片式叠层陶瓷电容器(MLCC)

1片式叠层陶瓷电容器(MLCC)2MLCC简介片式叠层陶瓷介质电容器（Multi-layersCeramicCapacitor,缩写为MLCC），俗称独石电容器，是陶瓷电容器中的一个重要部分。MLCC结构类似于并联叠式的瓷介电容器，其特点是将涂有金属电极的瓷介坯体与电极同时烧结成一个整体，这种结构称为独石结构，故有独石电容器之称。3它是电子信息产业最为核心的电子元件之一，除具有一般瓷介电容器的优点外，还具有体积小、容量大、机械强度高、耐湿性好、内感小、高频特性好、可靠性高等一系列优点，并且可制成不同容量温度系数、不同结构形式的片形、管形、穿心形及高压的小型独石电容器。各种类型独石电容器被作为外贴元件广泛地应用于混合集成电路和其他小型化、可靠性要求高的电子设备中。其技术质量水平的高低对于一个国家的电子信息产业的制造水平有着重大的影响。MLCC简介（续）4MLCC以其在电性能、可靠性方面的卓越表现替代了越来越多的铝电解电容器、钽电解电容器、圆片瓷介电容器的市场，已在电容器市场尽显霸主风采。目前全世界MLCC的年销售量已达10000亿只左右，国内需求量已经达到3000亿只。广泛应用于家电、手机、电脑、军工、航天等电子信息类领域。MLCC的市场及应用领域5早期的陶瓷电容器市场中，圆片陶瓷介质电容器一直是主流产品；20世纪六七十年代以后，MLCC产品逐渐取代圆片陶瓷介质电容器产品成为市场主流；(内电极技术、SMT)20世纪九十年代至21世纪初，是MLCC行业大发展的时期。（BME、小型、高容）MLCC国外发展史620世纪90年代中后期，日资MLCC企业先后设立了北京村田、上海京瓷、东莞太阳诱电等合资与独资企业，以天津三星电机为代表的韩资企业也开始成为一支新型力量。这一阶段，BME核心技术为基础的低成本MLCC开始进入商业实用化阶段。21世纪初，台湾MLCC全面普及BME技术。国巨、华新、达方等台资企业全面崛起，彻底打破了日资企业在BME制造技术的垄断。同时，风华、宇阳及三环这三家国内元器件企业也相继完成了BME技术的改造和产业化，成为MLCC主流产品本地化制造供应源。MLCC国内发展史（续）7MLCC的结构Cu/Ag引出层，Ni热阻挡层，Sn可焊层8MLCC剖面的SEM9第Ⅰ类:温度补偿型固定电容器，包括通用型高频CG、CH电容器和温度补偿型高频HG、LG、PH、RH、SH、TH、UJ、SL电容器;第Ⅱ类:固定电容器，一般有X7R、X5R以及Y5V、Z5U温度特性系列。MLCC的分类-按温度特性分类X7R、X5R系列具有较高的介电常数，容量比Ⅰ类电容器高，具有较稳定的温度特性Y5V类介质材料是所有电容器中介电常数最大的电容器，但其容量稳定性较差，对温度、电压等条件较敏感，适用于要求大容量、温度变化不大的电路中Z5U类介质材料，其温度特性介于X7R和Y5V之间10EIA第一号XYZ-55-30+10第二号24567+45+65+85+105+125第三号EFPRTUV±4.7%±7.5%±10%±15%+22-33%+22-56%+22-82%美国电子工业协会对电容温度特性的规定（EIARS-198D标准）1～2为工作温度范围，3为容量变化率。如X7R表示为当温度在-55℃～+125℃时其容量变化为15%11国标与EIA标准如美国EIA标准的Y5V瓷料、Z5U瓷料、X7R瓷料电容器瓷料分别对应国标GB/T5596-1996标准的2F4瓷料、2E4瓷料、ZX1瓷料，其Tc值分别对应：+22%～-82%、+22%～-56%、±15%，这是目前在低频MLCC领域使用最为广泛的三种低频温度特性类别电容器瓷料。12按MLCC的外形尺寸，一般可分为0201、0402、0603、0805、1206、1210、1808、1812、2225、3035等规格，前两位数表示MLCC的长度，后两位表示MLCC的宽度，单位为英寸，如0402规格，表示长度为0.04英寸，宽度为0.02英寸。MLCC的分类-按尺寸分类1314MLCC不同尺寸规格尺寸规格040206030805120618082225长×宽(英寸)0.04×0.020.06×0.030.08×0.050.12×0.060.18×0.080.22×0.25长×宽(毫米)1.0×0.501.6×0.802.00×1.253.20×1.604.50×2.005.70×6.3015MLCC产品额定工作电压很多，有3.9V、6.3V、10V、16V、25V、50V、100V、200V、250V、500V、630V、1kV、2kV、3kV、4kV、5kV等，其中最常见的为50V。小于50V的多为高层数、大容量产品，习惯上将100V以及100V以上产品称为中高压MLCC产品，而630V以上的则被称为高压MLCC产品。MLCC的分类-按额定工作电压分类16片式电容器(MLCC)17MLCC的制造工艺18陶瓷介质薄膜制作-配料陶瓷介质薄膜制备方法应用最多的是流延法。在流延前，需将陶瓷材料与黏合剂、有机溶剂、分散剂等按一定比例混合在一起，通过球磨等方式使之混合均匀，形成具有一定流动性的陶瓷浆料，这个过程叫配料。这是制造MLCC的第一步，也是极为关键的一步。19配料-瓷浆中各种组分的作用陶瓷粉的常见种类:高频低介电常数陶瓷材料：NPO低频中介电常数陶瓷材料：X7R低频高介电常数陶瓷材料：Y5V20黏合剂的作用:增塑，改善粘度以方便流延成型黏合剂的种类：有溶剂型和水基型黏合剂。由于溶剂型比水基型易于工艺控制，目前国内外的MLCC厂家大部分使用溶剂型黏合剂配料-瓷浆中各种组分的作用黏合剂乙基纤维素丙烯酸树脂21溶剂作用：溶解黏合剂、添加剂并且辅助瓷粉与黏合剂更好地混合常用的溶剂：甲苯（不环保）、无水乙醇、水、甲基乙基酮（MEK）、醋酸乙酯等配料-瓷浆中各种组分的作用22分散剂与消泡剂分散剂具有润湿、分散和稳定的功能消泡剂具有消泡和抑泡的作用。在MLCC中一般使用有机硅消泡剂。配料-瓷浆中各种组分的作用23气泡的产生与消泡“气泡”是指不溶性气体存在于液体或固体中，纯水和纯表面活性剂不起泡，这是因为它们的表面和内部是均匀的，很难形成弹性薄膜，即使形成亦不稳定，会瞬间消失。但在溶液中有表面活性剂的存在，气泡形成后，由于分子间力的作用，其分子中的亲水基和疏水基被气泡壁吸附，形成规则排列，其亲水基朝向水相，疏水基朝向气泡内，从而在气泡界面上形成弹性膜，其稳定性很强，常态下不易破裂。24气泡的产生与消泡（续）有机硅消泡剂即赋此功能，它能降低水、溶液、悬浮液等的表面张力，防止形成泡沫，或使原有泡沫减少当体系加入消泡剂后，其分子杂乱无章地广布于液体表面，抑制形成弹性膜，即终止泡沫的产生。25分散设备26球磨机与节能球磨机是陶瓷行业中耗能较大的一环球磨机研磨介质质量新型球磨工艺连续式球磨机(节省20%以上的能量、一台产量相当于7台间隔式机，节省占地面积)干法球磨27陶瓷介质薄膜制作-流延采用轧膜法能保证瓷膜致密、气孔小，但瓷膜的厚度难以达到最小流延法是将配制好的瓷浆通过流延设备的注浆口，通过刮刀控制涂布在环形钢带或塑料带上，从而形成一层均匀的浆料层。其厚度可由浆料的黏度、刮刀口的宽度及钢带的走带速度调节。流延出的瓷膜平整，光洁度高，常见厚度在1～60µm之间。28轧膜法与流延法原理示意图轧膜法流延法29流延机30介质厚度方面进展降低介质厚度是降低成本的一个重要因素.在薄质大容量MLCC制造领域,日系生产商中以太阳诱电(TAIYOYUDEN)公司最为著名.目前,世界上主要MLCC生产商都在日本,如TDK、村田(Murata)、太阳诱电、京瓷(Kyocera)等公司.日本MLCC的关键技术都处于保密状态之中.美国的几家电容器企业,包括AVX、KEMET(基美)等在薄介质、高层数方面虽然比日本慢3年~5年,但亦已经做到500层以上,介质膜厚8μm.31介质厚度方面进展(续)当前世界最高水平的全自动大生产是在日本的TDK,它的全自动大生产化操作的介质厚度可达4μm,而实验室可做出2μm以下介质层厚度以及容量100μF以上的MLCC.据报道,目前在日本,500层的MLCC已正常生产,800层技术已成熟,最高层数(实验室内)已达1000层之多,相应的电极层厚度趋于1μm以下,介质厚度逼近1μm.32介质厚度方面进展(续)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.由于电子陶瓷原材料在薄质大容量MLCC工艺技术中至关重要,日本厂家都是自产自用.风华集团代表了国内MLCC制作的最高水平,掌握了材料的核心关键技术,成膜技术达到3μm,丝印叠层技术达到500层.33降低介质厚度(续)在介质薄片成型方面能否有所突破,能制备出更薄的介质片(超过1微米极限),能生产出容量更大的MLCC?请各位同学思考!也许你今天的想法就是明天制作技术发展的方向!没有你做不到的，只有你想不到的。34内电极制作-丝印在流延制好的陶瓷介质膜片上将内电极浆料印刷成一定形状与尺寸的内电极图形，并利用错位、叠印的方法形成内电极结构35丝网印刷法丝网板的结构:它是将丝网(单根聚脂丝或不锈钢丝)紧绷在铝制框架上，获得一个平坦而有柔性的丝网表面，丝网上粘有光敏乳胶，用光刻法制作出开口图形。开口部分与印制板上的焊盘相对应。3637丝网印刷的原理：利用了流体动力学的原理静态时，丝网与SMB之间保持“阶跃距离”，刮刀刷动时，向下的压力使丝网与SMB接触，当刮刀向前移动，在它后方的丝网即回弹脱离SMB表面，结果在SMB焊盘上就产生一低压区，由于残留在丝网孔中焊膏上的大气压与这一低压区存在压差，所以就将焊膏从网孔中推向SMB表面，形成焊膏图形。。38内电极制作-丝印的要求上下电极正对位置不能有移位或偏斜，否则将直接影响MLCC的电容量和可靠性金属量用的多会造成成本上升，用的少了会导致烧结后电极层连续性差，影响电容器的容量，并使其损耗增加当印刷不均匀或不平整的时，当芯片在受到电场作用时，内电极凹凸处会因为骤集过多的电荷而使内电极被击穿，或形成板电阻而使内电极发热过度烧坏。生产车间的尘埃含量控制在小于每立方米5颗（小于等于5µm的尘埃）39内电极剖面SEM40内电极制作-叠层将印刷好内电极图形的陶瓷介质膜片按产品设计要求，借助于膜片本身的黏性和叠层机的压力将膜片叠在一起形成一个整体，简称电极巴块。41电容芯片制作-层压目的：提高烧结后瓷体的致密性42电容芯片制作-切割切割是将产品切割成设计尺寸大小的一粒粒芯片的过程。切割方式有直刀式和圆刀式43两种切割方式对比切割时巴块下都要垫一个载体（感温胶），来固定巴块，方便切割44烧结成瓷-排胶目的：把有机物从生坯中排除，保证高温烧结质量根据MLCC陶瓷材料及内电极浆料种类的不同，排胶可分空气气氛和氮气气氛（中性保护气氛）排胶45根据MLCC陶瓷材料及内电极浆料种类的不同，排胶可分空气气氛和氮气气氛（中性保护气氛）排胶。通常银钯电极作为内电极的产品采用空气气氛排胶；而采用贱金属镍作为内电极的产品，空气气氛排胶和氮气气氛排胶都有采用。在氮气气氛保护下，450-600℃之间可以保证镍不被氧化且有机物能较充分的排出，这是因为镍是一种较活泼的金属，在空气中常温下氧化较为缓慢，但在温度达到280℃且氧气充足时就会迅速被氧化，而氧气不足时即使温度较高也不易发生氧化。46烧结成瓷-烧成MLCC生片进行高温处理，使其成为具有高机械强度、优良电气性能的陶瓷过程称为烧成高温烧结效果的好坏直接影响到陶瓷电容器的机械性能和电气性能（包括容量、损耗、绝缘电阻、耐电压等）以及可靠性47烧结成瓷-烧成银钯或全钯内电极--氧化气氛镍内电极需还原（惰性）气氛与BaTiO3基材料在还原（惰性）气氛下会半导化构成了一对矛盾各大MLCC生产厂家将其烧成的工艺技术视为企业的核心保密技术要点是烧结气氛以及温度曲线