(Multi-layer Ceramic Capacitor, MLCC)是陶瓷電容 器的一種。
前言 積層陶瓷電容器(MLCC)憑藉著體積小、易於晶片 化、工作溫度範圍廣、生產速度快、高穩定性等優 勢,在近年已逐漸取代其他類型電容器,成為電子 產品大量使用的零組件。此產業的成熟要歸功於學 界與業界之合作與研究,包括更高電容值或可耐更 高電壓的介電材料研發、電極材料之選用、MLCC製 程上的改良、降低整體製程成本等。但隨著電子產 品的微型化,介電材料的拉膜以及堆疊技術都須作 調整。在元件面積縮小的情況下,增加堆疊層數、 減少缺陷產生、維持材料均勻性及穩定性,都是日 後研發的目標。
原理 當兩金屬片間之電位差為1V,儲存之電荷量為1 庫倫 時,電容器的容量就是1法拉(Farad),以公式表示 如下:C = Q / V 所以電容器的容量與金屬片的面積成正比,但是與兩 金屬片之間的距離成反比,並且與金屬片之間的絕緣 介電質(dielectric)常數有關。電容可以用下面的公式 表下: C = εA / L (A:金屬片的電及面積;L:金屬片電極間的距離;ε:電極 間絕緣物的介電常數)。
C : 電容量,以 F (法拉) 為單位,而MLCC 之電容值 以 PF, nF,和 µF 為主。 ε:電極間絕緣物的介質常數,單位為法拉/公尺。 K : 介電常數 (依陶瓷種類而不同) A : 導電面積 (產品大小及印刷面積而不同) D : 介電層厚度 (薄帶厚度) n:層數 (堆疊層數)
陶瓷電容分類 分成單層陶瓷電容與多層陶瓷電容,其電容值含量 與產品表面積大小、陶瓷薄膜堆疊層數成正比,由 於陶瓷薄膜堆疊技術的進步,電容值含量也越高, 漸可取代中低電容如電解電容和鉭質電容的市場應 用,且MLCC可以透過SMT直接黏著,生產速度比 電解電容和鉭質電容更快,加上3C電子商品走向輕 薄短小特性,MLCC易於晶片化、體積小的優勢,成 為電容器產業的主流產品,約占電容產值比重 43%,其次為鋁質電解電容,約32%。
MLCC因為物理特性有耐高電壓和高熱、運作溫度範 圍廣,且能夠晶片化使體積小,且電容量大、頻率 特性佳、高頻使用時損失率低、適合大量生產、價 格低廉及穩定性高等優點,缺點為電容值較小,遠 不及鋁質電解電容,但因陶瓷薄膜堆疊技術越來越 進步,電容值含量也越高,電氣特性也不斷改進, 應用上已可以取代低電容值的鋁質電容,和價格偏 高且有汙染問題的鉭質電容。
MLCC以材料特性又分為NME(Noble Metal Electrolde,貴金屬電極)及BME(Base Metal Electrode,卑金屬電極)兩種製程技術,其生成運用 的特性也稍有不同。NME比較穩定,經常作為耐高 壓的產品,價錢也比較貴;BME則屬於低成本的產 品,價差比較大,一般用在比較不挑剔的產品上。
MLCC產品剖面圖
MLCC製程流程圖
MLCC依介電層成型方式分為乾式(胚片疊合式)以及濕 式,一般多為乾式製程。 製程起始為配取分散良好的粉末漿料,漿料中除了主要 的介電陶瓷粉末外,尚須添加分散劑、黏結劑、塑化 劑、潤滑劑、去泡/起泡劑、螯合劑等來滿足不同製程 需求,以達到粉末分散均勻、生胚成型後強度佳等要 求。這些添加劑皆為高分子材料,因此後續製程須以高 溫去除;此外,這些添加劑也會對刮刀成型時生胚 (Foil)的厚度及均勻度造成影響。漿料的載體分為水系 (以水為載體)和油系(以有機溶劑為載體)。 調配好的漿料進入刮刀成型(Tape-casting)開始連續拉 膜製程,成型的生胚經過乾燥後進行電極的網印 (Screen-printing),接著烘乾、疊壓、裁切、去黏結 劑、共燒,這一系列流程中,去黏結劑和共燒是耗時最 久的兩個步驟,因為太快速的熱處理會造成胚體的缺 陷、孔洞或甚至裂縫產生。
廠商 日系Murata Mfg (市佔25%)、TDK(佔14%)、Taiyo Yuden(佔8%)、Kyocera、Panasonic,及國內國巨 (市佔13%)、華新科(佔11%)、禾伸堂、天揚、蜜望 實、 達方,與大陸風華高科。 日系廠商皆以高容MLCC為主,國內國巨與華新科以 生產大宗規格之中低容產品為主,禾伸堂則以利基 型高壓、高容MLCC為主。
參考資料 http://www.moneydj.com/kmdj/wiki/wikiviewer. aspx?keyid=acbd1c36-8856-4e45-811f- 3a9d1d5ee9fb#ixzz3XByFJLVK http://www.researchmfg.com/2013/10/mlcc/ http://www.mmmpc.com.tw/yuehyin/MagSum mary.aspx?ID=535&MID=10104