平面电容的制作方法及系统和平面电容

文档序号:1848274 发布日期:2021-11-16 浏览:27次 >En<

阅读说明:本技术 平面电容的制作方法及系统和平面电容 (Manufacturing method and system of planar capacitor and planar capacitor ) 是由 李峰 卢星华 杨柳 陶玉红 李露 周智勇 于 2021-07-12 设计创作,主要内容包括:一种平面电容的制作方法,平面电容包括第一平面电极、第二平面电极以及设置于第一平面电极与的第二平面电极之间的介质层,制作方法包括:制作形成介质层的介质层浆料;在第一平面电极和/或第二平面电极的表面涂布介质层浆料后形成介质薄膜;形成多层介质薄膜后将第一平面电极与第二平面电极进行覆合形成平面电容,介质层由多层介质薄膜相互叠置形成。本发明的平面电容的制作方法制作的平面电容具有较高的耐电压特性,提高了平面电容的良率,生产成本低。本发明还涉及一种平面电容及平面电容的制作系统。(A method for manufacturing a planar capacitor, the planar capacitor comprises a first planar electrode, a second planar electrode and a dielectric layer arranged between the first planar electrode and the second planar electrode, the method comprises the following steps: manufacturing dielectric layer slurry for forming a dielectric layer; coating dielectric layer slurry on the surface of the first planar electrode and/or the second planar electrode to form a dielectric film; and after the multilayer dielectric films are formed, the first plane electrode and the second plane electrode are combined to form a plane capacitor, and the dielectric layers are formed by mutually overlapping the multilayer dielectric films. The planar capacitor manufactured by the manufacturing method of the planar capacitor has higher voltage resistance, the yield of the planar capacitor is improved, and the production cost is low. The invention also relates to a planar capacitor and a manufacturing system of the planar capacitor.)

平面电容的制作方法及系统和平面电容

技术领域

本发明涉及平面电容技术领域,特别涉及一种平面电容的制作方法及系统和平面电容。

背景技术

当前平面电容主要应用于MEMS麦克风芯片基板等高、精、尖、小方面的电子产品当中,随着需求的发展,消费者对该类电子产品的要求也越来越高;比如HAST(高速老化130℃/85%RH)实验要求达1000h以上,TCT(恒温80℃恒湿 85%RH)实验要求达1000h以上等等可靠性测试。而平面电容质量的高低、耐压性能强弱都会直接影响到电子产品的可靠性测试。

平面电容作为平板电容器元件的一类,它是基于钛酸钡粒子和环氧树脂混合分散的聚合物材料体系,再配合铜箔(即充当平面电容的两端电极)、其他辅助材料(如分散剂、固化剂)配制而成的平面电容。平面电容的生产是以涂布等方式将介质层浆料均匀分散涂布在第一铜箔基材表面上,再预烘处理后形成半固化的介质层浆料,再将其与第二铜箔基材进行平整高温覆合,并进行熟化处理后得到平面电容;介质层浆料位于第一铜箔基材和第二铜箔基材之间。

由于国内生产设备精度不高、生产工艺不完善等因素,在平面电容的生产过程中介质层浆料流动性以及介质层浆料在预烘过程(非真空气浮式预烘箱)中溶剂的挥发等客观条件的影响,介质层难以做到无气孔存在;而若介质层中存在气孔,则会不可避免地改变了平面电容的电容性能(如耐压特性降低、电容值降低、剥离强度降低等等),进而影响了电子产品的可靠性测试,甚至导致电子产品功能失效。

发明内容

有鉴于此,本发明提供一种平面电容的制作方法,制作的平面电容具有较高的耐电压特性,提高了平面电容的良率,生产成本低。

一种平面电容的制作方法,平面电容包括第一平面电极、第二平面电极以及设置于第一平面电极与的第二平面电极之间的介质层,制作方法包括:制作形成介质层的介质层浆料;在第一平面电极和/或第二平面电极的表面涂布介质层浆料后形成介质薄膜;形成多层介质薄膜后将第一平面电极与第二平面电极进行覆合形成平面电容,介质层由多层介质薄膜相互叠置形成。

在本发明的实施例中,在所述第一平面电极和/或所述第二平面电极的表面涂布所述介质层浆料后,对所述介质层浆料预烘烤处理形成半固化的所述介质薄膜,形成多层半固化的所述介质薄膜后覆合所述第一平面电极与所述第二平面电极。

在本发明的实施例中,覆合所述第一平面电极与所述第二平面电极的方法包括:

在预设温度和预设压力下将所述第一平面电极与所述第二平面电极进行压合,得到所述平面电容;

所述预设温度为100~150℃,所述预设压力为3~6kg/cm2

在本发明的实施例中,在所述第一平面电极的表面形成一层所述介质薄膜后,在所述介质薄膜的表面至少涂布一次所述介质层浆料,使所述第一平面电极上形成多层相互叠置的所述介质薄膜;

将形成有多层所述介质薄膜的所述第一平面电极与所述第二平面电极覆合。

在本发明的实施例中,在所述第二平面电极的表面形成一层所述介质薄膜后,在所述介质薄膜的表面至少涂布一次所述介质层浆料,使所述第二平面电极上形成多层相互叠置的所述介质薄膜;

将形成有多层所述介质薄膜的所述第二平面电极与所述第一平面电极覆合。

在本发明的实施例中,在所述第一平面电极的表面形成一层所述介质薄膜后,在所述介质薄膜的表面至少涂布一次所述介质层浆料,使所述第一平面电极上形成多层相互叠置的所述介质薄膜;

在所述第二平面电极的表面至少形成一层所述介质薄膜后,将形成有多层所述介质薄膜的所述第一平面电极与所述第二平面电极覆合。

在本发明的实施例中,制作所述介质层浆料的方法包括:

将环氧树脂加入到第一溶剂中,在温度20~40℃下搅拌15~35min,得到混合液;

将无机填料搅拌分散于第二溶剂中,得到悬浮液,将所述悬浮液搅拌分散于所述混合液中;

在所述混合液中加入助剂并搅拌均匀,得到所述介质层浆料的混合物,将所述混合物倒入球磨罐中以100~200rpm的转速球磨5h~15h,得到所述介质层浆料。

在本发明的实施例中,上述环氧树脂包括缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂环族环氧树脂、环氧化烯烃化合物、甘蔗多元醇环氧树脂和混合结构环氧树脂中的至少一种;

所述无机填料包括钛酸钡钠、钛酸钡、钛酸铜钙、钛酸锶、钛酸锶钡、钛酸钙、钛酸钙钡、锆钛酸铅、钛酸铅钠、钛酸铅中的至少一种;

所述助剂包括固化剂、分散剂、偶联剂、流平剂、消泡剂、促进剂中的至少一种;

所述第一溶剂和所述第二溶剂包括丙酮、戊酮、酒精、丁酮中的至少一种。

本发明还涉及一种平面电容,所述平面电容采用上述的平面电容的制作方法制作形成。

本发明还涉及一种平面电容的制作系统,所述制作系统用于制作上述的平面电容,所述制作系统包括第一传送单元、第二传送单元、涂布单元、预热箱和压合单元,其中:

所述第一传送单元用于传送第一平面电极或至少形成有一层介质薄膜的所述第一平面电极依次经过至所述涂布单元、所述预热箱和所述压合单元;

所述涂布单元用于将介质层浆料涂布在所述第一平面电极的表面或涂布在所述介质薄膜上;

所述预热箱用于预热涂布在所述第一平面电极或所述介质薄膜上的所述介质层浆料,使所述第一平面电极的表面形成介质薄膜,或者在所述介质薄膜上再形成一层介质薄膜;

所述第二传送单元用于传送第二平面电极或至少形成有一层所述介质薄膜的第二平面电极至所述压合单元;

所述压合单元用于将形成有所述介质薄膜的第一平面电极与所述第二平面电极或至少形成有一层所述介质薄膜的第二平面电极压合。

本发明的平面电容的制作方法通过在第一平面电极和/或第二平面电极上多次涂布形成多层介质薄膜,覆合压合形成的平面电容具有较高的耐电压特性,提高了平面电容的良率,同时降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明的平面电容的制作方法的流程示意图。

图2是本发明的平面电容的剖视结构示意图。

图3是本发明的平面电容的两层介质薄膜中的气孔重合时的局部剖视结构示意图。

图4和图5是本发明的平面电容的两层介质薄膜中的气孔错开时的局部剖视结构示意图。

图6是本发明的平面电容的三层介质薄膜中的气孔重合时的局部剖视结构示意图。

图7是本发明的平面电容的制作系统的结构示意图。

具体实施方式

本申请提供了一种平面电容的制作方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。

为了便于本领域技术人员的理解,本申请通过以下实施例对本申请提供的技术方案的具体实现过程进行说明。

图1是本发明的平面电容的制作方法的流程示意图,图2是本发明的平面电容的剖视结构示意图,如图1和图2所示,平面电容的制作方法,所述平面电容10包括第一平面电极11、第二平面电极12以及设置于第一平面电极11与的第二平面电极12之间的介质层13,所述制作方法包括:

制作形成介质层13的介质层浆料43(参见图7);

在第一平面电极11和/或第二平面电极12的表面涂布介质层浆料43后形成介质薄膜131;

形成多层介质薄膜131后将第一平面电极11与第二平面电极12进行覆合形成平面电容10,介质层13由多层介质薄膜131相互叠置形成,即多层介质薄膜131相互层叠设置。

本发明的平面电容的制作方法通过在第一平面电极11和/或第二平面电极12上多次涂布形成多层介质薄膜131,覆合压合形成的平面电容10具有较高的耐电压特性,提高了平面电容10的良率,同时降低了生产成本。

进一步地,介质层13的厚度为d,组成介质层13的介质薄膜131的数量为n,各介质薄膜131的厚度为d/n,其中n大于或等于2。

进一步地,第一平面电极11、第二平面电极12为铜箔片材。

进一步地,在第一平面电极11和/或第二平面电极12的表面涂布介质层浆料43后,对介质层浆料43预烘烤处理形成半固化的介质薄膜131,形成多层半固化的介质薄膜131后覆合第一平面电极11与第二平面电极12,形成平面电容10。

进一步地,覆合第一平面电极11与第二平面电极12的方法包括:

在预设温度和预设压力下将第一平面电极11与第二平面电极12进行压合,得到平面电容10;

预设温度为100~150℃,预设压力为3~6kg/cm2

进一步地,在第一平面电极11的表面形成一层介质薄膜131后,在介质薄膜131的表面至少涂布一次介质层浆料43,使第一平面电极11上形成多层相互叠置的介质薄膜131;

将形成有多层介质薄膜131的第一平面电极11与第二平面电极12覆合,形成平面电容10。在本实施例中,第二平面电极12的表面未形成介质薄膜131,第一平面电极11可形成两层或两层以上的介质薄膜131,介质薄膜131的层数可根据实际需要自由选择。

在另一较佳的实施例中,在第二平面电极12的表面形成一层介质薄膜 131后,在介质薄膜131的表面至少涂布一次介质层浆料43,使第二平面电极12上形成多层相互叠置的介质薄膜131;

将形成有多层介质薄膜131的第二平面电极12与第一平面电极11覆合,形成平面电容10。在本实施例中,第一平面电极11的表面未形成介质薄膜131,第二平面电极12可形成两层或两层以上的介质薄膜131,介质薄膜131的层数可根据实际需要自由选择。

在另一较佳的实施例中,在第一平面电极11的表面形成一层介质薄膜131后,在介质薄膜131的表面至少涂布一次介质层浆料43,使第一平面电极11上形成多层相互叠置的介质薄膜131;

在第二平面电极12的表面至少形成一层介质薄膜131后,将形成有多层介质薄膜131的第一平面电极11与第二平面电极12覆合。在本实施例中,第一平面电极11可形成两层或两层以上的介质薄膜131,介质薄膜131的层数可根据实际需要自由选择。

进一步地,制作介质层浆料43的方法包括:

将环氧树脂加入到第一溶剂中,在温度20~40℃下搅拌15~35min,得到混合液;

将无机填料搅拌分散于第二溶剂中,得到悬浮液,将悬浮液搅拌分散于混合液中;

在混合液中加入助剂并搅拌均匀,得到介质层浆料43的混合物,将混合物倒入球磨罐中以100~200rpm的转速球磨5h~15h,得到介质层浆料43。

进一步地,环氧树脂包括缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂环族环氧树脂、环氧化烯烃化合物、甘蔗多元醇环氧树脂和混合结构环氧树脂中的至少一种;

无机填料包括钛酸钡钠、钛酸钡、钛酸铜钙、钛酸锶、钛酸锶钡、钛酸钙、钛酸钙钡、锆钛酸铅、钛酸铅钠、钛酸铅中的至少一种;

助剂包括固化剂、分散剂、偶联剂、流平剂、消泡剂、促进剂中的至少一种;

第一溶剂和第二溶剂包括丙酮、戊酮、酒精、丁酮中的至少一种

进一步地,图3是本发明的平面电容的两层介质薄膜中的气孔重合时的局部剖视结构示意图,图4和图5是本发明的平面电容的两层介质薄膜中的气孔错开时的局部剖视结构示意图,如图3、图4和图5所示,靠近第一平面电极11的介质薄膜131的厚度为d1(d1=10um),所述介质层浆料43的介电强度为E,假设面积S=500mm×600mm,即0.3m2的介质薄膜131存在气孔,有且只有一个气孔,且该气孔长度与介质薄膜131的厚度相等,即气孔的长度为d1(d1=10um),面积为ΔS1);靠近第二平面电极12的介质薄膜131 的厚度为d2(d2=10um),所述介质层浆料43的介电强度为E,假设面积 S=500mm×600mm,即0.3m2的介质薄膜131存在气孔,有且只有一个气孔,且该气孔长度与介质薄膜131的厚度相等,即气孔的长度为 d2(d2=10um),面积为ΔS2);该子平面电容C0的介质层13厚度为d=d1+d2,此时该子平面电容的击穿电压有以下情况:

第一,如图3所示,两个气孔ΔV1与ΔV2仅有部分覆合,且0<重合面积ΔS≤ min(ΔS1,ΔS2),此时该子平面电容C0的击穿电压U0基本等于空气的击穿电压 U0=E0×d=660V,此种情况发生的概率为PΔS,其中:

PΔS=∫0 10(ΔS/S)2dΔS

按ΔS1=ΔS2=100mm2,S=500mm×600mm,可计算PΔS=0.37×10-5,即3.7ppm。

第二,如图4和图5所示,气孔ΔV1与ΔV2刚好完全错开,此时该子平面电容C0的击穿电压U0至少能达到d1或d2厚度该介质层13的击穿电压,即 U0=E×d1=1500V>660V。

进一步地,图6是本发明的平面电容的三层介质薄膜中的气孔重合时的局部剖视结构示意图,如图6所示,靠近第一平面电极11的介质薄膜131的厚度为d1(d1=6.67um),所述介质层浆料43本身的介电强度为E,假设面积 S=500mm×600mm,即0.3m2的介质薄膜131存在气孔,有且只有一个气孔,且该气孔长度与介质薄膜131的厚度相等,即气孔的长度为d1(d1=6.67um),面积为ΔS1);靠近第二平面电极12的介质薄膜131的厚度为d2(d2=6.67um),所述介质层浆料43的介电强度为E,假设面积 S=500mm×600mm,即0.3m2的介质薄膜131存在气孔,有且只有一个气孔,且该气孔长度与介质薄膜131的厚度相等,即气孔的长度为d2(d2=6.67um),面积为ΔS2);中间介质薄膜131的厚度为d3(d3=6.67um),所述介质层浆料43的介电强度为E,假设面积S=500mm×600mm,即 0.3m2的介质薄膜131存在气孔,有且只有一个气孔,且该气孔长度与介质薄膜131的厚度相等,即气孔的长度为d3(d3=6.67um),面积为ΔS3);该子平面电容的介质层13厚度为d=d1+d2+d2=20um,此时该子平面电容的击穿电压有以下情况,且假设ΔS1=ΔS2=ΔS3=100mm2,则:

第一,如图6所示,气孔ΔV1、ΔV2、ΔV3有部分对应覆合,且0<重合面积ΔS≤min(ΔS1,ΔS2,ΔS3),此时该子平面电容C0的击穿电压U0基本等于空气的击穿电压U0=E0×d=660V,此种情况发生的概率为PΔS,其中:

PΔS=∫0 10(ΔS/S)3dΔS

即按ΔS1=ΔS2=ΔS3=100mm2,S=500mm×600mm,可计算PΔS=0.093× 10-8,即0.093×10-2ppm。

第二,该子平面电容C0仅包含一个气孔(ΔV1、ΔV2、ΔV3三个其中之一) 时,此时该子平面电容C0的击穿电压U0至少能达到(2/3)×d厚度该介质层13 的击穿电压,即U0=E0×(2/3)×d=2000V。

第三,该子平面电容C0仅包含两个气孔(ΔV1、ΔV2、ΔV3三个任意两个) 时,此时该子平面电容C0的击穿电压U0至少能达到(1/3)×d厚度该介质层13 的击穿电压,即U0=E×(2/3)×d=1000V。

第四,该子平面电容C0不包含任何气孔时,此时该子平面电容C0的击穿电压U0能达到d厚度该介质层13的击穿电压,即U0=E×d=3000V。

综合所述,该子平面电容C0的击穿电压U0为660V的概率仅为PΔS= 0.093×10-8,即0.093×10-2ppm,其余的子平面电容C0的击穿电压U0均能达到1000V以上。

本发明的平面电容的制作方法可以大大降低电容被击穿的发生概率,有效地改善提高平面电容10的良率、提高耐压特性等。

进一步地,假设母平面电容(母平面电容面积为S)经过n次(n≥2)涂布介质层13而得,而每次涂布介质层13都有一个气孔ΔVn(该气孔厚度为d/n,截面积为ΔSn),则有ΔV1、ΔV2、……、ΔVn个;在第一平面电极11与第二平面电极12覆合后,且气孔ΔV1、ΔV2、……、ΔVn刚好有部分对应覆合,以及0<重合面积ΔS≤min(ΔS1,ΔS2、……,ΔSn)=ΔSmax,此时该子平面电容C0的击穿电压U0基本等于空气(或真空)的击穿电压U,此种情况发生的概率为PΔS,其中

进一步地,如图2所示,本发明还涉及一种平面电容10,所述平面电容 10采用上述的平面电容的制作方法制作形成。

具体地,平面电容10包括第一平面电极11、第二平面电极12和介质层 13,第一平面电极11与第二平面电极12平行且相对设置,介质层13连接于第一平面电极11与第二平面电极12之间,介质层13至少由两层介质薄膜 131相互叠置形成,介质层13的厚度为d,组成介质层13的介质薄膜131的数量为n,各介质薄膜131的厚度为d/n,其中n大于或等于2。

进一步地,图7是本发明的平面电容的制作系统的结构示意图,如图7 所示,本发明还涉及一种平面电容的制作系统,所述制作系统采用上述制作方法制作上述的平面电容10,所述制作系统包括第一传送单元20、第二传送单元30、涂布单元40、预热箱50和压合单元60,其中:

第一传送单元20用于传送第一平面电极11或至少形成有一层介质薄膜 131的第一平面电极11依次经过至涂布单元40、预热箱50和压合单元60;

涂布单元40用于将介质层浆料43涂布在第一平面电极11的表面或涂布在介质薄膜上131上;

预热箱50用于预热涂布在第一平面电极11或介质薄膜131上的介质层浆料43,使第一平面电极11的表面形成介质薄膜131,或者在介质薄膜131 上再形成一层介质薄膜131;

第二传送单元30用于传送第二平面电极12或至少形成有一层介质薄膜 131的第二平面电极12至压合单元60;

压合单元60用于将形成有介质薄膜131的第一平面电极11与第二平面电极12或至少形成有一层介质薄膜131的第二平面电极12压合,值得一提的是,将第一平面电极11与第二平面电极12压合后,介质薄膜131的层数大于或等于2。

进一步地,第一传送单元20包括第一卷料辊21和多个传送辊22,第一卷料辊21用于卷绕待涂布介质层浆料43的第一平面电极11或至少形成有一层介质薄膜131的第一平面电极11,第一卷料辊21与电机连接,第一卷料辊21与各传送辊22配合将第一平面电极11或至少形成有一层介质薄膜131 的第一平面电极11依次传送至涂布单元40、预热箱50和压合单元60。

进一步地,涂布单元40包括浆料容器41和涂布辊42,浆料容器41用于容置介质层浆料43,涂布辊42一部分设置于介质层浆料43中,涂布辊42 的另一部分位于浆料容器41外,并与第一平面电极11或介质薄膜131的表面接触,涂布辊42转动可将介质层浆料43涂布在第一平面电极11或介质薄膜131的表面上。在本实施例中,涂布单元40采用凹版网辊方式、狭缝挤出涂布方式,逗号刮刀涂布方式其中之一,还包括浸式逆转涂布、翻转吻合式涂布等等上胶涂布技术。

进一步地,压合单元60包括硅胶辊61和覆合辊62,硅胶辊61与覆合辊62上下相对设置,硅胶辊61与覆合辊62之间形成供第一平面电极11和第二平面电极12经过的间隙,硅胶辊61和/或覆合辊62能相互靠拢或远离移动,硅胶辊61与覆合辊62相互靠拢移动实现将第一平面电极11和第二平面电极12覆合压合。在本实施例中,覆合辊62内设有加热器,用于对覆合辊62加热升温,使半固化的介质层13固化。

进一步地,第二传送单元30包括第二卷料辊31和第三卷料辊32,第二卷料辊31与第三卷料辊32相互间隔设置,压合单元60设置于第二卷料辊31与第三卷料辊32之间,第二卷料辊31用于卷绕第二平面电极12或至少形成有一层介质薄膜131的第二平面电极12,第三卷料辊32卷收压合形成的平面电容10。

进一步地,第二平面电极12或至少形成有一层介质薄膜131的第二平面电极12可由第一传送单元20依次传送至涂布单元40与预热箱50形成,之后卷收在第二卷料辊31上。以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

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