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新能源用大功率薄膜电容器制造新技术
来源:未知    时间:2018年03月13日    分享:

新能源用大功率薄膜电容器制造新技术

——浙江七星电容器有限公司

一、企业简介

浙江七星电容器有限公司是一家专业从事薄膜电容器研发、制造、销售与服务的行业骨干企业,具有20多年薄膜电容器研发与制造经验。公司主导产品为薄膜电容器器、环氧电子包封料、金属化电容蒸镀膜。

公司建有省级企业技术中心和省级高新技术企业研发中心,拥有市级优秀创新团队。公司已通过ISO9001:2008质量管理体系和ISO14001:2004环境管理体系认证。公司现为国家重点扶持高新技术企业、浙江省成长型中小企业、浙江省纳税信用AAA级企业、浙江省专利示范企业、浙江省管理创新试点企业、浙江省电子信息产业百家重点企业。公司拥有授权专利46件,其中发明专利8件。公司“青和”商标被认定为浙江省着名商标,“七星”被认定为浙江省知名商号,“青和”牌薄膜电容器被认定为浙江省名牌产品。

二、技术开发背景

随着工业的迅速发展、人口的增长和人民生活水平的提高,能源短缺已成为世界性问题,能源安全受到越来越多国家的重视,节能减排是当今社会的核心议题。能源生产端,更加清洁的能量来源将是未来的方向,风能和太阳能等可再生能源占比提升将是未来必然;能源消费端,混动汽车及纯电动车将逐步改变人类的出行方式。在这一趋势之下,由于薄膜电容器因其金属膜的自愈性特点,能够耐受高电压,因此它被广泛的应用在电力电子设备的变频、电流变换、功率校正等方面。因此,它的发展机遇从单纯的被动元器件,提升到新能源产业核心元器件的高度。

三、技术方案及工艺路线图

1、技术方案

本项目将在市场调研和对现有产品、技术研究分析基础上,围绕新能源用大功率薄膜电容器的关键性技术和工艺,采用自主创新、引进消化吸收再创新及集成创新技术路线,开展薄膜电容器电极材料金属化关键技术研究及电容制造关键技术与工艺研究,形成相应的技术和创新体系,完善技术操作规程和产品质量指标体系。

本项目的主产品为新能源用大功率薄膜电容器,主要方向为新能源汽车用大容量直流电容。由于公司具备镀膜产线提供的薄膜电容材料优势,因此也会积极抢占薄膜电容高端市场,如与之配套的吸收电容也会形成一系列的产品,与大容量直流电容一起推向市场;家电应用、太阳能应用上的PCB直流电容,也在产线计划之内;其它应用或者非标的大尺寸电容也会在充分发挥设备性能基础上予以开发。最终使得新能源电力电子用薄膜电容器产线产品实现多样化,提高技术积累,增加公司在行业内的竞争力。

2、工艺路线图

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新能源用大功率薄膜电容器工艺流程图

四、关键技术和创新点

1、关键技术

(1)非对称图形金属化膜(安全膜)设计与制取技术;

(2)高方阻(50~210Ω/□)防氧化蒸镀金属化膜技术;

(3)金属化超薄膜(1.5~2μm级)电容素子卷绕技术。

2、创新点

1)电容器热处理技术创新

薄膜电容器热处理技术是影响电容器质量和预期寿命的核心技术。通过热处理,使电容器芯子经过热聚合,排除电容器内部气隙,消除电离放电,避免氧化和金属化极板腐蚀现象的发生,提高金属化薄膜的单位场强和和延长使用寿命。但传统的热处理是在常态下进行,虽然经过了热处理,但不能完全消除电容器芯子中的水份及其它氧化物。本项目创新技术采用在惰性气体保护氛围下进行热处理,将电容器芯组与空气完全隔离,阻止空气中的水份及其它氧化物浸入电容器内部,并在热处理保温阶段再进行高真空处理,降低饱和蒸汽压,使电容器内部趋于绝对干燥,极大提高了电容器的品质。

2)电容器芯组喷金工艺创新。

喷金工艺是金属化薄膜电容器制作的四大关键工艺之一。其目的是使芯组端面自内绕层至外绕层形成一个等电位的金属电极面,为电容器电极的引出提供一个桥接平台。喷金质量对电容器的电性能(主要是ESR,即等效串联电阻)有较大影响。

现有的喷金工艺都是利用压缩空气将金属熔液转化成雾状喷涂到电容器芯组端面,由于空气压力大,喷射的金属粒子较粗,影响喷金质量,同时有较多的金属微粒散射在空气中,喷金材料的利用率不高且严重的污染环境。本项目喷金工艺,通过对喷枪结构进行改进,采用低气压、高流速喷金,提高了喷金质量。由于喷金气流速度提高,喷射的金属颗粒直径减小,喷射形成的金属导电层密度增加,电阻率降低,制成的电容器比传统喷金制成的电容器损耗正切值减少1.5~2×10-4,ESR(等效串联电阻)减少0.5~1.5mΩ。极大地改善了薄膜电容器的关键性参数。以纯电动汽车用薄膜电容器为例,整台电容器的ESR可降低到0.3 mΩ以下,有效降低了电容器的自身功耗,增大了瞬时功率密度。同时提高了喷金材料的利用率,减小了对环境的污染。

(3)电容器电极结构创新

随着客户对薄膜电容器ESL(等效串联电感)指标的严酷要求,传统薄膜电容器电极引出不能满足客户对产品质量的要求,原因是引出电极采用简单的铜带或铜引线,在高频时,平行引线间的互感作用和引线的固有电感会导致电容器ESL增大,将影响电容器的频率特性。本项目采用复合电极技术,使平等电极间的间距缩小到几十μm,减小了电极的固有电感,极大地降低了电极间的互感,从而减小了电容器的ESL,提高了频率特性,满足了客户对ESL小于20nH的要求。

五、经济效益及社会效益

1、经济效益

新能源用大功率薄膜电容器制造新技术已成功应用于本公司年产1亿uF新能源用薄膜电容器建设项目,项目建成后可新增销售收入9600万元,新增税金及附加1733万元,利润总额为3354万元。

2、社会效益

(1)利用本项目新技术制成的能源用大功率薄膜电容器以它的显着特点和优良的电气性能,可以极大提高新能源电力电子设备的整体性能和使用寿命(产品的预期寿命大于15年)。该产品作为产业发展的关键产品,对相关产业链的延伸与相关产品的发展具有带动和辐射作用。该项目体现了政府目标导向,紧密围绕全省经济、社会发展和科技发展的前瞻性问题,既为当前经济社会发展需求提供支撑,又能为长远发展提供科技储备,符合我国、我省科技发展战略部署。同时对本地区的经济发展具有显着的带动性。因此本项目产品在技术上代表了国内外电子元件行业发展的新趋势,对推动行业技术创新和技术进步起到了积极的示范作用。

(2)利用本项目新技术在提高薄膜电容器电性能(减少电容器损耗)、提高资源的利用率、减少了资源的浪费(减少喷金材料的浪费)、有效保护生态环境(减少喷金粉尘污染)和提高生产效率等方面为行业内企业提供了解决方案,对实现制造过程的绿色化发展具有重要意义。

六、成果应用案例推广前景。

 本项目成果已应用于纯电动汽车、新能源等国家战略层面的领域,产品已在奇瑞、北汽、上汽、上海电驱动等多家企业的新能源纯电动汽车上进行试用,产品推广前景广阔。