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稻盛和夫曾說一句話:“先進材料將會對現(xiàn)有工業(yè)技術帶來未來的突破,�,!�
而越先進的產品對原料的要求往往也越嚴格,這對當今非�,;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(內電極)的陶瓷介質膜片以錯位的方式疊合起來,,經過一次性高溫燒結形成陶瓷芯片,,再在芯片的兩端封上金屬層(外電極),從而形成一個類似獨石的結構體,,故也叫獨石電容器,。
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,,且應用領域極其寬泛,。因此,MLCC又被稱為“電子工業(yè)大米”,。
MLCC產業(yè)鏈最關鍵一環(huán)
從全球競爭格局來看,,MLCC廠商分為三大梯隊,第一梯隊為日韓廠商,第二梯隊為美國和中國臺灣廠商,,第三梯隊才是中國大陸廠商,。其中日系廠商占有非常明顯的領先優(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56%,。此外,各大廠商均具都有一般性的MLCC產能,,但高階MLCC產能因為技術要求更高,,目前集中在日廠手中。
(圖片來源:三環(huán)集團)
日本MLCC產業(yè)為何如此強勁,?
首先我們要了解MLCC產業(yè)鏈情況,,MLCC產業(yè)鏈主要包含上游材料供應商、中游MLCC器件廠及下游包括消費電子,、工業(yè),、通信等領域在內的眾多終端廠商。
上游主要是核心材料的生產,,包括陶瓷粉體材料,、內部電極材料(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及產能規(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,。可以說,,陶瓷粉體及電極漿料等原材料制備儼然已成為MLCC產業(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成本結構角度,,陶瓷粉在整個MLCC中成本占比較大,,尤其是高容MLCC的生產,高容MLCC對于瓷粉的純度,、粒徑,、粒度分布和形貌有嚴格要求,。
其中,鈦酸鋇是構成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,,被譽為“電子陶瓷工業(yè)的支柱”。當前,,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,,但反應過程中,,對設備、溫度,、壓力要求嚴格,,且液相法制備的鈦酸鋇晶體表面缺陷較多,對MLCC的燒結及介電性能有較大影響,。
傳統(tǒng)固相法,,工藝簡單,對設備要求不高,,成本低,,但產物粒徑粗大,團聚現(xiàn)象嚴重,。盡管傳統(tǒng)的固相合成法有很多缺點,,但由于固相合成的鈦酸鋇表面缺陷少,且為100%四方相,,因此日本等先進鈦酸鋇制造廠家均采用固相合成生產鈦酸鋇,。
內外電極原料
隨著MLCC向高容量、小尺寸,、高可靠性的方向發(fā)展,,生產成本也不斷增加,于是開發(fā)賤金屬電極,。以Ni為內電極,,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(賤金屬內電極多層陶瓷電容器)已經占到全部MLCC的90%以上,。MLCC內電極用金屬粉體粒徑一般在納米及亞微米的范圍內,,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、振實密度高,、電導率高,、電遷移率小、對焊料的耐蝕性和耐熱性好,、燒結溫度較高,、與陶瓷介質材料的高溫共燒性好等諸多細節(jié)指標。作為MLCC內電極的超細鎳粉具有以下幾個主要特點:
(1)鎳內電極成本低,,僅為常規(guī)的Pd30-Ag70電極的5%左右,,經濟效益可觀;
(2)鎳原子或原子團的電遷移速度較Ag或Ag/Pd小,,因而具有良好的電化學穩(wěn)定性,,可以提高MLCC的可靠性;
(3)對于Ni-MLCC,,其外電極也是Ni金屬,,與內電極可同時燒成,同一種金屬在聯(lián)接時沒有空隙,,電極聯(lián)接的可靠性較高,;
(4)機械強度高,Ni作電極時其抗折強度比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,,國內博遷新材獨立研發(fā)PVD技術量產超細鎳粉填補了該領域國內空白。
銅電極漿料
MLCC銅端電極由銅電極漿料經高溫燒結制備而成,,銅電極漿料主要由銅粉,、玻璃粉和有機載體混合組成,其成分及配比決定著燒結后端電極的性能,。其中,,銅粉作為銅端電極的主要成分,經高溫燒結后形成金屬網絡結構,,實現(xiàn)導電功能,;玻璃粉的主要作用是將MLCC端電極與瓷體進行可靠連接,同時高溫熔化潤濕銅粉,,促進銅顆粒之間形成網絡結構,,為端電極良好的導電性能提供保障,;而有機載體用來調節(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,。這三者共同調節(jié),獲得具有良好的流變性能和導電性能的銅電極漿料,。
目前由于受材料,、設備及工藝技術水平等因素的限制,國內MLCC的研發(fā)進展十分緩慢,。有必要開展對賤金屬MLCC的深入研究,,攻克其內電極材料制備的研究難點,,推動技術的國產化,,趕超國際先進水平。
總結
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,,預計2023年市場規(guī)模分別進一步擴大至121.37億元/41.38億美元。全球MLCC陶瓷粉料生產商主要集中在日本,,國瓷材料是繼日本堺化學之后國內首家,、全球第二家成功運用水熱法批量生產納米鈦酸鋇粉體的廠家。此外,,隨著5G技術和新能源汽車技術的快速發(fā)展,,高容MLCC未來將得到大規(guī)模應用,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一步提升,。
參考來源:
[1]靳學昌等.玻璃粉體系對MLCC用銅電極漿料性能的影響
[2]中國粉體網、概念愛好者