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稀土掺杂钛酸钡电容:车规级MLCC介电常数突破4000的纳米技术路径

文章出处:行业新闻 网责任编辑: 东莞市平尚电子科技有限公司 阅读量: 发表时间:2025-05-09 17:00:49

稀土掺杂钛酸钡电容:车规级MLCC介电常数突破4000的纳米技术路径


在汽车智能化与电动化趋势下,车载电子设备对MLCC(多层陶瓷电容器)的容值密度、温度稳定性及耐压能力提出严苛要求。传统钛酸钡(BaTiO₃)基MLCC的介电常数(εr)通常低于3000,且高温下容值衰减显著,难以满足800V高压平台与高算力芯片的供电需求。平尚科技通过稀土掺杂与纳米技术融合,重新定义车规级MLCC电容的性能极限,推动车载电子向高集成、高可靠方向演进。


介质材料


材料创新:稀土掺杂与晶界工程

平尚科技以钛酸钡为基础材料,通过镧(La)、钕(Nd)等稀土元素的原子级掺杂,优化晶格结构并抑制高温相变:


  • 稀土掺杂机制:La³+离子取代Ba²+位点,形成局域应力场,使钛酸钡的居里温度从120℃提升至180℃,高温(150℃)介电常数保持率从60%提升至95%;

  • 纳米晶界设计:采用溶胶-凝胶法合成50nm级钛酸钡颗粒,表面包覆氧化钇(Y₂O₃)纳米层,晶界电阻提升至10¹²Ω·cm(传统材料为10⁸Ω·cm),漏电流降低两个数量级;

  • 介电常数突破:通过稀土-钛氧八面体的电子极化增强,介电常数(εr)在1kHz下突破4000,容值密度达100μF/mm³,较传统MLCC提升3倍。



工艺突破:原子级精度制造

为实现纳米材料的高效量产,平尚科技革新MLCC制造工艺:


  1. 原子层沉积(ALD)电极:在陶瓷介质层间沉积2nm级镍-铜复合电极,界面接触电阻降低至0.1mΩ·cm²,等效串联电感(ESL)<0.05nH,支持MHz级开关频率;

  2. 低温共烧技术(LTCC):优化烧结曲线(峰值温度1150℃),稀土掺杂钛酸钡与电极共烧收缩率匹配误差<0.1%,良品率从85%提升至99.5%;

  3. 三维堆叠封装:通过激光穿孔与垂直互联技术,实现0402封装(1.0×0.5mm)内1000层介质堆叠,耐压能力达100V,体积较传统方案缩小60%。


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参数对比与车规验证

在AEC-Q200 Grade 1认证测试中,平尚科技MLCC电容性能全面领先:


  • 高温稳定性:150℃下容值衰减仅±3%(竞品>±15%),ESR增长<8%;

  • 机械可靠性:通过50G机械冲击与20~2000Hz随机振动测试,容值漂移<±0.5%;

  • 寿命预测:125℃/额定电压下加速寿命>1000小时,容值衰减<±2%,MTTF(平均无故障时间)超15年。


行业案例:高压平台与智能座舱应用


某车企800V高压电池管理系统(BMS)


  • 挑战:传统MLCC在800V总线电压下容值衰减30%,导致SOC估算误差>5%;

  • 方案:采用平尚100V/10μF稀土掺杂MLCC,部署于母线滤波与ADC采样电路;

  • 成果:-40℃~150℃全温区容值波动<±2%,SOC精度提升至99.5%,通过ISO 26262 ASIL-D认证。


动力电池组


智能座舱多屏互联电源模块

问题:高算力芯片瞬时电流需求(ΔI>100A/μs)引发电源纹波(Vpp>200mV);

创新:在GPU供电端并联平尚0402封装MLCC阵列(总容量1000μF);

效果:纹波电压压降至50mV,屏幕刷新率稳定性提升至99.9%。


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未来方向:纳米技术与智能化融合


平尚科技正推进:

  • 稀土元素多元配比:探索镝(Dy)、铕(Eu)等元素掺杂,目标介电常数突破5000;

  • 3D打印MLCC:开发纳米浆料直写技术,实现复杂结构电容定制化生产,开发周期缩短70%;

  • 集成化智能电容模组:将MLCC、电感、温度传感器集成于单一封装,支持AI驱动的动态电源管理。


平尚科技以稀土掺杂钛酸钡为核心,通过纳米级材料设计与原子层工艺突破,实现车规MLCC介电常数与可靠性的双重跃升,为车载高压电子设备的小型化与高效能提供底层技术支撑。

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