Dėl netauriųjų metalų elektrodų (BME) technologijos proveržio nikelio milteliai tapo pagrindine vidinių elektrodų medžiaga, pakeičiančia tauriuosius metalus, tokius kaip paladis ar sidabro -paladžio lydiniai. BME-Dabar MLCC sudaro daugiau nei 90 % pasaulinės MLCC produkcijos. Šiandien, toliau plintant 5G ryšiams, naujoms energijos transporto priemonėms ir AI skaičiavimo įrangai, MLCC spartėja link miniatiūrizavimo ir didesnės talpos. Techniniai nikelio miltelių, naudojamų vidiniuose elektroduose, reikalavimai, kaip pagrindinė pamatinė medžiaga, taip pat iš esmės keičiasi.
Pagrindiniai nanonikelio miltelių, skirtų miniatiūriniams didelės{0}}talpos MLCC, reikalavimai
MLCC miniatiūrizavimo ir didesnės talpos esmė yra itin{0}}ploni dielektrikai, patobulinti elektrodai ir padidintas{1}}sluoksnių išdėstymas. Siekiant pašalinti dielektriko gedimą ir elektrodų trumpąjį jungimą, kurį sukelia stambios dalelės, kartu užtikrinant elektrodų atspausdintų dangų vienodumą, vidinio nikelio elektrodo sluoksnio storis turi tiksliai atitikti itin plono dielektriko storį. Todėl svarbiausias nikelio miltelių naudojimo reikalavimas yra itin smulkių dalelių dydžio tendencija. Remiantis pramonės informacija, kas 10 nm sumažinus nano nikelio miltelių dalelių dydį, MLCC dielektrinio sluoksnio storis gali būti atitinkamai sumažintas 5–8 nm.
Tradicinių vidutinių- ir žemų{1}} MLCC dielektrinių sluoksnių storis paprastai yra didesnis nei 1 μm, o sluoksnių skaičius yra 200. Elektrodo storio proceso perteklius yra didelis, o nikelio miltelių veikimo tolerancija yra gana didelė. Įprastų nikelio miltelių, kurių dalelių dydis yra 200–300 nm, pakanka, kad būtų patenkinti masinės gamybos reikalavimai. Tačiau pakartotinai atnaujinus aukščiausios klasės MLCC, 100 nm nikelio milteliai tapo pagrindiniu didelės-talpos MLCC pasirinkimu ir gali stabiliai prisitaikyti prie didelio masto masinės 0,5 μm-storio elektrodų sluoksnių gamybos procesų. Kai kurioms aukščiausios klasės{15}}programoms netgi reikia sumažinti nikelio miltelių dalelių dydį iki 80 nm, kad atitiktų 0,35–0,5 μm storio dielektrinių sluoksnių proceso reikalavimus. Tuo pačiu metu dalelių dydžio pasiskirstymas turi būti labai siauras, o D90 valdomas per 2 kartus D50.
Dėl itin smulkių dalelių dydžio ir siauro pasiskirstymo, griežtos miniatiūrinių MLCC degimo ir patikimumo sąlygos taip pat skatina visapusišką nikelio miltelių kokybės gerinimą:
(1) Didesnis sferiškumas: norint prisitaikyti prie tankaus plonų elektrodų sluoksnių formavimosi ir aukštoje -temperatūroje -degimo, nikelio milteliams reikia puikaus sferiškumo. Įprastos sferinės dalelės gali užtikrinti srutos takumą ir vienodą sandarumą, išvengiant tuštumų ir storio nukrypimų elektrodo sluoksnyje.
(2) Geras monodispersiškumas: užtikrinti vienodą elektrodo suspensijos padengimą ir vienodą nikelio miltelių dispersiją suspensijoje. Tačiau kuo smulkesni nikelio milteliai, tuo didesnė jų paviršiaus energija ir ryškesnė aglomeracijos problema, kurią dažnai reikia išspręsti pasitelkus paviršiaus modifikavimo technologijas.
(3) Didesnis kristališkumas: miltelių struktūra gali stabiliai reguliuoti sukepinimo susitraukimo greitį ir šiluminio plėtimosi charakteristikas, puikiai suderinant su keramikos dielektriku ir išvengiant struktūrinių defektų, tokių kaip tarpsluoksnių įtrūkimai ir delaminacijos.
(4) Didesnis grynumas: didelio-grynumo nikelio milteliai, turintys mažai deguonies ir mažai priemaišų, gali veiksmingai slopinti oksidaciją / nusodinimą ir atsparumo dreifą aukštoje -temperatūroje, labai pagerindami ilgalaikį -naudojimo stabilumą ir atsparumą oro sąlygoms aukštos-pagalybės miniatiūrinių MLCC.
Kokiais paruošimo metodais galima pagaminti nanonikelio miltelius MLCC?
Remiantis aukščiau pateiktais griežtais reikalavimais, tradiciniai skystosios-fazės-fazės ir kietosios fazės metodai, pvz., cheminė redukcijos ir purškimo pirolizė, nebegali visiškai atitikti nano-smulkių, labai vienodų nikelio miltelių, skirtų aukščiausios klasės-miniatiūriniams MLCC, gamybos reikalavimų. Todėl dujų fazės paruošimo technologijos, atstovaujamos CVD ir PVD, turinčios tiksliai kontroliuojamo dalelių susidarymo pranašumą, tapo pagrindiniais techniniais būdais ruošiant nano nikelio miltelius aukščiausios klasės MLCC.
01 Karbonilo nikelio skilimo metodas
Karbonilo nikelio miltelių esmė yra dujinės-kietosios grįžtamosios reakcijos selektyvumas. Esant santykinai žemai temperatūrai ir tam tikram slėgiui, metalinis nikelis kietoje fazėje reaguoja su CO, sudarydamas lakiąjį nikelio tetrakarbonilą (Ni(CO)4), o priemaišos lieka kietoje fazėje. Tada nikelio tetrakarbonilas termiškai skaidomas aukštesnėje temperatūroje ir žemesniame slėgyje, kad būtų atkurtos kietos gryno nikelio dalelės ir anglies monoksido dujos, galiausiai gaunami itin smulkūs sferiniai nikelio milteliai.
Didžiausi šio proceso privalumai – itin didelis grynumas, puikus sferiškumas ir didelis sukepinimo aktyvumas. Dalelių dydis gali būti tiksliai kontroliuojamas 1–20 μm ribose, o dalelių dydžio pasiskirstymas yra siauras ir vienodas, todėl jis puikiai tinka masinės gamybos reikalavimams, keliamiems didelio-sluoksnių- skaičiaus, didelės-talpos MLCC su itin plonais, mažesniais nei 1 μm dielektrikais. Tačiau pagrindiniai jo trūkumai yra proceso saugos ir aplinkos kontrolės sudėtingumas. Nikelio tetrakarbonilas yra labai toksiška ir pavojinga terpė, kuriai keliami itin aukšti reikalavimai gamybos izoliacijai, sprogimui atspariai įrangai, išmetamųjų dujų apdorojimui ir saugos eksploatavimo bei priežiūros sistemoms, todėl ji palaipsniui buvo panaikinta.
02 CVD cheminio nusodinimo garais metodas
CVD cheminis nusodinimas garais yra aukščiausios klasės{0}}nikelio miltelių paruošimo technologija, kurią monopolizavo Japonijos įmonės. Pagrindinis jo principas yra tas, kad pirmtakų dujos, pvz., nikelio chloridas, yra redukuojamos į elementinius nikelio atomus aukštos -temperatūrinės dujų-fazės aplinkoje, tada tolygiai formuojasi branduoliai, auga ir kondensuojasi į itin-smulkius nano nikelio miltelius.
Pagrindiniai šio proceso pranašumai yra vienoda reakcijos aplinka, kontroliuojamas branduolių susidarymas, didelis grynumas, neaglomeracija ir puikus suderinamumas{0}}. Šiuo metu tai yra pagrindiniai milteliai, skirti tarptautiniu mastu aukštos-galybės ultra-plonų dielektrinių, itin-didelio-sluoksnių-skaičiumi MLCC. Tačiau jos pagrindinė įranga ir proceso technologijos yra monopolizuojamos užsienyje, itin didelės investicijų į įrangą sąnaudos, didelės masinės-gamybos proceso slenksčiai ir didelės gamybos sąnaudos.
03 PVD fizinio garų kondensacijos metodas
PVD nikelio milteliai yra pagrindinė proveržio kryptis keičiant vidaus produktus. Šis procesas atsisako cheminių reakcijų. Vietoj to, vakuume arba inertinių dujų (pvz., argono) apsauginėje aplinkoje kietas metalinis nikelis išgarinamas aukštoje -temperatūroje (pvz., atsparumo kaitinimo, plazmos kaitinimo, lankinio išlydžio, lazerio kaitinimo ir kt.), kad susidarytų nikelio atomo garai. Tada dujų atomai susiduria vienas su kitu ir praranda energiją, greitai susidaro branduolys ir galiausiai greitai kondensuojasi žemos -temperatūros srityje į nano- iki submikron{7}} dydžio nikelio miltelių daleles.
PVD nanonikelio miltelių paruošimo principas
Šiuo metodu pagaminti nano nikelio milteliai pasižymi dideliu grynumu, geru kristališkumu, lygiu paviršiumi ir stipriu atsparumu oksidacijai. Jis gali visiškai atitikti nikelio miltelių, naudojamų MLCC vidiniuose elektroduose, reikalavimus, o gamybos procesas yra nekenksmingas aplinkai. Tačiau dėl sudėtingos gamybos įrangos ir mažo efektyvumo stabilumo valdymas didelės-masinės gamybos ir išlaidų optimizavimas išlieka neatidėliotinos problemos, kurias reikia išspręsti.