积层陶瓷电容器简介制造工艺及开发

,1,积层陶瓷电容器简介(MLCCIntroduction),2,内容,一.MLCC产品简介二.MLCC制造简介三.MLCC产品开发,3,一.MLCC产品简介,4,MLCC产品简介,1)MLCC-Multi-LayerCeramicCapacitor多层陶瓷电容器,2)电容器基本原理:C(电容量)=k()n,内电极,介电层,C:电容量以F(法拉)为单位,而MLCC之电容值以PF,nF,和F为主K:介电常数(依陶瓷种类而不同)A:导电面积(产品大小及印刷面积而不同)D:介电层厚度(薄带厚度):层数(堆栈层数),A,D,0,5,产品剖面图,外电极,陶瓷本体,内电极,陶瓷本体:介电陶瓷材料(以钛酸钡,氧化钛等为主)内电极:以银/钯合金或镍为主(配合陶瓷材料)外电极:以银或铜为主(最外电镀镍/锡以利SMT焊接),银/钯合金或镍(内电极),银或铜(外电极),陶瓷本体,镍,锡,6,产品种类(规格)介绍,MLCC产品分类(规格):1)温度特性分类:电容值随温度变化情形,可分为COG(NPO),X7R,Z5U,Y5V等2)依产品尺寸大小:0402;0603;0805;1206等3)依电容量区分:如10PF,100P,1nF,1F,10F等4)依工作电压分:如10V,16V,25V,50V,100V,200V,500V,1KV,2KV,3KV5)依容值允差:如1%5%(J值)10%(K值)20%(M值)-20%+80%(Z值),是故,完整MLCC产品描述须至少包括以上全部:如:NPO/0603/100PF/J/50V-此产品为:NPO材质,0603大小,100PF容值容值允差为5%,50V之工作电压,7,产品种类介绍:温度特性分类-COG,以温度特性(TCC)分类:电容值随温度之变化情形,以EIA为规范1)Class1:温度补偿型最常用为COG(NPO)系列COG为EIA标准其意义为:从-55C到125C其电容值变化(以25C之电容值为基准)为+/-30ppm/c,NPO:为COG一般常用之称乎,其意义为N表负(negative),P表正(positive)O表零;表示此电容器在使用温度范围中,其电容变化量很小几乎为零,8,产品种类介绍:温度特性分类-X7R,Z5U,Y5V,2)Class2系列:高介电常数型最常用规格为:X7R,Z5U,Y5V其三个字母之意义,依EIA规定如下,X7R:从-55C(X)到125C(7)其容量变化(以25C为基准)必须15%(R)以内,Y5V:从-30C(Y)到85C(5)其容量变化(以25C为基准)必须+22到-82%(V)以内,9,产品种类介绍-依尺寸大小,尺寸系列:以产品之长宽定义之,如0402-长:0.04inches,宽:0.02inches其定义分为-英制及公制如下表,厚度:0402及0603之厚度和宽度一样其余产品依产品容值不同而不同,容值高厚度高,但最大以宽度为基准,长,宽,厚,10,一.产品之容值范围:(NPO,X7R,Y5V)NPO:0.47pF-10nF;X7R:100pF-4.7F;Y5V:2.2nF-47F以上之容值,依产品之尺寸大小而异二.容值分类方式:(A*10nPF,A之值依E3,E6,E12系列,n依电容值大小)E3系列:A=1.0,2.2,4.7,E6系列:A=1.0,1.5,2.2,3.3,4.7,6.8E12系列:A=1.0,1.2,1.5,1.8,2.2,2.7,3.3,3.9,4.7,5.6,6.8,8.2一般而言,Y5V容值以E3为主,X7R以E6为主,NPO以E12为主1)以实际容值表之:如10pF,10nF,10F2)以代号表之:如102,103,104,105,223,224,474.等104=10*104pF=100nF,473=47*103pF=47nF以此类推,产品种类介绍-依电容量区分,11,产品种类介绍-依工作电压区分,一般而言,MLCC之工作电压(RatedVoltage)分为:1)一般产品之工作电压:10V,16V,25V,50V,各种类之产品X7R,Y5V:10V,16V,25V,50V均有NPO:50V,25V之产品,但以50V为大宗,2)高压产品:工作电压大于500V以上,以NPO及X7R之产品为主,同一系列之产品,其工作电压越高则其介电层厚度须越厚,相对上其电容值较低EX:Y5V/0603/100nF产品其工作电压可达25v(堆栈层数:约20层,介电层厚:12m)Y5V/0603/1F产品其工作电压只有10v(堆栈层数:约76层,介电层厚:7m),12,产品种类介绍-允差范围,允差范围(Tolerance),指电容值之范围基本表示:B:0.1pF,C:0.25pF,D:0.5pF,F:1%G:2%J:5%,K:10%,M:20%,Z:-20%/+80%NPO之允差有B,C,D,F,G,J,K由于NPO之容值较小,故其一般产品之允差因容值大小而不同,基本分别为:C10P以J为主,而G及K亦有,C1000M-FY5V:R*C500M-FR*C:R(绝缘电阻值M)*C(电容量F)之乘积EX:X7R/100nF产品之IR(1000M-F/0.1F)=104M,所示之值,其实际值以各厂商而异,不过其值不会太大的差异,14,产品介绍-电气特性介绍,3)耐压值:为耐较高电压之承度一般之值为:2.5倍之工作电压4)老化率(AgeingRatio):为电容量随时间变小之程度,其值表为%(pertimedecade(hr),即每一decade,电容量衰减程度NPO=0%,X7R=1%-3%,Y5V=3%-7%依不同容值而异,pertimedecade(hr):1-10小时,10-100hr,100-1000hr,各为一个decade5)量测频率:MLCC一般量测频率如下NPO1nF则1KHzX7R及Y5V通常为1KHz,15,产品介绍-其它电气特性介绍,除上所示之特性外,在客户使用上,有时会考虑以下之特性:1)频率特性:各产品之共振频率,不同频率下之电容值变化,DF值变化2)ESR,ESL:等效串联电阻值及等效串联电感值3)DCBias:电容值及DF值在直流电(不同之伏特数)下之变化,XC,XL,频率,共振频率,MLCC频率特性,等效电路图,ESL,ESR,C,16,产品种类NPO,X7R,Y5V基本之比较,+最佳,+次之,-最差,温度特性及DF值由于介电陶瓷材料之不同而异电容值之差异主要由于陶瓷材料之介电常数(K)不同NPO之K=30-100X7R之K=2400-4000Y5V之K=12000-20000,电容器基本原理:C(电容量)=k()n,A,D,17,产品可靠度测试,MLCC所须可靠度测试项目为,根据EIA之规定:,详细内容参阅产品目录一般而言,上述测试为基本测试,各厂会依其特性加作某些测试如:HALT:产品之加速老性测试(150C/7Vr/2hr)steamtesting:为焊焬性之加速老化测试,18,产品出货检验,1)尺寸:产品尺寸大小2)电性:电容值,DF,绝缘电阻(IR),耐压测试,破坏电压3)剖面:孔洞,离裂,端电极4)焊锡性:5)外观:崩角,崩破,端电极刮伤6)加速老化性测试:150C/7*Vr/2hr,19,二.MLCC制造简介,20,MLCC主要材料简介,1)陶瓷本体:介电陶瓷材料(以钛酸钡,氧化钛,钛酸镁,钛酸锶等为主)-依产品种类(NPO,X7R,Y5V),烧结温度,烧结气氛,2)内,外电极:Ag,Pd,Ni,Cu-依烧结温度及烧结气氛,介电性-因极化而成-感应极化,-自发性极化,-,+,+,+,+,-,-,-,+,+,+,-,-,-,(10-6.cm),21,MLCC制造方法,一.厚膜积层技术:-生胚成形:带状生胚-厚度:5m-25m-电极印刷:导电电极印刷,依尺寸-迭层技术:4-250层-切割技术:Knifecutting,Lasercutting,Sawing二.陶瓷共烧技术:-陶瓷及金属电极材料:材料匹配-本体烧结技术:温度(950-1300C)及气氛控制(空气,氮/氢混合气)-端电极技术:高温烧附(750-900C)及气氛控制(铜电极)电镀技术(镀镍,锡/铅),纯锡电镀,22,MLCC制造流程图解,23,MLCC-BME及NME之制程技术,NME(NobleMetalElectrode),目前MLCC之制造方式分为:BME及NME二种技术其比较如下:,BME(BaseMetalElectrode),Pd/Ag,Ag,Ni,Cu,材料,制程,产品,金属材料:银/钯成本:高,金属材料:镍/铜成本:低,热制程:空气成本:低,热制程:氮/氢,还原气氛成本:高,低容,高压产品NPO,X7R,高容产品Y5V,X7R,Z5U,24,三.MLCC产品开发,25,Task,DevelopmentAndGrowth,PhaseIII,FullrangesupplyInonetime,TechnologyInstallation,MLCCPlanningAndExecution,Phase0,ProductionScale,Technologyinstall,ProductionScale,Compostar(华亚),HJC(华容),Technologyinstall,华容-MLCC产品开发时程,Phase,Phase,MLCCWithBME50layers,MLCCwithBME500402,HighVoltage,500V,1KV,2KV,3KV,HighFrequency,MHZ,GHZ,产品开发导向,28,1.量产能力:Compo