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卢威博士:高容量MLCC关键材料研究进展(报告)
2023年10月13日 发布 分类:行业要闻 点击量:325
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随着5G时代的到来和智能手机的普及,电子设备不断向小型化、高频化和多功能化发展,对具有高性能、高可靠性的多层陶瓷电容器(MLCC)的需求也开始急速增长。为了满足电子产品功能越来越强大,而体积却变得越来越小的需求,MLCC不断向小型化和高容量化的趋势发展。


MLCC结构图

MLCC是由印有内电极的陶瓷介质膜片以交错的方式叠合起来,经过高温烧结形成陶瓷块体,再在陶瓷块的两端封上金属层(外电极)而形成的。要在有限的体积下制备更高容量的MLCC元件,在生产过程中就必须要减少介质的厚度,同时增加内电极的叠层数。以我国需要攻克的高端MLCC为例,其技术里程碑是介质层厚度薄至1μm左右,且能够可靠地实现1000层以上叠层。然而,MLCC的耐电压值与介质厚度有着直接的关系,同一介质的介质层越厚,越能阻挡电子穿过,在大电压工作的情况下,电容器越不容易被击穿或损坏。再者,设备在工作过程中散发的热量也会使得陶瓷介质的绝缘性能下降,因此要想让小尺寸、高容量的MLCC在高温高压的情况下仍然具有高可靠性,不但需要在MLCC设计与制程上下功夫,也离不开对关键材料的研究开发。

MLCC容量与电介质层厚度、层数的关系(来源:TDK)

MLCC的关键材料主要分为电子陶瓷材料和内外电极材料两部分:

1、电子陶瓷材料:

一般认为,MLCC使用的电子陶瓷材料主要包括钛酸钡、氧化钛、钛酸镁等基础粉以及一些保证电子陶瓷材料的温度稳定性、耐压性、高电阻、可靠性的配方添加剂。其中钛酸钡凭借高介电常数、低介电损耗、较大的电阻率,高耐压强度和优异的绝缘性能等优势,被称作是MLCC的“基石”。


钛酸钡粉体

钛酸钡粉体的制备方法通常可以分为固相法、液相法,其中固相法最为传统,工艺简单成熟,所需原材料成本低,但制备的粉体纯度低、化学成分不均匀、易团聚、粒径较大(微米级),一般只用于制作技术性能要求较低的产品。液相法是当前制备高容MLCC用优质钛酸钡粉体的常用方法。相比固相法,液相法制备的钛酸钡粒径分布窄,分散性好,但反应过程中,对设备、温度、压力要求严格,门槛相对较高,目前世界上掌握液相法中制备高端纳米钛酸钡粉体的首选方法——水热法的企业屈指可数。

2、内外电极材料

电子高端金属粉体材料是内外电极制作的重要原材料,是决定电极性能的主要因素,电极浆料经高温烧结后,其中的金属粉体材料形成金属网络结构实现导电功能。目前,BME 制程技术是当前制备内外电极的主流技术,即采用贱金属镍、铜金属粉体材料制作MLCC的内外电极,具备成本优势和小尺寸优势,但与制备高容MLCC用钛酸钡粉体一样,世界上能够工业化量产 MLCC 用优质贱金属粉体的企业仍主要集中在日本等国家。目前主要使用物理法制备纳米镍粉,生产成本较高,且粒径尺寸较大;使用湿化学法可以获得粒度分布均匀,小尺寸的纳米镍粉,能够有效降低生产成本,但还需要逐步导入现有的电子浆料。

NME与BME制程技术对比

为推动国内MLCC产业往更成熟的方向发展,实现高端电容元件的国产化替代,在10月16-18日的“景德镇高新区·昌江区电子陶瓷产业创新发展论坛”上,主办方邀请了长期从事电子陶瓷材料开发的材料科学姑苏实验室研究员卢威博士现场分享报告《高容量MLCC关键材料研究进展》,届时,他将介绍在液相法量产的小尺寸纳米钛酸钡基础粉与共材钛酸钡钙材料,内浆用超细纳米镍粉,端浆用片状纳米铜粉材料的国产化进展。

报告人简介


卢威,博士、研究员。现任材料科学姑苏实验室电子陶瓷研究员,惠州宝顺美科技有限公司研发总监,安徽纳洛米特新材料科技股份有限公司技术顾问,主要从事纳米钛酸钡等电子陶瓷粉体产品开发。发表学术论文50余篇,被引2500余次;获国内发明专利授权37项,国际发明专利14项;主持承担国家自然科学基金(4项)、参与中科院纳米先导项目、科技部重点研发计划等研发项目。


景德镇市昌江区电子陶瓷论坛会务组

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