پیشرفت در فناوری الکترود فلز پایه (BME) پودر نیکل را به ماده اصلی برای الکترودهای داخلی تبدیل کرده است و جایگزین فلزات گرانبها مانند پالادیوم یا نقره-آلیاژهای پالادیوم شده است. BME{2}}MLCC اکنون بیش از 90 درصد از خروجی جهانی MLCC را تشکیل می دهد. امروزه، با گسترش بیشتر ارتباطات 5G، وسایل نقلیه انرژی جدید و تجهیزات محاسباتی هوش مصنوعی، MLCC ها به سمت کوچک سازی و ظرفیت بالاتر شتاب می گیرند. به عنوان یک ماده اساسی کلیدی، الزامات فنی برای پودر نیکل مورد استفاده در الکترودهای داخلی نیز دستخوش تغییرات عمیقی است.
الزامات کلیدی برای نانو پودر نیکل برای MLCCهای مینیاتوری با ظرفیت{0} بالا
ماهیت کوچک سازی MLCC و ظرفیت خازنی بالاتر، دی الکتریک های فوق العاده نازک، الکترودهای تصفیه شده، و انباشته شدن لایه های بزرگ-است. برای از بین بردن خرابی دی الکتریک و اتصال کوتاه الکترود ناشی از ذرات درشت، ضمن اطمینان از یکنواختی پوشش های چاپ شده الکترود، ضخامت لایه الکترود داخلی نیکل باید دقیقاً با دی الکتریک فوق نازک مطابقت داشته باشد. بنابراین، مهمترین نیاز برای کاربرد پودر نیکل، گرایش به اندازه ذرات فوقالعاده-ریز است. با توجه به اطلاعات صنعت، به ازای هر 10 نانومتر کاهش اندازه ذرات پودر نیکل نانو، ضخامت لایه دی الکتریک MLCC را می توان 5 تا 8 نانومتر کاهش داد.
MLCCهای سنتی متوسط- تا-پایین معمولاً دارای ضخامت لایه دی الکتریک بالاتر از 1 میکرومتر و تعداد لایه ها در 200 هستند. افزونگی فرآیند برای ضخامت الکترود زیاد است و تحمل عملکرد پودر نیکل نسبتاً بالا است. پودر نیکل معمولی با اندازه ذرات 200 تا 300 نانومتر برای برآوردن نیازهای تولید انبوه کافی است. با این حال، با ارتقای مکرر MLCCهای-بالا، پودر نیکل 100 نانومتری به انتخاب اصلی برای MLCCهای{10}با ظرفیت بالا تبدیل شده است و میتواند به طور پایدار با فرآیندهای تولید انبوه در مقیاس بزرگ برای لایههای الکترود 0.5 میکرومتر{13} ضخامت سازگار شود. برخی از برنامههای کاربردی پیشرفته حتی نیاز دارند که اندازه ذرات پودر نیکل به 80 نانومتر کاهش یابد تا نیازهای فرآیند لایههای دی الکتریک با ضخامت 0.35-0.5 میکرومتر برآورده شود. در عین حال، توزیع اندازه ذرات باید بسیار باریک باشد و D90 در 2 برابر D50 کنترل شود.
بر اساس اندازه ذرات بسیار ریز و توزیع باریک، شرایط احتراق و قابلیت اطمینان سختگیرانه MLCCهای کوچک نیز باعث ارتقای جامع در کیفیت کلی پودر نیکل شده است:
(1) کروییت بالاتر: برای انطباق با تشکیل متراکم لایه های الکترود نازک و پخت-هم-در دمای بالا، پودر نیکل به کروییت عالی نیاز دارد. ذرات کروی منظم می توانند جریان پذیری دوغاب و بسته بندی یکنواخت را تضمین کنند و از ایجاد فضای خالی و انحراف ضخامت در لایه الکترود جلوگیری کنند.
(2) تک پراکندگی خوب: برای اطمینان از پوشش یکنواخت دوغاب الکترود و پراکندگی یکنواخت پودر نیکل در دوغاب. با این حال، هرچه پودر نیکل ریزتر باشد، انرژی سطحی آن بیشتر می شود و مشکل تراکم برجسته تر است، که اغلب باید از طریق فناوری های اصلاح سطح حل شود.
(3) بلورینگی بیشتر: ساختار پودر می تواند به طور پایدار نرخ انقباض تف جوشی و ویژگی های انبساط حرارتی را تنظیم کند، به تطابق کامل با دی الکتریک سرامیکی دست یابد و از عیوب ساختاری مانند ترک خوردگی بین لایه ها و لایه لایه شدن جلوگیری کند.
(4) خلوص بالاتر: پودر نیکل با خلوص{{1} بالا با اکسیژن کم و ناخالصی های کم می تواند به طور مؤثری از اکسیداسیون/بارش و رانش مقاومت در شرایط دمای بالا جلوگیری کند، و پایداری خدمات بلندمدت و قابلیت اطمینان مقاومت در برابر آب و هوای مینیاتورهای{{4} ML CC را تا حد زیادی بهبود بخشد.
کدام روش های آماده سازی می تواند پودر نانو نیکل را برای MLCC ها تولید کند؟
بر اساس الزامات سختگیرانه فوق، روشهای سنتی فاز مایع- فاز و جامد{{1} مانند احیای شیمیایی و پیرولیز اسپری دیگر نمیتوانند به طور کامل نیازمندیهای تولید پودر نیکل-در مقیاس نانو، فوق-خوب و بسیار یکنواخت برای MLCCهای مینیاتوری با کیفیت بالا را برآورده کنند. بنابراین، فنآوریهای آمادهسازی فاز گاز که توسط CVD و PVD ارائه میشوند، با مزیت تشکیل ذرات دقیق قابل کنترل، به مسیرهای فنی اصلی برای تهیه پودر نانو نیکل برای MLCCهای پیشرفته تبدیل شدهاند.
01 روش تجزیه کربونیل نیکل
جوهر پودر کربونیل نیکل استفاده از گزینش پذیری یک واکنش برگشت پذیر گاز جامد است. در دمای نسبتاً پایین و فشار معین، نیکل فلزی در فاز جامد با CO واکنش می دهد تا تترا کربنیل نیکل فرار (Ni(CO)4) را تشکیل دهد، در حالی که ناخالصی ها در فاز جامد باقی می مانند. سپس تترا کربنیل نیکل در دماهای بالاتر و فشار کمتر به صورت حرارتی تجزیه می شود تا ذرات نیکل خالص جامد و گاز مونوکسید کربن را بازسازی کند و در نهایت پودر نیکل فوق-کروی بسیار ریز تولید می کند.
بزرگترین مزیت این فرآیند خلوص بسیار بالا، کروییت عالی و فعالیت تف جوشی بالا است. اندازه ذرات را می توان به طور دقیق در 1 تا 20 میکرومتر کنترل کرد، با توزیع اندازه ذرات باریک و یکنواخت، که آن را برای نیازهای تولید انبوه MLCCهای-لایه{4}} با ظرفیت{5} بالا با دی الکتریک های فوق نازک زیر 1 میکرومتر کاملاً مناسب می کند. با این حال، کاستی های اصلی آن دشواری ایمنی فرآیند و کنترل محیطی است. نیکل تتراکربونیل یک محیط بسیار سمی و خطرناک است که الزامات بسیار بالایی را برای مهار تولید، تجهیزات ضد انفجار، تصفیه گاز دم، و سیستمهای عملیاتی و نگهداری ایمنی ایجاد میکند و به تدریج حذف شده است.
02 CVD روش رسوب بخار شیمیایی
رسوب بخار شیمیایی CVD یک فناوری آماده سازی پودر نیکل پیشرفته-است که در انحصار شرکت های ژاپنی است. اصل اصلی آن این است که گازهای پیش ساز مانند کلرید نیکل به اتم های نیکل عنصری در یک محیط{2}}گاز با دمای بالا{3}}تقلیل می شوند و سپس به طور یکنواخت هسته می شوند، رشد می کنند و به پودر نیکل فوق{{4} ریز تبدیل می شوند.
مزایای اصلی این فرآیند محیط واکنش یکنواخت، هستهزایی قابل کنترل، خلوص بالا، عدم تجمع و سازگاری عالی با هم{0}}سوختگی است. در حال حاضر پودر پشتیبان اصلی برای MLCCهای بین المللی-فوق العاده-دی الکتریک فوق نازک، فوق-لایه{5}بالا-بین المللی است. با این حال، تجهیزات اصلی و فناوری فرآیند آن در خارج از کشور در انحصار است، با هزینههای سرمایهگذاری تجهیزات بسیار بالا، آستانه فرآیند تولید انبوه-و هزینههای تولید بالا.
03 روش چگالش بخار فیزیکی PVD
پودر نیکل PVD یک مسیر کلیدی برای جایگزینی داخلی است. این فرآیند واکنش های شیمیایی را کنار می گذارد. در عوض، در خلاء یا تحت یک محیط محافظ گاز بیاثر (مانند آرگون)، نیکل فلزی جامد با حرارت{2}در دمای بالا (مانند گرمایش مقاومتی، گرمایش پلاسما، تخلیه قوس، گرمایش لیزر و غیره) تبخیر میشود تا بخار اتم نیکل را تشکیل دهد. سپس اتمهای گاز با یکدیگر برخورد میکنند و انرژی خود را از دست میدهند و به هستهزایی سریع میرسند و در نهایت به سرعت در یک ناحیه با دمای پایین-به ذرات نانو- تا زیر میکرون- پودر نیکل متراکم میشوند.
اصل تهیه پودر نانو نیکل توسط PVD
پودر نانو نیکل تولید شده با این روش دارای خلوص بالا، بلورینگی خوب، سطح صاف و مقاومت در برابر اکسیداسیون قوی است. این می تواند به طور کامل الزامات پودر نیکل مورد استفاده در الکترودهای داخلی MLCC را برآورده کند و فرآیند تولید سازگار با محیط زیست است. با این حال، به دلیل تجهیزات پیچیده تولید و راندمان پایین، کنترل پایداری در تولید انبوه-در مقیاس بزرگ و بهینهسازی هزینهها همچنان مشکلاتی فوری هستند که باید حل شوند.