陶瓷电容可分为单层陶瓷电容、片式多层陶瓷电容(MLCC)和引线式多层陶瓷电容,其中MLCC由于其小体积、结构紧凑、可靠性高及适于SMT技术等优点而发展迅速,是最主要的产品类型,占陶瓷电容器市场约93%,是世界上用量最大、发展最快的基础元件之一。
片式多层陶瓷电容器(MLCC)主要用于各类军用、民用电子整机中的振荡、耦合、滤波、旁路电路中,应用领域包括信息技术、消费电子、通信、新能源、工业控制等各行业。受智能化消费电子产品、新能源汽车、5G以及工业自动化的需求驱动,国内外企业相继在调整产品方向,向小型化、高容量和车用等高端MLCC市场转移,MLCC不断向着小型化、薄层化、大容量化、高频化、高可靠以及低成本化的方向发展。

1、小型化

随着表面贴装技术的发展及片式元器件在电子信息产业中的广泛应用,各类片式元器件不断向着小型化发展。超小体积、超薄的MLCC在电子设备的高密度贴装,有利于电子设备的小型化发展。

图  MLCC的尺寸变迁及构成比
MLCC产品的尺寸正由0805、0603、0402向0201、01005、008004发展,特别是以0201尺寸为主的小尺寸MLCC应用越来越广并逐渐成为电容器产业的主流产品。

2、大容量化

为匹配终端不断增加的功能,尤其是 AP、GPU等高性能半导体消费电力高,电池容量增长,因此能够储存大量电能的大容量MLCC必不可少。
由上式可以看出,MLCC的容量正比于陶瓷介质的相对介电常数、内电极层数、内电极的叠加面积,反比于介质陶瓷的厚度,因此,为了使MLCC大容量化,必须开发出高介电常数的陶瓷介质,电介质的薄层化、增加电介质层层数以及提高有效面积的效率。

3、高频、高性能化

从2G到5G,通信技术向着高频化发展,对MLCC的要求也越高。电容产品中存在等效直列阻抗值(ESR)和等效直列电感值(ESL)。ESR是由内外电极的电阻及介电体损耗产生,ESL是由内外电极结构产生对高频降噪的主要影响。
高频化要求MLCC具有低的ESR和ESL。当MLCC的ESR与ESL越低、将会越接近纯电容的特性,其自谐振频率会往越高频率移动,更适合在高频方面应用。在高频、高功率下要求MLCC发热升温要低,可靠性要高。
小型化、多层化和减小尺寸长宽比是降低ESL的有效方法。由于多层陶瓷电容是由复数层的内部电极构成的,降低ESR数值时需要通过控制内部电极的厚度和层数。

4、高可靠性

随着MLCC的应用场景扩展,对MLCC的可靠性要求越来越高。一般来说,85℃适用于消费类电子设备,125℃适用于车载设备、安防、通信模块等,基站、汽车动力系统、工业级等高温、高功率的恶劣环境,保证温度高达150℃,因此要求MLCC要有很高的可靠性。

5、贱金属化

MLCC是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片,再在芯片的两端封上金属层(外电极)而制成,其结构如下图所示,由内电极、外电极和陶瓷介质三部分组成:
一直到1995年,绝大多数的MLCC都使用钯-银合金或纯金属钯贵金属内电极(PME),这种电极材料成本较高,随着MLCC层数的增多,内电极面积也不断增加,采用Ni、Cu等贱金属内电极(BME)替代贵金属,可以大大降低成本。经过多年的发展,BME-MLCCs已经成为多层共烧陶瓷电容器的主流产品,全球二类陶瓷介质MLCC中的99%为BME-MLCCs。
由于贱金属内电极(BME)在氧化性气氛中被氧化而失去作为内电极的功能,因此需要在还原性气氛中烧结,BME-MLCCs生产工艺的关键点是钛酸钡基介质陶瓷与贱金属内电极的共烧。在适当的制造条件下,BME-MLCCs能满足和PME-MLCCs一样的高可靠性和性能测试要求。

6、环保化

随着环保意识的不断提高,MLCC要求开发不含铅等有害物质的陶瓷介质材料(如钛酸钡系)以及无铅焊料。

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作者 d