實現多層陶瓷電容器復雜設計的3D打印技術
在電子器件制造領域，如果可以在減小組件尺寸的同時保持規格，則可以使用較少的材料（減少成本和重量）制造由這些組件制成的電子設備，同時還可以減少體積。或者，使用相同數量的材料為組件提供增強的規格。然而在過去的幾十年中，晶體管的密度已急劇增加，但電容器等“無源”組件的設計改進卻跟不上電子設備發展的步伐。VQ RESEARCH 研發了一種使用增材制造-3D打印技術來改進多層陶瓷電容器（MLCC）的方法，可以實現復雜的多層陶瓷電容器設計，獲得提升MLCC的電壓極限，增加導電層和/或電介質層表面積等優勢。
先進陶瓷材料的應用-多層陶瓷電容器（MLCC）。
在給定條件下增加電容和最大電壓
電容器是一種電氣設備，它的作用是在一對緊密間隔的導體之間的電場中存儲能量。電容器可以用作能量存儲設備，也可以用于區分高頻信號和低頻信號。電容值可以定義為在一定電壓下電容器可以存儲多少電荷的量度。
傳統MLCC 剖面圖。來源：US20190214196
在傳統制造工藝中，多層陶瓷電容器是由絕緣陶瓷漿料形成膠帶，印刷導電油墨層，然后將各層壓在一起并燒結以形成絕緣體和導體的疊層交替體而制成的。特別是在物理上較大的電容器的情況下，在溫度或壓力的應力下可能會分層。如果一層分開使電容的下降，就會使電容器變得不合規格。另外，傳統制造工藝只能實現簡單的平坦層，而復雜的形狀則難以實現。VQ RESEARCH希望找到一種在給定形狀因數下增加電容和最大電壓的方法。因而他們需要一種更好地電容器制造設備來優化幾何特征，增加MLCC的規格。
陶瓷電容器3D打印設備。來源：US20190214196
VQ RESEARCH 研發的陶瓷電容器3D打印技術，能夠在幾何上優化多層陶瓷電容器（MLCC）。在3D打印過程中，陶瓷漿料、導電材料、鐵氧體漿料和碳電阻漿料被沉積到基底上。這些材料可以在高溫下燒結，因此適于整體制造。與傳統方法相比，3D打印技術制造的電容器更精確，并且過程是可重復的，具有更高的幾何和空間分辨率，并可以產生更高密度的組件，而材料浪費更少。
陶瓷電容器3D打印流程。來源：US20190214196
VQ RESEARCH 指出該技術的主要優勢在于可以制造以往不可能實現的復雜形狀，用于提升產品的規格和/或結構完整性。對于3D打印技術可實現的復雜設計，VQ RESEARCH指出，在設計增材制造陶瓷電容器時，可以將多層陶瓷電容器的導電層端部和介電層邊緣修改為包括圓形的結構，這種設計方式的好處是可以通過減小由尖角導致的電場強度來增加MLCC的電壓極限。當電場盡可能均勻時，電容器性能與所用材料的比例最高。如果在尖角處看到電場具有“熱點”，那么與非尖角相比，最大工作電壓更低。此外，3D打印電容器可以同時包含波狀結構，從而增加導電層和/或電介質層的表面積。
在電介質層邊緣和導電層端部之間具有更小間隙長度的3D打印多層陶瓷電容器橫截面圖。來源：US20190214196
通過3D打印技術實現的導電層末端的圓形，可以部分減少保護間隙，因為其圓頂形狀允許介電層在頂部和底部變寬，在中心變薄，為各層提供強度支撐。3D打印過程允許導電層的導電層末端之間的距離非常接近電介質層的電介質層邊緣，例如低于標準500微米，例如1至499微米。距離的減小等于導電層的面積增加，從而增加電容器的電容和工作電壓。
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