片式多层陶瓷电容器生产用叠层设备的研究和开发

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）具 有 高 比 容 、 高可 片 式 多 层 陶 瓷 电 容 器（"$%% 靠性、 频率特性好等特点， 得到了广泛应用。目前， 日本 大公司开发的 "$%% 工艺装备，在自动化大批量生产 状况下， 可 实 现 介 质 层 厚 度 达 ’! P、 层 数 超 过 ()) 层 以上 "$%%的稳定生产
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前
言
贵金属作为 "$%%内外电极的生产工艺进行深入的机 理研究及产业化，并在生产工艺及配套工艺装备上取 得突破性成果。 在国内， 相应的研究开发工作起步较晚， 而且在技 术的掌握和突破能力上明显落后于发达国家， "$%%工 艺装备的研制及开发还处于空白状态，基本上依赖进 口。因此， 通过引进先进生产线并对其设备国产化， 研 究开发具有自主知识产权的电子专用设备已经成为一 项紧迫的任务。
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精密薄膜搬送工作台 包括： 矩形导轨安 装 机 架 、 精密
吸附工作台、滚珠 丝 杆 伺 服 驱 动 装 置、 薄膜切断装置等。安装机架要有 足够的强度，在承 受 叠 层 的 交 变 液 保证 压压力（"’() ）时不发生变形， 精密吸附工作台有足够 的 运 动 精 度 和重复定位精度（"! - 以内） 。 精密 吸附工作台可靠吸 附 、剥 离 切 割 好 的薄膜， 保证薄膜平整不变形。
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工作原理及总体设计
()** 生产工艺简介
其内部结构原理图 "$%%是一种新型的片式元件，
。另据相关报道， 在实验室条
件下， 日 本 村 田 公 司 已 研 制 出 介 质 层 厚 度 +! ,、 层数 达到 &))) 层的超微、 超大容量片式 "$%% ， 今后还将向 更多层数、 更薄的介质层厚度方向发展
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输送薄膜宽度： #$%&’%%"" 输送薄膜厚度： ’$&()! " 设备的工作原理 叠层设备主要完成图案切割剥离、按工艺要求叠 层电极图案、 电容体生料层压等工序， 其工作原理是： 设备将丝印好电极图案的薄膜以设定的恒张力展 开， 以规定尺寸切割好薄膜电极图案， 利用特定工作台 真空吸附、 剥离薄膜， 通过图像定位系统扫描定位后搬 送到预定的叠层工作台，将薄膜叠压在定位好的载板 上， 按产品生产工艺将图案错位形成两电极， 并以预压 压力叠够所需层数形成电容体生料，然后由输送机构 把载板连同电容体生料一起送到保护膜覆盖工位加好 保护膜， 再送到压实工位施加大的压力， 保压一定时间 以使电容体生料组织致密， 最后送到收料框收料， 完成 整个工作循环。 陶瓷薄片厚度： ’&)%! " 切削尺寸： #)%*#)%"" 叠层厚度： 最大 ’"" 压力： 叠层压力： 最大 #%+,-.最小 /+,-0 主压压力： 最大 1%+,切剥精确度： "!%2#"" 设备尺寸： #3#% */(’%*#44%"".宽 *长 *高 0 本设备开发涉及多项关键技术， 主要有： （#） 图像处理及图像定位技术 图像定位系统的功能是由摄像头抓取已标记好的 并由处理单元对抓取的图像作数据分析 定位 567+ 点， 和处理后， 输出定位数据供伺服系统校正定位。主要包 括： 运动图像的抓取及分析； 分析及运算程序的设计； 软件实时性、 快速性要求； 图像定位及伺服系统的协调 控制。 工作台精密伺服传动 （ /） 该传动机构是整机精度的关键所在，工作台的重 复精度、 运动的平稳性直接影响到产品的叠层精度， 要 求偏差 8!%2%#""，对传动机构和驱动单元都有较高的 要求， 运动的平稳性直接影响陶瓷薄膜剥离质量。 设计中， 通过提高支承刚度， 使用可精密微调的调 整机构， 以及伺服控制的方法保证达到要求。
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机械式自适应卸载型精密叠层 工作台 ， 负责调整叠层的 该工作台承受叠层压力（"’() ）
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液压控制系统设计 设计了一种以比例减压阀和变量泵组成的高效小
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型微流量高压恒压系统，保压时间 !"#$%&，压力范围 设置流量调节阀和液压锁， 使系统操作方 便 ’"()*+, ， 可靠， 通过反馈和控制电路， 可由主程序自动控制压力 和保压时间。
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备， 其主要技术参数如下： 叠片精度： !’*! "
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（!） 卸载型精密叠层工作台设计 由 于 工 作 台 在 叠 层 时 承 受 压 力 （"#$%&"’() 油 压） ， 压力卸载后工作台的回复通过设计弹性回复机构 来实现， 保证工作台的定位原点不变。 精密剥离工作台设计 （*） 其 功 能 是 能 快 速 而 平 稳 地 把 面 积 为 $"+,$"+-的 陶 瓷 薄 膜 从 基 膜（(./）上 剥 离 下 来 ， 剥 离 角（ 右 限 位点比左限位点高 "+#0+! -） 由精密装配调整保证。 薄膜张力及跑偏控制系统设计 （" ） 保证在切膜、剥离过程中薄膜有恒定的张力和固 定的位置， 通过设置跑偏控制器参数达到控制要求， 利 用磁粉离合器来控制恒定张力。 微流量高压液压系统设计 （ 1） 通过电液比例控制的方法， 设计合理的液压回路， 减少液压元件数量， 提供稳定的系统工作压力， 保压时 要求在工作过程中无液压油泄漏。 间 +&$2#"-34， 整机控制软件的设计 （5 ） 包括图像定位、 精密伺服传动、 电液比例压力控制 等的协同工作， 通过设计控制主程序， 对硬件架构选型 和布局， 达到控制的实时性、 精确性要求。
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机械结构设计 薄膜展开张力及跑偏控制机构 该机构的设计考虑到工作过程中装载薄膜方便，
采用悬臂的多辊轴结构，所有的零件和辊轴都安装在 一块立板上， 以便于在装配过程中调整各轴轴线。由于 辊轴与薄膜直接接 触 ，因 此 各 滚 轴 表面都经过光整处理和 特 殊 化 学 处 理， 以保证辊轴的使用寿命， 保护薄 膜不受损伤。包括： 薄膜张 开 装 置 、 真空吸附滚筒及其 驱 动 装 置 、张 力 轴及其驱动装置、 过渡滚轴、 薄膜收 卷装置等。
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压力封闭式液压主压压台 压 台 工 作 时 产 生 很 大 的 压 力（$%&"’()） ， 在这样
大的应力状况下， 压台的变形量、 工作可靠性及精度稳 定性是需考虑的首要因素。基于这些原因， 设计中采用 应力封闭结构， 使压力全部成为机构的内力， 既保证机 构工作的可靠， 也保证其它结构的小型化。
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如图 & 所示。根据内部结构原理可知， 陶瓷薄膜层是两 层相邻内电极的绝缘介质，印刷于其上的银钯或镍电 极依次相错叠压在一起形成电容器的两极，生产中电 极层的重叠精度将直接影响电容的品质和容量的精确
。另外， 全球
各主要元件生产厂家特别是日本厂家对廉价金属替代
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控制。在小尺寸（!"!#， 大容量的产品 !$%&， %&%’ 等）、 中， 在 !、 " 向（沿 宽 度 方 向 为 " 向 ）上 的 重 叠 精 度 要 求最大不超过 !(!)*++ ，剥离过程中不能损伤陶瓷薄 膜， 叠层时严格保证电极图案不发生变形。 ,-..的生 产流程如下： 陶瓷薄膜流延 ! 内电极薄膜图案丝印 ! 图案切割 剥离 ! 按工艺要求叠层电极图案 ! 电容体层压 ! 电容 体 切 割!电 容 体 烧 结!端 银 外 电 极!烧 结 电 极!电 镀 ! 测试分选编带 !成品
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载板输送机构 设计了平带传动载板自动输送机构，同步电机驱
动， 机械式导向机构， 方便可靠地把载板传输到位。
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液压及气动控制系统设计 气动控制系统设计 气动系统完成纵横切刀上下运动、精密吸附工作
台上下运动及薄膜的吸附和释放、载板在各工位的定 位、 保护膜放置工位的各个动作、 真空源等。 计算整 根据整机各部分机构的动作频繁程度［ *#"］， 个系统和各动作组的耗气量， 合理分组， 使气动系统各 组动作基本均衡， 减少了系统的耗气量， 降低了系统的 容量要求。通过精心选取各元件， 提高系统的可靠性。 其控制原理图如图 ! 所示。
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设备的总体设计 根 据 ,-.. 的 生 产 工 艺 要 求 和 设 备 的 工 作 原 理 ，
综合考虑设备的易操作性、 结构工艺性、 精度保持特性 充分利用设 等因素， 提出如图 / 所示的总体设计布局， 备空间， 使整机结构紧凑。
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主要技术参数及关键技术 所开发的设备是集光、 机、 电于一体的精密专用设
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% 向和图案的转角（以工作台中心为回转中心）。为了
使精密导轨和转角调整机构免受较大的交变液压压力 而失去精度， 设计了特殊的弹性回复机构， 使大部分压 力从工作台主体传递到机架，精密导轨和转角调整机 构只承受极小的压力。工作台还包括了载板定位和真 空吸附装置， 保证载板可靠定位。
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片式多层陶瓷电容器生产用叠层设备的研究和开发
黄 浩 !"#， 陆芳纳 # （!$哈尔滨工业大学 机电学院， 黑龙江 哈尔滨 !%&&&’； 广东 肇庆 %#’&’&） #$广东风华高科肇庆新宝华电子设备有限公司， 摘 要： 随着表面贴装技术（!"# ） 的发展， 对小尺寸、 高精度、 高质量片式元件的需求越来越大。目前， 在国内 外电子元件市场上， 片式多层陶瓷电容器（"$%% ） 是片式化率最高、 需求量最大的一种新型元器件。 文 —叠层设备， 从工作原理及总体设计、 机械结构、 液压及气动 中介绍了 "$%%制成前工序的关键设备—— 系统、 电气控制系统等几部分进行了设计和开发， 达到了预期效果。 关键词： ()**；片式电子元器件；叠层设备 中图分类号： +(%,-.$!； +/!## 文献标识码： 0 文章编号： （#&&,） !&&#1#,,, !&1&&!21&-
信息产业作为国民经济的基础产业、 先导产业、 支 柱产业和战略性产业，已经成为国家工业经济的第一 支柱产业。新型元器件是电子信息产品制造业竞争力 的核心之一。“十五”期间， 新型元器件将重点支持片 式元器件、 光电子器件等的开发与生产， 并重点发展与 之相配套的电子（生产） 专用设备、 仪器
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