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    吃瓜群众看"片式多层陶瓷电容器MLCC"
    2020年04月17日 发布 分类:粉体入门 点击量:173
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    江湖有传闻:当前MLCC(片式多层陶瓷电容器)在三大热门领域5G智能型手机、5G基站及电动车的带领下异常火爆(如果不是受疫情重拳打击,想必今年应该乐呵呵),但许多吃瓜群众并不是很了解什么是MLCC,小编今天将为大家科普一下 。

    首先看看MLCC长啥样子(图:日本丸和

    接下来一组数据看看MLCC市场应用热点

    据此公开资料显示,#关于5G手机#平均每台iPhoneMLCC用量约1100颗,以苹果每年超过2亿台的出货量计算,则单单iPhoneMLCC的需求超过2200亿颗虽然最近苹果貌似状态并不太好,但其他5G手机可也还行) 。据业内人士预期5G手机MLCC用量会较4G手机超过40%,平均每台手机超过1000颗 。#关于5G基站#5G基站方面,也有业内人士称5G基站MLCC用量较4G基站提升超过3倍 。#关于汽车电子化&电动车#另外,随汽车电子化、电动车也在推升车规MLCC的需求,以特斯拉为例,每台新能源车MLCC用量超过8000颗,传统汽车MLCC用量仅为2400颗 。其他车规级MLCC也成为大厂争相布局的市场,例如先进驾驶辅助系统(ADAS)平均每台车对MLCC的需求量在2000颗到3000颗,安全系统每台车对MLCC需求量在300颗到1000颗,非安全系统对MLCC的需求量在500颗到2500颗 。

    电路板上密密麻麻的它(MLCC)

     

    终于进入我们的主题:MLCC是啥?

    MLCC是Multi-layer Ceramic Capacitors(片式多层陶瓷电容器)的英文缩写,俗称独石电容器,是电子整机中主要的被动贴片元件之一(电容器、电阻器和电感器一起被称为三大被动元件,而被动元件是电子产品中必定用到的基础构成) 。常见的电容器有陶瓷电容器,电解电容器及钽质电容器 。

    多层陶瓷电容器&其他常见电容器

    电容器类型

    电容值

    应用方向

    多层陶瓷电容器

    10~100uF

    NB、手机、GPS、消费性电子

    铝质电解电容

    400uF以上

    LCD TV、电脑、影音产品

    钽质电容

    47~400uF

    NB、手机、工业用电子、车用电子

     

    MLCC简称片式电容器,是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片,再在芯片的两端封上金属层(外电极),从而形成一个类似独石的结构体,故也叫独石电容器 。

    MLCC的结构示意图

     

    陶瓷电容分成单层陶瓷电容与多(积)层陶瓷电容(MLCC),其电容值含量与产品表面积大小、陶瓷薄膜堆叠层数成正比,由于陶瓷薄膜堆叠技术的进步,电容值含量也越高(日本企业已在实现在2μm的PET 薄膜介质上叠1000层工艺实践,生产出单层介质厚度为1μm电容值为100μF的MLCC)未来可能会取代中低电容如和钽质电容的市场应用 。MLCC可以透过直接黏着,速度比电解电容和钽质电容更快,加上电子商品走向轻薄短小特性,MLCC易于晶片化、体积小的优势,成为电容器产业的主流产品 。目前,世界片式电容的需求量在 2000亿支以上,70%出自日本(如MLCC大厂村田muRata),其次是欧美和东南亚(含中国) 。

    插播一下:村田制作所“ECAS系列”聚合物铝电解电容器

     

    MLCC的材料结构及工艺

    MLCC 材料结构来看,主要分为介电瓷粉与内外电极金属两方面 。介电陶瓷粉末主要原料是钛酸钡,外加各种添加材料后形成NPO、COG、Y5V、X7R、Z5U 等种类,依电气特性应用也各不相同,介电瓷粉决定MLCC的特性 。陶瓷介质膜片成分:锆酸锶、钛酸钡,钛酸锶钡等,统称陶瓷粉 。陶瓷中添加钛酸盐可使介电常数成倍增长锆酸锶SrZrO3掺杂改性主要制造NPO(COG)类MLCC钛酸钡BaTiO3掺杂改性是X7R、X5R类MLCC 。

     

    MLCC另一项约占生产成本 35%以上成本的是电极金属,过去台湾厂商所采用的电极材料,外电极采用的是,内电极采用,因 为受到及通讯用元件其速度不断加快的趋势,使MLCC的叠层数也必须提高,MLCC每增加一层叠层就必须涂上一层内电极,叠层数钯金属使用量也剧增,而由于钯金属为稀有,价格相当昂贵,主要供应来自俄罗斯,在产量稀少的前提下,价格波动十分剧烈,甚至供应不及与缺货,因 此业者以金属()等金属取代现行的钯金属电极材料,希望降低近三成的成本 。

    &贱金属(图片来演:工作狂人)

     

    MLCC制造流程简图(图片来演:工作狂人)

     

    陶瓷粉料&金属电极共烧技术壁垒高MLCC 由多层陶瓷介质印刷内电极浆料,叠合共烧而成,为解决不同收缩率的陶瓷介质和内电极金属如何在高温烧成后不会分层、开裂,即陶瓷粉料和金属电极共烧问题 。低温陶瓷共烧技术就是解决这一难题的关键技术,掌握好该技术可以生产出更薄介质、更高层数的 MLCC 。

    MLCC产品分类

    MLCC具有各种不同规格,而各产品间的差异主要在于电容值(单位电压下贮存电量)、尺寸(1210以上、0805、0603、0402、0201等规格)、温度稳定性(Y5V、X7R及NPO等)、操作电压上限、安规认证、(电容/充放电所需时间)及Q值(对输入能量的耗损程度)等特性 。

    #温度稳定性#以温度稳定性为例,由于主要原物料介电瓷粉的差异,MLCC会产生不同的温度稳定性,其中以Y5V型MLCC单位容值成本最低,X7R次之,NPO则最高,其中由于Y5V型因 生产技术难度较低,价格便宜且竞争者多,随便携式电子产品温度稳定性要求提高X7R及X5RMLCC将呈现逐渐取代Y5V型的趋势 。

    #产品尺寸大小#MLCC依产品尺寸大小可区分为0201、0402、0603、0805及大于1206等规格,0805型、0603型主要用于等信息产品,0402与0201主要应用在高阶手机上,随着电子产品走向轻薄短小,带动0402及0201规格之产品应用比重持续提升,成长动能来自智能手机需求 。

    村田制造所的0402多层陶瓷电容

     

    MLCC制造商都有谁???

    据了解,全球MLCC厂商主要包括日本村田(全球第一大MLCC制造商)日本京瓷TDK太阳诱电等韩国三星电机、中国台湾国巨、中国内地厂商包括宇阳、风华高科、三环、火炬电子等 。

    日本四大MLCC厂商

     

    如下为来自民间的MLCC产能数据,数据有点老仅供参考

    来源:前瞻产业研究院

     

    顺便复习一下高中的物理:什么是电容器?电容的基本原理是使用两个平行但是未接触在一起之导电物质(金属),中间以空气或者其他材料填充作为绝缘物,将两片金属的一篇接在正极,另一片接在负极,金属片上就能存储电荷,这种储存电荷的装置就被称之为“电容器” 。

    参考资料:1、村田制造所官网2、日本丸和株式会社

    粉体圈 编辑小白

     


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