一文了解多层瓷介电容器（MLCC）

多层瓷介电容器（Multilayers Ceramic Capacitor,简称MLCC）是一个多层叠合的结构，是由多个简单平行板电容器组合而成的并联体，其结构包括三大组成部分：陶瓷介质（瓷体），金属内电极，金属端电极。

按其使用金属电极材料，分为贵金属电极（如：银、钯银、金等）MLCC即Precious Metal Electrode（简称PME MLCC）和贱金属电极（如铜、镍等）MLCC即Base Metal Electrode（简称BME MLCC）。二者主要差异列于表1中。

表 1 BME和PME电容器的比较

根据产品特点PME长期应用在高可靠领域，随着技术的发展，NASA、ESCC等对BME的可靠性等问题，进行了广泛的研究，2012年12月，欧空局把AVX Limited的BME电容器产品列入EPPL目录中。

2015年4月，欧空局把AVX Limited的BME电容器产品列入QPL目录中。同时，ESCC首次正式发布了BME电容器的详细规范ESCC 3009/041。

同年9月，美国先后颁布了用于空间的BME电容器框架规范NASA GSFC S-311-P-838，和MIL-PRF-32535。

端电极起到连接瓷体多层内电极与焊接或装联方式不同，按其端电极材料，一般包括以下几种形式： 

A、钯银端电极：采用钯银合金（Pd含量通常小于20%），一般应用在厚膜电路、陶瓷基板上。厚膜电路导带通常为钯银浆料在陶瓷基板上烧结而成，采用锡铅焊接往往会导致“蚀银”现象，不推荐铅锡焊接，因此厚膜电路选用钯银端电极电容器通常采用导电胶粘接方式安装，必要时采用加固处理，见粘接图。

B、金端电极：适用于粘接或金丝键合工艺。

C、锡铅/纯锡端电极：常用的三层端电极结构主要有Ag（Cu）-Ni-Sn和Ag(Cu)-Ni-SnPb。底层是封端工序涂覆（铜、银金属）；阻挡层镍层和外层焊接层为锡层（或锡铅）是通过电镀而成。Sn符合国家环保（Rohs规定）要求，但高可靠应用时通常选用PbSn以防止锡晶须生长问题：纯錫是非常活泼的金属，经过一段时间在其上会生长出许多柱状锡晶须，锡晶须会造成绝缘电阻下降、电气短路、尖端放电，或短路击穿等质量问题见下图。

（锡晶须  图片来源:赛宝中心）

D、柔性端电极：通常为四层结构，相对于传统MLCC的端电极，增加了额外的一层韧性电极层，即Ag/Cu-柔性层-Ni-Sn（SnPb）。由于柔性层材料为高分子聚合物，可有效缓冲多层瓷介电容器安装过程中机械应力和热冲击应力的作用，减小裂纹产生几率。但因该有机材料的抗热应力和老化特性，目前在航空、航天等高可靠和长寿命领域尚无应用经历，主要应用在汽车电子、电源线路、TFT-LCD逆变器民用领域。

柔性端电极MLCC结构

根据MLCC制造原理和高可靠、长寿命的要求，针对各工序工艺要素对加工质量及成品最终质量项目相关程度的分析，将MLCC制造工序分为关键工序和特殊工序。

MLCC的制造按印叠方式不同分为干法和湿法两种工艺，绝大多数高可靠MLCC制造商采用干法印叠工艺，干法印叠工艺生产的电容器因内部空洞少、瓷膜厚度及内电极厚度均匀性易于控制、产品的抗电强度高等优点，因而在MLCC制造业界广为采用。

MLCC内电极的制备是利用丝网印刷的原理，在流延好的介质瓷膜上，将内电极印刷成一定形状与尺寸的内电极图形，并利用错位、叠层的方法形成内电极结构（即巴块）。经过温等静压（在一定温度和压力下实现巴块层间的物理键合），后切割技术将巴块切割成设计尺寸的电容器芯片生坯。

MLCC生坯芯片需通过高温烧结使生坯芯片成为瓷体，让MLCC的陶瓷介质、内电极烧结成为致密的独石整体。

端电极制备首先是在MLCC芯片两端分别涂敷上端电极浆料，再经过高温烧端，将端电极浆料中的有机物完全分解，内外电极金属融合；其后在底银层的表面上，利用电镀沉积的方法分别电镀上阻挡层和焊接金属层。

在电子元器件发展过程中，小型化是一个永恒不变的趋势。作为世界用量最大、发展最快的片式元件之一的MLCC也不例外，据了解高可靠领域使用的MLCC最小尺寸为0201，民用可达08004，甚至更小。且随着线路数据传输速度逐渐提高、内存容量和功能种类的不断增加，对于低压高容量、超小超薄的MLCC需求急剧扩大，对于高可靠单颗电容的静电容量需求已到100μF，在民用领域可到150~200μF，特殊需求时甚至希望可达1000μF。

随着科技的日新月异，人类探索的区域也越来越广，而这些区域中有些地方的环境也越来越恶劣，对电子产品的要求也越来越苛刻，在这种条件下MLCC产品的性能也被要求达到更高的稳定性。在高可靠应用领域，对MLCC的寿命和可靠性也提出了更高要求，如稳态湿热（低电压）试验持续时间240h提升至1000h；鉴定样品从允许1只失效到0失效；失效率等级从M级提高至P级、S级；鉴定检验验高温寿命试验时间在125℃，2U_R下从2000h增至4000h等。

为了适应某些电子整机和电子设备向大功率高耐压的方向发展，高耐压大电流、大功率、超高Q值低ESR型的高压MLCC也是目前的一个重要的发展方向；如行波管等线路上使用的高压瓷介电容器可达十几KV；在发动机控制系统和航天探测设备的耐高温电子设备中需要高温瓷介电容器可达220 ℃。

高压MLCC

为满足现在5G通信对MLCC大容量、高速度的要求，高Q MLCC将向着更高使用频率方向发展，在射频（RF）端MLCC的Q值将直接影响到带宽，因此，高Q值、低ESR和低ESL的MLCC产品在通信领域的地位将变得更为重要。而用在微波通讯、功率放大器、发射机等f≥300MHz频率下的带线或微带电路中微波芯片电容（单层和多层结构）因其薄膜金端、结构坚固和谐振频率高也备受关注。

为了获得更高的容体比，多只MLCC焊接形成多芯组支架电容器,广范应用于电源滤波、DC/DC转换器、开关线路中做能量的输入与输出、放电电路（大容量）、高温滤波或去耦等。

相对于固体钽电容和铝电解电容，多芯组支架电容器的等效串联电阻（ESR）更低，超低的ESR可以保证电容器工作的功耗达到最小。一般多芯组瓷介电容器ESR可小于10mΩ，且由于多芯组支架的引入，多芯片结构相对于设计师水平并联来说，分布电感减少，从而可以承受更大的电流；同时可减少热应力对瓷介电容器的冲击；同时利用金属材料良好的延展性，增加了瓷介电容器抗机械应力的能力。

为解决EMC的三端电容器或者超低ESL、减少安装面积（如FPGA应用）的多端子电容器。