新型雙面金屬化膜箔式電容器的研究

廈門法拉電子股份有限公司 潘啟平

1.引言

薄膜電容器是電子整機(jī)和電器、電力設(shè)備必不可少的基礎(chǔ)元件，廣泛應(yīng)用于音像設(shè)備、家用電器、汽車電子、電器設(shè)備等領(lǐng)域。隨著電子工業(yè)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，薄膜電容器的市場需求越來越大，對(duì)電容器的結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能、可靠性水平，以及耐壓、耐流、高頻損耗等性能指標(biāo)提出了越來越高的要求。以鋁箔為電極的電容器，具有端面接觸好，流通電流大的特點(diǎn)，鋁箔和單面金屬化薄膜為結(jié)構(gòu)的電容器在市場上使用多年，應(yīng)用廣泛，性能穩(wěn)定，但隨著鍍膜工藝的發(fā)展，近年來，開發(fā)了薄膜上雙面蒸鍍金屬的工藝，雙面鍍金屬的薄膜與單面鍍薄膜相比，具有流通電流更大的特點(diǎn)。筆者根據(jù)鋁箔和雙面鍍金屬的薄膜具有的上述特點(diǎn)，開發(fā)出一款可以承受大電流，高dV/dt、低損耗的電容器。

2.電容器的構(gòu)造及原理

2.1 雙面鍍金屬化薄膜

圖1

圖2 電容器結(jié)構(gòu)

圖3 電容內(nèi)部芯子構(gòu)造圖

圖4 電容器表面溫升測試圖

圖5 電容器表面溫升測試圖

金屬化薄膜，是在真空條件及高溫下，將金屬蒸發(fā)為氣體沉積在薄膜基材的表面而形成復(fù)合薄膜的一種工藝。根據(jù)電容器的設(shè)計(jì)參數(shù)要求，如耐電壓，耐電流值，調(diào)整金屬層厚度，薄膜上的金屬層厚度一般是幾十納米。如圖1所示，在薄膜的雙面上蒸鍍金屬，比單面鍍薄膜增加了電流流過的橫截面積，因此在單位時(shí)間內(nèi)流過的電流更大[1]。

2.2 電容器的結(jié)構(gòu)

從圖2可以看出：

1)為電容器芯子是由金屬化薄膜，鋁箔，或者薄膜根據(jù)電容器的設(shè)計(jì)由機(jī)器卷繞而成。

2)為引出線，是由焊接機(jī)焊接在噴金層面上，安裝在電路板上。

3)為環(huán)氧樹脂，包封電容器芯子，避免空氣濕氣進(jìn)入電容器芯子內(nèi)部，也有阻燃作用。

4)為噴金層即金屬顆粒層，經(jīng)過特殊的工藝，粘附在芯子端面，介于芯子端面和引線之間，起連接二者，導(dǎo)通電流的作用。

5)為塑料外殼，固定電容器外形尺寸，有阻燃作用。

2.3 內(nèi)部芯子結(jié)構(gòu)

圖3中，鋁箔做為外電極，雙面金屬化薄膜是內(nèi)電極，聚丙烯薄膜做介質(zhì)。此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，鋁箔做外電極，與端面接觸好，耐大電流，抗脈沖能力強(qiáng)；雙面金屬化做內(nèi)電極，增加了電流的橫截面積，流通大電流，并 且金屬化薄膜具有自愈性，可恢復(fù)性，不易電暈，耐高交流電壓的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)上，內(nèi)部芯子設(shè)計(jì)為內(nèi)串式，即兩個(gè)電容串聯(lián)在芯子內(nèi)部，此設(shè)計(jì)可以承受更高的直流和交流電壓。

2.4 工藝制造過程

工藝制造過程簡圖如圖4。

薄膜和鋁箔為原材料在機(jī)器上卷繞成圓柱體，在一定的溫度、壓力、時(shí)間的條件下熱壓成扁形的芯子，然后用紙膠帶包住電容器芯子，只露出芯子端面，在露出的端面上噴金屬，利于引線焊接在端面上，噴金完的電容器芯子在一定的溫度和時(shí)間下，進(jìn)行熱處理，除去電容器內(nèi)部的濕氣，然后在機(jī)器上焊接引線，裝上塑料外殼，灌封環(huán)氧樹脂，填充整個(gè)外殼，在組裝機(jī)內(nèi)進(jìn)行預(yù)烘，保證環(huán)氧料干燥，再進(jìn)行外觀檢查，檢查出歪腳，毛刺，外觀環(huán)氧，腳距不符合的產(chǎn)品，外觀合格的產(chǎn)品進(jìn)行后固化，使環(huán)氧樹脂固化，電容器性能更加穩(wěn)定，然后在電容器側(cè)面打印標(biāo)志，再進(jìn)行電參數(shù)測試，檢驗(yàn)，最后包裝、發(fā)貨。

表1 典型容量的電流值

表2 dV/dt值

表3 性能參數(shù)

3.相關(guān)實(shí)驗(yàn)

額定電流是由擊穿模式?jīng)Q定的脈沖電流(峰值電流，即由dV/dt所限制的)和連續(xù)電流(以峰峰值或有效值表示)組成，當(dāng)使用時(shí)，需確認(rèn)這兩個(gè)電流都在允許范圍之內(nèi)。

3.1 連續(xù)電流

由于電容器存在損耗，在高頻或高脈沖條件下使用時(shí)，通過電容器的脈沖(或交流)電流會(huì)使電容器自身發(fā)熱，使電容器的溫度升高。通過監(jiān)測電容器表面溫度的變化，來測試流經(jīng)電容器的電流。電容器表面溫升的測試方法如圖5。

在環(huán)境溫度是常溫下，測試典型頻率下典型容量的電流值發(fā)(如表1)。

3.2 dV/dt值

通過電容器的脈沖(或交流)電流等于電容量C與電壓上升速率的乘積，即I[2]=C×dV/dt，從此公式可以看出dV/dt是描述瞬間脈沖電流的參數(shù)，dV/dt值大，說明承受瞬間脈沖電流的能力比較強(qiáng)。

4.產(chǎn)品參數(shù)

經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此款電容器不僅有良好的電流，抗脈沖特性，還滿足以下性能參數(shù)，如表3所示。

5.結(jié)語

此款電容不僅具有箔式電容耐大電流以及端面接觸好，抗脈沖能力強(qiáng)，高dV/dt值的特點(diǎn)，也具有金屬化膜的可自愈性，不容易電暈，耐高電壓，耐大電流的特點(diǎn)，可以應(yīng)用在不同交流電壓，高頻大脈沖，大電流的場合，目前已經(jīng)在市場上投入使用，性能良好，可以滿足客戶端的要求。

[1]包興,胡明.電子器件導(dǎo)論[M].北京理工大學(xué)出版,2001.

[2]陳季丹,劉子玉.電介質(zhì)物理學(xué)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1982.

[3]GB/T 2693-2001電子設(shè)備用固定電容器(第1部分):總規(guī)范[S].