多层陶瓷电容器(MLCC)介质材料研究进展
详解MLCC技术及材料未来发展
详解MLCC技术及材料未来发展
一、什么是MLCC技术？
MLCC（Multilayer Ceramic Capacitors），是指由多层陶瓷层压而成的陶瓷电容器，具有高频率及高功率的优势，是电子产品中最常应用的一种电容器。
目前，其主要用于固定频率、宽带滤波电路、串行存储器、高抗干扰和减少电磁干扰等应用之中。
二、MLCC技术的优势
1、体积小：MLCC电容器可以制成很小的尺寸，有助于更有效的利用芯片的空间。
2、高频率：MLCC电容器可以支持高频率的电路，因此可以实现更快的数据处理。
3、高功率：MLCC电容器可以支持高功率的电路，因此可以实现更高的电压稳定性。
4、低噪声：MLCC电容器容阻较低，因此可以减少电磁干扰，从而降低电子产品的噪音。
三、MLCC材料的未来发展
1、增强阻容特性：由于现有的MLCC电容器存在着温度老化现象，因此将采取措施增强其耐热抗衰老阻容特性，以满足更高耐压稳定和更高温度的要求。
2、改善制备工艺：MLCC是一种多层结构，因此制备工艺要求较为复杂。
为了提升其制备效率，将针对其各制备步骤，进行改进，以实现更低的成本和更高的制备速度。
3、提升尺寸：为了满足更多的设计需求，未来将会研究研发出更大尺寸的MLCC电容器，以满足更大容量的需求。
陶瓷积层电容(mlcc) 极化效应
陶瓷积层电容(mlcc) 极化效应陶瓷积层电容（MLCC）是一种非极性电容器，它具有很多优点，如体积小、容量大、精度高等。
然而，在实际应用中，MLCC也存在一些极化效应的问题。
本文将从不同角度探讨MLCC的极化效应及其对电路性能的影响。
我们需要了解什么是极化效应。
在电容器中，极化效应是指在电场作用下，电容器内部发生电荷分布不均匀，导致电容器两端产生电压差的现象。
对于极性电容器来说，极化效应是正常现象，但对于非极性电容器如MLCC来说，极化效应则属于异常情况。
MLCC的极化效应主要来源于材料本身的极化特性。
陶瓷材料具有铁电性质，即在电场作用下会发生极化，产生极化电荷。
这种极化电荷会在电场消失后仍存在一段时间，导致MLCC两端产生残余电压。
这种残余电压对于某些电路设计来说可能会造成问题。
MLCC的极化效应对电路性能的影响主要体现在以下几个方面：1. 电容值漂移：由于极化效应的存在，MLCC的电容值会随时间发生变化，即电容值漂移。
这对一些要求精度和稳定性的电路来说是不可忽视的。
特别是在高温环境下，电容值漂移会更加明显。
2. 温度特性：极化效应还会导致MLCC的温度特性变差。
在高温环境下，极化电荷的释放速度加快，导致残余电压更大，从而使得MLCC的电容值变小。
这对于一些工作在高温环境下的电路来说是非常不利的。
3. 电压变化：极化效应还会导致MLCC的电压变化。
当电场发生变化时，极化电荷的释放速度也会发生变化，导致MLCC两端的电压变化。
这对于一些对电压稳定性要求较高的电路来说是一个重要的考虑因素。
为了减小MLCC的极化效应，可以采取以下措施：1. 选择合适的电容器：在设计电路时，根据实际需求选择合适的MLCC。
一些对电容值漂移和温度特性要求较高的电路，可以选择具有低极化特性的MLCC。
同时，还可以考虑使用其他类型的电容器来替代MLCC，如钽电容、铝电解电容等。
2. 降低工作温度：由于极化效应与温度密切相关，降低工作温度可以有效减小极化效应对MLCC的影响。
片式叠层陶瓷电容器(MLCC)
片式电容器(MLCC)
16
MLCC的制造工艺
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陶瓷介质薄膜制作-配料
陶瓷介质薄膜制备方法应用最多的是流延 法。在流延前，需将陶瓷材料与黏合剂、 有机溶剂、分散剂等按一定比例混合在一 起，通过球磨等方式使之混合均匀，形成 具有一定流动性的陶瓷浆料，这个过程叫 配料。这是制造MLCC的第一步，也是极 为关键的一步。
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内电极剖面SEM
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内电极制作-叠层
将印刷好内电极图形的陶瓷介质膜片按产品设计 要求，借助于膜片本身的黏性和叠层机的压力将 膜片叠在一起形成一个整体，简称电极巴块。
40
电容芯片制作-层压
目的：提高烧结后瓷体的致密性
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电容芯片制作-切割
切割是将产品切割成设计尺寸大小的一粒粒 芯片的过程。切割方式有直刀式和圆刀式
MLCC的结构
Cu/Ag引出层，Ni热阻挡层，Sn可焊层
7
MLCC剖面的SEM
8
MLCC的分类-按温度特性分类
第Ⅰ类: 温度补偿型固定电容器，包括通 用型高频CG、CH电容器和温度补偿型 高频HG、LG、PH、RH、SH、TH、 UJ、SL电容器; 第Ⅱ类 :固定电容器，一般有X7R、X5R 以及Y5V、Z5U温度特性系列。
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13
MLCC不同尺寸规格
尺寸规格
长×宽 (英寸) 长×宽 (毫米)
0402 0603 0805
0.08× 0.05
1206
0.12× 0.06 3.20× 1.60
1808
0.18× 0.08 4.50× 2.00
2225
0.22× 0.25 5.70× 6.30
0.04× 0.06× 0.02 0.03
片式多层陶瓷电容器简介介绍
应用领域
通信设备
用于信号处理、滤波、去耦等电路中，提高 信号质量。
汽车电子
用于汽车发动机控制、安全气囊等汽车电子 系统中。
消费电子
广泛用于智能手机、平板电脑、数码相机等 电子产品中。
工业控制
用于工业自动化设备、电机驱动控制等电路 中。
02
片式多层陶瓷电容器的制造工 艺
片式多层陶瓷电容器的制造工艺
智能化与自动化
随着智能化和自动化技术的不断 发展，片式多层陶瓷电容器的生 产工艺也在不断改进，提高生产 效率和产品质量。
技术挑战与解决方案
技术挑战
片式多层陶瓷电容器的技术挑战主要 包括提高性能、减小体积、降低成本 等方面。
解决方案
针对这些挑战，企业可以通过研发新 材料、优化生产工艺、提高生产效率 等方式来应对。同时，加强与高校、 科研机构的合作也是解决技术难题的 重要途径。
它利用陶瓷介质的高介电常数特性，实现小型化、高容量的电容器。
特性
高容值
由于采用多层叠加结构，片式 多层陶瓷电容器的容值较高。
小型化
体积小巧，有利于电子设备的 小型化和集成化。
高频特性好
具有较低的等效串联电阻（ESR ）和等效串联电感（ESL），适 用于高频电路。
可靠性高
经过严格的质量控制和可靠性 测试，具有较长的使用寿命。
• 片式多层陶瓷电容器（MLCC）是一种电子元件，广泛应用于各类电子设备中，具有小型化、高性能、高可靠性的特点。 MLCC由多层陶瓷介质和金属电极叠合而成，具有高介电常数、低损耗、温度稳定性好等优点。
03
片式多层陶瓷电容器的性能参 数
片式多层陶瓷电容器的性能参数
• 片式多层陶瓷电容器（MLCC）是一种电子元件，广泛应 用于各类电子设备中，作为微型、高精度、高可靠性的电 容元件。它由多层陶瓷介质和金属电极叠加而成，具有体 积小、容量大、成本低、一致性好等优点。
片式叠层陶瓷电容器(MLCC)中纯锡可焊镀层的研究
研 究 的就 是 纯锡 可 焊镀 层 ．
２ 实 验 方 法
２ ． １设 备 仪 器 和 试 剂
Ｊ Ｚ— Ｔ 赫 尔 槽 试 验 仪 全 自 动 电 镀 生 产 线
广 州 二 轻 研 究 所 冠 华 公 司
各 种 电镀 用 药 水
片 式 叠层 陶瓷 电容器 （ Ｍ Ｌ ＣＣ）
中 纯 锡 可 焊 镀 层 的 研 究
娄 红 涛
（ 广 东羚 光新 材料 股 份有限 公司 ， 广东 肇庆 ５ ２ ６ ０ ２ ０）
摘 要 ： 针 对 当前 国 内源自 无铅 化趋 势 的要 求 ， 简 单 比较 了 多种锡 系合 金可 焊镀 层 的优缺 点 ， 提 出 纯 锡 可 焊镀 层 的研 究方 向 。 并 开发 出一种 纯锡 电镀 的添加 剂 ． 最后 从 外 观 、 可耐 焊 、 润湿 效果 、 加速 氧 化 、
关键 词 ： 片 式叠层 陶瓷 电容器 ； Ｓ ｎ —Ｐ ｂ镀 层 ； 无铅纯 锡镀 层 ； 纯 锡 电 镀 添 加 剂
中 图分类 号 ： Ｔ Ｎ ６ ０ 文献标 识 码 ： Ｂ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ２—４ ０ ２ Ｘ（ ２ ０ １ ４） ０ ７—０ ０ １ ６—０ ３
难 于控 制 ； Ｓ ｎ — Ｃ ｕ合 金 镀 层 ，虽 然 成 本 较 低 ， 但 由于 Ｃ ｕ的 存 在 。 耐腐蚀 性差 ， 长 期 放 置 时 易 氧 化 变 色 ， 致 使 可 焊 性 降 低 ， 而 且 在 镀槽 内 ， 阳 极 随 着全 球 环 保 意 识 的增 强 ，人 们 已普 遍 认 ｕ的 置 换 析 出 ； Ｓ ｎ — Ｂ ｉ合 金 镀 层 识 到 了含 铅 材 料 对 环 境 和 人 类 健 康 的 危 害 ， 开 表 面 还 会 发 生 Ｃ 始 要 求 在 电 子 信 息 产 业 中禁 止 使 用 含 铅 材 料 ． 中． Ｂ ｉ的 毒 性 也 是 比 较 强 的 ． 贵 金 属 可 焊 镀 层 抗 特别 是 欧盟于 ２ ｏ ｏ ３年 ２月 １ ３ １ ３颁 布 了 ＷＥ Ｅ Ｅ／ 晶 须 生 成 性 能 和 可 焊 性 均 佳 ，但 由 于 其 技 术 很 Ｒ ０ ＨＳ法 案 。 并 决定 于 ２ ０ ０ ６年 ７月 １日起 开 始 实 高 ． 仅 可 用 于一 些 高 精 密 仪 器 上 ， 不 能 普 遍 推 广 使 用 ． 纯 锡 镀 层 在 欧 美 日 等 国 使 用 较广， 是 一 种 施 ． 另 外 日本 、 美 国 等 国 家 也 相 继 出 台 了 法 令 限 我 国也 在 推 广 使 用 ． 本 文 重 点 制 或 禁 止 使 用 含 铅 材 料 ．而 且 我 国 首 部 防 治 电 优 良 的 可 焊 镀 层 ，
中国MLCC (片式多层陶瓷电容器)的发展史
多层陶瓷电容器(MLC)的起源可以追溯到二战期间玻璃釉电容器的诞生。由于性能优异的高频电容器与大功率发射电容器对云母介质的需求巨大，而云母矿产资源稀缺以及战争的影响，美国陆军通信部门资助DupONt公司陶瓷实验室开展了喷涂玻璃釉介质和丝网印刷银电极经叠层后共烧，再烧附端电极的独石化(Monolithic)工艺研究，并获得多项技术专利。经介质配方改进提高介电常数和降低损耗，玻璃釉电容器已完全可以取代云母电容器。
2.MLCC多次洗牌
经历了多次洗牌，日系企业仍然占据市场领先地位。
20世纪90年代中后期，日系大型MLCC制造企业全面抢滩中国市场，先后建立北京村田、无锡村田、上海京瓷、东莞太阳诱电、东莞TDK等合资或独资企业。在这期间，克服了困扰十余年的可靠性缺陷，以贱金属电极(BME)核心技术为基础的低成本MLCC开始进入商业实用化。以天津三星电机为代表的韩资企业也开始成为一支新兴力量。
新旧世纪之交，飞利浦在产业顶峰放弃并出让被动元件事业部，拉开了中国台湾岛内MLCC业界全面普及BME技术的序幕。国巨、华新、达方、天扬等台系企业的全面崛起，彻底打破了日系企业在BME制造技术的垄断，高性价比MLCC为IT与A&V产业的技术升级和低成本化作出了重大贡献。同时，台系企业开始将从后至前的各道工序制程不断向大陆工厂转移。
3.中国大陆MLCC技术获突破
大陆电容器产业现已基本实现了MLCC主流产品本地化供应局面。
在MLCC发展进程中，需特别强调的是我国大陆科技工作者的历史贡献。在二战后，前苏联研制出的与美国类似的玻璃釉电容器技术传入我国大陆，形成了一定的生产规模。为进一步改进性能，扩大产能，20世纪60年代中国大陆产业界开始尝试用陶瓷介质进行轧膜成型、印刷叠压工艺制造独石结构的瓷介电容器。为适应多层共烧工艺要求，采用传统陶瓷电容器介质材料于1300℃以上高温烧结需采用Au-Pd-Pt三元贵金属电极系统，因成本太高，仅能维持极少量军品需求。以原电子工业部7所、715厂、华南工学院等单位为龙头的若干单位，先后于1967年和1969年完成了900℃左右低温烧结的2类和1类独石瓷介电容器的研制。前者以Smolenskii首先提出的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3为主晶相。后者包括MgO-Bi2O3-Nb2O5和ZnO-Bi2O3-Nb2O5系，以及高介大温度系数Pb(Mg1/2W1/2)O3系统。上述系统在我国大陆实现工业化生产达20年。
积层陶瓷电容器简介介绍
损耗角正切是衡量电容器在交流电路中能 量损失的指标，通常以百万分之一（ppm ）为单位表示。
03
积层陶瓷电容器的制造工 艺
材料制备
01
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陶瓷材料
选择适当的陶瓷材料，如 钛酸钡、钛酸锶等，以获 得所需的电介质性能。
配料
按照一定的比例混合陶瓷 材料和其他添加剂，如玻 璃纤维、聚酰亚胺等，以 调节材料的性质。
在高频环境下，通过优化材料 和结构设计，提高MLCC的Q值 （品质因数），使其在高频领 域具有优良的特性。
积层陶瓷电容器的新型应用领域
在5G通信、物联网、智能家居等领域，积层陶 瓷电容器因其高频率特性、低损耗等优点被广
泛应用于射频电路中。
在航空航天领域，积层陶瓷电容器的轻量化和小型化 特点使其成为一种理想的元件选择。
特点
积层陶瓷电容器具有高耐压、低介质 损耗、高绝缘电阻等优点，同时具有 小型化、高容量化的特点，广泛应用 于各类电子设备中。
积层陶瓷电容器的历史与发展
历史
积层陶瓷电容器起源于20世纪60年代，随着电子工业的发展，其制造工艺和技 术不断得到改进和完善。
发展
近年来，随着电子设备的不断小型化和高集成度化，积层陶瓷电容器在技术上 不断突破，容量越来越大，尺寸越来越小，同时成本也在逐渐降低。
全球积层陶瓷电容器市场竞争激烈，主要集中在日本、中国台湾和大陆等地区，其中日本厂商占据高端市场，中国台湾和大 陆厂商在中低端市场占据一定份额。
中国市场现状及发展趋势
中国积层陶瓷电容器市场规模不断扩大，已成为全球最大的电子元器件市场之一。
中国政府支持电子元器件产业的发展，加大对5G、汽车电子和物联网等领域的投入 ，这将进一步推动积层陶瓷电容器市场的增长。
mlcc 陶瓷电容
mlcc 陶瓷电容MLCC陶瓷电容是一种常见的电子元器件，广泛应用于电子设备中。
本文将从MLCC陶瓷电容的概述、特点、应用领域和未来发展等方面进行介绍。
一、概述MLCC陶瓷电容（Multilayer Ceramic Capacitor）是一种以陶瓷为介质的电容器。
它由多层金属电极和陶瓷层交替堆叠组成，外部封装常用的材料有瓷、塑料等。
MLCC陶瓷电容的制造工艺相对简单，成本较低，因此被广泛应用于各种电子设备中。
二、特点1. 小型化：MLCC陶瓷电容的体积小，重量轻，可以满足电子设备对体积要求的需求。
2. 高可靠性：由于采用陶瓷材料，MLCC陶瓷电容具有较高的耐压能力和抗震性能，能够在各种恶劣环境下稳定工作。
3. 容量大：MLCC陶瓷电容的层间绝缘性能好，可以实现较大的电容量。
4. 高频性能好：MLCC陶瓷电容具有快速充放电能力，适用于高频电路的需求。
5. 低损耗：MLCC陶瓷电容的介质损耗小，能够提供较好的信号传输效果。
三、应用领域1. 通信设备：MLCC陶瓷电容广泛应用于移动通信设备、卫星通信设备等，用于滤波、耦合、终端匹配等功能。
2. 汽车电子：MLCC陶瓷电容可以用于汽车电子系统中的脉冲抑制、滤波、稳压等功能，提高汽车电子系统的可靠性。
3. 家电产品：MLCC陶瓷电容被应用于电视、空调、冰箱等家电产品中，用于降噪、滤波、稳压等功能。
4. 工业控制：MLCC陶瓷电容可以应用于各种工业控制设备中，如PLC、变频器、电机驱动器等，用于电源滤波、稳压等功能。
四、未来发展随着电子设备的不断发展和进步，对MLCC陶瓷电容的要求也越来越高。
未来的发展方向主要包括以下几个方面：1. 小型化：随着电子设备的微型化趋势，MLCC陶瓷电容将继续朝着体积更小、重量更轻的方向发展。
2. 高频性能：随着无线通信技术的快速发展，对高频性能要求越来越高，MLCC陶瓷电容需要进一步提高其工作频率范围和快速充放电能力。
3. 高温环境适应性：随着电子设备在高温环境下的应用增多，MLCC 陶瓷电容需要具备更好的高温稳定性和耐热性能。
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乌青铜结构 体系
•基本特征是存在[BO6]式氧八面体，这些氧八面体以顶角相 连构成骨架。
•介电常数高，但迁移率大的碱金属离子K的引入，决定了其 可靠性不高，另外该体系介质损耗大且介电性能不稳定。
铅基复合钙 钛矿体系
•具有高于BaTiO3 体系的介电常数 •可以在低于1100℃的空气中烧结 •体系材料生产MLCC的工艺复杂 •容易造成环境污染
多层陶瓷电容器（MLCC） 介质材料研究进展
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目录
>> MLCC概述 >> MLCC的组成 >> MLCC介质材料的性能 >> MLCC介质材料分类及其改进方法 >> MLCC介质材料生产工艺流程 >> MLCC的发展趋势
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概述
多层陶瓷电容器(MLCC)
多层陶瓷电容器(MLCC)是由电介质陶瓷薄膜和内电极相互交替重 叠而成的一种新型片式元件。
具有高的电容量、低的介电损耗、高的抗击穿强度、优良的抗热震 性和耐腐蚀性。
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汽车工业
应用
航天航空
石油钻井
多层陶瓷电 容器(MLCC)
军事中 （雷 达）
测量仪器
电源
移动通信泰ຫໍສະໝຸດ ®泰能®（亚胺培南/西司他丁钠盐）
发展趋势
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介质损耗高，介质容易老化。
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改进措施
如何提高BaTiO3陶瓷介电性能的高温稳定性？
主要途径：
➢ 形成壳一芯结构 ➢ 提高居里点 ➢ 展宽居里峰
主要方法 ：
➢ 掺杂改性（使用最为广泛） ➢ 工艺优化 ➢ 微观结构控制
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介质材料的工艺流程
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介质材料的工艺流程
配料→球磨→过滤、干燥→预烧→二次球磨→过滤、干燥→过 筛→成型→排塑→烧结→精修→上电极→烧银→极化→测试
4.排塑：加温排去成型后生坯中的粘合剂、水
5.上电极：涂布银烘干，装炉，加热到750℃，保温10—20分钟（真空 蒸镀、化学沉积）
6.极化：在直流电场作用下使电畴沿电场方向取向
配料→球磨→过滤、干燥→预烧→二次球磨→过滤、干燥→过 筛→成型→排塑→烧结→精修→上电极→烧银→极化→测试
1.原料处理：要求原料细度一般不超过2um。 （转动球磨机、振动球磨机、气流粉碎法 ）
2.预烧：（4个阶段）线性膨胀、固相反应、收缩、晶粒生长
3.成型：轧膜、压型、等静压（成型之前需要加入粘合剂）
自从MLCC问世以来，其比容一直不断上升，介电层的厚度不断下降。
泰能®
（亚胺培南/西司他丁钠盐）
介质材料分类
MLCC介质材料可以归结为下列三种体系：
BaTiO3 体 系
•具有较高的介电常数，被广泛用作低频大容量电容器介质。
•纯BaTiO3在不同温度存在多种相变并且在居里温度处介电 常数随温度变化剧烈，当温度超过居里温度后，其介电常数 急剧降低。
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应用
雷达
照明镇流器
MLCC陶瓷片 泰能®
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MLCC的主要原材料 ：
精细化陶瓷粉体
组成
内电极金属浆料
外电极材料
有机粘合剂
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性能
MLCC的应用领域决定了其介质材料必须具有以下性能：
高介电常数 良好的介温特性；一般来说，在工作状态下，电容器的电容随温度
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介质材料分类比较
种类
常温介电常数 介温特性
有待改善
BaTiO3 体系 乌青铜结构体系
铅基复合钙钛矿体 系
较高 较高 最高
良好 一般 良好
稳定性要求高 可靠性不高，介质损耗
大
工艺复杂，污染环境
Diagram BaTiO3体系是最适宜于制备2大容量MLCC的环保材料。
然而，BaTiO3属于铁电体，其居里温度约为l30℃，纯BaTiO3的容量温度系数大，
的变化越小越好。 高绝缘电阻率 介电损耗小，抗老化
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介电常数
MLCC的比容与材料的介电常数关系如下：
C——电容
V——体积 C/V——比电容
T——介电层厚度 ε——为介电常数
在介电层厚度确定的情况下，材料的介电常数越高，电容器比电容越大。
介电材料的介电常数越高，越易于实现电容器的小型化，这是目前电容器的 一个发展方向。