Byltingin í grunnmálm rafskautstækni (BME) hefur gert nikkelduft að almennu efni fyrir innri rafskaut, sem kemur í stað góðmálma eins og palladíums eða silfur-palladíumblendis. BME-MLCC eru nú með meira en 90% af alþjóðlegum MLCC framleiðslu. Í dag, með frekari útbreiðslu 5G fjarskipta, nýrra orkutækja og gervigreindartölvubúnaðar, eru MLCC að flýta sér í átt að smæðingu og meiri rýmd. Sem lykilundirstöðuefni eru tæknilegar kröfur fyrir nikkelduft sem notaðar eru í innri rafskaut einnig í miklum breytingum.
Lykilkröfur fyrir nanó nikkelduft fyrir litla há-rýmd MLCC
Kjarninn í MLCC smæðingu og hærri rýmd er ofur-þunn rafskaut, fáguð rafskaut og stækkuð-laga stöflun. Til að koma í veg fyrir sundurliðun rafskauts og skammhlaup rafskauta af völdum grófra agna, á sama tíma og tryggt er einsleitni rafskautsprentaðrar húðunar, verður þykkt innra rafskautslagsins úr nikkel nákvæmlega að passa við þykkt ofur-þunnra rafskautsins. Þess vegna er mikilvægasta krafan fyrir notkun nikkeldufts þróunin í átt að mjög-fínri kornastærð. Samkvæmt upplýsingum iðnaðarins, fyrir hverja 10 nm minnkun á kornastærð nanó-nikkeldufts, er hægt að minnka þykkt MLCC raflagsins um 5–8 nm í samræmi við það.
Hefðbundin mið- til lág- MLCC eru almennt með þykkt rafmagnslaga yfir 1 μm og lagafjöldi innan 200. Ferli offramboð fyrir rafskautsþykkt er mikil og umburðarlyndi fyrir afköst nikkeldufts er tiltölulega hátt. Hefðbundið nikkelduft með kornastærð 200–300 nm nægir til að uppfylla kröfur um fjöldaframleiðslu. Hins vegar, með endurtekinni uppfærslu á hágæða MLCCs, hefur 100 nm nikkelduft orðið aðalvalkosturinn fyrir há{10}}rýmd MLCCs og getur stöðugt lagað sig að stórum-massaframleiðsluferlum fyrir 0,5 μm-þykk rafskautalög. Sum hágæða forrit krefjast jafnvel að kornastærð nikkeldufts sé minnkuð niður í 80 nm til að uppfylla ferliskröfur 0,35–0,5 μm þykkra rafstraumslaga. Á sama tíma verður kornastærðardreifingin að vera mjög þröng, með D90 stjórnað innan 2 sinnum D50.
Á grundvelli einstaklega fínnar kornastærðar og þröngrar dreifingar eru ströng samhleðslu- og áreiðanleikaskilyrði smækkaðra MLCCs einnig til að knýja fram alhliða uppfærslu á heildargæðum nikkeldufts:
(1) Hærri kúlulag: Til að laga sig að þéttri myndun þunnra rafskautalaga og háum-hita sam-brennslu þarf nikkelduft framúrskarandi kúluleika. Venjulegar kúlulaga agnir geta tryggt slurry flæðihæfni og samræmda pökkun, forðast tómarúm og þykktarfrávik í rafskautslaginu.
(2) Góð eindreifing: Til að tryggja samræmda húðun á rafskautslausninni og samræmda dreifingu nikkeldufts í grugglausninni. Hins vegar, því fínnara sem nikkelduftið er, því meiri yfirborðsorka þess og því meira áberandi er þéttingarvandamálið, sem oft þarf að leysa með yfirborðsbreytingartækni.
(3) Hærri kristöllun: Duftbyggingin getur stöðugt stjórnað hertu rýrnunarhraða og varmaþenslueiginleikum, náð fullkominni samsvörun við keramik rafmagnið og forðast byggingargalla eins og millilagssprungur og aflögun.
(4) Meiri hreinleiki: Há-hreint nikkelduft með litlu súrefni og litlum óhreinindum getur á áhrifaríkan hátt hindrað oxun/úrkomu og viðnámsrek við háa-hitaskilyrði, sem bætir til muna langtímaþjónustustöðugleika og veðurþol áreiðanleika há-smá MLCC.
Hvaða undirbúningsaðferðir geta framleitt nanó nikkelduft fyrir MLCCs?
Byggt á ofangreindum ströngu kröfum, geta hefðbundnar fljótandi-fasa og fasta-fasaaðferðir eins og efnaminnkun og úðahita ekki lengur fullnægt framleiðslukröfum fyrir nanó-skala, ofur-fínt, mjög einsleitt nikkelduft fyrir há-miniature MLCCs. Þess vegna hefur gas-fasa undirbúningstækni sem táknuð er með CVD og PVD, með þeim kostum að vera nákvæmlega stjórnanleg agnamyndun, orðið tæknileg kjarnaleiðir til að útbúa nanó nikkelduft fyrir hágæða MLCCs.
01 Karbónýl nikkel niðurbrotsaðferð
Kjarninn í karbónýlnikkeldufti er notkun á sérhæfni gas-afturkræfs hvarfs í föstu formi. Við tiltölulega lágt hitastig og ákveðinn þrýsting hvarfast málmnikkel í föstu fasanum við CO og myndar rokgjörn nikkel-tetrakarbónýl (Ni(CO)4), á meðan óhreinindi eru áfram í föstu fasanum. Nikkel tetrakarbónýlið er síðan varma niðurbrotið við hærra hitastig og lægri þrýsting til að endurskapa fastar hreinar nikkel agnir og kolmónoxíð gas, að lokum gefur af sér ofurfínt kúlulaga nikkelduft.
Stærstu kostir þessa ferlis eru mjög hár hreinleiki, framúrskarandi kúlustig og mikil hertuvirkni. Kornastærðinni er hægt að stjórna nákvæmlega innan 1–20 μm, með þröngri og samræmdri kornastærðardreifingu, sem gerir hana fullkomlega hentuga fyrir fjöldaframleiðsluþörf fjölda-laga-fjölda, hár-rýmd MLCCs með ofur-þunnum rafstýrðum rafhlöðum undir 1 μm. Hins vegar eru kjarnagallar þess erfiðleikar við ferlisöryggi og umhverfiseftirlit. Nikkeltetrakarbónýl er mjög eitrað og hættulegur miðill, sem gerir mjög miklar kröfur til framleiðsluloka,-sprengiþétts búnaðar, meðhöndlunar á afgasi og öryggisrekstrar- og viðhaldskerfa, og hefur smám saman verið hætt.
02 CVD Chemical Vapor Deposition Method
CVD efnagufuútfelling er hágæða-tækni til að undirbúa nikkelduft sem japönsk fyrirtæki hafa einokað. Meginregla þess er sú að forefnislofttegundir eins og nikkelklóríð eru minnkaðar í frumefni í nikkelatómum í há-hitalofttegundum-fasaumhverfi og kjarna, vaxa og þéttast síðan í ofur-fínt nanónikkelduft.
Helstu kostir þessa ferlis eru einsleitt hvarfumhverfi, stjórnanleg kjarnamyndun, hár hreinleiki, engin þétting og framúrskarandi samhljóðasamhæfni.- Það er eins og er kjarnastuðningsduftið fyrir alþjóðlega há-þunna rafstýringu, ofur-há-laga-fjölda MLCCs. Hins vegar er kjarnabúnaður þess og vinnslutækni einokuð erlendis, með mjög háum fjárfestingarkostnaði búnaðar, háum fjölda-framleiðsluferlisþröskuldum og háum framleiðslukostnaði.
03 PVD eðlisfræðileg gufuþéttingaraðferð
PVD nikkelduft er lykilbyltingarstefna fyrir staðgöngu innanlands. Þetta ferli hættir við efnahvörf. Í staðinn, í lofttæmi eða undir óvirku gasi (eins og argon) hlífðarumhverfi, er fast málmnikkel gufað upp með háum-hitahitun (eins og viðnámshitun, plasmahitun, ljósbogaútskrift, leysishitun osfrv.) til að mynda nikkelatómgufu. Gasatómin rekast síðan hvert á annað og missa orku, ná hraðri kjarnamyndun og þéttast að lokum hratt á lágu-hitasvæði í nanó- til undirmíkron-nikkelduftagnir.
Meginreglan um að undirbúa nanó nikkelduft eftir PVD
Nanó nikkel duftið sem framleitt er með þessari aðferð hefur mikinn hreinleika, góðan kristöllun, slétt yfirborð og sterka oxunarþol. Það getur fullkomlega uppfyllt kröfur um nikkelduft sem notað er í MLCC innri rafskautum og framleiðsluferlið er umhverfisvænt. Hins vegar, vegna flókins framleiðslubúnaðar og lítillar skilvirkni, er enn brýn vandamál sem þarf að leysa að stjórna stöðugleika í stórum-fjöldaframleiðslu og hagræðingu kostnaðar.