金屬化薄膜電容器兩種噴金工藝探索

張賀軍

（河南華中星科技電子有限公司）

摘 要：金屬化薄膜電容器生產(chǎn)的關(guān)鍵工序中，噴金工序的工藝狀態(tài)影響產(chǎn)品的電性能指標(biāo)，損耗差別較大。

關(guān)鍵詞：薄膜電容器；材料；工藝

1 噴金機理

采用電弧或火焰等熱源，將需噴涂的各類涂層焊料絲材在熱源中熔化，然后這一液態(tài)或熔融的涂層材料得到工藝氣體的推動，以高速噴涂在電容器芯組端面薄膜層隙中，這樣就使得微粒發(fā)生形變，并且像“薄煎餅”一樣分布在基底表面，高溫顆粒的熱量傳遞到溫度更低的基材材料。當(dāng)顆粒冷卻和凝固的時候，它們就依附在基底表面。因此涂層的粘附力就是基于機械“鉤連接”，并且涂層顆粒和基底之間的擴散作用產(chǎn)生使得結(jié)合強度非常微小。這樣在芯組端面層形成一個等電位的金屬電極面，為電極引出一個橋接平臺。

噴金工藝質(zhì)量優(yōu)劣的評價標(biāo)準(zhǔn)主要體現(xiàn)在：（1）噴金層與金屬化膜層的結(jié)合強度。（2）涂層的顆粒度大小。（3）噴涂層的厚薄均勻度。（4）噴金層的氧化程度。

2 常用的噴金工藝方式

2.1 熱噴涂

焊料絲材熔化用的常用熱源主要有電弧和火焰兩種。

火焰線材噴射工藝，是采用氧氣和燃氣混合燃燒火焰將一根線材噴涂材料熔化進行噴涂。燃氣可以使用乙炔、丙烷或者氫氣。線材被送進火焰中心，線材熔化后經(jīng)壓縮空氣霧化成細微顆粒，被直接噴向電容器端面。由于燃氣燃燒時產(chǎn)生二氧化碳等氣體，混合在壓縮空氣中，在一定程度上保護了高溫高速下的熔化微粒，使得絲材氧化程度降低，而且燃燒的高溫也將極大地蒸發(fā)壓縮空氣當(dāng)中的水分和油，增加電容器的導(dǎo)電性能，降低等效串聯(lián)電阻。

電弧線材噴射工藝，是采用低電壓大電流熔化絲材，兩根絲材分別為正負兩個電極，被送絲輪傳動到噴槍的嘴部接觸，在電能量的作用下熔化，經(jīng)過壓縮空氣霧化，進行噴涂。一般電壓在16-24V，電流在50-200A。

目前國內(nèi)常規(guī)金屬化電容器主要采用電弧熱源。只在極少數(shù)高端金屬化電容器中使用火焰熱源，電弧噴金在夏天高溫的環(huán)境下，噴金端面常常會出現(xiàn)氧化發(fā)黑的現(xiàn)象，火焰噴金可以避免這種情況。

2.2 電容器芯組的行走方式

電容器芯組在噴金機上的行走方式主要有步進式和轉(zhuǎn)盤式兩種。

噴金機主要以步進式為主，噴槍在噴涂時的行走方式為方形步進，每步的寬度為噴槍的閃射有效寬度，步數(shù)和長度由夾具的形狀決定。這種方式可以做成雙槍或多槍，提高了生產(chǎn)效率，電力電容器等大直徑的電容器多采用這種方式。

目前金屬化小型盒式電容器噴金工序主要采用圓形轉(zhuǎn)盤噴金機。通過控制、改變噴槍的平移速度，從而保證噴槍與料盤徑向各點的相對線速度相等，確保涂層厚薄一致，多為單槍的方式，效率較低。

兩種方式的材料利用率，通過合理的機械行走方式，都較90年代有大幅提高，大直徑的利用率大約在30-40%左右，小直徑的產(chǎn)品，由于編帶密度大，材料利用率大約在40-50%左右。

2.3 噴金焊料的分類

目前國內(nèi)噴涂焊料主要有：

2.3.1 五元合金絲（低溫焊料）。材料主要成分為：Sn（37-39%），Zn（3-6%），Sb（0.5-1.5%），Bi（0.01-0.5%），Pb（余量），熔點較低（170--220℃），工藝適應(yīng)性強，結(jié)合力強。但由于含鉛，隨著電子產(chǎn)品的環(huán)保要求在民品領(lǐng)域而逐步被淘汰。

2.3.2 鋅絲。熔點在420℃左右。一般作底料使用。在產(chǎn)品無特殊耐流特性要求的情況時，也可與錫鋅合金或四元合金絲混合并用，以節(jié)約材料成本。由于熔點高，對后續(xù)工序的焊接性能要求較高。

2.3.3 巴氏合金（錫銻銅合金）。主要成分為：Sn（91-92%），Sn（6.5-7.5%），Cu（3.0-5.0%）.電子產(chǎn)品無鉛化以后，這是一種巴氏合金的替代材料。熔點介于巴氏合金與錫鋅合金之間。

2.3.4 錫鋅合金。主要成分為Sn（60-70%），Zn（15-20%），Sn（0.2-0.5%），另含微量的Bi，In，Cu.熔點在20-250℃之間。是目前使用較廣泛的噴涂料。鋅鋁金屬化電容器可直接噴涂，鋁金屬化膜則應(yīng)先用鋅或四元合金做底料。

2.3.5 四元合金（錫銻銅鋅合金）。這是一種國內(nèi)電容器制造廠比較認同的、使用最廣泛的噴金焊料。主要成分為：Sn，Zn，Cu，Sb.以錫、鋅為主。以含錫、鋅量的比例不同，有許多牌號規(guī)格。

3 電弧噴金機的工藝

3.1 噴槍距離的設(shè)定

指電弧噴槍口到電容器芯組噴涂面的垂直距離。根據(jù)冬夏室內(nèi)溫度的高低，合理選擇槍距，太近噴涂寬度小、溫度高而使金屬化膜層燙傷或收縮變形；太遠則使噴涂層的結(jié)合力差。一般選擇150-200mm之間。

3.2 噴槍速度和步進數(shù)

噴槍的移動速度和槍頭往返步進數(shù)由涂層厚度來確定。槍速大涂層薄均勻度好、粒子流溫度低；槍速小則相反。

3.3 電弧短路電壓

電弧電壓的設(shè)定主要依據(jù)線材的熔點和線徑。低熔點的噴金焊料噴涂電壓應(yīng)低些，焊料熔點每提高100℃，電壓可提高2-3V，另線材直徑變小時，應(yīng)適當(dāng)降低噴涂電壓2-3V。

3.4 電流的設(shè)定

送絲速度快，噴涂電流大、溫度低、粒子粗、涂層厚且均勻度差。送絲速度慢則結(jié)果相反。

3.5 壓縮空氣對噴涂的影響

壓縮空氣壓力小，線材霧化粒子粗、結(jié)合力差；反之，壓力大，線材霧化粒子細，飛向工件的速度快，結(jié)合力好。一般氣壓在0.45-0.6MPa之間。

4 火焰噴槍5K6C系統(tǒng)工藝

4.1 氣管連接到噴槍和控制器前先吹干凈，擰緊氣管接頭以免漏氣。壓縮空氣要求無油無水干凈。

4.2 控制器連接115Vac電源。連接6C到5K噴槍的送絲電纜，點火檢測器電纜，連接到氣源的空氣、氧氣、燃氣氣管。

4.3 在6C控制器上按下Purge按鈕噴槍試氣，按照噴涂參數(shù)表調(diào)節(jié)氣體壓力和流量，壓縮空氣壓力75psi（5.2bar），氧氣35psi（2.41bar），乙炔15psi（1.03bar），壓力表變化值小于10psi（0.69bar）。松開Purge試氣按鈕。

4.4調(diào)整槍距范圍200-360mm，送絲速度，步進距離等。

5 經(jīng)過用同批次產(chǎn)品，同材料兩種噴金后的損耗及充放電后的損耗測試

在噴金質(zhì)量要求較高的鄰域，火焰噴金有效的降低了損耗值，提高了金屬化薄膜與噴金層接觸面積的可靠性，產(chǎn)品壽命得以提高。火焰噴金不足之處為，使用燃氣造成成本提高，維修的難度加大，操作起來沒有電弧方便，所以國內(nèi)仍然以電弧噴金為主。endprint