【技术】一文解析贴片电容的发展历史、分类、尺寸和制作流程

MLCC是片式多层陶瓷电容器英文缩写。是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极），从而形成一个类似独石的结构体，故也叫独石电容器。

多层片式陶瓷电容器（MLCC）简称贴片电容、片容，日本及台湾地区常称为积层电容或叠层电容，1960年代由美国人发明，1980年代被日本人发扬光大并实现用低成本贱金属量产。

什么是MLCC

片式多层陶瓷电容器 (Multi-layer Ceramic Capacitor 简称MLCC)是电子整机中主要的被动贴片元件之一，它诞生于上世纪60年代，最先由美国公司研制成功，后来在日本公司(如村田Murata、TDK、太阳诱电等)迅速发展及产业化，至今依然在全球MLCC领域保持优势，主要表现为生产出MLCC具有高可靠、高精度、高集成、高频率、智能化、低功耗、大容量、小型化和低成本等特点。

MLCC—简称片式电容器，是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极），从而形成一个类似独石的结构体，故也叫独石电容器。

MLCC除有电容器 “隔直通交”的通性特点外，其还有体积小，比容大，寿命长，可靠性高，适合表面安装等特点。随着世界电子行业的飞速发展，作为电子行业的基础元件，片式电容器也以惊人的速度向前发展，每年以10%～15%的速度递增。目前，世界片式电容的需求量在 2000亿支以上，70%出自日本（如MLCC大厂村田muRata），其次是欧美和东南亚（含中国）。随着片容产品可靠性和集成度的提高，其使用的范围越来越广，广泛地应用于各种军民用电子整机和电子设备。如电脑、电话、程控交换机、精密的测试仪器、雷达通信等。

简单的平行板电容器的基本结构是由一个绝缘的中间介质层加外两个导电的金属电极，基本结构如下：

下图-(片式多层陶瓷电容器，独石电容，片式电容，贴片电容) MLCC实物结构图：

为了满足电子整机不断向小型化、大容量化、高可靠性和低成本的方向发展。MLCC也随之迅速向前发展：种类不断增加，体积不断缩小，性能不断提高，技术不断进步，材料不断更新，轻薄短小系列产品已趋向于标准化和通用化。其应用逐步由消费类设备向投资类设备渗透和发展。移动通信设备更是大量采用片式元件。

随着世界电子信息产业的迅速发展，MLCC的发展方向呈现多元化：

1、为了适应便携式通信工具的需求，片式多层电容器也正在向低压大容量、超小超薄的方向发展。

2、为了适应某些电子整机和电子设备向大功率高耐压的方向发展（军用通信设备居多），高耐压大电流、大功率、超高Q值低ESR型的中高压片式电容器也是目前的一个重要的发展方向。

3、为了适应线路高度集成化的要求，多功能复合片式电容器（LTCC）正成为技术研究热点。

MLCC的主要材料和核心技术及LCC的优点

1、材料技术(陶瓷粉料的制备)

现在MLCC用陶瓷粉料主要分为三大类(Y5V、X7R和COG)。其中X7R材料是各国竞争最激烈的规格，也是市场需求、电子整机用量最大的品种之一，其制造原理是基于纳米级的钛酸钡陶瓷料(BaTiO3)改性。日本厂家（如村田muRata）根据大容量(10μF以上)的需求，在D50为100纳米的湿法BaTiO3基础上添加稀土金属氧化物改性，制造成高可靠性的X7R陶瓷粉料，最终制作出10μF-100μF小尺寸(如0402、0201等)MLCC。国内厂家则在D50为300-500纳米的BaTiO3基础上添加稀土金属氧化物改性制作X7R陶瓷粉料，跟国外先进粉体技术还有一段差距。

2、叠层印刷技术(多层介质薄膜叠层印刷)

如何在0805、0603、0402等小尺寸基础上制造更高电容值的MLCC一直是MLCC业界的重要课题之一，近几年随着材料、工艺和设备水平的不断改进提高，日本公司已在2μm的薄膜介质上叠1000层工艺实践，生产出单层介质厚度为1μm的100μFMLCC，它具有比片式钽电容器更低的ESR值，工作温度更宽(-55℃-125℃)。代表国内MLCC制作最高水平的风华高科公司能够完成流延成3μm厚的薄膜介质，烧结成瓷后2μm厚介质的MLCC，与国外先进的叠层印刷技术还有一定差距。当然除了具备可以用于多层介质薄膜叠层印刷的粉料之外，设备的自动化程度、精度还有待提高。

3、共烧技术(陶瓷粉料和金属电极共烧)

MLCC元件结构很简单，由陶瓷介质、内电极金属层和外电极三层金属层构成。MLCC是由多层陶瓷介质印刷内电极浆料，叠合共烧而成。为此，不可避免地要解决不同收缩率的陶瓷介质和内电极金属如何在高温烧成后不会分层、开裂，即陶瓷粉料和金属电极共烧问题。共烧技术就是解决这一难题的关键技术，掌握好的共烧技术可以生产出更薄介质(2μm以下)、更高层数(1000层以上)的MLCC。当前日本公司在MLCC烧结专用设备技术方面领先于其它各国，不仅有各式氮气氛窑炉(钟罩炉和隧道炉)，而且在设备自动化、精度方面有明显的优势。

片式多层陶瓷电容器，独石电容，片式电容，贴片电容) MLCC的优点：
1、由于使用多层介质叠加的结构，高频时电感非常低，具有非常低的等效串联电阻，因此可以使用在高频和甚高频电路滤波无对手；

2、无极性，可以使用在存在非常高的纹波电路或交流电路；
3、使用在低阻抗电路不需要大幅度降额；
4、击穿时不燃烧爆炸，安全性高。

贴片电容发展简史

MLCC分类

按照温度特性、材质、生产工艺。MLCC可以分成如下几种：NP0、C0G、Y5V、Z5U、X7R、X5R等。NP0、C0G温度特性平稳、容值小、价格高；Y5V、Z5U温度特性大、容值大、价格低；X7R、X5R则介于以上两种之间。

按材料SIZE大小来分。大致可以分为 3225、3216、2012、1608、1005、0603、0402 数值越大。SIZE就更宽更厚。目前常用的最多为3225最小为0402。

目前在便携产品中广泛应用的片式多层陶瓷电容器(MLCC)材料根据温度特性，主要可分为两大类：BME化的C0G产品和LOW ESR选材的X7R(X5R)产品。

C0G类MLCC的容量多在1000pF以下，该类电容器低功耗涉及的主要性能指标是损耗角正切值tanδ(DF)。传统的贵金属电极(NME)的C0G产品DF值范围是(2.0～8.0)×10-4，而技术创新型碱金属电极(BME)的C0G产品DF值范围为(1.0～2.5)×10-4，约是前者的(31～50)%。该类产品在载有T/R模块电路的GSM、CDMA、无绳电话、蓝牙、GPS系统中低功耗特性较为显著。

X7R(X5R)类MLCC的容量主要集中在1000pF以上，该类电容器低功耗主要涉及的性能指标是等效串联电阻(ESR)。

作为电子整机中主要的被动贴片元件，MLCC的制作工艺复杂，应用范围十分广泛，通常被应用于各类电子产品和各种高、低频电容中，它具有高可靠性、高精度、高集成、低功耗、大容量、小体积和低成本等特点，起到退耦、耦合、滤波、旁路和谐振等作用。

很多人不了解贴片电容的制作工艺和流程，下面简单讲解一下！

制造流程

贴片电容主要构造包括端电极、内电极和陶瓷介质三部分。端电极一般包括基层、阻挡层、焊接层三部分。其中基层常为铜金属电极或银金属电极，主要作用是与内电极连接，引出容量；阻挡层属于镍镀层，其主要实现热阻挡作用；焊接层属于Sn层，其主要作用是提供焊接金属层。内电极位于贴片电容内部，主要提供电极板正对面积，它与陶瓷介质一般是交而陶瓷介质的作用在于在极化介电储能，至于陶瓷介质的材料就很多了，比如贴片电容材质NPO、X7R.....等。

贴片电容结构：将一次性高温烧结而成，印有内电极的陶瓷介质膜片以一定的错位方式叠合而成。下面是贴片电容的制造流程图：

尺寸系列

标准系列化的外形尺寸，最常用英寸单位系统来表示：

如，0603—"06"表示：长0.06 inch=1.6mm；

"03"表示：宽0.03 inch=0.8mm；

也有用国际单位系统表示：

如，1608—"16"表示：长1.6mm；

"08"表示:宽0.8mm

贴片电容全系列尺寸表

注意：最小规格尺寸01005(长0.25mm*宽0.125mm)，目前只有少数几家日本公司在批量生产；

0201、0402、0603是目前用量最大的尺寸规格，大型的MLCC企业均可批量生产。国内，深圳宇阳是专做小尺寸MLCC的厂家；2220及以上尺寸规格产品，市场占有量很小，大型企业一般不生产，主要是中小MLCC企业在生产供应。

额定电压系列

电压系列有：

1、3.3V、6.3V、10V、16V、25V、50V ；

2、100V、200V、250V、500V、630V ；

3、1000V、2000V、3000V ；

4、4000V 、5000V、8000V

3.3V～16V，低压，一般是高容品替代电解电容；

25V～50V，是最常规的产品；

100V～630V，中压，一般是0805及以上尺寸规格；

1000V～3000V，高压，一般是1206及以上尺寸规格；

4000V以上属超高压产品，对应的尺寸2220及以上尺寸规格。

日本品牌占据低压高容产品大部份的市场份额，中高压产品主要生产厂家有TDK、风华高科及禾申堂。

材质（陶瓷介质）

陶瓷贴片电容器（MLCC）使用的陶瓷介质材料主要分为顺电体（I类）和铁电体（II类）两大类，它们下面均有很多种容量温度特性规律类似，具体数值不同的具体介质材料。这两类介质材料的介电常数会随温度的变化而变化，但变化幅度和规律完全不同，为此 EIA 制定了“I类瓷介容量温度系数”和“II类瓷介容量温度特性”两套容量温度特性标准。

I 类瓷介容量温度系数

例：COG表示温度系数为(0±30)ppm/℃，也就是MIL标准中的NPO（Negative-Positive-"0",负—正—零）。COG与NPO是不同标准体系的表示方式，是等同的。

II类瓷介容量温度特性

例：X7R表示-55℃～125℃温度区间内，以20℃为基准,容量允许变化范围±15%

在实际应用中，主要是以下三种材质：

1）锆酸锶SrZrO3掺杂改性，主要制造NPO（COG）类MLCC。

此种材质MLCC电性能相当稳定，几乎不随温度，电压、频率和时间的变化而变化：

-55℃~ 125℃时容量变化率为0±30ppm/℃；

电容量随频率的变化小于±0.3ΔC；

电容量的漂移或滞后小于±0.05%；

电容量相对使用寿命的变化小于±0.1%；

NPO（COG）类MLCC适用于各种电路，包括稳定性要求要的高频电路，常用于振荡器、谐振器的槽路电容，以及高频电路中的耦合电容。

通过优化设计制成的射频电容器，使用频率可高至3GHZ，其中美国ATC公司是RF-MLCC的标杠企业。

2）钛酸钡BaTiO3掺杂改性，是X7R、X5R类MLCC产品的制造主材料。

因NPO（COG）类MLCC能实现的容量不能满足电路对更大电容量的要求，人们开发了此种钛酸钡基的X7R、X5R类MLCC。它在相同的体积下电容量可以做的比较大，X7R、X5R类MLCC电容量可以做到很高，高至100uF。

此种材质比NPO（COG）MLCC 稳定性差，X7R、X5R类MLCC的容量随电压、频率条件和时间的变化而变化：

存在直流偏压特性，即是说当电容器两端加载较高直流电压时，其有效容量会降低；

-55℃～125℃时容量变化率为+15%，变化曲线是非线性的；

大约每10年变化1%ΔC，表现为10年变化了约5%；

X7R、X5R类MLCC广泛应用非高频电路，是用量最大的一类电容器，占MLCC市场总量的60%以上。

3）钛酸锶钡BaSrTiO3掺杂改性，是Z5U、Y5V类MLCC产品的制造主材料。

该类材质是为获得比X7R、X5R类MLCC更大容量而开发应用的，这种材质能做到很高的容量，而且每单位容量成本较低。

Z5U、Y5V类MLCC其稳定性较差，对温度电压较敏感，使用温度范围较窄：

-30℃~85℃容量变化+ 22%～－82%；

存在很强烈的直流偏压特性；

损耗大，达5%甚至更大；

尽管它的容量不稳定，但能实现可替代电解电容的容量级别，有一定的应用范围，主要在退耦电路的应用中。

近年来由于X7R/X5R类产品制造技术的发展，通过不断降低X7R/X5R类MLCC介质膜厚获得的电容量已接近Y5V/Z5U MLCC的电容量水平。而Y5V/Z5U类材质因晶粒较大的特点，其介质厚度不能更进一步的降低，不能有效发展更高容量的产品。另外Y5V/Z5U类材质存在着损耗较大和可靠性较差的问题，所以Y5V/Z5U有逐步被淘汰之势。

容量及其误差级别

NPO（COG）电容器

容量精度在5%左右，选用这种材质一般是做容量较小的，常规100PF 以下，10nF以上的产品也能批量生产，但成本会较高。下表列出该类产品常用规格电压下的最大电容量。

NPO（COG）MLCC 量产容量极大值量

X7R电容器

容量精度在10%左右，容量范围较宽，常规100PF~47uF能生产。下表给出了X7R电容器可选取的容量范围最大值。

X7R MLCC量产容量极大值

不同介质性能决定了MLCC不同的应用

-C0G电容器具有高温度补偿特性，适合作旁路电容和耦合电容

-X7R电容器是温度稳定型陶瓷电容器，适合要求不高的工业应用

-Z5U电容器特点是小尺寸和低成本，尤其适合应用于去耦电路

-Y5V电容器温度特性最差，但容量大，可取代低容铝电解电容

MLCC常用的有C0G(NP0)、X7R、Z5U、Y5V等不同的介质规格，不同的规格有不同的特点和用途。C0G、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同。在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同，随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同，所以在使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器。

命名规则

贴片电容的命名一般含有以下参数：尺寸、温度特性、标称容量、容量误差级别、额定电压、端电极类型和包装方式等。

典型命名规则如下：

以【0805X7R104K500NT】为例：

0805：尺寸大小，“08”长度0.08 英寸、05 表示宽度为 0.05 英寸；

X7R ：容量温度特性；

104 ：静电容量，前两位是有效数字、后面的4 表示有多少个零104=10×10000 也就是= 1000PF；

K：容量值达到的误差精度为10%，误差精度与介质类型相关；

500：是要求电容承受的耐压为50V ，500 前两位是有效数字，后面是"0"的数量；

N：端头材料，一般的端头是三层电极（银/铜层）、镍、锡 ；

T：包装方式，T 表示编带包装。

MLCC主要品牌及其命名规则：

国际上主要的贴片电容（MLCC）制造商分布在亚太地区，以日本技术最为先进，韩国及中国台湾次之。此外，美国也有很多知名的电容厂商。

MLCC主要生产厂家：日本村田、TDK、京瓷、太阳诱电；韩国三星；台湾国巨、华新科；美国有威世、基美、ATCeramics等；大陆有名的则是风华高科、宇阳、火炬电子、三环集团等。

各制造商的产品规格命名规则形式上不尽相同，但规格代号中基本上都包括：尺寸、温度特性、标称容量、容量误差级别、额定电压和包装方式等信息。