一种无感绕法薄膜电容器端面喷金的方法与流程

本发明涉及一种自愈式薄膜电容器，特别是一种无感绕法薄膜电容器端面喷金的方法。

背景技术：

1、近年来，随着新能源、高铁、地铁、电动汽车、高压输电及军事领域等新技术的发展，对薄膜电容器的需求越来越大，也推动了这方面理论和技术的进步。从薄膜材料、电容器生产工艺和技术指标都有了大幅度的提升。

2、对于现在的自愈式薄膜电容器，其主要结构是利用金属化的有机薄膜，进行错边卷绕，然后再对两个端面喷金，喷金端焊接引线，如图1所示，给出芯子的结构。

3、现在的喷金技术通常采用单面三枪或四枪喷金，第一枪喷射的金属颗粒较细，以使得喷出的金属颗粒能和薄膜电容器芯子薄膜的金属镀层有较好的附着接触；第二枪喷射的金属颗粒较第一枪粗些，起到过渡作用；第三枪喷枪喷射的金属颗粒更粗一点，以便于电容器外引线焊接。

4、通过调节电流、电压、喷枪距电容器芯子端面的距离、喷枪的气压、喷枪和芯子端面的角度、送丝速度等参数，以确保喷金的质量，生产出合格的电容器产品。

5、如通过电流、电压的调节，可控制喷金颗粒度的大小；通过调节压缩空气的压力、喷枪距芯子端面的距离也可以控制颗粒度的大小，并将金属颗粒吹进电容器端面的层间空隙。

6、当喷金颗粒度细时，虽然与薄膜上金属化层接触良好，但在喷射过程中容易氧化，喷枪距芯子端面的距离过小会烫伤薄膜。

7、反之，颗粒度粗，深入薄膜电容器端面空隙的深度不够，喷金层与薄膜金属镀层接触面积减小，使电容器的接触电阻增加。

8、再则，现在工艺的喷金颗粒进入薄膜电容器端面空隙后，由于喷金颗粒度比电容器芯子薄膜上金属镀层颗粒度大和材料性质的影响，只是与具有金属镀层的薄膜面有相对较好的附着接触，而与没有金属镀层的薄膜面附着性较差。

9、现在的薄膜电容器大都采用无感绕法，这种结构无法保证芯子端头在喷金后不存在空隙，加之端头的电场强度大，极易产生放电现象。放电现象的产生，对喷金层和芯子端头薄膜的破坏极大，加之喷金层和电容器端头空隙的薄膜接触不理想，附着性较差，极有可能使喷金层脱落。

10、无论喷金第一枪的金属颗粒度如何控制，都无法保证其颗粒的大小和薄膜的金属镀层颗粒相近，这就会导致喷金层和薄膜金属镀层无法理想地结合；同时，第一枪喷射的金属颗粒无法深度进入芯子的端面，导致喷金层和芯子端面的接触面积较小，使得接触电阻增大，导致电容器损耗增大，发热严重。

11、再者，由图1可知，喷金颗粒和电容器端面接触时，和端面薄膜有金属镀层的薄膜面附着较好，而和没有金属镀层的薄膜面的附着较差。这就影响了喷金层和电容器端面接触的可靠性。

12、较小的喷金层能增强喷金料与芯子端面金属化膜的牢固度。但喷金距离过小，刚熔化的喷金粒子温度过高将烫伤金属化薄膜，影响喷金效果；较大的喷金距离会导致颗粒度大，喷金层与芯子端面结合牢固度不够和喷金材料的大量损失。

13、总结现在的喷金技术，要得到理想的喷金效果，第一枪的喷金质量是关键。它要求喷射的金属颗粒要能和薄膜的金属镀层有较大的接触面积，很好的附着性，只有这样，才能保证喷金端和电容器芯子端面接触的可靠性和较小的接触电阻。

14、目前，电容器的损耗是其主要的指标之一，损耗包括介质损耗和金属损耗，而金属损耗主要是薄膜镀层的电阻和喷金层与薄膜金属镀层的接触电阻产生的。可见，喷金层和薄膜金属镀层的良好接触是保证电容器质量的必要条件。

15、但现在的喷金技术、工艺对于保证理想的喷金效果是很困难的。一方面需要调控的参数很多，每一个工艺参数出问题，都无法保证好的喷金质量，特别是第一喷枪的参数；二是现在的喷金技术无法保证喷金颗粒深入电容器端面空隙，使得喷金层和薄膜的金属镀层接触面积较小，这会导致接触电阻增大，电容器损耗增大；同时存在喷金颗粒和芯子端头空隙的内薄膜附着力不强的问题，这就会导致喷金层和芯子端面接触的可靠性受到影响。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种无感绕法薄膜电容器端面喷金的方法，以使薄膜电容器喷金层和芯子薄膜的端面能更好地结合，减小接触电阻和薄膜电容器的等效串联电阻，从而降低薄膜电容器的损耗，减小温升，同时提高薄膜电容器喷金端和芯子的附着力，提高可靠性。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一种无感绕法薄膜电容器端面喷金的方法，包括薄膜电容器芯子端头真空蒸镀处理工艺和冷却喷金工艺；所述薄膜电容器芯子端头真空蒸镀处理工艺采用先冷却后真空蒸镀处理，在电容器芯子端面的u形空间表面形成金属镀层；所述冷却喷金工艺采用先冷却后喷金工艺，在所述金属镀层表面进行喷金。

4、进一步的，包括以下步骤：

5、步骤一：将卷绕好的薄膜电容器芯子进行热聚合；

6、步骤二：对热聚合后的芯子进行第一次冷却处理；

7、步骤三：在真空条件下，对芯子端面进行第一次真空蒸镀；

8、步骤四：对蒸镀后的芯子进行第二次冷却处理；

9、步骤五：重复步骤三和步骤四若干次，直至芯子端面镀层达到预定厚度；

10、步骤六：对完成真空蒸镀的芯子进行喷金前冷却处理；

11、步骤七：采用多枪次对芯子端面进行喷金，喷金颗粒度由细到粗依次附着。

12、进一步的，所述步骤三中的真空蒸镀，真空度为1.0×10-² pa至1.0×10-³ pa，蒸镀温度为1200℃～1600℃；所述步骤二、步骤四及步骤六中的冷却处理，冷却温度为-35℃~10℃。

13、进一步的，薄膜电容器芯子端头真空蒸镀处理工艺在真空蒸镀的第一次蒸镀前，首先对薄膜电容器芯子进行热聚合，热聚合后对薄膜电容器芯子进行第一次冷却处理，然后进行第一次蒸镀；第一次的蒸镀结束后，再对芯子进行第二次冷却处理，冷却后的芯子进行第二次蒸镀，然后再对芯子进行第三次冷却，第三次蒸镀；依次循环2～6次使薄膜电容器芯子端面镀层厚度增加，冷却处理减小了蒸镀的金属粒子由于温度过高对芯子端头薄膜的损伤。

14、进一步的，薄膜电容器芯子端头真空蒸镀处理工艺的设备采用真空室、蒸发舟及蒸发材料，将卷绕好的薄膜电容器芯子经过热聚合后进行冷却，然后放入真空室，【或在真空室冷却，对真空室抽真空，当真空度达到规定值后，】使蒸发舟中的金属蒸发，产生的金属粒子沉积到薄膜电容器芯子端面上，在芯子端面形成金属镀层；薄膜电容器芯子是由金属化的第一薄膜（1）和第二薄膜（2）错边卷绕而成，在第一薄膜（1）和第二薄膜（2）之间形成u形空间，真空蒸发使金属粒子在u形空间的表面形成金属镀层。

15、进一步的，喷金工艺包括喷枪多枪次对电容器芯子端头进行喷金；多枪次喷金颗粒度采用由细到粗的工艺使喷金颗粒依次附着到电容器芯子端头u形空间的表面；在多枪次对电容器芯子端头进行喷金前先对电容器芯子进行冷却处理。

16、进一步的，多枪次喷金第一枪的喷金距离为80mm～140mm，喷射气压为0.6mpa～1.0mpa，使喷金的颗粒更深地进入电容器芯子端头的薄膜空隙，增大喷金层和芯子电极的接触面积，同时减少喷金颗粒在行程中的氧化，减少喷金材料的浪费；第二枪喷射的金属颗粒较第一枪粗，第三枪喷枪喷射的金属颗粒较第二次粗，以便于电容器外引线焊接。

17、进一步的，薄膜电容器芯子是由金属化的第一薄膜（1）和第二薄膜（2）错边卷绕而成，薄膜电容器芯子经热聚合后，薄膜收缩，使第一薄膜（1）和第二薄膜（2）紧密贴合，在第一薄膜（1）和第二薄膜（2）之间形成三边u形空间，所述三边u形空间由第一表面（3）、第二表面（4）和第三表面（5）构成，通过真空蒸发使金属粒子在所述第一表面（3）、第二表面（4）和第三表面（5）上形成金属镀层。

18、进一步的，所述第一表面（3）、第二表面（4）和第三表面（5）上的金属镀层为一体化的金属连接体。

19、进一步的，冷却喷金工艺包括冷却工艺和喷金工艺；所述冷却工艺为通过冷却箱对薄膜电容器芯子实现整体冷却，或对薄膜电容器芯子端头冷风喷吹实现芯子端头冷却；冷却温度在-35℃~10℃。

20、本发明的工作原理及技术效果分析：

21、真空蒸镀工艺中，蒸发舟加热使金属材料气化，金属蒸气分子或原子的平均粒径为纳米级（通常为10nm～100nm），该粒径范围与薄膜电容器芯子原有金属化镀层的晶粒尺寸处于同一量级。当蒸镀的金属粒子沉积到芯子端面的u形空间时，蒸镀金属粒子与原有金属镀层之间不仅发生机械嵌合，更主要的是在界面处形成金属键合，即蒸镀金属原子与原有镀层金属原子在界面处共享自由电子云，形成连续致密的金属晶体结构。这种金属键合的结合强度远高于单纯依靠喷金颗粒机械堆叠产生的嵌合力。

22、而在传统喷金工艺中，喷金颗粒（熔融金属液滴）的粒径通常为数十微米至数百微米，远大于原有金属镀层的晶粒尺寸，两者无法在原子尺度上形成键合，仅能形成点接触或面接触的机械附着，接触电阻大且附着力有限。

23、本发明通过真空蒸镀在u形空间的三个表面（第一表面（3）、第二表面（4）、第三表面（5））预先形成与原有镀层同质、同量级的金属连接体，该金属连接体将三个表面一体化连接，再通过后续喷金层与该一体化金属连接体接触，极大地增加了喷金层与芯子端面的有效接触面积，降低了接触电阻，同时提高了附着力。

24、此外，多次冷却-蒸镀循环工艺使每次蒸镀的金属粒子沉积时芯子处于低温状态，有效避免了金属粒子携带的热量在薄膜内部积聚，防止了薄膜的热损伤。喷金前的深度冷却（-35℃~10℃）使芯子端头

25、薄膜的硬度增加，允许喷金第一枪采用更短的喷射距离（80mm～140mm）和更高的喷射气压0.6mpa～1.0mpa，使喷金颗粒能够更深地进入u形空间内部，进一步增大接触面积。