电容器生产与四大工艺参数共享.docx

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电容器生产与四大工艺参数共享

电容器生产与四大工艺参数共享

薄膜电容器生产工艺和四大参数的关系

戴昭曼

前言

电容器标准从逐批检验到周期试验所考核的性能都是四大参数，即电容量、损耗角正切值（以下简称损耗）、绝缘电阻和耐电压。

电容器生产制造过程也是紧紧围绕着保证四个参数符合要求而进行的。

四大参数取决于设计与工艺。

以下主要讨论金属化电容器的制造工艺对四参数的影响。

电容量

1. 制造过程导致电容量产生偏差的工艺因素

卷绕型电容器的电容量C=0.177εs/d

ε为介质的介电常数s为极板的有效面积d为介质的厚度

电容量与ε、s成正比,与d成反比。

文件虽已做了精确规定，但工艺过程中这三个参数均会发生变化，导致容量偏差。

工艺的重点是减少这些偏差，提高容量命中率。

电容量

a.   卷绕工序

膜层宽度、厚度或留边等本身有误差。

膜的张力从大圈到小圈发生的变化，各台卷绕机张力的误差。

压辊压力太小。

卷绕过程跑偏，错边误差。

空气湿度大时导致芯子容量偏大。

电容量

b. 热压工序

芯子厚度误差受力不均匀，造成芯子松紧不一容量分散。

热压板不平整。

温度误差。

c.热处理时间或温度误差

电容量

d. 内含浸

真空度误差

时间误差

Ø 固化温度的误差。

电容量

2.提高容量命中率的工艺要点

2.1 准确确定卷绕容量中心值（也称修正值），必须将热（冷）压、热处理和包封等工序容量的变化率都纳入芯子的容量修正值。

不同型号、不同规格甚至不同台卷绕机其修正值也不同。

2.2 卷绕过程中定时抽测芯子的容量和高度，控制电容量的离散性。

2.3抽测压扁定型后芯子容量，发现偏移及时调整卷绕中心值。

2.4跟踪成品容量分布状态，发现超差及时反馈，以调整容量修正值。

电容量

3. 成品贮存中容量变化规律及相应的措施。

如果产品包封后短时间便进行测试，结果产品存放一段时间，容量会发生变化，造成容量超差，聚酯电容器较为明显，一般往正向偏移。

解决途径有以下几种：

Ø 包封后产品再进行一次热处理。

Ø 包封后自然存放一星期再进行测试。

Ø 根据变化规律在测试时控制偏差值，如聚酯电容器在正偏差卡紧，负偏差放宽。

电容器损耗

一. 电容器损耗的分析

电容器的损耗由三部分组成：

介质损耗；辅助材料损耗和金属部分损耗。

电容器介质部分的损耗有：

电导损耗；极化损耗；电离损耗。

电容器损耗

Ø     电导损耗

这种损耗是由介质中的漏电流引起的，一切介质都具有这种损耗。

电介质的电导大小不同，它们的电导损耗大小也不同。

由电导引起的损耗与频率无关。

多数情况下，在交流电路中它所造成的功率损耗相对于其他部分来说，可以忽略不计。

只有在直流情况下才明显地表现出来。

一般情况下，电导损耗很小。

但是，当环境温度剧增或电容器本身温度较高时，这种损耗是不可忽略的。

随着温度上升，电阻率降低，损耗成指数迅速增加。

在高温时，它将成为介质损耗的主要形式。

Ø    极化损耗

是由缓慢极化引起的，这种损耗是介质在交流电压作用下，为了克服极化分子间的引力和摩擦力的阻碍而消耗的能量。

非极性材料（聚丙烯）的极化损耗很小，极性材料（聚酯）的极化损耗较大，且随温度、频率变化。

这种变化完全是由介质的性质和结构决定的。

  电离损耗

由于在电容器介质内部、介质之间，介质与极板之间都或多或少地存在着气隙，这样在外加电压达到气隙电离电压时就会发生放电，气体分子电离，产生电子和正负离子。

这些带电粒子参与导电，损耗能量。

2.  辅助介质材料损耗

如灌封料，包封料等属辅助介质材料，因为它们都是电介质，也会受到电场的作用，同样能引起象主要介质那样的电导、极化和电离损耗。

3. 电容器金属部分的损耗

是由引出线（片）、喷金层、金属化层（极板）和它们之间的接触电阻产生的损耗组成。

引线的损耗，是由引线的等效电阻决定的。

在直流和低频下，电阻很小，损耗功率也很小，但随着频率的升高，引线中的趋肤效应加剧，使引出线电阻增加，损耗也会增加。

即使这样引线的损耗在整个金属部分的损耗中也不是主要的。

 接触电阻引起的损耗：

喷金层与金属层之间，引线与喷金层之间，存在的接触电阻。

另外喷金材料的选用与金属化层材料有着密切的关系，即作为芯子端面第一层喷金料选择的原则是：

n喷金料与镀层金属的晶格结构属同一晶系的成分时，有助于二者结合，提高机械强度。

n喷金料中的主要成份的电极电位应与金属镀层的电极电位相接近，有利于减小二者之间作为欧姆接触电位差而获得电气接触的良好可靠性。

目前镀层金属主要采用ZnAl和Al两种，无铅化喷金第一层料有Zn、ZnAl和Al等。

根据伏达依实验确定，并按接触电阻电位高地（前者为负，后者为正）而排列的金属顺序为：

铝、锌、锡、镉、铅、锑、铋、汞、铁、铜、银、金、铂。

所以在考虑薄膜能承受耐温的前提下：

金属化层为Al的第一层喷金料选用ZnAl、Zn或Al。

金属化层为ZnAl的第一层喷金料选用ZnAl和Zn。

二.电容器损耗与外界因素的关系

1. 电容器损耗与频率关系

Ø极性介质电容器，在低频和中频范围内电容器的损耗由介质和辅助介质决定的，一般情况下电导损耗发生在低频范围内，极化损耗发生在中频范围内。

在高频范围内损耗主要是金属部分所引起。

Ø 非极性介质电容器，在低频时损耗主要是由介质的电导损耗决定的，在高频时的损耗是由金属部分的损耗决定的。

3. 电容器损耗与电压关系，一般来讲电压对损耗影响很小，但当电压足够高引起气隙电离时将致使损耗增大。

4.潮湿对电容器损耗的影响，在潮湿环境中，电容器表面逐渐凝结水份使漏导电流增大，导致损耗增大。

同时水份进入电容器内部还会对金属化层起氧化和腐蚀作用，致使损耗增大，为了防止这种影响，电容器必须加强防潮。

.制造过程造成金属化电容器损耗问题的因素及控制方法

引起介质损耗增大主要是热压温度太高，压力过大；辅助材料损耗增大主要是由于环氧配比及固化温度，时间有误。

这些因素较容易查找和控制。

金属化电容器损耗问题的重点是接触损耗，以下从构成接触损耗的角度加以分析讨论。

Ø金属化膜在分切，卷绕过程中应防止金属化层划伤。

Ø   卷绕起始及终止去金属要彻底；卷绕时错边太小，金属化电极与喷金层之间的接触面积小；错边太大，热压后错边弯曲相互覆盖，喷金仍然接触不好。

因此错边既不能太大也不能太小，更不能无错边或反错边。

另外因第一层喷金层很薄，所以芯子端面必须尽量齐以保证喷金层连续。

Ø  锌铝膜易氧化，应尽量缩短生产周期并注意防潮。

Ø 热压温度过高造成膜收缩，影响喷金接触，尤其外几圈。

小芯子更为明显。

热压温度根据介质热收缩情况而定，一般宜采用较低温度，较大的压力来定型。

而1.5µ及以下膜最好用冷压并且同样应注意控制好角度和压力。

Ø电弧喷金参数的影响

u  喷金距离调节：

喷金距离很小时粒子粗，当距离达到100mm时粒子变细，且超过100mm后粒子大小也不会改变，所以距离从100mm起往高处调到不烫缩芯子端面薄膜为准，距离高了会增加氧化几率。

u电压值：

电压高粒子小，但粒子细氧化几率高，所以电压应加以限制。

u  电流值：

电流对喷金层的氧化过程没有影响。

u气压值：

气压是影响粒子大小最重要参数，气压大粒子小，喷金层均匀，附着力好，但气压太大氧化几率也大。

 喷金工序注意事项

u 包膜后盘卷重叠应有隔板以防止胶带倒边，阻碍喷金粒子到达芯子端面。

u  压缩空气应干燥。

u  排风管道应通畅，防止粉尘污染芯子端面。

u  要避免喷金粒子反溅到芯子另一端面。

u 喷金工艺参数不同的尽量分机操作以防止搞错。

u 去毛刺时间应加以控制，时间过长会损伤外圈喷金层。

Ø 焊接既要防止虚焊，又不能焊的太深。

焊接长度应低于芯子端面高的1/2。

一.绝缘电阻与外界因素的关系

1.绝缘电阻与测量时间的关系：

电容器的充电电流是随时间增加而下降的，须经过相当长的时间才能达到一个稳定的数值，即漏电流。

按漏电流计算出的才是真正的绝缘电阻。

但这样测量的时间要很长，生产上是不允许的。

为了统一，标准中规定测量时间为1分钟。

2.  绝缘电阻随温度的升高而下降

绝缘电阻与温度的关系基本符合介质的体积电阻与温度的关系。

即lgR1=lgR0–β（t1-t0）

R1为温度t1时的绝缘电阻值

R0为温度t0时的绝缘电阻值

聚酯电容器的β=0.03～0.035

聚丙烯电容器的β=0.03～0.04

3.   绝缘电阻与测量电压的关系

电容器绝缘电阻与外加电压的关系主要取决于介质的绝缘电阻与电压的关系。

介质中含有弱系离子和孔隙，在电压比较低时它们对介质的绝缘电阻影响较小，绝缘电阻与电压的关系遵从欧姆定律。

随着电压上升部分弱离子被释放出来变成自由离子，漏导电流增大，绝缘电阻开始下降。

当电压升高到某一个数值以后，气隙开始电离。

离子电导和电子电导同时存在，漏导电流急剧增加，相应的绝缘电阻迅速降低。

所以在产品标准中规定了测试电压。

4. 绝缘电阻与湿度的关系

电容器介质及辅助材料受潮后，绝缘电阻将明显下降。

二.影响绝缘电阻的工艺因素

1.工艺卫生不良，灰尘落到薄膜内，造成自愈点多，自愈不良没有形成清晰的绝缘圈。

2.芯子内外烫烫到金属层。

3.  热压温度高，压力太大。

4.  基膜划伤。

5.  芯子表面有喷金粒子。

6.  赋能电压太高或太低。

7.  焊接太深。

8.  含浸料或灌封料配比有误或未完全固化。

9.  操作出错，试验电压过高。

一.电容器的电压参数

Ø额定工作电压：

指电容器在一定的期限内能可靠工作的电压，额定工作电压除决定于介质外，还与电容器结构和使用的环境条件有关。

频率、温度上升，耐电压下降。

Ø试验电压：

为保证电容器的质量，要剔除那些有明显缺陷及击穿电压低的产品，选择合适的测试电压。

二.额定工作电压（UR）、试验电压（US）和击穿电压（UJ）之间的关系

Ø  试验电压与额定工作电压关系

试验电压必须选择得当，选的过高会使原来正常的电容器受到损伤。

造成隐患，降低可靠性，而选的过低又可能使一些有明显缺陷的产品不能剔除。

试验电压与额定电压的关系一般如下表:

Ø击穿电压与额定工作电压

击穿电压与额定电压的比值取决于设计和工艺，各厂产品的安全系数不一样。

可以在批量生产的产品中抽取一定数量样品，逐个测试击穿电压，然后取平均值，与额定电压比，得出这一安全系数。

三.生产工艺对耐电压的影响

1.  薄膜再分切或卷绕过程中划伤或灰尘落入。

2.  卷绕内外烫烫伤薄膜。

3.  薄膜过度受热，过度受压，芯子机械划伤。

4.  喷金粒子侵入留边或分布于芯子表面。

5.  操作失误赋能电压过高或试验电压过高。

6.高压和交流电容器芯子内部残留空气气隙引起电离。