Cep telefonunuzdan elektrikli araçlara kadar, günümüzde kullandığımız hemen hemen her elektronik cihazın içinde yüzlerce, hatta binlerce "seramik kapasitör" (MLCC) bulunur. Bu minik enerji depolarının bu kadar küçük boyutlarda bu kadar yüksek enerji saklayabilmesinin sırrı ise tek bir malzemede gizlidir: Baryum Titanat (BaTiO3).
Bu yazımızda, yüksek performanslı bir seramik kapasitörün nasıl üretildiğini ve bu süreçte Baryum Titanat tozunun neden vazgeçilmez olduğunu inceliyoruz.
Baryum Titanat, Baryum ve Titanyum oksitlerin bileşiminden oluşan, perovskit kristal yapısına sahip ferroelektrik bir seramiktir. Onu elektronik dünyasında eşsiz kılan özelliği, olağanüstü yüksek dielektrik sabitidir.
Sıradan bir plastik veya camın dielektrik sabiti 2-10 arasındayken, saf Baryum Titanat'ın bu değeri oda sıcaklığında 1.500 ile 15.000 arasına çıkabilir. Bu, aynı boyuttaki bir kapasitörün binlerce kat daha fazla elektrik yükü depolayabilmesi demektir. Bu özellik, elektronik cihazların küçülmesi (minyatürizasyon) için hayati önem taşır.
Yüksek kaliteli bir kapasitör üretimi, laboratuvar hassasiyeti gerektiren bir süreçtir. İşte temel aşamalar:
Her şey doğru BaTiO3 tozu ile başlar. Tozun saflığı, partikül boyutu (genellikle nano veya sub-mikron seviyesinde) ve dağılımı, nihai ürünün kapasitansını belirler.
BaTiO3 tozu, bağlayıcılar (binders), çözücüler ve katkı maddeleriyle karıştırılarak akışkan bir çamur (slurry) haline getirilir.
İpucu: Eğer toz topaklanmışsa veya partikül boyutu homojen değilse, kapasitör katmanları arasında kısa devreler oluşur.
Hazırlanan seramik çamuru, taşıyıcı bir film üzerine mikron kalınlığında (bazen 1-2 mikron kadar ince) dökülür ve kurutulur. Sonuçta, "Yeşil Bant" (Green Sheet) adı verilen, esnek, kağıt inceliğinde seramik yapraklar elde edilir.
Bu ince seramik yaprakların üzerine, metalik mürekkepler (genellikle Nikel veya Bakır) kullanılarak iç elektrot desenleri basılır. Bu desenler, elektriğin depolanacağı plakalardır.
Elektrot basılmış yüzlerce katman üst üste dizilir. Katman sayısı ne kadar fazlaysa, kapasitörün kapasitesi o kadar yüksek olur. Dizilen katmanlar yüksek basınç altında preslenerek tek bir blok haline getirilir.
Bu aşama sürecin kalbidir. Kesilen kapasitör çipleri, özel fırınlarda 1100°C - 1350°C arasındaki sıcaklıklarda pişirilir. Bu sırada:
Bağlayıcılar yanarak uçar.
Baryum Titanat tozları birbirine kaynar (sinterlenir) ve yoğun, sert bir seramik yapıya dönüşür.
Kristal yapı, ferroelektrik özelliklerini bu aşamada kazanır.
Sinterlenen çiplerin uçlarına dış elektrotlar kaplanır. Böylece kapasitör, devre kartına lehimlenebilir hale gelir.
Bir şef için un ne kadar önemliyse, bir kapasitör üreticisi için de Baryum Titanat tozu o kadar önemlidir. Düşük kaliteli bir toz şunlara yol açar:
Düşük Dielektrik Sabiti: Beklenen kapasitans değerine ulaşılamaz.
Kısa Ömür: Seramik yapı içinde boşluklar (voids) oluşur ve yüksek voltaj altında cihaz patlayabilir.
Sıcaklık Kararsızlığı: Kapasitör ısındığında değer kaybeder.
Bu nedenle endüstriyel üretimde ve Ar-Ge çalışmalarında, tetragonal fazı düzgün oluşmuş, yüksek saflıkta (%99.9 ve üzeri) ve nano boyutlu Baryum Titanat tozları tercih edilmelidir.
Baryum Titanat, modern teknolojinin yapı taşlarından biridir. Elektrikli araçların güç yönetim sistemlerinden, 5G baz istasyonlarına kadar her yerde, BaTiO3 tabanlı kapasitörlerin güvenilirliğine ihtiyaç duyarız.
İster laboratuvar ölçekli bir prototip geliştiriyor olun, ister endüstriyel üretim hattınızı besliyor olun; projenizin başarısı kullandığınız ham maddenin kalitesiyle başlar.
Yüksek dielektrik performansına sahip, homojen partikül yapılı Baryum Titanat tozu ihtiyaçlarınız ve teknik spesifikasyonlar için bizimle iletişime geçebilirsiniz.
