2008年MLCC貼片電容發展趨勢

在电子信息产业迅猛向前发展的今天,我们震惊于各种电子信息产品,如笔记本电脑、手机、液晶电视机、数码相机和摄影机、MP4等给我们生活带来极大便利的同时,我们感觉到现在的电器产品较以前越来越小,且功能越来越完备、功耗越来越小,价格越来越便宜.这一切都归功于电器产品核心——半导体元器件和众多的被动贴片元件越来越小型化、高精度、低功耗化,使得家用电器类等信息产品小型化成为可能.


MLCC正形成规范化工业生产


片式多层陶瓷电容器(Multi-layer Ceramic Capacitor简称MLCC)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(如Murata、TKD、太阳诱电等)迅速发展及产业化,至今依然在全球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.由于MLCC标称电容量已达到10μF-100μF,尺寸已达到0201-01005(即长×宽为0.01英寸×0.005英寸,以下均为英寸表示),是蚂蚁的十分之一大小,所以它已经部分取代片式铝电解电容和片式钽电容器,且比它们具有更低的损耗值和更好的可靠性.


从精细陶瓷粉料到制造出新型片式MLCC元件,工艺流程是复杂的,需要经过十几道工序,目前已形成了规范化的工业生产.上世纪80年代初,我国开始引进第一条MLCC生产线,当时主要是为生产彩色电视机配套负温系列电容用的.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MLCC强国比较,还有一定的差距,主要体现在MLCC技术方面.


什么是MLCC技术?简而言之,MLCC技术是一门综合性应用技术,它包括新材料技术,设计工艺制作技术、设备技术和关联技术(如质量控制技术中的电子元件可靠性测试、失效分析技术等).MLCC技术涉及材料、机械、电子、化工、自动化、统计学等各学科先进理论知识,是多科学理论和实践交叉的系统集成,属于典型的高新技术范畴.


核心技术待提高


在MLCC技术中,最核心的技术是材料技术(如陶瓷粉料的制备)、介质叠层印刷技术(多层介质薄膜叠层印刷)和共烧技术(陶瓷粉料和金属电极共烧).


1.材料技术(陶瓷粉料的制备)


现在MLCC用陶瓷粉料主要分为三大类(Y5V、X7R和COG).其中X7R材料是各国竞争最激烈的规格,也是市场需求、电子整机用量最大的品种之一,其制造原理是基于纳米级的钛酸钡陶瓷料(BaTiO3)改性.日本厂家根据大容量(10μF以上)的需求,在D50为100纳米的湿法BaTiO3基础上添加稀土金属氧化物改性,制造成高可靠性的X7R陶瓷粉料,最终制作出10μF-100μF小尺寸(如0402、0201等)MLCC.国内厂家则在D50为300-500纳米的BaTiO3基础上添加稀土金属氧化物改性制作X7R陶瓷粉料,跟国外先进粉体技术还有一段差距.


2.叠层印刷技术(多层介质薄膜叠层印刷)


如何在0805、0603、0402等小尺寸基础上制造更高电容值的MLCC一直是MLCC业界的重要课题之一,近几年随着材料、工艺和设备水平的不断改进提高,日本公司已在2μm的薄膜介质上叠1000层工艺实践,生产出单层介质厚度为1μm的100μF MLCC,它具有比片式钽电容器更低的ESR值,工作温度更宽(-55℃-125℃).代表国内MLCC制作最高水平的风华高科公司能够完成流延成3μm厚的薄膜介质,烧结成瓷后2μm厚介质的MLCC,与国外先进的叠层印刷技术还有一定差距.当然除了具备可以用于多层介质薄膜叠层印刷的粉料之外,设备的自动化程度、精度还有待提高.


3.共烧技术(陶瓷粉料和金属电极共烧)


MLCC元件结构很简单,由陶瓷介质、内电极金属层和外电极三层金属层构成.MLCC是由多层陶瓷介质印刷内电极浆料,叠合共烧而成.为此,不可避免地要解决不同收缩率的陶瓷介质和内电极金属如何在高温烧成后不会分层、开裂,即陶瓷粉料和金属电极共烧问题.共烧技术就是解决这一难题的关键技术,掌握好的共烧技术可以生产出更薄介质(2μm以下)、更高层数(1000层以上)的MLCC.当前日本公司在MLCC烧结专用设备技术方面领先于其它各国,不仅有各式氮气氛窑炉(钟罩炉和隧道炉),而且在设备自动化、精度方面有明显的优势.风华公司在窑炉技术方面也有一定的实力,为风华MLCC的发展打下基础.


回顾MLCC技术的发展历程,充分体现了一个从简单到复杂、低水平向高科技系统集成、从不环保到环保的发展趋势,是电子信息产品飞速展的一个缩影.其中采用镍、铜等贱金属代替银/钯贵金属作为内电极材料(即BME技术),是MLCC技术发展的一个重要里程碑,虽然这对MLCC的材料技术、共烧技术(采用N2气氛保护烧结)、设备技术提出了很高的要求,但它带来了成本的急速下降,同时满足了当今日益苛刻的环保要求.日本厂家早在十多年前就完成了BME技术的研究,并实现产业化,带动了MLCC的高速发展.国内厂家也相继在2001年成功实现MLCC的BME化,为下一步向更高要求的发展奠定基础.随着MLCC技术的不断成熟及整机要求的不断提高,MLCC技术将向如上图所示趋势发展.


总之,随着科技的进步,MLCC制造业也获得了迅猛发展,主要体现在小型化、高比容大容量、高压、高频微波、低功耗等电性能方向深度发展,这使得MLCC不仅仅用于家电、电脑、通信、汽车电子等4C产品领域,而且用于航天、航空、深海高压、沙漠钻探、科考超低温等特殊环境下的电子整机设备中,起到了其他电容器无法替代的作用.1μF以下电容器,MLCC占绝对优势,而1μF以上电容值范围,MLCC正逐步取代其他电容器,如薄膜电容器、片式钽电容器等.

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