一文了解多層瓷介電容器（MLCC）

多層瓷介電容器（Multilayers Ceramic Capacitor,簡稱MLCC）是一個多層疊合的結(jié)構(gòu)，是由多個簡單平行板電容器組合而成的并聯(lián)體，其結(jié)構(gòu)包括三大組成部分：陶瓷介質(zhì)（瓷體），金屬內(nèi)電極，金屬端電極。

按其使用金屬電極材料，分為貴金屬電極（如：銀、鈀銀、金等）MLCC即Precious Metal Electrode（簡稱PME MLCC）和賤金屬電極（如銅、鎳等）MLCC即Base Metal Electrode（簡稱BME MLCC）。二者主要差異列于表1中。

表 1 BME和PME電容器的比較

根據(jù)產(chǎn)品特點PME長期應用在高可靠領(lǐng)域，隨著技術(shù)的發(fā)展，NASA、ESCC等對BME的可靠性等問題，進行了廣泛的研究，2012年12月，歐空局把AVX Limited的BME電容器產(chǎn)品列入EPPL目錄中。

2015年4月，歐空局把AVX Limited的BME電容器產(chǎn)品列入QPL目錄中。同時，ESCC首次正式發(fā)布了BME電容器的詳細規(guī)范ESCC 3009/041。

同年9月，美國先后頒布了用于空間的BME電容器框架規(guī)范NASA GSFC S-311-P-838，和MIL-PRF-32535。

端電極起到連接瓷體多層內(nèi)電極與焊接或裝聯(lián)方式不同，按其端電極材料，一般包括以下幾種形式：?

A、鈀銀端電極：采用鈀銀合金（Pd含量通常小于20%），一般應用在厚膜電路、陶瓷基板上。厚膜電路導帶通常為鈀銀漿料在陶瓷基板上燒結(jié)而成，采用錫鉛焊接往往會導致“蝕銀”現(xiàn)象，不推薦鉛錫焊接，因此厚膜電路選用鈀銀端電極電容器通常采用導電膠粘接方式安裝，必要時采用加固處理，見粘接圖。

B、金端電極：適用于粘接或金絲鍵合工藝。

C、錫鉛/純錫端電極：常用的三層端電極結(jié)構(gòu)主要有Ag（Cu）-Ni-Sn和Ag(Cu)-Ni-SnPb。底層是封端工序涂覆（銅、銀金屬）；阻擋層鎳層和外層焊接層為錫層（或錫鉛）是通過電鍍而成。Sn符合國家環(huán)保（Rohs規(guī)定）要求，但高可靠應用時通常選用PbSn以防止錫晶須生長問題：純錫是非常活潑的金屬，經(jīng)過一段時間在其上會生長出許多柱狀錫晶須，錫晶須會造成絕緣電阻下降、電氣短路、尖端放電，或短路擊穿等質(zhì)量問題見下圖。

（錫晶須? 圖片來源:賽寶中心）

D、柔性端電極：通常為四層結(jié)構(gòu)，相對于傳統(tǒng)MLCC的端電極，增加了額外的一層韌性電極層，即Ag/Cu-柔性層-Ni-Sn（SnPb）。由于柔性層材料為高分子聚合物，可有效緩沖多層瓷介電容器安裝過程中機械應力和熱沖擊應力的作用，減小裂紋產(chǎn)生幾率。但因該有機材料的抗熱應力和老化特性，目前在航空、航天等高可靠和長壽命領(lǐng)域尚無應用經(jīng)歷，主要應用在汽車電子、電源線路、TFT-LCD逆變器民用領(lǐng)域。

柔性端電極MLCC結(jié)構(gòu)

根據(jù)MLCC制造原理和高可靠、長壽命的要求，針對各工序工藝要素對加工質(zhì)量及成品最終質(zhì)量項目相關(guān)程度的分析，將MLCC制造工序分為關(guān)鍵工序和特殊工序。

MLCC的制造按印疊方式不同分為干法和濕法兩種工藝，絕大多數(shù)高可靠MLCC制造商采用干法印疊工藝，干法印疊工藝生產(chǎn)的電容器因內(nèi)部空洞少、瓷膜厚度及內(nèi)電極厚度均勻性易于控制、產(chǎn)品的抗電強度高等優(yōu)點，因而在MLCC制造業(yè)界廣為采用。

MLCC內(nèi)電極的制備是利用絲網(wǎng)印刷的原理，在流延好的介質(zhì)瓷膜上，將內(nèi)電極印刷成一定形狀與尺寸的內(nèi)電極圖形，并利用錯位、疊層的方法形成內(nèi)電極結(jié)構(gòu)（即巴塊）。經(jīng)過溫等靜壓（在一定溫度和壓力下實現(xiàn)巴塊層間的物理鍵合），后切割技術(shù)將巴塊切割成設(shè)計尺寸的電容器芯片生坯。

MLCC生坯芯片需通過高溫燒結(jié)使生坯芯片成為瓷體，讓MLCC的陶瓷介質(zhì)、內(nèi)電極燒結(jié)成為致密的獨石整體。

端電極制備首先是在MLCC芯片兩端分別涂敷上端電極漿料，再經(jīng)過高溫燒端，將端電極漿料中的有機物完全分解，內(nèi)外電極金屬融合；其后在底銀層的表面上，利用電鍍沉積的方法分別電鍍上阻擋層和焊接金屬層。

在電子元器件發(fā)展過程中，小型化是一個永恒不變的趨勢。作為世界用量最大、發(fā)展最快的片式元件之一的MLCC也不例外，據(jù)了解高可靠領(lǐng)域使用的MLCC最小尺寸為0201，民用可達08004，甚至更小。且隨著線路數(shù)據(jù)傳輸速度逐漸提高、內(nèi)存容量和功能種類的不斷增加，對于低壓高容量、超小超薄的MLCC需求急劇擴大，對于高可靠單顆電容的靜電容量需求已到100μF，在民用領(lǐng)域可到150~200μF，特殊需求時甚至希望可達1000μF。

隨著科技的日新月異，人類探索的區(qū)域也越來越廣，而這些區(qū)域中有些地方的環(huán)境也越來越惡劣，對電子產(chǎn)品的要求也越來越苛刻，在這種條件下MLCC產(chǎn)品的性能也被要求達到更高的穩(wěn)定性。在高可靠應用領(lǐng)域，對MLCC的壽命和可靠性也提出了更高要求，如穩(wěn)態(tài)濕熱（低電壓）試驗持續(xù)時間240h提升至1000h；鑒定樣品從允許1只失效到0失效；失效率等級從M級提高至P級、S級；鑒定檢驗驗高溫壽命試驗時間在125℃，2U_R下從2000h增至4000h等。

為了適應某些電子整機和電子設(shè)備向大功率高耐壓的方向發(fā)展，高耐壓大電流、大功率、超高Q值低ESR型的高壓MLCC也是目前的一個重要的發(fā)展方向；如行波管等線路上使用的高壓瓷介電容器可達十幾KV；在發(fā)動機控制系統(tǒng)和航天探測設(shè)備的耐高溫電子設(shè)備中需要高溫瓷介電容器可達220 ℃。

高壓MLCC

為滿足現(xiàn)在5G通信對MLCC大容量、高速度的要求，高Q MLCC將向著更高使用頻率方向發(fā)展，在射頻（RF）端MLCC的Q值將直接影響到帶寬，因此，高Q值、低ESR和低ESL的MLCC產(chǎn)品在通信領(lǐng)域的地位將變得更為重要。而用在微波通訊、功率放大器、發(fā)射機等f≥300MHz頻率下的帶線或微帶電路中微波芯片電容（單層和多層結(jié)構(gòu)）因其薄膜金端、結(jié)構(gòu)堅固和諧振頻率高也備受關(guān)注。

為了獲得更高的容體比，多只MLCC焊接形成多芯組支架電容器,廣范應用于電源濾波、DC/DC轉(zhuǎn)換器、開關(guān)線路中做能量的輸入與輸出、放電電路（大容量）、高溫濾波或去耦等。

相對于固體鉭電容和鋁電解電容，多芯組支架電容器的等效串聯(lián)電阻（ESR）更低，超低的ESR可以保證電容器工作的功耗達到最小。一般多芯組瓷介電容器ESR可小于10mΩ，且由于多芯組支架的引入，多芯片結(jié)構(gòu)相對于設(shè)計師水平并聯(lián)來說，分布電感減少，從而可以承受更大的電流；同時可減少熱應力對瓷介電容器的沖擊；同時利用金屬材料良好的延展性，增加了瓷介電容器抗機械應力的能力。

為解決EMC的三端電容器或者超低ESL、減少安裝面積（如FPGA應用）的多端子電容器。