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我国电子陶瓷技术发展的战略思考-广东夏阳精细陶瓷科技有限公司
来源:非原创 | 作者:XYC | 发布时间: 2021-01-11 | 848 次浏览 | 分享到:
电子陶瓷作为一类重要的战略新材料,是无源电子元件的核心材料,也是电子信息技术领域重要的技术前沿。随着电子信息技术日益走向集成化、智能化和微型化,无源电子元件日益成为电子元器件技术的发展瓶颈,电子陶瓷材料及其制备加工技术的战略地位日益凸显。



一、前言

电子陶瓷是无源电子元件的核心材料,是电子信息技术的重要材料基础。近年来,随着电子信息技术日益走向集成化、薄型化、智能化和微型化,

以半导体技术为基础的有源器件和集成电路迅速发展,而无源电子元件日益成为电子元器件技术的发展瓶颈,因此电子陶瓷材料及其制备加工技术越来越成为制约电子信息技术发展的重要核心技术之一 。


我国是无源电子元件大国,从产品产量上看,无源元件的产量占到了全球的40%以上;但不是强国,元件产值不足全球产值的四分之一,高端元件大量依赖进口 。

电子陶瓷材料及技术是制约高端元件发展的重要因素之一。从战略高度研判国内外电子陶瓷材料与元器件技术的发展现状,分析我国相关领域的问题及对策,对于推动我国高端电子元器件产业的发展具有重要意义。

二、国际电子陶瓷产业技术发展现状与趋势


从全球电子陶瓷产业技术水平看,日本和美国处于世界的领先地位。其中,日本凭借其超大规模的生产和先进制备技术,在世界电子陶瓷市场中具有主导地位,

占有世界电子陶瓷市场 50% 以上的份额 。美国在基础研究和新材料开发方面力量雄厚,其注重产品的前沿技术和在军事领域的应用,如在水声、电光、光电子、红外技术和半导体封装等方面处于优势地位。此外,韩国在电子陶瓷领域发展迅速,引人瞩目。


(一)多层陶瓷电容器(MLCC)产业


电子陶瓷的主要应用领域是无源电子元件。MLCC 是目前用量最大的无源元件之一,主要用于各类电子整机中的振荡、耦合、滤波旁路电路中,其应用领域涉及自动仪表、

数字家电、汽车电器、通信、计算机等行业。MLCC 在国际电子制造业中占据越来越重要的位置,尤其是随着消费类电子产品、通信、电脑、网络、汽车、工业和国防终端客户的需求日益增多,

全球市场达到百亿美元,并以每年 10%~15% 的速度增长。自 2017 年以来,由于供求关系所致, MLCC 产品发生了若干次涨价潮。日本是 MLCC 的生产大国,

日本的村田(nuRata)、京瓷株式会社(KYOCERA)、太阳诱电株式会社(TAIYO YUDEN)、 TDK-EPC,韩国的三星电机有限公司(SEMCO)和我国台湾地区的华新科技股份有限公司、

国巨股份有限公司等都是全球著名的MLCC 生产企业。MLCC 的主流发展趋势是小型化、大容量、薄层化、贱金属化、高可靠性,其中内电极贱金属化相关技术在近年来发展最为迅速,

采用贱金属内电极是降低 MLCC 成本的最有效途径,而实现贱金属化的关键技术是发展高性能抗还原钛酸钡瓷料。日本在21世纪初就已经完成了此项技术的开发,

并一直保持世界领先,目前其大容量MLCC 全部实现了贱金属化。尺寸的小型化一直是MLCC 发展的主要趋势,随着电子设备日益向小型化和便携式方向发展,

产品更新换代迅速,小型化产品需求强烈,如图1所示。实现小型化元器件的基本材料技术是陶瓷介质层的薄型化技术。当前日本企业处于国际领先地位,

其生产的 MLCC单层厚度已达 1µm,其中,处于顶级地位的日本村田和太阳诱电株式会社的研发水平已达到 0.3µm。介质薄层化的基础是介质材料的微细化

。在大容量薄层化 MLCC 元件单层厚度逐渐减小的同时,为保证元件的可靠性,钛酸钡作为 MLCC 陶瓷介质的主晶相,其颗粒尺寸需要从 200~300 nm进一步细化到 80~150nm。未来的发展趋势是制备出颗粒尺寸≤ 150nm的钛酸钡材料作为 MLCC介质层的主晶相材料。


(二)片式电感器产业


片式电感器是另一类用量较大的无源电子元件,是三大类无源片式元件中技术最复杂的一类,其核心材料是磁性陶瓷(铁氧体)。目前世界片式电感器的总需求量在 10000 亿只左右,年增长速度在10% 以上。

在研制生产片式电感器方面,日本的生产产量约占世界总量的70%。其中 TDK-EPC、村田和太阳诱电株式会社一直掌握该领域的前沿技术。据产业情报网(IEK)统计,在全球电感市场中,TDK-EPC、太阳诱电株式会社及村田三家企业的产量合计约占全球市场的 60% 左右。

片式电感器发展的主要趋势包括小尺寸、高感量、大功率、高频率以及高稳定、高精度。其技术核心是具有低温烧结特性的软磁铁氧体和介质材料。


(三)高性能压电陶瓷产业


压电陶瓷是一种重要的换能材料,其机电耦合性能优良,在电子信息、机电换能、自动控制、微机电系统、生物医学仪器中广泛应用。为适应新的应用需求,压电器件正向多层化、片式化和微型化方向发展。

近年来,多层压电变压器、多层压电驱动器、片式化压电频率器件等一些新型压电器件不断被研制,并广泛应用于电气、机电、电子等领域。


同时,在新型材料方面,无铅压电陶瓷的研制已取得了较大的突破,有可能使得无铅压电陶瓷在许多领域替代锆钛酸铅(PZT)基的压电陶瓷,推动绿色电子产品的升级换代

。此外,压电材料在下一代能源技术中的应用开始崭露头角。过去十年中,随着无线与低功耗电子器件的发展,利用压电陶瓷的微型

注:广东夏阳精细陶瓷科技有限公司专注于先进精细陶瓷材料的研发、制造、精密加工、应用方案。是精细陶瓷领域的制造商、供应商和方案提供商。

       
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