eng
Выпуск #5/2021
Д. Махин
РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА ДИСКОВЫХ МАССИВОВ КОНДЕНСАТОРОВ
РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА ДИСКОВЫХ МАССИВОВ КОНДЕНСАТОРОВ
Просмотры: 741
DOI: 10.22184/1992-4178.2021.206.5.60.62
Рассказано о ведущихся в ООО «Кулон» разработке и освоении в серийном производстве многослойных керамических дисковых массивов конденсаторов, предназначенных для эксплуатации в качестве встроенного элемента в составе электрического соединителя с фильтрами нижних частот. Рассмотрены характеристики и технологии изготовления данных изделий.
Рассказано о ведущихся в ООО «Кулон» разработке и освоении в серийном производстве многослойных керамических дисковых массивов конденсаторов, предназначенных для эксплуатации в качестве встроенного элемента в составе электрического соединителя с фильтрами нижних частот. Рассмотрены характеристики и технологии изготовления данных изделий.
Теги: capacitance ceramic film disk array of capacitors дисковый массив конденсаторов емкость керамическая пленка
Разработка и освоение серийного производства дисковых массивов конденсаторов
Д. Махин
ООО «Кулон» ведет разработку и освоение в серийном производстве многослойных керамических дисковых массивов конденсаторов, предназначенных для эксплуатации в качестве встроенного элемента в составе электрического соединителя с фильтрами нижних частот. Значения их номинальных емкостей – от 47 пФ до 0,033 мкФ, группы температурного коэффициента емкости (ТКЕ) – МП0, Н50, Н90. О характеристиках и технологии изготовления данных изделий рассказывается в статье.
Так называемые дисковые массивы представляют собой матрицу, состоящую из нескольких конденсаторов, которая обеспечивает емкость между внешним диаметром изделия и внутренними сквозными отверстиями. Основной областью применения данных изделий является использование в составе электромагнитного фильтра при изготовлении разъемов и соединителей различных конструктивных исполнений.
Данные конденсаторы обладают рядом преимуществ. По сравнению с трубчатыми конденсаторами, которые, в свою очередь, также получили широкое применение при изготовлении фильтрующих элементов, массивы обладают более высокой диэлектрической прочностью, надежностью и достигают высоких значений емкости (до нескольких микрофарад).
Геометрические размеры и конструкция дисковых массивов достаточно вариативны и напрямую зависят от типа соединителя, при изготовлении которого они используются. Конфигурация изделий позволяет осуществлять прямой монтаж заготовок в фильтры. Благодаря своей геометрии дисковые массивы обладают хорошими радиочастотными характеристиками и очень высокими резонансными частотами. Это обусловлено очень низким уровнем собственной индуктивности и низким импедансом в их заземляющих трактах за счет добавления отверстий.
Еще одна особенность конструкции – возможность получать различное расположение отверстий и их количество по всей поверхности изделия, что обеспечивает множество комбинаций выходных характеристик. На рис. 1 представлено несколько конструкций дисковых массивов конденсаторов.
Конденсаторы данного типа могут изготавливаться и в «толстом» исполнении, то есть иметь большую высоту заготовки, зависящую от емкости и номинального напряжения. В зависимости от типоразмера изделия имеют широкий диапазон емкостей (до нескольких мкФ) и могут работать при различных напряжениях постоянного тока (до 3 000 В) в интервале температур от –60 до 125 °C.
Изделия, разрабатываемые предприятием ООО «Кулон», являются конструктивным аналогом дисковых конденсаторов К10-54 и представляют собой незащищенные монолитные (многослойные) безвыводные конденсаторы.
Технология изготовления данных конденсаторов имеет ряд особенностей, но практически не отличается от процесса изготовления классических многослойных керамических чип-конденсаторов (MLCC).
Процесс изготовления изделий, как и других керамических конденсаторов, включает в себя определенную последовательность технологических операций. Начальная стадия их изготовления включает в себя подготовку керамического материала и литье керамической пленки. Исходные материалы керамической основы измельчаются и перемешиваются. Для получения необходимой керамической структуры измельченный материал проходит обжиг.
В полученную массу добавляются необходимые составляющие для придания требуемых механических свойств. Для формирования керамической пленки подбирается необходимая рецептура, в зависимости от типа материала и толщины, которую необходимо достичь. Для обеспечения равномерной структуры керамической пленки, в соответствии с новой технологией, ее литье производится на современной литьевой машине САМ-С25 фирмы Keko Equipment. Машина имеет закрытую рабочую зону, что позволяет проводить техпроцесс в обеспыленном пространстве.
Партия пленки подвергается выборочной проверке механических характеристик на разрывной машине (механическая прочность в кгс / см2 и относительное удлинение в мм), взвешивается и передается с паспортом на следующую операцию.
Далее, исходя из требуемой конфигурации расположения отверстий, в соответствии с трафаретом проводится металлизация (нанесение металлизационного рисунка электродов), после чего металлизированные листы собираются и спрессовываются в групповой пакет. Внутренние электроды формируются путем вжигания в керамические пленки металлизационной пасты. В целях реализации процесса совместного спекания диэлектрика и электрода при обжиге заготовок, а также обеспечения водородоустойчивости и сохранения работоспособности полученной структуры конденсатора при работе аппаратуры в условиях космической среды, целесообразно использовать для создания проводящих слоев твердые сплавы серебро-палладий или платину.
Количество диэлектрических и металлизированных слоев выбирается исходя из требуемой номинальной емкости. При изготовлении дисковых массивов конденсаторов используются стандартные пленки толщиной 26–29 мкм, а количество металлизированных слоев доходит до 100 в одном групповом пакете, при толщине металлизации от 5 мкм.
Резка керамических пакетов на заготовки осуществляется на фрезерном станке с ЧПУ «Роутер 4030РС» (рис. 2). Диаметр фрезы и программа обхода задаются в зависимости от конфигурации отверстий дисковых массивов и их количества в рамках одного керамического пакета. В рамках проведения опытных работ изготавливались изделия 18 типоконструкций с количеством отверстий от 3 до 37, диаметром от 1,5 до 3 мм.
После резки заготовки конденсаторов подвергаются обжигу в температурном диапазоне до 980 до 1100 °C в зависимости от группы ТКЕ. Далее осуществляется процедура формирования внешней части контактного узла конденсатора. Внешний диаметр заготовки и внутренние отверстия металлизируются пастой на основе серебра, после чего подвергаются процедуре вжигания. Варианты заготовок до и после обжига представлены на рис. 3, 4.
В настоящий момент ведутся работы по усовершенствованию процесса серебрения внутренних отверстий заготовок. Планируется применение технологии протяжки пасты через отверстия. По этому направлению был проведен ряд работ по подбору металлизационной пасты и оборудования со специалистами Keko Equipment. Ориентировочный срок получения готовых макетных образцов дисковых массивов конденсаторов – 4 квартал 2021 года. ●
Д. Махин
ООО «Кулон» ведет разработку и освоение в серийном производстве многослойных керамических дисковых массивов конденсаторов, предназначенных для эксплуатации в качестве встроенного элемента в составе электрического соединителя с фильтрами нижних частот. Значения их номинальных емкостей – от 47 пФ до 0,033 мкФ, группы температурного коэффициента емкости (ТКЕ) – МП0, Н50, Н90. О характеристиках и технологии изготовления данных изделий рассказывается в статье.
Так называемые дисковые массивы представляют собой матрицу, состоящую из нескольких конденсаторов, которая обеспечивает емкость между внешним диаметром изделия и внутренними сквозными отверстиями. Основной областью применения данных изделий является использование в составе электромагнитного фильтра при изготовлении разъемов и соединителей различных конструктивных исполнений.
Данные конденсаторы обладают рядом преимуществ. По сравнению с трубчатыми конденсаторами, которые, в свою очередь, также получили широкое применение при изготовлении фильтрующих элементов, массивы обладают более высокой диэлектрической прочностью, надежностью и достигают высоких значений емкости (до нескольких микрофарад).
Геометрические размеры и конструкция дисковых массивов достаточно вариативны и напрямую зависят от типа соединителя, при изготовлении которого они используются. Конфигурация изделий позволяет осуществлять прямой монтаж заготовок в фильтры. Благодаря своей геометрии дисковые массивы обладают хорошими радиочастотными характеристиками и очень высокими резонансными частотами. Это обусловлено очень низким уровнем собственной индуктивности и низким импедансом в их заземляющих трактах за счет добавления отверстий.
Еще одна особенность конструкции – возможность получать различное расположение отверстий и их количество по всей поверхности изделия, что обеспечивает множество комбинаций выходных характеристик. На рис. 1 представлено несколько конструкций дисковых массивов конденсаторов.
Конденсаторы данного типа могут изготавливаться и в «толстом» исполнении, то есть иметь большую высоту заготовки, зависящую от емкости и номинального напряжения. В зависимости от типоразмера изделия имеют широкий диапазон емкостей (до нескольких мкФ) и могут работать при различных напряжениях постоянного тока (до 3 000 В) в интервале температур от –60 до 125 °C.
Изделия, разрабатываемые предприятием ООО «Кулон», являются конструктивным аналогом дисковых конденсаторов К10-54 и представляют собой незащищенные монолитные (многослойные) безвыводные конденсаторы.
Технология изготовления данных конденсаторов имеет ряд особенностей, но практически не отличается от процесса изготовления классических многослойных керамических чип-конденсаторов (MLCC).
Процесс изготовления изделий, как и других керамических конденсаторов, включает в себя определенную последовательность технологических операций. Начальная стадия их изготовления включает в себя подготовку керамического материала и литье керамической пленки. Исходные материалы керамической основы измельчаются и перемешиваются. Для получения необходимой керамической структуры измельченный материал проходит обжиг.
В полученную массу добавляются необходимые составляющие для придания требуемых механических свойств. Для формирования керамической пленки подбирается необходимая рецептура, в зависимости от типа материала и толщины, которую необходимо достичь. Для обеспечения равномерной структуры керамической пленки, в соответствии с новой технологией, ее литье производится на современной литьевой машине САМ-С25 фирмы Keko Equipment. Машина имеет закрытую рабочую зону, что позволяет проводить техпроцесс в обеспыленном пространстве.
Партия пленки подвергается выборочной проверке механических характеристик на разрывной машине (механическая прочность в кгс / см2 и относительное удлинение в мм), взвешивается и передается с паспортом на следующую операцию.
Далее, исходя из требуемой конфигурации расположения отверстий, в соответствии с трафаретом проводится металлизация (нанесение металлизационного рисунка электродов), после чего металлизированные листы собираются и спрессовываются в групповой пакет. Внутренние электроды формируются путем вжигания в керамические пленки металлизационной пасты. В целях реализации процесса совместного спекания диэлектрика и электрода при обжиге заготовок, а также обеспечения водородоустойчивости и сохранения работоспособности полученной структуры конденсатора при работе аппаратуры в условиях космической среды, целесообразно использовать для создания проводящих слоев твердые сплавы серебро-палладий или платину.
Количество диэлектрических и металлизированных слоев выбирается исходя из требуемой номинальной емкости. При изготовлении дисковых массивов конденсаторов используются стандартные пленки толщиной 26–29 мкм, а количество металлизированных слоев доходит до 100 в одном групповом пакете, при толщине металлизации от 5 мкм.
Резка керамических пакетов на заготовки осуществляется на фрезерном станке с ЧПУ «Роутер 4030РС» (рис. 2). Диаметр фрезы и программа обхода задаются в зависимости от конфигурации отверстий дисковых массивов и их количества в рамках одного керамического пакета. В рамках проведения опытных работ изготавливались изделия 18 типоконструкций с количеством отверстий от 3 до 37, диаметром от 1,5 до 3 мм.
После резки заготовки конденсаторов подвергаются обжигу в температурном диапазоне до 980 до 1100 °C в зависимости от группы ТКЕ. Далее осуществляется процедура формирования внешней части контактного узла конденсатора. Внешний диаметр заготовки и внутренние отверстия металлизируются пастой на основе серебра, после чего подвергаются процедуре вжигания. Варианты заготовок до и после обжига представлены на рис. 3, 4.
В настоящий момент ведутся работы по усовершенствованию процесса серебрения внутренних отверстий заготовок. Планируется применение технологии протяжки пасты через отверстия. По этому направлению был проведен ряд работ по подбору металлизационной пасты и оборудования со специалистами Keko Equipment. Ориентировочный срок получения готовых макетных образцов дисковых массивов конденсаторов – 4 квартал 2021 года. ●
Отзывы читателей
