肖學棟

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

關鍵詞：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），是由電介質陶瓷薄膜和內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發(fā)展趨勢

1.1超小型多層陶瓷電容器

超小型產品不僅越來越多地應用于要求密實和高密度安裝的電子設備，而且也應用于能提供足夠安裝空間的產品中。這是由于移動便攜產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果，這些移動產品包括移動電話、數(shù)碼相機和數(shù)字音像設備。這樣，1005 （1.0mm×0.5mm） 和0603 （0.6mm×0.3mm） 多層陶瓷電容器的應用得以推廣，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，不但縮小了尺寸，而且通過高靜電容量技術的引入，實現(xiàn)了致密性及高容量。在尺寸不大于1608 （1.6mm×0.8mm） 的產品，容量已經(jīng)超過了1μF，而且隨著介質元件能夠做得越來越薄，以及多層工藝技術和高精度處理技術的發(fā)展，電容量已有提高的趨勢，包括超小型產品也是這樣。

目前，對于一個1005尺寸的電容器，電容量已經(jīng)能達到1μF，而且，該尺寸的片式陶瓷電容器的電容量可達2.2μF的產品也正處于開發(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，該電容器還被應用于移動電話、個人電腦和數(shù)字A/V （音像） 設備。

1.2低壓、大容量化

伴隨半導體器件低壓驅動和低功耗化，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、大容量產品，以替代體積大的鋁電解電容器，從而促進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產品，均已商品化，后者制成Y5 V組別1608型產品 （1.6 mm×0.8 mm） ，最大容量可做到1 μF，比過去同類產品之體積明顯縮小。在開發(fā)上述新產品過程中，同時發(fā)展了三種關鍵技術，即制取超薄生片粉料分散技術、改善生片成膜技術和內電極與陶瓷生片收縮率相匹配技術等。

1.3片式高壓系列化，擴大新用途

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)與應用，內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，正在尋求擴大賤金屬電極在其他組別電容器上的應用。

1.5復合化、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)絡已取得應用。市售的二聯(lián)和四聯(lián)電容器網(wǎng)絡，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個電容器構成陣列 （尺寸為5.1 mm×2 mm×1.25 mm） 在CPU母板總線、PC機、打印機及音頻視頻等設備上也在應用。

2.多層陶瓷電容器生產與市場動向

當前多層陶瓷電容器生產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)生產引線型多層陶瓷電容器，但片式SMT用多層陶瓷電容器的產量與銷量在迅速增長，在總產量中占有優(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——瓷膜材料及其應用

傳統(tǒng)的多層陶瓷電容器制造方法，在生產高疊層數(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)出來的配套生產工藝及其設備，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 （體積分數(shù)） <40%。粉料包括：BaTiO3 （低燒和高燒，組別有Y5V、Z5U、X7R和NP0） 、弛豫介質和玻璃陶瓷。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） ，均勻性和微觀結構好; （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1 400 V/25 μm，大大優(yōu)于TAM公司的技術標準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1 μm） ，在同等容量下，內電極薄且用料量少，有利于產品低成本、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。因此它的面世與應用，引起了多層陶瓷電容器同行的興趣與關注 。現(xiàn)由信鈴科技貿易咨詢公司組織這方面的技術交流和在國內的多層陶瓷電容器廠家進行推廣試用。

參考文獻：

[1]蔣渝，陳家釗，劉穎，等.多層片式陶瓷電容器MLC研發(fā)進展[J].功能材料與器件學報，2003.9（1）：103

[2]張啟龍，楊輝，王家邦，等.多層片式陶瓷電容器容量命中率的研究[J].材料科學與工程學報，2003.21（1）：72