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     電子陶瓷產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

  電子陶瓷作為一類重要的戰(zhàn)略新材料，是無源電子元件的核心材料，也是電子信息技術(shù)領(lǐng)域重要的技術(shù)前沿。隨著電子信息技術(shù)日益走向集成化、智能化和微型化，無源電子元件日益成為電子元器件技術(shù)的發(fā)展瓶頸，電子陶瓷材料及其制備加工技術(shù)的戰(zhàn)略地位日益凸顯。我國(guó)電子陶瓷材料和元件領(lǐng)域已形成了很好的產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，但在高端材料和元器件方面的競(jìng)爭(zhēng)力依然不足，一些關(guān)鍵材料技術(shù)、工藝技術(shù)及設(shè)備技術(shù)受制于人。研究認(rèn)為：面對(duì)新形勢(shì)，亟待加大研發(fā)投入，理順體制機(jī)制，強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控和自主創(chuàng)新。

一、前言

  我國(guó)是無源電子元件大國(guó)，從產(chǎn)品產(chǎn)量上看，無源元件的產(chǎn)量占到了全球的40%以上；但不是強(qiáng)國(guó)，元件產(chǎn)值不足全球產(chǎn)值的四分之一，高端元件大量依賴進(jìn)口 。電子陶瓷材料及技術(shù)是制約高端元件發(fā)展的重要因素之一。從戰(zhàn)略高度研判國(guó)內(nèi)外電子陶瓷材料與元器件技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的問題及對(duì)策，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)高端電子元器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

  電子陶瓷是無源電子元件的核心材料，是電子信息技術(shù)的重要材料基礎(chǔ)。近年來，隨著電子信息技術(shù)日益走向集成化、薄型化、智能化和微型化，以半導(dǎo)體技術(shù)為基礎(chǔ)的有源器件和集成電路迅速發(fā)展，而無源電子元件日益成為電子元器件技術(shù)的發(fā)展瓶頸，因此電子陶瓷材料及其制備加工技術(shù)越來越成為制約電子信息技術(shù)發(fā)展的重要核心技術(shù)之一 。

二、國(guó)際電子陶瓷產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

 從全球電子陶瓷產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平看，日本和美國(guó)處于世界的領(lǐng)先地位。其中，日本憑借其超大規(guī)模的生產(chǎn)和先進(jìn)制備技術(shù)，在世界電子陶瓷市場(chǎng)中具有主導(dǎo)地位，占有世界電子陶瓷市場(chǎng) 50% 以上的份額 。美國(guó)在基礎(chǔ)研究和新材料開發(fā)方面力量雄厚，其注重產(chǎn)品的前沿技術(shù)和在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，如在水聲、電光、光電子、紅外技術(shù)和半導(dǎo)體封裝等方面處于優(yōu)勢(shì)地位。此外，韓國(guó)在電子陶瓷領(lǐng)域發(fā)展迅速，引人矚目。

（一）片式電感器產(chǎn)業(yè)

  片式電感器是另一類用量較大的無源電子元件，是三大類無源片式元件中技術(shù)最復(fù)雜的一類，其核心材料是磁性陶瓷（鐵氧體）。目前世界片式電感器的總需求量在 10000 億只左右，年增長(zhǎng)速度在10% 以上。在研制生產(chǎn)片式電感器方面，日本的生產(chǎn)產(chǎn)量約占世界總量的70%。其中 TDK-EPC、村田和太陽誘電株式會(huì)社一直掌握該領(lǐng)域的前沿技術(shù)。據(jù)產(chǎn)業(yè)情報(bào)網(wǎng)（IEK）統(tǒng)計(jì)，在全球電感市場(chǎng)中，TDK-EPC、太陽誘電株式會(huì)社及村田三家企業(yè)的產(chǎn)量合計(jì)約占全球市場(chǎng)的 60% 左右。片式電感器發(fā)展的主要趨勢(shì)包括小尺寸、高感量、大功率、高頻率以及高穩(wěn)定、高精度。其技術(shù)核心是具有低溫?zé)Y(jié)特性的軟磁鐵氧體和介質(zhì)材料。

（二）多層陶瓷電容器（MLCC）產(chǎn)業(yè)

  電子陶瓷的主要應(yīng)用領(lǐng)域是無源電子元件。MLCC 是目前用量最大的無源元件之一，主要用于各類電子整機(jī)中的振蕩、耦合、濾波旁路電路中，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及自動(dòng)儀表、數(shù)字家電、汽車電器、通信、計(jì)算機(jī)等行業(yè)。MLCC 在國(guó)際電子制造業(yè)中占據(jù)越來越重要的位置，尤其是隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信、電腦、網(wǎng)絡(luò)、汽車、工業(yè)和國(guó)防終端客戶的需求日益增多，全球市場(chǎng)達(dá)到百億美元，并以每 年 10%～15% 的速度增長(zhǎng)。自 2017 年以來，由于供求關(guān)系所致， MLCC 產(chǎn)品發(fā)生了若干次漲價(jià)潮。日本是 MLCC 的生產(chǎn)大國(guó)，日本的村田（nuRata）、京瓷株式會(huì)社（KYOCERA）、太陽誘電株式會(huì)社（TAIYO YUDEN）、 TDK-EPC，韓國(guó)的三星電機(jī)有限公司（SEMCO）和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的華新科技股份有限公司、國(guó)巨股份有限公司等都是全球著名的MLCC 生產(chǎn)企業(yè)。

  MLCC 的主流發(fā)展趨勢(shì)是小型化、大容量、薄層化、賤金屬化、高可靠性，其中內(nèi)電極賤金屬化相關(guān)技術(shù)在近年來發(fā)展最為迅速，采用賤金屬內(nèi)電極是降低 MLCC 成本的最有效途徑，而實(shí)現(xiàn)賤金屬化的關(guān)鍵技術(shù)是發(fā)展高性能抗還原鈦酸鋇瓷料。日本在21世紀(jì)初就已經(jīng)完成了此項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)，并一直保持世界領(lǐng)先，目前其大容量MLCC 全部實(shí)現(xiàn)了賤金屬化。尺寸的小型化一直是MLCC 發(fā)展的主要趨勢(shì)，隨著電子設(shè)備日益向小型化和便攜式方向發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速，小型化產(chǎn)品需求強(qiáng)烈，如圖1所示。實(shí)現(xiàn)小型化元器件的基本材料技術(shù)是陶瓷介質(zhì)層的薄型化技術(shù)。當(dāng)前日本企業(yè)處于國(guó)際領(lǐng)先地位，其生產(chǎn)的 MLCC單層厚度已達(dá) 1μm，其中，處于頂級(jí)地位的日本村田和太陽誘電株式會(huì)社的研發(fā)水平已達(dá)到 0.3μm。

介質(zhì)薄層化的基礎(chǔ)是介質(zhì)材料的微細(xì)化。在大容量薄層化 MLCC 元件單層厚度逐漸減小的同時(shí)，為保證元件的可靠性，鈦酸鋇作為 MLCC 陶瓷介質(zhì)的主晶相，其顆粒尺寸需要從 200～300 nm進(jìn)一步細(xì)化到 80 ～150nm。未來的發(fā)展趨勢(shì)是制備出顆粒尺寸≤ 150nm的鈦酸鋇材料作為 MLCC介質(zhì)層的主晶相材料。

（三）半導(dǎo)體陶瓷產(chǎn)業(yè)

  半導(dǎo)體陶瓷是一類可以將濕、氣、力、熱、聲、光、電等物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的信息功能陶瓷材料，應(yīng)用十分廣泛，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要基礎(chǔ)材料，如正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）和壓敏電阻，以及氣敏、濕敏傳感器等。熱敏陶瓷和壓敏陶瓷的產(chǎn)量和產(chǎn)值在半導(dǎo)體陶瓷材料中最高。在國(guó)際上，熱敏電阻陶瓷材料及器件以日本村田、芝浦電子株式會(huì)社、三菱集團(tuán)（Mitsubishi）、TDK-EPC、石冢電子株式會(huì)社（Ishizuka），美國(guó)威世（VISHAY），德國(guó)愛普科斯（EPCOS）等公司的技術(shù)最先進(jìn)，產(chǎn)量最大，他們的年產(chǎn)量總和約占世界總量的 60%～80%，其產(chǎn)品質(zhì)量好的同時(shí)價(jià)格也高。近年來，國(guó)外陶瓷半導(dǎo)體器件正向高性能、高可靠、高精度、多層片式化和規(guī)?；较虬l(fā)展。目前，國(guó)外一些大企業(yè)相繼推出了一些基于多層陶瓷技術(shù)的片式化半導(dǎo)體陶瓷器件，成為敏感器件領(lǐng)域的高端產(chǎn)品。

（四）高性能壓電陶瓷產(chǎn)業(yè)

  壓電陶瓷是一種重要的換能材料，其機(jī)電耦合性能優(yōu)良，在電子信息、機(jī)電換能、自動(dòng)控制、微機(jī)電系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)儀器中廣泛應(yīng)用。為適應(yīng)新的應(yīng)用需求，壓電器件正向多層化、片式化和微型化方向發(fā)展。近年來，多層壓電變壓器、多層壓電驅(qū)動(dòng)器、片式化壓電頻率器件等一些新型壓電器件不斷被研制，并廣泛應(yīng)用于電氣、機(jī)電、電子等領(lǐng)域。

  同時(shí)，在新型材料方面，無鉛壓電陶瓷的研制已取得了較大的突破，有可能使得無鉛壓電陶瓷在許多領(lǐng)域替代鋯鈦酸鉛（PZT）基的壓電陶瓷，推動(dòng)綠色電子產(chǎn)品的升級(jí)換代。此外，壓電材料在下一代能源技術(shù)中的應(yīng)用開始嶄露頭角。過去十年中，隨著無線與低功耗電子器件的發(fā)展，利用壓電陶瓷的微型能量收集技術(shù)的研究與開發(fā)受到各國(guó)政府、機(jī)構(gòu)和企業(yè)的高度重視。

（五）微波介質(zhì)陶瓷產(chǎn)業(yè)

  微波介質(zhì)陶瓷是無線通信器件的基石。廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、導(dǎo)航、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、衛(wèi)星通信、雷達(dá)、遙測(cè)、藍(lán)牙技術(shù)以及無線局域網(wǎng)（WLAN）等領(lǐng)域 。由微波介質(zhì)陶瓷構(gòu)成的濾波器、諧振器及振蕩器等元器件在 5G 網(wǎng)絡(luò)中被廣泛使用，其質(zhì)量在很大程度上決定了微波通信產(chǎn)品的最終性能、尺寸極限與成本。具有低損耗、高穩(wěn)定性、可調(diào)制的微波電磁介質(zhì)材料是目前國(guó)際上的核心技術(shù)。微波介質(zhì)陶瓷材料在發(fā)展初期曾形成美國(guó)、日本、歐洲等國(guó)家和地區(qū)激烈競(jìng)爭(zhēng)的局面，但隨后日本逐漸處于明顯的優(yōu)勢(shì)地位。隨著第三代移動(dòng)通信與數(shù)據(jù)微波通信的快速發(fā)展，美國(guó)、日本、歐洲均針對(duì)該高技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)行戰(zhàn)略上的調(diào)整。從最近的發(fā)展趨勢(shì)看，美國(guó)將非線性微波介質(zhì)陶瓷與高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料技術(shù)作為戰(zhàn)略重點(diǎn)，歐洲側(cè)重于固定頻率諧振器用材料，而日本則依靠其產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)勢(shì)大力推進(jìn)微波介質(zhì)陶瓷的標(biāo)準(zhǔn)化與高品質(zhì)化 。目前微波介質(zhì)材料和器件的生產(chǎn)水平以日本村田、京瓷株式會(huì)社、TDK-EPC公司，美國(guó)Trans-Tech 公司等為最高。