Baz metal elektrot (BME) teknolojisindeki çığır açıcı gelişme, paladyum veya gümüş-paladyum alaşımları gibi değerli metallerin yerini alarak nikel tozunu dahili elektrotlar için ana malzeme haline getirdi. BME-MLCC'ler artık küresel MLCC üretiminin %90'ından fazlasını oluşturuyor. Bugün, 5G iletişiminin, yeni enerji araçlarının ve yapay zeka bilgi işlem ekipmanlarının daha da yaygınlaşmasıyla birlikte MLCC'ler minyatürleşmeye ve daha yüksek kapasitansa doğru hızlanıyor. Önemli bir temel malzeme olarak, dahili elektrotlarda kullanılan nikel tozunun teknik gereksinimleri de derin değişikliklere uğramaktadır.
Minyatür Yüksek-Kapasitanslı MLCC'ler için Nano Nikel Tozu için Temel Gereksinimler
MLCC minyatürleştirmesinin ve daha yüksek kapasitansın özü, ultra-ince dielektrikler, iyileştirilmiş elektrotlar ve-yükseltilmiş katman istiflemesidir. Elektrot baskılı kaplamaların tekdüzeliğini sağlarken, kaba parçacıkların neden olduğu dielektrik bozulmayı ve elektrot kısa devrelerini ortadan kaldırmak için, nikel iç elektrot katmanının kalınlığı, ultra-ince dielektrik kalınlığıyla tam olarak eşleşmelidir. Bu nedenle, nikel tozu uygulamasına yönelik en kritik gereksinim, ultra-ince parçacık boyutuna yönelik eğilimdir. Endüstri bilgilerine göre, nano nikel tozu parçacık boyutundaki her 10 nm'lik azalma için, MLCC dielektrik katman kalınlığı buna göre 5-8 nm azaltılabilir.
Geleneksel orta{0}} ila düşük- uçtaki MLCC'ler genellikle 1 μm'nin üzerinde dielektrik katman kalınlığına ve 200 içinde katman sayısına sahiptir. Elektrot kalınlığı için işlem fazlalığı yüksektir ve nikel tozu performansı toleransı nispeten yüksektir. Partikül boyutu 200-300 nm olan geleneksel nikel tozu, seri üretim gereksinimlerini karşılamak için yeterlidir. Bununla birlikte, üst düzey MLCC'lerin tekrar tekrar yükseltilmesiyle birlikte, 100 nm nikel tozu, yüksek kapasitanslı MLCC'ler için ana tercih haline geldi ve 0,5 μm{13}}kalın elektrot katmanları için büyük-ölçekli seri üretim süreçlerine istikrarlı bir şekilde uyum sağlayabiliyor. Bazı ileri teknoloji uygulamalar, 0,35–0,5 μm kalınlığındaki dielektrik katmanların işlem gereksinimlerini karşılamak için nikel tozu parçacık boyutunun 80 nm'ye düşürülmesini bile gerektirir. Aynı zamanda parçacık boyutu dağılımının son derece dar olması ve D90'ın D50'nin 2 katı dahilinde kontrol edilmesi gerekir.
Son derece ince parçacık boyutu ve dar dağılım temelinde, minyatürleştirilmiş MLCC'lerin katı birlikte ateşleme ve güvenilirlik koşulları, aynı zamanda nikel tozunun genel kalitesinde kapsamlı bir yükseltmeye de yol açıyor:
(1) Daha yüksek küresellik: İnce elektrot katmanlarının yoğun oluşumuna ve yüksek-sıcaklıkta birlikte-ateşlemeye uyum sağlamak için nikel tozunun mükemmel küreselliğe ihtiyacı vardır. Düzenli küresel parçacıklar, elektrot katmanındaki boşlukları ve kalınlık sapmalarını önleyerek bulamacın akışkanlığını ve düzgün bir şekilde paketlenmesini sağlayabilir.
(2) İyi monodispersite: Elektrot bulamacının düzgün bir şekilde kaplanmasını ve nikel tozunun bulamaçta düzgün bir şekilde dağılmasını sağlamak için. Bununla birlikte, nikel tozu ne kadar ince olursa, yüzey enerjisi de o kadar yüksek olur ve çoğunlukla yüzey modifikasyon teknolojileri yoluyla çözülmesi gereken topaklanma sorunu da o kadar belirgin olur.
(3) Daha yüksek kristallik: Toz yapısı, sinterleme büzülme oranını ve termal genleşme özelliklerini stabil bir şekilde düzenleyebilir, seramik dielektrik ile mükemmel uyum sağlayabilir ve katmanlar arası çatlama ve delaminasyon gibi yapısal kusurları önleyebilir.
(4) Daha yüksek saflık: Düşük oksijen ve düşük kirlilik içeren yüksek-saflıktaki nikel tozu, yüksek-sıcaklık koşulları altında oksidasyonu/çökelmeyi ve direnç kaymasını etkili bir şekilde önleyebilir, üst düzey minyatür MLCC'lerin uzun-vadeli hizmet stabilitesini ve hava koşullarına dayanıklılık güvenilirliğini büyük ölçüde iyileştirebilir-.
MLCC'ler için Nano Nikel Tozu Hangi Hazırlama Yöntemleriyle Üretilebilir?
Yukarıdaki katı gerekliliklere dayalı olarak, kimyasal indirgeme ve sprey pirolizi gibi geleneksel sıvı-faz ve katı-faz yöntemleri artık üst düzey minyatür MLCC'ler için nano-ölçekli, ultra-ince, son derece tekdüze nikel tozu üretim gereksinimlerini tam olarak karşılayamamaktadır. Bu nedenle, CVD ve PVD tarafından temsil edilen gaz-fazı hazırlama teknolojileri, hassas şekilde kontrol edilebilir parçacık oluşumunun avantajıyla birlikte, ileri teknoloji MLCC'ler için nano nikel tozu hazırlamak için temel teknik yöntemler haline gelmiştir.
01 Karbonil Nikel Ayrıştırma Yöntemi
Karbonil nikel tozunun özü, tersinir bir gaz-katı reaksiyonunun seçiciliğinin kullanılmasıdır. Nispeten düşük sıcaklıkta ve belirli bir basınçta, katı fazdaki metalik nikel CO ile reaksiyona girerek uçucu nikel tetrakarbonil (Ni(CO)₄) oluştururken, safsızlıklar katı fazda kalır. Nikel tetrakarbonil daha sonra yüksek sıcaklıkta ve daha düşük basınçta termal olarak ayrıştırılarak katı saf nikel parçacıkları ve karbon monoksit gazı yeniden oluşturulur ve sonunda ultra-ince küresel nikel tozu elde edilir.
Bu prosesin en büyük avantajları son derece yüksek saflık, mükemmel küresellik ve yüksek sinterleme aktivitesidir. Parçacık boyutu, dar ve tek biçimli parçacık boyutu dağılımıyla 1–20 μm dahilinde hassas bir şekilde kontrol edilebilir; bu da onu, 1 μm'nin altında ultra-ince dielektriklere sahip yüksek-katman-sayılı, yüksek-kapasitanslı MLCC'lerin seri üretim gereksinimleri için mükemmel şekilde uygun hale getirir. Ancak temel eksiklikleri proses güvenliği ve çevre kontrolünün zorluğudur. Nikel tetrakarbonil son derece zehirli ve tehlikeli bir ortamdır; üretimin muhafaza altına alınması, patlamaya dayanıklı ekipman, artık gaz işleme ve güvenli işletim ve bakım sistemleri konusunda son derece yüksek gereksinimler getirir ve kademeli olarak kullanımdan kaldırılmıştır.
02 CVD Kimyasal Buhar Biriktirme Yöntemi
CVD kimyasal buhar biriktirme, Japon şirketlerinin tekelinde{0}}son teknolojiye sahip bir nikel tozu hazırlama teknolojisidir. Temel prensibi, nikel klorür gibi öncü gazların, yüksek-sıcaklıktaki gaz-faz ortamında elementel nikel atomlarına indirgenmesi ve daha sonra tekdüze bir şekilde çekirdeklenmesi, büyümesi ve ultra-ince nano nikel tozu halinde yoğunlaşmasıdır.
Bu sürecin temel avantajları, tekdüze bir reaksiyon ortamı, kontrol edilebilir çekirdeklenme, yüksek saflık, topaklaşma olmaması ve mükemmel birlikte-ateşleme uyumluluğudur. Şu anda uluslararası düzeyde yüksek-ultra-ince dielektrik, ultra-yüksek-katmanlı-sayılı MLCC'ler için temel destekleyici tozdur. Ancak temel ekipman ve süreç teknolojisi, son derece yüksek ekipman yatırım maliyetleri, yüksek seri-üretim süreci eşikleri ve yüksek üretim maliyetleriyle birlikte yurtdışında tekelleştirilmiştir.
03 PVD Fiziksel Buhar Yoğunlaştırma Yöntemi
PVD nikel tozu, yerli ikame için önemli bir atılım yönüdür. Bu işlem kimyasal reaksiyonları terk eder. Bunun yerine, bir vakumda veya bir inert gaz (argon gibi) koruyucu ortamında, katı metalik nikel, nikel atomu buharı oluşturmak üzere yüksek- sıcaklıkta ısıtma (dirençli ısıtma, plazma ısıtma, ark deşarjı, lazer ısıtma vb. gibi) yoluyla buharlaştırılır. Gaz atomları daha sonra birbirleriyle çarpışır ve enerji kaybederek hızlı çekirdeklenme elde eder ve son olarak düşük-sıcaklık bölgesinde nano- ile mikron altı-boyutlu nikel tozu parçacıklarına hızla yoğunlaşır.
PVD ile Nano Nikel Tozu Hazırlama Prensibi
Bu yöntemle üretilen nano nikel tozu, yüksek saflığa, iyi kristalliğe, pürüzsüz bir yüzeye ve güçlü oksidasyon direncine sahiptir. MLCC iç elektrotlarında kullanılan nikel tozunun gereksinimlerini tam olarak karşılayabilir ve üretim süreci çevre dostudur. Ancak karmaşık üretim ekipmanı ve düşük verimlilik nedeniyle, büyük-ölçekli seri üretimde istikrarın kontrol edilmesi ve maliyetlerin optimize edilmesi çözülmesi gereken acil sorunlar olmayı sürdürüyor.