高压断路器用陶瓷电容器引线焊接新方法

摘要：研究了SF6型高压断路器用陶瓷电容器的电极与引线之间的焊接技术，采用62Sn/36Pb/2Ag锡膏及相应的工艺措施，解决了以前用锡箔片焊接存在的工艺难控制、易堆锡、银溶问题以及用环氧树脂银导电胶粘接存在的导电胶老化问题，获得了工艺简单且使焊接强度明显提高的焊接方法。
关键词：陶瓷电容器 引线 焊接工艺
国内某高压开关厂550kV级SF6型高压断路器是我国“七五”至“八五”计划的重要科研项目，为其配套的高压陶瓷电容器以前均采用进口件，为降低成本，推进该电容器国产化，我厂经多年的研究，成功地开发了550kV级SF6型高压断路器用高压陶瓷电容器。该电容器(外型见图1)结构是在两平行电极焊接φ18mm铜电极引线(简称引线)，外涂绝缘漆，铜电极引线在电容器串联装配时起接触导通作用，引线和电容器的焊接强度直接影响电容器的使用。在最初研制时，用锡焊把引线和银电极连接，即在引线和银电极间夹一层薄锡箔，然后加热到230℃保温30min使锡熔化，以达到焊接目的。此种方法因较难控制锡用量及锡熔化扩散方向，常因锡过量，结果在银电极表面堆锡造成电容器装配困难。另外，引线和电极间锡扩散不均造成引线部分虚焊，使焊接强度降低。过量的锡在高温长时间熔解时造成银溶入锡中，即“银溶”现象，影响到电容器的电性能及焊接强度。来源:www.hvsi.cn
有人曾采用有机环氧树脂加入导电性银粉即导电胶，把引线和电极粘连的方法。此种方法虽暂时解决了堆锡，银溶等问题，粘接的强度也暂时满足了要求，但有机材料环氧树脂随着时间老化，使粘接的强度降低，引线在长期使用中存在潜在脱落的可能，从而使断路器在运行中可能出现故障。
为解决这些问题，我们寻找一种材料，能适合片状引线和电极之间的连接，强度高，工艺简单，易控制材料用量，外形美观，不影响电容器性能，通过反复试验，选用62Sn/36Pb/2Ag糊状锡膏焊接定位，并多次进行了试验及性能测试。

图1陶瓷电容器外形
1工艺
锡膏主要用于表面贴装技术，成功地把锡膏应用在陶瓷电容器引线焊接上，我们摸索出适合电容器引线焊接可行的工艺方法，62Sn/36Pb/2Ag锡膏焊接定位时，焊接工艺曲线见图2。具体操作如下：
(1)将锡膏在常温下存放2h，使其软化，然后用棒搅至糊状待用；
(2)用刮板将锡膏均匀地刮到引线上，控制用量，不易过多；
(3)将引线贴紧银面，用模具固定放入烘箱；
(4)烘箱升温，在130℃停3～5min，再继续升温至200℃保温10min，停止加热，待自然降温。

图262Sn/36Pb/2Ag锡膏焊接曲线
锡膏是由铅、锡和银超细颗粒加入助焊有机物，由于其颗粒细，比表面增大，表面自由能降低，使熔解温度降低，熔化时间缩短。在130℃保温数分钟，以促进有机成分挥发，然后升温至200℃使Sn-Pb合金熔解，以达到焊接目的。
2 试验结果及讨论
把分别作锡膏与导电胶定位的电容器进行了对比分析试验，用美国RESTRVMENTT5K型拉力机测定焊接后引线端子强度，及两种材料的使用对电容器电性能的影响。
2.1端子强度试验
电容器引线端子强度试验方法如图3。我们依照有关标准要求做引线端子强度测试，具体结果见表1。
从表1数据比较中可看出，锡膏定位的引线端子强度要大于导电胶定位的端子强度，因为锡膏中的Sn-Pb合金对电极的银和引线的铅润湿性强，焊接效果好，而导电胶定位是一种机械性粘连，粘接强度受到一定限制。锡不存在老化，因而也不会产生电容器在使用中存在引线脱落。

表1引线端子强度测试结果
焊接定位后在电容器引线边缘形成一均匀锡圈，该锡圈增加了引线和银电极之间的焊接强度。以前曾对日本同类电容器进行分析时发现此种情况，但无法理解是怎样形成的，采用锡膏这种材料焊接定位，成功地解决了此问题，焊接后机械强度高，表面美观，光洁。

图3引线端子强度试验方法
2.2电性能影响
把用锡膏焊接引线的电容器在焊接前后进行常规电性能测试及电晕试验，结果表明，锡膏焊接引线对电容器电性能如：容量、介质损耗、绝缘电阻、耐电压及局部放电无不良影响。试验结果见表2。
2.3其他
采用锡箔焊接定位时，因难以控制箔片的用量，常常在电极表面堆锡，影响电容器的外观和使用，且因焊接温度高，时间长，产生了银溶现象，有时造成了虚焊，反而使焊接强度降低，采用新材料62Sn/36Pb/2Ag锡膏定位，其焊接温度降低，时间缩短，同时在Sn-Pb合金中溶入2％的银，糊状锡膏用量易控制，使银溶现象明显减弱，锡膏焊接定位，工艺操作简单，易掌握，焊接时不需要加入助焊剂，防止了电容器表面污染，且焊后外形美观。
采用锡膏定位，相比锡箔，虽然材料成本有所提高，但锡膏定位工艺操作简单，外形好，成品率提高；锡膏相比导电胶定位，成本低，工艺简单，引线端子强度明显增强。

表2锡膏焊接引线对电容器电性能的影响
3 结论
SF6型高压断路器用陶瓷电容器采用糊状锡膏进行电极引线焊接定位，改善了锡箔片焊法工艺难控制，易在表面堆锡及造成银溶现象；比环氧树脂银导电胶引线粘连的强度要大大提高，解决了有机材料长时间使用老化使焊接强度劣化的问题，锡膏定位成本低，端子强度高，工艺操作简便，已大批量应用于生产之中，产品提供给用户，获得良好反应。62Sn/36Pb/2Ag锡膏适用于焊接电容器引线.