多层陶瓷电容器的发展及其动向

肖学栋

摘 要：近年来国内外对多层陶瓷电容器的应用研究不断增多，文章就多层陶瓷电容器的发展及其动向进行了相关探讨。

关键词：多层陶瓷;电容器;发展

多层陶瓷电容器（Multi-Layer Ceramic Capacitor，MLCC）又称为独石电容器（Mono Lithic Capacitor，MLC），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。实际上，通常使用的MLCC是由很多单层陶瓷电容器并联组成的。

1.多层陶瓷电容器技术发展趋势

1.1超小型多层陶瓷电容器

超小型产品不仅越来越多地应用于要求密实和高密度安装的电子设备，而且也应用于能提供足够安装空间的产品中。这是由于移动便携产品的市场的增长和组装制造工艺过程对密实片式元件的要求的结果，这些移动产品包括移动电话、数码相机和数字音像设备。这样，1005 （1.0mm×0.5mm） 和0603 （0.6mm×0.3mm） 多层陶瓷电容器的应用得以推广，同时尺寸已经从1608 （1.6mm×0.8mm） 向1005 （1.0mm×0.5mm） 发展。多层陶瓷电容器已开始采用更小的0402型尺寸 （0.4mm×0.2mm） 。

為了开发超小型的多层陶瓷电容器，日本村田公司通过采用高精密加工技术，不但缩小了尺寸，而且通过高静电容量技术的引入，实现了致密性及高容量。在尺寸不大于1608 （1.6mm×0.8mm） 的产品，容量已经超过了1μF，而且随着介质元件能够做得越来越薄，以及多层工艺技术和高精度处理技术的发展，电容量已有提高的趋势，包括超小型产品也是这样。

目前，对于一个1005尺寸的电容器，电容量已经能达到1μF，而且，该尺寸的片式陶瓷电容器的电容量可达2.2μF的产品也正处于开发之中。于是，一个1005尺寸的电容器也可以被应用于电源线路的去耦，因为它也能具有足够高的电容量，同样的原因，该电容器还被应用于移动电话、个人电脑和数字A/V （音像） 设备。

1.2低压、大容量化

伴随半导体器件低压驱动和低功耗化，IC的工作电压已由5 V降低到3 V和1.5 V，另一方面电源小型化需要小型、大容量产品，以替代体积大的铝电解电容器，从而促进了低压大容量多层陶瓷电容器的发展。

为了满足这类低压大容量多层陶瓷电容器的开发与应用，在材料上，已开发出介电常数比BaTiO3系大1～2倍的弛豫类高介材料。在生片制造与叠片工艺方面，生片厚度可减薄到5～10 μm，叠层数可做到100层以上，目前，10 μF大容量多层陶瓷电容器，作为电源平滑电容器已获得应用。

如NEC公司先后开发出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组别3216型16 V、10 μF和4532型50 V、4.7 μF产品，均已商品化，后者制成Y5 V组别1608型产品 （1.6 mm×0.8 mm） ，最大容量可做到1 μF，比过去同类产品之体积明显缩小。在开发上述新产品过程中，同时发展了三种关键技术，即制取超薄生片粉料分散技术、改善生片成膜技术和内电极与陶瓷生片收缩率相匹配技术等。

1.3片式高压系列化，扩大新用途

弛豫类多层陶瓷电容器，除了用作大容量平滑电容器外，亦可用作开关电源中吸收浪涌电流的吸收电容器，其工作电压要求比较高。迄今已开发出X7R和SL两组别系列化片式高压多层陶瓷电容器。前者额定工作电压有500 V、1 kV和2 kV三种，外形尺寸为3.2 mm×1.6～10 mm×10 mm，容量范围100～82 000 pF，后者额定工作电压达3 kV，外形尺寸为4.5 mm×3.2 mm，容量为10～100 pF。这类电容器适用于小型电源电路、开关电源、DC-DC变换器、DC-AC变换器和显像管高压电路等。

1.4电极贱金属化，降低成本

伴随大容量电容器的开发与应用，内电极材料成本将占电容器总成本的大部分，为了降低电容器成本，发展贱金属电极势在必行。使用贱金属电极遇到的问题，即在制造过程中需在低氧分压气氛下烧成，或在还原气氛下烧成，以防止电极氧化。村田制作所先后开发出几种抗还原陶瓷，在还原气氛下烧成，所制成电容器的可靠性可与原先使用贵金属电极的电容器相媲美。这类电容器一面世很快进入市场。目前，贱金属化的Y5V组别电容器的销量，已占该组别多层陶瓷电容器的一半左右。另外，正在寻求扩大贱金属电极在其他组别电容器上的应用。

1.5复合化、阵列化，提高元件组装密度

由于片式多层陶瓷电容器尺寸的减小终究有一定限度，加之，将超小型的元件组装在一块大基板上也不划算，为了进一步提高元件组装密度和增加功能，趋向于发展片式元件的复合化 （组合化） 、阵列化。以片式多层陶瓷电容器为芯片的片式电容器网络已取得应用。市售的二联和四联电容器网络，其外形尺寸分别仅为2 mm×1.25 mm和3.2 mm×1.6 mm。

另外，由4个电容器构成阵列 （尺寸为5.1 mm×2 mm×1.25 mm） 在CPU母板总线、PC机、打印机及音频视频等设备上也在应用。

2.多层陶瓷电容器生产与市场动向

当前多层陶瓷电容器生产与市场的基本动向是：

（1） 需求量不断上升，由于竞争剧烈，价格虽有波动，但基本上变化不大;

（2） 虽有厂家仍继续生产引线型多层陶瓷电容器，但片式SMT用多层陶瓷电容器的产量与销量在迅速增长，在总产量中占有优势;

（3） 受近年来移动通信和小型化电源发展的影响，小尺寸、大容量和高压电容器的市场看好。

3.多层陶瓷电容器的新材料——瓷膜材料及其应用

传统的多层陶瓷电容器制造方法，在生产高叠层数的多层陶瓷电容器时，会出现所谓“枕形”现象，它是因为在边缘处电极厚度得不到补偿所造成，使电容器凸起变形，影响外观。

1993年荷兰DSM公司推出一种超薄型陶瓷薄膜材料，被称之Solufill瓷膜，与此同时开发出来的配套生产工艺及其设备，我国一些多层陶瓷电容器厂家正在推广试用。这种Solufill瓷膜的制造，实质上是借用于热塑性聚合物材料的成膜工艺，它是将高体积比的陶瓷粉料分散到定向排列的聚合物中，通过挤压和拉伸工艺制成高强度、高韧性的陶瓷膜，该陶瓷膜的典型参数：生坯厚度2～60 μm，烧成厚度为1～25 μm，表面微孔尺寸为50～10 nm，粘合剂含量 （体积分数） <40%。粉料包括：BaTiO3 （低烧和高烧，组别有Y5V、Z5U、X7R和NP0） 、弛豫介质和玻璃陶瓷。用它制成的多层陶瓷电容器具有下列特点： （1） 密度高 （5.92 g/cm3） ，均匀性和微观结构好; （2） 比容高，这是因生坯厚度薄，能增加有效层数所致; （3） 耐压高，达1 400 V/25 μm，大大优于TAM公司的技术标准800 V/25 μm; （4） 因膜厚度均匀，制成多层陶瓷电容器的容量精度高，用X7R 262L瓷膜制成电容器，其容量精度达K级或更高; （5） 在制作高叠层大容量电容器场合，不会出现“枕形”现象。与传统多层陶瓷电容器相比，由于瓷膜厚度薄 （可薄至2 μm，烧成厚度达1 μm） ，在同等容量下，内电极薄且用料量少，有利于产品低成本、小型化和大容量化，这正符合多层陶瓷电容器的发展趋势。因此它的面世与应用，引起了多层陶瓷电容器同行的兴趣与关注 。现由信铃科技贸易咨询公司组织这方面的技术交流和在国内的多层陶瓷电容器厂家进行推广试用。

参考文献：

[1]蒋渝，陈家钊，刘颖，等.多层片式陶瓷电容器MLC研发进展[J].功能材料与器件学报，2003.9（1）：103

[2]张启龙，杨辉，王家邦，等.多层片式陶瓷电容器容量命中率的研究[J].材料科学与工程学报，2003.21（1）：72