MLCC的结构主要包括三大部分:
陶瓷介质,金属内电极,金属外电极。
陶瓷介质:主要是绝缘性能优良的氧化物材料如钛酸钡、钛酸锶等,它们是构成电容器的电气特性的基础。
内部电极:内部电极存在于每层陶瓷介质之间,起传导电流作用。
外层电极又分为外部电极、阻挡层和焊接层。外部电极主要为铜金属电极或银金属电极,与内部电极相连接,以便外接电源的输入。阻挡层主要成分为Ni镀层,起到热阻挡作用。焊接层主要为Sn镀层,提供可焊接性。
MLCC具有体积小、电容量大、高频使用时损失率低、适合大量生产、且价格低及稳定性高等优点,适合于信息功能产品轻、薄、短、小的需求,从而被大量使用,是现代电子产品不可或缺的元件。那MLCC是如何被制造出来的呢?
1.配料
将陶瓷粉、粘合剂及溶剂和各种添加剂按一定比例经过一定时间的球磨或砂磨,形成均匀、稳定的瓷浆。瓷浆是个比较复杂的系统,一般由瓷粉、溶剂、分散剂、粘合剂、增塑剂、消泡剂等组成。
陶瓷粉作为最主要的材料决定了MLCC的基本特性。粘合剂是高分子树脂,作用是使陶瓷粉之间维持一定的距离并提供强度。溶剂是甲苯和乙醇按照一定比例混合而成。分散剂,是为了避免陶瓷粉表面静电作用易发生的粘连及团聚,保证瓷浆能形成稳定分散的悬浮液的一种表面活性剂。添加剂是用于调节陶瓷粉本身的电特性、满足制品信赖性方面的某些要求、保证烧结能够较好地进行的。
2.流延
将瓷浆通过流延机的浇注口,使其涂布在绕行的有机硅薄膜上,从而形成一层均匀的瓷浆薄层,再通过热风区(将瓷浆中绝大部分溶剂挥发),通过加热干燥方式,形成具有一定厚度、密度且均匀的薄膜(一般膜片的厚度在1um-20um之间)。
成型过程中流延挤出方式分为两种。On roll方式一般适用于厚膜,是缝口模头挤出方式,使后滚轴的中心对上模具的喷口处;Off roll方式一般用于薄膜,是模具喷出口在后滚轴中心线的上方,基材在没有接触后滚轴处被涂覆上浆料,这种方式也称气垫法或张网法。
成型干燥需要调整线速、温度、泵流量,将瓷浆中溶剂大部分挥发,使薄膜收缩、致密化,从而具有一定厚度、膜密度。
3.印刷
通过丝网版将内电极浆料印刷到陶瓷膜片上,烘干后得到清晰、完整的介质膜片。
印刷类型分为四种:1.凸版印刷,在凸出部分蘸内电极浆料之后加压印刷。2.凹版印刷,在整个板上蘸内电极浆料之后只在凹进部分留内电极浆料进行印刷。3.平板印刷,利用水和油的排斥作用,版面蘸内电极浆料进行印刷。4.丝网印刷,通过丝网孔排出内电极浆后印刷。
丝网印刷与滚印/凹版印刷(Gravure printer)相比,设备工装成本低,内浆利用率高浪费少,电极图案渗边少,且丝网设计灵活,因此大多数厂家印刷方式类似SMT刷锡膏或者红胶工艺,通过丝网印版将内电极浆料印刷到陶瓷膜片上,有些厂家则采用印刷机,让陶瓷薄膜通过浆料池,让金属浆料附着到陶瓷薄膜上。
4.叠层
叠层是MLCC制造过程的第四个步骤,它的作用是将印刷好的介质膜片一张一张按一定错位整齐叠合在一起使之形成厚度一致的巴块。印刷后,在叠层时膜片被切割剥离,叠层时底部和顶面还需要加上陶瓷膜保护片,以增加机械强度和提高绝缘性能。该道制程需要管控的是叠层时的温度、压力、时间,以及错位位置的对位管控和环境的洁净度等,所以也需要在无尘室里面完成。
5.层压
将印刷、叠层后的巴块通过均匀温度的静水均压的方式,使巴块中各叠层膜彼此紧密结合,以提高烧结后瓷体的致密性,使其更加紧密结合在一起的过程。该道制程压力、保压时间、温度是关键品质因数(CTQ),需要重点管控外,压力的均匀性非常重要,因此最好的方式是放在水中进行压着。一般需要切片抽测确认压着的均匀性、结合度等以保证品质。
层压主要流程:巴块装密封袋→进层压机→加压加温层压→冷却→拆袋
6.切割
将层压后的巴块按产品的设计要求,使用片式薄刀片按设计尺寸对巴块进行横向纵向切割,使其成为完全分离的独立芯片(电容器生坯)。
切割原理:刀片对巴块进行下切时,刀座推动刀片向下运动,刀锋接触巴块面部,刀座继续推动锋利的刀锋向下铡压,当刀锋在刀座及惯性的作用下到达切割胶PET基材表面时,刀座迅速向上提升,从而完成一次切割。
切割原理
7.排胶
排胶指的是,在对切割后陶瓷生坯进行热处理,排除粘合剂等有机物。镍电极MLCC的空气排胶温度大概是在250℃左右,具体温度与尺寸规格以及配方有关,氮气排胶的温度可以更高,约400℃-500℃。
排胶主要流程:装钵排片→进排胶炉排胶→出排胶炉
8.烧结
烧结可以使排胶后的芯片成为内电极完好,致密性好,尺寸合格,高机械强度和优良电性能的陶瓷体,可分为两个阶段:致密化阶段与再氧化阶段。
烧结过程是在气氛炉中进行,一般烧结温度在1100℃~1350℃之间。由于是高温烧结,为了防止氧化等,烧结炉里面需要填充氮气/氢气。烧结的关键就是炉膛内的温度与其均匀一致性,还有就是应在一个热动态平衡中进行,空气应充分流动,使瓷体的晶相生长均匀与致密。
烧结主要流程:摆放→烧结→出烧结→卸钵
9.倒角
倒角,也叫研磨。经过烧结成瓷的电容器本体棱角分明,不利于与外部电极的连接,所以需要进行研磨倒角处理。倒角工序是将电容与水和磨介装在倒角罐里,通过球磨、行星磨等方式运动,除去陶瓷芯片表面毛刺,使芯片表面光洁,同时也使端面内电极充分暴露。管控的重点是转速、时间、温度,检查的重点是外观尺寸、弧度、暴露率等参数。
倒角主要流程:配罐→倒角→清洗→出罐→烘干
10.封端
通过封端机,将端浆涂覆在经倒角处理后的芯片外露内部电极的两端上,将同侧内部电极连接起来形成外部电极。
封端主要流程:芯片植入→沾浆→烘干→导出
11.烧端
在高温750℃左右,氮气空气,且有时会在加湿条件下,使端电极浆料中的有机黏合剂充分燃烧,玻璃体熔融并浸润铜粉,使端头固化并与瓷体和内电极形成良好的连接。
12.电镀
指对烧端后的产品进行端头处理,其实质上就是电镀过程,即在含有镍和锡金属离子的电解质溶液中,将MLCC的端电极作为阴极,通过一定的低压直流电,分别不断在阴极沉积为一层镍和锡。
镍的作用:提高电容的抗热冲击性能,保护外部电极以及防止外部电极和Sn 形成合金状态。
锡的作用:提高电容的可焊性,使MLCC芯片在表面封装中能更好焊接在PCB板上。
13.测试
针对电容产品的容量、损耗、绝缘、耐压四个方面的性能,对产品进行100%测试和分选,将不良品剔除,同时按不同容量范围分选出来。
主要测试项目:容量、损耗、耐压和绝缘。
14.外观检查
针对电容产品的外观形貌进行检查,将形态不佳的产品剔除。
主要识别项目:外观缺陷、尺寸异常品
15.编带
编带工程是将测试后的MLCC芯片,编入载带,并按固定数量卷成一个胶盘。编带是为了方便SMT制程中大量高速的自动贴装生产,也可以防止运输等过程导致MLCC碰撞破裂等问题。同时,为了防止混料,一般在编带机上,会对每一片MLCC再次进行容量测试。
16.包装
包装是贴识别标签和运输前打包的过程,MLCC制造商编带后的产品标签,一般只带有厂商自己的信息,包装过程则会增加客户信息的标签和条码,以便于客户识别。
包装主要流程:料盘标签贴装—产品装入盒及盒标贴装—盒子装入箱及箱标贴装。
后道包装过程,一般采用自动化管理检查,扫描条码后自动和对,避免混料错料。
以上就是MLCC制造中的十几道重点流程,可以看出,MLCC的制作工艺非常复杂,技术含量高,机械化程度高,对工厂环境,设备水平和制造管理水平的要求都非常高,是典型的高端制造行业。定位于高端MLCC系列的微容科技,在罗定搭建了行业顶尖的MLCC工业园,其工厂洁净度标准、设备精密度和自动化都有着行业最高标准,并且全流程都以自动化扫描设定参数和制程进行管理,同时利用全行业资深人才,积极开发并快速量产超微型、高容量、车规、高频等重点高端MLCC系列,成为中国高端MLCC的引领者。
马来西亚是全球半导体供应链中的封测生产重镇和被动元件生产国,但在疫情发酵下,部分芯片厂“瘫痪”,将加剧“缺芯”问题。
8月17日,博世(中国)投资有限公司执行副总裁徐大全在朋友圈写道,由于马来西亚疫情日趋严重,某半导体芯片供应商的马来西亚Muar工厂继之前数周关厂,再度被当地政府要求关闭部分生产线至 8月21日,这将导致博世ESP/IPB、VCU、TCU等芯片受到直接影响,预计8月份后续基本处于断供状态。而Muar工厂受波及的员工有3000多人。
据悉,马来西亚目前有超过50家半导体厂在当地设厂,其中不乏英特尔、英飞凌、意法半导体、恩智浦、德州仪器、安森美等国际半导体巨头,当地封测产能约占全球封测产能的13%。另一方面,车用MLCC、芯片电阻、固态电容、铝质电容等芯片产能均将受到不同程度的冲击。
马来疫情“重创”封测厂
当前,马来西亚正面临新冠疫情爆发以来最严峻的形势。
马来西亚6月1日起实施的全面行动管制(MCO 3.0),多数产业中仅有具备高产值优势的半导体产业不受限制。
其中,半导体封装测试通常是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程,东南亚地区占全球27%的半导体封测产业份额,而马来西亚全球占比高达13%。随着疫情的加重,部分工厂的关闭对于产能紧张的封测产业链而言无疑是雪上加霜。
英飞凌在本月初发出预警,受到马来西亚疫情影响,本季车用晶片、工业电力控制晶片产量仍维持在上季水平。英飞凌CEO普洛斯表示:“在供应吃紧的情况下,任何类似马来西亚这样因疫情而追加的限制只会更加打击生产。我们正尽全力提升整体价值链。”
全球封测龙头日月光COO吴玉田也在7月底的财报会议上预计,封测行业最早的供需平衡会在2023年的某个时候,该公司可能会继续提高整个产品线的价格。他透露,很多客户将长期服务协议从 2022 年延长到 2023 年。
安靠总裁兼首席执行官Giel Rutten也表示,在当前的市场条件下,与客户达成的多项协议超出了此前的常规协议,包括预付款等,“客户愿意支持这些不断变化的商业条款并与我们合作。”
Giel Rutten提到,目前在供应链方面遇到挑战,一方面,设备交货时间延期,“我们看到新设备的交货时间从过去六到八个月到现在翻了一番。”另一方面,材料供应,基板和引线框架面临更大挑战。
7月30日,意法半导体总裁兼首席执行官Jean-Marc Chery在2021第二季度财报会上表示,新冠肺炎疫情仍然是世界面临的挑战。在第二季度,在新变种病毒的传播下,该公司位于印度和马来西亚的工厂运营收到影响,并采取暂时关闭位于马来西亚的封装厂。
意法半导体CFO Lorenzo Grandi表示,马来西亚工厂停工将对第三季度收入造成影响,“工厂关闭肯定会对我们为客户提供服务的能力产生影响。”他表示,这也将拉高产品价格。
波及的不止 汽车 产业链
最近两周时间,泰国、马来西亚、印度尼西亚、越南等国几乎都以日增超 2 万例确诊病例的速度蔓延疫情,这些地区的制造业纷纷瘫痪,进而影响半导体以及 汽车 商品的全球供应。
小鹏 汽车 董事长何小鹏此前在接受第一 财经 采访时表示:“我们跟中国、海外都在合作,一辆车现在有差不多1700颗芯片,需要非常多的芯片,将来小鹏在芯片的合作会做很多的事情。”即使在芯片上有许多合作商,但何小鹏对当前的情况并不持乐观的态度,他在朋友圈中提到,对于 汽车 供应链来说,2021年8月可能是2020年疫情以来最有挑战的一个月,其理由是继电芯、芯片短缺之后,多地疫情又暴发将增加供应链的压力。
根据AutoForecast Solutions的数据,截至8月9日,全球范围内因芯片短缺导致的 汽车 产量损失已达585.3万辆,其中北美和欧洲地区损失最大,分别为187.4万辆和174.6万辆,其次是中国,达112.2万辆。AutoForecast Solutions预测,全球全年 汽车 产量最终损失可能会进一步上升到700万辆。
不仅仅是 汽车 产业链,多个行业将会受到马来疫情的持续冲击波,手机等消费电子产业首当其冲。
第三季度,苹果将推出新品,iPhone与Macbook Pro的MLCC主要供应商村田、太阳诱电与京瓷将在第三至第四季逐渐迎来需求高峰,但受到马来西亚政府延长全国行动管制(MCO3.0)影响,全球被动元件(MLCC)市场供货将面临挑战。
根据TrendForce集邦咨询调查,目前高端MLCC最为吃紧,主要紧缺品项对应的终端产品包含手机、笔电、网通、服务器及5G基站。在部分MLCC将可能无法顺利出货的压力下,ODM厂后续整机出货恐将受冲击。
从产能来看,包括MLCC日厂太阳诱电 、石英晶体(Crystal)日厂NDK &Epson、电解电容大厂日本松下、芯片电阻(R-Chip)厂华新 科技 等,在当地的生产和货运排程皆持续受阻。尽管太阳诱电于马来西亚的厂房已于6月14日复工,并依当地政府规定调配60%的出勤人力,使其产能稼动率逐渐恢复至80%,然受到七月延长管制影响,整体产能应无法再往上突破。
值得注意的是,旺诠在马拉西亚厂的月产能约有150 170亿颗,华新科在该地产能为150 160亿颗,仅仅是这两家台厂位于马来西亚的电阻产能就占据了全球7.5%的份额。
集邦咨询表示,目前六月起各供应商的中、低端MLCC库存已回升至60天的安全水位,然日厂的高端MLCC库存仍低于30天。在马来西亚封城管制持续延长的压力下,其他在日本设厂的业者如村田制所、京瓷与韩厂三星将因此成为此波转单效应中的受惠者。
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