关于CBB61 型薄膜电容器容量稳定性的探讨

徐 莉

（安徽铜峰电子股份有限公司，安徽 铜陵 244000）

薄膜电容器是以金属箔当电极，将其和聚乙酯、聚丙烯、聚笨乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜，从两端重叠后，卷绕成圆筒状构造的电容器。其主要应用于电子、家电、通讯、电力、电气化铁路、混合动力汽车、风力发电、太阳能发电等多个行业，这些行业的稳定发展，推动着薄膜电容器市场的增长。

CBB61型交流电动机用金属化聚丙烯膜电容器具有体积小、重量轻、价格低、损耗小、自愈效果佳等特点，适用于频率为50HZ（60HZ）交流电源供电的单向电动机的起动和运转。

本文运用电容器的理论基础，并结合十几年从事CBB61型电容器质量管理工作的实践经验，从生产现场的5M1E出发，浅谈如何提高该类电容器的容量稳定性。

一、CBB61型薄电容器生产工艺流程

CBB61型电容器的工艺流程为：

卷绕→予压扁→热处理→喷金→赋能→半成品测试→焊接→组装→灌注→老练→成品测试→印字→包装入库

其中，卷绕、热处理、喷金、成品测试均为关键工序，它们对产品质量起着决定性的作用。

二、金属化膜材料的选择

2.1 金属化膜镀层材料的选择

金属化膜是利用高真空蒸镀技术，在有机薄膜表面蒸镀一层铝、锌或锌铝复合金属薄层而制成的。

金属化膜的镀层有铝、锌或锌铝合金。这些金属材料的选用对电容器容量衰减起着很重要的作用，下面就各种材料的优缺点作一简要分析。

（1）铝金属化膜

镀Al的金属化膜制作成电容器后，在运行中由于热电效应，镀层极易脱落，导致容量下降；相反，Al金属与薄膜的结合强度很好，远远强于镀Zn金属层，其容量衰减是因为电容器在工作时，在电场作用下，很容易局部放电，造成Al镀层的氧化而生成Al2O3，而该物质是不导电的，故而相当于金属极板面积减少，造成容量衰减。

（2）锌金属化膜

镀Zn金属的金属化膜，其容量衰减几乎没有，但是在空气中极易氧化，因此，锌金属化膜也不是我们的理想材料。

（3）锌铝金属化膜

锌和铝比较：抗氧化性不一样，锌的化学活性比铝的强，氧化物分别是ZnO和Al2O3。ZnO是半导体物质，而Al2O3不导电，而且表面的Al2O3能阻止内层的金属进一步氧化。因此，锌铝结合在一起是最佳的选择。

Zn-Al复合膜可以改善上述两种膜的缺点，最下面镀一层Al（不是纯铝，而是AL的比率较高）有利于与基膜的结合，中间一层Zn是主要成分，最上面一层Al是主要成分，可以生成AL2O3这种致密的保护膜，防止内层被氧化，减少电容器容量的衰减，达到稳定电容量和防氧化的双重功效。

因此，该种膜成为我们稳定CBB61型薄膜电容器容量的理想选材。

2.2 金属化膜镀层方阻的选择

（1）镀层方阻的概念

金属化膜表面的金属镀层非常薄，薄到不易测量，因此我们一般用镀层方阻值间接地表达镀层的厚度。方阻值是指单位面积上的电阻数值。

（2）镀层方阻值的选择

方阻值作为金属化膜重要的参数与电容器的容量损失有密切的关系。如何确定最佳方阻值，不仅涉及到材料的性能、薄膜的厚度、蒸镀的工艺，而且还与电容器的制造、用途等诸多环节有关。其中有两个环节必须满足：薄膜电容器要能正常自愈；实现锌铝膜容量损失最小。文献[1]中以铝含量18%的锌铝膜电容器测得的容量损失如下图：

图1 容量损失与镀层方阻的关系

参照国外资料，并结合国产化材料性能，最佳镀层方阻值的选择为：Ω/□（边缘加厚区）；Ω/□（非边缘加厚区）。

（3）锌铝比例的控制

从金属化锌铝膜的界面来看，它有三个区域：界面区、中间区和表面区。

锌、铝的比例多少为最佳呢？有研究表明，铝的含量（质量分数）在18~25%为最佳，可以更好地保证电容器容量的稳定性。

三、卷绕工序的相关要求

3.1 卷绕材料的选取

对于客户给定的条件，我们要设计出合理的产品来，既要满足他们的质量要求，又要考虑内在的成本控制。

此时，我们对聚丙烯基膜的要求为厚薄均匀性好，此外还要求热收缩率不宜过大、张力均匀，这样热处理后的CBB61型电容器容量才稳定。

热处理的温度确定也非常重要，因为薄膜的热收缩率随温度变化会出现较大差异。

薄膜的热收缩率随着温度变化而变化，呈现出较为明显的趋势，如下图:

因此，薄膜的选取对容量的稳定起着关键性的作用。我们尽可能地选取MD小于2.5%、TD小于0.3%的薄膜作为CBB61型产品的原材料。

3.2 卷绕圈数的设定

选定好所用的金属化膜后，接下来就要计算卷绕所用的圈数，圈数的多少直接决定电容器极板面积大小。

理论计算出的卷绕圈数为参考值，具体情况还要视卷绕时的张力和容量而定，一般情况下实际圈数比计算值要少10-20圈左右。

3.3 卷绕容量范围的设定

要对卷绕出的第一个产品进行容量测量，卷绕出的产品容量实际测试值比标称值小5-10个百分点左右，视产品大小而定。

针对每一对金属化膜（金属化膜都是配对使用），我们都要对产品进行予压扁，然后根据予压扁的结果及时调整卷绕时的实际容量范围，这个实际值的调整就是通过改变卷绕圈数来实现的。

卷绕出的实际容量还与卷绕出的产品芯子张力大小有关，张力越大的产品在后期热处理过程中容量增长反而小。

3.4 卷绕机台的选取

同一规格的产品尽可能选择同一台机器进行加工，这样才能保证卷绕出的产品芯子不受机台基准张力影响，从而保证了产品容量的一致性。

3.5 操作人员的配置

卷绕工序作为CBB61型电容器生产的关键工序，操作人员一定要具有丰富的实践经验、勤劳好学、责任心强等基本素质，并且有配套的管理措施，否则易造成大量废品的产生。

四、热处理工序的注意事项

4.1 工艺的选取

CBB61型产品的热处理有不同的方法，首先方法的正确选取是决定产品容量一致增长的首要条件。

（1）平板硫化机压扁

平板硫化机下进行的热压扁产量高，但因受到薄膜厚薄不均、卷绕张力等因素影响易造成容量增长不一致，我们尽可能地少用。

（2）夹具压扁

通常我们采用夹具压扁，这种压扁方式不仅使容量稳定增长，也对产品其它方面的性能有着明显的影响，对提高产品质量有非常好的效果。这种方式下易出精品，但生产效率较低下、生产流程长、成本高。

根据产品容量大小制定出合理的热处理温度，以保证产品容量的良好增长。

4.2 材料的分类

产品进行热处理时，尽可能地将同一卷绕人员、同一台卷绕机、同一批薄膜卷制的产品放置一个烘箱内，以保证产品容量增长的一致性。

此外，同一烘箱内要保持良好的空气流动，以维持温度的均衡。

五、其它方面要求

5.1 缩短生产流程

CBB61型电容器在整个制作过程中，要注意生产流程的缩短，尽可能控制在3个工作日内完成，以防止电容器因灰尘、水分而引起电容器金属材料部分的氧化等现象导致废品。

5.2 焊接过程的控制

焊接时的温度、时间、压力等工艺参数的控制要符合工艺要求，不得烫伤金属化膜，否则易导致产品容量的衰减。

5.3 老练过程的温度控制

CBB61型产品在灌注后要进行加热固化，此时的固化温度不宜过高，否则容易引起塑料外壳的变形，并导致产品容量的变化。

5.4 成品测试条件的控制

成品测试时的电压过高、时间过长、测试频率的变化等都易导致电容器的发热和容量不稳定，影响产品容量的稳定。

5.5 测试仪表的精确性

卷绕、半成品测试、成品测试的仪表都要定期进行校验，预防因测试仪表的误差造成大量容量不合格品。

六、结论

本文通过对CBB61型薄膜电容器容量稳定性的理论分析，确定了影响容量的主要因素，并以CBB61-450V-1μF典型产品为例，通过各种科学的方法论证了影响产品容量稳定性的诸多原因，并提出了解决方案。

根据以上分析和论证得出如下结论：

（1）薄膜的厚薄均匀性对CBB61型产品容量的控制起着决定性的作用。

（2）选取纵、横向热收缩率小的薄膜有利于产品容量稳定性的控制。

（3）选取锌铝金属化膜能有效地防止产品容量的衰减。

（4）选取合理的镀层方阻值：Ω/□（边缘加厚区）；Ω/□（非边缘加厚区）。在此范围内选择金属化膜可有效地防止电容器容量的衰减。

（5）卷绕工序的圈数多少直接决定电容器容量的大小。

（6）金属化膜、卷绕机的张力大小影响卷绕半成品张力的大小，这会使得卷绕出来的产品芯子在测试时显示出不同的容量值，并影响热处理过程中的容量增长。

（7）热处理过程中的方法、温度、受热均匀与否是决定容量增长一致性的关键所在。

（8）缩短生产流程、焊接时不得烫伤金属化膜、老练温度不宜过高、成品测试时电压和时间不得过高或过长、测试容量的仪表的精确性等等因素都会对产品容量的稳定性产生影响。

综上所述，影响产品容量的关键材料有薄膜和金属化膜，关键的工序有卷绕和热处理。选取满足要求的材料，严格执行工艺参数，就能得到质量稳定性和一致性非常好的产品，也是实现优质高产的最佳途径。

通过不断的试验和研究，我们生产的CBB61型薄膜电容器容量稳定性已得到很大的提高，未再发生批量性质量事故，达到了以质取胜的良好效果。

[1]冯锦华.如何选择金属化锌铝膜的方阻值[J].电子元件与材料，1997,(2):53.

[2]王振东.金属化薄膜电容器损耗的工艺研究[D].南京：南京理工大学研究生院，2008.

[3]Q/ATXT02028-2005,电容器用双轴定向聚丙烯薄膜[S].安徽铜峰电子股份有限公司企业标准，2005-10-01.

[4]GB/T24123-2009,电容器用金属化薄膜[S].中华人民共和国国家标准，2009-06-10.