薄膜電容冷壓工藝及關(guān)鍵技術(shù)

鄭海紅，辛 偉，石 揚(yáng)

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原 030024)

電子元器件中的薄膜電容器常見生產(chǎn)工藝流程為：卷繞、冷壓（或熱壓）、預(yù)編帶、噴金、焊接、封裝、分選和打標(biāo)等。其中的冷壓工藝自動化程度低，很多廠家依靠人工或半自動化設(shè)備來完成，生產(chǎn)效率低，質(zhì)量難以保證。生產(chǎn)廠家為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，亟需一種高性價(jià)比的自動化冷壓設(shè)備。由中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所研制的薄膜電容自動冷壓機(jī)實(shí)現(xiàn)了薄膜電容自動冷壓，無需人工干預(yù)，最高速度500只/min，滿足了生產(chǎn)廠家需求。

1 冷壓工藝

冷壓工藝是在一定壓力下將卷繞芯子壓扁，一是為后道工序制作做準(zhǔn)備，二是可以提高芯子緊密度，改善電容器電氣性能。冷壓過緊，壓扁后的芯子端面不呈直立狀，不利于噴金時(shí)金屬顆粒滲透到因錯(cuò)邊而形成的“口袋”里，噴金層的接觸牢度下降，如金屬化膜被損傷，電容器的各項(xiàng)電性能下降。冷壓過松，芯子不能完全定型，與芯子端面金屬化層接觸的噴金層因焊接壓力而易松動，產(chǎn)品的接觸損耗大，同時(shí)加大產(chǎn)品的其它電參數(shù)的控制難度。

2 薄膜電容冷壓機(jī)工作流程

薄膜電容冷壓機(jī)主要是把卷繞后的柱型電容芯子壓扁（如圖1所示）。

圖1 電容經(jīng)過冷壓形態(tài)圖

其工作流程為：卷繞后的電容芯子通過振動料盤按照固定的方向排成一排上到傳送吸盤接口，吸盤吸取電容芯子轉(zhuǎn)過一定角度，把料送到冷壓柱下，冷壓柱下落，帶電容芯子到冷壓工位，液壓系統(tǒng)控制壓頭（壓頭的壓力根據(jù)工藝進(jìn)行設(shè)定）壓緊電容芯子后，再將其帶到下料工位下料，見圖2。

圖2 電容冷壓流程工位示意圖

3 關(guān)鍵技術(shù)及解決方案

3.1 不同直徑的電容芯子上料技術(shù)

由于每一批來料的電容芯子尺寸不同（芯子直徑從3～8 mm，芯子長度5～7.5 mm），因此，將尺寸不同的芯子順暢地傳送到冷壓工位是實(shí)現(xiàn)整機(jī)功能的一個(gè)先決條件。

根據(jù)芯子的直徑，將圖2中的吸料盤分制為5種。如圖3，每種料盤的尺寸R、A、B、B1均不相同，以適應(yīng)不同芯子的上料。每個(gè)料盤上有多組真空吸孔，上料時(shí)，吸孔與負(fù)壓腔相通，吸附芯子送到冷壓盤下；在冷壓盤與吸盤交換工位處，吸孔與負(fù)壓腔斷開，迅速與大氣相通加快釋放速度。

圖3 吸盤尺寸示意圖

當(dāng)來料尺寸變化時(shí)，可通過擰下螺釘1（如圖4）快速更換料盤進(jìn)行生產(chǎn)，此設(shè)計(jì)調(diào)整方便快捷，可有效減少輔助時(shí)間。

圖4 吸盤安裝示意圖

吸盤上設(shè)有16個(gè)工位，使得整機(jī)自動工作時(shí)，各動作并行進(jìn)行，提高效率。

3.2 電容芯子在冷壓盤上的傳送技術(shù)

在冷壓盤上，完成了電容芯子在吸盤與冷壓盤之間的轉(zhuǎn)換、預(yù)壓、冷壓及下料。那么，如何在不更換配件的條件下，完成不同尺寸（一是電容芯子的直徑尺寸不同，二是電容芯子冷壓前后的電容尺寸也不相同）電容在各個(gè)工位間的傳送是本機(jī)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

如圖5所示，采用凸輪帶動壓料柱升降，依靠壓料柱重力所產(chǎn)生的摩擦力完成傳送的方法來解決這一關(guān)鍵問題。壓料柱與電容支撐盤之間的間隙大小由圓柱形凸輪上的曲面控制。柱形凸輪的曲線展開圖見圖6。在曲線的A、E段，如果吸盤上沒有料傳送上來，壓料柱沿凸輪的曲面運(yùn)動，此時(shí)壓料柱與電容支撐盤之間有幾百微米的間隙；如果有料傳送到冷壓盤上，壓料柱將與凸輪曲面脫離，壓料柱靠重力將電容芯子壓到電容支撐盤上表面完成到預(yù)壓、冷壓及下料工位間的傳送。在曲線B段，壓料柱沿凸輪曲面運(yùn)動，向上抬升，完成下料。在曲線C段，壓料柱處于最高點(diǎn)，準(zhǔn)備接收吸盤的來料。在曲線的D段，壓料柱沿凸輪的曲面下降，完成電容芯子在吸盤和冷壓盤間的位置轉(zhuǎn)換，此段設(shè)計(jì)了可調(diào)整凸輪曲線高度機(jī)構(gòu)，以保證尺寸不同的電容芯子均能在不更換配件的情況下，通過簡單調(diào)整完成兩盤間的過渡。

圖5 冷壓盤示意圖

圖6 凸輪曲線展開圖

3.3 冷壓技術(shù)

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，采用不同薄膜及卷繞排布方式的電容的冷壓壓力不同，最終的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)為單位面積上所承受的壓力。電容冷壓的過松過緊都會影響其性能，因此，控制好冷壓壓力至關(guān)重要。

冷壓電容所需壓力F計(jì)算公式為：

其中：

F——冷壓電容所需壓力，根據(jù)工藝參數(shù)選取；

P——電容單位面積所需壓力；

S——電容承壓面積；

L——電容芯子周長；

B——纏繞電容芯子所用的膜寬；

C——膜與膜間的偏移量。

如圖7所示，壓頭由偏心輪帶動連桿拉動杠桿式壓頭完成壓料動作。冷壓壓力通過調(diào)節(jié)壓力室內(nèi)的彈簧的伸縮量來調(diào)節(jié)，主要原理：通過公式1計(jì)算得出冷壓電容所需壓力（即壓頭上所需壓力），再換算到彈簧壓力室側(cè)，然后，利用手動液壓泵對千斤頂加壓，使千斤頂閥芯上升，推動壓力室下蓋向上運(yùn)動，壓縮彈簧，直到彈簧所產(chǎn)生的彈力能夠滿足壓料壓力（如圖8）。針對電容種類繁多，所需壓力不盡相同，我們制作了幾種不同絲徑尺寸的彈簧，并對其生產(chǎn)成型后的彈力系數(shù)進(jìn)行測定，分別得出相應(yīng)彈簧的彈力與壓縮量的比例圖，這樣，通過簡單的觀察比例圖就能查出所需壓力的彈簧壓縮量，再根據(jù)此壓縮量調(diào)整壓力室上、下蓋錯(cuò)位差即可。

另外，在冷壓前，先對電容進(jìn)行了預(yù)壓，主要是使電容在真正的冷壓前形成扁平的形狀，以達(dá)到更好的冷壓效果。

圖7 冷壓結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 壓力室結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 歷史參數(shù)表

圖7 參數(shù)搜索

4 結(jié)束語

此信息化系統(tǒng)已經(jīng)于中國電子科技集團(tuán)公司第十二研究所電鍍車間正常使用。相比于舊式手工記錄電鍍工作情況來說，新型的信息化系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的記錄整個(gè)生產(chǎn)線的工作狀態(tài)和參數(shù)，并且由于數(shù)據(jù)庫的建立，可以根據(jù)電鍍工件情況改進(jìn)電鍍工藝，同時(shí)在生產(chǎn)管理方面能準(zhǔn)確記錄操作情況，提高生產(chǎn)管理效率。

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