30年前的台湾,从金门炮战的阴影中逐渐走出,正如今日的大陆,百业开始蓬勃发展,到处充满了机会。此时由于日本国内生产环境恶化、工资高涨、环保意识抬头、使得生产厂商大量外移。而台湾因占地利之便及奖励投资策略的成功,吸引了很多外资企业来台设厂;其附属之零件供应厂也一并跟随来台。这样的场景,正如今日台湾零件厂纷纷跟随大厂外移大陆一样,美系中狮、玛乐莱、日系TDK、太阳诱电、KCK、村田...等也相继来台设厂,生产陶瓷电容器。各厂动则雇用员工数百名至数千名,于是,本土人才在受雇中开始萌芽,加工技术亦逐渐成熟。可是,重点是在较高层次的粉体生产则一直未能生根;一直到工研院成立,才在基础上略有成就,也才有后来的大企业投入基础粉料生产。再者,由于社会的进步,人们对于电器用品的安全性要求越来越高,对于使用于较高电压及电源交流电容器日渐重视,凡有使用电的器具,都必须使用这种电容器,借以阻绝及旁路杂波干扰,因此,这种高压电电极及交流用之电容器,几乎无限量在成长,具有不可忽视的市场潜力;且陶瓷电容器用于高压电及电源部分,因有体积小、容量大之优点,应用之广泛亦随着市场而扩张。
目前,国内的圆板型陶瓷电容器,其加工技术由美日导入,至今虽已超过三十年以上,也曾在台湾形成蓬勃的加工产业,于国际市场上占有一席之地;但近年来,由于社会型态的改变,以往劳力密集的优势已消失殆尽。厂商大量外移的结果,使有意根留台湾的业者在经营上倍感吃力,危机感油然而生,亟思有所突破。部分业者在最内行即本行的信念下,投身研发工作。用四十年累积的实作经验,锁定高压及电源用AC电容器,务求突破迷障,终于研究出圆板型电极制作法,并申请发明专利中。传统的电极制造法,大致包括下列数种:
1.笔涂式:
此种笔涂式电极制法系由烧窑业的金属彩绘技术发展而来,最早期的陶瓷电容器电极即利用此法制成。主要是由人工以小毛笔或水彩笔沾上银胶,在磁片上画圆,大小则根据所需的电容值决定。由于是以手工绘制,精确度奇差,只能用于制作允许大误差的电容器。
2.海绵低压式:
系由前述之笔涂式演进而来。在作业速度上有显著增进,惟因仍以人工方式作业,成本高、售价低,现今除实验室外已少有利用。
3.点胶式:
由于自动化机械问世,前述涂布银胶的工作,可借助点胶机的自动点胶功能进行。此种制法的优点在于大量节省人力;但用于制作小型品时,难度骤升,尤其是在直径5㎜以下,点胶滴流困难。
4.喷雾式:
早期小型SC半导体电容器未大量生产前,要大容量,如104pf时,为配合直径16㎜、厚度0.15㎜而加工易破的瓷片上制作电极发展而来,目前已少使用。
5.电镀研磨法:
七零年代,石油危机期间,国际银价一日数涨,迫使厂商寻求替代方案。其中包括有镀镍研磨刮边、镀铜研磨刮边及印铜膏、镍膏等方法。主要运用于AC电容器及高介质电容器上;透过良好的封装后,具有提高耐电压与抑制局部放电(PARTIAL DISCHARGE)及防止发生电晕(CORONA)现象。但小型品作无心研磨,刮边有困难,且铜镍金属在高频下,DF高、Q低,其电气特性不若银质优良,再加上电镀及研磨产生之废水或多或少会破坏生态环境,造成环保问题。
6.网版印刷法:
为目前效率最佳、精准度最高、使用最广的方法。惟缺点在于必须使用精密设备,其设备售价昂贵,制造成本居高不下。虽有精密的网板及铝盘配合,但前者易受张力影响,后者则有热涨冷缩之问题,皆会影响印刷时之精准对位;再者,欲在瓷片上印刷90%以上电极面积或极小圆径之尺寸则有实际困难。因而无法有效提高耐电压及控制容量之准确性。
综合以上数种传统陶瓷电容器电极制作法,可看出其分别存在制程繁复、成本昂贵及成品电气特性不佳等不同领域的问题及缺点,乃有全满银电极制作法的研发,用以补其不足。圆板型电容器可由下列公式换算,由已知的换算出未知的电极规格(图一):
例一已知D=3㎜ C值1 pf , 求T 厚度
利用公式二(图二)
即在厚度0.5㎜,直径3㎜的瓷片上两面布满银胶以构成电极,即可制成1 pf之陶瓷电容器而实际瓷片粉体用量则为(图三)
如以市售相同电容值的陶瓷电容与前述比较,可发现两者在瓷片粉料用量上之显著差异
又市售网板印刷过程之电极之1 pf + -0.25 pf 电容编号5070(直径5㎜,厚度0.7㎜) 常数36介电系数ε=8 利用公式四可算出银胶直径为(图四)
再换算实际瓷片粉体 disk body 用量(图五)
经与前述利用全满电极陶瓷粉体用量比较(图六)
例二市售网板印刷构成电极之102M/2kvdc 电容器瓷片编号50100(直径5㎜,厚度1㎜) 常数36介电系数ε= 15000 利用公式可算出银胶直径(图七)
再换算其实际的瓷片粉体用量(图八)
又利用本方法制成的陶瓷电容,其瓷片直径D=3㎜ 常数=36 电容值1000 pf ε=15000
利用公式二(图九)
再换算本方法前述实施例粉体用量(图十)
经由传统电容之瓷片粉体比较(图十一)
电子零件潮流是朝着轻薄短小的精密方向发展,因此,一般低压品在已有业界相当成功地投入SMT生产后,传统的圆板型势必逐渐没落;但中高压以上及电源用交流电容器因MLCC 、制程关系,或价格因素是尚未能充分取代的领域。此一崭新的技术正是保障不被淘汰的不二法门,且因采用全满电极,不受网板及铝盘之影响,在误差值尚可进入更精密的境界;尤其在传统圆板陶瓷电容器1 pf 以内是制造上的盲点所在,电容值越小,误差越小,技术层次越高,新技术可在未来的精小型产品需求上预先铺下一条康庄大道。