将大幅增加的电子回路装入小型终端——村田的5G智能手机用MLCC(后篇)

上篇介绍了村田制作所开发的5G手机用小型大容量MLCC的具体情况,以及对应用设备的影响。村田采用新一代MLCC制造技术,开发出0201M(0.2×0.1mm)尺寸的0.1μF MLCC、以及0402M(0.4×0.2mm)尺寸的1.0μF MLCC。整个开发过程并不轻松。下篇的内容是,MLCC固有制造技术的难点、解决问题的技术、以及持续引领MLCC小型化、大容量化的村田开发体制保持稳健发展的原动力。另外,相关负责人对MLCC小型化、大容量化的未来进行了展望。

MLCC的小型化、大容量化并非易事

――通过制造技术升级实现MLCC的小型化、大容量化需要多长的周期?

根据以往的经验,与静电容量相同的MLCC比较,需要7~10年的周期。

――半导体的精细加工技术和制造技术经历了14nm时代、10nm时代、7nm时代,每2年或3年完成一次迭代。相比之下,MLCC的小型化进程显得比较缓慢。小型化和大容量化过程中,存在哪些难点?

MLCC的小型化无法由电子元件厂商牵头推进。因为部件尺寸变小后,使用这些部件的下游企业需要引进新的贴装技术。例如,在电子设备印制电路板上贴装元件的贴片机(贴装机)需要根据小型电子元件进行改良,并提高贴装精度。因此,MLCC的小型化需要与贴装技术的发展保持同步。

MLCC在小型化和大容量化过程中,存在与半导体精细化不同的技术难题。MLCC采用陶瓷薄膜(薄电介质)与金属电极交替堆叠的结构(图1)。将陶瓷电介质和粘合剂制成浆液后涂在载膜上,干燥后的制品被称为印刷电路基板,在其上反复印刷电极后烧固而成。最新的MLCC,积层数可达数百层。制造MLCC时的突出难点是,烧结前后陶瓷薄膜会大幅缩小。如果单纯减小介电膜和电极的厚度,会因烧结时的缩小导致整体开裂。若要在印刷电极图案的状态下,确保烧结后的元件保持正常结构,需要采用合适的技术和专利。

图1 MLCC的基本结构

在制造本次开发的产品时使用的技术中,陶瓷薄膜的厚度仅为头发丝厚度(约80μm)的1/100。为了提升高品质MLCC的成品率,需要使薄陶瓷薄膜的厚度保持均匀。如果膜厚不均匀,则夹住介电膜的电极可能接触而发生短路,从而失去电容器的功能。即使不发生短路,如果膜厚均匀度很差,也将导致耐电压或可靠性下降等问题。

通过原料开发和制造工艺开发的整合与磨合,打造先进的MLCC

――生产符合要求的MLCC,需要使用高精度制造技术。具体来说,通过怎样的制造技术,开发出最先进的0201M尺寸0.1μF MLCC,以及0402M尺寸的1μF MLCC?

需要进一步提升原材料的品质。首先,通过减小电介质(钛酸钡)粒子的直径、增加均匀度,制造出均质而精细的印刷电路基板。同时,开发了将微细电介质离子均匀分散到薄膜内的成型技术。另外,减小印刷电极图案时的金属(镍)粒径。通过提高填充率以实现薄层化后,使电极和电介质的界面上不出现凹凸现象*。

* 有关薄化技术的相关介绍,请浏览在本公司的会员网站my Murata的“Ceramic Capacitor Site”中发布的“电容器业务介绍资料”。

――要实现MLCC的小型化和大容量化,除了制造工艺以外,还需着手开发原料。

没错。磨合材料技术和薄膜成型技术以改善并优化制造技术,是确保高品质和可靠性、实现小型化和大容量化的重点所在。因此,如果企业无法同时开发材料和制造工艺,将无法实现MLCC的小型化和大容量化。

从原料开始由自己开发和制作的体制,在公司成立之初就已确立。此外,除了原料的开发和生产以外,还建立了生产技术、产品策划和销售等各部门合作,为开发相关产品而研制所需原料、并最大限度激发潜力的体制。对于难以解决的原料问题,有时对制造工艺稍加改变就有了解决之策。从原料开始通过跨部门合作开发新的技术和产品是村田的强项,也是MLCC市场份额较高的原因。

――日常的跨部门合作开发体制是否完善?

福井村田制作所汇集了先进MLCC的相关开发功能和量产功能。这里有薄层化和积层的高端技术和丰富的经验和。开发部门、生产技术部门和制造部门在同一场所,因此在产品开发指令下,各领域专家可以随时集合,积极沟通。这种CFT(Cross Function Team)开发体制有助于提升技术开发的效率。

另外,技术开发部门位于量产工厂附近,也起到了将领先世界的技术早日投入量产的效果。纸上谈兵式的技术开发无法解决制造现场出现的问题。在现场实际观察,由技术部门和制造部门共同寻找解决方案,这一点非常重要。

诸如MLCC小型化和大容量化的高难度技术课题,不可能仅仅依靠开发部门。正因为生产技术部门、制造部门和销售部门通力合作,才使世界首款产品即将实现量产(图2)。对于共同克服困难,积极寻找解决方案的各位同仁表示衷心感谢。

图2 新MLCC开发合作体制

新一轮小型化和大容量化工作已就绪

――除了智能手机,对电子设备的小型化和多功能化需求也将增多。未来,村田是否继续向MLCC的小型化和大容量化发起挑战?

其实早在小型化需求还不明朗的时候,我们就已开展了MLCC小型化和大容量化的技术开发。其研究成果对电子设备的发展起到了推动作用。现阶段并未开发尺寸小于0201M的MLCC。但电介质和电极的进一步薄层化仍将持续,从而使得MLCC的更加小型化研发成为必然。

――从技术上看,MLCC的小型化和大容量化还有进一步发展的空间吗?

电介质粒子原料的再精细化已经有了头绪,而且掌握了薄膜成型技术。

另外,可以加强电极内镍粒子的细微化,使电极进一步薄膜化。今后,通过将两者进行组合及磨合,确立下一代制造技术,推进小型且大容量的MLCC商品化。

――很早就听说了有关6G技术开发的报道。看准6G应用设备开发的MLCC,今后将如何发展?

有消息称6G将在2030年实现商用。与5G比较,时延更小、通信速度更快,智能手机和可穿戴设备的功能和使用场景可能发生较大变化。例如,可能以“远程操作”为重点推进应用拓展。其中,MLCC厂商需要解决的课题依旧是小型化和大容量化。未来3~5年,需要的技术应该会逐渐明朗。为了能迅速应对这种变化,我们希望提前开展技术开发。

继续支持可穿戴设备和IoT终端等的小型化

目前上市的大部分智能手机都使用了村田的MLCC。如果没有高性能MLCC,将无法满足消费者对智能手机的需求,且无法解决技术难题。采用引入新一代制造技术的5G手机用MLCC后,这种倾向可能会更加明显。

5G手机用MLCC将继续支持可穿戴设备和IoT终端等其他电子设备的发展。电子设备的急速发展,通常伴随着与之匹配的电子元件创新。催生电脑的微处理器、促成平板电视商用的液晶面板等,类似的例子不胜枚举。借助新一代MLCC将诞生怎样的创新型电子设备,我们将拭目以待。

左起销售经理 水流园、产品开发经理 若岛

关联网站

相关产品

相关文章