Revoluția în tehnologia electrozilor de metal de bază (BME) a făcut din pulberea de nichel materialul principal pentru electrozii interni, înlocuind metalele prețioase precum paladiu sau aliajele de argint-paladiu. BME-MLCC-urile reprezintă acum peste 90% din producția globală de MLCC. Astăzi, odată cu răspândirea în continuare a comunicațiilor 5G, a vehiculelor cu energie nouă și a echipamentelor de calcul AI, MLCC-urile accelerează spre miniaturizare și capacitate mai mare. Ca material de bază cheie, cerințele tehnice pentru pulberea de nichel utilizată în electrozii interni suferă, de asemenea, modificări profunde.
Cerințe cheie pentru pulberea de nanonichel pentru MLCC-uri miniaturale cu capacități înalte-
Esența miniaturizării MLCC și a capacității mai mari sunt dielectricii ultra-subțiri, electrozii rafinați și stivuirea-la scară în straturi. Pentru a elimina defectarea dielectricului și scurtcircuitele electrodului cauzate de particulele grosiere, asigurând în același timp uniformitatea acoperirilor imprimate cu electrozi, grosimea stratului electrodului intern de nichel trebuie să se potrivească exact cu cea a dielectricului ultra-subțire. Prin urmare, cea mai critică cerință pentru aplicarea pulberii de nichel este tendința către dimensiunea particulelor ultra-fine. Conform informațiilor din industrie, pentru fiecare reducere cu 10 nm a dimensiunii particulelor de pulbere de nanonichel, grosimea stratului dielectric MLCC poate fi redusă cu 5-8 nm în consecință.
MLCC-urile tradiționale de la nivel mediu- până la-inferior au, în general, grosimi ale straturilor dielectrice de peste 1 μm și un număr de straturi de 200. Redundanța procesului pentru grosimea electrodului este mare, iar toleranța pentru performanța pulberii de nichel este relativ mare. Pulberea convențională de nichel cu o dimensiune a particulelor de 200–300 nm este suficientă pentru a îndeplini cerințele de producție în masă. Cu toate acestea, odată cu modernizarea iterativă a MLCC-urilor de ultimă generație, pulberea de nichel de 100 nm a devenit alegerea curentă pentru MLCC-uri cu capacități înalte-și se poate adapta în mod stabil proceselor de producție în masă-la scară largă pentru straturi de electrozi de 0,5 μm-grosime. Unele aplicații-de ultimă generație necesită chiar reducerea dimensiunii particulelor de pulbere de nichel la 80 nm pentru a îndeplini cerințele de proces ale straturilor dielectrice cu o grosime de 0,35–0,5 μm. În același timp, distribuția mărimii particulelor trebuie să fie extrem de îngustă, cu D90 controlat de 2 ori D50.
Pe baza dimensiunii extrem de fine a particulelor și a distribuției înguste, condițiile stricte de co-ardere și fiabilitate ale MLCC-urilor miniaturizate conduc, de asemenea, la o îmbunătățire completă a calității generale a pulberii de nichel:
(1) Sfericitate mai mare: pentru a se adapta la formarea densă a straturilor subțiri de electrozi și la arderea-la temperatură ridicată-, pulberea de nichel are nevoie de o sfericitate excelentă. Particulele sferice obișnuite pot asigura curgerea șlamului și ambalarea uniformă, evitând golurile și abaterile de grosime în stratul de electrod.
(2) Monodispersitate bună: pentru a asigura acoperirea uniformă a șlamului electrodului și dispersia uniformă a pulberii de nichel în suspensie. Cu toate acestea, cu cât pulberea de nichel este mai fină, cu atât energia sa de suprafață este mai mare și problema aglomerației este mai proeminentă, care adesea trebuie rezolvată prin tehnologii de modificare a suprafeței.
(3) Cristalinitate mai mare: Structura de pulbere poate regla stabil rata de contracție a sinterizării și caracteristicile de dilatare termică, realizând o potrivire perfectă cu dielectricul ceramic și evitând defectele structurale, cum ar fi fisurarea și delaminarea interstratului.
(4) Puritate mai mare: pulberea de nichel de-puritate ridicată, cu oxigen și impurități scăzute, poate inhiba eficient oxidarea/precipitarea și deplasarea rezistenței în condiții de-temperatură înaltă, îmbunătățind considerabil stabilitatea serviciului pe termen lung-și fiabilitatea rezistenței la intemperii a MLCC-urilor în miniatură-de înaltă calitate.
Ce metode de preparare pot produce pulbere de nano nichel pentru MLCC?
Pe baza cerințelor stricte de mai sus, metodele tradiționale în fază lichidă și solidă, cum ar fi reducerea chimică și piroliza prin pulverizare, nu mai pot îndeplini pe deplin cerințele de producție pentru pulbere de nichel la scară nano-, ultra-fină și foarte uniformă pentru MLCC-uri miniaturale de ultimă generație. Prin urmare, tehnologiile de preparare în fază gazoasă reprezentate de CVD și PVD, cu avantajul formării de particule controlabile cu precizie, au devenit căi tehnice de bază pentru prepararea pulberii de nanonichel pentru MLCC-uri de ultimă generație.
01 Metoda de descompunere a nichelului carbonil
Esența pulberii de carbonil nichel este utilizarea selectivității unei reacții reversibile de gaz-solid. La o temperatură relativ scăzută și o anumită presiune, nichelul metalic din faza solidă reacţionează cu CO pentru a forma nichel tetracarbonil volatil (Ni(CO)₄), în timp ce impurităţile rămân în faza solidă. Tetracarbonilul de nichel este apoi descompus termic la temperatură mai mare și presiune mai mică pentru a regenera particulele solide de nichel pur și monoxid de carbon gazos, obținând în cele din urmă pulbere de nichel sferică ultra-.
Cele mai mari avantaje ale acestui proces sunt puritatea extrem de ridicată, sfericitatea excelentă și activitatea de sinterizare ridicată. Dimensiunea particulelor poate fi controlată cu precizie în intervalul 1–20 μm, cu o distribuție îngustă și uniformă a dimensiunii particulelor, făcându-l perfect potrivit pentru cerințele de producție în masă ale MLCC-urilor de-strat-număr mare, de-capacitate mare cu dielectrici ultra-sub 1 μm. Cu toate acestea, deficiențele sale principale sunt dificultatea siguranței procesului și a controlului mediului. Nichel-tetracarbonilul este un mediu extrem de toxic și periculos, care impune cerințe extrem de ridicate privind limitarea producției, echipamentele antiexplozive-, tratarea gazelor reziduale și sistemele de operare și întreținere de siguranță și a fost eliminat treptat.
02 Metoda de depunere în vapori chimici CVD
Depunerea chimică de vapori CVD este o tehnologie de-de ultimă generație de preparare a pulberii de nichel, monopolizată de companiile japoneze. Principiul său de bază este că gazele precursoare, cum ar fi clorura de nichel, sunt reduse la atomi elementari de nichel într-un mediu cu fază gazoasă de-temperatură înaltă-și apoi se nucleează, cresc și se condensează uniform în pulbere de nanonichel ultra-fină.
Avantajele de bază ale acestui proces sunt un mediu de reacție uniform, nucleare controlabilă, puritate ridicată, fără aglomerare și compatibilitate excelentă la co-ardere. În prezent, este pulberea de susținere de bază pentru MLCC-uri la nivel internațional de înaltă-gamă dielectrică ultra-dielectrică ultra-înaltă{-strat-. Cu toate acestea, echipamentele sale de bază și tehnologia de proces sunt monopolizate în străinătate, cu costuri de investiții în echipamente extrem de mari, praguri ridicate-procesului de producție în masă și costuri de producție ridicate.
03 PVD Metoda fizică de condensare a vaporilor
Pulberea de nichel PVD este o direcție cheie de descoperire pentru înlocuirea internă. Acest proces abandonează reacțiile chimice. În schimb, în vid sau într-un mediu de protecție cu gaz inert (cum ar fi argonul), nichelul metalic solid este vaporizat prin încălzire la temperatură înaltă-(cum ar fi încălzirea cu rezistență, încălzirea cu plasmă, descărcarea arcului, încălzirea cu laser etc.) pentru a forma vapori de atom de nichel. Atomii de gaz se ciocnesc apoi unul cu altul și pierd energie, obținând o nucleare rapidă și, în cele din urmă, se condensează rapid într-o regiune cu temperatură joasă-în particule de pulbere de nichel de nano- până la submicron-.
Principiul preparării pulberii de nano nichel prin PVD
Pulberea de nanonichel produsă prin această metodă are o puritate ridicată, o cristalinitate bună, o suprafață netedă și o rezistență puternică la oxidare. Poate îndeplini pe deplin cerințele pentru pulberea de nichel utilizată în electrozii interni MLCC, iar procesul de producție este ecologic. Cu toate acestea, din cauza echipamentelor de producție complexe și a eficienței scăzute, controlul stabilității în producția de masă pe scară largă-și optimizarea costurilor rămân probleme urgente de rezolvat.