应用报告 | 国仪量子扫描电镜在MLCC中的应用(文末有福利)

2023-10-11 19:00:34, CIQTEK 国仪量子技术(合肥)股份有限公司




陶瓷电容器作为一种基础被动元器件,是现代电子工业中不可或缺的一员。其中,片式多层陶瓷电容器(MLCC)因其耐高温、耐高压、体积小、电容量范围宽等特点,占据了超过九成的陶瓷电容器市场,广泛应用于消费电子行业,包括家电、通讯、汽车电子、新能源、工控等应用领域。

使用国仪量子扫描电镜可以辅助完成对MLCC的失效分析,通过微观形貌找到失效起源,优化生产工艺,实现产品的高可靠性目标。





国仪量子扫描电镜在MLCC中的应用





MLCC由内电极、陶瓷介质和端电极三部分组成,如下图所示。

MLCC结构示意图

随着下游电子产品市场需求的不断更新,MLCC产品的技术发展趋势也转变为“五高一小”。即高容量化、高频化、耐高温、耐高压、高可靠性以及小型化。小型化意味着需要使用更小尺寸、更均匀的陶瓷粉体,材料的微观组织结构决定了最终性能,使用扫描电子显微镜表征陶瓷粉体的显微结构,包括颗粒形貌、粒度均匀性和晶粒尺寸,可以帮助制备工艺的不断提升。

扫描电镜下不同类型的钛酸钡陶瓷粉末/25kV/ETD


扫描电镜下不同类型的钛酸钡陶瓷粉末/1kV/Inlens

高可靠性意味着需要对失效机理有更深刻的认识,因此进行失效分析是不可或缺的。而MLCC失效的根本原因是其外部或内部存在如开裂、孔洞、分层等各种微观缺陷。这些缺陷会直接影响到MLCC产品的电性能和可靠性,给产品质量带来严重的隐患。使用扫描电镜可以辅助完成对电容产品的失效分析,通过微观形貌找到失效起源,优化生产工艺,最终实现产品的高可靠性目标。

MLCC的内部是多层结构,每一层陶瓷是否有缺陷、多层陶瓷的厚度是否均匀、电极是否覆盖均匀,这些都会影响器件的寿命。使用扫描电镜观察MLCC内部多层结构或对其内部失效进行分析时,常常需要对样品进行一系列的前处理后才能够进行测试。包括树脂包埋、机械研磨、镀膜仪导电处理等,也可以使用离子研磨仪做进一步的精加工处理。下图是使用国仪量子钨灯丝扫描电镜SEM3200拍摄的MLCC内部截面的微观形貌由图可见,陶瓷介质层的分层可能是导致器件失效的原因。 

MLCC截面/15kV/BSED


MLCC截面/20kV/BSED

近年来,随着消费电子、通信设备及汽车等行业的蓬勃发展,对MLCC的需求量迎来新一轮增长,在当下全球科技竞争日趋激烈的形势下,国产MLCC厂商迎来关键的国产替代机遇。使用国仪量子扫描电镜表征MLCC的相关形貌和成分均匀性,将助力MLCC厂商高可靠性的持续发展。


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国仪量子电子显微镜全景图



参考文献
[1] 姬晓婷. 片式多层陶瓷电容器扩产正当时[N]. 中国电子报,2022-02-22(008)
[2] 厉琨. 超薄层高容MLCC电特性与失效机理研究[D].2022
[3] 安可荣,黄昌蓉,陈伟健.钛酸钡粉体粒径对MLCC性能的影响[J].电子工艺技术,2020,41(05):295-297
[4] 周锋,陈涛,刘洲.烧结工艺对MLCC容量及微观结构的影响[J].电子工艺技术,2023,44(01):41-45
[5] 纪绪宝,霍永辉.MLCC在5G领域的应用及发展趋势[J].电子元器件与信息技术,2020,4(08)
[6] 吕晓云,黄栋,叶晓飞.MLCC的一种典型失效形式及优化方式[J].电子工艺技术,2021,42(02):93-95





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