用了那么多年的電容,但是電容的內(nèi)部結(jié)構(gòu)你知道嗎?
發(fā)布時(shí)間:2018-06-28 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)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(zhì))加載一個(gè)直流電壓;穩(wěn)定后,與電壓正極相連的金屬平板將呈現(xiàn)一定量的正電荷,而與電壓負(fù)極相連的金屬平板將呈現(xiàn)相等量的負(fù)電荷;這樣,兩個(gè)金屬平板之間就會(huì)形成一個(gè)靜電場(chǎng),所以電容是以電場(chǎng)能的形式儲(chǔ)存電能量,儲(chǔ)存的電荷量為Q。
電容儲(chǔ)存的電荷量Q與電壓U和自身屬性(也就是電容值C)有關(guān),也就是Q=U*C。根據(jù)理論推導(dǎo),平行板電容器的電容公式如下:
理想電容內(nèi)部是介質(zhì)(Dielectric),沒有自由電荷,不可能產(chǎn)生電荷移動(dòng)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(guó)內(nèi)通常翻譯為薄膜電容,但和Thin Film工藝是不一樣的。為了區(qū)分,個(gè)人認(rèn)為直接翻譯為膜電容好點(diǎn)。
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(gè)圓柱形,最后封裝成型;由于其介質(zhì)通常是塑料材料,也稱為塑料薄膜電容;其內(nèi)部結(jié)構(gòu)大致如下圖所示:
薄膜電容根據(jù)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(jiǎn)單,電極方便引出,可以應(yīng)用于大電流場(chǎng)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(gè)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(chǎng)合。
金屬化薄膜電容就是具有自我修復(fù)的功能,即假如電容內(nèi)部有擊穿損壞點(diǎn),會(huì)在損壞處產(chǎn)生雪崩效應(yīng),氣化金屬在損壞處將形成一個(gè)氣化集合面,短路消失,損壞點(diǎn)被修復(fù);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(jīng)和內(nèi)部電極連在一起;無感繞法在繞制后,會(huì)采用鍍金等工藝,將兩個(gè)端面的內(nèi)部電極連成一個(gè)面,這樣可以獲得較小的ESL,應(yīng)該高頻性能較高;此外,還有一種疊層型的無感電容,結(jié)構(gòu)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(yáng)極(Anode),并在表面形成一層金屬氧化膜作為介質(zhì);然后濕式或固態(tài)的電解質(zhì)和金屬作為陰極(Cathode)。電解電容大都是有極性的,如果陰極側(cè)的金屬,也有一層氧化膜,就是無極性的電解電容。
根據(jù)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(yīng)該是使用最廣泛的電解電容,最便宜,其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示:
鋁電解電容器主要原材料:
陽(yáng)極箔、陰極箔、電解紙、電解液、導(dǎo)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(jìn)電容,呈液態(tài)浸泡住鋁箔,而是經(jīng)過吸附了電解液的電解紙與鋁箔層層貼合。這當(dāng)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(zhì),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(jìn)電容外殼,使鋁箔和電解紙形成近似“101010”的隔斷狀態(tài)。
鋁電解電容也有使用導(dǎo)電高分子聚合物等固態(tài)材料做電解質(zhì);聚合物鋁電解電容的結(jié)構(gòu)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(yīng)用最多的應(yīng)該是利用二氧化錳做固態(tài)電解質(zhì),主要長(zhǎng)這樣:
固態(tài)鉭電解電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shù)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(zhǎng),電性能更加穩(wěn)定。
鉭電容也有利用導(dǎo)電高分子聚合物(Conductive Polymer)做電解質(zhì),結(jié)構(gòu)與上圖二氧化錳鉭電容類似,就是將二氧化錳換成導(dǎo)電聚合物;導(dǎo)電聚合物的電導(dǎo)率比二氧化錳高,這樣ESR就會(huì)更低。
燒結(jié)型固體 電解質(zhì)片狀鉭電容器
燒結(jié)型固體電解質(zhì)柱狀樹脂包封鉭電容器
燒結(jié)型固體電解質(zhì)金屬殼鉭電容器
燒結(jié)型液體電解質(zhì)金屬殼鉭電容器
燒結(jié)型固體電解質(zhì)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(zhì)材料,陶瓷材料有很多種,介電常數(shù)、穩(wěn)定性都有不同,適用于不同的場(chǎng)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(yōu)點(diǎn)就是可以耐高壓,通常用作安規(guī)電容,可以耐250V交流電壓。其外觀和結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)化封裝,尺寸小,適用于自動(dòng)化高密度貼片生產(chǎn)。
層陶瓷電容的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示:
多層陶瓷電容生產(chǎn)流程如下圖所示:
由于多層陶瓷需要燒結(jié)瓷化,形成一體化結(jié)構(gòu),所以引線(Lead)封裝的多層陶瓷電容,也叫獨(dú)石(Monolithic)電容。
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