電容器：三大被動元件之一，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、電感并稱三大被動元件。根據(jù)工作特點，電子元器件可以分為主動器件和被動元件：主動器件（又稱有源器件、半導(dǎo)體器件）指在工作時內(nèi)部有電源存在的電子元器件；被動元件（又稱無源器件）指工作時內(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?、只需輸入信號無需外加電源就能工作等特性。電容器是一種用于儲存電量和電能的被動元件，與電阻、電感并稱三大被動元件，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，以靜電的形式儲存和釋放電能，工作原理是當(dāng)電荷受電場作用力移動時，電容器中的電介質(zhì)會阻礙電荷繼續(xù)移動，進而造成正負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)進行分類進行生產(chǎn)經(jīng)營。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)材料分類進行生產(chǎn)經(jīng)營。


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)，兩個電極相對面積小，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，在成本和性能上都占據(jù)優(yōu)勢，下游應(yīng)用較為廣泛，其市場規(guī)模占整個陶瓷電容器的90%以上，占電容器市場規(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20%-25%，在高容量MLCC中甚至達到35%-45%。

目前，國內(nèi)主流廠商所用陶瓷粉末以外購為主，供應(yīng)商主要來自于美國及日本。對于電極材料而言，陶瓷電容器產(chǎn)品的內(nèi)外電極一般采用金屬銀-鈀材料，價格相對昂貴且波動較為劇烈，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、多芯組陶瓷電容時稱為電容器芯片。根據(jù)火炬電子及鴻遠電子招股書，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
片都采用絲網(wǎng)印刷形成，即按“下保護片-電極-介質(zhì)-電極-介質(zhì)-上保護片”順序印刷，以達到設(shè)計的層數(shù)。完成上述工序再進行烘干，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，可做到 2μm 以下，實現(xiàn)了介質(zhì)層的超薄制作。制作電容器時，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。 

目前國內(nèi)廠商普通采用干式流延工藝，其優(yōu)點在于投資少、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，較難在高端市場推廣應(yīng)用。隨著市場對產(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，濕式印刷工藝和瓷膠轉(zhuǎn)移膜工藝因其制造工藝的先進性而備受關(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。 


陶瓷電容器下游應(yīng)用廣泛，覆蓋軍工、工業(yè)和消費領(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)，消費類領(lǐng)域占據(jù)絕大部分的市場份額，高端消費和一般消費領(lǐng)域合計占MLCC市場份額的73%。


陶瓷電容器的市場規(guī)模
全球MLCC市場突破千億大關(guān)，持續(xù)穩(wěn)健增長。全球MLCC市場規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)中有升的趨勢，根據(jù)中國電子元件行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計和預(yù)測，全球MLCC市場規(guī)模從2019年的915億元增長至2022年的1204億元，整體呈現(xiàn)穩(wěn)定增長趨勢，預(yù)計到2026年全球MLCC市場規(guī)模將達到1547億元，2022-2026年的CAGR約為6.47%。

我國MLCC市場穩(wěn)步擴張，已成為全球最大的MLCC消費市場。根據(jù)中國電子元件行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，我國MLCC市場規(guī)模從2017年310億元快速增長至2022年的537億元，年均復(fù)合增速達7.03%，已占據(jù)全球總規(guī)模的四成左右，隨著國內(nèi)新能源車以及5G等行業(yè)的快速發(fā)展，預(yù)計2023年我國MLCC市場規(guī)模有望達到575億人民幣。

圖5  2018-2023年中國MLCC市場規(guī)模變化和預(yù)測 

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

陶瓷電容器的車軌跡認證
AEC－Q系列認證是公認的車規(guī)元器件的通用測試標(biāo)準。陶瓷電容器企業(yè)想要進入汽車電子領(lǐng)域，進入汽車電子零部件供應(yīng)鏈，AEC－Q200是必須獲得的認證之一。
① AEC-Q認證是國際汽車電子領(lǐng)域的準入門檻
AEC即Automotive Electronics Council，是美國汽車電子委員會的簡稱。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采用，促進了零部件制造商交換其產(chǎn)品特性數(shù)據(jù)的意愿，并推動了汽車零件通用性的實施，為汽車零部件市場的快速成長打下基礎(chǔ)。AEC-Q為AEC組織所制訂的車用可靠性測試標(biāo)準，是零件廠商進入汽車電子領(lǐng)域，打入一級車廠供應(yīng)鏈的重要門票。


②AEC-Q200認證是車規(guī)級無源元件（被動元件）的準入門檻
AEC-Q200是汽車電子協(xié)會（AEC）針對在汽車上應(yīng)用的無源元件（又稱被動元件）的質(zhì)量可靠性驗證標(biāo)準，AEC-Q200認證是無源元件汽車級品質(zhì)符合性驗證，是無源元件進入汽車領(lǐng)域的準入門檻。通過系列測試驗證無源元件能否承受汽車應(yīng)用環(huán)境下極端溫度、濕度、振動與老化的影響。該標(biāo)準主要用于防止被動元器件出現(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)保險絲等無源器件。

④AEC-Q200測試流程
Rev E版明確說明了測試流程，測試流程如下：


對于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）工藝時出現(xiàn)的可靠性問題：無鉛測試要求。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組件不會因為經(jīng)過無鉛回焊(Reflow)后失效異常，因此定義部分可靠度測試項目需先完成Reflow之后，才可進行下一步驟。除此之外，對于尺寸不同的組件也規(guī)范了不同的測試次數(shù)。


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

關(guān)于北測
北測集團（以下簡稱"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)驗證、檢驗檢測、失效分析、仿真模擬和市場準入等質(zhì)量研究技術(shù)服務(wù)。
北測擁有豐富的車規(guī)級電子認證經(jīng)驗，已成功幫助100多家企業(yè)順利通過AEC-Q系列認證。北測集團以車企車規(guī)元器件國產(chǎn)化需求為牽引，依托國產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，提供完善的檢測認證服務(wù)，通過AEC-Q車用標(biāo)準嚴格把控汽車元器件安全質(zhì)量，助力國產(chǎn)車規(guī)級元器件大力發(fā)展，為打造智能汽車安全體系再添新動力。