一文了解MLCC的核心工艺及技术壁垒

被动元件又称无源器件，是指不影响信号基本特征，仅令讯号通过而未加以更改的电路元件，主要包含RCL元件（电容、电感及电阻）及被动射频器件两大类，广泛应用于传感器、计算机、电力系统等领域。其中，电容器是最常用的电子元件之一，陶瓷电容器则是最主要的电容器产品，可分为单层陶瓷电容器（SLCC）、多层陶瓷电容器（MLCC）和引线式多层陶瓷电容。多层陶瓷电容器（MLCC）凭借耐压高、耐高温、体积小及电容量范围宽等特性，在成本和性能上优势显著，应用较为广泛，占据陶瓷电容器超过90%的市场。

MLCC产业链组成

01上游原材料

MLCC原材料主要包括MLCC粉体材料和金属电极。其中，MLCC粉体材料成本占比较高，且对产品性能影响较大。

MLCC粉体材料主要由钛酸钡、氧化钛、钛酸镁等材料构成，即在钛酸钡基础粉的基础上添加稀土金属氧化物进行改性制成的电介质陶瓷配方粉。陶瓷粉料的微细度、均匀度和可靠性直接决定了下游MLCC产品的尺寸、电容量和性能的稳定。目前国内的陶瓷粉料厂商已掌握相关纳米分散技术，能够满足中低端MLCC的生产需求，但一部分特殊功能、超细高纯度粉料依旧依赖进口，以满足高端MLCC的生产需要。

MLCC粉体材料相关指标

金属电极包括内电极和外电极，主要由镍、银、钯、铜等金属材料构成，该市场主要以国内企业为主。

02中游产品制造

MLCC的生产制造具备非常高的壁垒，调浆、成型、堆叠、均压、烧结、电镀等众多环节，无一不对厂商在陶瓷粉体、成型烧结工艺、专用设备的积累，有着极高的要求。其中成型工艺主要有三种模式，分别是干湿流延工艺、湿式印刷工艺和瓷胶移膜工艺。随着高端MLCC需求不断增长，制造工艺更为先进的湿式印刷工艺和瓷胶移膜工艺逐渐成为主流，其技术更复杂，成本更高，但适合生产高端MLCC。MLCC市场主要被日韩台系厂商垄断，国内则以风华高科、三环集团、宇阳科技为代表。

MLCC制造工艺流程及难点

03下游应用

随着世界电子信息产业的迅速发展，MLCC的发展也逐渐呈现多元化，主要应用于消费电子、5G基站及汽车电子领域，还广泛地应用于各种军民用电子整机和电子设备，如电脑、电话、程控交换机、精密的测试仪器、雷达通信等。

MLCC产业链

以汽车为例，MLCC在汽车中的应用包括卫星定位系统、中央控制系统、无线电导航系统、车身稳定控制系统、ADAS系统，各类系统对MLCC的需求都很大。在电动车中，一辆混合动力汽车的MLCC需求量在12000颗左右，而纯电动汽车可达到18000颗左右，部分高端车型对MLCC的用量甚至达到3万颗。如果电动化和高度的自动驾驶功能的配置继续深化的话，MLCC的使用量还会进一步增加。

不同车型的常规MLCC用量需求

MLCC产品技术壁垒

01配方粉

MLCC的应用领域决定了其陶瓷介质必须具有高介电常数、良好的介温特性、高绝缘电阻率和低介电损耗的特点，而钛酸钡由于具有较高的介电常数，因此被广泛用作低频大容量电容器介质。

但是，纯钛酸钡粉在不同温度下存在多种相变，并且在居里温度附近的相变尤为剧烈，一旦偏离居里温度其介电常数就会大幅下降，严重影响电路的稳定性。同时，由于钛酸钡属于铁电体，其居里温度约为130℃，MLCC在此温度下工作，介质损耗高，容易老化。

为改善介电常数和温度之间的关系，满足MLCC的实际使用条件，需要向钛酸钡基础粉体里掺杂改性材料，例如镁、锰、钒、铬、钼、钨等，以保证配方粉的温度稳定性和可靠性。改性添加剂还包括稀土类元素，例如钇、钬、镝等，以保证配方粉的绝缘性。这些添加剂必须与钛酸钡粉形成均匀的分布，以控制电介质陶瓷材料在烧结过程中的微观结构及电气特征。

MLCC配方粉

目前，高纯、超细纳米级陶瓷粉体的制造工艺是制约国产MLCC发展的瓶颈。高纯度可在一定程度上保证下游产品质量的可靠和稳定；纳米化的意义则在于，纳米级粉体烧结后可形成质地更紧密、粒径分布更均匀的烧结体，从而提高陶瓷的韧度和强度；此外，纳米粉体的烧结温度较低，有利于节约能源、降低生产成本。因此，MLCC所用的粉体材料要求高纯度、粉体颗粒近球状、粒径小及分散性好等特性，而选择何种制备方法需从以上特性及工业成本出发综合考虑。

MLCC陶瓷粉体的制备方法可分为固相法和液相法，其中固相法是最为传统的制备方法，该方法制备的粉体粒径大、粒度分布不均、纯度低、性能不稳定且团聚现象严重，无法制备超细的钛酸钡粉体；液相法又称湿化学法，具有无需苛刻的物理条件、易中试放大、产品组分含量可精确控制、可实现分子/原子水平的混合等特点，可制备高纯超细的钛酸钡粉体，主要的液相法包括共沉淀法、水热法及溶胶－凝胶法，其中，已用于工业化生产的液相法包括草酸盐共沉淀法及水热法。

钛酸钡粉体制备方法对比

其中，水热法在材料颗粒性质控制及其稳定性、市场竞争力等方面较其他制备方式具备优势，具体表现在：化学组成均匀、颗粒形貌规整、颗粒粒径从几十纳米到几微米可调、大小均一、产品性质稳定，是目前公认的符合MLCC发展要求的钛酸钡粉制备方法。通过精确地控制水热反应动力学及其他反应条件，水热法可在20至500纳米范围内控制钛酸钡粉体的粒径，以适应各种MLCC配方粉应用的要求。

水热法制备钛酸钡工艺流程图

从瓷粉质量来说，水热法生产的钛酸钡粉颗粒细且均匀，可以应用于较为高端的MLCC生产，相应的市场售价较高；溶胶凝胶法制备的粉体最为优质，市场售价最高，但生产成本也相应较高，生产周期长，粉体容易团聚，不适于用作大批量生产；固相法和草酸法可进行规模化生产，但一般使用上述方法制备的粉体颗粒较大、不够均匀，品质较低，市场售价相应较低。

02印刷叠层技术

多层陶瓷电容器（MLCC）是通过将陶瓷电介质与金属电极进行多层叠层，形成体积小巧而容量较大的芯片型电容器。MLCC几乎配置在所有的电路板上，用于抑制噪声和设定电路常数。

如何在小尺寸基础上制造更高电容值的MLCC，一直是MLCC业界的重要课题之一，MLCC的电容量与内电极交叠面积、电介质瓷料层数及使用的电介质陶瓷材料的相对介电常数成正比，因此想提升MLCC介电常数，除了改良电解质陶瓷材料外，如何降低介质厚度，增加MLCC内部叠层数，也是非常重要的一环。目前村田、太阳诱电等日系供应商普遍可以在1μm薄膜介质实现超过1000叠层，根据三星官网披露，其也可以实现600层工艺，但对比之下，国内厂商普遍只有300至500层的工艺水平，差距犹存。

叠层技术示意图

通常，叠层质量受到金属浆料的固含量、钢丝网的目数、纱厚、乳胶厚度（影响电极层厚度）、层压温度和层压压力等因素的影响，机台设备控制精度也非常重要，内电极印刷的质量、堆叠的对位精度和紧密度会影响产品的性能。

03共烧技术

制作MLCC需要在陶瓷粉体上印刷镍浆（或其他金属），通常以1000℃以上的温度将陶瓷生坯烧结成瓷，而由于不同层材料的膨胀系数不同，烧结时需要考虑到回火温度、氧含量等多方面因素，以免MLCC分层开裂。极限的高端MLCC产品，单层陶瓷介质上只有3-5个陶瓷颗粒，最多要叠几百到一千层，内部结构的变化非常容易导致产品内部出现裂纹，因此烧结炉的升温速率、控温精度和合理的烧结工艺的制定非常关键。

共烧过程中出现扭曲裂纹

高容量MLCC产品一般需要使用较高的升温速率的烧结炉进行烧结，因为薄层的电极收缩温度更低，所以升温速率太慢会导致电极收缩和团聚比较严重，团聚的电极对介质层造成挤压，影响产品绝缘性能。

材料（陶瓷粉体等）、设备（印刷机、叠层机、烧结炉等）的先进性及适配性将直接影响到MLCC产品的最终性能，因此实现“设备-材料-工艺”垂直一体化的厂商将具备较大竞争优势。掌握好的共烧技术可以生产出更薄介质（2μm以下）、更高层数（1000层以上）的MLCC。