主要功能陶瓷器件现状及趋势.docx

MLCC： 积层陶瓷晶片电容（Multiplayer Ceramic Chip Capacitors）称雄电容器市场MLCC(多层陶瓷电容器)是各种电子、通讯、信息、军事及航天等消费或工业用电子产品的重要组件。MLCC由于其小体积、结构紧凑、可靠性高及适于SMT技术等优点而迅猛发展。目前，电容器市场无论从数量上还是市场潜力上来看都以陶瓷电容器份额最大。全球MLCC产量随着IT产业的发展而不断增长，国内产量占全球产量的比例近年来也有较大的增长，我国已经逐渐成为世界MLCC的制造大国。目前MLCC的国际上的发展趋势是微型化、高比容、低成本、高频化、集成复合化、高可靠性的产品及工艺技术。当前MLCC需求的热点主要集中在手机、P4主板、DVD、数码相机和PS2游戏机等。手机对MLCC的要求特点是：数量大、尺寸小、质量高。在手机应用领域里，日商凭借技术上的绝对优势基本垄断市场。国内企业在手机配套实力明显不足。片式陶瓷电感器：电感元件发展方向多层片式电感类元件包括了一大类具有叠层式介质/线圈结构的新型电子元件，是电感类元件发展的方向，也是三大类无源片式元件中技术含量最高的一大类。目前，这类元件已形成了规模相当大的产业和近百亿美元的国际市场。片式电感器的主要应用领域包括移动通信、计算机、音像产品、家电、办公自动化等。大屏幕彩电等新型家电产品也是片式电感器的重要应用领域。预计在今后若干年中，随着第三代移动通信技术、数字电视、高速计算机、蓝牙产品等新一代数字化电子产品的推出和世界各国EMI控制标准的相继制定，对各种片式电感类元件，特别是抗EMI类片式电感元件的需求将急剧上升。因此从整体上看，片式电感器的市场前景将十分看好。片式电感器的生产企业主要分布在日本、美国、欧洲、韩国、我国的台湾和珠江三角洲地区。日本是生产片式电感器最早的国家，TDK、村田、Tokin和太阳诱电都是具有大规模生产能力的厂商。其中TDK占全球片式电感市场的32%，村田的市场占有率是18%，太阳诱电为16%。目前片式电感器元件发展的主要趋势是：抗电磁干扰成为片式电感类材料的主要应用领域；高感量和大功率；高频化；集成化。片式微波电容器：快速渗透通信领域陶瓷电容器除在技术上继续向小尺寸、大容量、介质薄层化方向发展外，高频化也是一个重要的发展方向。为了满足通信设备的高频化对电子元器件的强劲需求，高电流承载能力的高Q微波陶瓷电容器得到了快速发展，并已成为片式陶瓷电容器的重要的组成部分，广泛应用于包括移动通信、WLAN、卫星广播设备、医疗电子、导弹系统、飞机雷达及导航系统等的射频/微波电路中，已成为通信终端设备向轻、薄、短、小和高频化趋势发展不可缺少的基础元器件。片式化微波电容是先进多层陶瓷技术和高品质微波介质材料相结合的产物，是一类新型的表面贴装无源陶瓷元件，它具有高载流能力、高品质因数(Q)、超低等效串联电阻(ESR)、高的串联谐振频率(SRF)等特点，可广泛应用于光通信电路、微波通信电路中。 片式微波陶瓷电容器虽然应用广，前景好，发展空间广阔，但由于技术含量高，目前系列化产品仅美国、日本等少数国家可以生产，基本形成垄断，国内仅有少数单位开始研发，还没有形成规模生产能力。由于丰厚利润的驱动，近年来许多国外企业也相继加入到片式微波电容的研发行列中，其中最具代表性的有美国的AVX、ATC、JohansonTechnology，日本的Murata等。 压电陶瓷超声波电机：突破传统电机概念压电陶瓷超声波电机是近二十年发展起来的一种新型电机,其技术核心是采用功能陶瓷材料的电能-机械能的信号转换功能，实现对执行部件的驱动和控制。它打破了由电磁效应获得转速和扭矩的传统电机的概念，是当代国内外热门的高新技术之一。在各类新型压电器件中，压电驱动器和压电陶瓷超声波电机是近年来发展速度最快、市场潜力巨大的一类高科技产品。目前，压电陶瓷超声波电机的发展，得到各国政府的高度重视，很多世界知名学府和研究机构都获得了各项政府基金和大量合作资金的资助，促进了压电陶瓷超声波电机朝着产业推广和应用大幅度迈进。压电陶瓷超声波电机的技术特点是：(1)直接驱动，无需减速机构，可实现低速下(400rpm)比同尺寸电磁电机更大的力矩输出。(2)不采用磁性绕组：无电磁辐射，也不受电磁场干扰。(3)低噪音操作。传统电磁电机，尤其是功率稍大一些的电机类型，在工作中会产生比较明显的电机电磁辐射噪音。而压电陶瓷超声波电机在超声频(20kHz)范围内工作，对于超声频噪音人是没有听觉反应的。(4)断电自锁定、静态保持力矩大，有效避免了产品在正常工作中出现振颤、抖动等干扰现象。(5)响应快(4ms)、步进精度高。(6)易小型化和薄型化，目前压电陶瓷超声波电机直径最小可到1mm。(7)科技含量高。(8)结构设计灵活。片式敏感陶瓷元件：产业化发展迅速德国西门子、日本TDK、日本村田、日本石冢、日本芝浦、我国台湾华星利华及兴勤等公司的新型热敏陶瓷元器件的年总产值约占世界总量的60%-80%，其中片式热敏元件由于其高昂的价格，约占热敏陶瓷元器件工业总产值的30%。敏感元件及传感器片式化生产技术，近年来在世界各国得到迅速发展，美国、法国、德国、荷兰、日本等国均已实现产业化。由于该项目产品技术含量高，国外在此技术领域对我们严格保密。集成陶瓷元件：LTCC引领发展(Low Temperature Co-Fired Ceramic)近年来，由于强大的市场需求牵动和相关材料和工艺技术的研究突破，将庞大数量的无源电子元件整合于同一基板内的梦想已成为可能，一次重大的技术革命和产业革命已经开始孕育，其重大意义和深远影响足以和集成电路的发展相提并论。目前开发出的无源集成技术包括LTCC(低温共烧陶瓷)技术、薄膜集成技术、PCB(印刷电路板,Printed circuit board）集成技术，以及MCM多芯片组装技术。每一种技术方案均有各自的优势。但从技术成熟程度、产业化程度以及应用广泛程度等角度来评价，目前，LTCC技术是无源集成的主流技术。该技术是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900下烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。CIM（陶瓷注射成型，Ceramic Injection Molding ）、CIP（冷等静压Isostatic Pressing）和HIP（热等静压） 等静压成型是将待压试样置于高压容器中，利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压，当液体介质通过压力泵注入压力容器时，根据流体力学原理，其压强大小不变且均匀地传递到各个方向。此时高压容器中的粉料在各个方向上受到的压力是均匀的和大小一致的。通过上述方法使瘠性粉料成型致密坯体的方法称为等静压法.等静压成型的特点 与等静压成型方法原理近似的是轴向压制成型。轴向压制成型为单向或双向压力压制，粉料与模具的摩擦力较大，压力沿压制方向会产生压力损失，使坯体各部分的密度不均匀。而等静压成型时液体介质传递的压力在各个方向上等是相等的。弹性模具在受到液体介质压力时产生的变形传递到模具中的粉料，粉料与模具壁的摩擦力小，坯体受力均匀，密度分布均一，产品性能有很大提高。等静压成型还分为冷等静压和热等静压Hot isostatic pressing），冷等静压是在常温下对工件进行成型的等静压法。热等静压是在指在高温高压下对工件进行等压成型烧结一种特殊烧结方法。热等静压主要应用于高性能的粉末材料制品的成型，如粉末冶金高温合金、粉末冶金高速钢、陶瓷材料等的工业生产。等静压工艺制品具有组织结构均匀，密度高，烧结收缩率小，模具成品低，生产效率高，可成型形状复杂、细长制品和大尺寸制品和精密尺寸制品等突出优点。苏州赛琅泰克高技术陶瓷有限公司地址：苏州工业园区唯亭镇葑亭大道728号（华益实业有限公司内F栋）压电陶瓷某些材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷的现象，称为压电效应。具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷，它的表面电荷的密度与所受的机械应力成正比。反之，当这类材料在外电场作用下，其内部正负电荷中心移位，又可导致材料发生机械变形，形变的大小与电场强度成正比。常用的压电陶瓷有钛酸钡系、锆钛酸铅二元系及在二元系中添加第三种ABO3(A表示二价金属离子，B表示四价金属离子或几种离子总和为正四价)型化合物，如：Pb(Mn1/3Nb2/3)O3和Pb(Co1/3Nb2/3)O3等组成的三元系。如果在三元系统上再加入第四种或更多的化合物,可组成四元系或多元系压电陶瓷。此外，还有一种偏铌酸盐系压电陶瓷,如偏铌酸钾钠(Na0.5K0.5NbO3)和偏铌酸锶钡(BaxSr1-xNb2O5)等,它们不含有毒的铅，对环境保护有利。压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等。压电陶瓷就是矢量转换材料力-电电-力1次力电转化,典型应用:压电点火,称量传感1次电力转换:制动器,执行器电-力-形变-振动-声波-电声-超声等形变-位移-检测电-力-电,压电变压器等等随着信息产业的飞速发展，压电陶瓷频率器件（滤波器、谐振器、陷波器、鉴频器等）已在音视频、通讯、电脑周边等领域大量应用。据统计，迄今用压电陶瓷做成的滤波器和谐振器，是民品上用量最大的两类主要压电产品，其中陶瓷滤波器用量最大、用途最广，并在军事通信、电子对抗、卫星导航系统中起到重要作用。压电产品拥有广泛的市场需求压电铁电陶瓷材料的应用已遍及人们日常生活中的每个角落。如香烟、煤气灶、热水器的点火要用到压电点火器；电子钟表、声控门、报警器、儿童玩具、电话等都要用上压电谐振器和蜂鸣器；银行、商店、超净厂房和安全保密场所的管理以及侦察、破案等场合都可能要用上能验证每个人笔迹和声音特征的压电传感器；医院检查人体内脏器官要用装有压电陶瓷探头的医用超声仪；家用电器中的电视机要用压电陶瓷滤波器、压电SAW滤波器、压电变压器；收录机要用压电微音器、压电喇叭；照相机和录像机要用压电马达等。压电陶瓷器件不仅在工业和民用产品上用途十分广泛，在军事上也同样获得了大量的应用。如将压电陶瓷做成水声换能器，作为核潜艇的一双明亮的“眼睛”，可以顺利进行水下导航、通讯、侦察敌舰、清扫敌布水雷等工作；用压电陶瓷做成的压电引信，可以精确引燃引爆破甲弹等杀伤性武器；再如压电陶瓷制作的压电陀螺，是航空航天不可或缺的“舵手”等等。压电产品市场规模压电陶瓷作为重要的功能材料在电子材料领域占据相当大的比重。近几年来，压电陶瓷在全球每年销售量按15%左右的速度增长，据资料统计，2000年全球压电陶瓷产品销售额约达30亿美元以上。工 艺 流 程 图 如 下：配料-混合磨细-预烧-二次磨细-造粒-成型-排塑-烧结成瓷-外形加工-被电极-高压极化-老化测试。 一、配料：进行料前处理，除杂去潮，然后按配方比例称量各种原材料，注意少量的添加剂要放在大料的中间。 二、混合磨细:目的是将各种原料混匀磨细,为预烧进行完全的固相反应准备条件.一般采取干磨或湿磨的方法。小批量可采取干磨，大批量可采取搅拌球磨或气流粉碎的方法，效率较高。 三、预 烧：目的是在高温下,各原料进行固相反应,合成压电陶瓷.此道工序很重要。会直接影响烧结条件及最终产品的性能。 四、二次细磨:目的是将预烧过的压电陶瓷粉末再细振混匀磨细,为成瓷均匀性能一致打好基础。 五、造粒:目的是使粉料形成高密度的流动性好的颗粒。方法可以手工进行但效率较低，目前高效的方法是采用喷雾造粒。此过程要加入粘合剂。 六、成型：目的是将制好粒的料压结成所要求的预制尺寸的毛坯。 七、排塑：目的是将制粒时加入的粘合剂从毛坯中除掉。 八、烧结成瓷：将毛坯在高温下密封烧结成瓷。此环节相当重要。 九、外形加工:将烧好的制品磨加工到所需要的成品尺寸。 十、被电极：在要求的陶瓷表面设置上导电电极。一般方法有银层烧渗、化学沉积和真空镀膜。 十一、高压极化：使陶瓷内部电畴定向排列，从而使陶瓷具有压电性能。 十二、老化测试：陶瓷性能稳定后检测各项指标，看是否达到了预期的性能要求。应用举例：超声波换能器 适用于用于超声波焊接设备以及超声波清洗设备，主要采用大功率发射型压电陶瓷制作，超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的装置，超声波换能器作为能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而它自身消耗很少的一部分功率。谐振器石英晶体谐振器又称为石英晶体,俗称晶振.是利用石英晶体的压电效应而制成的谐振元件.与半导体器件和阻容元件一起使用,便可构成石英晶体振荡器.石英晶体谐振器产品型号谐振器一般分为插件(Dip)和贴片(SMD)插件中又分为HC-49U、HC-49S、HC-49SS、音叉型(柱状晶振)。HC-49U一般称49U，有些采购俗称高型，而HC-49S一般称49S，俗称矮型，HC-49SS一般称49SS，俗称(超矮型，通常是2.5mm封装高度)，音叉型按照体积分可以分为3*9、3*8、2*6、1*5、1*4等等。贴片型是按大小和脚位来分类。例如7*5(0705)、6*3.5(0603)、5*3.2(5032)等等。脚位有4pin和2pin之分。而振荡器也可以分为插件和贴片。插件可以按大小和脚位来分。例如所谓全尺寸的，又称长方形或者14pin，半尺寸的又称正方形或者8pin。不过要注意的是，这里的14pin和8pin都是指振荡器内部核心IC的脚位数。振荡器本身是4pin。而从不同的应用层面来分，又可分为OSC(普通钟振)、TCXO(温补钟振)、VCXO(压控钟振)、OCXO(恒温钟振)等等位移执行器电致伸缩是在压电晶体极化方向上施加电场作用使其产生可控机械变形的现象，这种现象又叫做逆压电效应。压电陶瓷微位移执行器(piezoelectric ceramics microdisplacement actuator)是利用压电陶瓷材料的逆压效应制成的驱动器，它具有控制精度