培训教材积层陶瓷电容器简介制造工艺及开发ppt课件.pptx

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1、http:/,1,内 容,一. MLCC 产 品 简 介二. MLCC 制 造 简 介三. MLCC 产 品 开 发,http:/,2,一. MLCC 产 品 简 介,http:/,3,MLCC 产 品 简 介,1) MLCC - Multi-Layer Ceramic Capacitor 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)

2、: 层数 (堆栈层数),A,D,0,http:/,4,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,http:/,5,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、3)依电容量区分: 如 10 PF, 100P, 1nF, 1 F, 10 F 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,http:/,6,产品种类介绍:温度特性分类- COG,以温度特性 (T

4、CC)分类 : 电容值随温度之变化情形, 以EIA 为规范1) Class 1 :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 +/- 30 ppm/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,http:/,7,产品种类介绍:温度特性分类- X7R, Z5U, Y5V,2) Class 2 系列 : 高介电常数型最常用规格为 : X7

5、R, Z5U, Y5V 其三个字母之意义, 依EIA规定如下,X7R : 从-55C (X) 到 125 C(7)其容量变化(以25C 为基准)必须 15%(R) 以内,Y5V : 从-30C (Y) 到 85 C(5)其容量变化(以25C 为基准)必须 +22 到 -82%(V)以内,http:/,8,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 : 0.04 inches, 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

6、准,长,宽,厚,http:/,9,一. 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, 依产品之尺寸大小而异二. 容值分类方式 : ( A* 10n PF, 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.

7、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 * 104 pF = 100nF, 473 = 47 * 103 pF = 47 nF 以此类推,产品种类介绍 - 依电容量区分,http:/,10,产品种类介绍 - 依工作电压区分,一般而言, MLCC 之工作电压 (Rated Voltage) 分为:1) 一般产品之工作电压 : 10V, 16V, 25V, 50V

8、, 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:12 m)Y5V/0603/1F产品 其工作电压只有10v(堆栈层数: 约76层, 介电层厚:7 m),http:/,11,产品种类介绍 - 允差范围,允差范围 (Tolerance), 指电容值之范围基

9、本表示 : B : 0.1 pF , C : 0.25 pF, D : 0.5 pF, 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, C10PF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,http:/,12,产品介绍 - 电气特

10、性介绍,1) 品质系数 (Q 值) 表示 : DF 或 Tan DF 或 Tan 以 % 表之, 而 Q = 1/DF=1/ Tan 一般而言, DF 值会随产品种类而异:NPO 100G X7R : R*C 1000 M- F Y5V : R*C 500 M- FR*C : R (绝缘电阻值M ) * C (电容量 F) 之乘积 EX: X7R /100nF 产品之 IR( 1000 M- F / 0.1 F) = 104 M,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,http:/,13,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

11、倍之工作电压4) 老化率 (Ageing Ratio) : 为电容量随时间变小之程度 , 其值表为 % (per time decade (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, per time decade (hr) : 1-10 小时, 10-100 hr, 100-1000hr , 各为一个 decade5) 量测频率 : MLCC 一般量测频率如下NPO 1nF 则 1 KHzX7R 及Y5V 通常为 1KHz,http:/,14,产品介绍 - 其它电气特性介绍,除上所示之

12、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) DC Bias : 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,http:/,15,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

13、- 4000Y5V 之K = 12000 - 20000,电容器基本原理:C (电容量) = k ( ) n,A,D,http:/,16,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) steam testing : 为焊焬性之加速老化测试,http:/,17,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

14、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,http:/,18,二. MLCC 制 造 简 介,http:/,19,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),http:/,20,ML

15、CC制造方法,一. 厚膜积层技术 : - 生胚成形 : 带状生胚 - -厚度: 5m - 25 m- 电极印刷 : 导电电极印刷, 依尺寸 - 迭层技术 : 4 - 250 层- 切割技术 : Knife cutting, Laser cutting, 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 - 1300 C)及气氛控制 (空气, 氮/氢 混合气)- 端电极技术 : 高温烧附(750 -900 C) 及气氛控制 (铜电极) 电镀技术 (镀镍, 锡/铅), 纯锡电镀,http:/,21,MLCC制造流程图解,http:/,22,

16、MLCC - BME 及NME 之制程技术,NME (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/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,http:/,23,三. MLCC 产 品 开 发,http:/,24,Task,De

17、velopment And Growth,Phase III,Full range supplyIn one time,TechnologyInstallation,MLCC PlanningAnd Execution,Phase 0,ProductionScale,Technologyinstall,ProductionScale,Compostar(华亚),HJC(华容),Technologyinstall,华容 - MLCC 产品开发时程,Phase ,Phase ,MLCC With BME 50 layers,MLCC with BME 50layer150,BME MLCC15E/

18、M,Pd/AgMLCC 1E/M,BMEMLCC 4E/M,BMEMLCC 8E/M,BMEMLCC 10E/M,BME MLCC20E/M,BME MLCC25E/M,Tech.Setup,NME MLCC4E/M,NME/MLCC0.5E/M,NMEMLCC 2E/M,Tech.Setup,Normal NPOLow firing,High Frequency NPOSmall size 0402High Voltage,MLCC with BME 150 Layer,http:/,25,MLCC of HJC - 核 心 技 术,MLCC 技 术,材料技术,制程技术,机器设备,陶瓷材料

19、: 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,http:/,26,MLCC Development,High Capacitance,104 226,Min Size,1206 - 0402,High Voltage,500V, 1KV,2KV,3KV,High Frequency,MHZ,GHZ,产 品 开 发 导 向,http:/,27,1. 量产能力 : Compostar(华亚电子) - X7R, Y5V - BME process HJC (华容) - NPO/Special - NME process (低温烧结技术),2. 技术能力 : BME 量产技术 (Y5V, X7R) 高层产品 - 250 layers with 5 um foil 低温烧结 - Below 950C with Ag/Pd = 95/05 (NPO) 尺寸大小 - 1206 - 0402 高压产品 - 500V, 1KV.,MLCC 之产品能力,3. Design for Customer,