電容器：三大被動(dòng)元件之一，廣泛應(yīng)用于各類電路中

電容器是電子線路中必不可少的基礎(chǔ)元件，與電阻、電感并稱三大被動(dòng)元件。根據(jù)工作特點(diǎn)，電子元器件可以分為主動(dòng)器件和被動(dòng)元件：主動(dòng)器件（又稱有源器件、半導(dǎo)體器件）指在工作時(shí)內(nèi)部有電源存在的電子元器件；被動(dòng)元件（又稱無源器件）指工作時(shí)內(nèi)部沒有任何形式電源的電子元器件，具備自身不消耗電能、或把電能轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌问降哪芰俊⒅恍栎斎胄盘?hào)無需外加電源就能工作等特性。電容器是一種用于儲(chǔ)存電量和電能的被動(dòng)元件，與電阻、電感并稱三大被動(dòng)元件，是最常用的電子元件之一。

電容器的基本結(jié)構(gòu)是由兩塊導(dǎo)體極板和中間的電介質(zhì)（絕緣體）組成，以靜電的形式儲(chǔ)存和釋放電能，工作原理是當(dāng)電荷受電場(chǎng)作用力移動(dòng)時(shí)，電容器中的電介質(zhì)會(huì)阻礙電荷繼續(xù)移動(dòng)，進(jìn)而造成正負(fù)電荷在電容器兩極板累積。電容器具有“通交流、阻直流”的特性，廣泛應(yīng)用于各種高低頻電路和電源電路中，主要作用是電荷儲(chǔ)存、平滑電壓、耦合、去耦、濾波、旁路、分頻等。

電容器的分類
電容器分類方式有多種，生產(chǎn)廠商一般按照介質(zhì)進(jìn)行分類進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。電容器根據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為固定電容、可變電容和微調(diào)電容；根據(jù)是否有極性可分為有極性電容和無極性電容；按照應(yīng)用領(lǐng)域可以分為軍用電容、民用工業(yè)類電容和民用消費(fèi)類電容；按用途可分為旁路電容、調(diào)諧電容、耦合電容和濾波電容；根據(jù)介質(zhì)不同，電容器可分為陶瓷電容、鋁電解電容、鉭電容和薄膜電容等四大類，電容器生產(chǎn)廠商一般按照介質(zhì)材料分類進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。


什么是陶瓷電容器？
陶瓷電容器可以分為多層陶瓷電容器（MLCC）和單層陶瓷電容器（SLCC），其中MLCC占據(jù)90%以上的份額。SLCC 即在陶瓷基片兩面印涂銀層，然后經(jīng)低溫?zé)摄y質(zhì)薄膜作極板后制作而成，其外形以圓片形居多。


MLCC 則采用多層堆疊的工藝，將若干對(duì)金屬電極嵌入陶瓷介質(zhì)中，然后再經(jīng)高溫共燒而形成，其又可以分為引線式多層陶瓷介電容器和片式多層陶瓷電容器。單層陶瓷電容器由于只有單層結(jié)構(gòu)，兩個(gè)電極相對(duì)面積小，電容量不大，但高頻特性好、耐壓高，適用于高頻電路和高壓電路。批量化生產(chǎn)的MLCC電容量一般在1pF至10μF 之間，同時(shí)具有頻率特性好、工作電壓和工作溫度范圍寬、體積小、無極性等特點(diǎn)，在成本和性能上都占據(jù)優(yōu)勢(shì)，下游應(yīng)用較為廣泛，其市場(chǎng)規(guī)模占整個(gè)陶瓷電容器的90%以上，占電容器市場(chǎng)規(guī)模接近50%。

陶瓷電容器分類及性能、應(yīng)用領(lǐng)域

陶瓷電容器的產(chǎn)業(yè)鏈
陶瓷電容上游原材料主要為陶瓷粉末、電極材料、電容器芯片等，陶瓷粉末及電極材料對(duì)產(chǎn)品性能影響較大。陶瓷粉末是構(gòu)成MLCC成本的主要環(huán)節(jié)，在低容量MLCC中占比達(dá)20%-25%，在高容量MLCC中甚至達(dá)到35%-45%。

目前，國(guó)內(nèi)主流廠商所用陶瓷粉末以外購(gòu)為主，供應(yīng)商主要來自于美國(guó)及日本。對(duì)于電極材料而言，陶瓷電容器產(chǎn)品的內(nèi)外電極一般采用金屬銀-鈀材料，價(jià)格相對(duì)昂貴且波動(dòng)較為劇烈，隨著MLCC疊層的增多導(dǎo)致金屬鈀的用量也大幅增加，陶瓷電容器廠商已開始采用鎳、銅等賤金屬取代金屬鈀作為內(nèi)電極材料，降低生產(chǎn)成本。此外，部分國(guó)內(nèi)廠商原材料還包括電容器芯片。電容器芯片即為片式MLCC，其作為原材料用于生產(chǎn)引線式MLCC、多芯組陶瓷電容時(shí)稱為電容器芯片。根據(jù)火炬電子及鴻遠(yuǎn)電子招股書，電容器芯片為其自產(chǎn)業(yè)務(wù)直接材料的主要成分，占其直接材料的比重達(dá)65%-90%。 

MLCC制造工藝主要有三種：干式流延工藝、濕式印刷工藝和瓷膠移膜工藝。
干式流延工藝：將陶瓷粉料與粘合劑、增塑劑、溶劑及分散劑混磨成懸浮性好的漿料，經(jīng)真空脫泡后在刮刀的作用下在基帶上流延出連續(xù)、厚度均勻的漿料層。在表面張力的作用下漿料層形成光滑的自然表面，干燥后形成柔軟如皮革狀的膜帶，再經(jīng)印刷電極、層壓、沖片、排粘、燒結(jié)后形成電容器芯片。 
濕式印刷工藝：將陶瓷介質(zhì)漿料通過絲網(wǎng)印刷制成陶瓷薄膜作為多層陶瓷電容器的介質(zhì)，金屬電極和上下保護(hù)
片都采用絲網(wǎng)印刷形成，即按“下保護(hù)片-電極-介質(zhì)-電極-介質(zhì)-上保護(hù)片”順序印刷，以達(dá)到設(shè)計(jì)的層數(shù)。完成上述工序再進(jìn)行烘干，之后按片式電容器的尺寸要求切割成芯片。 
瓷膠移膜工藝：以卷式膠膜為載體，通過特殊漿料擠出設(shè)備，將陶瓷漿料均勻擠在載體上，以獲得陶瓷介質(zhì)層連續(xù)性卷材，膜厚精準(zhǔn)，可做到 2μm 以下，實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)層的超薄制作。制作電容器時(shí)，以陶瓷介質(zhì)卷材為基礎(chǔ)，在上面印刷金屬電極后再套印瓷漿層。 

目前國(guó)內(nèi)廠商普通采用干式流延工藝，其優(yōu)點(diǎn)在于投資少、生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)，但產(chǎn)品在性能及質(zhì)量上存在缺陷，較難在高端市場(chǎng)推廣應(yīng)用。隨著市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的要求越來越高以及高端多層陶瓷電容器的需求不斷增長(zhǎng)，濕式印刷工藝和瓷膠轉(zhuǎn)移膜工藝因其制造工藝的先進(jìn)性而備受關(guān)注，已逐步成為多層陶瓷電容器制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 


陶瓷電容器下游應(yīng)用廣泛，覆蓋軍工、工業(yè)和消費(fèi)領(lǐng)域，幾乎所有電路中都有陶瓷電容器。多層陶瓷電容器作為電子線路中必不可少的基礎(chǔ)電子元器件，下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包含航空航天、兵器等軍工領(lǐng)域，工控設(shè)備、醫(yī)療電子、汽車電子、精密儀表等工業(yè)領(lǐng)域以及消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，消費(fèi)類領(lǐng)域占據(jù)絕大部分的市場(chǎng)份額，高端消費(fèi)和一般消費(fèi)領(lǐng)域合計(jì)占MLCC市場(chǎng)份額的73%。


陶瓷電容器的市場(chǎng)規(guī)模
全球MLCC市場(chǎng)突破千億大關(guān)，持續(xù)穩(wěn)健增長(zhǎng)。全球MLCC市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)中有升的趨勢(shì)，根據(jù)中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，全球MLCC市場(chǎng)規(guī)模從2019年的915億元增長(zhǎng)至2022年的1204億元，整體呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2026年全球MLCC市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1547億元，2022-2026年的CAGR約為6.47%。

我國(guó)MLCC市場(chǎng)穩(wěn)步擴(kuò)張，已成為全球最大的MLCC消費(fèi)市場(chǎng)。根據(jù)中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，我國(guó)MLCC市場(chǎng)規(guī)模從2017年310億元快速增長(zhǎng)至2022年的537億元，年均復(fù)合增速達(dá)7.03%，已占據(jù)全球總規(guī)模的四成左右，隨著國(guó)內(nèi)新能源車以及5G等行業(yè)的快速發(fā)展，預(yù)計(jì)2023年我國(guó)MLCC市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到575億人民幣。

圖5  2018-2023年中國(guó)MLCC市場(chǎng)規(guī)模變化和預(yù)測(cè) 

汽車電動(dòng)化及智能化的發(fā)展，也將推動(dòng)MLCC需求不斷增長(zhǎng)。MLCC主要用于汽車的動(dòng)力系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)及ADAS中，根據(jù)村田數(shù)據(jù)，L0級(jí)傳統(tǒng)燃油車的單車MLCC需求量約為3000顆，L2級(jí)混合動(dòng)力車的單車MLCC需求量超過6000顆，L3級(jí)純電動(dòng)車的MLCC單車需求量超過10000顆。隨著汽車電動(dòng)化以及智能化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，村田預(yù)計(jì)2024年車載MLCC的整體用量將達(dá)到2019年的約1.6倍，CAGR約為9.8%。

陶瓷電容器的車軌跡認(rèn)證
AEC－Q系列認(rèn)證是公認(rèn)的車規(guī)元器件的通用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。陶瓷電容器企業(yè)想要進(jìn)入汽車電子領(lǐng)域，進(jìn)入汽車電子零部件供應(yīng)鏈，AEC－Q200是必須獲得的認(rèn)證之一。
① AEC-Q認(rèn)證是國(guó)際汽車電子領(lǐng)域的準(zhǔn)入門檻
AEC即Automotive Electronics Council，是美國(guó)汽車電子委員會(huì)的簡(jiǎn)稱。AEC由克萊斯勒，福特和通用汽車發(fā)起并創(chuàng)立于1994年，目前會(huì)員遍及全球各大汽車廠、汽車電子和半導(dǎo)體廠商，符合AEC規(guī)范的零部件均可被上述三家車廠同時(shí)采用，促進(jìn)了零部件制造商交換其產(chǎn)品特性數(shù)據(jù)的意愿，并推動(dòng)了汽車零件通用性的實(shí)施，為汽車零部件市場(chǎng)的快速成長(zhǎng)打下基礎(chǔ)。AEC-Q為AEC組織所制訂的車用可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，是零件廠商進(jìn)入汽車電子領(lǐng)域，打入一級(jí)車廠供應(yīng)鏈的重要門票。


②AEC-Q200認(rèn)證是車規(guī)級(jí)無源元件（被動(dòng)元件）的準(zhǔn)入門檻
AEC-Q200是汽車電子協(xié)會(huì)（AEC）針對(duì)在汽車上應(yīng)用的無源元件（又稱被動(dòng)元件）的質(zhì)量可靠性驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，AEC-Q200認(rèn)證是無源元件汽車級(jí)品質(zhì)符合性驗(yàn)證，是無源元件進(jìn)入汽車領(lǐng)域的準(zhǔn)入門檻。通過系列測(cè)試驗(yàn)證無源元件能否承受汽車應(yīng)用環(huán)境下極端溫度、濕度、振動(dòng)與老化的影響。該標(biāo)準(zhǔn)主要用于防止被動(dòng)元器件出現(xiàn)性能變異狀況或潛在故障狀態(tài)，確保無源元件質(zhì)量與可靠性，保證無源元件的功能和性能在連續(xù)使用后依舊保持一致穩(wěn)定。

③AEC-Q200適用產(chǎn)品范圍
鉭電容器和鈮電容器、超級(jí)電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、薄膜電容器、電磁器件（電感/變壓器）、網(wǎng)絡(luò)(R-C/C/R）、電阻器、熱敏電阻器、可調(diào)電容器/電阻器、變阻器、鐵氧體EMI干擾抑制器/過濾器、石英晶體、陶瓷共鳴器、聚合自恢復(fù)保險(xiǎn)絲等無源器件。

④AEC-Q200測(cè)試流程
Rev E版明確說明了測(cè)試流程，測(cè)試流程如下：


對(duì)于SMD無鉛元件，需要滿足特殊質(zhì)量和AEC-Q005中規(guī)定了當(dāng)使用無鉛（無鉛）工藝時(shí)出現(xiàn)的可靠性問題：無鉛測(cè)試要求。無鉛加工中使用的材料包括端接鍍層以及板連接（焊料）。這些材料通常需要更高的板連接溫度產(chǎn)生可接受的焊點(diǎn)質(zhì)量和可靠性。這次AEC-Q200改版規(guī)范中也說明，為確保車用無鉛被動(dòng)組件不會(huì)因?yàn)榻?jīng)過無鉛回焊(Reflow)后失效異常，因此定義部分可靠度測(cè)試項(xiàng)目需先完成Reflow之后，才可進(jìn)行下一步驟。除此之外，對(duì)于尺寸不同的組件也規(guī)范了不同的測(cè)試次數(shù)。


⑤北測(cè)測(cè)試能力及陶瓷電容器AEC-Q200技術(shù)要求
陶瓷電容器AEC-Q200認(rèn)證共17項(xiàng)測(cè)試，根據(jù)產(chǎn)品尺寸重新定義測(cè)試樣品數(shù)量，新標(biāo)準(zhǔn)按照<10cm3、10cm3≤x≤330cm3、＞330cm3三種規(guī)格確認(rèn)測(cè)試樣品數(shù)量，尺寸越大需要的樣品數(shù)量越少;

關(guān)于北測(cè)
北測(cè)集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱"NTEK"）成立于2009年，總部位于深圳，主要從事智能網(wǎng)聯(lián)汽車、電子通信、新能源的研發(fā)驗(yàn)證、檢驗(yàn)檢測(cè)、失效分析、仿真模擬和市場(chǎng)準(zhǔn)入等質(zhì)量研究技術(shù)服務(wù)。
北測(cè)擁有豐富的車規(guī)級(jí)電子認(rèn)證經(jīng)驗(yàn)，已成功幫助100多家企業(yè)順利通過AEC-Q系列認(rèn)證。北測(cè)集團(tuán)以車企車規(guī)元器件國(guó)產(chǎn)化需求為牽引，依托國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，提供完善的檢測(cè)認(rèn)證服務(wù)，通過AEC-Q車用標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格把控汽車元器件安全質(zhì)量，助力國(guó)產(chǎn)車規(guī)級(jí)元器件大力發(fā)展，為打造智能汽車安全體系再添新動(dòng)力。