MLCC制備方法及制作工藝流程

高端MLCC的生產(chǎn)制造具有非常高的壁壘，調(diào)漿、成型、堆疊、均壓、燒結(jié)、電鍍等眾多環(huán)節(jié)，無一不對廠商在陶瓷粉體、成型燒結(jié)工藝、專用設(shè)備的積累，有著極高的要求。各大廠商均具有一般性的MLCC產(chǎn)能，但高階MLCC產(chǎn)能因?yàn)榧夹g(shù)要求更高，目前集中在日廠手中。在全球前十大MLCC廠商中，日系廠商全球市場銷量占有率達(dá)56%。日本在核心原材料技術(shù)及產(chǎn)能規(guī)模上擁有的絕對優(yōu)勢，使得他們牢牢控制了全球MLCC市場。

第一大壁壘：電子陶瓷粉體材料技術(shù)

電子陶瓷材料是MLCC元件的重要原材料之一。電子陶瓷材料不僅包括陶瓷粉料，還包括主要原料鈦酸鋇粉和改性添加劑。鈦酸鋇常溫下可以當(dāng)作電介質(zhì)材料。但是鈦酸鋇也有一些缺點(diǎn)，比如說介電常數(shù)變化大，不穩(wěn)定。因此，需要添加改性添加劑才能夠保證電子陶瓷材料的穩(wěn)定性和可靠性。這些改性添加劑通常包括稀土元素，例如釔、鈥、鏑等，以保證電子陶瓷材料的絕緣性；還包括鎂、錳、釩、鉻、鉬、鎢等元素，以保證材料的溫度穩(wěn)定性和可靠性。一般來說，添加劑的重量占電子陶瓷材料的5%。添加劑和鈦酸鋇粉要均勻地分布在一起，以控制電子陶瓷材料的微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性。

MLCC的成本由陶瓷粉料、內(nèi)外電極、包裝材料、人工成本、設(shè)備折舊以及其他成分構(gòu)成。而陶瓷粉料在其中占據(jù)相當(dāng)比重。在低容MLCC產(chǎn)品中，陶瓷粉料占據(jù)20%-25%的比例，而在高容MLCC產(chǎn)品中，該比例達(dá)到35%-45%。MLCC所需電子陶瓷粉料的微細(xì)度、均勻度和可靠性直接決定了下游MLCC產(chǎn)品的尺寸、電容量和性能的穩(wěn)定。因此，MLCC廠商一般會(huì)在電子陶瓷粉料的制造過程中，優(yōu)化材料的純度和制備工藝，以保證所生產(chǎn)的MLCC產(chǎn)品具有更高的品質(zhì)和穩(wěn)定性。同時(shí)，在包裝材料、人工成本、設(shè)備折舊等方面也需要進(jìn)行管理和控制，以確保MLCC產(chǎn)品的成本控制和生產(chǎn)效率。

▲MLCC成本結(jié)構(gòu)

工業(yè)化生產(chǎn)中使用的制備方法主要包括固相合成法、草酸鹽共沉淀法、水熱法等，溶膠-凝膠法及新提出的微波水熱法均尚在實(shí)驗(yàn)室小試階段。從產(chǎn)出瓷粉的質(zhì)量來說，固相法和草酸法可用于規(guī)模化生產(chǎn)，但粉體顆粒較大、不夠均勻，品質(zhì)較低，市場售價(jià)相應(yīng)較低；溶膠-凝膠法制備的粉體最為優(yōu)質(zhì)，市場售價(jià)最高，生產(chǎn)成本也相應(yīng)較高，生產(chǎn)周期長，粉體容易團(tuán)聚，不適于用作大批量生產(chǎn)；水熱法生產(chǎn)的顆粒細(xì)且均勻，易于獲得下游客戶的認(rèn)可，可用于較為高端的MLCC產(chǎn)品，相應(yīng)的市場售價(jià)較高，而生產(chǎn)成本相對較低，因此業(yè)內(nèi)普遍預(yù)測水熱法將對其他制備工藝形成一定的市場替代。

▲MLCC瓷粉制備工藝

陶瓷粉料市場集中度較高，市場份額和先進(jìn)技術(shù)都集中于日本。市占率方面，超過75%的瓷粉由日商供應(yīng)。國瓷材料是國內(nèi)首家、全球第二家成功運(yùn)用水熱工藝批量生產(chǎn)納米鈦酸鋇粉體的廠家，也是中國大陸規(guī)模最大的批量生產(chǎn)并外銷瓷粉的廠家，市占率為10%。國內(nèi)廠商比如風(fēng)華高科正加快建設(shè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，BT01瓷粉性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。

第二大壁壘：制備工藝

MLCC制作工藝流程：首先氧化鈦、鈦酸鋇等電介質(zhì)粉末混入粘合劑、增塑劑、分散劑等溶劑支撐膏狀漿料（原材料決定MLCC性能），涂敷于載體膜（薄膜為特種材料，保證表面平整），形成印刷電路基板；然后利用已形成多個(gè)電極圖案的印網(wǎng)掩膜將膏狀的內(nèi)部電極材料印刷至電路基板上（不同MLCC的尺寸由該工藝保證)。并將印刷后的內(nèi)部電極積層后進(jìn)行加壓，層數(shù)在100-1000層以上（具體尺寸的電容值是由不同的層數(shù)確定的）；再將一體成型的基層片切成規(guī)定尺寸，形成貼片，并把貼片送進(jìn)燒制爐，以1000-1300℃高溫?zé)?，形成硬質(zhì)陶瓷；其次是涂敷膏狀外部電極，用600-850℃進(jìn)行燒制，鍍鎳和錫（鍍鎳防止電容老衰，鍍錫決定電容的可焊性）；最后完成靜電容量、絕緣電阻等特性檢查后出貨。

▲MLCC制作工藝流程

薄層化、多層化技術(shù)：提升電容量是MLCC替代其他類型電容器的有效途徑，在一定的體積內(nèi)制造更大電容量的MLCC，一直是MLCC領(lǐng)域的重要研發(fā)課題。MLCC的電容量與電極面積、積層數(shù)及使用的電介質(zhì)相對電容率成正比關(guān)系，與電介質(zhì)層的尺寸成反比關(guān)系。因此，在一定體積內(nèi)提升電容量的方法主要有兩種，其一是減小電介質(zhì)層厚度，其二是增加MLCC內(nèi)部的積層數(shù)。所以這就要求MLCC廠商具備先進(jìn)的涂抹工藝與厚膜印刷工藝以實(shí)現(xiàn)薄層化，以及通過接近極限的薄層化技術(shù)和多層化技術(shù)，進(jìn)一步提升小型化、大容量化的需求。目前，日本廠商普遍可以做到1μm薄膜介質(zhì)堆疊1000層以上，而中國廠商只能達(dá)到300至500層，與國外龍頭還有一定差距。

此外，為了提升高品質(zhì)MLCC的成品率，需要使薄陶瓷薄膜的厚度保持均勻。如果膜厚不均勻，則夾住介電膜的電極可能接觸而發(fā)生短路，從而失去電容器的功能。即使不發(fā)生短路，如果膜厚均勻度很差，也將導(dǎo)致耐電壓或可靠性下降等問題。

▲薄層化、多層化技術(shù)提高靜電容量

陶瓷粉料和金屬電極的共燒技術(shù)：MLCC是由多層陶瓷介質(zhì)印刷內(nèi)電極漿料，疊合共燒而成。制造MLCC時(shí)的突出難點(diǎn)是，燒結(jié)前后陶瓷薄膜會(huì)大幅縮小。如果單純減小介電膜和電極的厚度，會(huì)因燒結(jié)時(shí)的縮小導(dǎo)致整體開裂。若要在印刷電極圖案的狀態(tài)下，確保燒結(jié)后的元件保持正常結(jié)構(gòu)，需要采用合適的技術(shù)和專利。掌握好的共燒技術(shù)可以生產(chǎn)出更薄介質(zhì)（2μm以下）、更高層數(shù)（1000層以上）的MLCC。當(dāng)前日本公司在MLCC燒結(jié)專用設(shè)備技術(shù)方面領(lǐng)先于其它各國，不僅有各式氮?dú)夥崭G爐（鐘罩爐和隧道爐），而且在設(shè)備自動(dòng)化、精度方面有明顯的優(yōu)勢。共燒問題的解決，一方面需在燒結(jié)設(shè)備上進(jìn)行持續(xù)研發(fā)；另一方面也需要MLCC陶瓷粉料供應(yīng)商在瓷粉制備階段就與MLCC廠商進(jìn)行緊密的合作，通過調(diào)整瓷粉的燒結(jié)伸縮曲線，使之與電極匹配良好，更易于與金屬電極共同燒結(jié)。

編輯：黃飛