電極材料的基本知識(shí)

內(nèi)外電極是電容器的重要組成部分。內(nèi)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(zhì)量的兩大因素。外電極主要是將相互平行的各層內(nèi)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(nèi)外電極的材料一般都是金屬材料。

一、內(nèi)電極材料
大家知道，片式電容的內(nèi)電極是通過印刷而成。因此，內(nèi)電極材料在燒結(jié)前是以具有流動(dòng)性的金屬或金屬合金的漿料的形式存在，故叫內(nèi)電極漿料，簡(jiǎn)稱內(nèi)漿。由于片式多層瓷介電容器采用BaTiO3系列陶瓷作介質(zhì)，此系列陶瓷材料一般都在950℃～1300℃左右燒成；故內(nèi)電極也一般選用高熔點(diǎn)的貴金屬Pt、Pd、Au等材料，要求能夠大1400℃左右高溫下燒結(jié)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(diǎn)

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(jià)格昂貴。純Ag的內(nèi)電極因燒結(jié)溫度偏低，制造的產(chǎn)品可靠性相對(duì)較差。因此，現(xiàn)在一般很少使用。針對(duì)銀的低熔點(diǎn)和高溫不穩(wěn)定性，一般用金屬Pd和Ag的合金來提高內(nèi)電極的熔點(diǎn)和用Pd來抑制Ag的流動(dòng)性。目前常用的內(nèi)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(nèi)電極因價(jià)格昂貴也很少使用。
對(duì)于片式電容而言，其內(nèi)電極成本占到電容器的30%～80%，從而采用廉價(jià)的金屬作為內(nèi)電極，是降低獨(dú)石電容器成本的有效措施。因此，在日本和其他一些國(guó)家，早在60 年代開始研制開發(fā)以賤金屬為內(nèi)外電極的電子漿料。目前用Ni作內(nèi)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(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)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(chǎn)品投入到大生產(chǎn)中，并已投放市場(chǎng)。村田GRM600 系列溫度補(bǔ)償獨(dú)石電容器是用Cu作內(nèi)電極，月生產(chǎn)量為1億支。
金屬鎳作為內(nèi)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(diǎn)：(1) Ni原子或原子團(tuán)的電子遷移速度較Ag和Pd-Ag都小。(2) 機(jī)械強(qiáng)度高。(3)電極的浸潤(rùn)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(nèi)電極層的質(zhì)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(jié)，則Ti4+將被還原成低價(jià)的離子而使陶瓷的絕緣下降。因此，要使Ni電極的質(zhì)量和BaTiO3含鈦陶瓷的介電性能同時(shí)得到保證的話，一般采用保護(hù)性氣氛狀態(tài)燒結(jié)。

二、端電極材料
端電極起到連接瓷體多層內(nèi)電極與外圍線路的作用，其對(duì)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?yàn)殂y與錫的熔點(diǎn)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(diǎn)在于焊接時(shí)，只有芯片的兩端承受烙鐵的高溫?zé)釠_擊，而瓷體受熱沖擊相對(duì)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?yàn)榇硕穗姌O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(nèi)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(duì)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(diǎn)是適合大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)，即SMD貼片系統(tǒng)。
另外，片式電容在線路板上焊接時(shí)，焊膏的選擇也是很重要的。目前最常用的焊膏是Sn62?，F(xiàn)將國(guó)內(nèi)外其他幾種焊料列舉如下：