深入探讨电容的种类和作用

1、深入探讨电容的种类和作用21.what is capacitor？22.电容的用途有如下几种：33.电容分类特点43.1 无机介质 陶瓷云母电容 GHZ 性能好贵43.2 有机介质 薄膜电容精密的耐高温43.3 双电层电容器 容量大：43.4 电解电容器：铝（电解）电容 特点43.4.1 电解电容分类53.4.2 电解液 阴极决定电容好坏 TCNQ7 PPY聚吡咯和PEDT做为阴极的电容（固体聚合物导体电容）94. 钽电解电容简介145. 贴片电容的种类和特点NPO、X7R、Z5U和Y5V155.1 NPO电容器155.2 X7R电容器155.3 Z5U电容器165.4 Y5V电容器17深入探讨电容的种类和作用 1.what is capacitor？ 小地：OK，华巨先生，先向我们介绍一下，什么是电容？ 电容是最基本的电子元器件 电容是无处不在的2.电容的用途有如下几种： 1隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。 2旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。 3耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路 4滤波：这个对DIY而言很重要显卡上的电容

2、基本都是这个作用。 5温度补偿：针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的稳定性。 6计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。 7调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。 8整流：在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。 9储能：储存电能，用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯，加热设备等等。（如今某些电容的储能水平已经接近锂电池的水准，一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。3.电容分类特点 陶瓷电容常用在超高频器件例如GPU上 3.1 无机介质 陶瓷云母电容 GHZ 性能好贵包括大家熟悉的陶瓷电容以及云母电容，在CPU上我们会经常看到陶瓷电容。陶瓷电容的综合性能很好，可以应用GHz级别的超高频器件上，比如CPU/GPU。当然，它的价格也很贵。 3.2 有机介质 薄膜电容精密的耐高温例如薄膜电容器，这类电容经常用在音箱上，其特性是比较精密、耐高温高压。 3.3 双电层电容器 容量大：这种电容的电容量特别大，可以达到几百f（f=法，电容量单位，1f=1000000f）。因此这种电容可以做UPS的电池用，作用是储存电能。说句题外话，如

3、果把地球算做一个孤立导体的话，那么它的容量只有700f，还不如主板上用的一个铝电容。3.4 电解电容器：铝（电解）电容 特点由于主板、显卡等产品使用的基本都是电解电容，因此这是我们要讲的重点。大家熟悉的铝电 容，钽电容其实都是电解电容。 电解电容器特点一：单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。 电解电容器特点二：额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万f甚至几f（但不能和双电层电容相比）。 电解电容器特点三：价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。 3.4.1 电解电容分类 1铝电解电容。不管是SMT贴 片工艺的（上图左，就是大家说的“贴片电容”，识别方式是底坐有黑色橡胶），还是直插式的，或者有塑料表皮的（上图右就是直插式有塑料表皮的，这个被很多 人认为是“电解电容”），只要它们的阳极材质是铝，那么他们就都叫做铝电解电容。电容的封装方式和电容的品质本身并无直接联系，电容的性能只取决于具体型 号，这个我们后面会详细说明。 紫色的是SANYO OSCON

4、TCNQ系列高档电容，采用直插封装 2钽电解电容。阳 极由钽构成，就是那种我们在显卡上一见到就会惊呼“这个显卡做工真不错！”的那种黄色或黑色小颗粒。目前很多钽电解电容都用贴片式安装，其外壳一般由树脂 封装（采用同样封装的也可能是铝电解电容）。但是，钽电容的阴极也是电解质，所以很不幸的，它也是大家十分瞧不起的“电解电容”的一种。（有种晴天霹雳的 感觉吧？）。 需要提及的是，铝电解电容和钽电解电容不是由封装形式决定的。像上图的黄色与黑色小方块，通常我们认为其是钽电解电容，但实际其阳极也有可能是铝，也就是说它们也有可能是铝电容而不是钽电容。（第二个晴天霹雳！？） 是否有橡胶底坐，是判断SMT贴片与直插封装的主要依据 3。铌电解电容。这种电容如今已经用的比少，所以就不多介绍了。 以 往传统的看法是钽电容性能比铝电容好，因为钽电容的介质为阳极氧化后生成的五氧化二钽，它的介电能力（通常用表示）比铝电容的三氧化二铝介质要高。因此 在同样容量的情况下，钽电容的体积能比铝电容做得更小。（电解电容的电容量取决于介质的介电能力和体积，在容量一定的情况下，介电能力越高，体积就可以做 得越小，反之，体积就需要做

5、得越大）再加上钽的性质比较稳定，所以通常认为钽电容性能比铝电容好。 但 这种凭阳极判断电容性能的方法已经过时了，目前决定电解电容性能的关键并不在于阳极，而在于电解质，也就是阴极。 3.4.2 电解液 阴极决定电容好坏 TCNQ1电解液。电解液是最传统的电解质，我们所见到的普通意义上的铝电解电容的阴极，都是这种电解液。使用电解液做阴极有不少好处。首先在于液体与介质的接触面积较大，这样对提升电容量有帮助。其次是使用电解液制造的电解电容，最高能耐260度的高温，这样就可以通过波峰焊（波峰焊是SMT贴 片安装的一道重要工序），同时耐压性也比较强。此外，使用电解液做阴极的电解电容，当介质被击穿的后，只要击穿电流不持续，那么电容能够自愈。但电解液也 有其不足之处。首先是在高温环境下容易挥发、渗漏，对寿命和稳定性影响很大，在高温高压下电解液还有可能瞬间汽化，体积增大引起爆炸（就是我们常说的爆 浆）；其次是电解液所采用的离子导电法其导电率很低，只有0.01S（电导率，欧姆的倒数）/CM，这造成电容的ESR值（等效串联电阻）特别高。 铝电解液电容爆浆 2. 二氧化锰。二氧化锰是钽电容所使用的阴极材料。二

6、氧化锰是固体，传导方式为电子导电，导电率是电解液离子导电的十倍（0.1S/CM），所以ESR比电解液低。所以，传统上大家觉得钽电容比铝电容好得多，同时固体电解质也没有泄露的危险。此外二氧化锰的耐高温特性也比较好，能耐的瞬间温度在500度 左右。二氧化锰的缺点在于在极性接反的情况下容易产生高温，在高温环境下释放出氧气，同时五氧化二钽介质层发生晶质变化，变脆产生裂缝，氧气沿着裂缝和钽 粉混合发生爆炸。另外这种阴极材料的价格也比较贵。 3接下来我们就要引出一种革命性的阴极TCNQ。TCNQ是一种有机半导体，是一种络合盐。TCNQ在电容方面的应用，是在90年代中后期才出现的，它的出现代表着电解电容技术革命的开始。TCNQ是一种有机半导体，因此使用TCNQ的电容也叫做有机半导体电容，例如早期的三洋OSCON产品。TCNQ的出现，使电解电容的性能可以直接挑战传统陶瓷电容霸占的很多领域，使电解电容的工作频率由以前的20KHZ直接上升到了1MHZ。TCNQ的出现，使过去按照阳极划分电解电容性能的方法也过时了。因为即使是阳极为铝的铝电解电容，如果使用了TCNQ作为阴极材质的话，其性能照样比传统钽电容（钽

7、+二氧化锰）好得多。TCNQ的导电方式也是电子导电，其导电率为1S/CM，是电解液的100倍，二氧化锰的10倍。 紫色为TCNQ电容（SANYO） 使用TCNQ作为阴极的有机半导体电容，其性能非常稳定，也比较廉价。不过它的热阻性能不好，其熔解温度只有230 -240摄氏度 ，所以有机半导体电容一般很少用SMT贴片工艺制造，因为无法通过波峰焊工艺，所以我们看到的有机半导体电容基本都是插件式安装的。TCNQ还有一个不足之处就是对环境的污染。由于TCNQ是一种氰化物，在高温时容易挥发出剧毒的氰气，因此在生产和使用中会有限制。 PPY聚吡咯和PEDT做为阴极的电容（固体聚合物导体电容） 著名的SANYO OSCON SVP系列铝固体聚合物导体电容 70年代末人们发现，使用搀杂法可以获得优良的导电聚合物材料，从而引发了一场聚合物导体的技术革命。1985年， 小日本首次开发了聚吡咯膜，如果使用复合法的话，可以使其导电率达到铜和银的水平，但它又不是金属而相当于工程塑料，附着性比金属好，同时价格也比铜和银 低很多，此外，在受力情况下，其导电率还会产生变化（其特性很像人的神经系统）。这无疑是电容研发者梦

8、寐以求的阴极材质。2000年，美国人因为发明了大规模制造PPY聚吡咯膜的方法，而获得了当年的诺贝尔化学奖，其重要性可见一斑。聚吡咯的用途非常广泛，从隐形战斗机到人工手，以及显示器和电池、电容等等。聚吡咯的研发实力，可以反映出一个国家的化学水平，而我国的西安交通大学和成都电子科技大学在这方面比较突出。 三洋CVEX 固体聚合物导体+电解液混合电容 注意防爆槽 使用PPY聚吡咯和PEDT做为阴极材料的电容，叫做固体聚合物导体电容。其电导率可以达到100S/CM，这是TCNQ盐的100倍，是电解液的10000倍，同时也没有污染。固体聚合物导体电容的温度特性也比较好，可以忍耐300度以上的高温，因此可以使用SMT贴 片工艺安装，也适合大规模生产。固体聚合物导体电容的安全性较好，当遇到高温的时候，电解质只是熔化而不会产生爆炸，因此它不像普通铝电解液电容那样开有 防爆槽（三洋有一种CVEX电容，阴极为固体聚合物导体加电解液的混合型，因此也有防爆槽）。固体聚合物导体电容的缺陷在于其价格相对偏高，同时耐电压性 能不强。 GF 6800U使用的CHEMICON PS/16V电容 无防爆槽 小地：使用不同

9、的阳极和阴极材料可以组合成多种规格的电解电容，是吗？ 华巨：是这样的。基本上所有组合都可以。例如钽电解电容也可以使用固体聚合物导体做为阴极，而铝电解电容既可以使用电解液，也可以使用TCNQ、PPY和PEDT等 等。现在新型的钽电容也采用了PPY和PEDT这类固体聚合物导体做阴极，因此性能进步很多，也没有以往二氧化锰阴极易爆炸的危险。如今最好的钽聚合物电 容的ESR可以达到5毫欧姆。这类性能高、体积小的钽聚合物电容一般使用手机、数码相机等一些对体积要求较高的设备上。 小地：你刚才提到了有些电容不适合SMT贴片工艺，请问是否使用SMT，对性能会带来什么影响？ 华巨：无论是插件还是贴片式的安装工艺，电容本身都是直立于PCB的，根本的区别方式是SMT贴片工艺安装的电容，有黑色的橡胶底座。SMT的好处主要在于生产方面，其自动化程度高，精度也高，在运输途中不像插件式那样容易受损。但是SMT贴片工艺安装，需要波峰焊工艺处理，电容经过高温之后可能会影响性能，尤其是阴极采用电解液的电容，经过高温后电解液可能会干枯。插件工艺的安装成本低，因此在同样成本下，电容本身的性能可以更好一些。 在性能方面，插件式电容对频率的适应性差一些，不过不到500MHz以上的频率是很难体现出差异的。使用插件式安装的电容中也有很好的产品，例如CHEMICON的PS系列有一部分就是使用插件式的。 主板上的电容大多有“皮” 小地：有塑料外皮的电容和没有外皮的铝壳电容，性质上有什么

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