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傳統陶瓷電容器技術新突破
電源用AC及高壓電容器唯一的電極製作法

【作者: 王森茂】   2000年10月01日 星期日

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30年前的台灣,從金門砲戰的陰影中逐漸走出,正如今日的大陸,百業開始蓬勃發展,到處充滿了機會。此時由於日本國內生產環境惡化、工資高漲、環保意識抬頭、使得生產廠商大量外移。而台灣因佔地利之便及獎勵投資策略的成功,吸引了很多外資企業來台設廠;其附屬之零件供應廠也一併跟隨來台。這樣的場景,正如今日台灣零件廠紛紛跟隨大廠外移大陸一樣,美系中獅、瑪樂萊、日系TDK、太陽誘電、KCK、村田...等也相繼來台設廠,生產陶瓷電容器。各廠動則雇用員工數百名至數千名,於是,本土人才在受雇中開始萌芽,加工技術亦逐漸成熟。可是,重點是在較高層次的粉體生產則一直未能生根;一直到工研院成立,才在基礎上略有成就,也才有後來的大企業投入基礎粉料生產。再者,由於社會的進步,人們對於電器用品的安全性要求越來越高,對於使用於較高電壓及電源交流電容器日漸重視,凡有使用電的器具,都必須使用這種電容器,藉以阻絕及旁路雜波干擾,因此,這種高壓電電極及交流用之電容器,幾乎無限量在成長,具有不可忽視的市場潛力;且陶瓷電容器用於高壓電及電源部分,因有體積小、容量大之優點,應用之廣泛亦隨著市場而擴張。


目前,國內的圓板型陶瓷電容器,其加工技術由美日導入,至今雖已超過三十年以上,也曾在台灣形成蓬勃的加工產業,於國際市場上佔有一席之地;但近年來,由於社會型態的改變,以往勞力密集的優勢已消失殆盡。廠商大量外移的結果,使有意根留台灣的業者在經營上倍感吃力,危機感油然而生,亟思有所突破。部分業者在最內行即本行的信念下,投身研發工作。用四十年累積的實作經驗,鎖定高壓及電源用AC電容器,務求突破迷障,終於研究出圓板型電極製作法,並申請發明專利中。傳統的電極製造法,大致包括下列數種:


1.筆塗式:

此種筆塗式電極製法係由燒窯業的金屬彩繪技術發展而來,最早期的陶瓷電容器電極即利用此法製成。主要是由人工以小毛筆或水彩筆沾上銀膠,在磁片上畫圓,大小則根據所需的電容值決定。由於是以手工繪製,精確度奇差,只能用於製作允許大誤差的電容器。


2.海綿滴壓式:

係由前述之筆塗式演進而來。在作業速度上有顯著增進,惟因仍以人工方式作業,成本高、售價低,現今除實驗室外已少有利用。


3.點膠式:

由於自動化機械問世,前述塗佈銀膠的工作,可借助點膠機的自動點膠功能進行。此種製法的優點在於大量節省人力;但用於製作小型品時,難度驟昇,尤其是在直徑5㎜以下,點膠滴流困難。


4.噴霧式:

早期小型SC半導體電容器未大量生產前,要大容量,如104pf時,為配合直徑16㎜、厚度0.15㎜而加工易破的瓷片上製作電極發展而來,目前已少使用。


5.電鍍研磨法:

七零年代,石油危機期間,國際銀價一日數漲,迫使廠商尋求替代方案。其中包括有鍍鎳研磨刮邊、鍍銅研磨刮邊及印銅膏、鎳膏等方法。主要運用於AC電容器及高介質電容器上;透過良好的封裝後,具有提高耐電壓與抑制局部放電(PARTIAL DISCHARGE)及防止發生電暈(CORONA)現象。但小型品作無心研磨,刮邊有困難,且銅鎳金屬在高頻下,DF高、Q低,其電氣特性不若銀質優良,再加上電鍍及研磨產生之廢水或多或少會破壞生態環境,造成環保問題。


6.網板印刷法:

為目前效率最佳、精準度最高、使用最廣的方法。惟缺點在於必須使用精密設備,其設備售價昂貴,製造成本居高不下。雖有精密的網板及鋁盤配合,但前者易受張力影響,後者則有熱漲冷縮之問題,皆會影響印刷時之精準對位;再者,欲在瓷片上印刷90%以上電極面積或極小圓徑之尺寸則有實際困難。因而無法有效提高耐電壓及控制容量之準確性。


綜合以上數種傳統陶瓷電容器電極製作法,可看出其分別存在製程繁複、成本昂貴及成品電氣特性不佳等不同領域的問題及缺點,乃有全滿銀電極製作法的研發,用以補其不足。圓板型電容器可由下列公式換算,由已知的換算出未知的電極規格(圖一):



《圖一 》
《圖一 》

例一已知D=3㎜ C值1 pf , 求T 厚度


利用公式二(圖二)



《圖二 》
《圖二 》

即在厚度0.5㎜,直徑3㎜的瓷片上兩面佈滿銀膠以構成電極,即可製成1 pf之陶瓷電容器而實際瓷片粉體用量則為(圖三)


《圖三 》
《圖三 》

如以市售相同電容值的陶瓷電容與前述比較,可發現兩者在瓷片粉料用量上之顯著差異


又市售網板印刷過程之電極之1 pf + -0.25 pf 電容編號5070(直徑5㎜,厚度0.7㎜) 常數36介電係數ε=8 利用公式四可算出銀膠直徑為(圖四)


《圖四 》
《圖四 》

再換算實際瓷片粉體 disk body 用量(圖五)


《圖五 》
《圖五 》

經與前述利用全滿電極陶瓷粉體用量比較(圖六)


《圖六 》
《圖六 》

例二市售網板印刷構成電極之102M/2kvdc 電容器瓷片編號50100(直徑5㎜,厚度1㎜) 常數36介電係數ε= 15000 利用公式可算出銀膠直徑(圖七)


《圖七 》
《圖七 》

再換算其實際的瓷片粉體用量(圖八)


《圖八 》
《圖八 》

又利用本方法製成的陶瓷電容,其瓷片直徑D=3㎜ 常數=36 電容值1000 pf ε=15000


利用公式二(圖九)


《圖九 》
《圖九 》

再換算本方法前述實施例的粉體用量(圖十)


《圖十 》
《圖十 》

經由傳統電容之瓷片粉體比較(圖十一)


《圖十一 》
《圖十一 》

電子零件潮流是朝著輕薄短小的精密方向發展,因此,一般低壓品在已有業界相當成功地投入SMT生產後,傳統的圓板型勢必逐漸沒落;但中高壓以上及電源用交流電容器因MLCC、製程關係,或價格因素是尚未能充分取代的領域。此一嶄新的技術正是保障不被淘汰的不二法門,且因採用全滿電極,不受網板及鋁盤之影響,在誤差值尚可進入更精密的境界;尤其在傳統圓板陶瓷電容器1 pf 以內是製造上的盲點所在,電容值越小,誤差越小,技術層次越高,新技術可在未來的精小型產品需求上預先鋪下一條康莊大道。


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