引言:消费电子(英语:Consumer electronics简称CE),是指供日常消费者生活使用之电子产品。
MLCC,Multi-layer Ceramic Capacitors,即为片式多层陶瓷电容器。近年来,消费电子的创新持续驱动着市场对MLCC的需求,据公开数据表明,市场上70%的MLCC被应用于消费电子领域,尤其是智能手机、5G、新能源汽车的发展对MLCC的需求更是不断增长。
↑↑MLCC属于电容器的一种,而电容器则属于电子元器件中的被动元器件。根据所用介质材料的不同,电容器可分为陶瓷电容、铝电解电容、钽电解电容、薄膜电容等类型,分别应用于不同的领域,其中陶瓷电容占据了整体电容器市场的半壁江山,而MLCC在其中的占比超过九成。
拉动MLCC市场需求的两辆马车:5G手机及汽车电子
#5G手机#智能手机绝对是当前最热的消费电子产品,几乎是人手N部,MLCC产品在智能手机中大量应用,尤其是5G手机更是需要用掉大量的MLCC。每部5G手机中配置约1000颗MLCC,终端配置的功能越多,其数量也几乎等比例增加。要在维持手机在合适尺寸的同时增加终端功能,MLCC小型化是不可或缺的一环,可以说,MLCC是对终端小型化影响较大的一种元件,要制造高性能、多功能、易操作的5G手机,关键是实现MLCC的小型化。
↓↓6月6日,在5G商用牌照发放迎来两周年之际,高通公司总裁兼候任CEO 安蒙在社交平台发文称,每一秒钟,中国市场出货5部5G手机,中国速度让人赞叹。
#大号消费电子电动汽车#在智能手机的应用中,目前以小型化0201、01005为主,微型化008004是下一个研发目标,在小微型化方面,目前村田和宇阳的份额最大,相比之下车用级MLCC主要型号范围很广,0402至2220尺寸的产品都在使用,应用最多的是0603、0805、1206三个尺寸。但因为涉及到人身安全等因素,对器件可靠性、使用寿命、失效率等都有很高的要求,对温度、气候、抗震等适应能力要求很高,同时,其生命周期要求长达15至30年,也就是说,车用电子元器件的使用寿命须保证在30年以上;此外,还要求车用电子元器件的失效率在运行10至15年中为零故障(要达到PPB级别的失效率)。”
根据公开数据显示,传统汽车、汽车电子化以及电动车(EV)对MLCC消耗量分别上看1,000颗、5,000颗、1万颗以上,汽车的电子化发展、电动车的广泛接受及自动驾驶的应用无疑是拉高了MLCC市场需求量。目前,汽车电子也正成为各大主流MLCC厂商的主要布局方向。
↓↓大号的消费电子新星:电动汽车
↑↑据说它很像一个装着轮子的大号智能手机
↑↑至少有 3000 到 10,000 个 MLCC 安装在汽车中,用于动力系统、安全、驾驶和信息娱乐
制备MLCC的关键
MLCC片式多层陶瓷电容器由印好电极(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),从而形成一个类似独石的结构体,故也叫独石电容器。简单地说,MLCC的制作过程就像是做汉堡包:首先放一块最底层的陶瓷介质,然后在上面整(丝印)一层电路,接着放一层陶瓷介质,再整一层电路……如此往复,根据不同的规格尺寸重复操作多次,最后切割编带打包检测,done,成品如下!
↓↓这就是独石(MLCC)
↓↓MLCC制备工艺流程(图片来源村田):#MLCC的生产制造包含复杂的工艺流程#,以目前主流的干式流延工艺为例,该工艺囊括了调浆、瓷膜成型、印刷、堆栈、均压、切割、烧结、倒角和电镀等14个独立流程,每部分均对最终产出的MLCC性能产生至关重要的影响。
↓↓MLCC的结构(图片来源村田)
#MLCC不仅工艺难度大,原料要求也高#MLCC产业链涵盖自上游陶瓷介电粉末、电极金属至下游消费电子、工业等诸多领域。上游原料有陶瓷粉末、电极金属等,其中陶瓷粉末因其制备难度大,普通型陶瓷粉末基本实现国产化,供给较充分,但带有特殊功能的陶瓷粉末仍然依赖日韩供应商。陶瓷粉末MLCC高端器件的成本中占比35%-45%,是作为制备MLCC的关键。目前,MLCC粉体市场份额主要集中于日本厂商,国瓷材料是国内首家运用水热法生产MLCC粉体的厂家,在目前外售的厂商中市占率遥遥领先,深度绑定风华高科、三星、台湾国巨等知名MLCC客户。
↑↑据说狭义的MLCC陶瓷粉体指的是MLCC配方粉,广义上还包含了如上这些~~
#小尺寸MLCC带来的挑战#超小尺寸的MLCC,陶瓷薄膜的厚度仅为头发丝厚度(约80μm)的1/100。为了提升高品质MLCC的成品率,需要时刻保持薄陶瓷薄膜的厚度均匀,如果膜厚不均,则电极可能接触而发生短路,从而失去电容器的功能,即使不发生短路,如果膜厚均匀度差,也将导致耐压可靠性下降等问题。
↑↑村田0201M:外观尺寸仅0.25×0.125mm
生产符合要求的MLCC,需要使用高精度制造技术。需要进一步提升原材料的品质。首先,通过减小电介质(钛酸钡)粒子的直径、增加均匀度,制造出均质而精细的印刷电路基板。同时,开发了将微细电介质离子均匀分散到薄膜内的成型技术。另外,减小印刷电极图案时的金属(镍)粒径。通过提高填充率以实现薄层化后,使电极和电介质的界面上不出现凹凸现象。
参考资料:
1\Murata Manufacturing Co., Ltd.
编辑:粉体圈 小白
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中国广州保利世贸博览馆 2021年9月16-18日
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