本篇行业研究由沃衍资本投研部出品
在电子元器件中，除包含分立器件、集成电路的半导体主动元器件外，被动元器件在实现独立电路功能、构成电路的基本单元等功能上也起着至关重要的作用，被称为电子行业的基石。由于其体积小、用量极大，也被称为“电子大米”。
在近年来半导体器件国产替代的大潮中，被动元器件也引起了广泛重视。以MLCC（片式陶瓷电容器）为代表的部分被动元器件国产化率仍不足10%，国内产业水平整体大而不强，相关领域中高端产品的国产化受到了广泛关注。
电容器基本情况简介
被动元器件主要包括RCL元件及被动射频元器件等。在RCL元件中，又有电容、电感、电阻三大类产品，其中电容器产值最高，根据household application factory数据，2021年全球被动元件销售收入中，电容器达161亿美元，超千亿人民币市场。
图：RCL元件市场规模（十亿美元）
来源：household application factory，光大证券研究所
两个相互靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质，就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时，电容器就会储存电荷。电容器在调谐、旁路、耦合、滤波等电路中起着重要的作用。在直流电路中，电容器是相当于断路的。在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的，而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。
来源：公开信息
以旁路电容为例：电路中如果需要从信号中去掉某一频段的信号，可以使用旁路电容电路。例如直流电源给IC供电，如果电源受到了干扰 (可能通过220V市电进入电源系统，一般为频率比较高的信号)，那么干扰信号会传导到IC，如果干扰过强可能导致IC芯片不能正常工作。现在在靠近电源输出的位置加入一个电容C1，因为电容对直流呈开路，对交流呈低阻，频率较高的干扰信号通过C1回流到地。
来源：公开信息
电容器主要可分为陶瓷电容、铝电解电容、薄膜电容、钽电解电容四大类。不同电容器由于性能不同，适用于不同的应用场景。铝电解电容由于容量大、耐受度高，应用于通信设备，新能源车等领域；钽电解电容器漏电量小、寿命长，可在要求高的电路中代替铝电解电容，广泛应用于军事通信、航空航天等领域，也应用于工业控制、影视设备等产品中；薄膜电容器用于新能源车、风电光伏、空调、冰箱、洗衣机、风扇、电源等；MLCC为陶瓷电容器一种，体积小、可靠性高、耐高温，广泛应用于各种电子精密仪器。 此外，近年来也逐渐发展出以半导体工艺制作的极小型硅电容器产品，主要用于以SIP形式与GPU等芯片共同封装，进一步实现电子元器件的小型化。
各类电容器有着不同的特性，适用于不同的应用场景。例如，MLCC主要以其小型化为特点，主要应用于对尺寸有较高要求的领域；钽电解电容稳定性较好，军工领域应用较多。此外，大尺寸电容器中，铝电解电容容量大，薄膜电容耐压性能好。不同类别的电容器有着各自适用的应用场景，相互之间不存在较大的互相替代的关系。
来源：村田官网
从终端市场来看，薄膜电容由于新能源汽车（OBC）、光伏（逆变器）等领域的高速增长，其未来增长潜力为四种电容器中最快的，但其国产化率已经较高，江海股份、法拉电子等上市公司相关产品较为成熟。MLCC整体市场规模最大，占到所有电容器用量的50%以上，其最大终端应用为3C市场，受困于手机市场的疲软，整体市场增长率一般，但国产化率极低（<10%），上游原材料国产化率同样较低，存在较大的进口替代投资逻辑的空间。
来源：Mordorlintelligence，中金公司研究部
MLCC简介
多层陶瓷电容器（Multi-Layer Ceramic Capacitor），是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以相互错位交替的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极）。等效电路是多个简单平行板电容器并联。
来源：公开信息
由于MLCC器件巨大的市场规模，MLCC的各类上游原材料也存在着较大的市场机会。其主要原材料为陶瓷粉体（钛酸钡）、内电极金属粉体（镍）与外电极金属粉体（铜）。根据产品容量不同，各类材料的成本构成也有所差异。在低容量MLCC中，陶瓷粉体成本占比约为20%，内外电极为10%；而在高端高容产品中，陶瓷粉体成本占比可达40%，内外电极成本也达到了15%。MLCC行业的发展主要受智能化消费电子产品的普及与更新、新能源汽车和无人驾驶技术的发展等带来的汽车电子化水平的提高、5G通信的推广和工业自动化不断深入等终端需求驱动。目前，消费电子产品在MLCC的下游应用领域中依然占据主导地位，但汽车的新能源化趋势将大大促进中高压、高容等高端MLCC产品的需求增长，因此新能源汽车的大力发展有望成为行业新的增长点。消费电子：单机用量持续提升，小型、高容化是趋势。智能手机轻薄化以及终端设备功能日益丰富和持续升级，促使MLCC朝着小型化和高容量发展。由于消费者热衷“轻薄化”移动电子设备继而产生驱动电子产品小型化的市场需求，以及随着终端设备功能日益丰富和持续升级，需要在产品中植入更多更高性能电子元件，进一步促使MLCC向小型化和高容量发展。 此外，与4G时代手机相比，5G手机MLCC单机用量预计提高30%-50%，达约1200-1500颗。5G手机功耗更大，终端产品对更小尺寸、更大容量、更低功耗的高端MLCC需求持续增加。但由于近年来消费电子下游需求疲软，对MLCC的总需求量并没有明显的提升。小型、高容并非两种不同的参数，而是要求MLCC器件在保持一定体积的前提下，容量尽可能维持在较高水平，这也要求电容器内介质与内电极的层数尽可能的多。汽车：单机用量大幅提升，可靠性要求高。汽车端，汽车电子化率和新能源汽车渗透率的提高推动MLCC市场规模急速扩大。汽车电气化、自动化、智能化的进展非常显著。根据村田官网数据，新能源车中MLCC的用量相较普通燃油车平均要多2000颗左右。而自动驾驶、车联网、智能座舱等发展趋势也将进一步提升车用MLCC使用量。总的来说，车规级MLCC的高要求，并不在对产品极限参数的要求，比如大容量、小尺寸，而是对产品的可靠性、稳定性和一致性提出要求。消费类MLCC的寿命要求一般为3-5年，车规级MLCC的寿命要求15年以上。这也对陶瓷、金属粉体的一致性提出了更高要求。
MLCC内电极镍粉
MLCC根据使用的电极材料不同可分为贵金属电极（PME）和贱金属电极（BME）。PME内电极材料为钯-银合金或纯金属钯，外电级材料为银；BME内电极材料为镍，外电级材料为铜。业内目前使用BME替代PME使成本降低70%，同时镍的电迁移速度较小，可以提高MLCC的可靠性；Ni电极抗折强度比Ag/Pd电极大；镍电极对焊料的耐腐蚀性和耐热性好，工艺稳定性好；镍电极电导率优于Ag/Pd系电极，可以降低MLCC等效串联电阻，提高阻抗频率。目前使用BME技术的MLCC已经占全部MLCC总量的90%以上。
对应MLCC小型化、高容量及高可靠性的要求，要求电级用镍金属粉体粒径小、粒径分布均一、分散性好、粉体颗粒近球形、一致性高。一般而言，中低端MLCC要求300nm及以上镍粉，高端MLCC需使用200nm以下镍粉。在镍粉制备中，主要有PVD（等离子气象沉积）、CVD（化学气相沉积）与羟基镍热解法三种技术路线。其中，PVD生产的粉体具有球形度高，振实密度高，结晶度高，微观组织细小，成分均匀，比表面积大，烧结活性高等特点，有望成为制备MLCC用镍电极粉体主流路线。而羟基镍热解法基本已被淘汰，已有CVD法产能预计仍将长期存在。
在镍粉制备环节，国内博迁新材（605376）等企业已掌握PVD法工艺。博迁新材当前已能制备80nm超细镍粉（未分选），出口至三星电机等高端MLCC厂商，用于制作电极浆料。然而，由于生产过程中不可避免地会产生粗大粒子，且小粒径镍粉更易团聚，纳米镍粉在制备完成后仍需要进一步进行分级与分散。当前国内企业仅能提供200-300nm以上分选后产品。
图：PVD法镍粉加工工艺
作为MLCC技术实力最雄厚的国家，日本MLCC产业链极为完备，国内企业想要进入其产业链难度较大。目前国内镍粉多数由博迁新材供应，而其产品90%以上出口，主要提供给韩国三星。博迁新材2021年营收9.7亿元，净利润2.4亿元，基本代表了当前国内企业可获取的镍粉市场容量。未来镍粉环节市场空间若要进一步增长，需要期待国内MLCC下游企业能够实现突破。此外，镍粉制备企业通常以原材料价格+加工费的方式进行定价。以200nm镍粉为例，分选后产品加工费可达未分选产品的两倍。如能实现分选能力的突破，国内镍粉企业将具有更高的盈利能力。当前国内下游浆料、MLCC企业若有200nm及以下分选后高端镍粉需求，需要从日本进口，其对中国销售价格高昂，也限制了下游产业链的进一步发展。在镍浆环节，作为电子浆料的一种，镍浆的活泼性很高，因此在粉体的配比和处理、抗氧化处理上难度较高，具体包括金属和磁体的烧结收缩率、金属粉体的分散分级、数十种溶剂的配方配比等。
- 粉体分级分散：越高端的MLCC中，镍粉粒径越小，分子间吸引力更强，很容易出现团聚现象。此外，高容值MLCC中内电极层很薄，如果分散不到位出现团聚现象，会导致陶瓷层的击穿，导致MLCC失效。
- 烧结收缩率控制：在MLCC烧结过程中，在烧到一定温度后会有降温的过程。此时由于电极与陶瓷的收缩率不同，若电极收缩过快，会导致内部张力过大，导致MLCC断裂。因此不同的烧结工艺需要匹配不同的陶瓷粉体类别，且需要对陶瓷材料进行改性处理来改善这一问题。
- 内应力控制：若电极材料内应力控制不当，会导致陶瓷层与电极层之间的开裂，导致MLCC寿命减短。
- 烧结平整度及连续性：主要体现在镍浆的流变性和促变性，主要由浆料配方决定。
在海外成熟产业链中，以村田、三星、太阳诱电、台湾国巨等为代表的头部MLCC厂商均具备体内的镍电极浆料制备能力。与此同时，也存在住友这样的独立第三方镍浆供应商，作为产业链的补充。由于镍浆配方与MLCC制程工艺、陶瓷粉体体系均高度相关，未来国内MLCC企业若想实现在中高端领域的突破，必须具备一定的自身镍浆能力；独立第三方供应商将主要作为产业链中的补充。而国内MLCC厂商当前技术实力与成熟厂商有一定差距，镍电极浆料主要依赖外采，这也给了独立镍浆供应商一定的发展机遇。
04
MLCC陶瓷粉体
多层陶瓷电容器电介质可分为两类：第一类具有较高的稳定性和精度，第二类具有更高的介电常数（这意味着在固定体积上具有更高的电容），但稳定性和精度较低。I类陶瓷为氧化钛为主的材料，主要应用于高精度应用场景，价格较高，应用范围不大。II类陶瓷以钛酸钡为主，其容量稳定性相对较差，随着温度、电压、时间变化幅度较大，一般用在对容量稳定性要求不高的场合，这类电容主要优点在于价格便宜，容量大、体积小、寄生电阻/电感小，能满足单板上绝大多数的信号隔直、低电压电源滤波/耦合等应用需求。
图：|| 类陶瓷命名方法
来源：公开信息
在纳米钛酸钡的制作方法中，相比于其他合成方法，水热法合成工艺粒径分布均匀可控，原料成本较低，免去煅烧工序能够提高产品纯度，产品尺度可以达到纳米级，适合于大规模低成本工业化生产MLCC用纳米钛酸钡产品，尤其是小型化、高容化的3C领域所需要的高端粉体。固相法工艺较为成熟，但粒径存在理论极限（100-150nm）。部分车规级、家电级产品使用固相合成法即可。钛酸钡具有立方相、四方相两种晶型，四方相钛酸钡具有自发极化现象，其铁电、压电、热电性能更为优异。近年来，随着电子技术进步，电子信息产业发展迅速，小型化、智能化、精密化、高性能成为电子元器件市场发展重要趋势，在此背景下，市场对钛酸钡的粒径、活性、稳定性等提出了更高的要求，纳米钛酸钡粉体市场需求随之增长，尤其是四方相纳米钛酸钡粉体。此外，水热法合成工艺具有较强的拓展性，能够应用众多品类的陶瓷粉体的合成生产，包括氧化锆（生物医疗陶瓷材料）、氧化钇、氧化钛、分子筛等催化剂等陶瓷材料。水热体系中影响钛酸钡性质的因素较多，对于钛酸钡物相结构和颗粒性质的调控极其复杂，通常是钛酸钡的一种性质受多个因素和工艺参数的影响，而且一个因素或参数又同时影响多种性质，它们互相关联、甚至互为矛盾，使钛酸钡颗粒性质的控制十分复杂和困难。水溶液、尤其碱性溶液在高温高压下腐蚀性强，同时钛酸钡颗粒性质对反应温度均匀性和溶液状态非常敏感，水热反应设备不但要满足反应溶液温度和状态均匀的要求，还要耐腐蚀和磨损。此外，改性添加剂对MLCC性能同样重要，改性添加剂包括稀土类元素，例如钇、钬、镝等，以保证配方粉的绝缘性；另一部分添加剂，例如镁、锰、钒、铬、钼、钨等，主要用以保证配方粉的温度稳定性和可靠性。这些添加剂必须与钛酸钡粉形成均匀的分布，以控制电介质陶瓷材料在烧结过程中的微观结构及电气特征。受制于以上技术难点，目前能够稳定大批量生产水热法高端钛酸钡粉体的企业仅有日本村田（自用）、日本堺化学、国瓷材料等。日本企业材料粒径能够达到100nm及以下，国内企业主要量产水平当前在200nm以上。此外，除粉体制备外，配方粉的改性也是各家的独门绝技，保密性极高，也具有较高的壁垒。
在钛酸钡陶瓷粉体领域，外资企业同样占据极高的市场份额。其中技术实力出众、市场份额高的代表企业有日本村田（自用）、日本堺化学等。内资企业中，国瓷材料（300285）为最为领先的企业，其在全球市场占据近10%的市场份额，并且占据75%左右的国内市场份额。国瓷材料以水热法陶瓷粉体制备技术起家，所生产各类陶瓷粉体可用于多个领域。此外，公司逐步积累固相法、直接沉淀法等其他技术路线，当前已发展为国内陶瓷粉体头部企业。公司2021年营收31.62亿，归母净利润7.95亿，各业务板块也保持了不错的利润率水平。公司目前也开始逐步向下游陶瓷结构件产业进行延伸。在MLCC用钛酸钡基础粉体方面，公司当前已突破了120-150nm四方相钛酸钡分体制备能力，正在努力发展50-100nm粉体制备技术；对应的配方粉也在持续开发中。公司MLCC领域目前下游客户包括三星电机、潮州三环、台湾国巨、风华高科等。
05
MLCC器件
在当前MLCC竞争格局中，日韩厂商以高端产品为主，中国台湾厂商主要发力中端车规级产品，而大陆厂商则主要为中低端产能。从2016年开始，日韩厂商放弃中低端产品，开始主要发力高端产品，而这一部分份额主要被大陆企业所承接。在当前竞争格局下，初创企业若想在MLCC领域发力，重复建设低端产能没有意义，必须向中端甚至高端产品发起挑战。
国内MLCC企业若想实现中高端突破，需要发展上游原材料能力。原材料端，高端镍粉与钛酸钡陶瓷粉当前仍受制于人。由于原材料的开发需要与MLCC制作工艺紧密结合，因此材料的国产化不仅仅是供应链安全及降本的驱动，也是国内企业能否突破中高端MLCC产品的关键。参照村田、太阳诱电等头部企业发展路径，未来高端MLCC生产企业必然需要in-house的上游材料能力，尤其是陶瓷粉体与电极浆料能力。
而作为上游原材料供应商，在当前国内下游占比较低及海外客户渠道较难打开的情况下，平台型技术企业在当前时间节点上或有更好的生存与发展机遇。例如，在镍粉环节，PVD法不仅适用于纳米镍粉的制备，在硅碳负极等领域也有着相近工艺的应用。硅碳负极中，目前纳米硅粉的制备方法主要有三种，为机械研磨法，化学气相沉积法和等离子蒸发冷凝法。由于国内对纳米硅粉研制起步较晚，制作水平相对落后，主要以研磨法为主。美国，日本等国家的企业对纳米硅粉的研究起步较早，日本帝人，美国杜邦等企业均可以用等离子蒸发冷凝法进行纳米硅粉的制备。目前国内等离子体法进展较快的企业为博迁新材，目前已经处于中试阶段。在陶瓷粉体制备中，高端水热法工艺也能够生产多种陶瓷粉体材料，不仅仅局限于MLCC领域。在设备端，当前国产厂商已实现部分设备的国产化。但制约国内MLCC企业发展的并非是无法采购到标准设备，而是其对设备的理解、设计与改造能力与日韩厂商仍存在较大差距。村田、京瓷、TDK企业均为自主设计设备外协加工，且不会申请专利，国内公司想要仿制几乎不可能。以流延机为例：MLCC厂商一般会根据自己掌握的Know-How，来对流延机进行改造，以得到更好的效果。在挤压机部分，厂商会自行改造装置，以便更为精确地调节挤压机的压力，得到更薄的介质；在刮刀环节，使用气刀替代机械刀具，可以达到更好的均匀度，但气刀的位置、风速和真空度也需要得到精确的控制，风量过小会使厚度太大，角度不正确会使薄膜表面产生气泡；在流延辊上发生的冷却环节会影响薄膜的均匀度，所以会把流延辊、冷却辊设计为夹套式，冷却水的交叉流动减少了辊筒表面温差，保证了塑料薄膜冷却均匀。工艺端，MLCC的制造为典型需要长时间工艺know-how积累的行业。大量制造方法和精度控制等都不是可以通过理论提前规划得到的，只能是在实际运用过程中不断尝试不断改进，通过渐进式的进步来达到更好的效果。日本龙头公司在各自领域均积累多年，其从几十年前便开始从事MLCC生产制造业务，经过多年的积累与改进，对每个环节的良率和品质控制均炉火纯青，所以才能做出最高品质的产品。
图：MLCC生产工艺流程
以烧结工序为例，烧结可以使排胶后的芯片成为内电极完好，致密性好，尺寸合格，高机械强度和优良电性能的陶瓷体，可分为两个阶段：致密化阶段与再氧化阶段。烧结过程是在气氛炉中进行，一般烧结温度在1100℃~1350℃之间。由于是高温烧结，为了防止氧化等，烧结炉里面需要填充氮气/氢气。烧结的关键就是炉膛内的温度与其均匀一致性，还有就是应在一个热动态平衡中进行，空气应充分流动，使瓷体的晶相生长均匀与致密。烧结是MLCC制造的核心工序，MLCC的烧结是陶瓷和含有金属的内电极共烧的，而二者开始收缩的温度和收缩率是不同的。极限的高端MLCC产品，单层陶瓷介质上只有3-5个陶瓷颗粒，最多要叠几百到上千层，内部结构的变化非常容易导致产品内部出现裂纹，因此烧结炉的升温速率、控温精度和合理的烧结工艺的制定非常关键。目前，村田MLCC产品已能实现单颗MLCC 1500层陶瓷介质的堆叠，国内厂商水平在几十至几百层。以上更多从原材料等单点角度审视国内MLCC产业与日韩企业的差距。作为核心电子元器件，中高端MLCC制造是一项复杂的系统工程，国内MLCC产业仍有很长的一条路要走。
数据参考：
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周锋,陈涛,刘洲.烧结工艺对MLCC容量及微观结构的影响[J].电子工艺技术,2023,44(01):41-45
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《被动元件:电子行业基石增速稳，国产化确定性强》 光大证券
《被动元器件2023年展望:供给扩张，消费电子和新能源需求共振》 中金公司
