MLCC(片式多层陶瓷电容器)是电子机中的主要被动贴片元件之一。随着世界电子信息产业的快速发展,片式电容器每年以10%~15%的速度增长。MLCC随着计算机、电话、程应用于计算机、电话、程序控制交换机、精密测试仪器、雷达通信等各种军民电子设备。
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根据电介质的不同,电容器可分为MLCC、铝电容器、钽电容器和各种塑料薄膜电容器。陶瓷电容器是目前电容器市场份额最高的一种,占43%。而其中MLCC由于其体积小、容量大、高频使用损失率低、适合大规模生产、价格低、稳定性高等一系列特点,广泛应用于振荡、耦合、滤波等各种电子电路,占全球陶瓷电容市场的93%。与铝电解电容和片式钽电容相比,早期MLCC缺陷主要在于电容量小。随着生产技术的进步,MLCC电容小的缺陷逐渐改善,电容达到400μF以上的高容MLCC对其他电容器的替代作用越来越明显。
MLCC产业链一览
MLCC产业链主要分为上游粉末材料、中游设备制造和下游需求应用。
上游材料主要由日本和美国公司占据
上游主要生产核心材料,包括陶瓷粉末材料、内部电极材料(主要是镍浆)和外部电极材料(主要是铜浆)。因MLCC广泛使用技术BME(Base Metal Electrode)它具有成本低、性能优展迅速。到目前为止,BME技术MLCC已占全部MLCC90%以上的内部电极材料为镍,外部电极材料为铜。
目前,上游材料主要由日本和美国公司占据,其中陶瓷粉末材料主要包括酒井化工和美国Ferro、日本化学、日本富士钛、日本共立、日本东邦等;国内粉末制造商包括国瓷材料、三环集团等;国内粉末制造商主要包括村田等。电极材料主要包括美国Ferro、美国ESL、日本居民、日本昭容、国瓷材料、风华高科等。工业炉主要包括日本则武、日本碍子、东海碳素等。
日本在中游设备制造方面具有绝对优势
在中游设备制造方面,MLCC制造最大的技术壁垒包括:(1)以陶瓷粉为核心的材料技术决定MLCC层数/容值;(2)层压印刷技术决定MLCC(3)共烧技术决定MLCC的品质。中日领先厂商的制造工艺差距可能达到3-4年。结合粉末技术的差异,国内厂商更长时间追赶国际领先厂商。因此,虽然核心制造设备的技术壁垒远低于半导体行业,但短期内材料技术和精细加工技术难以突破。目前,高端MLCC产品仍然强烈依赖日本进口。
目前,全球约有20家MLCC制造商。其中,村田、TDK三星电机的优势,在第一梯队;三星电机、美国、韩国、台湾等中国企业KEMET、AVX、国巨处于第二梯队;风华高科技、三环集团、宇阳科技、火炬电子等中国大陆企业起步较晚。
广泛应用于下游需求
ECIA报告显示,2020年,由于全球新冠肺炎疫情的影响,MLCC市场规模将继续下降至891亿元,同比下降7.5%。从2021年到2024年,全球市场将逐步恢复,五年复合增长率为3.9%。
从应用领域来看,移动终端是MLCC全球市场总规模中最大的应用市场占33%。华为,小AVX代理米、OPPO、vivo等待中国大陆自主手机品牌的崛起,加速中国5G基站建设导致国内基站建设MLCC目前,国内需求持续增长MLCC约占全球市场总量的70%。未来几年,随着5G随着建设的加快,移动终端和通信设备市场的需求将成为驱动力MLCC市场增长的主要驱动力。此外,汽车、军工、家用电器、通信设备、计算机等MLCC主要应用市场。
MLCC制造过程中的关键技术是什么?
1.材料技术(陶瓷粉制备)
现在MLCC陶瓷粉主要分为三类(Y5V、X7R和COG)。其中X7R材料是各国最具竞争力的规格,也是市场需求和电子设备消耗量最大的品种之一。其制造原理是基于纳米钛酸钡陶瓷材料(BaTiO3)改性。日本制造商(如村田)muRata)大容量(10)μF以上)需求,在D50是100纳米的湿法BaTiO3.在稀土金属氧化物改性的基础上,产生高可靠性X7R陶瓷粉末最终制成10种μF-100μF小尺寸(如0402、0201等)MLCC。国内厂家在D50为300-500纳米的BaTiO3.基于稀土金属氧化物的改性X7R陶瓷粉与国外先进粉技术还有差距。
2.叠层印刷技术(多层介质薄膜叠层印刷)
如何在0805、0603、0402等小尺寸的基础上创造更高的电容值MLCC一直是MLCC近年来,随着材料、工艺和设备水平的不断提高,日本公司已成为业界的重要课题之一μm薄膜介质折叠1000层工艺实践,单层介质厚度为1μm的100μFMLCC,它比片式钽电容器低ESR值,工作温度更宽(-55℃-125℃)。代表国内MLCC最高水平的风华高科技公司可以流延到3μm厚膜介质,烧结成瓷后2μm厚介质的MLCC,与国外先进的叠层印刷技术还有一定差距。代表国内MLCC最高水平的风华高科技公司可以流延到3μm厚膜介质,烧结成瓷后2μm厚介质的MLCC,与国外先进的层压印刷技术还有一定的差距。当然,除了可用于多层介质薄膜层压印刷的粉末外,还需要提高设备的自动化程度和精度。
3.共烧技术(陶瓷粉末与金属电极共烧)
MLCC由陶瓷介质、内电极金属层和外电极三层金属层组成的元件结构非常简单。MLCC它多层陶瓷介质印刷内电极浆料制成,叠合共烧。因此,不可避免地要解决陶瓷介质和不同收缩率的内电极金属在高温燃烧后不分层开裂的问题,即陶瓷粉末和金属电极共烧。共烧技术是解决这个问题的关键技术。掌握共烧技术可以生产更薄的介质(2μm以下),更高层数(1000层以上)MLCC。目前日本公司在MLCC烧结专用设备技术领先于其他国家,不仅有各种氮气窑(钟罩炉和隧道炉),而且在设备自动化和精度方面具有明显的优势。
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