MLCC(片式多層陶瓷電容器)是電子整機中主要的被動貼片元件之一。隨著世界電子信息產業的迅速發展,片式電容器每年以10%~15%的速度增長。MLCC的發展也逐漸呈現多元化,廣泛地應用于各種軍民用電子整機和電子設備,如電腦、電話、程控交換機、精密的測試儀器、雷達通信等。
圖片示例
根據電介質的不同,電容器可以分為MLCC、鋁式電容、鉭式電容和各類塑料薄膜電容四種類型。陶瓷電容是目前電容器市場中市占率最高的種類,占比43%。而其中MLCC更是由于其一系列諸如體積小、電容量大、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特性,在各類電子整機的振蕩、耦合、濾波等電路中應用廣泛,在全球陶瓷電容市場中占比93%。相比鋁電解電容和片式鉭電容,早期MLCC的缺陷主要在于電容量較小。隨著生產技術的進步,MLCC電容小的缺陷被逐漸改善,電容量達400μF以上的高容MLCC不斷出現,對其他電容器的替代作用日趨明顯。
MLCC產業鏈一覽
MLCC產業鏈主要分為上游粉體材料、中游器件制造和下游需求應用。
上游材料主要被日本及美國公司所占領
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(主要是鎳內漿)以及外部電極材料(主要是銅漿)三部分。因MLCC技術廣泛使用的BME (Base Metal Electrode)具有成本低,性能優的特點,得到迅速發展。到目前為止,BME技術MLCC已經占到全部MLCC的90%以上,所使用的內部電極材料為鎳,外部電極材料為銅。
目前上游材料主要被日本及美國公司所占領,其中陶瓷粉體材料中,外銷粉料廠商主要包括堺化學、美國Ferro、日本化學、日本富士鈦、日本共立、日本東邦等;國內粉料廠商包括國瓷材料、三環集團等;內制粉料廠商主要有村田等。而電極材料主要包括美國Ferro、美國ESL、日本住友、日本昭容、國瓷材料、風華高科等。材料制備設備工業爐方面主要包括日本則武、日本礙子、東海碳素等。
中游器件制造,日本具有絕對優勢
在中游器件制造方面,MLCC制造最大的技術壁壘包括:(1)以陶瓷粉料為核心的材料技術決定MLCC的層數/容值;(2)疊層印刷技術決定MLCC的層數/容值及良率;(3)共燒技術決定MLCC的品質。中國與日系龍頭廠商的制造工藝差距或達3-4年,結合粉體技術的差異,國內廠商追趕國際龍頭的時間更長。因此,雖然說核心制造設備的技術壁壘遠不及半導體產業那么高,但材料技術、精細加工技術短期內都難以突破,目前高端MLCC產品對日本進口還存在較強的依賴。
目前,全球約有20多家MLCC生產商。其中日企如村田、TDK均具有強勢優勢,處于第一梯隊;美、韓、中國臺灣地區企業如三星電機、KEMET、AVX、國巨處于第二梯隊;中國大陸企業如風華高科、三環集團、宇陽科技、火炬電子則由于起步較晚處于第三梯隊。
下游需求應用廣泛
ECIA報告顯示,在2020年,由于全球新冠疫情的影響,MLCC市場規模將繼續下滑至891億元,同比下降7.5%。全球市場將從2021年起逐漸恢復,到2024年將增至1169億元,五年復合增長率為3.9%。
從應用領域來看,移動終端是MLCC最大的應用市場,在全球市場規模總額中的比例達到33%。華為、小米、OPPO、vivo等中國大陸自主手機品牌的崛起,加速我國5G基站建設,導致國內對于MLCC的需求持續增加,目前國內MLCC市場規模約占全球市場總量的7成左右。未來幾年,隨著5G建設的加速,移動終端和通信設備市場的需求將成為拉動MLCC市場增長的主要動力。此外,汽車、軍工、家用電器、通信設備、計算機等均為MLCC的主要應用市場。
MLCC制造工藝中的重點技術有哪些?
1、材料技術(陶瓷粉料的制備)
現在MLCC用陶瓷粉料主要分為三大類(Y5V、X7R和COG)。其中X7R材料是各國競爭最激烈的規格,也是市場需求、電子整機用量最大的品種之一,其制造原理是基于納米級的鈦酸鋇陶瓷料(BaTiO3)改性。日本廠家(如村田muRata)根據大容量(10μF以上)的需求,在D50為100納米的濕法BaTiO3基礎上添加稀土金屬氧化物改性,制造成高可靠性的X7R陶瓷粉料,最終制作出10μF-100μF小尺寸(如0402、0201等)MLCC。國內廠家則在D50為300-500納米的BaTiO3基礎上添加稀土金屬氧化物改性制作X7R陶瓷粉料,跟國外先進粉體技術還有一段差距。
2、疊層印刷技術(多層介質薄膜疊層印刷)
如何在0805、0603、0402等小尺寸基礎上制造更高電容值的MLCC一直是MLCC業界的重要課題之一,近幾年隨著材料、工藝和設備水平的不斷改進提高,日本公司已在2μm的薄膜介質上疊1000層工藝實踐,生產出單層介質厚度為1μm的100μFMLCC,它具有比片式鉭電容器更低的ESR值,工作溫度更寬(-55℃-125℃)。代表國內MLCC制作最高水平的風華高科公司能夠完成流延成3μm厚的薄膜介質,燒結成瓷后2μm厚介質的MLCC,與國外先進的疊層印刷技術還有一定差距。當然除了具備可以用于多層介質薄膜疊層印刷的粉料之外,設備的自動化程度、精度還有待提高。
3、共燒技術(陶瓷粉料和金屬電極共燒)
MLCC元件結構很簡單,由陶瓷介質、內電極金屬層和外電極三層金屬層構成。MLCC是由多層陶瓷介質印刷內電極漿料,疊合共燒而成。為此,不可避免地要解決不同收縮率的陶瓷介質和內電極金屬如何在高溫燒成后不會分層、開裂,即陶瓷粉料和金屬電極共燒問題。共燒技術就是解決這一難題的關鍵技術,掌握好的共燒技術可以生產出更薄介質(2μm以下)、更高層數(1000層以上)的MLCC。當前日本公司在MLCC燒結專用設備技術方面領先于其它各國,不僅有各式氮氣氛窯爐(鐘罩爐和隧道爐),而且在設備自動化、精度方面有明顯的優勢。
文章內容轉自維科號:作者知識點
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