【導讀】在兩塊距離較近、相互平行的金屬平板上(平板之間為電介質)加載一個直流電壓;穩定后,與電壓正極相連的金屬平板將呈現一定量的正電荷,而與電壓負極相連的金屬平板將呈現相等量的負電荷;這樣,兩個金屬平板之間就會形成一個靜電場,所以電容是以電場能的形式儲存電能量,儲存的電荷量為Q。
電容儲存的電荷量Q與電壓U和自身屬性(也就是電容值C)有關,也就是Q=U*C。根據理論推導,平行板電容器的電容公式如下:
理想電容內部是介質(Dielectric),沒有自由電荷,不可能產生電荷移動也就是電流,那么理想電容是如何通交流的呢?
1 薄膜電容(Film Capacitor)
Film Capacitor在國內通常翻譯為薄膜電容,但和Thin Film工藝是不一樣的。為了區分,個人認為直接翻譯為膜電容好點。
薄膜電容是通過將兩片帶有金屬電極的塑料膜卷繞成一個圓柱形,最后封裝成型;由于其介質通常是塑料材料,也稱為塑料薄膜電容;其內部結構大致如下圖所示:
薄膜電容根據其電極的制作工藝,可以分為兩類:
金屬箔薄膜電容(Film/Foil)
金屬箔薄膜電容,直接在塑料膜上加一層薄金屬箔,通常是鋁箔,作為電極;這種工藝較為簡單,電極方便引出,可以應用于大電流場合。
金屬化薄膜電容(Metallized Film)
金屬化薄膜電容,通過真空沉積(Vacuum Deposited)工藝直接在塑料膜的表面形成一個很薄的金屬表面,作為電極;由于電極厚度很薄,可以繞制成更大容量的電容;但由于電極厚度薄,只適用于小電流場合。
金屬化薄膜電容就是具有自我修復的功能,即假如電容內部有擊穿損壞點,會在損壞處產生雪崩效應,氣化金屬在損壞處將形成一個氣化集合面,短路消失,損壞點被修復;因此,金屬化薄膜電容可靠性非常高,不存在短路失效;
薄膜電容有兩種卷繞方法:有感繞法在卷繞前,引線就已經和內部電極連在一起;無感繞法在繞制后,會采用鍍金等工藝,將兩個端面的內部電極連成一個面,這樣可以獲得較小的ESL,應該高頻性能較高;此外,還有一種疊層型的無感電容,結構與MLCC類似,性能較好,便于做成SMD封裝。
2 電解電容(Electrolytic Capacitor)
電解電容是用金屬作為陽極(Anode),并在表面形成一層金屬氧化膜作為介質;然后濕式或固態的電解質和金屬作為陰極(Cathode)。電解電容大都是有極性的,如果陰極側的金屬,也有一層氧化膜,就是無極性的電解電容。
根據使用的金屬的不同,目前只要有三類電解電容:
鋁電解電容(Aluminum electrolytic capacitors)
鋁電解電容應該是使用最廣泛的電解電容,最便宜,其基本結構如下圖所示:
鋁電解電容器主要原材料:
陽極箔、陰極箔、電解紙、電解液、導箔、膠帶、蓋板、鋁殼、華司、套管、墊片等
電容中的電解液并非直接灌進電容,呈液態浸泡住鋁箔,而是經過吸附了電解液的電解紙與鋁箔層層貼合。這當中,選用的電解紙與平凡紙張的配方有些分歧,是呈微孔狀的,紙的外觀不及有雜質,不然將影響電解液的身分與性能。而這一步,便是將沒有吸附電解液的電解紙,和鋁箔貼在一塊,然后卷進電容外殼,使鋁箔和電解紙形成近似“101010”的隔斷狀態。
鋁電解電容也有使用導電高分子聚合物等固態材料做電解質;聚合物鋁電解電容的結構大致如下圖所示:
而聚合物鋁電解電容的封裝:
鉭電解電容(Tantalum electrolytic capacitors)
鉭(拼音tǎn)電解電容應用最多的應該是利用二氧化錳做固態電解質,主要長這樣:
固態鉭電解電容內部結構大致如下圖所示:
鉭電容與鋁電解電容比,在于鉭氧化物(五氧化二鉭)的介電常數比鋁氧化物(三氧化二鋁)的高不少,這樣相同的體積,鉭電容容量要比鋁電解電容的要大。鉭電容壽命較長,電性能更加穩定。
鉭電容也有利用導電高分子聚合物(Conductive Polymer)做電解質,結構與上圖二氧化錳鉭電容類似,就是將二氧化錳換成導電聚合物;導電聚合物的電導率比二氧化錳高,這樣ESR就會更低。
燒結型固體 電解質片狀鉭電容器
燒結型固體電解質柱狀樹脂包封鉭電容器
燒結型固體電解質金屬殼鉭電容器
燒結型液體電解質金屬殼鉭電容器
燒結型固體電解質端帽式鉭電容器
3 陶瓷電容(Ceramic Capacitor)
陶瓷電容是以陶瓷材料作為介質材料,陶瓷材料有很多種,介電常數、穩定性都有不同,適用于不同的場合。
陶瓷電容,主要有以下幾種:
瓷片電容(Ceramic Disc Capacitor)
瓷片電容的主要優點就是可以耐高壓,通常用作安規電容,可以耐250V交流電壓。其外觀和結構如下圖所示:
多層陶瓷電容(Multi-layer Ceramic Capacitor)
多層陶瓷電容,也就是MLCC,片狀(Chip)的多層陶瓷電容是目前世界上使用量最大的電容類型,其標準化封裝,尺寸小,適用于自動化高密度貼片生產。
層陶瓷電容的內部結構如下圖所示:
多層陶瓷電容生產流程如下圖所示:
由于多層陶瓷需要燒結瓷化,形成一體化結構,所以引線(Lead)封裝的多層陶瓷電容,也叫獨石(Monolithic)電容。
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