【原创】多层陶瓷电容器的发展,离不开这2项关键的粉体制备技术


来源:中国粉体网   平安

[导读]  随着市场的需求,MLCC生产的3项核心技术(MLCC粉体的制备、BME粉体制备、共烧技术)都有待提高。特别是国内企业需要加大这3项技术的开发力度,以缩短与国际先进水平的差距。

中国粉体网讯  MLCC(多层陶瓷电容器)作为电子信息产业的基础元器件之一,其性能优劣将直接影响各类电子产品的发展。5G时代的到来,为MLCC的发展带来了新的发展机遇。小型化、中压高容、高频低功耗的MLCC将是未来5G市场需求量巨大的产品。但机遇与挑战并存,国内高端MLCC的开发制造由于受材料、设备及工艺技术水平的限制,产品发展缓慢,高端产品市场主要被国外厂家占领。




MLCC制造工艺

多层陶瓷电容器始于上世纪60年代,并在20世纪80年代得到大力推广、广泛使用。虽然概念简单,但集成了流延、丝网印刷和共烧陶瓷电介质和金属电极等技术的制造过程却具有很大的挑战性。




MLCC基本制造工艺:

1)首先将陶瓷粉末混合溶剂、分散剂、黏合剂和增塑剂,形成均匀的、悬浊液形态的陶瓷浆料;

2)然后通过流延、载膜工艺形成一层均匀的浆料薄层,通过热风区干燥后(将浆料中绝大部分溶剂挥发)可得到致密、厚度均匀并具有足够强度的陶瓷膜片,膜片厚度一般在10-30μm之间;

3)根据工艺要求,将设计的电极图形借助丝网印刷技术印刷到陶瓷膜片上;

4)在叠压、层压过程中,印刷的膜片需一层层的精确对准,并使层与层之间更加致密、严实的结合;

5)在切割形成独立的电容器生坯后,通过排胶工艺进行高温烘烤,以去除芯片中的粘合剂等有机物质;

6)随后,陶瓷电容器烧结强化使膜片间致密结合,形成具有高机械强度、优良电气性能的陶瓷体;

7)最后通过端封和烧结工艺,将同侧内部电极连接起来形成端电极;

8)经过外观筛选以及电性能测试后的陶瓷电容器就完成了所有的制造工艺可以编带入库了。

MLCC关键技术

除了共烧技术,有研究者认为目前MLCC制造中的关键技术在于MLCC陶瓷粉体的制备和贱金属内电极(BME)粉体的制备。

小型化高容量的MLCC要求做到介质薄层化,介质厚度小于1μm,要求粉体颗粒的粒径小于0.25μm,这对陶瓷粉体的粒径、纯度、结晶度、形状和均一性等都有较高的要求。

另外具有高介电常数的铁电性粉体存在明显的尺寸效应,当粉体粒径低于一定尺度时,随着粉体粒径的减小,其介电常数也会随之降低。采用高结晶度的粉体,可使粉体的细晶化和高介电常数成为可能。目前国产瓷粉很难达到上述要求,高性能的陶瓷粉体是制约我国电子陶瓷产业发展的瓶颈。

在贱金属内电极(BME)粉体的制备方面,Ni电极的烧结收缩率要高于陶瓷粉料的烧结收缩率,而二者的差异越大,烧结开裂的可能性就越大。必须减小Ni电极的烧结收缩率。密实的球形镍粉堆积密度高,结晶好的镍粉膨胀性能低,这些对减小烧结收缩率有很大益处。提高纯度和结晶度有利于镍粉的抗氧化性。镍粉的粒径大小和分布决定着电极层的厚薄。均匀的球形镍粉能够形成光滑的内电极层。

单分散性的球形铜粉颗粒抗氧化性好,MLCC所用铜粉必须是球形、化学纯度高、无团聚、粒度均匀的超细铜粉。传统的固相法、超声电解法、微乳液法、液相还原法等方法所制备的铜粉都不同程度地存在粒径不均匀、易团聚、形貌不规则等缺点。

小结

随着市场的需求,MLCC生产的3项核心技术(MLCC粉体的制备、BME粉体制备、共烧技术)都有待提高。特别是国内企业需要加大这3项技术的开发力度,以缩短与国际先进水平的差距。

参考资料:

王俊波:多层陶瓷电容器的技术现状及未来发展趋势,西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室

彭浩等:多层陶瓷电容器应用与可靠性研究,中国电子科技集团公司第十三研究所

黄昌蓉等:MLCC 在5G领域的应用及发展趋势.广东风华高新科技股份有限公司

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作者:平安

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