Способ изготовления малогабаритных керамических многослойных конденсаторов

 

Использование: относится к области электронной техники и может быть использовано в технологическом процессе изготовления малогабаритных керамических многослойных конденсаторов. Сущность изобретения: в способе изготовления малогабаритных керамических многослойных конденсаторов, включающем сборку, прессование партии групповых пакетов слоев неметаллизированной керамической пленки и пленки с электродами и подгонку емкости конденсаторов под номинальное значение путем изготовления пробных конденсаторов, сборку и прессование осуществляют в два этапа, на первом этапе сборки предварительно собирают партию групповых пакетов с расчетным значением емкости заготовок конденсаторов меньше номинального и составляющим от него 60 - 85%, затем после первого этапа прессования изготавливают пробные конденсаторы из одного из пакетов партии, измеряют значения их фактической емкости, сравнивая средневзвешенное значение которых с номинальным значением емкости конденсаторов партии, определяют число дополнительных слоев керамической пленки, необходимых для подгонки емкости заготовок конденсаторов остальных пакетов под номинальное значение, после чего проводят окончательные этапы сборки и прессования. Способ позволяет повысить точность получения номинального значения емкости конденсаторов. 2 ил., 6 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области производства радиодеталей, а именно керамических многослойных конденсаторов, и может быть использовано в радиоэлектронной промышленности.

Известен способ изготовления керамических многослойных конденсаторов, включающий предварительный расчет схемы сборки групповых пакетов, сборку, прессование, резку на заготовки, обжиг, металлизацию контактных площадок, контроль и подгонку емкости готовых конденсаторов под номинальное значение удалением части специально предназначенного для этого сплошного наружного электрода [1] Известный способ не позволяет влиять на точность получения номинального значения емкости конденсаторов во время технологического процесса их изготовления, а направлен на подгонку фактических значений емкости отдельных готовых конденсаторов к номинальному значению.

Кроме того, этот способ невозможно реализовать на конденсаторах малых габаритов.

В табл. 1 и 2 приведены распределения значений фактической емкости двух партий малогабаритных керамических многослойных конденсаторов K10-42 с номинальным значением емкости C_ном. 3,9 ± 0,25 пФ, размером 1 х 1,5 мм, изготовленных в соответствии со способом-прототипом из керамического материала Ш_г 4 ОСТ 110309-86.

Как видно из таблиц 1 и 2, известный способ изготовления малогабаритных керамических многослойных конденсаторов неуправляем, т.е. при одной и той же схеме сборки и одном и том же материале керамической пленки разброс значений фактической емкости готовых конденсаторов велик; в поле допуска попадают значения фактической емкости только от 30 до 65% конденсаторов, изготовленных по способу-прототипу.

Заявляемое техническое решение направлено на решение задачи повышения точности получения номинального значения емкости малогабаритных конденсаторов.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе изготовления малогабаритных керамических многослойных конденсаторов, включающем сборку, прессование партии групповых пакетов слоев неметаллизированной керамической пленки и пленки с электродами и подгонку емкости конденсаторов под номинальное значение путем изготовления пробных конденсаторов, сборку и прессование осуществляют в два этапа, на первом этапе сборки предварительно собирают партию групповых пакетов с расчетным значением емкости заготовок конденсаторов меньше номинального и составляющим от него 60 85% затем после первого этапа прессования изготавливают пробные конденсаторы из одного из пакетов партии, измеряют значения их фактической емкости, сравнивая средневзвешенное значение которых с номинальным значением емкости конденсаторов партии, определяют число дополнительных слоев керамической пленки, необходимых для подгонки емкости заготовок конденсаторов остальных пакетов партии под номинальное значение, после чего проводят окончательные этапы сборки и прессования пакетов партии, при этом число дополнительных слоев неметаллизированной керамической пленки "X" связано с номинальным значением емкости конденсаторов партии "C_ном" и средневзвешенным значением фактической емкости "C_ф" пробных конденсаторов соотношением: где ε_o электрическая постоянная; ε диэлектрическая проницаемость материала керамической пленки; S площадь перекрытия электродов; d средняя толщина керамической пленки; m число слоев керамической пленки пакета между двумя электродами по схеме сборки первого этапа; N число слоев керамической пленки в пакете после первого этапа сборки; C_расч. расчетное значение емкости заготовок конденсаторов для первого этапа сборки;
n общее число слоев керамической пленки в пакете после двух этапов сборки за исключением "X";
p число слоев керамической пленки в пакете после первого этапа сборки;
q число электродов по схеме сборки первого этапа;


где l и b длина и ширина конденсатора соответственно.

Из научно-технической литературы и по патентной информации нам неизвестно техническое решение, идентичное заявляемому, что позволяет считать предлагаемый способ отвечающим критерию "Новизна".

Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения характеризуется тем, что сборку и прессование групповых пакетов осуществляют в два этапа, изготавливают пробные конденсаторы из одного из пакетов партии и корректируют схему сборки на втором этапе сборки остальных пакетов партии в соответствии с полученными результатами.

Поскольку пробные конденсаторы изготавливаются из одного из групповых пакетов партии после первых этапов сборки и прессования, которые они проходят одновременно с остальным пакетами этой партии, распределение значений фактической емкости пробных конденсаторов совпадает с распределением значений составляющей фактической емкости заготовок конденсаторов, полученных после первых предварительных этапов сборки и прессования, что обеспечивает возможность точнее рассчитать окончательную схему сборки остальных пакетов партии, используя заявляемое соотношение, которое учитывает не только емкость, создаваемую электродами, но и возникающую в поперечном направлении между металлизированными торцами конденсатора.

Известные способы изготовления и расчетов конденсаторов не учитывают вторую составляющую емкости, хотя для малогабаритных малоемкостных конденсаторов эта добавка может составлять до 15%
Таким образом, заявляемый способ как совокупность существенных признаков составляет неразрывную причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом и отвечает критерию "Изобретательский уровень".

Фиг. 1 иллюстрирует схему сборки групповых пакетов в соответствии с заявляемым способом, на фиг.2 изображены два слоя керамической пленки с электродами разной полярности, при этом введены следующие обозначения:
1 слои неметаллизированной керамической пленки;
2 слои керамической пленки с электродами;
3 групповой пакет после первого этапа сборки;
4 дополнительные слои неметаллизированной керамической пленки "X";
δ средняя толщина обожженной керамической пленки;
l длина конденсатора;
b ширина конденсатора;
S площадь перекрытия электродов;
N число слоев керамической пленки в пакете после первого этапа сборки;
X число дополнительных слоев неметаллизированной керамической пленки.

Реализацию заявляемого способа рассмотрим на примере изготовления малогабаритных керамических многослойных конденсаторов K10-42 размером 1 х 1,5 мм и номинальным значением емкости C_ном 3,9 ± 0,25 пФ из керамического материала Ш_г 4 OCT 110309-86 с относительной диэлектрической проницаемостью e 30 и коэффициентом усадки K_у 1,15.

Технологический процесс изготовления конденсаторов начинается с приготовления керамической пленки и нанесения электродов. Первый этап сборки групповых пакетов осуществляют путем последовательной вырубки слоев неметаллизированной керамической пленки и пленки с электродами из кассеты в матрицу пресс-формы, чередуя слои металлизированной пленки разной полярности до набора необходимого числа слоев "N" в соответствии с выбранной на первом этапе схемой сборки, например, 2П + 2М + 1М, где знаками "П" и "М" обозначены соответственно слои неметаллизированной керамической пленки (пустые) и слои пленки с электродами (металлизированные), т.е. N 5.

Затем рассчитывается значения заготовок конденсаторов для первого этапа сборки по следующей формуле:

где ε_o электрическая постоянная;
ε диэлектрическая проницаемость материала керамической пленки;
S площадь перекрытия электродов конденсатора;
d средняя толщина обожженной керамической пленки;
N число слоев керамической пленки после первого этапа сборки;
m число слоев керамической пленки между двумя электродами на первом этапе сборки;
l и b длина и ширина конденсатора соответственно.

Так в нашем примере
e_o 8,85·10^-12 Ф/М;
ε 30
S (1,05x0,65x10^-6) м² 0,683·10^-6 м²

где δʹ и δʺ предельные толщины сырой керамической пленки,
N 5,
m=1.

После подстановки вышеприведенных значений в формулу (2) получим
C_расч. 3,188 пФ, что составляет 81,8% от C_ном..

На следующем этапе изготавливают пробные конденсаторы из одного из групповых пакетов партии в количестве 100 штук, измеряют значения их фактической емкости.

В табл. 3 представлены результаты измерений фактической емкости пробных конденсаторов, а в табл. 4 распределение значений фактической емкости пробных конденсаторов.

Далее определяют средневзвешенное значение фактической емкости пробных конденсаторов по формуле

где C_imax и C_imin соответственно максимальное и минимальное значения интервала измерения емкости;
N_пi количество пробных конденсаторов, попавших в данный интервал;
N_п общее количество пробных конденсаторов.

Подставляя в формулу (3) значения из таблицы 2, получим
C_ср 3,46 пФ
Выбираем схему сборки дополнительных слоев керамической пленки к остальным групповым пакетам партии, прошедшим первые этапы изготовления.

Например, в нашем случае схема сборки может быть
X_П + 1M + 1П,
где X_П число дополнительных слоев неметаллизированной пленки;
тогда общее число слоев пакета без "X" равно 7, т.е. n 7.

Рассчитав сначала П₁ и П₂ (см. стр. 4), определяют из (1) дополнительное число слоев неметаллизированной керамической пленки "X", которые необходимо добавить в групповые пакеты партии в соответствии с выбранной схемой сборки на втором этапе для получения номинального значения емкости конденсаторов.

Окончательно получают: X 8.

После чего проводят окончательные этапы сборки, прессования, причем режимы прессования на первом и втором этапах следующие: температура 80 ± 10^oC, давление 45 ± 5 кг/см², время 3,5 мин.

Затем осуществляют резку групповых пакетов на заготовки конденсаторов, обжиг при температуре 1300 ± 60^oC, металлизацию контактных площадок и контроль.

В табл. 5 приведены результаты измерений значений фактической емкости выборки изготовленных конденсаторов в соответствии с изобретением, а в табл. 6 распределение этих значений.

Как видно из табл. 6, значения фактической емкости 90% выборки конденсаторов попадают в поле допуска, что значительно превышает результаты, полученные по способу-прототипу.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет корректировать схему сборки партии групповых пакетов во время технологического процесса изготовления конденсаторов и тем самым повысить точность получения номинального значения емкости конденсаторов, обеспечивая попадание значений фактической емкости ≈90% конденсаторов партии в поле допуска.

Источники, принятые во внимание
1. Патент ФРГ N2246573, кл. H 01 G 4/12, 1980.

2. Технологическая инструкция "Подбор схемы сборки монолитных керамических конденсаторов" 7610519 44288.00002-44288.00004. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3 ТТТ4 ТТТ5 ТТТ6

Формула изобретения

Способ изготовления малогабаритных керамических многослойных конденсаторов, включающий сборку, прессование партии групповых пакетов слоев неметаллизированной керамической пленки и пленки с электродами и подгонку емкости конденсаторов под номинальное значение, отличающийся тем, что сборку и прессование осуществляют в два этапа, на первом этапе сборки предварительно собирают партию групповых пакетов с расчетным значением емкости заготовок конденсаторов меньше номинального и составляющим от него 60-85% затем после первого этапа прессования изготавливают пробные конденсаторы из одного из пакетов партии, измеряют значения их фактической емкости, сравнивая средневзвешенное значение которых с номинальным значением емкости конденсаторов партии выбирают окончательную схему сборки остальных пакетов путем определения числа дополнительных слоев неметаллизированной керамической пленки, необходимых для подгонки емкости заготовок конденсаторов остальных пакетов партии под номинальное значение, после чего проводят окончательные этапы сборки и прессования пакетов партии, при этом число дополнительных слоев неметаллизированной пленки Х связано с номинальным значением емкости конденсаторов партии С_ном и средневзвешенным значением фактической емкости пробных конденсаторов С_ф соотношением
где ε_o электрическая постоянная, Ф/м; ε диэлектрическая проницаемость материала керамической пленки; S площадь перекрытия электродов, м₂; d средняя толщина обожженной керамической пленки, м; m число слоев керамической пленки пакета между двумя электродами на первом этапе сборки; N число слоев керамической пленки в пакете после первого этапа сборки; n общее число слоев керамической пленки в пакете после двух этапов сборки, за исключением Х; C_расч расчетное значение емкости заготовок конденсаторов для первого этапа сборки, lФl; p число слоев неметаллизированной пленки по схеме сборки первого этапа; n₁ и n₂ параметры сборки в зависимости от конкретного номинала конденсатора,
где l и b длина и ширина конденсатора соответственно, м; ;

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10