Substitució de la plata per coure en elèctrodes de condensadors ceràmics: la línia de pulverització catòdica contínua de doble cara de Zhenhua Vacuum ha aconseguit una producció massiva estable durant 14 anys

En la fabricació de condensadors ceràmics, els elèctrodes es produeixen tradicionalment mitjançant la impressió en pasta de plata seguida d'assecat i sinterització. Com que la pasta de plata conté una alta proporció de plata i produeix capes d'elèctrodes relativament gruixudes, el consum total de plata és substancial, cosa que fa que les fluctuacions en els preus de la plata siguin un factor directe que afecti els costos del material dels elèctrodes.

Durant les dues últimes dècades, l'augment sostingut dels preus de la plata s'ha convertit en una variable inevitable per als fabricants de condensadors ceràmics. Segons els preus mitjans anuals internacionals de la plata, el preu mitjà de la plata va ser d'aproximadament 3.350 RMB/kg el 2008, augmentant a uns 9.190 RMB/kg el 2025, un augment d'aproximadament 2,7 vegades en 17 anys.

Més enllà de l'alt cost de la plata, les limitacions del procés convencional de pasta de plata també s'han fet cada cop més evidents. La impressió, l'assecat i la sinterització impliquen múltiples passos del procés, una manipulació intensiva de materials i operacions manuals. Alhora, els requisits ambientals cada cop més estrictes i la demanda de fabricació automatitzada estan impulsant els fabricants a reavaluar tant els materials dels elèctrodes com els processos de deposició, amb un enfocament en la reducció del consum de plata, l'escurçament de la cadena de processos i la consecució d'una producció en massa altament automatitzada.

Tot i que la indústria encara depenia àmpliament del processament de pasta de plata, Zhenhua Vacuum i el seu client ja havien començat a explorar l'enfocament de "substituir la plata pel coure".

Pensant en el futur: la demanda dels clients anava per davant del mercat

El 2008, a mesura que la crisi financera mundial s'escampava pels mercats i augmentava la incertesa, un fabricant nacional líder de condensadors ceràmics d'alta gamma va començar a avaluar els possibles impactes a llarg termini de les fluctuacions dels preus de les matèries primeres i la transformació del procés de fabricació abans que l'augment dels preus de la plata hagués creat una pressió directa sobre els costos.

Per tant, el client va incorporar l'optimització del procés d'elèctrodes a la seva estratègia de fabricació a llarg termini: reduir la dependència de la plata i l'exposició a la volatilitat del preu de la plata, mantenint alhora el rendiment i la fiabilitat del producte; i alhora, fer la transició de la producció d'elèctrodes d'operacions manuals i semimanuals a una producció en massa automatitzada i estandarditzada per millorar la consistència del producte, l'estabilitat del procés i la capacitat de subministrament a llarg termini.

El client es va posar en contacte amb Zhenhua Vacuum per explorar conjuntament una nova via tècnica: es podria utilitzar un material alternatiu per produir elèctrodes de condensadors ceràmics, mentre que un nou procés de deposició i un equip de producció automatitzat podrien permetre una fabricació a llarg termini, estable i d'alt volum?

Exploració inicial: reconstrucció del procés d'elèctrode amb coure

Al principi del projecte, no hi havia cap solució establerta disponible. El material alternatiu havia de proporcionar una bona conductivitat elèctrica i avantatges de cost, alhora que oferia una excel·lent adherència del recobriment i fiabilitat a llarg termini. El nou procés també havia de ser compatible amb la producció automatitzada.

Després de múltiples rondes d'avaluació tècnica, el coure va sorgir com una opció viable. La seva conductivitat elèctrica és propera a la de la plata i el cost del material és significativament inferior. Tanmateix, el coure és propens a l'oxidació a temperatures elevades, cosa que significa que el procés convencional de pasta de plata no es podia replicar simplement. El mètode de deposició, els paràmetres del procés i l'equip de producció havien de ser desenvolupats de nou.

En aquell moment, no hi havia exemples nacionals establerts de producció en massa d'elèctrodes de coure per a condensadors ceràmics. Els materials, la tecnologia de processos i el desenvolupament d'equips havien de començar des de zero. En lloc d'esperar que es finalitzés la solució del material, Zhenhua Vacuum es va involucrar des de la fase inicial del projecte i va treballar estretament amb el client per establir la ruta tècnica. Les proves de mostres, la verificació del recobriment i el desenvolupament del procés de producció en massa es van dur a terme en paral·lel amb l'enginyeria d'equips, permetent que el procés de deposició i la línia de producció evolucionessin junts.

Finalment, ambdues parts van seleccionar la pulverització catòdica magnetrònica (PVD) com a tecnologia principal. La pel·lícula dipositada proporciona una forta adherència al substrat i permet que una capa d'elèctrode de coure es dipositi directament sobre la superfície ceràmica sense l'aglutinant orgànic utilitzat a la pasta de plata. Això elimina la necessitat de dissolvents i la seva evaporació associada, alhora que elimina el pas de sinterització a alta temperatura, donant lloc a un procés sec més net i respectuós amb el medi ambient en comparació amb el processament humit convencional.

Per millorar l'eficiència de la deposició i el rendiment de la producció, Zhenhua va desenvolupar una línia de producció de pulverització catòdica contínua de doble cara. Un cop els components ceràmics entren al sistema de buit, es poden recobrir ambdues cares sense gir manual, mentre que la transferència contínua de material connecta les etapes individuals del procés. Aquesta solució de procés en sec substitueix els múltiples passos del procés humit de "impressió en pasta de plata → assecat → sinterització", simplificant la cadena de procés general alhora que millora la consistència i l'eficiència de la producció de lot a lot.

El 2012, l'equipament es va lliurar amb èxit. Des de les discussions tècniques inicials i el desenvolupament del procés fins a la posada en marxa i la implementació de la línia de producció, el projecte va durar aproximadament dos anys.

Validació a llarg termini: 14 anys de producció massiva contínua

A setembre de 2026, la línia de pulverització contínua de doble cara lliurada el 2012 encara funciona a les instal·lacions del client i permet una producció en massa estable. Tot i complir els requisits d'uniformitat del recobriment, automatització de processos i fabricació d'alt volum, la solució de "coure que substitueix la plata" redueix significativament la dependència de la plata de metall preciós i redueix els costos del material dels elèctrodes, alhora que s'alinea amb els requisits d'una fabricació més neta i responsable amb el medi ambient. Després de 14 anys de funcionament continu, l'equip ha proporcionat una validació a llarg termini del procés i la solució de l'equip pel que fa a l'eficiència de costos, la qualitat del recobriment, la fiabilitat de la producció i l'estabilitat de la producció en massa.

En aquell moment, la indústria nacional encara es trobava en les primeres etapes de comprensió i adopció de la via de l'elèctrode de coure, i la majoria dels fabricants continuaven confiant en el processament de pasta de plata. En els darrers anys, però, la creixent pressió sobre els costos de la pasta de plata ha accelerat la transició de la indústria cap a "la substitució de la plata per coure", convertint els equips de pulverització catòdica en una solució cada cop més buscada per a la producció d'elèctrodes de condensadors ceràmics. La mateixa direcció tècnica ha evolucionat des d'una exploració inicial amb visió de futur fins a un focus important de la indústria avui dia, amb 14 anys de validació de la producció entremig.

Per al client, els beneficis han estat a llarg termini. A més de reduir directament els costos dels materials, el sistema de producció va eliminar la seva sensibilitat a les fluctuacions del preu de la plata 14 anys abans que gran part de la indústria. El client també va obtenir un avantatge inicial en el compliment de les normatives mediambientals i l'automatització de la fabricació. Mentre que molts fabricants només han començat a afrontar en els darrers anys una pressió creixent dels preus de la plata i la transformació dels processos, aquest client ja ha mantingut una producció estable amb la tecnologia durant 14 anys.

Aquest projecte va ser una de les primeres aplicacions de Zhenhua Vacuum de la tecnologia de pulverització contínua de doble cara per a la fabricació de condensadors ceràmics de xips. Tenint en compte l'entorn industrial nacional del 2012, la seva implementació d'enginyeria amb èxit va representar un gran avenç en la comercialització de la tecnologia d'elèctrodes de coure. Va demostrar l'enfocament de futur de Zhenhua Vacuum pel que fa al desenvolupament de processos i el desplegament de tecnologia. Gràcies al desenvolupament d'equips, el lliurament reeixit i 14 anys de validació estable de la producció en massa, el projecte va establir una forta posició de pioner per a Zhenhua Vacuum en aplicacions de recobriment de condensadors ceràmics, alhora que va proporcionar una valuosa experiència a llarg termini per al desenvolupament posterior d'equips, l'optimització de processos i la millora contínua.