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MLCC陶瓷漿料均一性的一體化解決方案

均一性與穩定性控制

MLCC全稱為Multi-layer Ceramic Capacitors，即片式多層陶瓷電容器，是全球用量最大的片式元件之一，因其具備體積小、容量大等特征，被廣泛應用于消費類電子、家用電器、電源、照明、通信和汽車電子等領域。MLCC陶瓷漿料是MLCC生產的重要環節之一。MLCC的工藝制造首先是將陶瓷漿料通過流延方式制成要求厚度的陶瓷介質薄膜，然后在介質薄膜上印刷內電極，并將印有內電極的陶瓷介質膜片交替疊合熱壓，形成多個電容器并聯，并在高溫下一次燒結成一個不可分割的整體芯片，最后在芯片的端部涂敷外電極漿料，使之與內電極形成良好的電氣連接，形成MLCC的兩極。

MLCC陶瓷漿料作為MLCC生產的重要環節，漿料的穩定性和均一性影響著后續流延工藝和印刷工藝的效果，漿料如果易沉淀和易團聚，陶瓷介質的緊密型和穩定性將會受到影響；陶瓷漿料中陶瓷粉體的粒徑會影響介質層的厚度，陶瓷粉體粒徑過大不利于MLCC薄層化和小型化，此外還會影響MLCC產品的燒結性能、介電常數、介質損耗，溫度特性及容量等多方面；陶瓷粉體的外貌形態也會影響MLCC的性能，因此在分散過程中，需盡可能減少陶瓷粉體的損傷。

MLCC陶瓷漿料流程概述

陶瓷漿料的常規制備方法為：陶瓷粉體、粘合劑、溶劑等按一定比例經過珠磨（球磨）得到初始漿料，珠磨機均質陶瓷漿料后經過過濾通過PSS的Nicomp粒度分析儀測試平均粒徑、AccuSizer顆粒計數器測試過大顆粒濃度、Lum穩定性分析儀快速篩選陶瓷漿料配方穩定性。

陶瓷漿料粒度控制

陶瓷粉體的粒徑大小對MLCC產品的燒結性能、介電常數、介質損耗、溫度特性及容量等方面都有影響。在對陶瓷漿料粒徑進行考察時，主要評估其平均粒徑大小，大顆粒濃度等指標。目前常見的陶瓷漿料分散方法主要采用珠磨機（也叫砂磨機）進行分散。

       HM&M珠磨機

常見分散方法的球磨法或砂磨機，在分散時物料、磨珠與機體之間的撞擊會對陶瓷漿料中的陶瓷粉體造成磨損，磨損的材料進入漿液中會變成難以除去的雜質，這對漿料的純度產生不利的影響，此外，在某些特定情況下，球磨過程還會改變粉體的物理化學性質。例如，增加晶格不完整性，形成表面無定形層等，影響后續燒結等工藝，日本HMM珠磨機的ADV機型能有效減少對陶瓷漿料的損傷。如下圖的TEM照片所示，采用HMM的UAM機型處理時有很多碎片，初步分析是由于粒子破壞而產生的鈦酸鋇，但是采用ADV機型處理中幾乎沒有發現鈦酸鋇碎片。

l                      實驗室研究工作用的珠磨機，50cc、100cc和150cc三種容量可供選擇。（Apex Labo實驗型）

l                      無篩網設計，沒有物料堵塞風險，運行平穩，無累積壓力，無壓力損失。

l                      可處理高粘度漿料

l                      可使用最小15um，最大0.5mm研磨珠，一臺設備滿足大多數物料研磨和分散需求。

平均粒徑檢測

陶瓷漿料中粉體的平均粒徑會影響MLCC產品的介電常數，進而影響MLCC高電容效率，同種介質材料的介電常數存在尺寸效應，控制粉體的粒徑能有效提高介質材料的介電常數。Yong 等發現粉體尺寸在約 140 nm 處存在介電常數的最大值，大于該值介電常數隨著粉體尺寸的減小而增加，小于此值介電常數隨著粉體尺寸減小而減小。¹粉體的平均粒徑還會影響介質層的厚度，從而影響MLCC的高電容效率和MLCC的薄層化、小型化。平均粒徑為小粒徑的產品具有較好的絕緣和耐電壓特性，小粒徑的BaTiO3產品（常見用于制備MLCC陶瓷漿料的陶瓷粉體材料）使用壽命將顯著延長²。

Nicomp納米激光粒度儀系列

Nicomp系列納米激光粒度儀采用動態光散射原理檢測分析樣品的粒度分布，基于多普勒電泳光散射原理檢測ZETA電位。

l                      粒徑檢測范圍0.3nm-10μm，ZETA電位檢測范圍為+/-500mV

l                      搭載Nicomp多峰算法，可以實時切換成多峰分布觀察各部分的粒徑。

l                      高分辨率的納米檢測，Nicomp納米激光粒度儀對于小于10nm的粒子仍然現實較好的分辨率和準確度。

尾端大粒子濃度檢測

目前MLCC使用的鈦酸鋇粉體粒徑極小，在80nm以下，粉體表面能較大，導致粉體的團聚形成大顆粒，陶瓷漿料中粉體分布不均勻，會造成殼層厚度不均勻³，影響后續流延工藝和印刷工藝的效果。

AccuSizer顆粒計數器系列

AccuSizer系列在檢測液體中顆粒數量的同時精確檢測顆粒的粒度及粒度分布，通過搭配不同傳感器、進樣器，適配不同的樣本的測試需求，能快速而準確地測量顆粒粒徑以及顆粒數量/濃度。

l                      檢測范圍為0.5μm-400μm（可將下限拓展至0.15μm）。

l                      0.01μm的超高分辨率，AccuSizer系列具有1024個數據通道，能反映復雜樣品的細微差異，為研發及品控保駕護航。

l                      靈敏度高達10PPT級別，即使只有微量的顆粒通過傳感器，也可以精準檢測出來。

l                      可出具法規報告

穩定性分析檢測        

陶瓷漿料的穩定性影響其存放時間，陶瓷漿料是生產MLCC的第一個環節，再進行后續工藝，如流延、印刷，如果漿料穩定性較差，在進行上述工藝過程中發生了大量沉淀、團聚，陶瓷介質的緊密性和穩定性將會受到影響。在陶瓷漿料制備中，控制尾端大粒子數量以及對漿料進行分散能使陶瓷漿料更為穩定。

LUM穩定性分析儀

Lum穩定性分析儀可以直接測量整個樣品的分散體的穩定性，檢測和區分各種不穩定現象，如上浮、絮凝、聚集、聚結、沉降等，通過測量結果可用來開發新的配方和優化現有的配方及工藝。

l                      快速、直接測試穩定性，無需稀釋，溫度范圍寬廣

l                      可同時測8個樣品，測量及辨別不同的不穩定現象及不穩定性指數

l                      加速離心，最高等效2300倍重力加速度

過濾

過濾是在陶瓷漿料制備及使用過程中都非常重要的一道工序，用于除去CMP Slurry中的雜質和尾端大顆粒，為后續流延、印刷工藝提供更好的原料。過濾時使用不同的膜將會影響物理攔截，吸附攔截等效果，需根據不同的工藝選擇能相容該產品的濾芯。

Entegris-ANOW 濾芯

Entegris-Anow是一家高分子微孔膜過濾企業，專業從事MCE、Nylon、PES、PVDF、PTFE等（膜孔徑為0.03μm~10μm）微孔膜的研發及生產，具有二十多年服務與醫藥客戶經驗，并為全球生物制藥、醫療器械、食品飲料、實驗室分析、微電子及工業等領域的客戶提供過濾、分離和凈化解決方案。

Entegris與Anow的結合，引入Entegris質量管理體系，每一支濾芯都經過嚴格檢查，此外，新建成的CTC驗證中心，為全球客戶提供專業的驗證服務。

[1] . Huang Y A,Biao L U,Zou Y X,et al.Grain Size Effect on Dielectric,Piezoelectric and Ferroelectric Property of BaTiO Ceramics with Fine Grains[J]. Journal of Inorganic Materials,2018,33(7):767-772.

[2] . 安可榮,黃昌蓉,陳偉健.鈦酸鋇粉體粒徑對MLCC性能的影響[J].電子工藝技術,2020,41(05):295-297.DOI:10.14176/j.issn.1001-3474.2020.05.013.

[3] 劉偉峰.高效分散處理的MLCC陶瓷漿料性能分析[J].電子工藝技術,2021,42(06):353-356.DOI:10.14176/j.issn.1001-3474.2021.06.012.