MLCC對(duì)于內(nèi)、外電極所用金屬漿料都有哪些要求？

發(fā)布時(shí)間 | 2025-08-08 14:43 分類 | 粉體應(yīng)用技術(shù) 點(diǎn)擊量 | 154

MLCC 干燥

導(dǎo)讀：面向高性能、小型化發(fā)展的電子設(shè)備浪潮中，被譽(yù)為“電子工業(yè)大米”的多層陶瓷電容器（MLCC）憑借體積小、比容大、等效串聯(lián)電阻小、無(wú)極性、固有電感小、抗?jié)裥院谩⒖煽啃愿叩葍?yōu)點(diǎn)，成為了5G/6G通...

面向高性能、小型化發(fā)展的電子設(shè)備浪潮中，被譽(yù)為“電子工業(yè)大米”的多層陶瓷電容器（MLCC）憑借體積小、比容大、等效串聯(lián)電阻小、無(wú)極性、固有電感小、抗?jié)裥院谩⒖煽啃愿叩葍?yōu)點(diǎn)，成為了5G/6G通信、新能源汽車、可穿戴設(shè)備等系統(tǒng)架構(gòu)中不可或缺乃至不可替代的核心基礎(chǔ)元件。

MLCC的內(nèi)部構(gòu)造極其精密，是將超薄陶瓷介質(zhì)層與內(nèi)電極層以精密錯(cuò)位交替堆疊，經(jīng)高溫共燒形成陶瓷芯片，并在其兩端封裝端電極形成的一體化結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上是多個(gè)平行板電容的高度集成并聯(lián)。內(nèi)電極實(shí)現(xiàn)電容器功能，端電極則提供外部連接，二者共同構(gòu)成MLCC的功能基礎(chǔ)。因此，作為電極漿料的核心構(gòu)成——金屬粉末的品質(zhì)，直接決定著電極的導(dǎo)電連接性能以及MLCC整體器件的可靠性與最終表現(xiàn)。

MLCC結(jié)構(gòu)（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

電極漿料對(duì)于金屬粉末的基本要求

作為 MLCC 電極漿料的主要功能相，為滿足 MLCC 使用要求，金屬粉末應(yīng)該具有以下性能特點(diǎn)：

1、粒徑小及粒徑分布均勻：目前內(nèi)層厚度為 2-3μm 的 MLCC 要求介質(zhì)粉末和金屬粉末的直徑在 200-700nm 之間，以實(shí)現(xiàn)均勻、致密、無(wú)缺陷地成型。端電極主要功能是導(dǎo)電和焊接，其所用金屬粉末粒徑要相對(duì)寬松，通常為數(shù)微米。此外，為保證導(dǎo)電漿料的均勻性，并防止大顆粒穿透介質(zhì)層造成無(wú)疊層的結(jié)構(gòu)缺陷，還要求金屬粉末粉粒徑分布均勻。

2、純度高：微量雜質(zhì)會(huì)嚴(yán)重影響導(dǎo)電性或引發(fā)結(jié)構(gòu)缺陷，甚至導(dǎo)致分層失效。為保障電流高效傳輸，要求金屬粉末純度要高。

3、顆粒形貌為球形：所用金屬顆粒形貌通常要求為球形或類球形，且分散性好，一方面有利于金屬顆粒間緊密排列，實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電性；另一方面則能夠?qū)崫{料具備合適的粘度、觸變性和流平性 , 保證在涂敷過(guò)程中不流掛，堆積部份在烘干前迅速流平。

4、低遷移性：防止與陶瓷介質(zhì)共燒時(shí)向介質(zhì)中擴(kuò)散，引起相鄰的內(nèi)電極層間漏電流增加，嚴(yán)重時(shí)甚至可使其完全短路，導(dǎo)致電容器擊穿失效

5、高振實(shí)密度：金屬粉末的振實(shí)密度越大，在燒結(jié)過(guò)程中抗收縮能力越強(qiáng)，越適合制作合格的漿料層。

內(nèi)電極采用的金屬漿料

由于片式MLCC采用BaTi0₃系列陶瓷作介質(zhì)，一般都在950~1300℃左右燒成，，為了保障金屬能夠在1400℃左右高溫下燒結(jié)而不致發(fā)生氧化、熔化、揮發(fā)、流失等現(xiàn)象，故早期的內(nèi)電極一般選用高熔點(diǎn)的鈀（Pd）或銀鈀（Ag/Pd）合金等材料。不過(guò)隨著近年來(lái)貴金屬價(jià)格不斷攀升以及低溫共燒技術(shù)的逐漸成熟，以賤金屬鎳（Ni）或銅（Cu）替代含鈀(Pd)的貴金屬內(nèi)電極來(lái)縮減高性能MLCC的生產(chǎn)成本已成為發(fā)展陶瓷電容器技術(shù)的主要趨勢(shì)之一。

1.鎳（Ni）內(nèi)電極漿料

與傳統(tǒng)的鈀或鈀-銀合金電極相比，使用Ni作為內(nèi)電極漿料的成本僅為常規(guī)的70Ag/30Pd（70%Ag和30%Pd配比）電極的5%左右。同時(shí)在性能上，Ni電極還具有如下特點(diǎn)：

①抑制電遷移： 鎳原子或原子團(tuán)的電遷移速率低于貴金屬電極，這有助于提升多層陶瓷電容器（MLCC）的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

②優(yōu)異的環(huán)境耐受性：Ni 對(duì)焊料具有優(yōu)異的耐腐蝕和耐熱性，焊接的工藝穩(wěn)定性好。

③機(jī)械強(qiáng)度高： Ni的抗折強(qiáng)度高于 Pd-Ag 電極，可提供良好的機(jī)械強(qiáng)度。

④優(yōu)越的導(dǎo)電特性： 鎳電極具有較低的電阻率和較高的電導(dǎo)率，甚至優(yōu)于 Pd-Ag 系電極。這一特性可有效降低 MLCC 的等效串聯(lián)電阻 (ESR)，并改善其阻抗頻率特性。

⑤共燒溫度高：Ni的熔點(diǎn)為1445℃，能夠在較高溫度下實(shí)現(xiàn)與陶瓷介質(zhì)材料共燒。

不過(guò)，由于Ni漿高溫?zé)Y(jié)時(shí)易發(fā)生氧化，燒結(jié)時(shí)往往需要在惰性氣氛或還原氣氛中進(jìn)行，對(duì)設(shè)備和技術(shù)要求高，同時(shí)在高溫?zé)Y(jié)后，Ni電極可能出現(xiàn)與陶瓷的收縮率不匹配的問(wèn)題，影響電極的穩(wěn)定性，一般可通過(guò)在內(nèi)電極漿料中添加燒結(jié)阻滯劑來(lái)推遲電極的收縮，使它接近瓷膜的收縮曲線。

2.銅（Cu）內(nèi)電極漿料

采用Cu作為內(nèi)電極，其成本為常規(guī)的70Ag/30Pd電極成本的10%，同時(shí)銅的電阻率為1.7μΩ·cm，與Ag的電阻率較為接近，為Ni的1/4，Pt的1/6，可大幅降低MLCC的串聯(lián)電阻，有效提高其阻抗頻率。此外，Ni還有比金更為優(yōu)良的高頻特性，而且也沒(méi)有銀離子遷移的缺陷，是高頻通信用MLCC的優(yōu)選方案。

然而，由于銅的熔點(diǎn)較低（1083℃）并且容易氧化，銅內(nèi)電極MLCC的制造難度較大，對(duì)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(shè)計(jì)和介電陶瓷共燒技術(shù)的要求都較高。

采用銅內(nèi)電極的高頻MLCC，來(lái)源：國(guó)巨

外電極采用的金屬漿料

MLCC 外電極主要是連接內(nèi)電極，由于端頭封接厚度只有0.1-0.2mm，其漿料通常具有良好的流變性，以保證燒結(jié)后的平整性，同時(shí)為防止電鍍時(shí)鍍液進(jìn)入使 MLCC 性能惡化，對(duì)于其燒結(jié)致密性也有嚴(yán)格要求。一般外電極需要在陶瓷介質(zhì)和內(nèi)電極共燒之后進(jìn)行二次燒結(jié)，其燒結(jié)溫度往往低于內(nèi)電極材料和陶瓷介質(zhì)材料，因此通常使用的金屬粉體材料為銀和銅等熔點(diǎn)較低的材料。

1.銀外電極漿料

Ag的導(dǎo)電率在所有金屬中最高，能夠提供優(yōu)異的導(dǎo)電性能，同時(shí)在高溫?zé)Y(jié)時(shí)可以滲透到瓷體表面，形成連續(xù)均勻的薄層，保證足夠強(qiáng)的附著力，因此成為了外電極材料的主流方案之一。不過(guò)，Ag外電極在性能上存在兩大挑戰(zhàn)：一是易發(fā)生電子遷移，導(dǎo)致絕緣性能劣化甚至引發(fā)短路問(wèn)題，嚴(yán)重影響電容器的長(zhǎng)期可靠性和導(dǎo)電穩(wěn)定性，二是手Ag漿料本身表面張力的影響，其干燥和燒結(jié)后形成的端電極層厚度通常存在不一致的現(xiàn)象，這會(huì)對(duì)后續(xù)的焊接和外觀造成影響。

此外，隨著MLCC產(chǎn)量爆發(fā)式增長(zhǎng)對(duì)成本的極度敏感，導(dǎo)致貴金屬為外電極材料的MLCC在中低端通用市場(chǎng)已逐漸退出主流位置。

2.銅外電極漿料

銅粉具有導(dǎo)電性好、電化學(xué)遷移行為低、材料成本低等優(yōu)點(diǎn)，且其導(dǎo)電性能與銀相近（20 ℃時(shí)，銀的電阻率為1.59 × 10-6 Ω·cm，銅的電阻率為1.72 × 10-6 Ω·cm），因此，純度高、分散性好、粒徑小且窄粒級(jí)分布的超細(xì)銅粉是制備 MLCC 電極的良好材料。目前，以Ni為內(nèi)電極、Cu為端電極的賤金屬電極MLCC，因其可滿足貴金屬電極MLCC的性能被廣泛應(yīng)用。

然而，與Ni一樣， Cu 金屬高溫易氧化使電阻率增大。通常，制備過(guò)程中常選用保護(hù)氣氛燒結(jié)的工序避免 Ni、Cu 的氧化。但無(wú)氧環(huán)境不利于燒結(jié)過(guò)程中導(dǎo)電漿料中有機(jī)物的排除，容易造成碳?xì)埩簦瑥亩绊懡饘俚膶?dǎo)電性和粉末的燒結(jié)程度，而且氣氛燒結(jié)易使 BaTiO₃失氧，形成氧空位，令陶瓷介質(zhì)的介電常數(shù)降低，導(dǎo)致MLCC擊穿失效。為解決這一問(wèn)題，實(shí)際生產(chǎn)中常控制氣氛中的氧分壓及添加工藝保證有機(jī)物的分解和避免陶瓷材料變性。