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摘要：近年來(lái)，MLCC（多層陶瓷電容器）在智能手機(jī),、汽車,、工業(yè)等領(lǐng)域的需求快速增長(zhǎng)。陶瓷漿料是MLCC的主要原材料之一,，電極通過(guò)陶瓷漿料印刷、固化而成,。對(duì)于陶瓷漿料而言,，配比漿料的穩(wěn)定性及漿料的均一性是影響后續(xù)流延工藝、印刷工藝,、燒結(jié)工藝難度及成敗的關(guān)鍵，這些也對(duì)電極的規(guī)?；圃熘陵P(guān)重要,。使用珠磨機(jī)（砂磨機(jī)）可以有效解決漿料的大小不均一及團(tuán)聚問(wèn)題，能使?jié){料均一且分散均勻,。Nicomp 3000動(dòng)態(tài)光散射儀,、AccuSizer 7000顆粒計(jì)數(shù)器的應(yīng)用可以有效定位粒子是否團(tuán)聚且量化大顆粒(Large Particle Count, LPC),，在漿料工藝開發(fā)中起到“眼睛”的作用。而LUM穩(wěn)定性分析儀可以用數(shù)據(jù)直觀地呈現(xiàn)漿料穩(wěn)定性,，為優(yōu)化連續(xù)化涂覆工藝起到了至關(guān)重要的作用,。  

關(guān)鍵詞：MLCC 漿料均一性 涂覆工藝 流延工藝 印刷工藝 大顆粒

1行業(yè)背景

MLCC全稱為Multi-layer Ceramic Capacitors，即片式多層陶瓷電容器,，是全球用量最大的片式元件之一，因其具備體積小,、容量大等特征,，被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子、家用電器,、電源、照明,、通信和汽車電子等領(lǐng)域,。2020年全球MLCC市場(chǎng)規(guī)模為1017億元，預(yù)計(jì)到2025年,，全球MLCC市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1,490億元,，2020-2025年復(fù)合增長(zhǎng)率約為7.9%[1]。

圖1 全球MLCC行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模

MLCC是由許多電介質(zhì)層和內(nèi)部電極交替堆疊而成的,，并且與內(nèi)部電極并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu),。其主要元件是由陶瓷電介質(zhì)和電極層組成的，然后整體燒結(jié)封裝而成[2],。其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 MLCC結(jié)構(gòu)圖

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,，移動(dòng)電子終端正在變得“薄,、小、輕”,，對(duì)小型MLCC的需求正在逐漸增加，MLCC的小型化成為MLCC的發(fā)展趨勢(shì)之一,。從結(jié)構(gòu)出發(fā)要想實(shí)現(xiàn)小尺寸且大電容 MLCC 的要求就包括使用更高的電介質(zhì)值的材料,、更薄的電介質(zhì)層、增加堆疊層的數(shù)量,、增加內(nèi)部電極的重疊面積以及提高堆疊精度[3],。這不僅與流延、疊層印刷,、共燒等技術(shù)有關(guān),，還與陶瓷粉體,、電極漿料等原材料制備有密不可分的關(guān)系,。

MLCC的工藝制造首先是將陶瓷漿料通過(guò)流延方式制成要求厚度的陶瓷介質(zhì)薄膜,，然后在介質(zhì)薄膜上印刷內(nèi)電極，并將印有內(nèi)電極的陶瓷介質(zhì)膜片交替疊合熱壓,，形成多個(gè)電容器并聯(lián)，并在高溫下一次燒結(jié)成一個(gè)不可分割的整體芯片,，最后在芯片的端部涂敷外電極漿料,，使之與內(nèi)電極形成良好的電氣連接，形成MLCC的兩極,。陶瓷粉體的粒徑和分散將會(huì)影響陶瓷介質(zhì)的緊密性和穩(wěn)定性，進(jìn)而影響MLCC的電性能和可靠性,，此外更薄的介質(zhì)層也需要更小的粉體粒徑,。處在MLCC薄層化和小型化領(lǐng)先地位的日本株式會(huì)社,，其介質(zhì)層技術(shù) ≤ 1 μm，甚至 0.3 μm,。陶瓷粉體影響了介質(zhì)層的厚度，為保證薄介質(zhì)層,，陶瓷粉體尺寸須從原來(lái)的 200 ~ 300 nm 細(xì)化到小于150 nm ,，且要求粉體具有更好的性能指標(biāo)[4]。

2應(yīng)用場(chǎng)景

MLCC制造流程中的陶瓷漿料,，是陶瓷粉體,、粘合劑,、溶劑等按一定比例經(jīng)過(guò)珠磨（球磨）制成的。從MLCC成本結(jié)構(gòu)角度,，陶瓷粉體在整個(gè)MLCC中成本占比較大,，尤其是高容MLCC的生產(chǎn)，高容MLCC對(duì)于瓷粉的純度,、粒徑、粒度分布和形貌有嚴(yán)格要求,。

圖3 MLCC陶瓷漿料制備關(guān)鍵點(diǎn)

MLCC陶瓷漿料作為MLCC生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),，漿料的穩(wěn)定性和均一性影響著后續(xù)流延工藝和印刷工藝的效果，漿料如果易沉淀和易團(tuán)聚,，陶瓷介質(zhì)的緊密型和穩(wěn)定性將會(huì)受到影響,；陶瓷漿料中陶瓷粉體的粒徑會(huì)影響介質(zhì)層的厚度,，陶瓷粉體粒徑過(guò)大不利于MLCC薄層化和小型化，此外還會(huì)影響MLCC產(chǎn)品的燒結(jié)性能,、介電常數(shù),、介質(zhì)損耗，溫度特性及容量等多方面,；陶瓷粉體的外貌形態(tài)也會(huì)影響MLCC的性能,，因此在分散過(guò)程中，需盡可能減少陶瓷粉體的損傷,。

漿料生產(chǎn)過(guò)程中碰到的常見問(wèn)題如下：

1陶瓷粉體的粒徑控制

陶瓷粉體的粒徑大小對(duì)MLCC產(chǎn)品的燒結(jié)性能,、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗,、溫度特性及容量等方面都有影響,。在燒結(jié)時(shí),，粉體粒徑越小，其表面活性越大,，燒結(jié)越容易進(jìn)行，燒結(jié)溫度較低,。[5]

介電常數(shù)會(huì)影響MLCC高電容效率，同種介質(zhì)材料的介電常數(shù)存在尺寸效應(yīng),，控制粉體的粒徑能有效提高介質(zhì)材料的介電常數(shù),。Yong 等發(fā)現(xiàn)粉體尺寸在約 140 nm 處存在介電常數(shù)的最大值，大于該值介電常數(shù)隨著粉體尺寸的減小而增加,，小于此值介電常數(shù)隨著粉體尺寸減小而減小。[6]

陶瓷漿料中粉體的粒徑還會(huì)影響介質(zhì)層的厚度,，進(jìn)而影響MLCC的高電容效率,，此外陶瓷粉體粒徑過(guò)大會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)層的厚度過(guò)厚，不利于MLCC的薄層化和小型化,。

安可榮等人還發(fā)現(xiàn)小粒徑的產(chǎn)品具有較好的絕緣和耐電壓特性,，小粒徑的BaTiO3產(chǎn)品（常見用于制備MLCC陶瓷漿料的陶瓷粉體材料）使用壽命將顯著延長(zhǎng)[7]。

2陶瓷漿料的穩(wěn)定性和均一性

陶瓷漿料由陶瓷粉體,、粘合劑,、溶劑等各種組分按照一定的比例經(jīng)過(guò)研磨制成，陶瓷漿料的制備需保證漿料中各種組分均勻分布,，每個(gè)改性添加物的顆粒需包裹在鈦酸鋇顆粒周圍，并均勻分布,。目前高端MLCC使用的鈦酸鋇粉體粒徑極小,，在80nm以下，粉體表面能較大,，導(dǎo)致粉體的團(tuán)聚形成大顆粒,，此外部分改性材料的粒徑范圍較大，不易分散,，陶瓷漿料中粉體分布不均勻，會(huì)造成殼層厚度不均勻[8],，也會(huì)影響后續(xù)流延工藝和印刷工藝的效果,。目前常見的陶瓷漿料分散方法主要采用珠磨機(jī)（也叫砂磨機(jī)）進(jìn)行分散。

圖5：未高效分散處理的陶瓷生胚膜片表面的SEM

圖6：高效分散處理的陶瓷生胚膜片表面的SEM

3減少對(duì)陶瓷粉體表面的損傷

常見分散方法的球磨法或砂磨機(jī),，在分散時(shí)物料、磨珠與機(jī)體之間的撞擊會(huì)對(duì)陶瓷漿料中的陶瓷粉體造成磨損,，磨損的材料進(jìn)入漿液中會(huì)變成難以除去的雜質(zhì),，這對(duì)漿料的純度產(chǎn)生不利的影響，此外,，在某些特定情況下，球磨過(guò)程還會(huì)改變粉體的物理化學(xué)性質(zhì),。例如,，增加晶格不完整性，形成表面無(wú)定形層等,，影響后續(xù)燒結(jié)等工藝,。

MLCC的小型化、薄層化的趨勢(shì),，使得如今的所需的陶瓷粉體的粒徑也逐漸減小，越小的粒子在分散時(shí)越容易受到損傷,，使用低損傷的珠磨機(jī)將有效降低粉體漿料在分散時(shí)受到的損傷,，日本HMM珠磨機(jī)的ADV機(jī)型能有效減少對(duì)陶瓷漿料的損傷,。如下圖的TEM照片所示，采用HMM的UAM機(jī)型處理時(shí)有很多碎片,，初步分析是由于粒子破壞而產(chǎn)生的鈦酸鋇，但是采用ADV機(jī)型處理中幾乎沒有發(fā)現(xiàn)鈦酸鋇碎片,。

圖7：原料,、ADV低損傷機(jī)型分散、UAM機(jī)型分散后的鈦酸鋇TEM圖片

3MLCC陶瓷漿料均一性的解決方案

圖4 解決方案圖示

為解決MLCC陶瓷漿料均一性與穩(wěn)定性的問(wèn)題,，我們采用HMM珠磨機(jī)對(duì)MLCC陶瓷漿料進(jìn)行研磨分散處理，用Nicomp 3000 動(dòng)態(tài)光散射分析儀,、AccuSizer A7000計(jì)數(shù)粒度分析儀,、Lum穩(wěn)定性分析儀對(duì)MLCC陶瓷漿料處理前后進(jìn)行粒度分布分析、尾端顆粒計(jì)數(shù)分析,、穩(wěn)定性分析,，以評(píng)估MLCC陶瓷漿料在珠磨（砂磨）后是否更加均一穩(wěn)定。

4推薦產(chǎn)品

01

廣泛應(yīng)用于電子,、化工、電池,、顏料,、燃料、制藥,、食品等行業(yè),，有普通分散機(jī)型UAM和低損傷分散機(jī)型AVD等，在MLCC中主要對(duì)陶瓷漿料進(jìn)行分散,，使陶瓷漿料更加均一穩(wěn)定,，方便后續(xù)流延、印刷等工藝,。

參考文獻(xiàn)：

[1] 智多星顧問(wèn)數(shù)據(jù)

[2] 胡程康. 鈦酸鋇陶瓷的冷燒結(jié)工藝探索及性能研究[D].東華大學(xué),2022.DOI:10.27012/d.cnki.gdhuu.2022.000793

[3] 李美娟,白羅,張穎,羅國(guó)強(qiáng),韓宇哲,孟德海,涂溶,沈強(qiáng).高電容且穩(wěn)定鈦酸鋇基多層陶瓷電容器綜述[J].中國(guó)陶瓷,2022,58(02):

7-19.DOI:10.16521/j.cnki.issn.1001-9642.2022.02.002

[4] 網(wǎng)頁(yè)

[5] Huang Y A,Biao L U,Zou Y X,et al.Grain Size Effect on Dielectric,Piezoelectric and Ferroelectric Property of BaTiO Ceramics with Fine Grains[J]. Journal of Inorganic Materials,2018,33(7):767-772.

[6] 安可榮,黃昌蓉,陳偉健.鈦酸鋇粉體粒徑對(duì)MLCC性能的影響[J].電子工藝技術(shù),2020,41(05):295-297.DOI:10.14176/j.issn.

1001-3474.2020.05.013.

[7]  劉偉峰.高效分散處理的MLCC陶瓷漿料性能分析[J].電子工藝技術(shù),2021,42(06):353-356.DOI:10.14176/j.issn.1001-3474.2021.06.012.