介質(zhì)材料的選定 - 新型耐高溫金屬化聚丙烯膜材料的設(shè)計方案

　　聚丙烯材料以其介質(zhì)損耗低，穩(wěn)定性好，體積電阻率高，吸水率低，熱收縮率小等特點，比較適合用在交流與脈沖應(yīng)用場合。目前聚丙烯膜根據(jù)不同的使用要求，分為普通聚聚丙烯膜，高溫聚丙烯膜，現(xiàn)把它們的性能對比見表1、表2.

　　根據(jù)表1、表2的對比，我們采用耐溫性能、擊穿場強高、熱收縮率好的高溫聚丙烯膜具作為該類電容器的電介質(zhì)。

　　4.2 金屬化膜極板及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的選擇

　　4.2.1 金屬化膜鍍層材料及方阻的選擇

　　電極在電容器中起著聚集電荷的作用，它的形式隨著電容器結(jié)構(gòu)和應(yīng)用場合的不同而不同，本文研究的產(chǎn)品主要是應(yīng)用在照明行業(yè)中的高溫、高頻交流場合，要求電容器需承受連續(xù)（正弦波）交流有效值電壓Vrms或交流有效值電流Irms的能力要高。

　　因此，采用較低的方塊電阻（一般為3.0Ω/□±30%）的鋁金屬作為電極材料，確保有良好的接觸端面及良好的電流脈沖強度及較低的ESR，保證產(chǎn)品的耐大電流能力。

　　4.2.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的選擇

　　由于該產(chǎn)品在使用過程中會長期工作在高頻交流電壓下，所以必須考慮產(chǎn)品的電暈問題。電暈的產(chǎn)生是因為不平滑的導(dǎo)體產(chǎn)生不均勻的電場，在不均勻的電場周圍曲率半徑小的電極附近當(dāng)電壓升高到一定值時，空氣游離發(fā)生放電形成電暈。

　　因此，在考慮單串結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的起始電暈電壓Ub≤300Va.c.的條件下，對不同的額定電壓應(yīng)考慮不同的串式結(jié)構(gòu)設(shè)計（如圖4所示），以提高產(chǎn)品的起始電暈電壓。

　　4.3 灌封絕緣材料的選擇

　　因該產(chǎn)品長期工作在高溫、高頻交流脈沖電壓下，需要研制開發(fā)出一種耐高溫特性、致密性、傳熱性能好的灌封料，經(jīng)過多輪的對主劑A的成分以及各成分之間的配比、主劑B的成分以及各成分之間的配比、主劑A與固化劑B配比的實驗摸索驗證，研制出了一種新型的耐高溫性能好，可自動灌封的高溫固化黑色環(huán)氧樹脂灌封料，把灌封該灌封料和普通灌封料的產(chǎn)品去做高溫耐久性實驗（如表3所示），該灌封料灌封的產(chǎn)品容量損失比常溫料的損失小，并且性能遠遠滿足GB/T 14579-93標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的等級1的要求。

　　4.4 工藝控制

　　4.4.1 卷繞工藝的控制

　　因該產(chǎn)品在客戶端上電路板時會先經(jīng)過1分鐘~2分鐘的高溫預(yù)烘，然后進行260℃，10s的波峰焊接，這里不同的客戶有不同的要求，如：某知名照明客戶的焊接曲線（如圖5所示）。

　　所以對產(chǎn)品的高頻損耗要求極高，并且產(chǎn)品經(jīng)過高溫耐焊接熱后高頻損耗不會變壞惡化。

　　影響產(chǎn)品高頻損耗變壞的主要原因是金屬電極蒸鍍層與噴金層（電極引出層）之間的接觸損耗。因此，如何控制好卷繞后芯子端面的質(zhì)量問題非常關(guān)鍵，筆者針對端面質(zhì)量問題，做了普通工藝和加嚴(yán)工藝兩種實驗方案作業(yè)產(chǎn)品的對比實驗（見表4），根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可以看出，端面質(zhì)量加嚴(yán)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品實驗后容量損失、△tgδ100kHz的變化均比普通工藝條件的好。

　　所以，為了滿足客戶苛刻的要求，卷繞必須按照加嚴(yán)工藝對芯子端面的質(zhì)量進行控制。

　　4.4.2 噴金工藝的控制

　　實際應(yīng)用中，快速變化的電壓脈沖會導(dǎo)致電容流過很大的峰值電流。這些大電流會在金屬噴金層和金屬膜之間的連接區(qū)域產(chǎn)生熱損耗。為避免過高的溫度對這些區(qū)域的損害，需提高產(chǎn)品的抗脈沖承受能力（很高的脈沖爬升速率dv/dt和脈沖特征K0值）。

　　因此，為了提高產(chǎn)品的耐dv/dt的能力，筆者經(jīng)過多輪的實驗驗證（產(chǎn)品經(jīng)過10倍GB /T14579-93標(biāo)準(zhǔn)實驗條件快速充放電的耐dv/dt的能力測試（如表5所示）），選擇了一種新型的附著力好、接觸電阻低的無鉛金屬材料作為電極引出層，并且在噴涂過程中，加嚴(yán)控制了噴金的顆粒度、噴金的氣壓、噴金的電壓、噴金的電流及噴槍的高度等關(guān)鍵因素，從而提高了產(chǎn)品的耐脈沖爬升速率 dv/dt的能力。

　　5.結(jié)論

　　經(jīng)過筆者多輪的實驗驗證，再結(jié)合嚴(yán)格的特殊工藝控制，已經(jīng)研制出該類型的產(chǎn)品，產(chǎn)品的各項性能均能符合GB/T 14579-93標(biāo)準(zhǔn)性能1級的要求，從而擴展了聚丙烯膜電容器的應(yīng)用范圍。目前，該產(chǎn)品的性能已經(jīng)獲得飛利浦等全球五大照明廠商的認(rèn)可。