多層陶瓷電容器的發(fā)展及其動向

肖學(xué)棟

摘 要：近年來國內(nèi)外對多層陶瓷電容器的應(yīng)用研究不斷增多，文章就多層陶瓷電容器的發(fā)展及其動向進(jìn)行了相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：多層陶瓷;電容器;發(fā)展

多層陶瓷電容器（Multi-Layer Ceramic Capacitor，MLCC）又稱為獨石電容器（Mono Lithic Capacitor，MLC），是由電介質(zhì)陶瓷薄膜和內(nèi)電極相互交替重疊而成的一種新型片式元件。實際上，通常使用的MLCC是由很多單層陶瓷電容器并聯(lián)組成的。

1.多層陶瓷電容器技術(shù)發(fā)展趨勢

1.1超小型多層陶瓷電容器

超小型產(chǎn)品不僅越來越多地應(yīng)用于要求密實和高密度安裝的電子設(shè)備，而且也應(yīng)用于能提供足夠安裝空間的產(chǎn)品中。這是由于移動便攜產(chǎn)品的市場的增長和組裝制造工藝過程對密實片式元件的要求的結(jié)果，這些移動產(chǎn)品包括移動電話、數(shù)碼相機(jī)和數(shù)字音像設(shè)備。這樣，1005 （1.0mm×0.5mm） 和0603 （0.6mm×0.3mm） 多層陶瓷電容器的應(yīng)用得以推廣，同時尺寸已經(jīng)從1608 （1.6mm×0.8mm） 向1005 （1.0mm×0.5mm） 發(fā)展。多層陶瓷電容器已開始采用更小的0402型尺寸 （0.4mm×0.2mm） 。

為了開發(fā)超小型的多層陶瓷電容器，日本村田公司通過采用高精密加工技術(shù)，不但縮小了尺寸，而且通過高靜電容量技術(shù)的引入，實現(xiàn)了致密性及高容量。在尺寸不大于1608 （1.6mm×0.8mm） 的產(chǎn)品，容量已經(jīng)超過了1μF，而且隨著介質(zhì)元件能夠做得越來越薄，以及多層工藝技術(shù)和高精度處理技術(shù)的發(fā)展，電容量已有提高的趨勢，包括超小型產(chǎn)品也是這樣。

目前，對于一個1005尺寸的電容器，電容量已經(jīng)能達(dá)到1μF，而且，該尺寸的片式陶瓷電容器的電容量可達(dá)2.2μF的產(chǎn)品也正處于開發(fā)之中。于是，一個1005尺寸的電容器也可以被應(yīng)用于電源線路的去耦，因為它也能具有足夠高的電容量，同樣的原因，該電容器還被應(yīng)用于移動電話、個人電腦和數(shù)字A/V （音像） 設(shè)備。

1.2低壓、大容量化

伴隨半導(dǎo)體器件低壓驅(qū)動和低功耗化，IC的工作電壓已由5 V降低到3 V和1.5 V，另一方面電源小型化需要小型、大容量產(chǎn)品，以替代體積大的鋁電解電容器，從而促進(jìn)了低壓大容量多層陶瓷電容器的發(fā)展。

為了滿足這類低壓大容量多層陶瓷電容器的開發(fā)與應(yīng)用，在材料上，已開發(fā)出介電常數(shù)比BaTiO3系大1～2倍的弛豫類高介材料。在生片制造與疊片工藝方面，生片厚度可減薄到5～10 μm，疊層數(shù)可做到100層以上，目前，10 μF大容量多層陶瓷電容器，作為電源平滑電容器已獲得應(yīng)用。

如NEC公司先后開發(fā)出Pb （Mg1/3Nb2/3） O3-Pb （Ni1/3Nb2/3） O3-PbTiO3和Pb （Fe1/2W1/2） O3-Pb （Fe1/3Nb2/3） O3高介材料，前者制成Y5V組別3216型16 V、10 μF和4532型50 V、4.7 μF產(chǎn)品，均已商品化，后者制成Y5 V組別1608型產(chǎn)品 （1.6 mm×0.8 mm） ，最大容量可做到1 μF，比過去同類產(chǎn)品之體積明顯縮小。在開發(fā)上述新產(chǎn)品過程中，同時發(fā)展了三種關(guān)鍵技術(shù)，即制取超薄生片粉料分散技術(shù)、改善生片成膜技術(shù)和內(nèi)電極與陶瓷生片收縮率相匹配技術(shù)等。

1.3片式高壓系列化，擴(kuò)大新用途

弛豫類多層陶瓷電容器，除了用作大容量平滑電容器外，亦可用作開關(guān)電源中吸收浪涌電流的吸收電容器，其工作電壓要求比較高。迄今已開發(fā)出X7R和SL兩組別系列化片式高壓多層陶瓷電容器。前者額定工作電壓有500 V、1 kV和2 kV三種，外形尺寸為3.2 mm×1.6～10 mm×10 mm，容量范圍100～82 000 pF，后者額定工作電壓達(dá)3 kV，外形尺寸為4.5 mm×3.2 mm，容量為10～100 pF。這類電容器適用于小型電源電路、開關(guān)電源、DC-DC變換器、DC-AC變換器和顯像管高壓電路等。

1.4電極賤金屬化，降低成本

伴隨大容量電容器的開發(fā)與應(yīng)用，內(nèi)電極材料成本將占電容器總成本的大部分，為了降低電容器成本，發(fā)展賤金屬電極勢在必行。使用賤金屬電極遇到的問題，即在制造過程中需在低氧分壓氣氛下燒成，或在還原氣氛下燒成，以防止電極氧化。村田制作所先后開發(fā)出幾種抗還原陶瓷，在還原氣氛下燒成，所制成電容器的可靠性可與原先使用貴金屬電極的電容器相媲美。這類電容器一面世很快進(jìn)入市場。目前，賤金屬化的Y5V組別電容器的銷量，已占該組別多層陶瓷電容器的一半左右。另外，正在尋求擴(kuò)大賤金屬電極在其他組別電容器上的應(yīng)用。

1.5復(fù)合化、陣列化，提高元件組裝密度

由于片式多層陶瓷電容器尺寸的減小終究有一定限度，加之，將超小型的元件組裝在一塊大基板上也不劃算，為了進(jìn)一步提高元件組裝密度和增加功能，趨向于發(fā)展片式元件的復(fù)合化 （組合化） 、陣列化。以片式多層陶瓷電容器為芯片的片式電容器網(wǎng)絡(luò)已取得應(yīng)用。市售的二聯(lián)和四聯(lián)電容器網(wǎng)絡(luò)，其外形尺寸分別僅為2 mm×1.25 mm和3.2 mm×1.6 mm。

另外，由4個電容器構(gòu)成陣列 （尺寸為5.1 mm×2 mm×1.25 mm） 在CPU母板總線、PC機(jī)、打印機(jī)及音頻視頻等設(shè)備上也在應(yīng)用。

2.多層陶瓷電容器生產(chǎn)與市場動向

當(dāng)前多層陶瓷電容器生產(chǎn)與市場的基本動向是：

（1） 需求量不斷上升，由于競爭劇烈，價格雖有波動，但基本上變化不大;

（2） 雖有廠家仍繼續(xù)生產(chǎn)引線型多層陶瓷電容器，但片式SMT用多層陶瓷電容器的產(chǎn)量與銷量在迅速增長，在總產(chǎn)量中占有優(yōu)勢;

（3） 受近年來移動通信和小型化電源發(fā)展的影響，小尺寸、大容量和高壓電容器的市場看好。

3.多層陶瓷電容器的新材料——瓷膜材料及其應(yīng)用

傳統(tǒng)的多層陶瓷電容器制造方法，在生產(chǎn)高疊層數(shù)的多層陶瓷電容器時，會出現(xiàn)所謂“枕形”現(xiàn)象，它是因為在邊緣處電極厚度得不到補(bǔ)償所造成，使電容器凸起變形，影響外觀。

1993年荷蘭DSM公司推出一種超薄型陶瓷薄膜材料，被稱之Solufill瓷膜，與此同時開發(fā)出來的配套生產(chǎn)工藝及其設(shè)備，我國一些多層陶瓷電容器廠家正在推廣試用。這種Solufill瓷膜的制造，實質(zhì)上是借用于熱塑性聚合物材料的成膜工藝，它是將高體積比的陶瓷粉料分散到定向排列的聚合物中，通過擠壓和拉伸工藝制成高強(qiáng)度、高韌性的陶瓷膜，該陶瓷膜的典型參數(shù)：生坯厚度2～60 μm，燒成厚度為1～25 μm，表面微孔尺寸為50～10 nm，粘合劑含量 （體積分?jǐn)?shù)） <40%。粉料包括：BaTiO3 （低燒和高燒，組別有Y5V、Z5U、X7R和NP0） 、弛豫介質(zhì)和玻璃陶瓷。用它制成的多層陶瓷電容器具有下列特點： （1） 密度高 （5.92 g/cm3） ，均勻性和微觀結(jié)構(gòu)好; （2） 比容高，這是因生坯厚度薄，能增加有效層數(shù)所致; （3） 耐壓高，達(dá)1 400 V/25 μm，大大優(yōu)于TAM公司的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)800 V/25 μm; （4） 因膜厚度均勻，制成多層陶瓷電容器的容量精度高，用X7R 262L瓷膜制成電容器，其容量精度達(dá)K級或更高; （5） 在制作高疊層大容量電容器場合，不會出現(xiàn)“枕形”現(xiàn)象。與傳統(tǒng)多層陶瓷電容器相比，由于瓷膜厚度薄 （可薄至2 μm，燒成厚度達(dá)1 μm） ，在同等容量下，內(nèi)電極薄且用料量少，有利于產(chǎn)品低成本、小型化和大容量化，這正符合多層陶瓷電容器的發(fā)展趨勢。因此它的面世與應(yīng)用，引起了多層陶瓷電容器同行的興趣與關(guān)注 ?，F(xiàn)由信鈴科技貿(mào)易咨詢公司組織這方面的技術(shù)交流和在國內(nèi)的多層陶瓷電容器廠家進(jìn)行推廣試用。

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