Vervanging van zilver door koper in keramische condensatorelektroden: Zhenhua Vacuum's dubbelzijdige continue sputterlijn heeft al 14 jaar een stabiele massaproductie bereikt.

Bij de productie van keramische condensatoren worden elektroden traditioneel vervaardigd door middel van zilverpasta-printen, gevolgd door drogen en sinteren. Omdat zilverpasta een hoog zilvergehalte bevat en relatief dikke elektrodelagen oplevert, is het totale zilververbruik aanzienlijk. Hierdoor hebben schommelingen in de zilverprijs een directe invloed op de materiaalkosten van de elektroden.

De aanhoudende stijging van de zilverprijzen is de afgelopen twintig jaar een onvermijdelijke factor geworden voor fabrikanten van keramische condensatoren. Gebaseerd op de gemiddelde internationale zilverprijzen per jaar, bedroeg de gemiddelde zilverprijs in 2008 ongeveer 3.350 RMB/kg, oplopend tot circa 9.190 RMB/kg in 2025 – een stijging van ongeveer 2,7 keer in 17 jaar.

Naast de hoge kosten van zilver zijn ook de beperkingen van het conventionele zilverpasta-proces steeds duidelijker geworden. Het printen, drogen en sinteren omvat meerdere processtappen, intensieve materiaalverwerking en handmatige handelingen. Tegelijkertijd dwingen steeds strengere milieueisen en de vraag naar geautomatiseerde productie fabrikanten ertoe om zowel elektrodematerialen als depositieprocessen te herzien, met als doel het zilververbruik te verminderen, de procesketen te verkorten en een sterk geautomatiseerde massaproductie te realiseren.

Hoewel de industrie nog grotendeels afhankelijk was van verwerking met zilverpasta, waren Zhenhua Vacuum en haar klant al begonnen met het onderzoeken van de aanpak waarbij "koper zilver vervangt".

Vooruitdenken: de vraag van de klant liep voor op de markt.

In 2008, toen de wereldwijde financiële crisis de markten overspoelde en de onzekerheid toenam, begon een toonaangevende binnenlandse fabrikant van hoogwaardige keramische condensatoren de potentiële langetermijngevolgen van schommelingen in grondstofprijzen en veranderingen in het productieproces te evalueren, voordat de stijgende zilverprijzen directe kostenstijgingen zouden veroorzaken.

De klant heeft daarom de optimalisatie van het elektrodeproces opgenomen in zijn langetermijnproductiestrategie: het verminderen van de afhankelijkheid van zilver en de blootstelling aan de volatiliteit van de zilverprijs, met behoud van productprestaties en betrouwbaarheid; en tegelijkertijd de overgang van handmatige en semi-handmatige processen naar geautomatiseerde, gestandaardiseerde massaproductie om de productconsistentie, processtabiliteit en leveringszekerheid op lange termijn te verbeteren.

De klant benaderde Zhenhua Vacuum om samen een nieuwe technische route te onderzoeken: zou een alternatief materiaal gebruikt kunnen worden voor de productie van keramische condensatorelektroden, terwijl een nieuw afzettingsproces en geautomatiseerde productieapparatuur een stabiele productie op lange termijn en in grote volumes mogelijk zouden maken?

Vroege verkenning: het reconstrueren van het elektrodeproces met koper

Aan het begin van het project was er geen kant-en-klare oplossing beschikbaar. Het alternatieve materiaal moest een goede elektrische geleidbaarheid en kostenvoordelen bieden, terwijl het tegelijkertijd een uitstekende hechting van de coating en een lange levensduur moest garanderen. Het nieuwe proces moest bovendien compatibel zijn met geautomatiseerde productie.

Na meerdere rondes van technische evaluatie bleek koper een haalbare optie. De elektrische geleidbaarheid ligt dicht bij die van zilver en de materiaalkosten zijn aanzienlijk lager. Koper is echter gevoelig voor oxidatie bij hoge temperaturen, wat betekent dat het conventionele zilverpasta-proces niet zomaar kon worden gerepliceerd. De afzettingsmethode, procesparameters en productieapparatuur moesten allemaal opnieuw worden ontwikkeld.

Destijds bestonden er geen gevestigde binnenlandse voorbeelden van massaproductie van koperen elektroden voor keramische condensatoren. De ontwikkeling van materialen, procestechnologie en apparatuur moest volledig vanaf nul beginnen. In plaats van te wachten tot de materiaalkeuze definitief was, raakte Zhenhua Vacuum al in een vroeg stadium bij het project betrokken en werkte nauw samen met de klant om de technische route uit te stippelen. Proefnemingen, coatingverificatie en de ontwikkeling van het massaproductieproces werden parallel uitgevoerd met de apparatuurontwikkeling, waardoor het afzettingsproces en de productielijn zich samen konden ontwikkelen.

Uiteindelijk kozen beide partijen voor magnetron sputteren (PVD) als de kerntechnologie. De afgezette film hecht sterk aan het substraat en maakt het mogelijk om direct een koperen elektrodelaag op het keramische oppervlak aan te brengen zonder het organische bindmiddel dat in zilverpasta wordt gebruikt. Dit elimineert de noodzaak voor oplosmiddelen en de bijbehorende verdamping, en elimineert tevens de sinterstap bij hoge temperatuur. Dit resulteert in een schoner en milieuvriendelijker droog proces in vergelijking met conventionele natte processen.

Om de afzettingsefficiëntie en de productiedoorvoer te verbeteren, heeft Zhenhua een dubbelzijdige continue sputterproductielijn ontwikkeld. Zodra de keramische componenten het vacuümsysteem binnenkomen, kunnen beide zijden worden gecoat zonder handmatig omdraaien, terwijl continue materiaaloverdracht de afzonderlijke processtappen met elkaar verbindt. Deze droge procesoplossing vervangt de vele natte processtappen van "zilverpasta printen → drogen → sinteren", waardoor de gehele procesketen wordt vereenvoudigd en de consistentie tussen batches en de productie-efficiëntie worden verbeterd.

In 2012 werd de apparatuur succesvol opgeleverd. Van de eerste technische besprekingen en procesontwikkeling tot de inbedrijfstelling en implementatie van de productielijn duurde het project ongeveer twee jaar.

Langetermijnvalidatie: 14 jaar ononderbroken massaproductie

De dubbelzijdige continue sputterlijn die in 2012 werd geleverd, is in september 2026 nog steeds in bedrijf bij de klant en ondersteunt een stabiele massaproductie. De oplossing, waarbij koper zilver vervangt, voldoet aan de eisen voor coatinguniformiteit, procesautomatisering en productie op grote schaal. Tegelijkertijd vermindert deze oplossing de afhankelijkheid van edelmetaalzilver aanzienlijk en verlaagt de kosten van elektrodemateriaal, terwijl ze ook aansluit bij de eisen van schonere en milieuvriendelijkere productie. Na 14 jaar ononderbroken gebruik heeft de apparatuur de proces- en apparatuuroplossing op de lange termijn gevalideerd wat betreft kostenefficiëntie, coatingkwaliteit, productiebetrouwbaarheid en stabiliteit van de massaproductie.

Destijds bevond de binnenlandse industrie zich nog in een vroeg stadium van het begrijpen en toepassen van de koper-elektrodemethode, waarbij de meeste fabrikanten nog steeds vertrouwden op verwerking met zilverpasta. De laatste jaren heeft de toenemende kostendruk van zilverpasta de overgang van de industrie naar "koper in plaats van zilver" echter versneld, waardoor sputterapparatuur een steeds gewildere oplossing is geworden voor de productie van elektroden voor keramische condensatoren. Dezelfde technische richting is geëvolueerd van een vroege, toekomstgerichte verkenning tot een belangrijke focus van de industrie vandaag de dag – met 14 jaar aan productievalidatie daartussen.

Voor de klant waren de voordelen op de lange termijn merkbaar. Naast een directe verlaging van de materiaalkosten, maakte het productiesysteem de gevoeligheid voor schommelingen in de zilverprijs 14 jaar eerder dan veel andere bedrijven in de sector ongevoelig. De klant behaalde ook een vroege voorsprong op het gebied van milieuregelgeving en productieautomatisering. Terwijl veel fabrikanten pas de laatste jaren te maken krijgen met toenemende druk van de zilverprijs en procesoptimalisatie, heeft deze klant met de technologie al 14 jaar een stabiele productie weten te realiseren.

Dit project was een van Zhenhua Vacuum's eerste toepassingen van dubbelzijdig continu sputteren voor de productie van keramische chipcondensatoren. Gezien de industriële situatie in China in 2012 betekende de succesvolle implementatie ervan een vroege doorbraak in de commercialisering van koper-elektrodetechnologie. Het project demonstreerde Zhenhua Vacuum's vooruitstrevende aanpak op het gebied van procesontwikkeling en technologie-implementatie. Door de ontwikkeling van apparatuur, de succesvolle oplevering en 14 jaar stabiele validatie in massaproductie, vestigde het project een sterke leidende positie voor Zhenhua Vacuum in de coating van keramische condensatoren, en leverde het waardevolle langetermijnervaring op voor latere apparatuurontwikkeling, procesoptimalisatie en continue verbetering.