陶瓷電容器是一種重要的被動元件,廣泛應用于電子設備中的各種電路,如振蕩、耦合以及濾波等。根據不同的應用場景,陶瓷電容可以分為單層陶瓷電容、片式多層陶瓷電容(MLCC)和引線式多層陶瓷電容。其中,MLCC不僅具有小體積、結構緊湊、可靠性高及適于SMT技術等優點,而且是最主要的產品類型,占據陶瓷電容器市場的約93%。近年來,隨著智能化消費電子產品、新能源汽車、5G以及工業自動化等領域的快速發展,MLCC的需求也日益增加,迫使企業們不斷地調整產品方向,向小型化、高容量和車用等高端MLCC市場轉移。因此,MLCC不斷向著小型化、薄層化、大容量化、高頻化、高可靠以及低成本化等方向發展。
一、小型化
隨著表面貼裝技術的發展及片式元器件在電子信息產業中的廣泛應用,各類片式元器件不斷向著小型化方向發展。而在MLCC領域中,超小體積、超薄的產品已經成為電子設備小型化發展的關鍵。小型化陶瓷電容器的尺寸正由0805、0603、0402向0201、01005、008004等更小的尺寸發展。其中,以0201尺寸為主的小尺寸MLCC應用越來越廣,并逐漸成為電容器產業的主流產品。
二、大容量化
隨著終端設備不斷增加的功能,尤其是高性能半導體的出現,導致消耗的電力也不斷增加,因此能夠儲存大量電能的大容量MLCC必不可少。MLCC的容量正比于陶瓷介質的相對介電常數、內電極層數、內電極的疊加面積,反比于介質陶瓷的厚度,因此,為了使MLCC大容量化,需要開發出高介電常數的陶瓷介質、薄層化的電介質、增加電介質層層數以及提高有效面積的效率。
三、高頻、高性能化
從2G到5G,通信技術不斷向著高頻化發展,對MLCC的要求也越來越高。高頻化要求MLCC具有低的等效直列阻抗值(ESR)和等效直列電感值(ESL)等參數。ESR主要來自內外電極的電阻及介電體損耗,ESL則是由內外電極結構產生的影響,因此降低ESR和ESL可以提高MLCC的性能,使其更加適合高頻方面的應用。在高頻、高功率下,也要求MLCC發熱升溫要低,可靠性要高。
小型化、多層化和減小尺寸長寬比是降低ESL的有效方法。由于多層陶瓷電容是由復數層的內部電極構成的,降低ESR數值時需要通過控制內部電極的厚度和層數。同時,為了提升MLCC的高頻性能,也需要研制出更高介電常數、更低ESR和ESL的新材料,例如采用銅、鐵、氧化鋯等材料替代現有內電極材料。
四、高可靠性
隨著MLCC的應用場景不斷擴展,對其可靠性的要求也越來越高。一般來說,85℃適用于消費類電子設備,125℃適用于車載設備、安防、通信模塊等,而高溫、高功率的環境,保證溫度高達150℃甚至更高。因此,要求MLCC要有很高的可靠性,以確保其在惡劣環境下仍能正常運行。
五、賤金屬化
MLCC由印好電極(內電極)的陶瓷介質膜片以錯位的方式疊合起來,經過一次性高溫燒結形成陶瓷芯片,再在芯片的兩端封上金屬層(外電極)而制成,其內部結構復雜,由內電極、外電極和陶瓷介質三部分組成。一直到1995年,絕大多數的MLCC都使用鈀-銀合金或純金屬鈀貴金屬內電極(PME)。然而,隨著MLCC層數的增多,內電極的面積也不斷增加,而PMEN的生產成本十分昂貴。因此,近年來,企業們開始考慮采用一些賤金屬(BME)或非貴金屬來取代鈀,以降低MLCC的成本。經過多年的研究和發展,BME-MLCCs已經成為多層共燒陶瓷電容器的主流產品,全球二類陶瓷介質MLCC中的99%為BME-MLCCs。
由于賤金屬內電極(BME)在氧化性氣氛中會被氧化而失去作為內電極的功能,因此需要在還原性氣氛中燒結。BME-MLCCs生產工藝的關鍵在于鈦酸鋇基介質陶瓷與賤金屬內電極的共燒。在適當的制造條件下,BME-MLCCs能夠滿足和PME-MLCCs一樣的高可靠性和性能測試要求。
綜上所述,陶瓷電容器的發展方向主要有五個方面:小型化、大容量化、高頻、高性能化、高可靠性和賤金屬化。隨著各類電子設備的不斷升級和人工智能的快速發展,陶瓷電容器的應用領域和市場需求都將不斷擴大。因此,在產品研發、工藝優化、生產管理等方面都需要不斷創新、升級和改進,以滿足用戶的各種需求,成為電子元器件產業的重要組成部分。
審核編輯 黃宇
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