【培训教材】积层陶瓷电容器简介制造工艺及开发-课件

docin/sundae_meng1积层陶瓷电容器简介(MLCCIntroduction)docin/sundae_meng1积层陶瓷docin/sundae_meng2内容一.MLCC产品简介二.MLCC制造简介三.MLCC产品开发docin/sundae_meng2内docin/sundae_meng3一.MLCC产品简介docin/sundae_meng3一.MLCCdocin/sundae_meng4MLCC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)=εk()×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µF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)ｎ:层数

(堆栈层数)

AD0docin/sundae_meng4MLCC产docin/sundae_meng5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docin/sundae_meng5产品剖面图外电极docin/sundae_meng6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,1µF,10µF

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docin/sundae_meng6产品种类(规格)docin/sundae_meng7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docin/sundae_meng7产品种类介绍:温docin/sundae_meng8产品种类介绍:温度特性分类-X7R,Z5U,Y5V2)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docin/sundae_meng8产品种类介绍:温docin/sundae_meng9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docin/sundae_meng9产品种类介绍-docin/sundae_meng10一.产品之容值范围:(NPO,X7R,Y5V)NPO:0.47pF-10nF;X7R:100pF-4.7µF;Y5V:2.2nF-47µF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,10µF2)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docin/sundae_meng10一.产品之容docin/sundae_meng11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:12µm)Y5V/0603/1µF产品其工作电压只有10v(堆栈层数:约76层,介电层厚:7µm)docin/sundae_meng11产品种类介绍docin/sundae_meng12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:C>10P

以J

为主,而G及K亦有,C<10PF以C及D

为主X7R

以

K

为主,M亦有Y5V

以Z

为主,M亦有所有允差依客户要求而定,其允差范围可由测试机筛选,不过基本原则如上当然其范围越宽,则产品之收成率越高docin/sundae_meng12产品种类介绍docin/sundae_meng13产品介绍-电气特性介绍1)品质系数(Q值)表示:DF或TanδDF或Tanδ以%表之,而Q=1/DF=1/Tanδ一般而言,DF值会随产品种类而异:NPO<0.1%X7R<2.5-5%Y5V<5-12.5%

依其容值大小而异2)绝缘电阻值(IR):通常以MΩ(106Ω)和GΩ(109Ω)表之MLCC之IR要求:NPO>100GΩ

X7R:R*C>1000MΩ-µFY5V:R*C>500MΩ-µFR*C:R(绝缘电阻值MΩ)*C(电容量µF)之乘积EX:X7R/100nF产品之IR>(1000MΩ-µF/0.1µF)=104MΩ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docin/sundae_meng13产品介绍-docin/sundae_meng14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NPO<1nF

则1MHz,NPO>1nF

则1KHzX7R

及Y5V

通常为1KHzdocin/sundae_meng14产品介绍-电docin/sundae_meng15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XCXL频率共振频率ΩMLCC频率特性等效电路图ESLESRCdocin/sundae_meng15产品介绍-docin/sundae_meng16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)=εk()×nADdocin/sundae_meng16产品种类NPdocin/sundae_meng17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/7×Vr/2hr)

steamtesting:为焊焬性之加速老化测试docin/sundae_meng17产品可靠度测试docin/sundae_meng18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

docin/sundae_meng18产品出货检验1docin/sundae_meng19二.MLCC制造简介docin/sundae_meng19二.MLCCdocin/sundae_meng20MLCC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–+–+–+–+-++++---+++---(×10-6Ω.cm)docin/sundae_meng20MLCC主要docin/sundae_meng21MLCC制造方法一.厚膜积层技术:-生胚成形:带状生胚--厚度:5µm-25µm-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docin/sundae_meng21MLCC制造方docin/sundae_meng22堆栈烧结印刷调浆瓷膜成型电极胶均压切割去胶倒角沾银测试包装电镀烧附MLCC制造流程图解docin/sundae_meng22堆栈烧结印刷调docin/sundae_meng23MLCC-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/AgAgNiCu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,Z5Udocin/sundae_meng23MLCC-docin/sundae_meng24三.MLCC产品开发docin/sundae_meng24三.MLCCdocin/sundae_meng25Task2000FoundationDevelopmentAndGrowthPhaseIIIFullrangesupplyInonetime2019SetupYear2019MarketGrowth2019FullRangeTechnologyInstallationMLCCPlanningAndExecutionPhase0ProductionScaleTechnologyinstallProductionScaleCompostar(华亚)HJC(华容)Technologyinstall华容--MLCC产品开发时程PhaseⅠPhaseⅡMLCCWithBME<50layersMLCCwithBME50<layer<150BMEMLCC15E/MPd/AgMLCC1E/MBMEMLCC4E/MBMEMLCC8E/MBMEMLCC10E/MBMEMLCC20E/MBMEMLCC25E/MTech.SetupNMEMLCC4E/MNME/MLCC0.5E/MNMEMLCC2E/MTech.SetupNormalNPOLowfiringHighFrequencyNPOSmallsize0402HighVoltageSpecialDesignforCustomerRequirementsC-array,lowinductanceMLCCwithBME>150Layerdocin/sundae_meng25Task200docin/sundae_meng26MLCCofHJC--核心技术MLCC技术材料技术制程技术机器设备陶瓷材料:研究机构及供货商之合作开发内,外电极:内,外电极胶之配方--自给自足相关经验之技术团队高精密之生产机具:采日本一流大厂相同生产机具docin/sundae_meng26MLCCofdocin/sundae_meng27

MLCCDevelopmentHighCapacitance104226MinSize1206->0402HighVoltage500V,1KV,2KV,3KVHighFrequencyMHZ,GHZ产品开发导向docin/sundae_meng27docin/sundae_meng28

1.量产能力:

Compostar(华亚电子)

-X7R,Y5V--BMEprocess

HJC(华容)

-NPO/Special--NMEprocess(低温烧结技术)2.技术能力:

BME

量产技术(Y5V,X7R)

高层产品

-250layerswith5umfoil

低温烧结

-Below950CwithAg/Pd=95/05(NPO)

尺寸大小

-1206-0402

高压产品

-500V,1KV...MLCC之产品能力3.DesignforCustomerdocin/sundae_meng281.docin/sundae_meng29积层陶瓷电容器简介(MLCCIntroduction)docin/sundae_meng1积层陶瓷docin/sundae_meng30内容一.MLCC产品简介二.MLCC制造简介三.MLCC产品开发docin/sundae_meng2内docin/sundae_meng31一.MLCC产品简介docin/sundae_meng3一.MLCCdocin/sundae_meng32MLCC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)=εk()×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µF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)ｎ:层数

(堆栈层数)

AD0docin/sundae_meng4MLCC产docin/sundae_meng33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docin/sundae_meng5产品剖面图外电极docin/sundae_meng34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,1µF,10µF

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docin/sundae_meng6产品种类(规格)docin/sundae_meng35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docin/sundae_meng7产品种类介绍:温docin/sundae_meng36产品种类介绍:温度特性分类-X7R,Z5U,Y5V2)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docin/sundae_meng8产品种类介绍:温docin/sundae_meng37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docin/sundae_meng9产品种类介绍-docin/sundae_meng38一.产品之容值范围:(NPO,X7R,Y5V)NPO:0.47pF-10nF;X7R:100pF-4.7µF;Y5V:2.2nF-47µF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,10µF2)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docin/sundae_meng10一.产品之容docin/sundae_meng39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:12µm)Y5V/0603/1µF产品其工作电压只有10v(堆栈层数:约76层,介电层厚:7µm)docin/sundae_meng11产品种类介绍docin/sundae_meng40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:C>10P

以J

为主,而G及K亦有,C<10PF以C及D

为主X7R

以

K

为主,M亦有Y5V

以Z

为主,M亦有所有允差依客户要求而定,其允差范围可由测试机筛选,不过基本原则如上当然其范围越宽,则产品之收成率越高docin/sundae_meng12产品种类介绍docin/sundae_meng41产品介绍-电气特性介绍1)品质系数(Q值)表示:DF或TanδDF或Tanδ以%表之,而Q=1/DF=1/Tanδ一般而言,DF值会随产品种类而异:NPO<0.1%X7R<2.5-5%Y5V<5-12.5%

依其容值大小而异2)绝缘电阻值(IR):通常以MΩ(106Ω)和GΩ(109Ω)表之MLCC之IR要求:NPO>100GΩ

X7R:R*C>1000MΩ-µFY5V:R*C>500MΩ-µFR*C:R(绝缘电阻值MΩ)*C(电容量µF)之乘积EX:X7R/100nF产品之IR>(1000MΩ-µF/0.1µF)=104MΩ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docin/sundae_meng13产品介绍-docin/sundae_meng42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NPO<1nF

则1MHz,NPO>1nF

则1KHzX7R

及Y5V

通常为1KHzdocin/sundae_meng14产品介绍-电docin/sundae_meng43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XCXL频率共振频率ΩMLCC频率特性等效电路图ESLESRCdocin/sundae_meng15产品介绍-docin/sundae_meng44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)=εk()×nADdocin/sundae_meng16产品种类NPdocin/sundae_meng45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/7×Vr/2hr)

steamtesting:为焊焬性之加速老化测试docin/sundae_meng17产品可靠度测试docin/sundae_meng46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

docin/sundae_meng18产品出货检验1docin/sundae_meng47二.MLCC制造简介docin/sundae_meng19二.MLCCdocin/sundae_meng48MLCC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–+–+–+–+-++++---+++---(×10-6Ω.cm)docin/sundae_meng20MLCC主要docin/sundae_meng49MLCC制造方法一.厚膜积层技术:-生胚成形:带状生胚--厚度:5µm-25µm-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docin/sundae_meng21MLCC制造方docin/sundae_meng50堆栈烧结印刷调浆瓷膜成型电极胶均压切割去胶倒角沾银测试包装电镀烧附MLCC制造流程图解docin/sundae_meng22堆栈烧结印刷调docin/sundae_meng51MLCC-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/AgAgNiCu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