1. MLCC là gì?
Tụ gốm đa lớp (Multilayer Ceramic Capacitor – MLCC) là một trong những linh kiện thụ động quan trọng trong thiết bị điện tử. Ra đời từ những năm 1960 và được phát triển thành công đầu tiên bởi một công ty Mỹ, sau đó các công ty Hàn Quốc như Murata, TDK, Taiyo Yuden… đã nhanh chóng công nghiệp hóa và phát triển mạnh mẽ. Hiện nay, MLCC vẫn giữ được lợi thế nhờ các đặc tính nổi bật như độ tin cậy cao, độ chính xác cao, dung lượng lớn, tích hợp cao, tần số cao, thông minh, chi phí thấp, kích thước nhỏ gọn và phù hợp với các thiết bị điện tử tiên tiến.
2. Cấu tạo của MLCC
MLCC được tạo thành từ một màng điện môi bằng gốm có in điện cực bên trong, sau đó được nung ở nhiệt độ cao để tạo thành một chip gốm. Sau khi nung, hai đầu chip sẽ được phủ một lớp kim loại (điện cực ngoài), tạo thành một kết cấu nguyên khối nên còn được gọi là tụ đơn khối.
Ngoài chức năng chung của tụ điện là “chặn dòng DC và cho phép dòng AC đi qua”, MLCC còn có những đặc điểm vượt trội như:
- Kích thước nhỏ gọn
- Dung lượng lớn
- Tuổi thọ dài
- Độ tin cậy cao
- Phù hợp với công nghệ gắn bề mặt (SMT)
Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp điện tử, nhu cầu về MLCC đang tăng nhanh, với tốc độ tăng trưởng khoảng 10-15% mỗi năm. Hiện tại, thế giới tiêu thụ hơn 200 tỷ MLCC mỗi năm, trong đó 70% sản lượng đến từ Nhật Bản (dẫn đầu là Murata), sau đó là các nước châu Âu, Mỹ và khu vực Đông Nam Á (bao gồm Trung Quốc).
MLCC được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử quân sự và dân dụng như máy tính, điện thoại, hệ thống viễn thông, thiết bị đo lường chính xác, radar, truyền thông, v.v.
3. Công nghệ sản xuất MLCC
Sự phát triển của MLCC tập trung vào việc thu nhỏ kích thước, tăng dung lượng, cải thiện hiệu suất, nâng cao công nghệ chế tạo và cập nhật vật liệu. Các xu hướng chính trong phát triển MLCC bao gồm:
- Siêu nhỏ gọn và siêu mỏng để đáp ứng nhu cầu thiết bị di động
- Tụ điện chịu điện áp cao, công suất lớn dành cho các thiết bị công suất cao, đặc biệt trong lĩnh vực quân sự
- Tụ điện tích hợp đa chức năng (LTCC) phục vụ yêu cầu của các hệ thống điện tử tích hợp cao
Một số công nghệ cốt lõi trong sản xuất MLCC bao gồm:
- Công nghệ vật liệu: Tạo bột gốm (BaTiO3) và bổ sung oxit kim loại đất hiếm để nâng cao độ tin cậy
- Công nghệ màng điện môi đa lớp: Các hãng Nhật Bản đã phát triển đến mức xếp chồng 1000 lớp với màng điện môi mỏng 1μm, giúp tăng dung lượng lên tới 100μF
- Công nghệ đồng nung: Giải quyết vấn đề co rút khác nhau giữa lớp gốm và điện cực kim loại trong quá trình nung ở nhiệt độ cao, giúp sản xuất MLCC với độ dày lớp điện môi nhỏ hơn 2μm và hơn 1000 lớp điện áp
4. Ưu điểm của MLCC
- Tổn hao thấp: Nhờ cấu trúc điện môi nhiều lớp, MLCC có điện cảm thấp và điện trở nối tiếp tương đương (ESR) rất thấp, phù hợp với mạch tần số cao
- Không phân cực: Có thể sử dụng linh hoạt trong các mạch dòng xoay chiều
- Chịu quá áp tốt: Khi hoạt động ở điện áp thấp, MLCC không bị giảm hiệu suất đáng kể
- An toàn cao: Khi bị hỏng, MLCC không gây cháy nổ như một số loại tụ điện khác
Với những đặc điểm nổi bật này, MLCC tiếp tục là thành phần không thể thiếu trong ngành công nghiệp điện tử, đặc biệt là trong các thiết bị thông minh, 5G, IoT và ô tô điện.