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独石电容器(多层叠片烧结成整体独石结构的陶瓷电容器) - 简单百科
独石电容器
来源:互联网

独石电容器(英文名:Monolithic ceramic capacitor,MLCC),又称多层陶瓷电容器,是一种多层叠片烧结成整体独石结构的陶瓷电容器,由内电极、陶瓷片和端电极三部分组成。

早期陶瓷电容市场以圆片陶瓷电容器为主流产品。20世纪80年代‌,SMT技术全面普及,独石电容器逐步取代传统圆片陶瓷电容器,成为市场主流品类。同期中国电容器产业片式化率为零,彩电调谐器等核心场景完全依赖进口独石电容器。20世纪90年代至21世纪初‌,独石电容器行业完成Ni内电极对传统钯系内电极的技术替代,产品制作成本大幅下降70%;产品封装规格从1206持续迭代至01005,每2至3年就推出全新规格,介质厚度、设计层数不断实现技术突破,推动产业进入高速发展阶段。2013年‌,世界电容器市场总规模达180亿美元,其中陶瓷电容器占比49%,位居全品类首位。‌中国本土企业逐步完成BME-MLCC技术改造与产业化落地,成长为独石电容器主流产品的本地化制造供应商。2025年‌,世界独石电容器市场规模约为1152亿元,同比增长13.6%。

独石电容器具有电容量跨度范围大、温度系数分布广、耐高压、不易受环境条件影响、可焊性和耐焊接能力较强等特点。根据陶瓷介质的温度特性分类,其可分为温度补偿型固定电容器和固定电容器;根据外形尺寸分类,其可分为01005、0201、0402、0603等规格。从独石电容器产品的市场需求来看,其主要应用在航天航空、船舰、兵器、电子对抗等军工类产品,系统通信设备、工业控制设备、医疗电子设备等工业类产品及笔记本式计算机、数码照相机、手机、录音录像设备等消费类产品。

定义

掘性石电容器是在若干片陶瓷薄膜坯上覆以电极浆材料,叠合后一次烧结成一块不可分割的整体,外面再用没药树包封,形成小体积、大容量、高可靠和耐高温的陶瓷电容器。

发展历史

世界

在早期的陶瓷电容器市场中,圆片陶瓷电容器一直是主流产品,到20世纪六七十年代以后,随着钯内电极和钯银内电极制作技术的不断完善,制作层数的不断提高,尤其是20世纪80年代表面安装技术(SMT)在电子行业广泛应用以后,适合自动安装的独石电容器产品逐渐取代圆片陶瓷介质电容器产品成为市场主流。

20世纪90年代至21世纪初期,是独石电容器行业大发展的时期。在这期间,独石电容器行业掀起了一次技术方面的革命,通过材料、设备、制造工艺方面的开发,成功地实现了Ni内电极取代Pd内电极和Pd-Ag内电极,使独石电容器产品制作成本下降70%以上,同时在小型化、高容量方面发展飞速。在小型化方面,由20世纪90年代初的1206规格到21世纪初的0402规格、2005年后的01005规格,几乎每隔2~3年便出现一个新的规格。在高容量独石电容器开发方面,不断追求更薄介质与更高设计层数,使得独石电容器不断推出更大容量的产品,如世界最新技术制作的介质厚度达到1m,设计层数达到1000层以上。这些产品的开发依赖于材料、设备以及工艺技术方面的持续创新,推动了独石电容器产业的快速发展。

截至2017年,随着下游市场的发展,电容器需求呈现出整体上升态势,2013年世界电容器市场规模达到了180亿美元,其中陶瓷电容器市场规模约占49%,成为世界市场占有率第一的电容器产品。预计2019年世界电容器市场达到220亿美元。受下游产品更新换代速度的加快和独石电容器对其他类型电容器(铝电解电容器、但电解电容器、圆片陶瓷电容器)替代两个因素的影响,未来市场对独石电容器的需求进一步增加。世界独石电容器生产厂商主要分布于日本、欧美、韩国和中国台湾地区,其中日本的村田、TDK、太阳诱电和京瓷等企业生产规模较大,韩国的三星电机、中国台湾地区的国巨和中新科技等也是世界主要的生产商。

2025年,随着供应链瓶颈缓解与世界通货膨胀整体趋缓,世界经济发展呈现出稳步增长态势。人工智能的快速发展,带动了服务器、智能手机等产品的需求增长,同时也带动了数据中心的需求爆发;汽车产量实现整体增长,新能源汽车渗透率已达到23.0%,新能源汽车搭载更多独石电容器,再叠加燃油汽车智能化、网联化给独石电容器带来更广泛的应用空间。在这些增长热点的带动下,独石电容器的需求量和市场规模都实现了较高的增速。综上所述,2025年世界独石电容器市场规模约为1152亿元,同比增长13.6%。

中国

20世纪80年代中前期,中国电容器产业的片式化率为零,仅有少量多层陶瓷电容器半成品芯片以手工贴装于厚膜混合集成电路基板。第一个完全采用SMT技术的终端产品为彩电调谐器,由日本进口的独石电容器牢牢占据了这一市场。随着国际IT、AV与通信终端产品制造商纷纷落户中国,全面促进了包括独石电容器在内的新型片式元件等上游产业,同时,中国本土独石电容器制造商的实力也在国际化竞争中得到全方位提升。

独石电容器的发展历程可分为四个阶段:第一阶段,20世纪80年代中期,原电子工业部下属715厂、798厂以及若干省市省属企业从美国引进13条生产线,标志着中国独石电容器生产核心技术从早期轧膜成型工艺过渡到现代陶瓷介质薄膜流延工艺,在产品小型化和高可靠性方面取得实质性突破;第二阶段,20世纪90年代前期,以上述企业与后续进入的达利凯、特威等外资企业相互兼并整合,以及风华集团的脱颖而出为标志,在这期间,三层端电极电镀工艺的突破,实现引线式叠层陶瓷电容器向完全表面贴装化的独石电容器过渡;第三阶段,20世纪90年代中后期,随着中国成为世界电子整机生产基地,独石电容器作为主要电子元器件之一,其生产基地也转移至中国,世界各大生产厂家接连在中国开设了北京村田、上海京瓷、苏州国巨、东莞太阳诱电、天津三星电机有限公司等合资或独资企业,在这期间,以贱金属电极(BME)核心技术为基础的低成本独石电容器开始进入商业化阶段;第四阶段,在新旧世纪相交之际,飞利浦在产业顶峰放弃并出让了被动事业部,中国台湾地区独石电容器产业全面普及BME技术。国巨、华新等台资企业全面崛起,彻底打破了日资企业在BME制造技术方面的垄断,与此同时,中国风华高科、深圳宇阳和潮州三环也相继完成了BME-MLCC技术改造和产业化,成为独石电容器主流产品本地化制造供应商。

基本结构

独石电容器由内电极、陶瓷片和端电极三部分组成,利用的是平板电容原理,将陶瓷粉末压结成单个基片,在基片下面涂上电极层,形成平板电容。其介质材料与内电极以错位的方式堆叠,然后经过高温烧结成型,再在芯片的两端封上金属层,得到一个类似于独石的结构体。

性能特点

与其它种类的片式电容器相比,独石电容器具有如下特点:

主要作用

相较于传统电池“高能量密度、慢速释放”的特征,独石电容器呈现出“微电量、毫秒级超快放电”的极致性能。其在电路中主要承担两大核心职能:

主要分类

独石电容器的种类繁多,其分类方式有很多种,但习惯上一般按照温度特性、尺寸、额定工作电压等来分类。

按温度特性分

掘性石电容器根据陶瓷介质的温度特性分类,一般分为两类。第I类为温度补偿型固定电容器,包括通用型高频CG、CH电容器和温度补偿型高频HG、LG、PH、RH、SH、TH、UJ、SL电容器。其中CG、CH最稳定,几乎不随温度、电压和时间的变化而变化,适用于低损耗、稳定性要求高的高频电路。HG、LG、PH、RH、SH、TH、UJ、SL电容器容量随温度变化而相应变化,适用于低损耗、温度补偿型电路中。第Ⅱ类为固定电容器,一般有X7R、X5R以及Y5V、Z5U温度特性系列,其中X7R、X5R系列具有较高的介电常数,容量比I类电容器高,具有较稳定的温度特性。适用于容量范围广、稳定性要求不高的电路中,如隔直、耦合、旁路、鉴频等电路中。而Y5V类介质材料是所有电容器中介电常数最大的电容器,但其容量稳定性较差,对温度、电压等条件较敏感,适用于要求大容量、温度变化不大的电路中;Z5U类介质材料,其温度特性介于X7R和Y5V之间,容量稳定性较差,对温度、电压等条件较敏感,适用于要求大容量、使用温度范围接近于室温的旁路、耦合等低直流偏压的电路中。

按尺寸分

根据独石电容器外形的尺寸分类,按照EIA的标准可分为01005、0201、0402、0603、0805、1206、1210、1812、2020、8060等规格,其中前两位表示独石电容器的长度,后两/三位表示宽度,单位为英寸,例如0603,表示长为0.06英寸,宽为0.03英寸。

按额定工作电压分

独石电容器产品额定工作电压很多,有3.9V、6.3V、10V、16V、25V、50V、100V、200V、500V、630V、1000V、2000V、3000V、4000V、5000V等,其中最为常见的是50V。50V的多为高层数、大容量产品,习惯上将100V及100V以上产品称为中高压独石电容器产品,而630V以上则称为高压独石电容器产品。

制作生产

原料

制作掘性石电容器的原料主要有介质瓷粉、内电极导电浆料和端电极导电浆料。

截至2021年,一般将BaTiO3用作独石电容器的介质瓷粉,起到绝缘介质的作用。制作独石电容器内外电极的导电浆料的主要材料包括金属粉末、有机黏合剂和有机溶剂。超细金属粉末是导电电极的主要功能相。有机黏合剂主要用于调节浆料的黏度特性,使印刷的电极膜层在干燥后不会变形且保持致密。有机溶剂主要用于调节金属粉末在浆料中的分散性。此外,在制作导电浆料时还需添加其他添加剂,如添加分散剂以提高浆料的化学稳定性,添加氧化抑制剂以防止金属粉末氧化,添加阻缩剂以控制内电极的烧结收缩等。

制作流程

掘性石电容器的制造流程如下:将预制好的陶瓷浆料制成厚度小于10μm陶瓷介质薄膜,然后涂覆上内电极,再将其交替叠合、热压,组成多个电容器并联结构,再烧结为一个整体芯片;芯片烧成后在其两侧端部涂敷端电极浆料,而后再经烧结形成厚度约为25~50μm的端电极导电层;最后在端电极镀镍、镀锡铅,形成一个3层电极端头,使其满足后续焊接工艺的要求。

生产工艺

截至2021年,印刷工艺在国外的独石电容器生产中被广泛采用,即通过丝网印刷方法先将陶瓷介质浆料在下层护片上印制成陶瓷薄膜;再同样将金属电极用丝网印刷涂覆在介质层上;接着再印介质层,依次交替进行,最后达到设计规定的电容要求和电极层数;在最上层的介质层上安装上护片;而后将其烘干,再按产品的尺寸要求切割成小块芯片,经过倒角之后进行排胶处理;最后进行烧结、涂端电极、烧端电极等工艺。

流延法是中国独石电容器生产中普遍采用的工艺,该法又叫刮刀法、浇注法或带式法。它先将粉料与各种添加剂混磨,制成悬浮性很好的浆料;而后在真空条件下进行脱泡处理;再用刮刀将浆料流延在基带上,形成厚度均匀且连续的浆料层;在干燥过程中,浆料层逐渐变得平滑,而后形成柔软的膜带;最后膜带经冲片、排粘、烧结等工序处理后制得优质的膜片。该法效率高、投资少、产品性能稳定,适于工业生产。但该法也存在一些缺陷,例如,其涂膜的最小单层厚度为7μm,限制了独石电容器的内电极叠加层数,有悖于独石电容器的小型化和高容量的发展趋势。

应用领域

从独石电容器产品的市场需求来看,其主要应用在航天、航空、船舰、兵器、电子对抗等军工类产品,系统通信设备、工业控制设备、医疗电子设备、汽车电子、精密仪表仪器、石油勘探设备、轨道交通等工业类产品及笔记本式计算机、数码照相机、手机、录音录像设备等消费类产品。2009年中国独石电容器产品市场规模达到225.9亿元,2014年上升至387.4亿元。预计2018年超过400亿元。

军用

由于军事用途的各类高技术电子系统、设备所处的环境差异很大,对军用可靠独石电容器产品提出了更高要求,不仅需要电容大、体积小、质量小,还要能适用在高温、低温、淋雨、盐雾等气候环境和在振动、冲击、高速运动等机械环境条件下保持性能的稳定性及可靠性。随着国家经济实力的提升,保持国防费用适度合理增长是十分必要的。根据财政部中央和地方预算草案报告,2014年、2015年、2016年,中国年度国防支出对上年分别增长了12.2%、10.1%和7.6%。为了满足军队信息化建设的需要,特别是装备电子化、信息化进度加快,未来几年国家国防支出预计保持继续增长。随着中国国防事业的发展,装备现代化进程加快,军用高可靠独石电容器作为基础元件,其市场前景非常广阔。军用独石电容器已经在“长征系列”运载火箭人造卫星、"神舟飞船系列”载人飞船成功应用,取得了良好的经济效益和社会效益。

工业类

工业类独石电容器市场主要包括系统通信设备、工业控制设备、医疗电子设备、汽车电子等。随着世界特别是中国4G网络加速,加上智能手机热销、专属网络建设等导致系统设备快速更新,对高可靠性独石电容器产品的需求也逐渐体现。机械电子装备制造业蓬勃发展,产品档次及规模也在日益提高,机电一体化、数字化进程加快,对于高精度、高可靠独石电容器产品的需求也日益扩大。中国汽车用独石电容器市场规模快速增长,汽车电子产品直接关系到司机及乘客的人身安全,故汽车厂商对其所选用的独石电容器产品的可靠性、环境适应能力都有更严格的要求,相对于单价,汽车厂商更注重独石电容器产品的性能,截至2017年中国市场独石电容器产品供给主要来自Murata、TDK、Kyocera等日系厂商。随着汽车用电子控制及车载装置比重逐渐提升,对独石电容器产品的需求也将相应提高。

消费类

消费类市场主要包括笔记本式计算机、电话机、手机、专业录音与录像设备等。根据工业和信息化部发布的2016年《电子信息制造业运行情况》显示,2016年中国生产微型计算机2.9亿台,若按笔记本式计算机占微型计算机比重约为56%计,笔记本式计算机产量达到了1.62亿台。由于智能手机系统复杂性及功能增加,内埋在产品模块中的独石电容器需求量也快速增加,传统手机电容产品用量100~200个,而智能手机的电容产品用量为400~500个,随着双核、四核处理器的智能手机逐渐成为市场主流,智能手机的更新换代加速及电容产品用量的增加,带动了相关独石电容器产品的需求,而丰富多彩的功能应用对独石电容器产品的要求也逐渐提高,“更小、更薄、高比容”是独石电容器产品未来的发展方向。根据工业和信息化部发布的《电子信息制造业运行情况》显示,2016年中国手机产量达到21亿部,其中智能手机15亿部。

发展趋势

随着独石电容器技术的逐渐成熟及应用领域的不断扩展,独石电容器技术有如下发展趋势:

小型化

独石电容器广泛应用于移动通信、个人计算机、汽车电子、家用电器等电子设备中,随着电子产品的小型化和微型化,小尺寸是独石电容器发展的一个主要方向。独石电容器产品的小型化与技术发展密不可分,表面安装技术、高密度积层技术、电极接合技术都要适应小尺寸的要求。在微型化方面,韩国三星电机率先推出01005型独石电容器,其平面尺寸为0.4mmx0.2mm,是0201独石电容器的1/3。日本村田随即推出01005型独石电容器,使得01005产品能够广泛应用于2.5/3g手机、数码照相机等便携式消费电子产品。截至2017年,日系厂商均能提供01005规格的量产产品,而中国企业生产的独石电容器主流产品是0402型和0201型。独石电容器的小型化不仅要求平面尺寸的减小,还要降低独石电容器产品的厚度。日本京瓷推出的超薄型MLCC-LT系列中0402规格的最大厚度只有0.356mm。

大容量、多层化

独石电容器在部分领域已取代钽电容器和铝电解电容器。但与钽、铝电容器相比,独石电容器电容较小,在大电容领域,几乎没有立足之地。在消费电子领域,独石电容器的主力市场在100μF以下,100μF以上的市场还是以钽电容器为主,开发大容量的独石电容器成为各国学者的研究热点。

根据独石电容器的结构理论可知,大容量独石电容器一般需要高介电常数的介质材料和更多的层数,在保持体积不变的情况下,技术上就需要超纯超细的材料,更薄的介质层及薄层化制造工艺,这是独石电容器需要突破的难点。超薄介质膜是实现高容量的主要途径,这就要求生产厂家采用更细致均匀的介质材料、细薄平滑的内部电极以及提高独石电容器制造工艺。对于电子产品小型化、集成电路模块化来说,但电解电容器由于体积过大,已经无法满足微型化要求。截至2017年占主导地位的是10μF陶瓷电容器,已经可以生产100μF的大容量独石电容器,在集成度高的电路中可以用来取代钽电解电容器

积层技术是独石电容器大容量化的关键,截至2017年有了新的发展,积层数可以达到1000层。独石电容器的大容量和小型化必须是同步的,积层数的增加必须减小每层介质的厚度。独石电容器介质层的厚度已经由原来的几十微米,发展到现在的1μm以下。太阳诱电是日本第四大独石电容器生产企业,同时也是大容量独石电容器的领头羊,该公司在大于1μF容量的独石电容器市场上拥有霸主地位,世界占有率高达37%。

低成本化

独石电容器在向小型化、高容量化发展的同时,独石电容器价格的下降非常显著。独石电容器价格的下降,一方面是由于生产技术越来越成熟和规模化生产,另一方面是由于材料成本的降低,特别是电极材料贱金属化,使得独石电容器的价格大幅下降。但是,随着电子产品性能的提高,对独石电容器的要求也越来越苛刻。介质粉料的微细化、介质层的超薄化、高密度积层技术、耐热设计技术、复合材料技术等增加了工艺难度,要求设备技术改进和更新,这些又使生产成本增加。截至2017年,劳动力成本也在增加,也阻碍了独石电容器的低成本化。

电极材料的贱金属化是降低成本的有效途径。开发新材料,降低烧结温度,实现低温共烧可进一步降低成本。采用Ni、Cu贱金属或高Ag的Ag-Pd合金作为内电极材料,Ni、Cu贱金属内电极已经在世界范围内得到认可,但不足之处在于必须在还原气氛中烧结,要求陶瓷材料具有抗还原性。

耐高温、高频化

截至2017年,独石电容器的应用范围越来越广,电子设备所处的工作环境要求非常苛刻,例如航天航空、石油钻探、发动机电子控制单元、汽车防拖死系统等领域工作温度在200°C左右或者更高。所以,提高独石电容器的工作温度已成为热门方向。市场上已推出X8R和X9R两种型号的高温独石电容器产品,它们可以保持良好容温特性,正常工作的最高温度分别达到了150°C和175°C。美国专利表明:NOVCAP公司已经研究出最高工作温度达到200℃的独石电容器。中国研究者在高温化方向也取得很大成就:吴顺华等开发出能满足X9R要求的陶瓷体系,工作温度为-55~190°C,△C/C25≤±15%,且具有高可靠性、高的介电常数。张吉林等公开了一种能够工作在-55~250°C的高温电容器材料。

随着通信技术的快速发展,高频独石电容器的市场需求剧增。为了适应超高频电路要求,国际上已研制出用于微波频段的独石电容器,在100MHz~1GHz范围内,介电性能优良。美国已生产出工作在4.2GHz的多层陶瓷电容器。截至2017年,国外最高频率已达5THz,中国在该方面还存在差距。

绿色环保

截至2017年,随着人们环保意识的增强和对自身健康的关注,对各类电子产品提出了绿色环保的要求。一部分独石电容器产品,尤其是耐高温的独石电容器中含铅、镉等对人体和环境有害的元素,虽然掺杂这些元素的产品拥有良好的介电性能和宽的工作温区,但是与建设以人为本、环境友好型社会背道而驰。这些产品将被回收处理,并逐渐被淘汰,开发新的绿色环保材料成为必然。

参考资料 >


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2025年全球MLCC市场规模增长13.6%.中国电子元件行业协会.2026-06-25


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