国产高性能扫描电镜在MLCC中的应用

2023/11/24   下载量： 0 次

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使用国产高性能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。

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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。

使用国产高性能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。


国产高性能扫描电镜在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。下图是使用国产钨灯丝扫描电镜拍摄的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。使用国产高性能扫描电镜表征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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