如今，汽车产业向电气化、智能化方向加速演进，汽车电子系统的集成度与功率密度持续攀升，动力系统、车载充电机（OBC）、DC-DC转换器及发动机控制单元等核心部件的工作环境日趋严苛，部分场景的工作温度已突破150℃，极端工况下甚至接近200℃。然而，传统多层陶瓷电容器（MLCC）在高温环境下易出现介电常数骤降、电容值漂移过大、绝缘电阻衰减及电极氧化失效等问题，因此，亟需研发耐温性能更好的高温多层陶瓷电容器（HT-MLCCs）材料体系，以满足当前新能源产业对高温可靠性、长期稳定性的严苛要求。

HT-MLCCs的性能优劣，主要取决于两大材料体系——介质材料与电极材料。二者不仅各自需要满足严苛的高温选材要求，还需在共烧工艺中实现良好兼容。本文将从选材要点出发，分别梳理MLCC介质陶瓷与电极材料体系的发展现状与技术特点。

一、介质材料体系

介质材料的核心技术在于持续高温工况下，维持高体积电阻率、低介电损耗以及介电常数稳定性;同时，抑制内电极与相邻介质层间由高温驱动的有害互扩散、界面反应及微观结构劣化。不过，根据电极材料以及使用场景的不同，介质材料的选择侧重点也有所不同。比如，由于PME（贵金属电极）以银钯（Ag-Pd）合金、纯Pt、纯Pd为主，烧结温度较高（1100℃-1300℃），抗氧化性强，无氧化还原风险，可与在空气气氛下与介质陶瓷进行高温共烧，工艺窗口相对宽泛且易于控制，因此适配介质材料核心聚焦高温稳定性与高介电性能，而BEM体系则由于电极易氧化，因此还需考虑介质材料在还原气氛下烧结后的性能稳定性。

目前，高温介质材料主要分为两大类:Ⅰ类陶瓷(C0G/NP0，超稳定型)和Ⅱ类陶瓷(X型，如X8R/X9R，高介电常数型)。

1、Ⅰ类陶瓷：

采用非铁电（顺电）配方，通常以为主要成分（介电常数小于150）或添加CaTiO₃、SrTiO₃等（铁电体）氧化物，典型代表为C0G（C表示电容温度系数的有效数字为0ppm/℃，0表示有效数字的倍乘因数为-1（即10的0次方），G表示随温度变化的容差为±30ppm）。该类介质材料的晶体结构高度对称，因此极强的温度稳定性，温度系数可控制在±30ppm/°C以内，容量随温度变化几乎可忽略，同时在电场作用下，其仅通过离子极化和电子极化产生现线性且快速的响应，无自发极化，不会产生电滞回线或非线性损耗，因此介质损耗也极低，特别适用于振荡器、谐振回路、高频电路中的耦合电容，以及其他要求损耗小和电容量稳定的电路，或用于温度补偿。但其介电常数较低，相同体积下难以实现大容量。

Ⅰ类陶瓷名称中字母及数字代表（来源：电源联盟）

2、Ⅱ类陶瓷：

采用铁电配方，通常为钛酸钡基材料，并采用CaZrO₃、CaTiO₃、Bi₂O₃、MnO₂等改性剂，通过“核-壳”结构设计，拓宽相变温区，目前能够满足高温工况的典型产品有X8R、X9R等（X代表电容最低可工作在-55℃，8(9)代表电容最高可工作在+150(+200)℃，R代表容值随温度的变化为±15%）。相比Ⅰ类陶瓷介质，该体系介质相对介电常数高，比电容大，但电容量随温度呈非线性变化，在高温区相对介电常数急剧衰减，氧空位迁移加剧，绝缘性能急剧衰减常在电子设备中用于旁路、耦合或用于其它对损耗和电容量稳定性要求不高的电路中。

需要注意的是，若采用Ⅱ类陶瓷介质搭配贱金属电极，为避免高温烧结时，贱金属发生氧化，往往需要在还原气氛下进行烧结，但该环境会触发BaTiO₃介质发生还原反应，使BaTiO₃失去氧而形成氧空位和传导电子，导致介质材料半导体化，致使导电性增加，绝缘电阻降低，因此，可入稀土元素(如Y、Dy)进行晶界掺杂，实现对氧空位的“钉扎”，也避免BaTiO₃介质的界面处发生氧空位富集引发的漏电流倍增效应。

钛酸钡在低氧分压还原气氛下形成氧空位与传导电子（来源：参考文献）

二、电极材料体系

MLCC内电极的选择主要基于贵金属和贱金属两种路线：

1、贵金属电极

PME通常采用钯银（Pd/Ag）合金或纯金属钯、铂等贵金属作为内电极材料。由于在空气中烧成时不氧化、熔点高、与BaTiO₃等介质化学相容性好，PME是最早实现产业化且可靠性经过长期验证，至今仍占据高温MLCC高端市场的技术路线。

·Ag/Pd合金：纯Ag熔点约962℃，但Ag在高温电场下易发生电化学迁移，导致绝缘电阻下降甚至短路，同时与半导体氧化物界面结合不佳。加入Pd（熔点1555℃）形成合金后，不仅提高了整体熔点和抗氧化能力，更关键的是可以通过调节Ag/Pd比例来调控电极的烧结温度，使其与介质材料的致密化温度相匹配。Pd含量越高，电极烧结温度越高、化学惰性越强，但同时成本急剧上升。

·Pt体系：铂（Pt）熔点高达1772℃，化学稳定性极高，因此在对可靠性、稳定性要求极高的场景甚至优于Pd体系，但在实际应用中，Pt作为一种极强的氧交换催化剂，可能会促进常见的钛酸钡（BaTiO₃）基陶瓷介质发生还原反应，夺取陶瓷晶格中的氧，导致电极-介质界面形成氧空位缺陷层，增加介电损耗，降低Q值，因此在高频高Q值应用中并非首选。

2、贱金属电极

BME是相对较新的MLCC电极技术，其内电极采用镍（Ni）或铜（Cu）等贱金属，适配还原气氛烧结工艺。与钯银相比，镍和铜具有显著的成本优势，因此BMEMLCCs已在全球II类陶瓷电容器市场中占据约99%的份额。而在HT-MLCCs领域，其发展趋势之一就是贱金属电极的技术优化，以期在保证高温可靠性的同时显著降低成本。

·镍浆：镍浆是BMEHT-MLCCs中最主流的内电极材料，其基本组成包括超细镍粉、有机载体（粘合剂、溶剂、分散剂）及各种添加剂，烧结温度为1200-1300℃，还原气氛下高温稳定性较好，且内电极对焊料的耐蚀性和耐热性较好，但相比铜电极，其电阻率加高，会导致MLCC的等效串联电阻（ESR）略高，对高频性能有一定影响。

·铜浆：铜的电阻率较低（约1.7μΩ·cm），与银的电阻率接近，能有效降低MLCC的等效串联电阻（ESR），提高电容器的阻抗频率特性，使其在高频电路中表现更优，适用于5G通信、射频微波等高频应用场景。但其熔点比镍粉更低，与陶瓷介质的共烧温度匹配难度较大，需开发低温烧结陶瓷介质或优化烧结工艺。

需要注意的是，无论是镍电极还是铜电极，在高温烧结时都有与陶瓷介质热收缩率失配而引发的层间分层风险，可采用双峰粒径设计，利用粗/细粉体颗粒的协同填充效应优化收缩曲线，减少应力集中，也可采用表面预氧化工艺，在粉体表面形成薄层氧化物过渡层，增强与陶瓷介质的界面结合力。

热膨胀系数不匹配导致的机械开裂（来源：参考文献）

3、端电极材料选择

常规MLCC往往采用的Ag-Ni-Sn三层端电极结构在>200℃高温应用场景下面临Sn焊料层熔融(熔点232℃)导致电气连接失效,以及Ag层在高温梯度下发生电迁移并形成枝晶导致短路的风险。目前，针对超高温端电极应用场景(>200℃),主要有两大体系：

·Sn-Sb合金体系：耐受温度最高可达到280℃,成本低且工艺兼容性好,但延展性相对较差;

·Au-Sn合金体系：耐受温度可达到330℃,具备高强度、高导热、良好耐腐蚀性,但成本极高。

小结

面向新能源汽车、航空航天等领域对高温电子元件的严苛需求，HT-MLCCs材料体系的迭代升级仍需聚焦核心技术突破。介质材料方面，需进一步优化“核-壳”结构设计与稀土掺杂工艺，在提升Ⅱ类陶瓷高温稳定性的同时，兼顾高介电常数与低损耗，破解还原气氛烧结下的介质半导体化难题；在电极材料上，贵金属电极（PME）凭借优异的抗氧化性与工艺成熟度，仍是高端高温MLCC的稳健之选；贱金属电极（BME）则以显著的成本优势与持续的技术进步，正逐步向更严苛的高温场景渗透，成为实现低成本、高性能HT-MLCCs的重要方向。展望未来，随着HT-MLCCs有望在更高温度、更苛刻电应力条件下逐步实现性能与可靠性的跃升，将为下一代智能汽车、深井勘探、航空航天等高温电子系统提供坚实支撑。

参考文献：

曲明山,杨秀玲,李元勋,等. 高温多层陶瓷电容器(HT-MLCCs)产业现状及发展趋势[J]. 电子元件与材料.

粉体圈Corange整理