Az áttörés az alapfém-elektródák (BME) technológiájában a nikkelport tette a belső elektródák fő anyagává, felváltva az olyan nemesfémeket, mint a palládium vagy az ezüst{0}}palládiumötvözetek. BME-Az MLCC-k adják a globális MLCC-kibocsátás több mint 90%-át. Napjainkban az 5G-kommunikáció, az új energiahordozók és az AI számítástechnikai berendezések továbbterjedésével az MLCC-k felgyorsulnak a miniatürizálás és a nagyobb kapacitás felé. A belső elektródákban használt nikkelpor műszaki követelményei, mint kulcsfontosságú alapanyag, szintén mélyreható változásokon mennek keresztül.
A miniatűr, nagy{0}}kapacitású MLCC-k nanonikkelporának fő követelményei
Az MLCC miniatürizálás és a nagyobb kapacitás lényege az ultra-vékony dielektrikumok, a finomított elektródák és a skálázott-réteg-halmozás. A durva részecskék által okozott dielektromos törés és elektróda rövidzárlatok kiküszöbölése érdekében, miközben biztosítják az elektródákkal nyomtatott bevonatok egyenletességét, a nikkel belső elektródaréteg vastagságának pontosan meg kell egyeznie az ultravékony dielektrikuméval. Ezért a nikkelpor alkalmazásának legkritikusabb követelménye az ultrafinom részecskeméret irányába mutató tendencia. Iparági információk szerint a nano nikkelpor részecskeméretének minden 10 nm-es csökkentésével az MLCC dielektromos réteg vastagsága ennek megfelelően 5-8 nm-rel csökkenthető.
A hagyományos közép- és alacsony-végű MLCC-k dielektromos rétegvastagsága általában meghaladja az 1 μm-t, a rétegszámuk pedig 200-on belül van. Az elektródavastagságra vonatkozó folyamatredundancia magas, a nikkelpor teljesítményének tűrése pedig viszonylag magas. A 200-300 nm-es részecskeméretű hagyományos nikkelpor elegendő a tömeggyártási követelmények teljesítéséhez. A csúcskategóriás MLCC-k iteratív fejlesztésével azonban a 100 nm-es nikkelpor a nagy-kapacitású MLCC-k fő választásává vált, és stabilan alkalmazkodik a 0,5 μm{13}}vastagságú elektródarétegek nagy-tömeggyártási folyamataihoz. Egyes csúcskategóriás alkalmazásokhoz még a nikkelpor részecskeméretét is 80 nm-re kell csökkenteni, hogy megfeleljen a 0,35–0,5 μm vastagságú dielektromos rétegek technológiai követelményeinek. Ugyanakkor a részecskeméret-eloszlásnak rendkívül szűknek kell lennie, a D90-et a D50-es 2-szeresén belül kell szabályozni.
A rendkívül finom részecskeméretnek és a szűk eloszlásnak köszönhetően a miniatürizált MLCC-k szigorú együttégetési és
(1) Magasabb gömbölyűség: A vékony elektródarétegek sűrű formálásához és a magas hőmérsékletű együttégetéshez-alkalmazkodó nikkelpornak kiváló gömbszerűségre van szüksége. A szabályos gömb alakú részecskék biztosítják az iszap folyóképességét és egyenletes tömítését, elkerülve az üregeket és a vastagság eltéréseit az elektródarétegben.
(2) Jó monodiszperzitás: Az elektródaszuszpenzió egyenletes bevonásának és a nikkelpor egyenletes diszperziójának biztosítása a zagyban. Minél finomabb azonban a nikkelpor, annál nagyobb a felületi energiája, és annál szembetűnőbb az agglomerációs probléma, amelyet gyakran felületmódosító technológiákkal kell megoldani.
(3) Magasabb kristályosság: A porszerkezet stabilan szabályozhatja a szinterezési zsugorodási sebességet és a hőtágulási jellemzőket, tökéletes illeszkedést biztosítva a kerámia dielektrikumhoz, és elkerülhető a szerkezeti hibák, például a rétegközi repedés és a rétegvesztés.
(4) Nagyobb tisztaság: A nagy-tisztaságú, alacsony oxigéntartalmú és alacsony szennyeződésű nikkelpor hatékonyan gátolja az oxidációt/kicsapódást és az ellenállás-sodródást magas-hőmérsékletű körülmények között, nagymértékben javítva a hosszú-távú üzemi stabilitást és a csúcsminőségű miniatűr MLCC-k időjárásállóságát.
Milyen előkészítési módszerekkel lehet nanonikkelport előállítani az MLCC-k számára?
A fenti szigorú követelmények alapján a hagyományos folyékony-fázisú-fázisú-módszerek, mint például a kémiai redukció és a permetező pirolízis, már nem képesek teljes mértékben megfelelni a nano-méretű, ultra-finom, rendkívül egyenletes nikkelpor gyártási követelményeinek a csúcskategóriás miniatűr MLCC-khez. Ezért a CVD és a PVD által képviselt gázfázisú-előkészítési technológiák, amelyek előnye a pontosan szabályozható részecskeképződés, a nano-nikkelpor előállításának alapvető műszaki útjaivá váltak a csúcskategóriás MLCC-khez.
01 Karbonil-nikkel lebontási módszer
A karbonil-nikkelpor lényege a gáz-reverzibilis reakció szelektivitásának alkalmazása. Viszonylag alacsony hőmérsékleten és bizonyos nyomáson a szilárd fázisban lévő fém nikkel reakcióba lép a CO-val, így illékony nikkel-tetrakarbonil (Ni(CO)4) keletkezik, míg a szennyeződések a szilárd fázisban maradnak. A nikkel-tetrakarbonilt ezután magasabb hőmérsékleten és alacsonyabb nyomáson termikusan lebontják, hogy szilárd, tiszta nikkelrészecskéket és szén-monoxid-gázt regeneráljanak, végül ultrafinom, gömb alakú nikkelport kapnak.
Ennek az eljárásnak a legnagyobb előnye a rendkívül nagy tisztaság, a kiváló gömbszerűség és a magas szinterezési aktivitás. A részecskeméret precízen szabályozható 1-20 μm-en belül, keskeny és egyenletes részecskeméret-eloszlás mellett, így kiválóan alkalmas a nagy-réteg-számú, nagy-kapacitású MLCC-k tömeggyártási követelményeire, ultravékony, 1 μm alatti dielektrikumokkal. Legfőbb hiányosságai azonban a folyamatbiztonság és a környezetvédelmi ellenőrzés nehézségei. A nikkel-tetrakarbonil rendkívül mérgező és veszélyes közeg, amely rendkívül magas követelményeket támaszt a termelés elszigetelésével, a robbanásbiztos berendezésekkel, a véggáz-kezeléssel, valamint a biztonsági üzemeltetési és karbantartási rendszerekkel szemben, és fokozatosan megszűnt.
02 CVD kémiai gőzfázisú leválasztásos módszer
A CVD kémiai gőzleválasztás egy csúcsminőségű{0}}nikkelpor-előkészítési technológia, amelyet japán vállalatok monopolizáltak. Alapelve az, hogy a prekurzor gázok, például a nikkel-klorid elemi nikkel atomokká redukálódnak magas-hőmérsékletű gáz-fázisú környezetben, majd egyenletesen magképződnek, növekednek és ultrafinom nanonikkelporrá kondenzálódnak.
Ennek az eljárásnak a fő előnyei az egységes reakciókörnyezet, a szabályozható gócképződés, a nagy tisztaság, az agglomerációmentesség és a kiváló együttégetési kompatibilitás. Jelenleg ez a fő támogató por a nemzetközileg csúcsminőségű-ultra-vékony dielektromos, ultra-nagy-rétegű-számú MLCC-k számára. Alapvető berendezései és folyamattechnológiái azonban a tengerentúlon monopolizáltak, rendkívül magas berendezés-beruházási költségekkel, magas tömeg-gyártási folyamatküszöbökkel és magas gyártási költségekkel.
03 PVD fizikai gőzkondenzációs módszer
A PVD-nikkelpor a hazai helyettesítés kulcsfontosságú áttörési iránya. Ez a folyamat felhagy a kémiai reakciókkal. Ehelyett vákuumban vagy inert gáz (például argon) védőkörnyezetben a szilárd fém nikkel magas -hőmérsékletű hevítéssel (például ellenállásfűtés, plazmafűtés, ívkisülés, lézerfűtés stb.) elpárolog, és nikkel atomgőz keletkezik. A gázatomok ezután egymásnak ütköznek, és energiát veszítenek, gyors magképződést érve el, végül pedig egy alacsony hőmérsékletű tartományban gyorsan nano--szubmikron{7}}méretű nikkelpor részecskékké kondenzálódnak.
A nanonikkelpor PVD-vel történő előállításának elve
Az ezzel a módszerrel előállított nano nikkelpor nagy tisztaságú, jó kristályossággal, sima felülettel és erős oxidációs ellenállással rendelkezik. Teljes mértékben megfelel az MLCC belső elektródákban használt nikkelpor követelményeinek, és a gyártási folyamat környezetbarát. A bonyolult gyártóberendezések és az alacsony hatékonyság miatt azonban továbbra is sürgős megoldásra vár a stabilitás ellenőrzése a nagy-tömegtermelésben és a költségek optimalizálása.