Erstatning av sølv med kobber i keramiske kondensatorelektroder: Zhenhua Vacuums dobbeltsidige kontinuerlige sputteringslinje har oppnådd stabil masseproduksjon i 14 år.

I produksjon av keramiske kondensatorer produseres elektroder tradisjonelt gjennom sølvpastatrykking etterfulgt av tørking og sintring. Fordi sølvpasta inneholder en høy andel sølv og produserer relativt tykke elektrodelag, er det totale sølvforbruket betydelig, noe som gjør svingninger i sølvpriser til en direkte faktor som påvirker kostnadene for elektrodematerial.

I løpet av de siste to tiårene har den vedvarende økningen i sølvprisene blitt en uunngåelig variabel for produsenter av keramiske kondensatorer. Basert på internasjonale gjennomsnittlige årlige sølvpriser var den gjennomsnittlige sølvprisen omtrent RMB 3350/kg i 2008, og steg til rundt RMB 9190/kg i 2025 – en økning på omtrent 2,7 ganger over 17 år.

Utover den høye prisen på sølv, har begrensningene ved den konvensjonelle sølvpastaprosessen også blitt stadig tydeligere. Trykking, tørking og sintring involverer flere prosesstrinn, intensiv materialhåndtering og manuelle operasjoner. Samtidig driver stadig strengere miljøkrav og etterspørselen etter automatisert produksjon produsenter til å revurdere både elektrodematerialer og avsetningsprosesser, med fokus på å redusere sølvforbruket, forkorte prosesskjeden og oppnå svært automatisert masseproduksjon.

Selv om industrien fortsatt var i stor grad avhengig av bearbeiding av sølvpasta, hadde Zhenhua Vacuum og kunden allerede begynt å utforske tilnærmingen med å «erstatte kobber for sølv».

Tenker fremover: Kundenes etterspørsel var foran markedet

I 2008, da den globale finanskrisen feide over markedene og usikkerheten økte, begynte en ledende innenlandsk produsent av avanserte keramiske kondensatorer å evaluere potensielle langsiktige virkninger av svingninger i råvarepriser og transformasjon av produksjonsprosesser før stigende sølvpriser hadde skapt direkte kostnadspress.

Kunden innlemmet derfor optimalisering av elektrodeprosessen i sin langsiktige produksjonsstrategi: redusere avhengigheten av sølv og eksponering for volatilitet i sølvprisen, samtidig som produktets ytelse og pålitelighet opprettholdes; og samtidig overføre elektrodeproduksjonen fra manuell og halvmanuell drift til automatisert, standardisert masseproduksjon for å forbedre produktkonsistens, prosessstabilitet og langsiktig forsyningskapasitet.

Kunden henvendte seg til Zhenhua Vacuum for å i fellesskap utforske en ny teknisk rute: Kunne et alternativt materiale brukes til å produsere keramiske kondensatorelektroder, samtidig som en ny avsetningsprosess og automatisert produksjonsutstyr kunne muliggjøre langsiktig, stabil produksjon i høyt volum?

Tidlig utforskning: Rekonstruksjon av elektrodeprosessen med kobber

I starten av prosjektet fantes det ingen etablert løsning. Det alternative materialet måtte gi god elektrisk ledningsevne og kostnadsfordeler, samtidig som det skulle levere utmerket beleggheft og langsiktig pålitelighet. Den nye prosessen måtte også være kompatibel med automatisert produksjon.

Etter flere runder med teknisk evaluering dukket kobber opp som et levedyktig alternativ. Den elektriske ledningsevnen er nær sølvets, og materialkostnadene er betydelig lavere. Kobber er imidlertid utsatt for oksidasjon ved forhøyede temperaturer, noe som betyr at den konvensjonelle sølvpastaprosessen ikke bare kunne replikeres. Avsetningsmetoden, prosessparametrene og produksjonsutstyret måtte alle utvikles på nytt.

På den tiden fantes det ingen etablerte innenlandske eksempler på masseproduksjon av kobberelektroder for keramiske kondensatorer. Materialer, prosessteknologi og utstyrsutvikling måtte starte helt fra bunnen av. I stedet for å vente på at materialløsningen skulle bli ferdigstilt, ble Zhenhua Vacuum involvert fra en tidlig fase av prosjektet og jobbet tett med kunden for å etablere den tekniske ruten. Prøvetester, beleggverifisering og utvikling av masseproduksjonsprosessen ble utført parallelt med utstyrsteknikk, slik at avsetningsprosessen og produksjonslinjen kunne utvikles sammen.

Til slutt valgte begge parter magnetronsputtering (PVD) som kjerneteknologi. Den avsatte filmen gir sterk adhesjon til substratet og gjør det mulig å avsette et kobberelektrodelag direkte på den keramiske overflaten uten det organiske bindemidlet som brukes i sølvpasta. Dette eliminerer behovet for løsemidler og tilhørende fordampning, samtidig som det fjerner høytemperatursintringstrinnet, noe som resulterer i en renere og mer miljøvennlig tørrprosess sammenlignet med konvensjonell våtbehandling.

For å forbedre avsetningseffektiviteten og produksjonsgjennomstrømningen utviklet Zhenhua en tosidig kontinuerlig sputteringsproduksjonslinje. Når de keramiske komponentene kommer inn i vakuumsystemet, kan begge sider belegges uten manuell snuing, mens kontinuerlig materialoverføring forbinder de enkelte prosesstrinnene. Denne tørrprosessløsningen erstatter de mange våtprosesstrinnene «sølvpastatrykk → tørking → sintring», noe som forenkler den totale prosesskjeden samtidig som den forbedrer konsistensen fra batch til batch og produksjonseffektiviteten.

I 2012 ble utstyret levert. Prosjektet tok omtrent to år fra de innledende tekniske diskusjonene og prosessutviklingen til igangkjøring og implementering av produksjonslinjen.

Langtidsvalidering: 14 år med kontinuerlig masseproduksjon

Per september 2026 er den dobbeltsidige kontinuerlige sputteringslinjen som ble levert i 2012 fortsatt i drift hos kunden og støtter stabil masseproduksjon. Løsningen «kobber som erstatter sølv» oppfyller kravene til beleggens ensartethet, prosessautomatisering og produksjon i store volum, og reduserer samtidig avhengigheten av edelt metall sølv betydelig og senker kostnadene for elektrodematerial, samtidig som den samsvarer med kravene til renere og mer miljøansvarlig produksjon. Etter 14 år med kontinuerlig drift har utstyret gitt langsiktig validering av prosess- og utstyrsløsningen når det gjelder kostnadseffektivitet, beleggkvalitet, produksjonspålitelighet og masseproduksjonsstabilitet.

På den tiden var den innenlandske industrien fortsatt i en tidlig fase av forståelsen og bruken av kobberelektrodemetoden, og de fleste produsenter fortsatte å stole på sølvpastabehandling. I de senere årene har imidlertid økende kostnadspress fra sølvpasta akselerert industriens overgang til «kobber som erstatter sølv», noe som gjør sputterutstyr til en stadig mer ettertraktet løsning for produksjon av keramiske kondensatorelektroder. Den samme tekniske retningen har utviklet seg fra en tidlig, fremtidsrettet utforskning til et stort industrifokus i dag – med 14 års produksjonsvalidering i mellom.

For kunden har fordelene vært langsiktige. I tillegg til å redusere materialkostnadene direkte, eliminerte produksjonssystemet følsomheten for svingninger i sølvprisene 14 år foran store deler av industrien. Kunden fikk også en tidlig fordel innen miljøsamsvar og produksjonsautomatisering. Selv om mange produsenter først de siste årene har begynt å møte økende press fra sølvpriser og prosessomforming, har denne kunden allerede opprettholdt stabil produksjon med teknologien i 14 år.

Dette prosjektet var en av Zhenhua Vacuums tidlige anvendelser av dobbeltsidig kontinuerlig sputteringsteknologi for produksjon av keramiske kondensatorer i chip. Med tanke på det innenlandske industrimiljøet i 2012, representerte den vellykkede tekniske implementeringen et tidlig gjennombrudd i kommersialiseringen av kobberelektrodeteknologi. Det demonstrerte Zhenhua Vacuums fremtidsrettede tilnærming til prosessutvikling og teknologidistribusjon. Gjennom utstyrsutvikling, vellykket levering og 14 år med stabil masseproduksjonsvalidering etablerte prosjektet en sterk pionerposisjon for Zhenhua Vacuum innen belegg av keramiske kondensatorer, samtidig som det ga verdifull langsiktig erfaring for senere utstyrsutvikling, prosessoptimalisering og kontinuerlig forbedring.