電子信息產(chǎn)業(yè)技術不斷發(fā)展，從2G到5G，通訊技術向著高頻化發(fā)展，通訊設備的傳輸頻率迅速往上提升，高頻高Q值的片式多層陶瓷電容器（MLCC）的市場需求量逐年增加。銅內(nèi)電極MLCC由于采用高電導率的銅作為內(nèi)電極材料，大幅降低了其等效串聯(lián)電阻（ESR），具有高Q值和優(yōu)異的高頻特性，因而特別適用于各種無線通信設備、智能手機和醫(yī)療電子等領域的射頻微波電路中。艾邦建有MLCC產(chǎn)業(yè)交流群，掃描下方二維碼即可加入，與業(yè)內(nèi)人士一起交流：
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MLCC內(nèi)電極及其要求
MLCC是由印好電極（內(nèi)電極）的陶瓷介質(zhì)膜片以交錯的方式疊合起來，經(jīng)過高溫燒結(jié)形成陶瓷塊體，再在陶瓷塊的兩端封上金屬層（外電極）而形成的。
圖 MLCC的基本結(jié)構(gòu)示意圖
MLCC的結(jié)構(gòu)主要包括陶瓷介質(zhì)，金屬內(nèi)電極，金屬外電極三大部分，其中，內(nèi)部電極存在于每層陶瓷介質(zhì)之間，是電容器的重要組成部分。內(nèi)電極主要是用來貯存電荷，其有效面積的大小和電極層數(shù)的連續(xù)性是影響電容質(zhì)量的兩大因素。
銅作為MLCC內(nèi)電極的優(yōu)點
相較與其它金屬材料，銅的來源較為廣泛，開采技術成熟，成本較低，且有著極低的體電導率。同時銅電子漿料具有導電性優(yōu)良、焊接性能好、分辨率高、附著力強等優(yōu)點，非常適合代替目前主流的貴金屬金屬漿料。以銅作為MCC的內(nèi)電極具有許多優(yōu)點：
（1）銅電極的成本較低。僅為Ag/Pd電極成本的10%，因此使用銅作為內(nèi)電極將大大降低成本。
（2）銅的電遷移速度小于Pd/Ag和Ag的速度，具有良好的電化學穩(wěn)定性，有利于提高MLCC的穩(wěn)定性。
圖 不同電極材料的電遷移速度
（3）銅的電阻率為1.7μΩ·cm，與Ag的電阻率較為接近，是Ni的1/4，Pt的1/6，可降低MLCC的串聯(lián)電阻，能有效地提高其阻抗頻率。
圖 不同類型導電漿料的方阻值
（4）銅在高頻下的穩(wěn)定性比Au、Ag的要好，與大多焊料相容。
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銅作為MLCC內(nèi)電極的難點
由于銅的熔點較低并且容易氧化，銅內(nèi)電極MLCC的制造難度較大，對銅內(nèi)電極材料、介質(zhì)陶瓷材料、端電極材料、內(nèi)電極電路設計和介電陶瓷共燒技術的要求都較高。銅內(nèi)電極MLCC在燒結(jié)過程中是一個介質(zhì)與銅電極共燒的過程，銅內(nèi)電極漿料與瓷粉的燒成收縮匹配性直接影響產(chǎn)品的內(nèi)應力大小，銅漿與瓷粉燒成收縮一致性不好，產(chǎn)品容易爆瓷。
圖 銅內(nèi)電極制程的高Q、低ESR MLCC的關鍵技術
由于銅的熔點為1083℃，使得與之匹配的瓷料其燒結(jié)溫度需降至1080℃以下，，而目前通用瓷料的燒結(jié)溫度很高，與銅電極難以匹配，從而影響MLCC的電性能，這就需要研究介質(zhì)材料的低溫燒結(jié)技術。降低介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度可以從兩個方面考慮：從材料本身出發(fā)選擇低燒結(jié)溫度材料或提高粉體材料的表面活性、添加燒結(jié)助劑。此外，銅電極在含氧的氣氛中容易被氧化，銅內(nèi)電極的MLCC需在中性或者還原氣氛中進行，要求介質(zhì)材料要具有良好的抗還原性能來保證其介電性能的穩(wěn)定性。
圖 高頻電容采用銅內(nèi)電極，來源：國巨
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銅內(nèi)電極MLCC的高頻優(yōu)勢
理想狀況下，電路上不存在電容器內(nèi)部的能量消耗，其阻抗會隨著頻率增加而減少，但在實際的電容器內(nèi)部會有ESL（等效串聯(lián)電感）與ESR（等效串聯(lián)電阻），當頻率與阻抗曲線在超過自諧振頻率點(F0)之后，其阻抗反而會因ESL的效應而導致頻率愈高，阻抗愈大。因此，阻抗-頻率特性呈V字型(或U字型)曲線，與V字曲線的底部相對應的頻率叫做自諧振頻率(SRF)，在該頻率以下都作為電容器發(fā)揮作用，在此以上的頻率范圍內(nèi)則作為電感器發(fā)揮作用。
圖 ?MLCC的等效電路和自諧振頻率，來源：TDK
由于高頻訊號傳輸上，對于訊號的質(zhì)量要求相當高，高頻通訊用射頻MLCC需具備低等效串聯(lián)電阻 (low ESR，即低耗能) 及優(yōu)越的高頻率特性 (高Q，即高訊號質(zhì)量)。當MLCC的ESR與ESL越低，將會越接近純電容的特性，其自諧振頻率會往越高頻率移動，更適合在高頻方面應用。
在早期的MLCC生產(chǎn)中，只有貴金屬Pt、Au、Pd或它們的合金才滿足制造內(nèi)電極的要求，但這類內(nèi)電極的成本很高。隨著MLCC疊層數(shù)增加，內(nèi)電極消耗量劇增，以及Pd價格上漲，為降低成本，可以①使用賤金屬內(nèi)電極（如鎳、銅），②使用鈀/銀合金通常為Pb30/Ag70）或純銀電極。鈀/銀合金藉由銀的優(yōu)異導電性與比重增加、降低鈀的比重，可以改善ESR水平。但要再進一步降低ESR，除非采用純銅或純銀內(nèi)電極。
圖 ESR與內(nèi)電極材料的演進趨勢，來源：華新科
鎳的電阻較銀與銅大，使用鎳作為內(nèi)電極，在高頻電路中電極的阻值過大則會導致有功功率會增大，Q值(品質(zhì)因數(shù))會降低。純度接近100%的銀內(nèi)電極導電性雖然極為優(yōu)越, 卻會有銀離子遷移的問題，導致產(chǎn)品可靠度與質(zhì)量的問題。而純銅的材料特性有著與純銀極為接近的導電性與頻率特性、卻無離子遷移、導致可靠度不佳的問題。使用銅取代鎳作為MLCC的內(nèi)電極，不僅可以降低MLCC的制造成本，而且在高頻領域，銅電極在Q值和ESR值方面具有更優(yōu)的表現(xiàn)。
5.《多層陶瓷電容器內(nèi)電極用銅粉液相制備技術》，朱琳,等
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序號 |
暫定議題 |
邀請單位 |
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1 |
MLCC 端電極低溫燒結(jié)技術 |
風華高科 研究院院長 曹秀華 |
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2 |
MLCC行業(yè)現(xiàn)狀及技術發(fā)展趨勢 |
三環(huán)集團 電子元件事業(yè)部副總經(jīng)理 孫鵬 |
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3 |
多層瓷介電容器端電極制備工藝研究 | 宏科電子 |
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4 |
人工智能加速高性能介電材料研發(fā) | 佛山（華南）新材料研究院 戚俊磊 博士 |
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5 |
MLCC納米無機粉體漿料分散劑解決方案 |
嘉智信諾 |
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6 |
MLCC超薄瓷片制備技術 |
金岷江 |
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7 |
COG型MLCC用可低溫共燒的陶瓷-玻璃復合粉體研究 |
贛州中傲新瓷 研發(fā)總監(jiān) 繆錫根 |
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8 |
MLCC電極用超細金屬粉體的研發(fā)與改性 |
712所?主任 陳大鵬 |
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9 |
基于缺陷工程的BaTiO3基MLCC可靠性研究 |
深圳先進電子材料國際創(chuàng)新研究院 副研究員? 張蕾 |
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10 |
高容量、超微型MLCC的關鍵技術研究 |
擬邀請MLCC企業(yè)/高校研究所 |
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11 |
MLCC用內(nèi)/外電極漿料成分及性能研究 |
擬邀請漿料企業(yè)/高校研究所 |
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12 |
稀土元素摻雜對鈦酸鋇陶瓷介電性能的影響研究 |
擬邀請材料企業(yè)/高校研究所 |
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13 |
柔性端子MLCC的設計與軟端材料優(yōu)化 |
擬邀請MLCC企業(yè)/高校研究所 |
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14 |
MLCC用高純納米電子級二氧化鈦制備關鍵技術研發(fā) |
擬邀請材料企業(yè)/高校研究所 |
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15 |
MLCC高端關鍵生產(chǎn)裝備解決方案 |
擬邀請設備企業(yè) |
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16 |
MLCC精密疊層工藝技術研究 |
擬邀請疊層設備/高校研究所 |
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17 |
MLCC用高速外觀檢測自動分選裝置 |
擬邀請檢測設備企業(yè)/高校研究所 |
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18 |
MLCC性能測試與可靠性評估 |
擬邀請檢測企業(yè)/高校研究所 |
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原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：銅內(nèi)電極MLCC，高頻通信的優(yōu)選方案
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