电子陶瓷第一章第二讲

1、第一章 电子陶瓷概述 1.3 现代电子陶瓷现代电子陶瓷 在先进陶瓷阶段出现的电子陶瓷是电在先进陶瓷阶段出现的电子陶瓷是电 子工业、航天、航空和核工业的基础之一，子工业、航天、航空和核工业的基础之一， 在其他高技术领域也异常活跃。在其他高技术领域也异常活跃。 例如，某种火箭，其中采用陶瓷材料例如，某种火箭，其中采用陶瓷材料 制造的零部件占制造的零部件占80%，一台彩电接收机，一台彩电接收机， 用陶瓷制造的元器件约占用陶瓷制造的元器件约占75%。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 电子陶瓷是应用于电子技术中的各种陶瓷，电子陶瓷是应用于电子技术中的各种陶瓷， 主要可分两大类：结构陶瓷和功能

2、陶瓷。主要可分两大类：结构陶瓷和功能陶瓷。 结构陶瓷指用于制造电子元件、器件、结构陶瓷指用于制造电子元件、器件、 部件等的基体、外壳、固定件、绝缘零件部件等的基体、外壳、固定件、绝缘零件 等的陶瓷材料，又称装置瓷。等的陶瓷材料，又称装置瓷。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 功能陶瓷指用于制造电容器、电阻器、功能陶瓷指用于制造电容器、电阻器、 电感器、换能器、滤波器、振荡器、传感电感器、换能器、滤波器、振荡器、传感 器等的陶瓷材料器等的陶瓷材料 电子陶瓷电子陶瓷 电子结构陶瓷电子结构陶瓷 电子功能陶瓷电子功能陶瓷 基板陶瓷基板陶瓷 电气绝缘陶瓷电气绝缘陶瓷 电气真空陶瓷电气真空陶瓷

3、电容器陶瓷电容器陶瓷 电阻陶瓷电阻陶瓷 电感陶瓷电感陶瓷 压电铁电陶瓷压电铁电陶瓷 微波陶瓷微波陶瓷 超导陶瓷超导陶瓷 磁性陶瓷磁性陶瓷 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 电子陶瓷在电子工业中的重要地位电子陶瓷在电子工业中的重要地位 还在于它在整机中的关键性作用。还在于它在整机中的关键性作用。 一块集成电路的稳定性和使用寿命，一块集成电路的稳定性和使用寿命， 在很大程度上取决于它的基片或管壳的在很大程度上取决于它的基片或管壳的 性能；一个自动控制系统的调节范围、性能；一个自动控制系统的调节范围、 精度和灵敏度等主要指标，都取决于传精度和灵敏度等主要指标，都取决于传 感器的性能，而制造

4、传感器的主要材料感器的性能，而制造传感器的主要材料 是功能陶瓷；一台大型计算机的运算速是功能陶瓷；一台大型计算机的运算速 度主要取决于磁性瓷记忆元件。度主要取决于磁性瓷记忆元件。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 目前已经形成产业化的电子陶瓷大致有以目前已经形成产业化的电子陶瓷大致有以 下几类：下几类： 1、 高频绝缘零件瓷高频绝缘零件瓷 主要用作高频绝缘支柱、板、管等各主要用作高频绝缘支柱、板、管等各 种绝缘子及紧固件。如滑石瓷、低碱莫来种绝缘子及紧固件。如滑石瓷、低碱莫来 石瓷、刚玉石瓷、刚玉莫来石瓷、各种氧化铝瓷等。莫来石瓷、各种氧化铝瓷等。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子

5、陶瓷概述 2、电阻基体和电感基体瓷、电阻基体和电感基体瓷 主要用作电阻器和电感器的基体。有主要用作电阻器和电感器的基体。有 低碱莫来石瓷、刚玉低碱莫来石瓷、刚玉莫来石瓷和氧化铝莫来石瓷和氧化铝 瓷等。瓷等。 3、电真空瓷、电真空瓷 主要用于真空电子器件中的绝缘、耐主要用于真空电子器件中的绝缘、耐 热、支承件、密封件、集成电路管壳和基热、支承件、密封件、集成电路管壳和基 片等，有镁橄榄石瓷、刚玉瓷、氧化铍瓷、片等，有镁橄榄石瓷、刚玉瓷、氧化铍瓷、 氮化铝瓷等。氮化铝瓷等。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 4、电容器瓷、电容器瓷 用于高频电路的温度稳定的电容器瓷，用于高频电路的温度稳定

6、的电容器瓷， 如四钛钡瓷、镁镧钛瓷、钙钛硅瓷等；用如四钛钡瓷、镁镧钛瓷、钙钛硅瓷等；用 于高频电路起温度补偿作用的电容器瓷，于高频电路起温度补偿作用的电容器瓷， 如金红石瓷、钛酸钙瓷、钛锶铋瓷、锡酸如金红石瓷、钛酸钙瓷、钛锶铋瓷、锡酸 盐和锆酸盐等。盐和锆酸盐等。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 具有高介电常数的铁电陶瓷，它可以具有高介电常数的铁电陶瓷，它可以 制造体积小、电容量大的电容器，用于低制造体积小、电容量大的电容器，用于低 频、高频、脉冲储能电路；介电常数很高，频、高频、脉冲储能电路；介电常数很高， 且对温度相当稳定的半导体陶瓷电容器，且对温度相当稳定的半导体陶瓷电容器，

7、 亦称晶界层电容器，它具有高的可靠性，亦称晶界层电容器，它具有高的可靠性， 用于要求稳定性和可靠性高的电路。用于要求稳定性和可靠性高的电路。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 在陶瓷电容器中还有一类结构上特殊在陶瓷电容器中还有一类结构上特殊 的电容器，称独石电容器。它也可以用于的电容器，称独石电容器。它也可以用于 上述各种电路，其特点是体积小，容量大。上述各种电路，其特点是体积小，容量大。 这类电容器，每立方厘米体积电容量可达这类电容器，每立方厘米体积电容量可达 数十微法拉。数十微法拉。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 4、电容器瓷、电容器瓷 用于高频电路的温度稳定的电容

8、器瓷，用于高频电路的温度稳定的电容器瓷， 如四钛钡瓷、镁镧钛瓷、钙钛硅瓷等；如四钛钡瓷、镁镧钛瓷、钙钛硅瓷等； 用于高频电路起温度补偿作用的电容用于高频电路起温度补偿作用的电容 器瓷，如金红石瓷、钛酸钙瓷、钛锶铋瓷、器瓷，如金红石瓷、钛酸钙瓷、钛锶铋瓷、 锡酸盐和锆酸盐等。锡酸盐和锆酸盐等。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 具有高介电常数的铁电陶瓷，它可以具有高介电常数的铁电陶瓷，它可以 制造体积小、电容量大的电容器，用于低制造体积小、电容量大的电容器，用于低 频、高频、脉冲储能电路；频、高频、脉冲储能电路； 介电常数很高，且对温度相当稳定的介电常数很高，且对温度相当稳定的 半导体

9、陶瓷电容器，亦称晶界层电容器，半导体陶瓷电容器，亦称晶界层电容器， 它具有高的可靠性，用于要求稳定性和可它具有高的可靠性，用于要求稳定性和可 靠性高的电路。靠性高的电路。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 在陶瓷电容器中还有一类结构上特殊在陶瓷电容器中还有一类结构上特殊 的电容器，称为独石电容器或多层陶瓷电的电容器，称为独石电容器或多层陶瓷电 容器。容器。 特点是体积小，容量大。特点是体积小，容量大。 这类电容器，每立方厘米体积电容量这类电容器，每立方厘米体积电容量 可达数十微法拉。可达数十微法拉。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 5、铁电陶瓷、铁电陶瓷 它是一种存在自发

10、的带电小区域功能它是一种存在自发的带电小区域功能 的陶瓷，具有许多特殊的功能，除有极高的陶瓷，具有许多特殊的功能，除有极高 的介电常数外，还有介电常数随温度、电的介电常数外，还有介电常数随温度、电 场变化的非线性，对光的各向异性，又折场变化的非线性，对光的各向异性，又折 射特性，电致应变以及相变引起的各种特射特性，电致应变以及相变引起的各种特 性变化和耦合等性能。它除用作大容量电性变化和耦合等性能。它除用作大容量电 容器外，还可制造各种敏感器件、光学器容器外，还可制造各种敏感器件、光学器 件、微粒移发生器等。件、微粒移发生器等。 电子陶瓷第一章第二讲 电子陶瓷第一章第二讲 电子陶瓷第一章第二讲

11、 自发极化自发极化PsPs 剩余极化剩余极化PrPr 矫顽电场矫顽电场EcEc 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 6、半导体陶瓷、半导体陶瓷 导电性介于金属和绝缘体之间的陶瓷，导电性介于金属和绝缘体之间的陶瓷， 其电导率受控于外界条件。因此，它可用其电导率受控于外界条件。因此，它可用 于制造敏感性元件和传感器，如热敏、电于制造敏感性元件和传感器，如热敏、电 压敏、光敏、气敏、湿敏等。其主要组成压敏、光敏、气敏、湿敏等。其主要组成 有有BaTiO3、 、SrTiO3、MgTiO3、SiC、 、ZnO、 、 SnO2、 、CdS、MgCr2O4等一种或多种复合材 等一种或多种复合材 料。

12、料。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 7、导电陶瓷、导电陶瓷 有有SiC、石墨陶瓷等，可做高温发热体、石墨陶瓷等，可做高温发热体、 微波吸收材料、大功率电阻器等。微波吸收材料、大功率电阻器等。SnO2系系 列薄膜可做透明电极，用于各种显示器件。列薄膜可做透明电极，用于各种显示器件。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 8、压电陶瓷、压电陶瓷 它是一种将变化的力转换为电或将电它是一种将变化的力转换为电或将电 转换为振动的功能陶瓷。如转换为振动的功能陶瓷。如BaTiO3 PbTiO3 等。等。 9、磁性瓷、磁性瓷 又称铁氧体或铁淦氧，这是一大类广泛又称铁氧体或铁淦氧，这是一大类

13、广泛 应用的陶瓷。应用的陶瓷。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 二十世纪八十年代以来，电子信息技二十世纪八十年代以来，电子信息技 术的集成化，微型化和智能化发展趋势，术的集成化，微型化和智能化发展趋势， 推动电子技术产品日益向微型、轻量、薄推动电子技术产品日益向微型、轻量、薄 型、多功能、高可靠和高稳定方向发展型、多功能、高可靠和高稳定方向发展 。 表面组装技术的兴起，使信息功能陶表面组装技术的兴起，使信息功能陶 瓷元器件多层化，多层元件片式化、片式瓷元器件多层化，多层元件片式化、片式 元件集成化、集成元件模块化和多功能化元件集成化、集成元件模块化和多功能化 成为近年的发展总趋势。

14、成为近年的发展总趋势。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 二十世纪八十年代初电子元件的片式二十世纪八十年代初电子元件的片式 化率占化率占4-6%，到二十世纪九十年代初则达，到二十世纪九十年代初则达 50%。 国际上片式电容、片式电阻和片式电国际上片式电容、片式电阻和片式电 感已形成规模生产和新兴产业。感已形成规模生产和新兴产业。 块状元件块状元件片式元件片式元件 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 集成电路工作电压，由七十年代的几十伏特降集成电路工作电压，由七十年代的几十伏特降 低到现在的几伏特、要求片式多层陶瓷电容器低到现在的几伏特、要求片式多层陶瓷电容器 （Multila

15、yer Ceramic Capacitor-MLCC)的层的层 厚由几十厚由几十m降低至降低至10m以下。以下。 日本村田制作所片式电容产品的层厚可达日本村田制作所片式电容产品的层厚可达5-6 m，正在研制与开发层厚，正在研制与开发层厚1-3 m的的MLCC产产 品。品。 电子陶瓷第一章第二讲 在在MLCC 技术中，最核心的技术是技术中，最核心的技术是 材料技术材料技术(如陶瓷粉料的制备如陶瓷粉料的制备)、 介质叠层印刷技术介质叠层印刷技术(多层介质薄膜叠层印多层介质薄膜叠层印 刷刷)和和 共烧技术共烧技术(陶瓷粉料和金属电极共烧陶瓷粉料和金属电极共烧)。 电子陶瓷第一章第二讲 采用镍、铜等贱

16、金属代替银采用镍、铜等贱金属代替银/钯贵金属作钯贵金属作 为内电极材料为内电极材料(即即BME 技术技术)，是，是MLCC 技术发展的一个重要里程碑，技术发展的一个重要里程碑， 虽然这对虽然这对MLCC 的材料技术、共烧技术的材料技术、共烧技术 (采用采用N2 气氛保护烧结气氛保护烧结)、设备技术提出、设备技术提出 了很高的要求，了很高的要求， 但它带来了成本的急速下降，同时满足但它带来了成本的急速下降，同时满足 了当今日益苛刻的环保要求。了当今日益苛刻的环保要求。 电子陶瓷第一章第二讲 电子陶瓷第一章第二讲 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 MLCC的外型尺寸从的外型尺寸从0805

17、(0.080.05inch)到到 研制开发出更小尺寸的研制开发出更小尺寸的0603、0504及及0402型型, 0201-01005型型(长长宽为宽为0.01 0.005 inch) 。 MLCC 从从20 世纪世纪90年代初期开始规模化生产，年代初期开始规模化生产， 每年以每年以30%以上的速度增加，到以上的速度增加，到2004 年已经年已经 成为电容器的主流。成为电容器的主流。 在全世界在全世界14 000 亿只电容器中，仅陶瓷电容器亿只电容器中，仅陶瓷电容器 就达到了就达到了12 000亿只以上，亿只以上， 而而MLCC 达到达到6 000 亿只以上，大约占据了电亿只以上，大约占据了电

18、容器市场的半壁江山。容器市场的半壁江山。 电子陶瓷第一章第二讲 MLCC 具有体积小、成本低、单位体积电容量具有体积小、成本低、单位体积电容量 大、温度等环境因素对性能影响小等优点，除大、温度等环境因素对性能影响小等优点，除 在广播电视、通信、计算机、家用电器、测量在广播电视、通信、计算机、家用电器、测量 仪器、自动控制、医疗设备等民用电子设备产仪器、自动控制、医疗设备等民用电子设备产 品中得到广泛应用外，品中得到广泛应用外， 在航空航天电子设备、坦克电子设备、军在航空航天电子设备、坦克电子设备、军 用移动通讯设备、警用袖珍式军用计算机、武用移动通讯设备、警用袖珍式军用计算机、武 器弹头控制和

19、军事信号监控等军用电子设备上器弹头控制和军事信号监控等军用电子设备上 也有越来越广泛的用途。也有越来越广泛的用途。 电子陶瓷第一章第二讲 在移动通讯设备中，在移动通讯设备中，MLCC 的质量与价格直接影响到的质量与价格直接影响到 现代通讯设施的水平和成本，也成为科技界人们关注现代通讯设施的水平和成本，也成为科技界人们关注 的焦点。的焦点。 近几年来，近几年来， 国际市场对国际市场对MLCC 的需求以年均的需求以年均15% 20%的速度递增。的速度递增。2004 年全世界年全世界MLCC 的消耗量约的消耗量约 为为8 000 亿只，到亿只，到2005 年这一数字将达到年这一数字将达到9 500亿

20、只。亿只。 根据信息产业部根据信息产业部“十一五十一五”规划，我国内地的新型电规划，我国内地的新型电 子元件将获得高速发展，片式电子元器件将由子元件将获得高速发展，片式电子元器件将由2005 年年 的的5200亿只，发展到亿只，发展到2010 年的年的15200 亿只，其中亿只，其中 MLCC 将由将由2200亿只发展到亿只发展到6000 亿只。亿只。 电子陶瓷第一章第二讲 全球全球MLCC 的市场需求量，由的市场需求量，由2000 年的年的 5 810 亿只，经过亿只，经过20012002 年的低潮，年的低潮， 到到2003 年增长到年增长到5 960 亿只，亿只，2004 年全年全 球的需

21、求量达到球的需求量达到6 500 亿只，到亿只，到2005 年年 MLCC 产品的全球市场需求达产品的全球市场需求达7 250 亿只亿只 ，2006 年达到年达到8 350 亿只，亿只，2007 年达年达10 300 亿只。亿只。 电子陶瓷第一章第二讲 从从2007 年开始全球主要的年开始全球主要的MLCC 供货商供货商 纷纷大手笔扩充产能，但是纷纷大手笔扩充产能，但是2008 年高容年高容 产品需求并未如市场所预期，而价格则产品需求并未如市场所预期，而价格则 持续走低，再加上受韩厂持续走低，再加上受韩厂SEMCO 杀价杀价 及日元贬值的影响，日系主要及日元贬值的影响，日系主要MLCC 供供

22、货商村田、货商村田、TDK、太阳诱电、太阳诱电2008 年下半年下半 年表现均不若预期，纷纷向下修正了全年表现均不若预期，纷纷向下修正了全 年销售额预测。而台湾地区供应商的处年销售额预测。而台湾地区供应商的处 境同样不容乐观，国巨、禾申堂、华新境同样不容乐观，国巨、禾申堂、华新 科等下半年毛利率同步呈现下滑。科等下半年毛利率同步呈现下滑。 电子陶瓷第一章第二讲 2008 年受全球金融危机的影响，尤其是年受全球金融危机的影响，尤其是 手机等下游应用领域需求地萎缩，全球手机等下游应用领域需求地萎缩，全球 MLCC 市场需求量下降到市场需求量下降到9 785 亿只，同亿只，同 比下降比下降5%，预计

23、，预计2009 年全球年全球MLCC 市市 场需求量将达场需求量将达9 100 亿只，亿只，2010 年将达年将达9 464 亿只，亿只，2011 年将达年将达10 127 亿只，亿只， 2012 年将达年将达10 937 亿只。亿只。 电子陶瓷第一章第二讲 国内国内MLCC 市场规模在不断高速扩大，市场规模在不断高速扩大， 1999 年国内年国内MLCC 市场需求约市场需求约280 亿只亿只 ，到，到2003 年已增长到约年已增长到约3 000 亿只，约占亿只，约占 全球需求量一半，增长超过了全球需求量一半，增长超过了10 倍。到倍。到 2005 年，中国国内对年，中国国内对MLCC 的需求

24、量已的需求量已 经接近经接近4 700 亿只，亿只，2006 年约为年约为6 100 亿亿 只，只，2007 年中国国内对年中国国内对MLCC 的需求量的需求量 达达6 250 亿只，亿只，2008 年达年达5 875 亿只亿只 电子陶瓷第一章第二讲 ，智多星顾问预计，智多星顾问预计2009 年中国国内对年中国国内对 MLCC 的需求量将达的需求量将达5 640 亿只，亿只，2010 年将达年将达5 922 亿只，亿只，2011 年将达年将达6 396 亿亿 只，只，2012 年将达年将达6 971 亿只。根据智多星亿只。根据智多星 顾问的数据：顾问的数据：2007 年中国年中国MLCC 市场

25、规市场规 模为模为15.0 亿美元，亿美元，2008 年达年达13.5 亿美元亿美元 ，预计，预计2009 年将达年将达13.0 亿美元，亿美元，2010 年年 将达将达13.0 亿美元，亿美元，2011年将达年将达14.1 亿美亿美 元，元，2012 年将达年将达14.6 亿美元。亿美元。 电子陶瓷第一章第二讲 MLCC的使用领域，增加最快的用户是手机的使用领域，增加最快的用户是手机 (约约30%)、计算机、计算机(15%)、汽车电子、汽车电子(10%)、 AV 音像设备音像设备(15%)及其模块上的应用。近年及其模块上的应用。近年 来，由于小型大容量来，由于小型大容量USB 可移动硬盘的普

26、及可移动硬盘的普及 和蓝牙模块的使用，微型和蓝牙模块的使用，微型MLCC 的需求量迅的需求量迅 速增加。速增加。 假设每台个人电脑平均使用假设每台个人电脑平均使用600 只只MLCC，每，每 部手机平均使用部手机平均使用200 只只MLCC。 （全世界（全世界2007年大约生产个人电脑年大约生产个人电脑2亿台，手亿台，手 机机10亿部）亿部） 电子陶瓷第一章第二讲 近年来世界电子产品制造业加快了向中国转移近年来世界电子产品制造业加快了向中国转移 的速度，中国电子制造业的速度，中国电子制造业MLCC 的用量占到的用量占到 全球用量的四分之一，已经成为世界上全球用量的四分之一，已经成为世界上MLC

27、C 的主要消费大国之一。的主要消费大国之一。 2004 年我国仅进口的陶瓷电容器就达到年我国仅进口的陶瓷电容器就达到12 多多 亿美元，其中亿美元，其中70%为为MLCC，达，达8 亿多美元。亿多美元。 国内国内MLCC的生产能力，每年以的生产能力，每年以30%以上的速以上的速 度增长，度增长，1997年不到年不到100 亿只，亿只，2004 年已达年已达1 200 多亿只，其中大约三分之二出口。多亿只，其中大约三分之二出口。 电子陶瓷第一章第二讲 国内厂商的生产能力基本在国内厂商的生产能力基本在0603 型尺寸及更型尺寸及更 大的产品，而手机和微型大的产品，而手机和微型AV 音像设备所需要音

28、像设备所需要 的更加细小的的更加细小的0402 型和型和0201 型元件产品，国型元件产品，国 内厂商还缺乏规模化生产能力，或者处于试产内厂商还缺乏规模化生产能力，或者处于试产 水平。水平。 虽然这几年我国虽然这几年我国MLCC 的生产能力快速增长，的生产能力快速增长， 但是到但是到2004 年，还不到世界总产量的十分之年，还不到世界总产量的十分之 一，所占销售额比例就更低。所以，国内一，所占销售额比例就更低。所以，国内 MLCC 市场大约三分之二依靠进口。市场大约三分之二依靠进口。 电子陶瓷第一章第二讲 目前国内目前国内MLCC 行业中最大的企业是风华集行业中最大的企业是风华集 团、北京村田

29、、上海京瓷、天津三星等四家，团、北京村田、上海京瓷、天津三星等四家， 他们生产的产品占国内生产量的他们生产的产品占国内生产量的90%以上。以上。 此外，天津松下、厦门此外，天津松下、厦门TDK、东莞太阳诱电等、东莞太阳诱电等 日资企业；国巨电子、华新科技、汇侨工业等日资企业；国巨电子、华新科技、汇侨工业等 台资企业，以及诺基亚、松下、富士通和摩托台资企业，以及诺基亚、松下、富士通和摩托 罗拉等也纷纷在中国设立研发与生产中心。集罗拉等也纷纷在中国设立研发与生产中心。集 中在珠江三角洲、长江三角洲、环渤海京津地中在珠江三角洲、长江三角洲、环渤海京津地 区的新型电子工业区域内，为以半导体、笔记区的新

30、型电子工业区域内，为以半导体、笔记 本电脑、手机及零部件为主的企业提供配套的本电脑、手机及零部件为主的企业提供配套的 MLCC 产品。产品。 电子陶瓷第一章第二讲 村田村田:世界第一大世界第一大MLCC厂家厂家 TDK:磁性材料业霸主磁性材料业霸主 京瓷京瓷:精密陶瓷起家精密陶瓷起家 太阳诱电太阳诱电:大容量大容量MLCC领头羊领头羊 国巨国巨:片式电阻器傲视群雄片式电阻器傲视群雄 电子陶瓷第一章第二讲 不同型号不同型号MLCC 的市场变化的市场变化 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 世界电子工业的高速发展，都是以先世界电子工业的高速发展，都是以先 进的电子元件及其材料的发展为基础。

31、近进的电子元件及其材料的发展为基础。近 十年来，世界各发达工业国家竞相投入巨十年来，世界各发达工业国家竞相投入巨 资和雄厚科技力量研究开发表面组装片式资和雄厚科技力量研究开发表面组装片式 电子元件材料及应用技术。电子元件材料及应用技术。 片式电子元件及材料产业的科研开发片式电子元件及材料产业的科研开发 水平和产业化程度的高低已成为衡量一个水平和产业化程度的高低已成为衡量一个 国家微电子基础工业发展程度和科技水平国家微电子基础工业发展程度和科技水平 高低的标志，成为国际高科技剧烈竞争的高低的标志，成为国际高科技剧烈竞争的 一个制高点。一个制高点。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 高性

32、能片式电子元件是多种现代高技高性能片式电子元件是多种现代高技 术的新型微电子基础元件的综合及集成。术的新型微电子基础元件的综合及集成。 以它为代表的信息功能陶瓷材料及元以它为代表的信息功能陶瓷材料及元 件是集成电路，电子信息，计算机，汽车件是集成电路，电子信息，计算机，汽车 工业，精密仪器，航空，航天，能源技术，工业，精密仪器，航空，航天，能源技术， 通讯技术，军事国防等领域中各种电子整通讯技术，军事国防等领域中各种电子整 机设备的基础。它的市场需求量与日俱增。机设备的基础。它的市场需求量与日俱增。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 信息功能陶瓷的市场销售额一直占整信息功能陶瓷的市场

33、销售额一直占整 个高技术陶瓷市场的个高技术陶瓷市场的80%左右，预计在今左右，预计在今 后相当长时间内仍将保持这一比例。后相当长时间内仍将保持这一比例。 世界片式电子元器件世界片式电子元器件1995年的产量超过年的产量超过 1万亿只、近万亿只、近3万种。万种。 片式电容器、电阻器和电感器是最重片式电容器、电阻器和电感器是最重 要的三大类。要的三大类。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 片式元器件的需求年增长片式元器件的需求年增长(1020)%， 预计到预计到2010年片式电子元器件的市场需求量、年片式电子元器件的市场需求量、 产业化规模和技术性能水平必将得到空前的产业化规模和技术性能

34、水平必将得到空前的 扩展和提高。扩展和提高。 我国的电子陶瓷产业发展很快。我国的电子陶瓷产业发展很快。1999年年 或或2000年我国电子陶瓷及元器件（陶瓷电容年我国电子陶瓷及元器件（陶瓷电容 器、热敏电阻器、压敏电阻器、压电陶瓷频器、热敏电阻器、压敏电阻器、压电陶瓷频 率元件等）的生产量及率元件等）的生产量及2008年的产量预测如年的产量预测如 表表1-1所示。许多产品如滤波器、谐振器、压所示。许多产品如滤波器、谐振器、压 电陶瓷点火瓷柱等已经稳居世界产量第一。电陶瓷点火瓷柱等已经稳居世界产量第一。 电子陶瓷第一章第二讲 表表1-1 我国电子陶瓷元件、材料产品我国电子陶瓷元件、材料产品 产

35、品 名 称 产量(1999或2000) 预测产量（2008 ） 陶瓷电阻器陶瓷电阻器/亿只亿只 567.54(1999) 4500 陶瓷电位器陶瓷电位器/亿只亿只 7.35(1999) 25 陶瓷电容器陶瓷电容器/亿只亿只 390(2000) 3600 陶瓷电介质材料陶瓷电介质材料/（吨（吨/年）年） 600(2000) 3000 敏感元件敏感元件/亿只亿只 7(2000) 20 电声器件电声器件/亿只亿只 25(2000) 84 压电陶瓷点火瓷柱压电陶瓷点火瓷柱/亿只亿只 20(2000) 35 压电陶瓷频率器件压电陶瓷频率器件/亿只亿只 5(2000) 45 电子陶瓷第一章第二讲 第一章

36、电子陶瓷概述 1.4 电子陶瓷未来的发展电子陶瓷未来的发展展望展望 进入进入21世纪以来，由于计算机硬件、世纪以来，由于计算机硬件、 通讯工程及传感技术的研究和发展，对电通讯工程及传感技术的研究和发展，对电 子陶瓷的数量、质量、品种、形态以及功子陶瓷的数量、质量、品种、形态以及功 能等方面不断提出了新的要求。能等方面不断提出了新的要求。 目前，电子陶瓷及其应用正朝着高效能、目前，电子陶瓷及其应用正朝着高效能、 高可靠性、高灵敏、高精度、微型化、多高可靠性、高灵敏、高精度、微型化、多 功能、智能化、集成化以及低成本的方向功能、智能化、集成化以及低成本的方向 发展。发展。 电子陶瓷第一章第二讲 第

37、一章 电子陶瓷概述 1.4.1 微波介质陶瓷与元器件微波介质陶瓷与元器件 微波介质陶瓷是一类高频、低损耗、温度微波介质陶瓷是一类高频、低损耗、温度 稳定型电介质陶瓷材料。广泛应用于微波稳定型电介质陶瓷材料。广泛应用于微波 谐振器、滤波器、振荡器、移相器、微波谐振器、滤波器、振荡器、移相器、微波 电器以及微波基板等，是移动通讯、卫星电器以及微波基板等，是移动通讯、卫星 通讯、全球卫星定位系统（通讯、全球卫星定位系统（GPS）、蓝牙）、蓝牙 技术以及无线局域网（技术以及无线局域网（WLAN）等现代微）等现代微 波通讯的关键材料。波通讯的关键材料。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 微波介

38、质陶瓷可大致分为五类：微波介质陶瓷可大致分为五类： （1）超低损耗（）超低损耗（=2030，Q20000（10GHz），）， 主要用于卫星通讯）；主要用于卫星通讯）； （2）低介电常数（）低介电常数（10，主要用于微波基板及高，主要用于微波基板及高 端微波元件）；端微波元件）； （3）中介电常数（）中介电常数（=3040，主要用于卫星通讯及，主要用于卫星通讯及 移动通讯基站）；移动通讯基站）； （4）高介电常数（）高介电常数（80，主要用于移动电话）；，主要用于移动电话）； （5）高调谐率（）高调谐率（=（E）-（0）/ （0），主要），主要 用于可调谐振器、移动相器以及可调微波电容器用于可调

39、谐振器、移动相器以及可调微波电容器 等。）等。） 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 1.4.2 片式陶瓷元器件片式陶瓷元器件 目前，电子陶瓷元件的市场需求巨大，目前，电子陶瓷元件的市场需求巨大， 发展迅速。以片式电容（发展迅速。以片式电容（MLCC）为例，）为例， 需求量以每年需求量以每年20%30%迅速增长，迅速增长，2002 年全世界总产量为年全世界总产量为7000多亿支。而国际市多亿支。而国际市 场每年对片式电感需求也超过场每年对片式电感需求也超过100亿支。高亿支。高 性能、高比容、小型化、超薄层、高层数、性能、高比容、小型化、超薄层、高层数、 低成本是多层片式无件的发展趋势

40、。特别低成本是多层片式无件的发展趋势。特别 是中高压是中高压MLCC，在军事、航天、通讯领，在军事、航天、通讯领 域应用广泛，对国防、航空事业关系重大。域应用广泛，对国防、航空事业关系重大。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 1.4.3 高性能高温压电陶瓷材料高性能高温压电陶瓷材料 随着钢铁、化工、能源、航空航天等随着钢铁、化工、能源、航空航天等 工业的发展，需要高精度驱动器、探测换工业的发展，需要高精度驱动器、探测换 能器和传感器等压电器件在高温（可达能器和传感器等压电器件在高温（可达 600800）恶劣环境中工作。航空器引）恶劣环境中工作。航空器引 擎的振动控制、运载液态（蒸气）

41、金属管擎的振动控制、运载液态（蒸气）金属管 道的无损探伤、钢铁和化工工业热网、电道的无损探伤、钢铁和化工工业热网、电 网以及核电工业的高温流量探测和控制、网以及核电工业的高温流量探测和控制、 焊接管道的无损探伤、高精度传感驱动器焊接管道的无损探伤、高精度传感驱动器 件等领域，对压电材料的高温应用都提出件等领域，对压电材料的高温应用都提出 了迫切的要求。了迫切的要求。 电子陶瓷第一章第二讲 目前研制的高温压电材料普遍具有压电活性低、目前研制的高温压电材料普遍具有压电活性低、 高温电阻小、高温电阻小、“性能性能-温度温度”系数大、高温长期系数大、高温长期 服役稳定性差等缺点。在实际应用中，必须使服

42、役稳定性差等缺点。在实际应用中，必须使 压电器件的测量和工作点都远离居里温度，大压电器件的测量和工作点都远离居里温度，大 大降低了高温压电器件的实际应用价值。大降低了高温压电器件的实际应用价值。 因此继续提高压电材料的使用温度，使之因此继续提高压电材料的使用温度，使之 可以为我国能源、通信、航空、航天、航海、可以为我国能源、通信、航空、航天、航海、 石油控测、冶金、导弹制导等重要领域的高温石油控测、冶金、导弹制导等重要领域的高温 应用提供高性能高温压电陶瓷材料和新结构器应用提供高性能高温压电陶瓷材料和新结构器 件，其市场前景非常广阔。件，其市场前景非常广阔。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子

43、陶瓷概述 1.4.4 无铅压电陶瓷材料无铅压电陶瓷材料 目前大规模使用的压电陶瓷材料主要目前大规模使用的压电陶瓷材料主要 是铅基压陶瓷，其中是铅基压陶瓷，其中PbO（或（或Pb3O4）约）约 占原料总质量的占原料总质量的60%70%左右。这些含左右。这些含 铅压电陶瓷材料在生产、使用及废弃后处铅压电陶瓷材料在生产、使用及废弃后处 理过程中都会给人类和生态环境带来严重理过程中都会给人类和生态环境带来严重 危害。为了保护地球和人类的生存空间，危害。为了保护地球和人类的生存空间， 防止环境污染，研究和开发无铅压电陶瓷防止环境污染，研究和开发无铅压电陶瓷 材料是一项具有重大社会和经济意义的课材料是一项

44、具有重大社会和经济意义的课 题。题。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 无铅压电陶瓷主要有以下体系：无铅压电陶瓷主要有以下体系： BaTiO3基无铅压电陶瓷；基无铅压电陶瓷； （Na0.5Bi0.5）TiO3(K0.5Bi0.5)TiO3， Bi4Ti3O12系压电陶瓷；系压电陶瓷； 铌酸盐系无铅压电陶瓷铌酸盐系无铅压电陶瓷 铋层状结构无铅高温材料。铋层状结构无铅高温材料。 铌酸盐系统压电陶瓷是频率器件候选材料，铌酸盐系统压电陶瓷是频率器件候选材料， 铋系层状结构无铅压电陶瓷则主要应用于铋系层状结构无铅压电陶瓷则主要应用于 高温压电传感器。高温压电传感器。 电子陶瓷第一章第二讲 第一

45、章 电子陶瓷概述 1.4.5 热电转换材料热电转换材料 热电材料，可使热转化为电，不产生废物、热电材料，可使热转化为电，不产生废物、 无声、高可靠性、是一种新型清洁发电方式。无声、高可靠性、是一种新型清洁发电方式。 热电制冷器件不使用转动部件，具有体积热电制冷器件不使用转动部件，具有体积 小、寿命长、无污染、容易实现精确控温等小、寿命长、无污染、容易实现精确控温等 特点，作为局部高精度温控有着广泛的应用特点，作为局部高精度温控有着广泛的应用 前景。前景。 热电转换技术的关键在于导求优良的热电热电转换技术的关键在于导求优良的热电 材料。过去已发现的材料存在不稳定的缺点，材料。过去已发现的材料存在

46、不稳定的缺点， 如：易蒸发、表面氧化、高温下分解及熔融。如：易蒸发、表面氧化、高温下分解及熔融。 而金属氧化物热电材料则较稳定。而金属氧化物热电材料则较稳定。 电子陶瓷第一章第二讲 热电材料以性能指数热电材料以性能指数Z来评价来评价 式中式中 S-热电功率；热电功率；电阻率；电阻率； 热传导率。热传导率。 好的热电材料应为：好的热电材料应为：S大而大而及及小，使小，使Z 大；大；ZT11 k S Z 2 电子陶瓷第一章第二讲 1997年人们发现金属氧化物年人们发现金属氧化物NaCoO4具具 有很好的热电性，甚至超过代表性的热电有很好的热电性，甚至超过代表性的热电 材料材料B2Te3，且较稳定。

47、，且较稳定。 近近35年内，发现多种金属氧化物热电年内，发现多种金属氧化物热电 材料如：材料如：NaCo2O4，CaCoO3xCoO2， Bi2Sr2O4xCoO2，Ni1-xLixO-Ba1-xSrxPbO3， Bi2.3-xPbxSr2.6Co2Oy等。除氧化物以外，还等。除氧化物以外，还 有有CoSb3,ZnSb3等材料。等材料。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 1.4.6 电子陶瓷膜材料电子陶瓷膜材料 微机电系统（微机电系统（micro-electro- mechanical system MEMS）是把微机械传）是把微机械传 感器和驱动（执行）元件与传统的集成电感器和驱动

48、（执行）元件与传统的集成电 路组合起来的核心技术，是路组合起来的核心技术，是21世纪前世纪前50年年 信息技术革命的核心。其中，传感器和驱信息技术革命的核心。其中，传感器和驱 动器是这一技术革命的心脏。动器是这一技术革命的心脏。 MEMS器件用材料有器件用材料有Si、SiO2、Si3N4 聚合物、铁电陶瓷、形状记忆合金和化学聚合物、铁电陶瓷、形状记忆合金和化学 敏感材料等。敏感材料等。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 铁电陶瓷材料功耗低，噪声小，能量密度大；铁电陶瓷材料功耗低，噪声小，能量密度大； 其优异的压电和热释电性能是其优异的压电和热释电性能是MEMS系统中微系统中微 传感器

49、和微驱动器的理想材料传感器和微驱动器的理想材料 体块陶瓷尺寸大、工作电压高，体块陶瓷尺寸大、工作电压高， 其中，其中，110m以至更厚的陶瓷膜材料是近年以至更厚的陶瓷膜材料是近年 来研究的新热点。厚膜材料可以增加驱动器单来研究的新热点。厚膜材料可以增加驱动器单 位体积的输出力，降低传感器的噪声、工作电位体积的输出力，降低传感器的噪声、工作电 压低、重量轻、体积小、成本低、易于与压低、重量轻、体积小、成本低、易于与VLSI 工艺兼容。工艺兼容。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 目前广泛应用的制备技术为溅射、化学气相沉目前广泛应用的制备技术为溅射、化学气相沉 积积(CVD)、分子束外延

50、、分子束外延(MBE)及脉冲激光沉积及脉冲激光沉积 (PLD)等，其中金属有机化学气相沉积等，其中金属有机化学气相沉积 （MOCVD）的遮盖性好，为制造三维器件所）的遮盖性好，为制造三维器件所 不可缺的重要成膜工艺。不可缺的重要成膜工艺。 膜材料和体材料差别很大，如薄膜膜材料和体材料差别很大，如薄膜BaTiO3中要中要 获得半导化所需掺铌量为体材料中掺入量的获得半导化所需掺铌量为体材料中掺入量的10 倍。又如在倍。又如在Ba0.5 Sr0.5TiO3在在SrTiO3衬底上外延衬底上外延 生长成膜，在膜平面内方向，有强的压应力，生长成膜，在膜平面内方向，有强的压应力， 与它有相同组成的体材料，室

51、温时为顺电体，与它有相同组成的体材料，室温时为顺电体， 而膜材料则显铁电性，这是因这衬底和介质之而膜材料则显铁电性，这是因这衬底和介质之 间有二维应力。间有二维应力。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 在衬底表面引入晶种，可降低薄膜的在衬底表面引入晶种，可降低薄膜的 结晶温度。结晶温度。 2004年年11月美国月美国科学科学杂志刊登美、杂志刊登美、 德、中等德、中等13位科学家联名发表文章称：利位科学家联名发表文章称：利 用合适的衬底，控制膜的厚度，改变膜的用合适的衬底，控制膜的厚度，改变膜的 应变，可使应变，可使BaTiO3膜的居里温度膜的居里温度T。从。从 120提高到提高到40

52、0540，剩余极化，剩余极化Pr达达 5070C/cm2。此项成果为近。此项成果为近10年来铁电年来铁电 膜材料的重大进展。膜材料的重大进展。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 1.4.6 电子陶瓷膜材料电子陶瓷膜材料 微机电系统（微机电系统（micro-electro- mechanical system MEMS）是把微机械传）是把微机械传 感器和驱动（执行）元件与传统的集成电感器和驱动（执行）元件与传统的集成电 路组合起来的核心技术，是路组合起来的核心技术，是21世纪前世纪前50年年 信息技术革命的核心。其中，传感器和驱信息技术革命的核心。其中，传感器和驱 动器是这一技术革命的

53、心脏。动器是这一技术革命的心脏。 MEMS器件用材料有器件用材料有Si、SiO2、Si3N4 聚合物、铁电陶瓷、形状记忆合金和化学聚合物、铁电陶瓷、形状记忆合金和化学 敏感材料等。敏感材料等。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 铁电陶瓷材料功耗低，噪声小，能量密度大；铁电陶瓷材料功耗低，噪声小，能量密度大； 其优异的压电和热释电性能是其优异的压电和热释电性能是MEMS系统中微系统中微 传感器和微驱动器的理想材料传感器和微驱动器的理想材料 体块陶瓷尺寸大、工作电压高，体块陶瓷尺寸大、工作电压高， 其中，其中，110m以至更厚的陶瓷膜材料是近年以至更厚的陶瓷膜材料是近年 来研究的新热点。

54、厚膜材料可以增加驱动器单来研究的新热点。厚膜材料可以增加驱动器单 位体积的输出力，降低传感器的噪声、工作电位体积的输出力，降低传感器的噪声、工作电 压低、重量轻、体积小、成本低、易于与压低、重量轻、体积小、成本低、易于与VLSI 工艺兼容。工艺兼容。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 目前广泛应用的制备技术为溅射、化学气相沉目前广泛应用的制备技术为溅射、化学气相沉 积积(CVD)、分子束外延、分子束外延(MBE)及脉冲激光沉积及脉冲激光沉积 (PLD)等，其中金属有机化学气相沉积等，其中金属有机化学气相沉积 （MOCVD）的遮盖性好，为制造三维器件所）的遮盖性好，为制造三维器件所 不

55、可缺的重要成膜工艺。不可缺的重要成膜工艺。 膜材料和体材料差别很大，如薄膜膜材料和体材料差别很大，如薄膜BaTiO3中要中要 获得半导化所需掺铌量为体材料中掺入量的获得半导化所需掺铌量为体材料中掺入量的10 倍。又如在倍。又如在Ba0.5 Sr0.5TiO3在在SrTiO3衬底上外延衬底上外延 生长成膜，在膜平面内方向，有强的压应力，生长成膜，在膜平面内方向，有强的压应力， 与它有相同组成的体材料，室温时为顺电体，与它有相同组成的体材料，室温时为顺电体， 而膜材料则显铁电性，这是因这衬底和介质之而膜材料则显铁电性，这是因这衬底和介质之 间有二维应力。间有二维应力。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章

56、 电子陶瓷概述 在衬底表面引入晶种，可降低薄膜的结晶温度。在衬底表面引入晶种，可降低薄膜的结晶温度。 2004年年11月美国月美国科学科学杂志刊登美、德、杂志刊登美、德、 中等中等13位科学家联名发表文章称：利用合适的位科学家联名发表文章称：利用合适的 衬底，控制膜的厚度，改变膜的应变，可使衬底，控制膜的厚度，改变膜的应变，可使 BaTiO3膜的居里温度膜的居里温度T，从，从120提高到提高到400 540，剩余极化，剩余极化Pr达达5070C/cm2。 此项成果为近此项成果为近10年来铁电膜材料的重大进展。年来铁电膜材料的重大进展。 电子陶瓷第一章第二讲 -1.8-1.2-0.60.00.6

57、1.21.8 200 400 600 800 1000 1200 Temperature ( oC) In-plane strain F(%) 铁电薄膜的居里温度与应变的关系铁电薄膜的居里温度与应变的关系 K. J. Choi, M. Biegalski, Y. L. Li, et al., Science 306, 1005 (2004) 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 1.4.7 弛豫型铁电材料弛豫型铁电材料 超声成像（超声成像（B超）诊断技术已成为防治人类心超）诊断技术已成为防治人类心 血管疾病及内脏器官肿瘤等的必不可少的技术。血管疾病及内脏器官肿瘤等的必不可少的技术。 核心

58、部件是宽频带、高灵敏度超声换能器。目核心部件是宽频带、高灵敏度超声换能器。目 前主要用压电陶瓷（锆钛酸铅前主要用压电陶瓷（锆钛酸铅PZT系列）材料，系列）材料， 但陶瓷材料的机电耦合系数较小，限制了但陶瓷材料的机电耦合系数较小，限制了“B 超超”换能器的灵敏度和带宽。换能器的灵敏度和带宽。 20世纪世纪90年代以来，以铌锌酸铅年代以来，以铌锌酸铅-钛酸铅钛酸铅 （PZN-PT）和铌镁酸铅（）和铌镁酸铅（PMN-PT）固溶体单）固溶体单 晶为代表的铁电晶体材料的优异性能将会大大晶为代表的铁电晶体材料的优异性能将会大大 促进促进“B超超”类医用仪器设备更新换代的进程。类医用仪器设备更新换代的进程。

59、 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 1.4.8电池材料电池材料 环境保护和能源问题，急迫需要能存贮并释放环境保护和能源问题，急迫需要能存贮并释放 能量、容量大、功率密度高的二次电池。能量、容量大、功率密度高的二次电池。 以单位重量或单位体积的能量密度排队以单位重量或单位体积的能量密度排队: 铅锌电池、镍镉电池、铅锌电池、镍镉电池、MHNi电池、锂离子电池、锂离子 电池电池 锂离子电池最量最轻，尺寸也最小。虽然它在锂离子电池最量最轻，尺寸也最小。虽然它在 1990年前后才商业化，但目前它在世界轻便电年前后才商业化，但目前它在世界轻便电 池的总销售量中，已占了池的总销售量中，已占了63%

60、。1999年后出现年后出现 薄膜式电池，更有利于器件的小型化及薄膜化。薄膜式电池，更有利于器件的小型化及薄膜化。 电子陶瓷第一章第二讲 第一章 电子陶瓷概述 目前锂离子电池所用的正极材料主要为目前锂离子电池所用的正极材料主要为 LiCoO2及及LiNixCo1-xO2，还有资源丰富、，还有资源丰富、 价廉、安全性优的价廉、安全性优的LiMn2O4为主体的材料。为主体的材料。 负极材料则以碳材料为主要，无定形碳材负极材料则以碳材料为主要，无定形碳材 料在开发中还研究高能量密度的新材料，料在开发中还研究高能量密度的新材料， 如如Sn及及Si的合系列。锂金属系统负极材料的合系列。锂金属系统负极材料