电容生产工艺

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1、抑制电磁干扰用聚丙烯薄膜电容器（Y2类）的研制上海飞乐股份有限公司王桂英摘要：抑制电磁干扰电容器用于降低电 子、电子设备或其他其他干扰源所产生的电 磁干扰。本文主要分析了 Y2类薄膜电容器 的技术关键问题，简述了解决问题的思路及 途径，并指出该类电容器的制造工艺要点。关键词：聚丙烯薄膜电容器；抑制电磁 干扰；脉冲电压试验；损耗一. 概述随着电子科学技术的发展，家用电器和 电子产品的技术含量及复杂程度不断增加， 产生了大量的电磁辐射，使得电磁环境日益 复杂起来。电气电子产品的电磁兼容性问题 已受到各国政府和生产企业的日益重视。有 关部门作出规定：所有电子产品只有达到电 磁兼容的标准才能进入市场，

2、尤其是国际市 场。这就较大地促进了抗电磁干扰对策电子 元件与电路保护电子元件的发展。抑制电磁 干扰电容器用于电气和电子设备中，可以降 低电气电子设备或其他干扰源所产生的电 磁干扰，把电源中不需要的瞬态脉冲电压降 低到可接收的水平，其在电路中应用参见图1。1Q1唤图1.抑制电磁干扰电容器在电路中的应用抑制电磁干扰电容器执行IEC384-14国 际标准，可分为X类电容器或RC组件与Y 类电容器或RC组件。X类电容器适用在电容 器失效时不会导致电击危险的场合，跨接在 导线之间以短路平衡干扰电流。Y类电容适 用在电容器失效时会导致电击危险的场合， 跨接在导线和机箱外壳或接地之间以短路 不平衡的干扰电流

3、，我公司为了适应市场对 各类电子电气产品电磁兼容性的要求，并在 国际市场占有一席之地，于03年下半年开 始研制抑制电磁干扰用聚丙烯薄膜电容器 （Y2类）（以下简称Y2类薄膜电容器）工作。 根据国际国内法律规定，抑制电磁干扰电容 器因为与市电相连而涉及人身财产安全，必 须经过强制安全认证后才允许进入市场。我 们在研制开发Y2类薄膜电容器过程中，同 时积极开展了产品的安全检测和认证工作。二. 产品特点及技术指标、主要性能：1. 产品的技术指标.额定电压：250VAC.标称电容量：1nF47nF.使用环境温度：一40C+105C.电容器类别：Y2.损耗角正切：tg5W0.0012 （10KHz） .

4、绝缘电阻：两引出端间R15000MQ引出端与外壳间 R30000MQ2. 产品的主要性能.脉冲电压试验.Y2电容器应能承受5000V上升时间 1.21.5US的三次以上脉冲。如果波形出 现阻尼振荡，震荡的峰-峰值Upp应不大于峰图2.耐久性试验.在+105C温度和1.7Ur的电压下承受 1000h试验，每隔1小时将电压升高到1000V（有效值），持续时间0.1S。.阻燃性.针焰燃烧试验，达到IEC384一1的阻燃性C级要求。.自燃性试验每一样品应承受一个3 u F储能电容器 放电20次，放电后给被试电容器充电到电压为5000V,每两次放电之间的间隔应为 5S, 250VAC试验电压一直施加在被

5、试电容器 的两端，缠绕在电容器上的纱布应不被火焰 燃烧。三. 产品设计1. 介质材料的选择1）.根据电子电路中的情况，一般Y2 类电容器的容量取值偏小（PF-nF）、脉冲电 压偏高（5000V）、且不允许击穿失效，目前 国内大部分厂家采用两面被银瓷片焊接引 出线粉末环氧包封的瓷介电容器。因为受瓷 介电容器固有的陶瓷原材料的限制，容量温 度特性较差、损耗角正切值偏大、瓷介电容 器外形尺寸受到限制。这里讨论以有机薄膜 作为Y2类电容器介质。2）.分析比较薄膜电容器常用的介质材 料性能，参见表1。聚丙烯薄膜具有绝缘电 阻高、抗电强度大，损耗角正切小，容量和 损耗随温度和频率变化小等特点，选用聚丙 烯

6、薄膜做介质，产品容易达到安全认证的测 试要求。表1介质材料性能材料电阻率/Q.cm吸水率/ %介质损耗/ %A C/CT(C)tg 5 ftg 5 T(C)聚丙烯101810200.050.08较小较小稳定聚酯101710200.30.40.50.8很大较大不稳定内容铝锌/铝抗氧化性及防潮 性抗氧化、对潮气不敏感抗氧化性差、对潮气敏感、易被腐 蚀与喷金层的接触较差、特别对高涌电流敏感接触良好，可承受较高的电流密 度，自愈能力易于自愈，能恢复好的绝缘对于薄金属层好表2蒸发材料特点2. 产品结构Y2类薄膜电容器芯子采用聚丙烯薄膜、 金属化电极无感式卷绕构成，芯子端面喷涂 金属合金层，单向引出，以阻

7、燃性好的PBT 工程塑料做外壳，阻燃环氧树脂灌封。3. 产品工艺工艺流程卷绕一热压一掩膜一喷金一热处理一 赋能一焊接装配一环氧灌注一标志打印一 测试四. 主要技术问题及解决途径1.主要技术问题1）高压脉冲性能：Y2电容器应能承受 5000V 上升时间1.2uS的三次脉冲，监视器 显示有三次连续脉冲波形表示电容器未发 生自愈性击穿，才可认为电容器合格。这么 高的脉冲电压和电流冲击，往往使金属膜和 喷金层连接处的温度升高，芯子内部薄膜收 缩，直接影响芯子端面与喷金层的接触状 态。试验初期常出现喷金层与芯子端面断 开、tg8很大，外壳帽烟炸裂、脉冲波形 失真现象。2）耐久性试验后要求无击穿飞弧， C

8、/C10%，AtgS0.008%。试制过程中， 常发现经过1000h的高温负荷，电容器tg 5变大、电容量下降、芯子短路击穿等。2. 解决途经：根据Y2类薄膜电容器的特殊技术要 求，我们经过多次摸底对比试验，在产品结 构设计，工艺上作了改进。1）选择合适的蒸发材料及电极型式为了使薄膜进行金属化后能于喷金层 很好的结合，对铝蒸发材料和锌铝蒸发材料 特点做比较详见表2。损耗tg 6较低较大容量损失率高压、大电流下工作时容量损失 大电容量衰减变化率小喷金接触不良。卷绕机上与金属层接触的滚用锌铝蒸发膜能承受高电流密度和脉 冲电流。为了增大芯子端面与喷金层的接触 面积，可以采用将金属化层的边缘加厚的办

9、法，边缘部分的方阻小于3Q/口，内部的方 阻610Q/口，这样即提高了载流能力又不 影响自愈性能。2）芯子内串，提高击穿电场强度。Y2类电容器要承受5000V高压试验，需要增 加介质的厚度，以减少介质中薄弱点（导电 杂质或孔洞）。但是随着介质厚度的增加， 极板边缘电场的不均匀性也增大，有可能使 击穿区域以介质内部转移到边缘。因为Y2 类电容器的容量较小、电压高，要是采用较 厚的介质，极板边缘的电场回显著畸变，击 穿电场强度降低。可以采用中间留边和两边 留边型的金属化材料，芯子内部实现串联， 即可耐高电压又增加了芯子端面接触面积， 提高耐脉冲电流能力，参见图3。1-蒸发金属层2-聚丙烯薄膜图3芯

10、子结构示意图3）芯子卷绕使用具有张力自动调整功能的 自动卷绕车，可使卷绕紧密度保持一致。根 据不同的膜宽和膜厚来调整张力为合适值， 减少膜间空隙和膜的皱纹，提高电容器游离 起始电压。芯子卷绕时两张薄膜之间错开 0.60.75mm，错边过大过小都会使膜层与 轴必须清洁、运转自如，防止金属层纵向拉 伤，损耗增大。4）喷金是Y2类薄膜电容器生产的关键 工艺。若芯子端面与喷金层接触不良，经大 电流脉冲试验或冲放电后，产品会因损耗大 而发热，乃至失效。在前面已提到选用边缘 加厚的锌铝蒸发膜，所以选用纯锌材料作打 底，再喷锌锡合金线，这样锌和锌接触更好， 降低了接触电阻。喷金枪嘴与芯子端面间距 离190m

11、m，喷金气压不低于6Kg/cm2，压缩空 气要求纯净、无水和油污染。喷金层厚度通 常控制在0.350.5mm。喷金颗粒均匀较细， 使喷金材料通过扩散进入到伸出的金属膜 之间的间隙中去，保证喷金层与蒸发电极有 良好的接触5）脉冲电压的施加与测试为解决脉冲电压的测试，根据IEC384-14的 脉冲电压装置要求，改装了电容器自动分选 机，增加5000的脉冲电压测试功能，对该 电容器进行100%的筛选，剔除不合格品。我 们还自行研制开发了脉冲电压试验设备，能 对Y2类电容器进行周期试验，同时用数字 示波器进行跟综脉冲前沿波形变化，可及时 发现工艺与设计的隐患。该方法通过大量试 验数据的验证是可行的。五

12、. 试制结论根据以上Y2类薄膜电容器产品的设计， 进行了反复的工艺改进和完善，试制的样品 自己作全性能摸底试验，各项指标均达到了 产品设计要求。04年9月样品提交欧洲ENEC 认证机构及瑞典SEMK O进行试验与认证，05 年3月通过了认证试验，性能符合IEC384 -14标准的要求，部分试验数据见表3,取 得欧洲ENEC安全认证证书。产品经上海科 学技术情报研究所检索达到国内领先水平。 获得实用新型专利授权。该产品所使用的原 材料均为环保材料，产品经英国通标公司 SGS测试达到ROHS指令要求。该产品批量生 产，提供国内外客户使用，质量稳定可靠， 得到市场认可。试验项目性能要求试验结果Y2

13、=0.025呻参数（单位）标准最大值最小值气候顺序AC/C (%)W50.0940.014Atg6(X10-4)W803.92-0.14IR (MQ)N75001X1051X105稳态湿热AC/C (%)W5-0.086-0.055Atg6(X10-4)W800.480.39IR (MQ)N75001X1051X105耐久性试 验AC/C (%)W10-0.79-0.43Atg6(X10-4)W801.620.61IR (MQ)N75001X1051X105充电和放 电AC/C (%)W100.13-0.074Atg6(X10-4)W800.310.25IR (MQ)N75001X1051X1

14、05表3部分试验数据摩配点火电容器性能控制四川中星电子有限责任公司李学权用于摩托车电子配件一一电容放电式 点火器中的金属化聚酯膜点火电容器是该 类点火器的重要元件之一，其性能的优劣直 接影响点火器的寿命。与同类金属化聚酯膜 电容器相比，点火电容器的外观质量要求不 高，但其使用条件严酷、失效率较大，因此， 在点火电容器的制造过程中，对其性能的控 制尤为重要。1点火电容器在点火电路中的工作条 件及失效分析1.1点火电容器工作时的电压、电流、频率1.1.1点火电容器电路原理示意图见点尤it同图1点火电容器电路原理示意图图1中：U1由磁电机提供的充电电压U2一相位脉冲电压cx一点火电容器SCR可控硅1

15、.1.2 Upn（发动机转速）特性图见图2：图1：图2 Ujn （发动机转速）特性图图2中：Up定转速下的充电峰值 电压。当摩托车的发动机转动时，每转一周的 前半周由磁电机对点火电容器CX充电，后 半周由相位脉冲电压U2触发可控硅SCR导 通，立即通过点火线圈的初级线圈放电，同 时在点火线圈的次级线圈感应出高压电动 势，经火花塞产生点火，完成一次点火过程。 每完成一次点火过程，实际上是对点火电容 器进行一次短路放电，充电电压和放电电流 的峰值与点火器类型、摩托车的转速、点火 线圈及点火电容器的容量等有关，当摩托车 的转速达到3000rpm左右时，加到点火电容 器上的电压达到最高。据相关资料介绍， 400V1 U F点火电容器的最高工作电压为 380V左右、400V1.5UF点火电容器的最高 工作电压为300V左