關(guān)于CBB61 型薄膜電容器容量穩(wěn)定性的探討

徐 莉

（安徽銅峰電子股份有限公司，安徽 銅陵 244000）

薄膜電容器是以金屬箔當(dāng)電極，將其和聚乙酯、聚丙烯、聚笨乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜，從兩端重疊后，卷繞成圓筒狀構(gòu)造的電容器。其主要應(yīng)用于電子、家電、通訊、電力、電氣化鐵路、混合動力汽車、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等多個(gè)行業(yè)，這些行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，推動著薄膜電容器市場的增長。

CBB61型交流電動機(jī)用金屬化聚丙烯膜電容器具有體積小、重量輕、價(jià)格低、損耗小、自愈效果佳等特點(diǎn)，適用于頻率為50HZ（60HZ）交流電源供電的單向電動機(jī)的起動和運(yùn)轉(zhuǎn)。

本文運(yùn)用電容器的理論基礎(chǔ)，并結(jié)合十幾年從事CBB61型電容器質(zhì)量管理工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從生產(chǎn)現(xiàn)場的5M1E出發(fā)，淺談如何提高該類電容器的容量穩(wěn)定性。

一、CBB61型薄電容器生產(chǎn)工藝流程

CBB61型電容器的工藝流程為：

卷繞→予壓扁→熱處理→噴金→賦能→半成品測試→焊接→組裝→灌注→老練→成品測試→印字→包裝入庫

其中，卷繞、熱處理、噴金、成品測試均為關(guān)鍵工序，它們對產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性的作用。

二、金屬化膜材料的選擇

2.1 金屬化膜鍍層材料的選擇

金屬化膜是利用高真空蒸鍍技術(shù)，在有機(jī)薄膜表面蒸鍍一層鋁、鋅或鋅鋁復(fù)合金屬薄層而制成的。

金屬化膜的鍍層有鋁、鋅或鋅鋁合金。這些金屬材料的選用對電容器容量衰減起著很重要的作用，下面就各種材料的優(yōu)缺點(diǎn)作一簡要分析。

（1）鋁金屬化膜

鍍Al的金屬化膜制作成電容器后，在運(yùn)行中由于熱電效應(yīng)，鍍層極易脫落，導(dǎo)致容量下降；相反，Al金屬與薄膜的結(jié)合強(qiáng)度很好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于鍍Zn金屬層，其容量衰減是因?yàn)殡娙萜髟诠ぷ鲿r(shí)，在電場作用下，很容易局部放電，造成Al鍍層的氧化而生成Al2O3，而該物質(zhì)是不導(dǎo)電的，故而相當(dāng)于金屬極板面積減少，造成容量衰減。

（2）鋅金屬化膜

鍍Zn金屬的金屬化膜，其容量衰減幾乎沒有，但是在空氣中極易氧化，因此，鋅金屬化膜也不是我們的理想材料。

（3）鋅鋁金屬化膜

鋅和鋁比較：抗氧化性不一樣，鋅的化學(xué)活性比鋁的強(qiáng)，氧化物分別是ZnO和Al2O3。ZnO是半導(dǎo)體物質(zhì)，而Al2O3不導(dǎo)電，而且表面的Al2O3能阻止內(nèi)層的金屬進(jìn)一步氧化。因此，鋅鋁結(jié)合在一起是最佳的選擇。

Zn-Al復(fù)合膜可以改善上述兩種膜的缺點(diǎn)，最下面鍍一層Al（不是純鋁，而是AL的比率較高）有利于與基膜的結(jié)合，中間一層Zn是主要成分，最上面一層Al是主要成分，可以生成AL2O3這種致密的保護(hù)膜，防止內(nèi)層被氧化，減少電容器容量的衰減，達(dá)到穩(wěn)定電容量和防氧化的雙重功效。

因此，該種膜成為我們穩(wěn)定CBB61型薄膜電容器容量的理想選材。

2.2 金屬化膜鍍層方阻的選擇

（1）鍍層方阻的概念

金屬化膜表面的金屬鍍層非常薄，薄到不易測量，因此我們一般用鍍層方阻值間接地表達(dá)鍍層的厚度。方阻值是指單位面積上的電阻數(shù)值。

（2）鍍層方阻值的選擇

方阻值作為金屬化膜重要的參數(shù)與電容器的容量損失有密切的關(guān)系。如何確定最佳方阻值，不僅涉及到材料的性能、薄膜的厚度、蒸鍍的工藝，而且還與電容器的制造、用途等諸多環(huán)節(jié)有關(guān)。其中有兩個(gè)環(huán)節(jié)必須滿足：薄膜電容器要能正常自愈；實(shí)現(xiàn)鋅鋁膜容量損失最小。文獻(xiàn)[1]中以鋁含量18%的鋅鋁膜電容器測得的容量損失如下圖：

圖1 容量損失與鍍層方阻的關(guān)系

參照國外資料，并結(jié)合國產(chǎn)化材料性能，最佳鍍層方阻值的選擇為：Ω/□（邊緣加厚區(qū)）；Ω/□（非邊緣加厚區(qū)）。

（3）鋅鋁比例的控制

從金屬化鋅鋁膜的界面來看，它有三個(gè)區(qū)域：界面區(qū)、中間區(qū)和表面區(qū)。

鋅、鋁的比例多少為最佳呢？有研究表明，鋁的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在18~25%為最佳，可以更好地保證電容器容量的穩(wěn)定性。

三、卷繞工序的相關(guān)要求

3.1 卷繞材料的選取

對于客戶給定的條件，我們要設(shè)計(jì)出合理的產(chǎn)品來，既要滿足他們的質(zhì)量要求，又要考慮內(nèi)在的成本控制。

此時(shí)，我們對聚丙烯基膜的要求為厚薄均勻性好，此外還要求熱收縮率不宜過大、張力均勻，這樣熱處理后的CBB61型電容器容量才穩(wěn)定。

熱處理的溫度確定也非常重要，因?yàn)楸∧さ臒崾湛s率隨溫度變化會出現(xiàn)較大差異。

薄膜的熱收縮率隨著溫度變化而變化，呈現(xiàn)出較為明顯的趨勢，如下圖:

因此，薄膜的選取對容量的穩(wěn)定起著關(guān)鍵性的作用。我們盡可能地選取MD小于2.5%、TD小于0.3%的薄膜作為CBB61型產(chǎn)品的原材料。

3.2 卷繞圈數(shù)的設(shè)定

選定好所用的金屬化膜后，接下來就要計(jì)算卷繞所用的圈數(shù)，圈數(shù)的多少直接決定電容器極板面積大小。

理論計(jì)算出的卷繞圈數(shù)為參考值，具體情況還要視卷繞時(shí)的張力和容量而定，一般情況下實(shí)際圈數(shù)比計(jì)算值要少10-20圈左右。

3.3 卷繞容量范圍的設(shè)定

要對卷繞出的第一個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行容量測量，卷繞出的產(chǎn)品容量實(shí)際測試值比標(biāo)稱值小5-10個(gè)百分點(diǎn)左右，視產(chǎn)品大小而定。

針對每一對金屬化膜（金屬化膜都是配對使用），我們都要對產(chǎn)品進(jìn)行予壓扁，然后根據(jù)予壓扁的結(jié)果及時(shí)調(diào)整卷繞時(shí)的實(shí)際容量范圍，這個(gè)實(shí)際值的調(diào)整就是通過改變卷繞圈數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

卷繞出的實(shí)際容量還與卷繞出的產(chǎn)品芯子張力大小有關(guān)，張力越大的產(chǎn)品在后期熱處理過程中容量增長反而小。

3.4 卷繞機(jī)臺的選取

同一規(guī)格的產(chǎn)品盡可能選擇同一臺機(jī)器進(jìn)行加工，這樣才能保證卷繞出的產(chǎn)品芯子不受機(jī)臺基準(zhǔn)張力影響，從而保證了產(chǎn)品容量的一致性。

3.5 操作人員的配置

卷繞工序作為CBB61型電容器生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，操作人員一定要具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、勤勞好學(xué)、責(zé)任心強(qiáng)等基本素質(zhì)，并且有配套的管理措施，否則易造成大量廢品的產(chǎn)生。

四、熱處理工序的注意事項(xiàng)

4.1 工藝的選取

CBB61型產(chǎn)品的熱處理有不同的方法，首先方法的正確選取是決定產(chǎn)品容量一致增長的首要條件。

（1）平板硫化機(jī)壓扁

平板硫化機(jī)下進(jìn)行的熱壓扁產(chǎn)量高，但因受到薄膜厚薄不均、卷繞張力等因素影響易造成容量增長不一致，我們盡可能地少用。

（2）夾具壓扁

通常我們采用夾具壓扁，這種壓扁方式不僅使容量穩(wěn)定增長，也對產(chǎn)品其它方面的性能有著明顯的影響，對提高產(chǎn)品質(zhì)量有非常好的效果。這種方式下易出精品，但生產(chǎn)效率較低下、生產(chǎn)流程長、成本高。

根據(jù)產(chǎn)品容量大小制定出合理的熱處理溫度，以保證產(chǎn)品容量的良好增長。

4.2 材料的分類

產(chǎn)品進(jìn)行熱處理時(shí)，盡可能地將同一卷繞人員、同一臺卷繞機(jī)、同一批薄膜卷制的產(chǎn)品放置一個(gè)烘箱內(nèi)，以保證產(chǎn)品容量增長的一致性。

此外，同一烘箱內(nèi)要保持良好的空氣流動，以維持溫度的均衡。

五、其它方面要求

5.1 縮短生產(chǎn)流程

CBB61型電容器在整個(gè)制作過程中，要注意生產(chǎn)流程的縮短，盡可能控制在3個(gè)工作日內(nèi)完成，以防止電容器因灰塵、水分而引起電容器金屬材料部分的氧化等現(xiàn)象導(dǎo)致廢品。

5.2 焊接過程的控制

焊接時(shí)的溫度、時(shí)間、壓力等工藝參數(shù)的控制要符合工藝要求，不得燙傷金屬化膜，否則易導(dǎo)致產(chǎn)品容量的衰減。

5.3 老練過程的溫度控制

CBB61型產(chǎn)品在灌注后要進(jìn)行加熱固化，此時(shí)的固化溫度不宜過高，否則容易引起塑料外殼的變形，并導(dǎo)致產(chǎn)品容量的變化。

5.4 成品測試條件的控制

成品測試時(shí)的電壓過高、時(shí)間過長、測試頻率的變化等都易導(dǎo)致電容器的發(fā)熱和容量不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品容量的穩(wěn)定。

5.5 測試儀表的精確性

卷繞、半成品測試、成品測試的儀表都要定期進(jìn)行校驗(yàn)，預(yù)防因測試儀表的誤差造成大量容量不合格品。

六、結(jié)論

本文通過對CBB61型薄膜電容器容量穩(wěn)定性的理論分析，確定了影響容量的主要因素，并以CBB61-450V-1μF典型產(chǎn)品為例，通過各種科學(xué)的方法論證了影響產(chǎn)品容量穩(wěn)定性的諸多原因，并提出了解決方案。

根據(jù)以上分析和論證得出如下結(jié)論：

（1）薄膜的厚薄均勻性對CBB61型產(chǎn)品容量的控制起著決定性的作用。

（2）選取縱、橫向熱收縮率小的薄膜有利于產(chǎn)品容量穩(wěn)定性的控制。

（3）選取鋅鋁金屬化膜能有效地防止產(chǎn)品容量的衰減。

（4）選取合理的鍍層方阻值：Ω/□（邊緣加厚區(qū)）；Ω/□（非邊緣加厚區(qū)）。在此范圍內(nèi)選擇金屬化膜可有效地防止電容器容量的衰減。

（5）卷繞工序的圈數(shù)多少直接決定電容器容量的大小。

（6）金屬化膜、卷繞機(jī)的張力大小影響卷繞半成品張力的大小，這會使得卷繞出來的產(chǎn)品芯子在測試時(shí)顯示出不同的容量值，并影響熱處理過程中的容量增長。

（7）熱處理過程中的方法、溫度、受熱均勻與否是決定容量增長一致性的關(guān)鍵所在。

（8）縮短生產(chǎn)流程、焊接時(shí)不得燙傷金屬化膜、老練溫度不宜過高、成品測試時(shí)電壓和時(shí)間不得過高或過長、測試容量的儀表的精確性等等因素都會對產(chǎn)品容量的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

綜上所述，影響產(chǎn)品容量的關(guān)鍵材料有薄膜和金屬化膜，關(guān)鍵的工序有卷繞和熱處理。選取滿足要求的材料，嚴(yán)格執(zhí)行工藝參數(shù)，就能得到質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性非常好的產(chǎn)品，也是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的最佳途徑。

通過不斷的試驗(yàn)和研究，我們生產(chǎn)的CBB61型薄膜電容器容量穩(wěn)定性已得到很大的提高，未再發(fā)生批量性質(zhì)量事故，達(dá)到了以質(zhì)取勝的良好效果。

[1]馮錦華.如何選擇金屬化鋅鋁膜的方阻值[J].電子元件與材料，1997,(2):53.

[2]王振東.金屬化薄膜電容器損耗的工藝研究[D].南京：南京理工大學(xué)研究生院，2008.

[3]Q/ATXT02028-2005,電容器用雙軸定向聚丙烯薄膜[S].安徽銅峰電子股份有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2005-10-01.

[4]GB/T24123-2009,電容器用金屬化薄膜[S].中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，2009-06-10.