای فرآیند و کنترل

پارامترهای لمینیت معمولی برای MLCC:

چرخه لمینیت توسط کامپیوتری کنترل می شود که فشار، دما و زمان را کنترل می کند. داده‌ها برای هر دسته ثبت می‌شوند تا قابلیت ردیابی و بهینه‌سازی فرآیند فعال شود.

نتیجه گیری

صفحه گرم شده سنگ بنای تولید MLCC است که از طریق اعمال بی عیب و نقص گرما و فشار، پشته ظریف پودر و جوهر را به یک قطعه الکترونیکی قوی و زیر میلی متری تبدیل می کند. رالمینیت MLCC صفحه گرمفرآیند نیاز به سطوح فوق‌العاده مسطح، کنترل دقیق دما (1± درجه) و محیطی کاملاً عاری از ذرات دارد. بدون این موارد، لایه لایه شدن، تاب برداشتن، و ناهماهنگی الکترود، خازن را بی استفاده می کند. کیفیت هر گوشی هوشمند، واحد کنترل خودرو، و ماهواره با صاف بودن یک صفحه فولادی داغ-و با نظم و انضباط مهندسی که آن را کاملا تمیز و یکنواخت گرم نگه می‌دارد آغاز می‌شود.