多层片式陶瓷电容器
2020-03-01 19:05:22 来源：范文大全收藏下载本文
MLCC陶瓷研究进展
班级：材科
1102班
学号：111011021
2姓名：崔颂
摘要：简要介绍多层陶瓷电容器（MLCC）的制造工艺及介电材料的研究进展，尤其是国外先进厂家的湿法印刷技术与Soufill膜制造工艺，分析了MLCC介质材料所应有的性能，指出MLCC 行业发展趋势以及国内的发展方向。
关键词：多层陶瓷电容器； 制造工艺；介电材料；发展趋势
1.引言
多层片式陶瓷电容器 (Multi-layer Ceramic Capacitor )，又称独石电容器，是电子整机中主要的被动贴片元件之一，它诞生于上世纪60年代，最先由美国公司研制成功，后来在日本公司迅速发展及产业化，至今依然是日本在全球MLCC领域保持优势，主要表现为生产出MLCC具有高可靠、高精度、高集成高频率、智能化、低功耗、大容量、小型化和低成本等特点。
片式多层陶瓷电容器（MLCC）的优点：
1.由于使用多层介质叠加的结构，高频时电感非常低，具有非常低的等效串联电阻，因此可以使用在高频和甚高频电路滤波。
2.无极性可以使用在存在非常高的纹波电路或交流电路。
3.使用在低阻抗电路不需要大幅度降额。 4.击穿时不燃烧爆炸，安全性高。
2.生产工艺流程及方法
MLCC的一般工艺流程配料是：流延—印刷—叠层—切割—排胶—烧结—倒角—封端—烧端—端处—测试—外观—编带。 2.1流延法
国内目前的MLCC 生产工艺普遍采用流延法，又称刮刀法、带式法或浇注法，最早用于生产陶瓷基板，它是将粉料与粘合剂、增塑剂、溶剂及分散剂混磨成悬浮性好的浆料，经真空脱泡后在刮刀的作用下在基带上流延出连续、厚度均匀的浆料层，在表面张力的作用下形成光滑的自然表面，干燥后形成柔软如皮革状的膜带，经冲片、排粘、烧结获得优质的膜片。流延法适于大量生产，厚度目前最小为7um，具有投资少、生产效率高、产品一致性好、性能稳定的优点。 2.2湿法印刷
国外先进厂家MLCC的生产工艺目前多采用湿法印刷工艺，即将陶瓷介质浆料通过丝网印刷作成陶瓷薄膜，用该薄膜做MLCC的介质，金属电极也用丝网印刷而成。
2.3Soufill膜制造工艺[1,2]
在欧洲，MLCC制作工艺出现了更为先进的胶膜胚片生产工艺，这种工艺的特点是直接用含有大量陶瓷粉粒的塑料薄膜 (简称胶膜) 来代替传统的流延胚片，例如荷兰DSM公司的Soufill膜，适合于制作高压MLCC元件。这种超薄型陶瓷薄膜材料的制造，实质上是借用热塑性聚合物材料的成膜工艺，将高体积比的陶瓷粉料分散到定向排列的聚合物中，经过挤压和拉伸工艺制成高强度、高韧性的陶瓷膜。
3.MLCC的介电材料的研究进展
MLCC用高介电常数的介电材料主要有三个体系：BaTiO3系材料；（Ba，Ca）（Ti，Zr）O3系材料；复合含Pb 钙钛矿系材料。 3.1 BaTiO3系材料
BaTiO3系材料是最早研究的用于MLCC的介电材料，也是最早实现商业化的MLCC用介电材料。BaTiO3系材料电气性能较稳定，在温度、电压与时间改变时性能的变化并不显著，适用于隔直、偶合、旁路、鉴频等电路。BaTiO3系材料是一种强电介质，因而能造出容量比较大的电容器。 3.2（Ba，Ca）（Ti，Zr）O3系材料[3]
在BaTiO3中引入Ca2+和Zr4+，二者分别进入晶格中部分Ba2+和Ti4+位置，形成（Ba，Ca）（Ti，Zr）O3系材料，缩写成BCTZ。BCTZ系材料明显的特点就是其常温介电常数高。但是BCTZ系材料在使用温度范围内的介电常数变化明显高于BaTiO3系材料，此类材料的容量、损耗对温度和电压等测试条件较敏感。因此常用于生产比容较大的、标称容量较大的大容量电容器产品。BCTZ系材料适合用来生产对稳定性要求不是很高的电容器。 3.3 复合含Pb 钙钛矿系材料
复合含Pb 钙钛矿系材料介电常数通常比较高，在提高比容率，促进产品小型化方面，相对于BaTiO3材料和BCTZ材料而言，用复合含Pb 钙钛矿系材料制作的电容器有着明显的。但是，使用复合含Pb 钙钛矿系材料生产MLCC的工艺复杂，存在层间材料烧成收缩不一致，以及物理化学性能不匹配问题，增加了材料设计和制造的难度，同时会增加生产成本。另外，含Pb材料容易造成环境污染，由于大多数工业国家对含Pb材料的生产有着严格的规定，含Pb材料进入实用化还有待于进一步研究。 4.MLCC的应用领域决定了其介质材料必须具有的功能
4.1 高介电常数
MLCC的比容与材料的介电常数关系如下: C为电容，V为体积，C/V为比电容，t为介电层厚度，ε为介电常数。在介电层厚度确定的情况下，材料的介电常数越高，电容器比电容越大。介电材料的介电常数越高，越易于实现电容器的小型化，这是目前电容器的一个发展方向，自从MLCC问世以来，其比容一直不断上升，介电层的厚度不断下降。 4.2 良好的介温特性
介温特性用来描述电容随温度变化情况。一般来说，在工作状态下，电容器的电容随温度的变化越小越好。由于电容随温度发生变化来源于介质材料介电常数的变化，因此要求节电材料具有良好的介温特性。 4.3 高绝缘电阻率 4.4介电损耗小，抗老化
5.MLCC技术现状及发展趋势[4,5]
目前MLCC制造中，关键点在于钛酸钡粉体的制备、贱金属内电极（BME）粉体制备和共烧技术。这3项技术水平的高低直接影响着MLCC的性能。20世纪80年代初，我国开始引进第一条MLCC生产线，为生产彩色电视机配套负温系列电容而用。经过20多年的发展壮大，我国MLCC产业取得了巨大进步，但与日本、韩国等比较还有一定差距。
电子设备轻、薄、短、小的发展趋势要求片式电子元件进一步小型化，而且高可靠、高精度、高集成、高频率、智能化、低功耗、大容量、低成本依然是元件技术研究的主要目标。为适应SMT技术需求，MLCC大量取代了有机电容器和云母电容器，并开始部分取代钽电解和铝电解电容器。 5.1降低电极成本
传统MLCC关键的内电极材料为钯和银，其市场价格很高，其成本占整个MLCC成本的50%以上。在MLCC毛利率不断下滑的情况下，各厂商纷纷致力于开发BME制程技术，力求以铜、镍等贱金属来取代银和钯，从而将单位产品成本降低20%以上。 5.2降低介质厚度
降低介质厚度是降低成本的另一重要因素。从技术的角度来看，薄质大容量MLCC一般需要有薄的介质层和更高的层数。介质膜厚度进一步减至3μm～5μm时，相应的电子陶瓷材料粒度亦下降至0.1μm～0.2μm，而且对粉体的形貌要求越来越高。 5.3提高电容量 目前提高陶瓷电容器产品容量的技术途径重点在改进陶瓷材料性能和开发新的材料体系，提高陶瓷材料的介电常数，减薄介质层厚度和提高叠层数等方面。 5.4贱金属化
贱金属电极材料(BME)体系技术，结合超薄介质超高层数工艺技术，有效地降低了材料成本和扩展了容值范围，利用 Ni、Cu 等贱金属代替钯可以大大节省制造成本。风华高科、宇阳科技发展有限公司和潮州三环股份有限公司是国内生产BME- MLCC 的领头羊。当前拥有BME - MLCC技术的自主知识产权的国内企业很少，所以国内企业有必要大力开发该项技术，赶超世界先进水平。 5.5环保化
无铅已经不仅仅是市场要求，而且是国际趋势。 为了实现无铅化，人们对倒装芯片封装、晶圆级封装、SMT和波峰焊进行广泛的材料研究和工艺评价。现在，关于无铅工艺的研究在工艺上已趋于成熟，因此对产品不会造成太大影响，无铅焊料基本上也能够得到供应商的支持。现在的电子产品中，铅含量在1%～2%左右，如果通过改变工艺把铅含量降低，除了焊料本身的成本之外，由于需要元器件、连接器等承受更高的焊接温度，改用不同材料后，会使成本提高，水电等能源消耗也将增大。
6.结束语
随着表面贴装技术、电子信息和通讯技术等高科技的不断发展，MLCC将会有更广阔的市场空间和新的技术发展方向。国内 MLCC行业性的问题在于提高MLCC生产的国产化水平，加快BME-MLCC技术的发展，改进MLCC生产工艺和加强工艺控制，采用贱金属导电相，大大降低MLCC的生产成本；采用超细粉末、抗还原性的介质瓷料系统以及研究瓷料系统与浆料系统的烧结匹配技术，特别是应用超细甚至纳米级别的贱金属粉末和陶瓷粉末提高MLCC的性能，不断研究具有我国自主知识产权的陶瓷介质材料和新技术，才能尽快赶上和超过国际先进水平。
参考文献
[1] 向 勇，王振平.MLC 生产技术发展概述[J].电子元件与材料，1995 [2] 蒋 渝， 陈家钊 ，刘 颖 等.多层片式陶瓷电容器MLC研发进展[J].功能材料与器件学报,2003 [3] Kanai H, Harada K, Yamasita Y, et al.Fine grained relaxor dielectric ceramics prepared by hydrothermally synthesizd powder [J].Jpn J Appl Phys, 1996 [4] 王俊波.多层陶瓷电容器的技术现状及未来发展趋势[J].绝缘材料 2008 [5] 杨邦朝，冯哲圣，卢 云.多层陶瓷电容器技术现状及未来发展趋势[J].电子元件与材料，2001
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