李萬(wàn)1, 2, 4，湯泉*, 1, 2，胡倫珍1, 2，呂亮3, 4，侯玉強(qiáng)1, 2，郭慶川1-3，劉夢(mèng)宇1-3，

1-激光與光學(xué)研究中心，綠色產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究所，安徽大學(xué)，合肥， 230088，中國(guó)

2-安徽柏逸激光科技有限責(zé)任公司，合肥， 230088，中國(guó)

3-信息材料與智能感知安徽省實(shí)驗(yàn)室，安徽大學(xué)，合肥， 230088，中國(guó)

4-物理與光電工程學(xué)院，安徽大學(xué)，合肥，230088，中國(guó)

*通訊作者：quan.tang@boyilaser.com (湯泉)

1.引言

多層陶瓷電容器是現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)中最重要的片式無(wú)源器件之一，被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、工業(yè)電子設(shè)備和軍用電子設(shè)備等領(lǐng)域。MLCC的核心結(jié)構(gòu)由內(nèi)電極材料與陶瓷介質(zhì)材料多層交替并聯(lián)疊合而成[1]，將其共燒成一個(gè)整體后在兩端封接外電極，使得MLCC具有尺寸小、容量高、成本低、可靠性好等特點(diǎn)。

隨著科技浪潮的推進(jìn)，平板設(shè)備、智能手機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品正以前所未有的速度向更加輕薄、緊湊的設(shè)計(jì)演進(jìn)，這一趨勢(shì)對(duì)元器件的尺寸提出了更為嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。電容器，作為這些精密裝置中不可或缺的能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換元件，其體積的進(jìn)一步縮減成為了推動(dòng)產(chǎn)品小型化、輕量化進(jìn)程中的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。因此高精度切割是超小型MLCC生產(chǎn)工序中的關(guān)鍵一環(huán)，目前超小型電容芯片的切割普遍采用刀片切割法，2011年吳曉東等人[2]解決了使用傳統(tǒng)切割方法出現(xiàn)的切偏、切斜和走位等問(wèn)題,保證了切割的加工合格率，產(chǎn)品的切割合格率提高到95％以上，解決了崩邊、崩角問(wèn)題并達(dá)到良好的倒角效果。2021年劉偉峰等人[3]利用感溫膠片作電容生坯的載板，將貼好感溫膠片的電容巴塊以真空吸附固定在切割機(jī)載臺(tái)，由切割機(jī)自動(dòng)對(duì)點(diǎn)切割，切割完成后采用熱離法，將感溫薄膜加熱至發(fā)泡點(diǎn)，使其黏性喪失，電容芯片隨之輕松脫落。為了獲得良好的切割質(zhì)量，還有很多重要因素要考慮，例如切割機(jī)的高精度、電容瓷坯的配方、感溫膠片、切割刀片等。

相比于傳統(tǒng)刀片切割方法，激光微納加工工藝以其獨(dú)特的非接觸式加工模式脫穎而出，憑借其卓越的加工精度、超高的生產(chǎn)效率以及極小的熱影響區(qū)域，成為了MLCC尺寸加工小型化道路上的理想選擇。本文正是基于這一背景，深入探討了激光微納加工技術(shù)在MLCC制備中的應(yīng)用，旨在通過(guò)技術(shù)革新，助力電子產(chǎn)業(yè)邁向更加精細(xì)、高效的發(fā)展新階段。

2.實(shí)驗(yàn)方法

2.1實(shí)驗(yàn)裝置  

實(shí)驗(yàn)中所使用的激光器為綠光納秒激光器（型號(hào)為NSGR40W，由安徽華創(chuàng)光電科技有限公司生產(chǎn)）中心波長(zhǎng)532nm，平均功率40W，重復(fù)頻率40KHZ，脈沖寬度24ns；振鏡型號(hào)為GalvoTech 10，入光孔徑10mm，打標(biāo)速度8000mm/s，定位速度20m/s;所用遠(yuǎn)心場(chǎng)鏡焦距為160mm，可加工幅面100mm×100mm，基于以上裝置能夠?qū)崿F(xiàn)大幅面、重復(fù)性切割。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置光路圖

實(shí)驗(yàn)裝置如圖上所示，采用綠光納秒激光器和振鏡加工平臺(tái)，通過(guò)視覺(jué)相機(jī)定位確定好樣品位置，平臺(tái)含有間距相等的小孔陣列，可通過(guò)供氣系統(tǒng)吸附固定樣品，保證樣品水平度良好，然后確定好加工路徑，改變工藝參數(shù)（如加工速度、切割次數(shù)、激光功率等）進(jìn)行樣品切割。

2.2實(shí)驗(yàn)樣品及加工路徑

如圖2所示為多層陶瓷電容器膜片，厚度為0.52mm，分三層，正反面為生瓷中間夾層銀電極。樣品上下兩側(cè)窄邊單線間距為1mm，左右兩側(cè)寬邊單線間距為0.5mm，加工方式為沿黑色標(biāo)識(shí)中心切割，上下左右對(duì)稱(chēng)切割，按水平、垂直兩方向切割，加工路徑如圖2中白色虛線所示。

圖2 樣品及加工路徑圖

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3 MLCC膜片樣品的 (a) 低倍和 (b) 高倍圖

采用視覺(jué)定位結(jié)合切割圖紙，完成了對(duì)整個(gè)膜片樣品的精密切割，得到1×0.5mm膜片樣品切片若干，如圖3所示；以往加工過(guò)程中普遍存在切片拐角熱量累積，導(dǎo)致過(guò)度燒蝕的問(wèn)題，這一問(wèn)題直接導(dǎo)致了切片邊緣的直角形態(tài)趨于圓滑，影響了產(chǎn)品的精密度與性能穩(wěn)定性。后續(xù)實(shí)驗(yàn)通過(guò)優(yōu)化加工軌跡，即首先沿水平方向?qū)�樣品進(jìn)行初步加工，確保每一層材料都能均勻且平穩(wěn)地分離；隨后，再垂直于先前加工路徑進(jìn)行二次切割，形成最終的切片輪廓。每個(gè)相交點(diǎn)只重疊一次，這樣減少了加工路徑相交處的熱積累，優(yōu)化了切片的圓角問(wèn)題，使得切片邊緣的直角保持得更加銳利，同時(shí)提高了加工效率，切片加工效率可以達(dá)到10個(gè)/秒。

圖4樣品切片(a) 正面圖(b) 側(cè)端面圖(c) 上端面圖

通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)，最終得出功率80%，加工速度500mm/s，重復(fù)頻率20KHZ下可得到良好的加工效果，樣品切片如圖4所示。加工后的樣品長(zhǎng)邊、短邊誤差均可以保持在±10um以?xún)?nèi)。另外生瓷片切片樣品表面和端面照片都顯示有黑色區(qū)域分布，這是激光加工過(guò)程中產(chǎn)生的顆粒附著，可以通過(guò)后續(xù)高溫?zé)�結(jié)去除掉，高溫?zé)�結(jié)后樣品如圖5所示，可以看到表面干凈光滑，無(wú)明顯黑色掛渣，證明黑色顆粒在高溫條件下會(huì)分解，不影響后續(xù)樣品正常使用。

圖5 高溫?zé)�結(jié)后樣品圖

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本研究通過(guò)創(chuàng)新的激光微納加工工藝，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)超小型MLCC的高精度切割。實(shí)驗(yàn)中采用的綠光納秒激光器和視覺(jué)定位系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)1x0.5mm矩形塊的精確切割，切割精度達(dá)到±10um以?xún)?nèi)。優(yōu)化的切割軌跡策略有效減少了熱積累，改善了切片邊緣的直角形態(tài)，提高了加工效率至每秒10個(gè)元件,最終通過(guò)后續(xù)高溫?zé)�結(jié)處理可得到干凈光滑的成品。這一工藝突破不僅提升了MLCC的生產(chǎn)效率，而且為其在高性能電子設(shè)備中的的應(yīng)用提供了技術(shù)保障，展現(xiàn)了激光微納加工在現(xiàn)代電子制造中的重要性和應(yīng)用前景。通過(guò)本次研究，可以預(yù)見(jiàn)激光微納加工工藝將在未來(lái)電子元件的微型化和精細(xì)化生產(chǎn)中發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]敬文平.多層陶瓷電容器的技術(shù)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化,2023,(20):86-88.

[2]吳曉東.單層陶瓷電容器制備技術(shù)研究[D].電子科技大學(xué),2011.

[3] 劉偉峰.01005規(guī)格MLCC切割質(zhì)量影響因素電子工藝技術(shù)[J].2021,42(02):110-112+124

來(lái)源：柏逸激光

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