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稻盛和夫曾說一句話:“先進(jìn)材料將會(huì)對現(xiàn)有工業(yè)技術(shù)帶來未來的突破,。”
而越先進(jìn)的產(chǎn)品對原料的要求往往也越嚴(yán)格,,這對當(dāng)今非�,;馃岬腗LCC來說尤其如此。
何為MLCC
MLCC是片式多層陶瓷電容器英文縮寫,。是由印好電極(內(nèi)電極)的陶瓷介質(zhì)膜片以錯(cuò)位的方式疊合起來,,經(jīng)過一次性高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片,再在芯片的兩端封上金屬層(外電極),,從而形成一個(gè)類似獨(dú)石的結(jié)構(gòu)體,,故也叫獨(dú)石電容器。
圖片來源:Pixabay
MLCC是世界上用量最大,、發(fā)展最快的片式元件之一,,在陶瓷電容器中產(chǎn)值占比超過90%。其具有容量范圍寬,、頻率特性好,、工作電壓和工作溫度范圍寬、超小體積,、無極性等優(yōu)良特性,,且應(yīng)用領(lǐng)域極其寬泛。因此,,MLCC又被稱為“電子工業(yè)大米”,。
MLCC產(chǎn)業(yè)鏈最關(guān)鍵一環(huán)
從全球競爭格局來看,MLCC廠商分為三大梯隊(duì),,第一梯隊(duì)為日韓廠商,,第二梯隊(duì)為美國和中國臺(tái)灣廠商,,第三梯隊(duì)才是中國大陸廠商。其中日系廠商占有非常明顯的領(lǐng)先優(yōu)勢,。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%。此外,,各大廠商均具都有一般性的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,。
(圖片來源:三環(huán)集團(tuán))
日本MLCC產(chǎn)業(yè)為何如此強(qiáng)勁?
首先我們要了解MLCC產(chǎn)業(yè)鏈情況,,MLCC產(chǎn)業(yè)鏈主要包含上游材料供應(yīng)商,、中游MLCC器件廠及下游包括消費(fèi)電子、工業(yè),、通信等領(lǐng)域在內(nèi)的眾多終端廠商,。
上游主要是核心材料的生產(chǎn),包括陶瓷粉體材料,、內(nèi)部電極材料(主要是鎳漿)以及外部電極材料(主要是銅漿)三部分,。從全球MLCC陶瓷粉末市場格局來看,日本廠商能占到60%以上的份額,。在電極漿料方面,,也是日本廠家率先采用賤金屬鎳電極,使MLCC電極材料的成本下降許多,。
2019年全球MLCC陶瓷粉末市場格局,,來源:智研咨詢
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,�,?梢哉f,陶瓷粉體及電極漿料等原材料制備儼然已成為MLCC產(chǎn)業(yè)鏈最重要一環(huán),。
陶瓷粉體
目前,,MLCC陶瓷粉體的主要原料是鈦酸鋇、氧化鈦,、鈦酸鎂等,。從MLCC成本結(jié)構(gòu)角度,陶瓷粉在整個(gè)MLCC中成本占比較大,,尤其是高容MLCC的生產(chǎn),,高容MLCC對于瓷粉的純度、粒徑,、粒度分布和形貌有嚴(yán)格要求,。
其中,,鈦酸鋇是構(gòu)成MLCC陶瓷粉體的核心材料。鈦酸鋇由于具有很高的介電常數(shù),、優(yōu)異的鐵電和壓電性能,、且還具備耐壓及絕緣性能,被譽(yù)為“電子陶瓷工業(yè)的支柱”,。當(dāng)前,,鈦酸鋇的制備方法主要可分為液相法和固相法兩大類。
液相法制備的鈦酸鋇粒徑分布窄,,分散性好,,但反應(yīng)過程中,對設(shè)備,、溫度,、壓力要求嚴(yán)格,且液相法制備的鈦酸鋇晶體表面缺陷較多,,對MLCC的燒結(jié)及介電性能有較大影響,。
傳統(tǒng)固相法,工藝簡單,,對設(shè)備要求不高,,成本低,但產(chǎn)物粒徑粗大,,團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重,。盡管傳統(tǒng)的固相合成法有很多缺點(diǎn),但由于固相合成的鈦酸鋇表面缺陷少,,且為100%四方相,,因此日本等先進(jìn)鈦酸鋇制造廠家均采用固相合成生產(chǎn)鈦酸鋇。
內(nèi)外電極原料
隨著MLCC向高容量,、小尺寸,、高可靠性的方向發(fā)展,生產(chǎn)成本也不斷增加,,于是開發(fā)賤金屬電極,。以Ni為內(nèi)電極,Cu為端電極,,逐漸替代貴金屬電極,,成為MLCC的發(fā)展趨勢。到目前為止,,BME-MLCC(賤金屬內(nèi)電極多層陶瓷電容器)已經(jīng)占到全部MLCC的90%以上,。MLCC內(nèi)電極用金屬粉體粒徑一般在納米及亞微米的范圍內(nèi),外電極用金屬粉體粒徑在10微米以下,。
MLCC用鎳粉要求鎳粉球形度好,、振實(shí)密度高,、電導(dǎo)率高、電遷移率小,、對焊料的耐蝕性和耐熱性好,、燒結(jié)溫度較高、與陶瓷介質(zhì)材料的高溫共燒性好等諸多細(xì)節(jié)指標(biāo),。作為MLCC內(nèi)電極的超細(xì)鎳粉具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn):
(1)鎳內(nèi)電極成本低,,僅為常規(guī)的Pd30-Ag70電極的5%左右,經(jīng)濟(jì)效益可觀,;
(2)鎳原子或原子團(tuán)的電遷移速度較Ag或Ag/Pd小,,因而具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性,可以提高M(jìn)LCC的可靠性,;
(3)對于Ni-MLCC,,其外電極也是Ni金屬,與內(nèi)電極可同時(shí)燒成,,同一種金屬在聯(lián)接時(shí)沒有空隙,電極聯(lián)接的可靠性較高,;
(4)機(jī)械強(qiáng)度高,,Ni作電極時(shí)其抗折強(qiáng)度比Ag/Pd電極大;
(5)鎳電極對焊料的耐腐蝕性和耐熱性好,,工藝穩(wěn)定性好,;
(6)鎳電極電阻率小,電導(dǎo)率優(yōu)于Ag/Pd系電極,,可以降低MLCC的等效串聯(lián)電阻,,提高阻抗頻率。
目前MLCC用鎳粉廠商主要集中在日本,,國內(nèi)博遷新材獨(dú)立研發(fā)PVD技術(shù)量產(chǎn)超細(xì)鎳粉填補(bǔ)了該領(lǐng)域國內(nèi)空白,。
銅電極漿料
MLCC銅端電極由銅電極漿料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制備而成,銅電極漿料主要由銅粉,、玻璃粉和有機(jī)載體混合組成,,其成分及配比決定著燒結(jié)后端電極的性能。其中,,銅粉作為銅端電極的主要成分,,經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后形成金屬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電功能,;玻璃粉的主要作用是將MLCC端電極與瓷體進(jìn)行可靠連接,,同時(shí)高溫熔化潤濕銅粉,促進(jìn)銅顆粒之間形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),,為端電極良好的導(dǎo)電性能提供保障,;而有機(jī)載體用來調(diào)節(jié)銅電極漿料的粘度,,改善其流變特性和剪切特性,保證銅粉和玻璃粉在漿料中均勻分布,。這三者共同調(diào)節(jié),,獲得具有良好的流變性能和導(dǎo)電性能的銅電極漿料。
目前由于受材料,、設(shè)備及工藝技術(shù)水平等因素的限制,,國內(nèi)MLCC的研發(fā)進(jìn)展十分緩慢。有必要開展對賤金屬M(fèi)LCC的深入研究,,攻克其內(nèi)電極材料制備的研究難點(diǎn),,推動(dòng)技術(shù)的國產(chǎn)化,趕超國際先進(jìn)水平,。
總結(jié)
根據(jù)開源證券的測算,,2021年中國/全球陶瓷粉體市場規(guī)模分別為110億元/38.22億美元,預(yù)計(jì)2023年市場規(guī)模分別進(jìn)一步擴(kuò)大至121.37億元/41.38億美元,。全球MLCC陶瓷粉料生產(chǎn)商主要集中在日本,,國瓷材料是繼日本堺化學(xué)之后國內(nèi)首家、全球第二家成功運(yùn)用水熱法批量生產(chǎn)納米鈦酸鋇粉體的廠家,。此外,,隨著5G技術(shù)和新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展,高容MLCC未來將得到大規(guī)模應(yīng)用,,需求旺盛,,MLCC電極漿料及金屬粉體企業(yè)的附加值也將得到進(jìn)一步提升。
參考來源:
[1]靳學(xué)昌等.玻璃粉體系對MLCC用銅電極漿料性能的影響
[2]中國粉體網(wǎng),、概念愛好者