箔式有感電容器在高溫高壓下的探討

近年來，隨著彩電行業(yè)CRT轉(zhuǎn)為LCD（液晶電視），箔膜電容器的需求量在逐年減少，而中國自進(jìn)入世貿(mào)組織后，節(jié)能燈以其明亮、易啟動(dòng)、無頻閃、功率因數(shù)高、節(jié)電等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的青睞。國內(nèi)、外的需求量在逐年增加。因此，對(duì)薄膜電容器的性能要求也越來越高，特別是需要提高電容器在高溫高壓下的耐受力。

關(guān)鍵詞：節(jié)能燈 箔式有感電容器簡稱電容器 溫度 電壓 介質(zhì) 放電路徑（留邊量）

前言

1．電容器在節(jié)能燈中的工作溫度：

因節(jié)能燈的燈管與電子鎮(zhèn)流器為一體，當(dāng)節(jié)能燈正常點(diǎn)燃時(shí)，燈管的溫度在100℃以上，由于燈管緊貼密閉的電子鎮(zhèn)流器塑殼，受熱傳遞影響，一部分熱量向空間散發(fā)，另一部分傳導(dǎo)給電子鎮(zhèn)流器，再加上塑殼內(nèi)部元器件發(fā)熱等綜合因素，因此，塑殼內(nèi)空間的溫度可達(dá)105℃左右。也就是說電容器要在105℃左右的環(huán)境溫度下工作。

2．電容器在節(jié)能燈中的額定電壓：

電容器在電子節(jié)能燈的電路中，最高額定電壓選擇一般都在1000V以上，耐壓要求比較高。如：電容器在振蕩電路中，由于振蕩頻率比較高，產(chǎn)生的反峰電壓（或著瞬時(shí)過電壓）易使電容器擊穿。

一．電容器在高溫高壓下失效機(jī)理的分析

電容器的擊穿在很大程度上決定與它的宏觀結(jié)構(gòu)和工藝條件，以及由此而引起的不均勻電場和不均勻的介質(zhì)，電容器的擊穿往往就發(fā)生在這些弱點(diǎn)處。在此列舉如下主要影響因數(shù)進(jìn)行分析。

1．介質(zhì)對(duì)電容器擊穿的影響：

ⅰ. 電容器在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，介質(zhì)的擊穿電壓若接近工作電壓，易使電容器在高溫高壓下產(chǎn)生早期失效。

ⅱ.介質(zhì)在均勻電場作用下，介質(zhì)的微觀本質(zhì)和介質(zhì)質(zhì)量的不良，如介質(zhì)表面粗糙、氣孔、皺折、裂紋等都會(huì)降低介質(zhì)承受電場強(qiáng)度能力，使介質(zhì)擊穿。

其機(jī)理為電容器介質(zhì)中的自由電子，在強(qiáng)電場作用下，碰撞中性分子，使之電離產(chǎn)生正離子和新的自由電子。電離過程的急劇發(fā)展形成雪崩式的電子流，導(dǎo)致介質(zhì)擊穿。使之電容器在高溫高壓下的耐受力下降。

2．極板（鋁箔）對(duì)電容器擊穿的影響：

鋁箔在分切時(shí)，由于滾刀不銳利，分切后鋁箔盤料的端面將會(huì)出現(xiàn)鋸齒狀、毛刺等。這樣的盤料在卷繞中易刺傷介質(zhì)膜，降低耐電壓，嚴(yán)重的毛刺還將導(dǎo)致電容器加壓后擊穿。

3．放電路徑（留邊量）對(duì)電容器邊緣擊穿的影響：

電容器在瞬時(shí)過電壓作用下，電容器不僅可能通過介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生擊穿，當(dāng)極板邊緣電場顯著不均勻或放電路徑（留邊量）較小時(shí)，還有可能沿極板邊緣發(fā)生表面擊穿。如下圖所示，“△L”為放電路徑， “△b”為留邊量， “d”為介質(zhì)厚度。

從上圖可以看出，若鋁箔跑偏或者因產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)放電路徑（留邊量）較小，易導(dǎo)致引線根部表面擊穿。這是由于電容器引出線的引出方式所決定的。在正常情況下，引線根部兩極間的放電路徑ΔL =Δb +d，而無引線端,放電路徑ΔL =2Δb +d。若d＜＜ΔL忽略不計(jì)，則引出線端放電路徑比無引出線端放電路徑減少1／2。加之鋁箔在分切時(shí)盤料的寬度誤差或卷繞過程中因鋁箔出現(xiàn)“蛇形”跑偏。致使其中一鋁箔極板與該位置另一鋁箔上引線根部之間放電路徑（留邊量）減小，加壓后特別是在高溫高壓下電容器易產(chǎn)生表面擊穿。

4．引線點(diǎn)焊對(duì)電容器擊穿的影響：

電容器在卷繞過程中，引出線是直接點(diǎn)焊在鋁箔上，因此，點(diǎn)焊時(shí)兩電極頭的壓力、點(diǎn)焊電流的大小、點(diǎn)焊平臺(tái)的平整度等調(diào)試不當(dāng)，將會(huì)造成引線與鋁箔焊接處產(chǎn)生毛刺，刺傷介質(zhì)膜，降低耐電壓，嚴(yán)重的毛刺將導(dǎo)致電容器加壓后擊穿，

5．外包膜熱封對(duì)電容器擊穿的影響：

電容器芯組卷繞的外包膜是通過熱封器的熱量將外包膜封住，若熱封器的熱量控制不當(dāng)，或熱封器與芯組接觸時(shí)間過長，易燙傷外包膜，影響電容器的耐電壓，嚴(yán)重將導(dǎo)致電容器加壓后擊穿。

二．控制措施

（一）原材料（介質(zhì)、鋁箔）對(duì)電容器擊穿影響的控制：

1．建立完善的原材料管理、檢驗(yàn)制度，確保原材料的質(zhì)量符合要求。

2．產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，因根據(jù)電容器的工作電壓高低，正確選擇介質(zhì)厚度，使其能在較大的場強(qiáng)下工作不致于擊穿。

3．分切材料的設(shè)備建立完善的管理制度和操作要求，特別是滾刀要定期檢查和更換，杜絕不良影患。

（二）電容器邊緣擊穿的控制：

為了防止電容器邊緣擊穿現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)電容器時(shí)，因增加兩極板之間的放電路徑。另一方面在電容器芯組總放電路徑一定時(shí)，有引出線一端的放電路徑要略大于無引出線一端放電路徑。這樣才能有效的避免電容器邊緣擊穿。

（三）引線點(diǎn)焊對(duì)電容器擊穿影響的控制：

1．建立卷繞工序引線焊接過程的控制文件，明確引線與鋁箔的焊接狀態(tài)要求。對(duì)于電容器芯組焊接質(zhì)量，操作工必須定期自檢，比如開機(jī)前的首件檢驗(yàn)。檢驗(yàn)員的巡檢、專檢等等。建立完善的質(zhì)量考核制度，確保引線焊接狀態(tài)符合要求。

2．引線焊接時(shí)，兩電極頭的壓力、點(diǎn)焊電流調(diào)整要適中，點(diǎn)焊平臺(tái)應(yīng)平整無凹槽，引線與鋁箔的焊接狀態(tài)，正反兩面目視應(yīng)平整光滑，不得有毛刺，同時(shí)引線與鋁箔的焊接應(yīng)牢固，不得出現(xiàn)引線脫落和鋁箔斷裂現(xiàn)象。引線的打扁度和打扁長度必須要適中。

（四）外包膜熱封對(duì)電容器擊穿影響的控制：

外包膜熱封時(shí)，熱封器熱量的大小、熱封器與芯組接觸時(shí)間長短的調(diào)整必須以不傷鋁箔為益。另,外包膜的長短要適中，過長浪廢原材料，過短熱封時(shí)易燙到鋁箔使兩極板導(dǎo)電擊穿。

三．結(jié)束語

以上所講的只是電容器在高溫高壓下影響耐受力的主要因素。當(dāng)然，還有很多因素也會(huì)影響電容器的耐受力。這就需要我們?cè)谏a(chǎn)過程中多方面的加強(qiáng)品質(zhì)管理和控制。不斷的改進(jìn)和提高，以優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品滿足節(jié)能燈市場的需求。