C16型云母电容器的研制

雷黎君 杨 璐 田淑玲 扈 敬

陕西华茂电子科技有限责任公司

1 引言

云母是一种极为重要的优良的无机绝缘材料。作为介质材料，迄今尚未发现其它材料的综合性能可以超过云母。云母的优点是介电强度高，介电常数大，损耗小，化学稳定性高，耐热性好，易于剥离成厚度均匀的薄片，具有优良的机械性能，可以装配成叠片式的电容器。云母电容器是以天然云母为介质的电容器，正是由于云母介质的优异性能，使得云母电容器具有其它电容器不能代替的优点。

电容器是各类电子产品终端必不可少的元件，它具有隔直流和分离各种频率的能力。云母电容器不仅广泛用于电子、电力、通讯设备以及道路交通轨道中，而且还用于对稳定性和可靠性要求很高的航天、航空、航海、火箭、卫星、军用电子装备以及石油勘探设备中。

C16主要用于电力载波及通讯信号，该产品内部芯组采用CY22型独石结构和铜箔卡子型老品结构，容量大，精度高，结构和性能可靠，外封装材料采用黑色ABS外壳，灌低温黑料，以提高产品耐压及防潮能力。

2 产品简介

2.1 C16型云母电容器简介

C16产品是将CY22型和CYGF型产品进行相结合而研制出的一种新型产品。该产品的内部芯组一种是包括由多层云母介质片平行叠放且紧密组装为一体的长方体电容器，将银卡分别固定于芯组的电极两端，再将切制好的镀银紫铜引线焊接与所述的银卡上，最后将焊接好引线的长方体电容器芯组灌封于一种黑色ABS塑料外壳内。另一种是内部芯组包括由多层云母介质片与铜箔平行叠放且紧密组装为一体的长方体电容器和设置在所述长方体电容器左右两侧的铜箔，将所述云母介质片的左右两侧的铜箔反方向对折，然后将镀银铜卡分别固定于对折的铜箔上，再将切制好的镀银紫铜引线焊接与所述的镀银铜卡上，最后将焊接好引线的长方体电容器芯组灌封于一种黑色ABS塑料外壳内。该产品结构成熟紧凑、介质损耗小、绝缘电阻大、温度系数小、优异的耐热性、高频型和稳定性。耐电压高、电容量大、加工制造工艺成熟且性能稳定、可靠性高。

2.2 产品主要特点

a)产品结构成熟且安装紧凑，所用的原材料种类少，无稀有、贵重金属，因而原材料加工及采购方便，准备工作快捷，废品极少，产投率很高。

b)耐电压高(100V、250V、5000V)，且电容量范围大，容量跨度范围可以从30pF延展到50000pF，充分满足其他电容器难以满足的高电压，大容量的要求。

c)形状简单且结构牢固，能紧密紧贴在电路板上，且不怕振动和冲击；并且能耐高温，因而不会受焊接热量的任何影响，使得电子设备的可靠性明显提高。

d)加工及制造方便，加工工艺步骤简单，实现方便，工序少而操作简便，同时工艺流程短，制造周期短，生产效率高，同时无繁杂工艺，无需添加复杂设备，并且对操作人员的技术水平及熟练程度要求较低，因而投资少，加工制作成本低。

e)尺寸和形状标准化，组装效率高、质量好，能够实现大批量生产，而且综合成本低。

f)高频损耗小，容量稳定。

2.3 主要性能技术指标

a)额定电压：100V、250V、5000V；试验电压：1.2倍额定直流电压。

b)绝缘电阻：CR ≤ 100000pF Ri≥ 1×1010Ω； CR＞100000pF Ri·CR≥ 1000MΩ·μF。

c)标称电容量范围及允许偏差：

标称容量：30pF～50000pF

允许偏差：±1%，±5%，±10%

d)损耗角正切值：CR≤30pF，tgδ≤30×10-4；CR＞100pF，tgδ≤10×10-4.

e)外形尺寸 (mm)：15×15×3.7、15×15×5.3、22×19×8。

f )工作环境温度：-55℃～+85℃。

3 研制过程

3.1 结构

产品内部芯组采用独石结构(如图1所示)，外封装采用黑色ABS塑料外壳进行灌封，镀银紫铜线径向引出容量。

3.2 设计

3.2.1 设计思路

依据云母介质自身的特点：介质强度高、介质损耗小、耐热性好的特点，并结合独石型芯组容量稳定，生产周期短的特点，因此，对芯组的设计采用独石型芯组结构。C16型云母电容器参照成熟的CY22型独石结构的设计方法和生产工艺，结合本产品的相关技术要求，在芯组设计方面进行优化设计：一是针对电压在100V～1500V的产品芯组我们采用工艺成熟的独石结构芯组，芯组结构图如图1所示；二是针对电压是5000V的产品我们采用老品结构的芯组，芯组结构图如图1所示。

3.2.2 云母芯片尺寸的设计

根据用户对产品的体积、耐压及容量的特殊要求，最终确定C16型云母电容器云母芯片的设计尺寸为：容量＜7500PF时直接采用符合要求的CY22-4/5/6芯组即可；7500pF＜容量＜9000pF采用：长×宽=10×12(CY22-7)银片，容量＞10000pF时采用：长×宽=14×16(CY22-8)银片，厚度 (δ)为：(31～35)um，(36～40)um，(41～45)um等。

3.2.3 引出端设计，

云母固定电容器的芯组结构决定了它的引出方式必须由内、外电极两部分组成。独石结构的引出端：首先是内电极的引出设计：继续延用独石结构产品的内电极设计，将云母片根据容量进行叠片，然后在叠好的芯组两端电极涂覆银浆，最后再将涂覆有银浆的银卡卡在芯组两电极，即完成内电极引出。其次是外电极的引出设计：C16型云母电容器采用电性能良好、体积电阻率低的镀银紫铜材料作为外电极引出端，较传统的镀锡紫铜线无论从镀层质量、镀层附着力、导电性能、体积电阻率等指标上都有了进一步的提高，不但可以减小接触电阻，同时可焊性、散热性和导电性能良好，可靠性指标得到提高。

老品结构：首先是内电极的引出设计：由于该产品的芯组采用的是大尺寸的芯片进行装配，且产品还要耐高压，在内电极的设计上必须满足最大容量的引出和耐高压两个因素，银箔导电性很好但其成本太高，因此大尺寸铜箔作为内电极引出端的设计首选；其次是外电极的引出设计：产品的整体结构我们采用的是卡子结构，加之其内电极是用宽铜箔来引出，因此外电极的引出采用跟宽铜箔尺寸相符的卡子来将芯组固定和引出容量，然后再将镀银紫铜线焊接与镀银铜卡上。

3.2.4 外封装材料的设计

由于用户对产品外观尺寸及防潮性能的要求，再加之产品的芯组尺寸的差异化，传统的粉末包封材料不能满足用户需求，因此该产品的外封装材料选用黑色ABS塑料外壳灌封，该外壳可以很大程度的满足芯组的容量和尺寸要求，同时也保持了产品的美观性。

图1 C16型内部结构图

4 主要技术攻关

4.1 芯组设计

芯组设计是该产品设计的核心之一，也是技术攻关内容之一。芯组设计不仅要满足多种非标容量，还要满足其低电压、高电压的特点。依据云母介质自身的特点：介质强度高、介质损耗小、耐热性好的特点，并结合独石型芯组容量大、精度高、结构和性能可靠的特点，因此对芯组的设计采用独石型芯组结构。

C16型云母电容器电压100V～1500V的产品芯组采用工艺成熟的独石结构芯组，电压5000V的产品我们采用老品结构的芯组，以此来来平衡大容量、高电压产品的可靠性。首先采用独石型被银云母片，被银云母片中间银层的大小决定其容量的大小，外部绝缘边则决定了其耐电压高低，芯组采用叠片的方法来满足容量多样化需求，其次，采用老品结构的来满足高电压的特点，对于最高电压的芯组我们采用芯片串联再叠加的方式来满足其容量和电压的需求。

4.2 引出设计

C16型云母电容器在引出材料上选用的是电性能良好、体积电阻率低的镀银紫铜作为引出端，较传统的镀锡紫铜线无论从镀层质量、镀层附着力、导电性能、体积电阻率等指标上都有了进一步的提高，不但可以减小接触电阻，同时可焊性、散热性和导电性能良好，可靠性指标明显得到提高。

首先对于独石结构的引出端设计我们采用的是在烧结好的芯组电极两端涂覆银浆，以此来进行内电极的引出，选用这种方式一是可以很好的引出容量，二是芯组有很好的耐压性，然后将对应尺寸的银卡卡在芯组电极两端进行烧结，再将镀银紫铜线焊接与银卡上，最后为外电极引出容量。其次对于卡子结构的引出端设计我们采用的是尺寸为长×宽：(30×15)mm，厚度(δ)为0.01的铜箔进行内电极的引出，选用这种宽铜箔一是满足5000V高电压的需求，根据芯片的尺寸和叠片的厚度，容量引出端采用镀银铜卡，将镀银铜卡卡与铜箔引出端，然后再将镀银紫铜线焊接与镀银铜卡上，最后为外电极引出容量。

4.3 外封装材料设计

由于该型号产品的容量大、耐压高，因此芯组装配采用的是最大尺寸的被银云母片，其芯组的内结构决定了该产品的外封装材料为黑色ABS塑料外壳，该外壳体积可以很大程度的满足芯组的容量和尺寸要求以及使用温度。

5 结束语

C16型云母电容器经过一年多时间的技术攻关，产品性能稳定，技术指标合格，工作状态可靠，能够保证产品批量生产.该产品的研制不仅满足了用户的使用要求，还丰富了我公司产品的品种，为公司的发展注入了新鲜的血液。