Технологія виготовлення керамічних конденсаторів - студопедія

В якості вихідних продуктів у виробництві керамічних конденсаторів застосовуються, як природні сировинні матеріали: глина, тальк, мармур, так і продукти хімічної промисловості: двоокис титану, двоокис цирконію, вуглекислий Барі та інші.

Природна сировина необхідно очищати від сторонніх включень і домішок (особливо заліза). Їх видалення виробляють магнітною сепарацією.

Для отримання керамічної маси потрібного складу виробляють подрібнення і змішування входять до неї компонентів на кульової млині. Зазвичай проводять мокрий помел в присутності води і отримують рідку масу - шликер, яка потім зневоднюється на фільтр-пресі. З фільтр-преса керамічна маса знімається у вигляді пластичних коржів з вологістю 20-25%, після чого сушиться і дробиться в сухий порошок.

Найчастіше застосовують вібропомол на кульових млинах для прискорення розмелювання маси і збільшення ступеня її подрібнення.

Існує також спосіб вихрового помелу з використанням вихрових (струменевих) млинів, в яких за допомогою стиснутого повітря або пара здійснюється зіткнення двох потоків попередньо подрібненої керамічної маси. Таким методом отримують більш дрібну ступінь подрібнення, що дозволяє знизити товщину керамічних діелектриків.

Для виготовлення заготовок у виробництві керамічних конденсаторів використовують такі методи:

- пресування з сухого порошку - застосовується для виготовлення дискових конденсаторів. Заготовки пресуються на пресах в спеціальних прес-формах. Перед пресуванням порошок зволожують і вводять в нього органічну зв'язку (парафін, полівініловий спирт). Отримана товщина диска порядку 0,2-0,3 мм.

- протяжка трубок - з пластичної маси виготовляють трубчасті конденсатори. Волога маса у вигляді коржів надходить на вакуум-м'яльницю, де відбувається ущільнення маси для видалення повітряних включень, потім маса йде на прес для витяжки трубок. У масу вводять пластифікатори для збільшення пластичності. Товщина стінок до 0,2-0,3 мм.

- лиття з рідкої маси в гіпсові форми - застосовується для виготовлення конденсаторів високої напруги (наприклад, горшкового типу). Стінки гіпсової форми віднімають воду з маси і вона загусає. Після підсушування розкривають форму і виймають заготівлю. Метод лиття дає більш високі значення. Для отримання більш точних розмірів заготовку обробляють на токарному верстаті.

- гаряче лиття - застосовується для виготовлення конденсаторів складної форми, зокрема для виробництва «секційних» (щілиновидних) конденсаторів типу КЛГ або КЛС. Рідка кераміка з пластифікатором при температурі і тиску 4-5 атм надходить в форму, де застигає при охолодженні. Потім видаляють пластифікатор і спекают кераміку (при). Товщина стінок становить 0,2-0,5 мм, товщина щілин в яких створюються обкладання 0,1-0,2 мм.

Діелектрик являє собою прямокутну призму, вузькі прямокутні прорізи в якій утворюють ряд тонких керамічних пластин, на поверхню яких нанесений тонкий шар металу.

Загальна ємність конденсатора складається з паралельно з'єднаних ємностей відокремлених пластин. У конденсатора КЛГ прорізи глухі, що ускладнює регулювання ємності. Більш проста технологія у конденсаторів КОР з наскрізними щілинами, які дозволяють регулювати ємність. Недолік - малий міжелектродний зазор, який призводить до зменшення вологостійкості конденсатора.

Для конденсаторів КЛГ і КЛС пробою одній з пластин викликає втрату працездатності всього вироби. Для секційних керамічних конденсаторів застосовують «резервування» пластин - тобто між двома сусідніми пластинами залишають вільну проріз, що не підключену до жодного із загальних електродів. Таким чином загальна ємність складається з ємності паралельно з'єднаних пар пластин з послідовним з'єднанням між собою. Пробій однієї з пластин викличе зміна ємності конденсатора без втрати його працездатності. Цей спосіб дозволяє підвищити надійність конденсатора в 10-20 разів.

- лиття керамічних плівок з подальшою вирубкою з них дисків малого діаметра - застосовується при виготовленні мініатюрних конденсаторів. Шликер тонким шаром виливається на рухому металеву стрічку, покриту шаром лаку для запобігання прилипання кераміки до металу. Стрічка проходить через сушильний пристрій. З керамічної плівки вирубують диски. Потім йде випал, тобто підйом температури, витримка при максимальній температурі і охолодження. Обпалені заготовки керамічних конденсаторів піддаються сріблення методом вжигания для освіти обкладок конденсатора, після чого до обкладанні припаюють висновки. Після цього наноситься вологозахисний шар, проводиться випробування конденсаторів і їх маркування.

Кераміка, що застосовується в конденсаторах розділяється на високочастотну і низькочастотну.

Високочастотна кераміка характеризується низькими діелектричними втратами, а ємність таких конденсаторів при зміні температури змінюється майже за лінійним законом.

Низькочастотна кераміка має більшу, внаслідок чого ці конденсатори мають велику ємність при тих же габаритах, що і ВЧ конденсатори. Але у них більше.

За температурними властивостями керамічні конденсатори ділять на кілька груп. Конденсатори, що мають найменший ТКЕ називаються т ермостабільнимі (їх застосовують в коливальних контурах генераторів високої стабільності). Конденсатори, що мають негативний ТКЕ називаються термокомпенсирующих. Їх слід застосовувати в коливальних контурах, так як зменшення їх ємності при збільшенні температури призводить до збільшення власної частоти контуру. А нагрів інших деталей контуру сприяє зменшенню його частоти. В результаті цього, зміна власної частоти контуру при підвищенні температури буде незначним.

Низьковольтні керамічні конденсатори (К10)

В даний час кількість керамічних конденсаторів, використовуваних в електронній апаратурі, перевищує половину всіх застосовуваних конденсаторів.

Найбільш широко застосовуються дискові (КД) і трубчасті (КТ) конденсатори. Для більшості конденсаторів номінальну напругу становить 160-500 В постійного струму. Керамічні конденсатори володіють великим набором значень (від 6 до десятка тисяч) і ТКЕ. Вони бувають високочастотні (тип 1) і низькочастотні (тип 2 і 3). У конденсаторів типу 1 нормується ТКЕ, вони мають малі втрати і малі значення індуктивності.

Підвищеною надійністю володіють конденсатори типу КТ-1Е, що відрізняються від традиційної конструкції трубчастих конденсаторів наявністю глухого дна і, отже, одного зовнішнього зазору. Конденсатори КТ-1Е відрізняються високою вологостійкістю і мають ємності від 1-15000 пФ.

Для застосування в ВЧ ланцюгах критичних до значень власної індуктивності, призначені конденсатори КДУ і К10У-2. Керамічні дискові УКХ конденсатори КДУ можуть працювати в ланцюгах постійного, змінного та пульсуючого струмів УКХ апаратури. Мають стрічкові короткі висновки. Клиновидні конденсатори К10У-2 є безіндукціоннимі, безвиводние і призначені для друкованого монтажу.

Максимальні значення номінальної і питомої ємності серед керамічних конденсаторів типів 1 і 2 мають монолітні конденсатори - являють собою пакет з чергуються шарів металу і кераміки. На сирі керамічні плівки наносять металовмісних пасту, після чого плівки складають в пакети, спресовують, розрізають на заготовки і обпалюють при температурі. Метал для електродів в основному платина і паладій - дефіцитні і дорогі, що призводить до збільшення вартості конденсаторів.

Останнім часом випускаються конденсатори з електродами з неблагородних металів (К10-20), однак електричні параметри у них гірше. Для застосування в мікросхемах, мікромодулів, гібридних інтегральних схемах призначені незахищені безвиводние монолітні конденсатори. Ці конденсатори мають срібні або луджені контактні площадки, за допомогою яких конденсатори підключаються в апаратуру. Контактні майданчики мають невеликі розміри. При механічних навантаженнях може статися повне або часткове відшарування контактів від конденсатора або від внутрішніх електродів моноліту, що викликає повну або часткову втрату ємності.

Різке зменшення товщини діелектрика отримано в конденсаторах з бар'єрним шаром, які називаються також конденсаторами з відновленої кераміки. Конденсатор цього типу являє собою (К10У-5) диск з сегнетокераміческого матеріалу, який при випалюванні в водневому середовищі відновлюється до напівпровідникового стану. Після відновлення диск окислюється шляхом прогріву в повітряному середовищі, причому на його поверхні утворюється шар діелектрика. На обидві поверхні диска наносяться електроди, при цьому загальна ємність конденсатора утворюється з послідовно з'єднаних ємностей тонких шарів, розташованих по обидві сторони полупроводящей диска. Послідовно включений напівпровідниковий шар викликає збільшення (до 0,035-0,1 при частоті 1 кГц), що обмежує сферу застосування конденсаторів низькими частотами. Такі конденсатори мають малий опір ізоляції і великий струм витоку. Значне поліпшення опору ізоляції можна отримати в конденсаторах з прикордонним шаром пресованих з крупинок полупроводящей кераміки, причому на кожній з крупинок створюється тонкий шар діелектрика. У цьому випадку між металевими обкладинками, нанесеними на дві сторони диска, розташовується ряд тонких шарів, що покривають окремі крупинки. Це дає зниження струму витоку і збільшення опору ізоляції. Ефективне значення діелектричної проникності снижется, але має все-таки високі значення.

Високою робочою температурою мають фольгових-керамічні конденсатори зі зменшеною товщиною ізоляції. При їх виготовленні використовується шликер, отриманий з обжигаемой кераміки заданого складу з рідкої алюмофосфатного зв'язкою. У рідкий шликер занурюється гребінка з алюмінієвої фольги, на зубцях якої відкладається тонкий шар керамічної маси. Використовують гребінки двох розмірів з вузькими і широкими зубцями, які після нанесення покриття складаються в стопки, затискаються і спікається. Відрізаючи зубці, отримують секції конденсаторів, які герметизуються в керамічних коробках, що заливаються з торця склом. Ця технологія дозволяє знизити товщину діелектрика до 10-15 мкм. Конденсатори такого типу є високочастотними.