MLCC邁向規範化工業生產 核心技術待提高

2020-11-23 電子產品世界

　　在電子信息產業迅猛向前發展的今天，我們震驚於各種電子信息產品，如筆記本電腦、手機、液晶電視機、數位相機和攝影機、MP4等給我們生活帶來極大便利的同時，我們感覺到現在的電器產品較以前越來越小，且功能越來越完備、功耗越來越小，價格越來越便宜。這一切都歸功於電器產品核心——半導體元器件和眾多的被動貼片元件越來越小型化、高精度、低功耗化，使得家用電器類等信息產品小型化成為可能。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/78520.htm

　　MLCC正形成規範化工業生產

　　片式多層陶瓷電容器(Multi-layerCeramicCapacitor簡稱MLCC)是電子整機中主要的被動貼片元件之一，它誕生於上世紀60年代，最先由美國公司研製成功，後來在日本公司(如Murata、TKD、太陽誘電等)迅速發展及產業化，至今依然在全球MLCC領域保持優勢，主要表現為生產出MLCC具有高可靠、高精度、高集成、高頻率、智能化、低功耗、大容量、小型化和低成本等特點。由於MLCC標稱電容量已達到10μF-100μF，尺寸已達到0201-01005(即長×寬為0.01英寸×0.005英寸，以下均為英寸表示)，是螞蟻的十分之一大小，所以它已經部分取代片式鋁電解電容和片式鉭電容器，且比它們具有更低的損耗值和更好的可靠性。

　　從精細陶瓷粉料到製造出新型片式MLCC元件，工藝流程是複雜的，需要經過十幾道工序，目前已形成了規範化的工業生產。上世紀80年代初，我國開始引進第一條MLCC生產線，當時主要是為生產彩色電視機配套負溫系列電容用的。經過20多年的發展壯大，我國MLCC產業取得了巨大進步，但與日本、韓國等MLCC強國比較，還有一定的差距，主要體現在MLCC技術方面。

　　什麼是MLCC技術?簡而言之，MLCC技術是一門綜合性應用技術，它包括新材料技術，設計工藝製作技術、設備技術和關聯技術(如質量控制技術中的電子元件可靠性測試、失效分析技術等)。MLCC技術涉及材料、機械、電子、化工、自動化、統計學等各學科先進理論知識，是多科學理論和實踐交叉的系統集成，屬於典型的高新技術範疇。

　　核心技術待提高

　　在MLCC技術中，最核心的技術是材料技術(如陶瓷粉料的製備)、介質疊層印刷技術(多層介質薄膜疊層印刷)和共燒技術(陶瓷粉料和金屬電極共燒)。

　　1.材料技術(陶瓷粉料的製備)

　　現在MLCC用陶瓷粉料主要分為三大類(Y5V、X7R和COG)。其中X7R材料是各國競爭最激烈的規格，也是市場需求、電子整機用量最大的品種之一，其製造原理是基於納米級的鈦酸鋇陶瓷料(BaTiO3)改性。日本廠家根據大容量(10μF以上)的需求，在D50為100納米的溼法BaTiO3基礎上添加稀土金屬氧化物改性，製造成高可靠性的X7R陶瓷粉料，最終製作出10μF-100μF小尺寸(如0402、0201等)MLCC。國內廠家則在D50為300-500納米的BaTiO3基礎上添加稀土金屬氧化物改性製作X7R陶瓷粉料，跟國外先進粉體技術還有一段差距。

　　2.疊層印刷技術(多層介質薄膜疊層印刷)

　　如何在0805、0603、0402等小尺寸基礎上製造更高電容值的MLCC一直是MLCC業界的重要課題之一，近幾年隨著材料、工藝和設備水平的不斷改進提高，日本公司已在2μm的薄膜介質上疊1000層工藝實踐，生產出單層介質厚度為1μm的100μFMLCC，它具有比片式鉭電容器更低的ESR值，工作溫度更寬(-55℃-125℃)。代表國內MLCC製作最高水平的風華高科公司能夠完成流延成3μm厚的薄膜介質，燒結成瓷後2μm厚介質的MLCC，與國外先進的疊層印刷技術還有一定差距。當然除了具備可以用於多層介質薄膜疊層印刷的粉料之外，設備的自動化程度、精度還有待提高。

　　3.共燒技術(陶瓷粉料和金屬電極共燒)

　　MLCC元件結構很簡單，由陶瓷介質、內電極金屬層和外電極三層金屬層構成。MLCC是由多層陶瓷介質印刷內電極漿料，疊合共燒而成。為此，不可避免地要解決不同收縮率的陶瓷介質和內電極金屬如何在高溫燒成後不會分層、開裂，即陶瓷粉料和金屬電極共燒問題。共燒技術就是解決這一難題的關鍵技術，掌握好的共燒技術可以生產出更薄介質(2μm以下)、更高層數(1000層以上)的MLCC。當前日本公司在MLCC燒結專用設備技術方面領先於其它各國，不僅有各式氮氣氛窯爐(鐘罩爐和隧道爐)，而且在設備自動化、精度方面有明顯的優勢。

　　回顧MLCC技術的發展歷程，充分體現了一個從簡單到複雜、低水平向高科技系統集成、從不環保到環保的發展趨勢，是電子信息產品飛速展的一個縮影。其中採用鎳、銅等賤金屬代替銀/鈀貴金屬作為內電極材料(即BME技術)，是MLCC技術發展的一個重要裡程碑，雖然這對MLCC的材料技術、共燒技術(採用N2氣氛保護燒結)、設備技術提出了很高的要求，但它帶來了成本的急速下降，同時滿足了當今日益苛刻的環保要求。日本廠家早在十多年前就完成了BME技術的研究，並實現產業化，帶動了MLCC的高速發展。國內廠家也相繼在2001年成功實現MLCC的BME化，為下一步向更高要求的發展奠定基礎。隨著MLCC技術的不斷成熟及整機要求的不斷提高，MLCC技術將向如圖所示趨勢發展。

　　

 

　　總之，隨著科技的進步，MLCC製造業也獲得了迅猛發展，主要體現在小型化、高比容大容量、高壓、高頻微波、低功耗等電性能方向深度發展，這使得MLCC不僅僅用於家電、電腦、通信、汽車電子等4C產品領域，而且用於航天、航空、深海高壓、沙漠鑽探、科考超低溫等特殊環境下的電子整機設備中，起到了其他電容器無法替代的作用。1μF以下電容器，MLCC佔絕對優勢，而1μF以上電容值範圍，MLCC正逐步取代其他電容器，如薄膜電容器、片式鉭電容器等。

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