李万1, 2, 4，汤泉*, 1, 2，胡伦珍1, 2，吕亮3, 4，侯玉强1, 2，郭庆川1-3，刘梦宇1-3，

1-激光与光学研究中心，绿色产业创新研究所，安徽大学，合肥， 230088，中国

2-安徽柏逸激光科技有限责任公司，合肥， 230088，中国

3-信息材料与智能感知安徽省实验室，安徽大学，合肥， 230088，中国

4-物理与光电工程学院，安徽大学，合肥，230088，中国

*通讯作者：quan.tang@boyilaser.com (汤泉)

1.引言

多层陶瓷电容器是现代电子产业中最重要的片式无源器件之一，被广泛应用于消费类电子产品、工业电子设备和军用电子设备等领域。MLCC的核心结构由内电极材料与陶瓷介质材料多层交替并联叠合而成[1]，将其共烧成一个整体后在两端封接外电极，使得MLCC具有尺寸小、容量高、成本低、可靠性好等特点。

随着科技浪潮的推进，平板设备、智能手机等消费电子产品正以前所未有的速度向更加轻薄、紧凑的设计演进，这一趋势对元器件的尺寸提出了更为严苛的挑战。电容器，作为这些精密装置中不可或缺的能量存储与转换元件，其体积的进一步缩减成为了推动产品小型化、轻量化进程中的关键技术瓶颈。因此高精度切割是超小型MLCC生产工序中的关键一环，目前超小型电容芯片的切割普遍采用刀片切割法，2011年吴晓东等人[2]解决了使用传统切割方法出现的切偏、切斜和走位等问题,保证了切割的加工合格率，产品的切割合格率提高到95％以上，解决了崩边、崩角问题并达到良好的倒角效果。2021年刘伟峰等人[3]利用感温胶片作电容生坯的载板，将贴好感温胶片的电容巴块以真空吸附固定在切割机载台，由切割机自动对点切割，切割完成后采用热离法，将感温薄膜加热至发泡点，使其黏性丧失，电容芯片随之轻松脱落。为了获得良好的切割质量，还有很多重要因素要考虑，例如切割机的高精度、电容瓷坯的配方、感温胶片、切割刀片等。

相比于传统刀片切割方法，激光微纳加工工艺以其独特的非接触式加工模式脱颖而出，凭借其卓越的加工精度、超高的生产效率以及极小的热影响区域，成为了MLCC尺寸加工小型化道路上的理想选择。本文正是基于这一背景，深入探讨了激光微纳加工技术在MLCC制备中的应用，旨在通过技术革新，助力电子产业迈向更加精细、高效的发展新阶段。

2.实验方法

2.1实验装置  

实验中所使用的激光器为绿光纳秒激光器（型号为NSGR40W，由安徽华创光电科技有限公司生产）中心波长532nm，平均功率40W，重复频率40KHZ，脉冲宽度24ns；振镜型号为GalvoTech 10，入光孔径10mm，打标速度8000mm/s，定位速度20m/s;所用远心场镜焦距为160mm，可加工幅面100mm×100mm，基于以上装置能够实现大幅面、重复性切割。

图1 实验装置光路图

实验装置如图上所示，采用绿光纳秒激光器和振镜加工平台，通过视觉相机定位确定好样品位置，平台含有间距相等的小孔阵列，可通过供气系统吸附固定样品，保证样品水平度良好，然后确定好加工路径，改变工艺参数（如加工速度、切割次数、激光功率等）进行样品切割。

2.2实验样品及加工路径

如图2所示为多层陶瓷电容器膜片，厚度为0.52mm，分三层，正反面为生瓷中间夹层银电极。样品上下两侧窄边单线间距为1mm，左右两侧宽边单线间距为0.5mm，加工方式为沿黑色标识中心切割，上下左右对称切割，按水平、垂直两方向切割，加工路径如图2中白色虚线所示。

图2 样品及加工路径图

3.实验结果

图3 MLCC膜片样品的 (a) 低倍和 (b) 高倍图

采用视觉定位结合切割图纸，完成了对整个膜片样品的精密切割，得到1×0.5mm膜片样品切片若干，如图3所示；以往加工过程中普遍存在切片拐角热量累积，导致过度烧蚀的问题，这一问题直接导致了切片边缘的直角形态趋于圆滑，影响了产品的精密度与性能稳定性。后续实验通过优化加工轨迹，即首先沿水平方向对样品进行初步加工，确保每一层材料都能均匀且平稳地分离；随后，再垂直于先前加工路径进行二次切割，形成最终的切片轮廓。每个相交点只重叠一次，这样减少了加工路径相交处的热积累，优化了切片的圆角问题，使得切片边缘的直角保持得更加锐利，同时提高了加工效率，切片加工效率可以达到10个/秒。

图4样品切片(a) 正面图(b) 侧端面图(c) 上端面图

通过优化工艺参数，最终得出功率80%，加工速度500mm/s，重复频率20KHZ下可得到良好的加工效果，样品切片如图4所示。加工后的样品长边、短边误差均可以保持在±10um以内。另外生瓷片切片样品表面和端面照片都显示有黑色区域分布，这是激光加工过程中产生的颗粒附着，可以通过后续高温烧结去除掉，高温烧结后样品如图5所示，可以看到表面干净光滑，无明显黑色挂渣，证明黑色颗粒在高温条件下会分解，不影响后续样品正常使用。

图5 高温烧结后样品图

4.实验结论

本研究通过创新的激光微纳加工工艺，成功实现了对超小型MLCC的高精度切割。实验中采用的绿光纳秒激光器和视觉定位系统相结合，实现了对1x0.5mm矩形块的精确切割，切割精度达到±10um以内。优化的切割轨迹策略有效减少了热积累，改善了切片边缘的直角形态，提高了加工效率至每秒10个元件,最终通过后续高温烧结处理可得到干净光滑的成品。这一工艺突破不仅提升了MLCC的生产效率，而且为其在高性能电子设备中的的应用提供了技术保障，展现了激光微纳加工在现代电子制造中的重要性和应用前景。通过本次研究，可以预见激光微纳加工工艺将在未来电子元件的微型化和精细化生产中发挥更加关键的作用。

参考文献：

[1]敬文平.多层陶瓷电容器的技术现状及未来发展趋势[J].大众标准化,2023,(20):86-88.

[2]吴晓东.单层陶瓷电容器制备技术研究[D].电子科技大学,2011.

[3] 刘伟峰.01005规格MLCC切割质量影响因素电子工艺技术[J].2021,42(02):110-112+124

来源：柏逸激光

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