多層陶瓷電容器（MLCC），也可稱為片式電容器、積層電容、疊層電容等，屬于陶瓷電容器的一種。MLCC具有體積小、電容量大、高頻使用時損失率低、適合大量生產(chǎn)、價格低廉以及穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。近年來，消費(fèi)電子、通信設(shè)備及汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展，特別是手機(jī)、電動車的用量和銷量增長帶動MLCC 需求強(qiáng)勁。根據(jù)《MLCC陶瓷粉體材料行業(yè)分析報告》統(tǒng)計(jì)，普通4G手機(jī)的MLCC用量約300-400顆，iPhone7的MLCC用量約900顆，而iPhone的MLCC用量達(dá)到1000-1100顆。平均每臺純電動車需要1.7萬顆到1.8萬顆，比一般燃油車3000顆到3700顆增加近6倍。目前來看，消費(fèi)電子、汽車電子等行業(yè)仍將快速發(fā)展，而多層陶瓷電容器作為“電子行業(yè)的大米”，前景十分看好。

圖1 風(fēng)華高科是國內(nèi)被動元件生產(chǎn)巨頭，圖為其生產(chǎn)的各類陶瓷電容器

簡單的平行板電容器基本結(jié)構(gòu)是由一個絕緣的中間介質(zhì)層加上外部兩個導(dǎo)電的金屬電極，而MLCC的結(jié)構(gòu)主要包括三大部分：陶瓷介質(zhì)，金屬內(nèi)電極，金屬外電極。從結(jié)構(gòu)上看，MLCC是多層疊合結(jié)構(gòu)，可以看作多個簡單平行板電容器的并聯(lián)體。結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。

圖2多層陶瓷電容器的結(jié)構(gòu)

MLCC制造的工藝流程：以電子陶瓷材料作為介質(zhì)，將預(yù)制好的陶瓷漿料通過流延方式制成要求厚度的陶瓷介質(zhì)薄膜，然后在介質(zhì)薄膜上印刷內(nèi)電極，并將印有內(nèi)電極的陶瓷介質(zhì)膜片交替疊合熱壓，形成多個電容器并聯(lián)，并在高溫下一次燒結(jié)成一個不可分割的整體芯片，然后再芯片的端部涂覆外電極漿料，使之與內(nèi)電極形成良好的電氣連接，形成MLCC的兩極。

圖3 多層陶瓷電容器生產(chǎn)工藝流程

從圖3的工藝流程可以看出，MLCC的生產(chǎn)與陶瓷粉體息息相關(guān)，而其中涉及的包括電介質(zhì)陶瓷瓷粉的制備、流延成膜陶瓷膜的薄膜化以及陶瓷粉料與金屬共同燒結(jié)技術(shù)，都將極大影響最終MLCC的品質(zhì)。接下來我們簡要介紹這幾項(xiàng)技術(shù)。

電介質(zhì)陶瓷粉料制備技術(shù)

目前，MLCC的主要原料是鈦酸鋇、氧化鈦、鈦酸鎂、鈦酸鎂等，形成 COG、Y5V、X7R、NPO等種類，依電氣特性應(yīng)用各不相同決定 MLCC 的特性，來決定不同的燒結(jié)溫度與燒結(jié)氣體。此外，從MLCC成本結(jié)構(gòu)角度，瓷粉在整個MLCC中成本占比較大，尤其是高容MLCC的生產(chǎn)，高容MLCC對于瓷粉的純度、粒徑、粒度和形貌有嚴(yán)格要求。

圖4 多層陶瓷電容器的成本結(jié)構(gòu)

國瓷材料（300285）是繼日本堺化學(xué)之后全球第二家成功運(yùn)用高溫高壓水熱工藝批量生產(chǎn)高純度、納米級鈦酸鋇粉體的廠家，也是國內(nèi)最大的高純納米級電子陶瓷材料鈦酸鋇系列產(chǎn)品和MLCC用系列功能陶瓷材料的生產(chǎn)商。圍繞水熱法超細(xì)粉體核心技術(shù)，公司完成了電子陶瓷、陶瓷墨水、結(jié)構(gòu)陶瓷、催化劑、電子漿料五大業(yè)務(wù)布局，打造多元材料平臺。截至2018年底，國瓷材料MLCC配方粉產(chǎn)銷兩旺，產(chǎn)能達(dá)到1萬噸/年以上。

圖5 國瓷材料供應(yīng)的不同MLCC配方粉

國內(nèi)的研究力量也在探討超細(xì)鈦酸鋇的制備。廣東工業(yè)大學(xué)的魯圣國教授課題組對通過水熱法制備了四方相鈦酸鋇，并發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度的提高，溶液的黏度降低以及液體的飽和蒸汽壓增大共同促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，有利于合成高四方相含量的鈦酸鋇；此外，乙醇的添加促進(jìn)體系中脫水反應(yīng)的進(jìn)行，也能提高鈦酸鋇的四方相含量。

圖6 魯圣國制備鈦酸鋇所用到的主要原料

圖7 魯圣國教授課題組采用水熱法制備四方鈦酸鋇的工藝流程

但是，中高端電介質(zhì)瓷粉產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)仍掌握在日本為首發(fā)達(dá)國家。日本廠家（例如村田）根據(jù)大容量(10μF以上)的需求，在粒徑為100納米的濕法 BaTiO3 基礎(chǔ)上添加稀土金屬氧化物改性，形成高可靠性的X7R 陶瓷粉料，最終制作出 10μF-100μF小尺寸（如 0402、0201 等）MLCC。

圖8 MLCC配方粉是通過鈦酸鋇基礎(chǔ)粉改性得到

介質(zhì)薄層化技術(shù)

提升電容量是MLCC替代其他類型電容器的有效途徑，在一定的體積上如何制造更大電容量的MLCC，一直是MLCC領(lǐng)域的重要研發(fā)課題。

MLCC的電容量與內(nèi)電極交疊面積、電介質(zhì)瓷料層數(shù)及使用的電介質(zhì)陶瓷材料的相對介電常數(shù)成正比關(guān)系，與單層介質(zhì)厚度成反比關(guān)系。因此，在一定體積上提升電容量的方法主要有兩種，其一是降低介質(zhì)厚度，介質(zhì)厚度越低，MLCC的電容量越高；其二是增加MLCC內(nèi)部的疊層數(shù)，疊層數(shù)越多，MLCC的電容量越高。

陶瓷粉體與金屬電極共燒技術(shù)

MLCC元件在生產(chǎn)過程中，陶瓷介質(zhì)和印刷內(nèi)電極漿料需進(jìn)行疊合共燒，因此不可避免地需解決不同收縮率的陶瓷介質(zhì)和內(nèi)電極金屬如何在高溫?zé)骗h(huán)節(jié)中不分層、開裂的問題，即所謂的陶瓷粉料和金屬電極共燒問題。共燒問題的解決，一方面需在燒結(jié)設(shè)備上進(jìn)行持續(xù)研發(fā)；另一方面也需要MLCC瓷粉供應(yīng)商在瓷粉制備階段就與MLCC廠商進(jìn)行緊密的合作，通過調(diào)整瓷粉的燒結(jié)伸縮曲線，使之與電極匹配良好、更易于與金屬電極共同燒結(jié)。

總結(jié)

多層陶瓷電容器作為被動元件中的重要一員，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車電子等諸多領(lǐng)域。在多層陶瓷電容器的生產(chǎn)過程中，與陶瓷粉體相關(guān)的配方粉制備、介質(zhì)薄膜化以及陶瓷粉體與金屬電極共燒技術(shù)對于MLCC的影響很大。在這其中，其鈦酸鋇基礎(chǔ)粉的制備及其改性是MLCC上游產(chǎn)業(yè)最關(guān)鍵的一環(huán)。

參考文獻(xiàn)

鈦酸鋇納米粉體的制備、改性及其陶瓷和厚膜的性能研究，廣東工業(yè)大學(xué)，黃詠安。

By：火宣