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有機(jī)薄膜電容器

發(fā)布時間:2011/9/27 15:08:49 訪問次數(shù):3659

      有機(jī)薄膜就是常說的塑料薄膜,用有機(jī)薄膜為介質(zhì)制造的電容器叫有機(jī)薄膜電容器。
   1.有機(jī)薄膜電容器概況   AD9851BRSZ
    制造電容器使用的有機(jī)薄膜多達(dá)十幾種,以聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚脂(滌綸)、聚丙烯、聚碳酸脂有機(jī)薄膜電容器最為成熟。
    有機(jī)薄膜分極性有機(jī)薄膜和非極性有機(jī)薄膜兩類,見表2-6。用極性有機(jī)薄膜制造的電容器具有比電容大,耐溫高,耐壓強(qiáng)度高等優(yōu)點。用非極性有機(jī)薄膜制造的電容器具有損耗角正切值tgd小、絕緣電阻高、介質(zhì)吸收系數(shù)小、有負(fù)溫度系數(shù)等優(yōu)點。

         
    有機(jī)薄膜電容器的制造有兩種結(jié)構(gòu)。一種結(jié)構(gòu)是用兩層7mm厚的鋁箔作極板,再用兩層有機(jī)薄膜為介質(zhì),采用卷繞工藝制成四層結(jié)構(gòu)的電容器,如圖2-13所示。這種結(jié)構(gòu)電容器的有機(jī)薄膜和鋁箔可分離,稱為箔式電容器。另一種結(jié)構(gòu)是以有機(jī)薄膜為介質(zhì),直接在它的單面制一層20nm厚的金屬膜作為極板。制取金屬膜的方法有多種:①可用物理或化學(xué)的方法取得金屬液,然后均勻地噴在有機(jī)薄膜上成為金屬膜極板;②可采用鍍金工藝,在有機(jī)薄膜單面均勻地鍍一層金屬膜,同樣可制得極板;③可用蒸發(fā)工藝將金屬蒸鍍到有機(jī)薄膜單面形成極板。

                    
    用兩片這樣的極板并疊卷繞,便可制得兩層結(jié)構(gòu)的有機(jī)薄膜電容器。由于有機(jī)薄膜與金屬膜不能分離,屬金屬化,故稱為金屬化有機(jī)薄膜電容器,如圖2-14所示。

          

      卷繞的電容器可進(jìn)一步加工成圓柱形、扁平狀、疊片塊狀以及片狀等形狀,然后是浸漬、封裝。有機(jī)薄膜電容器有金屬外殼密封封裝、浸環(huán)氧樹脂半密封封裝、本體縮合密封封裝等形式。最后印刷如圖2-14 (b)所示標(biāo)記,便成為有機(jī)薄膜電容器產(chǎn)品。
    由于箔式電容器極板層厚度為71μm,極板傳輸電流比金屬化電容器迅速,加之四層疊卷結(jié)構(gòu),所以損耗角正切值小,絕緣電阻高。金屬化電容器由于極板薄,體積相對小,比電容較高,重量也較輕。它最突出特點是有“自愈"性能。
    下面對常見有機(jī)薄膜電容器的特性作簡單介紹。

   2.聚苯乙烯電容器
    聚苯乙烯電容器中的種類很多,有以CB11型、CB10型為代表的普通聚苯乙烯電容器,以CB14型、CB15型為代表的精密聚苯乙烯電容器,以CB40型為代表的密封金屬化聚苯乙烯電容器,以及以CB80型為代表的高壓聚苯乙烯電容器等。
    聚苯乙烯電容器從結(jié)構(gòu)原理、介質(zhì)特性、電容參數(shù)等方面來講,有以下特點。
    (1)聚苯乙烯具有很寬的耐壓范圍,一般耐壓在30V~15kV范圍內(nèi)。普通聚苯乙烯電容器的額定電壓一般為100V;高壓型聚苯乙烯電容器的工作電壓可達(dá)10~40kV,專供特殊場合或高壓電路使用。電扇、洗衣機(jī)使用的聚苯乙烯電容器,其額定電壓一般為400V。電視機(jī)常用的聚苯乙烯電容器,其額定電壓有63V、160V、400V、15kV等規(guī)格。
    (2)聚苯乙烯的絕緣電阻很高,一般大于或等于1011Ω,所以漏電流很小。聚苯乙烯電容器在充電后靜置1000小時,仍能保持電荷量的95%,表明聚苯乙烯電容器的性能很好。
    (3)在電容器的損耗上,通常tgδ(5~15)×10-4。工作在高頻時,損耗角的正切值(tgδ)將大大增加,使高頻損耗加重,同時也使絕緣電阻大大下降。這是由于在高頻工作時,極板金屬微粒會滲透到聚苯乙烯微孔中去。所以在高頻電路或要求絕緣電阻高的場合不宜使用金屬化聚苯乙烯電容器。
    (4)在電容器的電容上,由于聚苯乙烯薄膜金屬化工藝簡單、極板易造性強(qiáng)、資源豐富,所以電容可造范圍較寬,一般可生產(chǎn)lOOpF~lOOμF的電容。
    (5)因為金屬化聚苯乙烯的厚度、均勻度、平整度便于工藝控制,下裁面積的精度更容易控制,所以能制造出精度很高的電容器,其誤差等級常有±1%、±2%、±5%、±10%、±20%等規(guī)格。在特殊需要時還可以生產(chǎn)出高精密度的電容器,誤差可控制在±0.3%,甚至±0.1%。
    (6)聚苯己烯電容器的溫度系數(shù)很小,一般為-(70~200)×10-6 (11℃),在電路中工作穩(wěn)定性高。但工作溫度不應(yīng)超過+70℃,因此在電器高溫電路部位不宜使用這種電容器。
    (7)聚苯乙烯薄膜的化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定,介質(zhì)吸收系數(shù)小于0.1%,抗酸堿腐蝕性強(qiáng),耐潮濕侵蝕性很高。
    (8)從極板的形成看,不管是噴覆、蒸發(fā)還是鍍餾,都是直接在聚苯乙烯單面生成金屬膜,這一過程叫介質(zhì)金屬化。聚苯乙烯金屬化多采用蒸發(fā)的方式,與鋁箔極板相比,具有許多優(yōu)點:
    ①蒸發(fā)制造極板,金屬密度均勻,極板層極;當(dāng)高壓將局部擊穿時,由于擊穿電流大、溫度高,能使擊穿點金屬薄層揮發(fā)到擊穿點之外,從而實現(xiàn)自愈,能避免擊穿造成短路。
    ②采用蒸發(fā)工藝生產(chǎn)極板,消除了極板與介質(zhì)間的間隙,降低了介質(zhì)的整體厚度,伺時也消除了極板與介質(zhì)間的空氣。因此制造的電容器相對體積小、電容大;在較高電壓條件下工作時,電離損耗較小。
    ③卷繞工藝也相對簡單許多。
    (9)聚苯乙烯電容器成品的形狀多種多樣,可在制得毛坯后自然包封成為圓柱形;也可采用熱合工藝將圓柱形毛坯壓偏成橢圓柱形;還可在毛坯外包封樹脂材料,使其外表成方形。如圖2-14 (b)所示。
    (10)在外表標(biāo)記上,“C”表示電容器,“B”表示聚苯乙烯介質(zhì),其他標(biāo)記表示電容、誤差等級、耐壓等,如圖2-14 (b)所示。

    3.聚四氟乙烯電容器   ADE-18W 
    這種電容器因為絕緣介質(zhì)的特性,具有較高絕緣電阻值。聚四氟乙烯材料的電阻率大于l019Ω·cm,用這種絕緣材料制成的電容器,絕緣電阻可高達(dá)l012Ω。
    聚四氟乙烯電容器在+250℃高溫下,能工作25小時不損壞;在-150℃時聚四氟乙烯也不發(fā)脆。這是薄膜電容器中工作溫度范圍最寬的一種,熱穩(wěn)定性極好。
    在耐壓方面,聚四氟乙烯電容器常用的規(guī)格有250V、630V兩種。
    聚四氟乙烯電容器的電容范圍為幾百皮法到零點幾微法。
    這種電容器還有一個顯著的特點,從低頻到超高頻范圍,損耗角正切值都比較小,tgδ一般為2xl0-4~10-3。就是在微波段,損耗角正切值也只有5X10-4。因此,聚四氟乙烯電容器是一種在頻率特性方面較為理想的屯容器。噴氣發(fā)電機(jī)中的點火器件、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的空腔諧振器宜選用這種電容器。
    另外,聚四氟乙烯的化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng),能承受各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿而不腐蝕。用聚四氟乙烯材料為介質(zhì)生產(chǎn)的薄膜電容器質(zhì)量很高,但是聚四氟乙烯材料價格昂貴,所以生產(chǎn)成本較高。通常只在一些特殊場合選用這種電容器,如在高溫、高絕緣、高頻電路中使用。

    4.聚丙烯電容器
    這種電容器的電性能與聚苯乙烯電容器基本相似,但比電容大于聚苯乙烯電容器,上限溫度高,為85~100℃。損耗角正切值為10-4~10-3。溫度系數(shù)為-lOOxl0-6~-400xl0-6(l/℃)。
    5.聚酯電容器
    聚酯電容器就是常說的滌綸電容器,也叫聚對苯二甲酸乙二酯電容器。介電常數(shù)ε較大,ε=3.1,所以“比電容”較大,可制成體積小、電容大的電容器。聚酯電容器耐熱性能好,能在120~130℃下穩(wěn)定工作。但其損耗角正切值tgδ較大,為10-2左右,且隨頻率變化較大。因此,這種電容器不宜在高頻下使用。

    6.聚碳酸酯電容器
    這種電容器損耗角正切值為8xl0-4~l5xl0-4。介電常數(shù)ε較大,約為3,所以它的比電容較大。溫度系數(shù)為±l50xl0-5(1/℃)。電容和損耗角正切值隨頻率變化根小,其性能比聚酯電容器好一些。
    總體來說,上述幾種有機(jī)薄膜中,聚酯電容器與聚碳酸酯電容器具有比電容大、耐溫高、耐壓強(qiáng)度高等優(yōu)點。而聚苯乙烯電容器、聚丙烯電容器、聚四氟乙烯電容器具有損耗角正切值小、絕緣電阻高、介質(zhì)吸收系數(shù)小、有負(fù)溫度系數(shù)等優(yōu)點。

 

 

 

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      有機(jī)薄膜就是常說的塑料薄膜,用有機(jī)薄膜為介質(zhì)制造的電容器叫有機(jī)薄膜電容器。
   1.有機(jī)薄膜電容器概況   AD9851BRSZ
    制造電容器使用的有機(jī)薄膜多達(dá)十幾種,以聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚脂(滌綸)、聚丙烯、聚碳酸脂有機(jī)薄膜電容器最為成熟。
    有機(jī)薄膜分極性有機(jī)薄膜和非極性有機(jī)薄膜兩類,見表2-6。用極性有機(jī)薄膜制造的電容器具有比電容大,耐溫高,耐壓強(qiáng)度高等優(yōu)點。用非極性有機(jī)薄膜制造的電容器具有損耗角正切值tgd小、絕緣電阻高、介質(zhì)吸收系數(shù)小、有負(fù)溫度系數(shù)等優(yōu)點。

         
    有機(jī)薄膜電容器的制造有兩種結(jié)構(gòu)。一種結(jié)構(gòu)是用兩層7mm厚的鋁箔作極板,再用兩層有機(jī)薄膜為介質(zhì),采用卷繞工藝制成四層結(jié)構(gòu)的電容器,如圖2-13所示。這種結(jié)構(gòu)電容器的有機(jī)薄膜和鋁箔可分離,稱為箔式電容器。另一種結(jié)構(gòu)是以有機(jī)薄膜為介質(zhì),直接在它的單面制一層20nm厚的金屬膜作為極板。制取金屬膜的方法有多種:①可用物理或化學(xué)的方法取得金屬液,然后均勻地噴在有機(jī)薄膜上成為金屬膜極板;②可采用鍍金工藝,在有機(jī)薄膜單面均勻地鍍一層金屬膜,同樣可制得極板;③可用蒸發(fā)工藝將金屬蒸鍍到有機(jī)薄膜單面形成極板。

                    
    用兩片這樣的極板并疊卷繞,便可制得兩層結(jié)構(gòu)的有機(jī)薄膜電容器。由于有機(jī)薄膜與金屬膜不能分離,屬金屬化,故稱為金屬化有機(jī)薄膜電容器,如圖2-14所示。

          

      卷繞的電容器可進(jìn)一步加工成圓柱形、扁平狀、疊片塊狀以及片狀等形狀,然后是浸漬、封裝。有機(jī)薄膜電容器有金屬外殼密封封裝、浸環(huán)氧樹脂半密封封裝、本體縮合密封封裝等形式。最后印刷如圖2-14 (b)所示標(biāo)記,便成為有機(jī)薄膜電容器產(chǎn)品。
    由于箔式電容器極板層厚度為71μm,極板傳輸電流比金屬化電容器迅速,加之四層疊卷結(jié)構(gòu),所以損耗角正切值小,絕緣電阻高。金屬化電容器由于極板薄,體積相對小,比電容較高,重量也較輕。它最突出特點是有“自愈"性能。
    下面對常見有機(jī)薄膜電容器的特性作簡單介紹。

   2.聚苯乙烯電容器
    聚苯乙烯電容器中的種類很多,有以CB11型、CB10型為代表的普通聚苯乙烯電容器,以CB14型、CB15型為代表的精密聚苯乙烯電容器,以CB40型為代表的密封金屬化聚苯乙烯電容器,以及以CB80型為代表的高壓聚苯乙烯電容器等。
    聚苯乙烯電容器從結(jié)構(gòu)原理、介質(zhì)特性、電容參數(shù)等方面來講,有以下特點。
    (1)聚苯乙烯具有很寬的耐壓范圍,一般耐壓在30V~15kV范圍內(nèi)。普通聚苯乙烯電容器的額定電壓一般為100V;高壓型聚苯乙烯電容器的工作電壓可達(dá)10~40kV,專供特殊場合或高壓電路使用。電扇、洗衣機(jī)使用的聚苯乙烯電容器,其額定電壓一般為400V。電視機(jī)常用的聚苯乙烯電容器,其額定電壓有63V、160V、400V、15kV等規(guī)格。
    (2)聚苯乙烯的絕緣電阻很高,一般大于或等于1011Ω,所以漏電流很小。聚苯乙烯電容器在充電后靜置1000小時,仍能保持電荷量的95%,表明聚苯乙烯電容器的性能很好。
    (3)在電容器的損耗上,通常tgδ(5~15)×10-4。工作在高頻時,損耗角的正切值(tgδ)將大大增加,使高頻損耗加重,同時也使絕緣電阻大大下降。這是由于在高頻工作時,極板金屬微粒會滲透到聚苯乙烯微孔中去。所以在高頻電路或要求絕緣電阻高的場合不宜使用金屬化聚苯乙烯電容器。
    (4)在電容器的電容上,由于聚苯乙烯薄膜金屬化工藝簡單、極板易造性強(qiáng)、資源豐富,所以電容可造范圍較寬,一般可生產(chǎn)lOOpF~lOOμF的電容。
    (5)因為金屬化聚苯乙烯的厚度、均勻度、平整度便于工藝控制,下裁面積的精度更容易控制,所以能制造出精度很高的電容器,其誤差等級常有±1%、±2%、±5%、±10%、±20%等規(guī)格。在特殊需要時還可以生產(chǎn)出高精密度的電容器,誤差可控制在±0.3%,甚至±0.1%。
    (6)聚苯己烯電容器的溫度系數(shù)很小,一般為-(70~200)×10-6 (11℃),在電路中工作穩(wěn)定性高。但工作溫度不應(yīng)超過+70℃,因此在電器高溫電路部位不宜使用這種電容器。
    (7)聚苯乙烯薄膜的化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定,介質(zhì)吸收系數(shù)小于0.1%,抗酸堿腐蝕性強(qiáng),耐潮濕侵蝕性很高。
    (8)從極板的形成看,不管是噴覆、蒸發(fā)還是鍍餾,都是直接在聚苯乙烯單面生成金屬膜,這一過程叫介質(zhì)金屬化。聚苯乙烯金屬化多采用蒸發(fā)的方式,與鋁箔極板相比,具有許多優(yōu)點:
    ①蒸發(fā)制造極板,金屬密度均勻,極板層極薄;當(dāng)高壓將局部擊穿時,由于擊穿電流大、溫度高,能使擊穿點金屬薄層揮發(fā)到擊穿點之外,從而實現(xiàn)自愈,能避免擊穿造成短路。
    ②采用蒸發(fā)工藝生產(chǎn)極板,消除了極板與介質(zhì)間的間隙,降低了介質(zhì)的整體厚度,伺時也消除了極板與介質(zhì)間的空氣。因此制造的電容器相對體積小、電容大;在較高電壓條件下工作時,電離損耗較小。
    ③卷繞工藝也相對簡單許多。
    (9)聚苯乙烯電容器成品的形狀多種多樣,可在制得毛坯后自然包封成為圓柱形;也可采用熱合工藝將圓柱形毛坯壓偏成橢圓柱形;還可在毛坯外包封樹脂材料,使其外表成方形。如圖2-14 (b)所示。
    (10)在外表標(biāo)記上,“C”表示電容器,“B”表示聚苯乙烯介質(zhì),其他標(biāo)記表示電容、誤差等級、耐壓等,如圖2-14 (b)所示。

    3.聚四氟乙烯電容器   ADE-18W 
    這種電容器因為絕緣介質(zhì)的特性,具有較高絕緣電阻值。聚四氟乙烯材料的電阻率大于l019Ω·cm,用這種絕緣材料制成的電容器,絕緣電阻可高達(dá)l012Ω。
    聚四氟乙烯電容器在+250℃高溫下,能工作25小時不損壞;在-150℃時聚四氟乙烯也不發(fā)脆。這是薄膜電容器中工作溫度范圍最寬的一種,熱穩(wěn)定性極好。
    在耐壓方面,聚四氟乙烯電容器常用的規(guī)格有250V、630V兩種。
    聚四氟乙烯電容器的電容范圍為幾百皮法到零點幾微法。
    這種電容器還有一個顯著的特點,從低頻到超高頻范圍,損耗角正切值都比較小,tgδ一般為2xl0-4~10-3。就是在微波段,損耗角正切值也只有5X10-4。因此,聚四氟乙烯電容器是一種在頻率特性方面較為理想的屯容器。噴氣發(fā)電機(jī)中的點火器件、雷達(dá)發(fā)射機(jī)的空腔諧振器宜選用這種電容器。
    另外,聚四氟乙烯的化學(xué)穩(wěn)定性較強(qiáng),能承受各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿而不腐蝕。用聚四氟乙烯材料為介質(zhì)生產(chǎn)的薄膜電容器質(zhì)量很高,但是聚四氟乙烯材料價格昂貴,所以生產(chǎn)成本較高。通常只在一些特殊場合選用這種電容器,如在高溫、高絕緣、高頻電路中使用。

    4.聚丙烯電容器
    這種電容器的電性能與聚苯乙烯電容器基本相似,但比電容大于聚苯乙烯電容器,上限溫度高,為85~100℃。損耗角正切值為10-4~10-3。溫度系數(shù)為-lOOxl0-6~-400xl0-6(l/℃)。
    5.聚酯電容器
    聚酯電容器就是常說的滌綸電容器,也叫聚對苯二甲酸乙二酯電容器。介電常數(shù)ε較大,ε=3.1,所以“比電容”較大,可制成體積小、電容大的電容器。聚酯電容器耐熱性能好,能在120~130℃下穩(wěn)定工作。但其損耗角正切值tgδ較大,為10-2左右,且隨頻率變化較大。因此,這種電容器不宜在高頻下使用。

    6.聚碳酸酯電容器
    這種電容器損耗角正切值為8xl0-4~l5xl0-4。介電常數(shù)ε較大,約為3,所以它的比電容較大。溫度系數(shù)為±l50xl0-5(1/℃)。電容和損耗角正切值隨頻率變化根小,其性能比聚酯電容器好一些。
    總體來說,上述幾種有機(jī)薄膜中,聚酯電容器與聚碳酸酯電容器具有比電容大、耐溫高、耐壓強(qiáng)度高等優(yōu)點。而聚苯乙烯電容器、聚丙烯電容器、聚四氟乙烯電容器具有損耗角正切值小、絕緣電阻高、介質(zhì)吸收系數(shù)小、有負(fù)溫度系數(shù)等優(yōu)點。

 

 

 

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