多层陶瓷电容器的技术进展及市场应用

多层陶瓷电容器的技术进展及市场应用

摘要;介绍了多层陶瓷电容器（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，分析了国内外MLCC的市场现状，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

Studies on optical anode properties of the TiO2 thin film

doped by different performance functions metal ions

RONG Qikun

(Department of Physics, Jinan University, Guangzhou 510632, China) Abstract:Recent research progresses in multi-layer ceramic capacitors (MLCC) manufacturing processes and dielectric materials, especially the wet - printing and capacitors Soufill film technology are reviewed,domestic and international market situation of multilayer ceramic capacitors are analysised, the development of MLCC industry trends and domestic are pointed out. Key words: multi-layer ceramic capacitors; manufacture process; dielectric material; development tendency

1.引言

MLCC是片式元件的一个重要门类，主要工艺是将内电极材料与陶瓷坯体以多层交替并联叠合，并共烧成一个整体，由于具有结构紧凑、体积小、比容高、介电损耗低、价格便宜等诸多优点，被大量应用在手机、汽车、计算机、移动电话、收音机、扫描仪、数码相机等电子产品中，在航天航空、坦克、军用通信等军用电子设备的应用也越来越广泛[1]。MLCC 特别适合片式化表面组装，可大大提高电路组装密度，缩小整机体积，这一突出特性使MLCC 成为当今世界上发展最快、用量最大的片式电子元件。市场对MLCC的需求量以年均15%-20%的的速度增长[2]。

2. MLCC制造工艺

2.1基本工艺流程

MLCC的一般工艺流程配料是：流延—印刷—叠层—层—切割—排胶—烧结—倒角—封端—烧端—端处—测试—外观—编带。每个工序都很必要，叠层、印刷和烧结是特殊工序，流延、端处是关键工序。流延是将配料后获得的浆料通过流延机形成薄薄的一层膜，以备印刷之用；印刷是在流延后的瓷膜上印刷上一层电极，也就是MLCC的内电极；叠层是将印刷后的瓷膜按照预先的设计叠成不同层数的生坯；烧结是将排胶后的产品放入高温烧结炉内，设定曲线进行更高温度的烧结，使生坯烧结成瓷，形成具有一定强度及硬度的瓷体；端处是烧端后的产品具有导电性，但还未具有良好的可焊性（可焊的除外），所以在其端头再电镀上一层Ni和一层Sn。

2.2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。

2.3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，主要的工艺流程是：印刷下护片，按规定图形印刷电极，接着再印介质，按下护片—电极—介质——电极—…—上护片的顺序印刷，以至达到规定的电容量要求和设计的层数。烘干之后按片式电容的尺寸要求切割成芯片，倒角之后进行排胶、烧结、涂端头、烧端头等工艺。由于丝网印刷的要求，必须采用超细粉末亚微米级或者纳米级、化学均匀、纯度高，粒度均匀，不允许有过粗的颗粒存在，否则压合时极易出现压破介质膜而造成微短路，使MLCC元件失效。而且粉料形状应该近似于球形，在后续混炼工艺中才能使其均匀分布于高分子中。2.4 .Soufill膜制造工艺[3,4]

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。Soufill膜的面世与应用，引起了行业的兴趣与关注。由于膜的特殊制造方法，使生膜成疏松结构，而在加温加压和烧结后形成均匀、致密的介质，其厚度减少50% 左右。基于这个特点，在制造过程中，必须严格选择好内电极印刷、叠片、叠压温度、压力等参数和程序控制。

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。

3.1BaTiO3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。上世纪60年到70年代，为了实现MLCC贱金属化，降低电容器的成本，研究人员主要向BaTiO3中添加过渡元素的氧化物提高抗还原，但是由于受主掺杂BaTiO3材料中氧空位的迁移，使用后不久，材料的绝缘电阻就大幅下降，MLCC的性能严重劣化。进入20世纪90年代以后，研究者开始采取同时向材料中添加施主和受主离子来控制氧空位的迁移，现在更倾向于采用向BaTiO3中添加稀土元素的方法来抑制材料中氧空位的迁移[5,6]。为提高它的介电常数。一般通过优化工艺和添加改性成分来改善材料的介电性能。优化工艺包括：采取合适的BaTiO3粉体预烧温度，增加四方相BaTiO3含量；选择合适的浆料球磨条件以及烧成制度；选择合适的助烧剂和移动剂；控制BaTiO3的晶粒尺寸。

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[7,8]

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。BaTiO3常见的生产方式有水热合成和共沉淀两种方法，在生产过程中的选择主要依靠具体的工艺要求来确定。

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，