本發(fā)明涉及陶瓷電容器領(lǐng)域，尤其指一種電介質(zhì)呈雙凹形的電極尺寸可調(diào)的高壓陶瓷電容器及制造工藝。

背景技術(shù)：

陶瓷電容器作為基本的無源元件，廣泛應(yīng)用于電源、家電、汽車等設(shè)備，起濾波、振蕩、耦合的作用。傳統(tǒng)的陶瓷電容器為分立元件，形狀以圓柱形為主，其成型工藝簡單、成型后生片密度均勻，便于裝缽燒結(jié)、便于印制電極、便于焊接引線、易于大規(guī)模生產(chǎn)。當(dāng)前電子元件的小型化發(fā)展趨勢明顯，專利CN202268250U公布了一種高壓陶瓷電容器介質(zhì)結(jié)構(gòu)，其電介質(zhì)呈雙凹形，在呈圓柱體的電介質(zhì)上下圓面對稱的制造出圓臺形空缺形成，因圓板式高壓陶瓷電容器擊穿模式普遍為電極邊緣擊穿，即施加電壓時(shí)，圓板式高壓陶瓷電容器電極邊緣場強(qiáng)高于其他區(qū)域，優(yōu)先擊穿，減小圓板陶瓷電容器中心區(qū)域的厚度不會對產(chǎn)品耐壓能力造成影響，同時(shí)電介質(zhì)厚度減薄，也增大了產(chǎn)品容量，在保持原容量的前提下，可繼續(xù)縮小圓板式陶瓷電容的直徑，減少電介質(zhì)浪費(fèi)。因傳統(tǒng)陶瓷電容器采用印刷導(dǎo)電膠料后燒結(jié)的工藝制備電極，專利CN202268250U介質(zhì)結(jié)構(gòu)印刷導(dǎo)電漿料時(shí)，因陶瓷基體深淺差異，導(dǎo)致刮刀力度不同，導(dǎo)電漿料會淤積在凹形內(nèi)，造成電極厚度不均勻，導(dǎo)電漿料浪費(fèi)。專利CN104167290A提出了一種凹形高壓陶瓷電容器，其介質(zhì)結(jié)構(gòu)同樣為凹形，在呈圓柱形的電介質(zhì)上下圓面對稱的制造出圓柱形空缺形成，其電極化工藝采用整體化學(xué)沉積的工藝，在整個(gè)陶瓷基片上沉積銅層后，將陶瓷基片圓柱外側(cè)面的銅層磨去，形成電極，其電極層厚度均勻，缺點(diǎn)是電極完全覆蓋基片圓面，電極尺寸無法調(diào)節(jié)，即電容量無法調(diào)節(jié)，此外磨邊的過程易因機(jī)械外力造成基片缺角，人為造成了工藝缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種雙凹形高壓陶瓷電容器，通過對電容器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及制造工藝的改進(jìn)，在保證產(chǎn)品技術(shù)性能不變的前提下，可縮小產(chǎn)品體積，實(shí)現(xiàn)小型化，并降低產(chǎn)品電壓擊穿風(fēng)險(xiǎn)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品電極尺寸自由選擇、提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)的自由度，同時(shí)降低能耗，并改善產(chǎn)品可焊性，易于批量化生產(chǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種雙凹形高壓陶瓷電容器，包括有焊錫、引線、樹脂包封層、電極層和陶瓷介電基體，所述的陶瓷介電基體為上下底面各有一圓臺形空缺的中心對稱的圓柱體，空缺圓臺的軸與陶瓷介電基體的軸重合，圓臺圓面面積小于圓柱底面面積，空缺圓臺側(cè)面的斜面與圓臺較小面積圓面的交界處存在一段截面為弧線的過渡面，即陶瓷介電基體中心部分的厚度比邊緣薄，底面中心位置的圓面與底面外圈圓環(huán)之間存在一形如圓臺側(cè)面的斜面，斜面與陶瓷介電基體底面中心圓面間存在一段截面為弧線的過渡面，陶瓷介電基體上設(shè)有電極，電極上焊接引線，樹脂包封層包裹電極、陶瓷介電基體及部分引線。

進(jìn)一步的，所述電極為三層，底層為鎳或鎳鎘含量各占50％的鎳鉻合金，中層為銅，頂層為銅錫合金。

進(jìn)一步的，所述電極頂層銅錫合金面積小于等于電極銅層面積。

進(jìn)一步的，所述電極頂層銅錫合金中，錫含量為30％-99％。

所述電容器的制備過程包括，雙凹形高壓陶瓷電容器陶瓷介電基體制備、陶瓷介電基體電極化，引線焊接、樹脂包封料涂覆、標(biāo)識打印、測試，其制造的具體工藝過程如下：

1)雙凹形高壓陶瓷電容器陶瓷瓷粉沖壓成型，形成具備一定強(qiáng)度的雙凹形生片。

2)生片經(jīng)隧道窯燒結(jié)成瓷，形成雙凹形高壓陶瓷電容器的陶瓷介電基體。

3)陶瓷介電基體風(fēng)浴清潔。

4)陶瓷介電基體表面覆蓋掩膜板。

5)采用真空濺射方法并配合相應(yīng)掩膜板，依次在陶瓷介電基體表面濺射出電極底層、中層、頂層。

6)在電極上焊接處接引線。

7)涂覆樹脂包封料，包裹陶瓷介電基體、電極及部分引線。

8)樹脂上打印標(biāo)識，按國家標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品進(jìn)行各項(xiàng)測試。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

在陶瓷介電基體底面圓面與內(nèi)側(cè)面的斜面間增加了截面為弧線的過渡面，使底面向側(cè)面的過渡更為平滑，減少尖端放電的風(fēng)險(xiǎn)，保證瓷介電容耐電壓擊穿時(shí)，擊穿點(diǎn)不出現(xiàn)在瓷介基體內(nèi)部圓面邊緣。陶瓷電容器上拖加電壓時(shí)，電極表面的同種電荷相互排斥，電荷間趨向于互相遠(yuǎn)離，在平面上，電極邊緣受到其他區(qū)域共同作用的較大的斥力，為達(dá)到受力平衡，電極邊緣的電荷間距相比中心區(qū)域的電荷間距更小，造成電極邊緣電荷密度更大，場強(qiáng)更大的結(jié)果，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)平面電極的電容器電壓擊穿時(shí)，擊穿點(diǎn)位于電極邊緣，即邊緣效應(yīng)；在三維情況下，同種電荷間的相互排斥，造成帶電表面的尖端部位電荷密度大，電場強(qiáng)度大，易于放電，即尖端放電。本發(fā)明因采用凹形結(jié)構(gòu)，除電極邊緣存在的邊緣效應(yīng)外，在陶瓷介電基體的底面與內(nèi)側(cè)面的斜面間，也構(gòu)成了一個(gè)尖端，當(dāng)尖端效應(yīng)強(qiáng)于邊緣效應(yīng)時(shí)，電容器電壓擊穿點(diǎn)將位于陶瓷介電基體凹形內(nèi)部圓面的邊緣，而此處電介質(zhì)厚度已減薄，將不能保證電容器擊穿電壓符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。采用在尖銳處采用截面為圓弧形的過渡面可去除尖端，形成光滑的過渡面，大大減小尖端放電的風(fēng)險(xiǎn)，提升電容器的安全性。過渡面的設(shè)計(jì)可進(jìn)一步降低凹形電容器凹形內(nèi)部圓面邊緣擊穿的風(fēng)險(xiǎn)，可進(jìn)一步增加凹形深度，同時(shí)相應(yīng)的減小陶瓷介電基體直徑，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化。小體積陶瓷電容器相比大體積陶瓷電容，成型、燒成等工藝過程造成的內(nèi)部差異更小，潛在工藝失效點(diǎn)少，耐電壓強(qiáng)于同規(guī)格的大體積陶瓷電容器。此外，雙凹形高壓陶瓷電容器生片成型時(shí)，粉料間因摩擦力原因無法實(shí)現(xiàn)完全流動(dòng)，將導(dǎo)致模具最先接觸粉料的部位即厚度較薄的圓面下方區(qū)域的密度較大，生片外部密度小于中心區(qū)域，同時(shí)內(nèi)側(cè)面斜面有向外側(cè)推擠粉料的趨勢，采用截面為弧線的過渡面，可使生片內(nèi)部圓面至內(nèi)側(cè)斜面的過渡更為平滑，不至于出現(xiàn)密度陡增，因生片壓制成型后，壓機(jī)壓力撤銷時(shí)，生片將出現(xiàn)一定的反彈膨脹，采用過渡面的設(shè)計(jì)可減小批量制成時(shí)因密度差異潛在的開裂風(fēng)險(xiǎn)。

本發(fā)明采用改進(jìn)工序的磁控濺射法為陶瓷介電基體制備電極，磁控濺射屬較普遍的電極化技術(shù)，通過荷能粒子轟擊靶材，使靶材金屬飛濺至陶瓷介電基體表面形成電極，通過掩膜板覆蓋，可自由選擇陶瓷介電基體暴露的位置、尺寸。磁控濺射方法制備的電極厚度均勻且可通過掩膜板孔徑的選擇實(shí)現(xiàn)電極的調(diào)整。通過濺射方式可避免全電極電鍍后磨邊可能造成的瓷體損傷，增加了工藝可靠性。磁控濺射方法需要陶瓷基底清潔，一般采用純凈水清洗后烘干的方式達(dá)成，本發(fā)明采用風(fēng)淋方式即可實(shí)現(xiàn)清潔，陶瓷介電基體呈凹形，吹風(fēng)時(shí)陶瓷介電基體移動(dòng)，在風(fēng)簾邊緣，從凹形邊緣吹入的風(fēng)可經(jīng)凹形后轉(zhuǎn)向，由另一邊緣吹出，不會出現(xiàn)頂部強(qiáng)風(fēng)將灰塵壓在基片上的情況，相比圓柱形陶瓷基體，頂部吹風(fēng)的清潔效果較好，本發(fā)明通過多方向的持續(xù)強(qiáng)風(fēng)及灰塵收集的方式，可實(shí)現(xiàn)陶瓷介電基體燒結(jié)后殘留隔離粉等表面粉末的清潔，直接濺射電極后拉力合格，無需采用清洗烘干的方式，工藝過程簡潔、降低能耗。

磁控濺射法制備電極一般采用雙層電極結(jié)構(gòu)，電極外層金屬起導(dǎo)電和焊接作用，內(nèi)層為過渡層金屬，起導(dǎo)電及連接瓷體與外層金屬、保證拉力的作用，通常濺射電極的陶瓷介電基體會迅速進(jìn)入后續(xù)工藝，焊接、涂裝包封料后出廠，但當(dāng)前電容器行業(yè)分工細(xì)化，大部分企業(yè)專注于工藝的一部分，如部分企業(yè)制作完成電極化的陶瓷介電基體即出廠，由后續(xù)廠家完成焊接、包封、測試等環(huán)節(jié)，因此電極化的陶瓷介電基體可能不會被迅速使用，存儲過程中易出現(xiàn)電極表面氧化的問題，目前電極外層濺射金屬主要為銅，一旦出現(xiàn)氧化，電極將無法焊接引線，且難以后續(xù)處理，本發(fā)明通過三層電極結(jié)構(gòu)，在最外層增設(shè)一層銅錫合金，通過調(diào)整其含錫比例，使電極頂層成分與焊錫接近，銅錫合金在常溫下，錫不與空氣中的氧反應(yīng)，其氧化物主要為氧化銅，可在外層電極出現(xiàn)部分氧化的情況下，即外層部分銅出現(xiàn)氧化的情況下，仍實(shí)現(xiàn)外層電極中的錫與焊錫焊接，本發(fā)明可保證引線的可焊性，從而延長了電極化的陶瓷介電基體存儲時(shí)間，易于本發(fā)明一種雙凹形高壓陶瓷電容器的推廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種雙凹形高壓陶瓷電容器的正視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一種雙凹形高壓陶瓷電容器的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明一種雙凹形高壓陶瓷電容器的瓷介電基體側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明一種雙凹形高壓陶瓷電容器的電極化的陶瓷介電基體電極結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明：

如無特別說明，本說明書中的百分含量均指質(zhì)量百分含量。

實(shí)施例1，參見附圖1、2、3、4所示，本發(fā)明涉及的一種雙凹形高壓陶瓷電容器，其包括焊錫001、引線002、樹脂包封層003、電極層004和陶瓷介電基體005，所述的陶瓷介電基體005為上下底面各有一圓臺形空缺的中心對稱的圓柱體，空缺圓臺的軸與陶瓷介電基體005的軸重合，圓臺圓面面積小于圓柱底面面積，空缺圓臺側(cè)面的斜面501與圓臺較小面積圓面的交界處存在一段截面為弧線的過渡面502，即陶瓷介電基體005中心部分的厚度比邊緣薄，底面中心位置的圓面503與底面外圈圓環(huán)504之間存在一形如圓臺側(cè)面的斜面501，斜面501與陶瓷介電基體005底面中心圓面503間存在一段截面為弧線的過渡面502，陶瓷介電基體005上設(shè)有電極004，電極004上焊接引線002。樹脂包封層003包裹電極004、陶瓷介電基體005及部分引線002。電極004分為三層，底層為鎳鉻含量各占50％的鎳鉻合金層401，中層為銅層402，頂層為銅錫合金層403，電極004中銅錫合金層403面積等于銅層402面積，銅錫合金層403中錫含量為99％。

上述電容器的制備過程包括陶瓷介電基體制造、陶瓷介電基體電極化、焊接引線、樹脂包封料涂覆、標(biāo)識打印、測試。具體工藝步驟如下：

1)生片壓制成型：將電子陶瓷粉料裝入與產(chǎn)品形狀對應(yīng)的模具中，沖壓成型，形成中間薄邊緣厚的陶瓷介電基體生片。

2)燒結(jié)：陶瓷介電基體生片經(jīng)裝缽后入隧道窯燒結(jié)，形成雙凹形高壓陶瓷電容器的陶瓷介電基體。

3)風(fēng)?。禾沾山殡娀w經(jīng)多方向的強(qiáng)風(fēng)清潔，將燒結(jié)后殘留在陶瓷介電基體上的隔離粉等粉末清除。

4)掩膜：根據(jù)設(shè)計(jì)的電極形狀、尺寸，選取對應(yīng)的掩膜板，將陶瓷介電基體包裹，露出待濺射區(qū)域。

5)濺射電極：采用磁控濺射方法并配合相應(yīng)掩膜板，依次在陶瓷介電基體表面濺射出電極底層、中層、頂層。

6)引線焊接：在電極上焊接外接引線。

7)涂覆樹脂包封料：焊接引線后的陶瓷介電基體通過涂裝生產(chǎn)線完成環(huán)氧樹脂涂裝，環(huán)氧樹脂經(jīng)烘烤固化后包裹陶瓷介電基體、電極及部分引線。

8)打印及測試：在環(huán)氧樹脂上打印標(biāo)識，并按國家標(biāo)準(zhǔn)對打印后的電容器進(jìn)行各項(xiàng)測試，合格后出廠。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)尺寸對比：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)耐電壓對比：

本發(fā)明各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合國標(biāo)GB/T 2693-2001《電子設(shè)備用固定電容器第一部分總規(guī)范》和GB/T 14472-1998《電子設(shè)備固定電容器第十四部分抑制電磁干擾用瓷介固定電容器》標(biāo)準(zhǔn)要求。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限。