积层陶瓷电容器简介制造工艺及开发ppt课件

1、docin/sundae_meng 1docin/sundae_meng 2一一. MLCC 产产 品品 简简 介介二二. MLCC 制制 造造 简简 介介三三. MLCC 产产 品品 开开 发发docin/sundae_meng 3一一. MLCC 产产 品品 简简 介介docin/sundae_meng 41) MLCC - Multi-Layer Ceramic Capacitor 多多 层层 陶瓷陶瓷 电容器电容器2) 电容器根本原理电容器根本原理:C (电容量电容量) = 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

2、 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)AD0docin/sundae_meng 5外电极陶瓷本体内电极陶瓷本体陶瓷本体: 介电陶瓷资料介电陶瓷资料 (以以 钛酸钡钛酸钡, 氧化钛氧化钛等等 为主为主)内电极内电极 : 以以 银银/钯钯 合金合金 或或 镍镍 为主为主 (配合陶瓷资料配合陶瓷资料)外电极外电极 : 以银以银 或或 铜为主铜为主 (最外电镀最外电镀 镍镍/锡锡 以利以利SMT 焊接焊接) 银/钯合金 或 镍 (内电极) 银或铜 (外电极)陶瓷本体镍锡docin/sunda

3、e_meng 6MLCC 产品分类产品分类 (规格规格):1)温度特性分类温度特性分类 : 电容值随温度变化情形电容值随温度变化情形,可分为可分为 COG(NPO), X7R, Z5U, Y5V 等等2)依产品尺寸大小依产品尺寸大小 : 0402 ; 0603 ; 0805 ; 1206 等等3)依电容量区分依电容量区分: 如如 10 PF, 100P, 1nF, 1 F, 10 F 等等4)依任务电压分依任务电压分: 如如 10V, 16V, 25V, 50V, 100V, 200V, 500V, 1KV, 2KV, 3KV5)依容值允差依容值允差 :如如 1% 5% (J值值) 10%(K

4、值值) 20% (M值值) -20% +80% (Z值值)是故, 完好 MLCC 产品描画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 之任务电压docin/sundae_meng 7以温度特性以温度特性 (TCC)分类分类 : 电容值随温度之变化情形电容值随温度之变化情形, 以以EIA 为规范为规范1) Class 1 :温度补偿型温度补偿型 最常用为最常用为 COG (NPO) 系列系列COG 为为EIA规范规范 其意义为其意义为: 从从 -55C 到到 125C 其电

5、容值变化其电容值变化 (以以25C 之电容之电容 值为基准值为基准) 为为 +/- 30 ppm/c NPO : 为 COG 普通常用之称乎, 其意义为 N 表 负(negative), P表 正(positive) O 表 零 ; 表示此电容器在运用温度范围中, 其电容变化量很小几乎 为零docin/sundae_meng 82) Class 2 系列系列 : 高介电常数型高介电常数型最常用规格为最常用规格为 : X7R, Z5U, Y5V 其三个字母之意义其三个字母之意义, 依依EIA规定如下规定如下符號溫度符號溫度符號變化率(%)X-55245A +/- 1Y-30465B +/- 1.

6、5Z10585C +/- 2.26105D +/- 3.37125E +/- 4.7F +/- 7.5P +/- 10R +/- 15 S +/- 22T +22 -33U +22 -56V +22 -82最低溫度界限 (C) 最高溫度界限(C)電容值變化 (%)X7R : 从-55C (X) 到 125 C(7)其容量变化(以25C 为基准)必需 15%(R) 以内Y5V : 从-30C (Y) 到 85 C(5)其容量变化(以25C 为基准)必需 +22 到 -82%(V)以内docin/sundae_meng 9尺寸系列尺寸系列: 以产品之长宽定义之以产品之长宽定义之, 如如 0402-

7、 长长 : 0.04 inches, 宽宽: 0.02inches 其定义分为其定义分为 - 英制及公制英制及公制 如下表如下表英制公制長寬040210050.04英寸 (1.0mm) 0.02英寸 (0.5mm)060316080.06英寸 (1.6mm) 0.03英寸 (0.8mm)080520120.08英寸 (2.0mm) 0.05英寸 (1.2mm)120632160.12英寸 (3.2mm) 0.06英寸 (1.6mm)121032250.12英寸 (3.2mm) 0.10英寸 (2.5mm)181245320.18英寸 (4.5mm) 0.12英寸 (3.2mm)22205750

8、0.22英寸 (5.7mm) 0.20英寸 (5.0mm)標示尺寸厚度 : 0402 及 0603 之厚度和宽度一样 其他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docin/sundae_meng 10一一. 产品之容值范围产品之容值范围: (NPO, X7R, Y5V)NPO: 0.47pF - 10nF; X7R: 100pF - 4.7 F; Y5V: 2.2nF - 47 F 以上之容值以上之容值, 依产品之尺寸大小而异依产品之尺寸大小而异二二. 容值分类方式容值分类方式 : ( A* 10n PF, A 之值依之值依 E3, E6, E12系列系列, n依

9、电容值大小依电容值大小)E3 系列系列 : A = 1.0, 2.2, 4.7, E6 系列系列 : A = 1.0, 1.5, 2.2, 3.3, 4.7, 6.8E12 系列系列 : 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 普通而言普通而言, Y5V容值容值 以以E3为主为主, X7R以以E6为主为主, NPO 以以 E12 为主为主1)以实践容值表之以实践容值表之: 如如 10pF, 10nF, 10F2)以代号表之以代号表之: 如如 102, 103, 104, 105, 223, 224, 474

10、. 等等 104 = 10 * 104 pF = 100nF, 473 = 47 * 103 pF = 47 nF 以此类推以此类推docin/sundae_meng 11普通而言普通而言, MLCC 之任务电压之任务电压 (Rated Voltage) 分为分为:1) 普通产品之任务电压普通产品之任务电压 : 10V, 16V, 25V, 50V, 各种类之产品各种类之产品X7R, Y5V : 10V, 16V, 25V, 50V 均有均有NPO : 50V, 25V 之产品之产品, 但以但以50V为大宗为大宗, 2) 高压产品高压产品: 任务电压大于任务电压大于 500V以上以上, 以以

11、NPO 及及 X7R 之产品为主之产品为主 同一系列之产品, 其任务电压越高那么其介电层厚度须越厚, 相对上其电容值较低EX: Y5V/0603/100nF产品 其任务电压可达25v(堆栈层数:约20 层, 介电层厚:12 m)Y5V/0603/1F产品 其任务电压只需10v(堆栈层数: 约76层, 介电层厚:7 m) docin/sundae_meng 12允差范围允差范围 (Tolerance), 指电容值之范围指电容值之范围根本表示根本表示 : B : 0.1 pF , C : 0.25 pF, D : 0.5 pF, F : 1% G : 2% J : 5% , K : 10%, M

12、: 20%, Z : -20%/+80% NPO 之允差有之允差有 B,C,D,F,G,J,K 由于由于NPO之容值较小之容值较小, 故其故其 普通产品之允差普通产品之允差因容值大小而不同因容值大小而不同, 根本分别为根本分别为: C10P 以以 J 为主为主, 而而G及及K 亦有亦有, C10PF以以C及及D 为主为主 X7R 以以 K 为主为主, M亦有亦有Y5V 以以 Z 为主为主, M亦有亦有一切允差依客户要求而定一切允差依客户要求而定, 其允差范围可由测试机挑选其允差范围可由测试机挑选, 不过根本原那么如上不过根本原那么如上当然其范围越宽当然其范围越宽, 那么产品之收成率越高那么产品

13、之收成率越高docin/sundae_meng 131) 质量系数质量系数 (Q 值值) 表示表示 : DF 或或 Tan DF 或或 Tan 以以 % 表之表之, 而而 Q = 1/DF=1/ Tan 普通而言普通而言, DF 值会随产品种类而异值会随产品种类而异:NPO 0.1% X7R 2.5 - 5% Y5V 100G X7R : R*C 1000 M- F Y5V : R*C 500 M- FR*C : R (绝缘电阻值绝缘电阻值M ) * C (电容量电容量 F) 之乘积之乘积 EX: X7R /100nF 产品之产品之 IR( 1000 M- F / 0.1 F) = 104 M

14、所示之值, 其实践值以各厂商而异, 不过其值不会太大的差别docin/sundae_meng 143) 耐压值耐压值 : 为耐较高电压之承度为耐较高电压之承度普通之值为普通之值为 : 2.5 倍之任务电压倍之任务电压4) 老化率老化率 (Ageing Ratio) : 为电容量随时间变小之程度为电容量随时间变小之程度 , 其值表为其值表为 % (per time decade (hr), 即每一即每一 decade, 电容量衰减程度电容量衰减程度 NPO = 0 % , X7R = 1% - 3% , Y5V = 3% - 7% 依不同容值而异依不同容值而异, per time decade

15、(hr) : 1-10 小时小时, 10-100 hr, 100-1000hr , 各为一个各为一个 decade5) 量测频率量测频率 : MLCC 普通量测频率如下普通量测频率如下NPO 1nF 那么那么 1 KHzX7R 及及Y5V 通常为通常为 1KHz docin/sundae_meng 15除上所示之特性外, 在客户运用上, 有时会思索以下之特性: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) DC Bias : 电容值及DF 值 在直流电 (不同之伏特数) 下之变化XCXL 频率共振频

16、率MLCC频率特性等效电路图ESLESRCdocin/sundae_meng 16種類溫度特性電容值品質特性(DF 值)NPO + -+X7R + + +Y5V - + -+ 最正确, + 次之, - 最差温度特性及DF值由于介电陶瓷资料之不同而异电容值之差别主要由于陶瓷资料之介电常数 (K)不同NPO 之K = 30-100X7R 之K = 2400 - 4000Y5V 之K = 12000 - 20000电容器根本原理:C (电容量) = k ( ) n ADdocin/sundae_meng 17MLCC 所须可靠度测试工程为所须可靠度测试工程为, 根据根据 EIA 之规定之规定: 項目

17、名稱項目名稱1溫度特性 (temperature characteristics)7耐久測試 (endurance)2耐電壓 (Voltage proof)8耐濕測試(damp heat)3彎曲測試 (Bending)9端電極拉力測試4熱沖擊 (RSH)5焊錫性測試 (Solderability)6溫度循環 (temperature cycle)详细内容参阅产品目录普通而言, 上述测试为根本测试, 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) steam testing : 为焊焬性之加速老化测试 docin/sundae_meng 18

18、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 docin/sundae_meng 19二二. MLCC 制制 造造 简简 介介docin/sundae_meng 201) 陶瓷本体陶瓷本体: 介电陶瓷资料介电陶瓷资料 (以以 钛酸钡钛酸钡, 氧化钛氧化钛,钛酸镁钛酸镁, 钛酸锶钛酸锶等等 为主为主) - 依依 产品种类产品种类(NPO, X7R, Y5V), 烧结温度烧结温度, 烧结气氛

19、烧结气氛 2) 内内,外电极外电极 : Ag, Pd, Ni, Cu - 依烧结温度及烧结气氛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 + + + +-+-+-金屬熔點(C)密度體積電阻率耐氧化成本銀96110.51.62+低鈀18251210.8+高鎳14538.97.2-低銅10838.961.72-低銀/鈀(70/30) 115025+中(10-6 )docin/sundae_meng 21一一. 厚膜积层技术厚膜积层技术 : - 生胚成形生胚成形 : 带状生胚带状生胚 - -厚度厚度: 5m - 25 m- 电极印刷电极印刷 : 导电电

20、极印刷导电电极印刷, 依尺寸依尺寸 - 迭层技术迭层技术 : 4 - 250 层层- 切割技术切割技术 : Knife cutting, Laser cutting, Sawing 二二. 陶瓷共烧技术陶瓷共烧技术:- 陶瓷及金属电极资料陶瓷及金属电极资料 : 资料匹配资料匹配- 本体烧结技术本体烧结技术 : 温度温度 (950 - 1300 C)及气氛控制及气氛控制 (空气空气, 氮氮/氢氢 混合气混合气)- 端电极技术端电极技术 : 高温烧附高温烧附(750 -900 C) 及气氛控制及气氛控制 (铜电极铜电极) 电镀技术电镀技术 (镀镍镀镍, 锡锡/铅铅), 纯锡电镀纯锡电镀docin/

21、sundae_meng 22堆栈堆栈烧结烧结印刷印刷调浆调浆瓷膜成型瓷膜成型电极胶电极胶均压均压切割切割去胶去胶倒角倒角沾银沾银测试测试包装包装电镀电镀烧附烧附docin/sundae_meng 23NME (Noble Metal Electrode)目前MLCC 之制造方式分为 : BME 及NME 二种技术 其比较如下 : BME (Base Metal Electrode)Pd/AgAgNiCu材材 料料制制 程程产产 品品金属资料 : 银 / 钯本钱 : 高金属资料 : 镍 / 铜本钱 : 低热制程 : 空 气本钱 : 低热制程 : 氮/氢 , 复原气氛本钱 : 高低容, 高压 产品NPO, X7R高容 产品Y5V, X7R, Z5Udocin/sundae_meng 24三三. MLCC 产产 品品 开开 发发docin/sundae_meng 25Development And GrowthPhase IIIFull range supplyIn on