任蓉莉，荊 萌，張國勇

(1.中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原 030024）2.山西省氣象局山西太原 030002)

電容器是一種使用面廣，用量大且不可替代的電子元件，廣泛應用于家用電器、顯示器、照明電器、通訊產品、電源及儀器、儀表等電子設備中。而薄膜電容因其具有優(yōu)良的特性，如容值穩(wěn)定，耐壓性能好，絕緣電阻高，頻率響應寬、介質損失小等，近年來需求激增。

結合我國各類薄膜電容器的進出口情況可以看出，小型化、片式化是有機薄膜電容器的發(fā)展趨勢。疊片式金屬化有機薄膜電容器具有抗高頻脈沖、抗大電流能力、工藝流程短、制造成本低、價格競爭力強等突出優(yōu)點，廣泛應用于各種場合。

疊片式薄膜電容器的主要生產流程為：鍍膜、分切、卷繞、熱壓、噴金、開邊、切片、賦能、焊接、封裝、分選、編帶等。其中，賦能是疊層薄膜電容器生產中必需的一道工序，賦能的好壞直接關系到電容器的品質，進而影響到設備的成品率。

1 儀器開發(fā)

1.1 儀器開發(fā)背景

薄膜電容行業(yè)已發(fā)展多年，我國目前既不是薄膜電容器的生產大國，也不是生產強國。日本、德國、意大利目前是疊片式薄膜電容器的主要生產國和出口國，其中日本產品的產量和質量在世界上處于領先地位。

由于我國薄膜電容疊層工藝生產線基本上是全套引進，因而主要的關鍵設備完全依賴進口，國產設備大都用于一些輔助工序。由于缺乏先進裝備的支持，國內電容企業(yè)一直處于競爭劣勢。伴隨著國內外對薄膜電容器需求的不斷增長，與電容器相關的先進生產設備的研發(fā)成為首要任務。

基于此，我們開發(fā)了薄膜電容賦能儀，它提供了一個調幅的正弦波為電容賦能，它的頻率高、功率大，可以為電容器提供更高效的能量。

1.2 賦能機理

金屬化有機薄膜電容器用的介質材料大多是在普通聚酯或聚丙烯類薄膜上通過高溫蒸發(fā)鍍上一層鋁金屬化薄膜制定，其特點是具有自我復原作用，即當有機薄膜的缺陷處被擊穿時，極板間產生短路放電電流而使被擊穿部位周圍的金屬層熔化并蒸發(fā)，從而恢復極板間介質的絕緣性能，提高工作場強，保證電容器的繼續(xù)使用。

如圖1所示，若薄膜中的缺陷(例如導電與半導電雜質)在賦能時造成薄膜的局部擊穿，會產生適度放電，使擊穿處的局部溫度突然升高并產生壓力，導致缺陷處的薄膜介質燒穿和缺陷周圍的金屬化層熔化并被蒸發(fā)，致使缺陷處的薄膜介質的絕緣性能恢復，從而使整個金屬化薄膜介質的絕緣性能恢復。

圖1 賦能過程示意圖

在電容器的制造工藝過程中，將存在于薄膜介質中的導電與半導電雜質“清潔”掉，可以避免薄膜電容器在賦能時的多層擊穿現象，從而保證電容器的質量，進一步增加薄膜電容器的絕緣電阻。

1.3 儀器原理

薄膜電容賦能儀的基本工作原理如圖2所示。正弦波發(fā)生器以及控制電路產生一個幅度受控制的正弦波送到功率放大器，功率放大器把這個調幅波不失真地放大到具體所需電壓值，輸送到變壓器初級，由變壓器轉換到需要的電壓提供給等待賦能的電容。

圖2 儀器原理框圖

2 結構設計

2.1 整機結構框圖

如圖3所示，正弦波發(fā)生器電路由集成電路8038以及外圍電路組成。波形調制電路采用乘法器電路，由集成電路AD633以及外圍電路組成。幅度放大采用特制的變壓器。

正弦波發(fā)生器8038的8腳為調頻電壓輸入端，通過電位器以及頻率選擇開關調節(jié)賦能頻率(從0.1 kHz到2.0 kHz)，實際生產中比較常用的是0.5 kHz這個賦能頻率。調制后的正弦波通過功率放大器放大到具體所需要的峰值電壓,輸送到變壓器的初級，由變壓器轉換到需要的電壓(電壓分四檔控制)。賦能電壓最終被加到設備的賦能工位為電容賦能。

此外，我們還設計了通過對賦能電流采樣，對采樣電流的最小值進行分檔比較，把最終的比較值輸出到PLC，進一步完成了設備對空片和賦能不良產品的檢測。

圖3 整機結構框圖

2.2 正弦波發(fā)生器

薄膜電容賦能儀正弦波發(fā)生器采用了集成電路ICL8038以及外圍電路。ICL8038是精密波形產生與壓控振蕩器，其基本特性為：可同時產生和輸出正弦波、三角波、鋸齒波、方波與脈沖波等波形。

它的原理框圖如圖4所示，外接電容C由兩個恒流源充電和放電，電壓比較器A、B的閥值分別為電源電壓(指UCC＋UEE)的2/3和1/3。恒流源I1和I2的大小可通過外接電阻調節(jié)，但必須I2＞I1。當觸發(fā)器的輸出為低電平時，恒流源I1給C充電，I2斷開，此時，電容兩端的電壓隨時間線性上升，當電容兩端的電壓達到電源電壓的2/3時，電壓比較器A的輸出電壓發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?，此時，恒流源I2接通，電容兩端的電壓開始直線下降，當它下降到電源電壓的1/3時，電壓比較器B的輸出電壓發(fā)生跳變，使觸發(fā)器的輸出由高電平跳變?yōu)樵瓉淼牡碗娖健Ｈ绱酥芏鴱褪?，產生振蕩。

ICL8038管腳功能見圖5。

圖4 ICL8038原理框圖

圖5 ICL8038管腳功能

當I2＝2I1時，觸發(fā)器輸出為方波，經反相緩沖器由管腳⑨輸出方波信號。當電容兩端的電壓上升與下降時間相等時，為三角波，經電壓跟隨器從管腳③輸出三角波信號。將三角波變成正弦波是經過一個非線性的變換網絡(正弦波變換器)而得以實現，在這個非線性網絡中，當三角波電位向兩端頂點擺動時，網絡提供的交流通路阻抗會減小，這樣就使三角波的兩端變?yōu)槠交恼也?，從管腳②輸出。

本方案是產生和輸出正弦波，通過改變外接電阻、電容值，使輸出信號的頻率范圍為0.1 kHz～2.0 kHz，正弦信號輸出失真度為1%。此外，改變8038的調制電壓，可以實現數控調節(jié)。ICL8038采用DIP-14PIN封裝。

經過試驗驗證，用集成電路ICL8038及其外圍電路構成正弦波發(fā)生器，其波形質量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標，都能滿足要求。

2.3 波形調制

薄膜電容賦能儀波形調制電路采用了模擬乘法器電路，由AD633及外圍電路構成。

模擬乘法器是對兩個模擬信號(電壓或電流)實現相乘功能的有源非線性器件。主要功能是實現兩個互不相關信號相乘，輸出信號與兩輸入信號的乘積成正比。AD633是一種典型的模擬乘法器。如圖6所示，它有兩個輸入端口，即X和Y輸入端口。其中輸出端：

可以根據客戶的具體要求去調節(jié)波形的上升時間和賦能時間。

圖6 AD633功能框圖

3 結束語

賦能是薄膜電容切片機生產工藝中必不可少的一道工序，直接關系到產品的數量和質量，對于提高設備的生產效率發(fā)揮著至關重要的作用。賦能儀的開發(fā)使用，生產出的電容質量，賦能后與賦能前相比，容量更加穩(wěn)定，損耗更小，質量更加有保證。

[1] 翟光亞.國產分切機的賦能設計與設備改造[J].電子元件與材料,2001,(20)3:5-6.

[2] 于凌宇,翟光亞.金屬化薄膜電容器賦能機理分析與新型分切賦能裝置的研制[J].電子質量,2001(5):11-12.